研究揭示害虫生防真菌林间应用的种群遗传特征

2020-03-04 绿谷生物 分子植物卓越中心
浏览

2月28日,ISME Journal 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王成树研究组牵头完成的题为Population genomics and evolution of a fungal pathogen after releasing exotic strains to control insect pests for 20 years 的研究论文。该研究揭示使用白僵菌防治松毛虫20年间真菌种群遗传与进化特征。

随着人们对食品及生态环境安全要求的不断提高,环境友好的微生物杀虫剂的应用获得逐步提高。不同于经口取食、消化道感染的细菌及病毒杀虫剂,杀虫真菌由昆虫体壁进行主动入侵感染,具有额外感染刺吸式害虫的持续控制优势,在世界范围内达到了广泛的应用。在我国,使用球孢白僵菌防治松毛虫、玉米螟及地下害虫,以及使用绿僵菌防治蝗虫和水稻害虫等均达到了大面积的应用,取得了良好的生态及经济效益。但真菌杀虫剂的应用是否感染非靶标昆虫,以及释放菌株能否在环境中长期宿存、并影响当地真菌种群结构等问题仍不十分清楚。

该论文针对在1995-1997年期间使用球孢白僵菌防治松毛虫的皖南人工马尾松林区,分别于放菌后近两年、以及放菌后10年及20年的林区进行僵虫标本采集、分离纯化菌株,同时对放菌区外、国内其他地区采集的共277株白僵菌菌株进行种群遗传分析。结果表明,释放的白僵菌菌株在应用后的10年、20年仍存在于林间,但分离比例较低,对当地种群结构不造成明显的影响;释放菌株能够“转主寄主(host jumping)”而感染松毛虫以外的非靶标昆虫,但同当地菌株季节性感染不同昆虫的“地方病”现象类似,不构成明显的非靶标安全性问题;白僵菌菌株在林间以无性克隆式繁殖为主,但存在非随机(non-random)有性繁殖的潜力,促进菌株间的遗传重组;白僵菌种群每10年间会发生明显的结构变化,但总体表现为平衡选择及群体扩张的特征,这同菌株的远距离传播交换、多寄主感染性及遗传重组等因素相关;选择压力分析表明,基因组结构中含有转座子的区间多受到正选择,其中涉及的编码基因包括有较高比例的潜在效应子基因和快速进化的功能未知基因等。

该研究揭示了真菌—昆虫环境互作过程中的“堑壕战 (trench warfare)”、不同于植物病原菌“军备竞赛(arms race)”式的种群遗传特征。论文研究成果为真菌杀虫剂应用的环境安全性及持效性等优势特点提供了理论支撑。