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有性生殖不一定好!白粉病菌的無性生殖

譯/威.法

白粉病是許多嚴重的植物病害之一,小麥和大麥都遭受這種寄生真菌的危害,每年的作物產量也因此而損失嚴重。德國科隆(Cologne)植物育種研究所(Max Planck Institute for Plant Breeding Research )的大麥白粉病遺傳專家保羅.舒茲列菲特(Paul Schulze-Lefert),帶領了來自蘇黎士大學(University of Zurich)的植物學家畢特.凱勒(Beat Keller)和湯瑪士.維克(Thomas Wicker)團隊,對瑞士、英國和以色列的小麥白粉病菌株進行了遺傳訊息分析。這些最近發表在「自然遺傳學(Nature Genetics)」和《美國國家科學院期刊》(PNAS)的研究結果揭開了寄主和病原菌長期以來的共演化,以及白粉病菌如何以無性生殖達到出乎預料的成功。除此之外,研究結果也為小麥、大麥與白粉病菌交互作用的細節,展開了新的一頁。

白粉病菌感染的小麥嫩葉

無性生殖好處多

白粉病菌跟大部分的真菌一樣,有兩種繁殖方式:進行遺傳重組的有性生殖,以及後代遺傳性狀與親代完全一致的無性生殖。研究人員強調,這兩種生殖方式的優點大相逕庭:「具有致病能力的白粉病菌,好幾個世紀才會發生一次成功的有性生殖,其餘的時後大部分都是無性生殖。」維克解釋。其實這個令人困惑的現象其來有自:為了要感染植物,白粉病菌必須能夠成功地抑制植物的防禦系統-也就是說,病原菌必須完美地適應宿主植物。「在病原菌和植物宿主的交互作用中,基因重組可能會讓病菌產生負面的改變,原本成功致病的病原菌可能因此失去適應植物宿主的能力,或是失去癱瘓植物防禦系統的能力。」所以對於已經具有致病能力的病菌來說,無性生殖的後代會擁有親代的感染能力,換句話說,無性生殖讓遺傳訊息維持相同,確保了白粉病菌後代的致病能力。舒茲列菲特表示,小麥和大麥白粉病菌的無性生殖後代,比起有性生殖的後代更具競爭力。這種具有優勢的無性生殖,是許多寄生真菌的特徵,造成人類香港腳的真菌亦是如此。

有性生殖仍有益處

基因分析的結果讓科學家得知白粉病菌在一萬年以前(比小麥被馴化還早)就已經是寄生性的病原菌了。爾後發生的所有遺傳變異,不論是為了適應新的育種作物,或是病菌的自然突變,都沒有使白粉病菌離開這位老主顧。而這正是為什麼有性生殖仍有價值、為什麼白粉病菌偶爾還是要進行比較沒有益處的有性生活史。「如果小麥演化出抗病能力,白粉病菌必須有辦法去適應,不然就會輸掉這場競賽。」維克解釋,「而新的適應只能靠基因重組,也就是有性生殖。」小麥和白粉病菌在演化關係上將永不分離了。

很明確地,白粉病菌的有性生殖和基因重組在這幾百萬年的演化中,的確發生過幾次,而且讓後代具有新的致病能力,並成功地感染了新的小麥品系。現在科學家們懷疑,古時候的小麥交易或是新型病原菌興起的原因之一。

參考文獻

  1. Thomas Wicker et al. The wheat powdery mildew genome shows the unique evolution of an obligate biotroph. Nature Genetics. July 14, 2013. doi:10.1038/ng.2704
  2. Stéphane Hacquard et al. Mosaic genome structure of the barley powdery mildew pathogen and conservation of transcriptional programs in divergent hosts. PNAS. May 21, 2013. doi/10.1073/pnas130607110

原文網站:Sexual reproduction only second choice for powdery mildew[14-Jul-2013]

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