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        復(fù)雜因素可以驅(qū)動(dòng)植物病原體的出現(xiàn)和進(jìn)化
        
			
        
				2019-03-18 10:48:16
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			  來(lái)源：
			
        
		
        
				
		
        
			
        對(duì)于我們中的許多人來(lái)說(shuō)，西葫蘆和黃瓜的豐收讓人想起夏天炎熱的日子，而南瓜和葫蘆在整個(gè)秋季裝飾我們的假日餐桌。然而，這些標(biāo)志性的水果和蔬菜 - 統(tǒng)稱為葫蘆科植物 - 也可以幫助我們了解對(duì)作物構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)的植物病害的傳播。
        

        復(fù)雜因素可以驅(qū)動(dòng)植物病原體的出現(xiàn)和進(jìn)化
        

        我最近領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)研究，該研究使用來(lái)自兩個(gè)屬于葫蘆科植物 - 西葫蘆，南瓜和南瓜的密切相關(guān)植物的作物物種，它們都屬于同一屬(南瓜屬)并且原產(chǎn)于美洲，以及黃瓜和甜瓜，屬于屬于歐亞血統(tǒng)的屬(Cucumis)。我使用這些密切相關(guān)的，原生的和引進(jìn)的葫蘆科作物植物作為模型系統(tǒng)來(lái)了解植物病原體的出現(xiàn)方式和原因。
        

        在這項(xiàng)研究中，我從美國(guó)東部的這兩個(gè)寄主植物屬中收集了88個(gè)歐文氏菌(Erwinia tracheiphila)樣本，并測(cè)序了它們的整個(gè)基因組。E. tracheiphila是一種導(dǎo)致這些葫蘆科植物細(xì)菌枯萎病的病原體，每年造成數(shù)千萬(wàn)美元的農(nóng)作物損失和預(yù)防成本。然而，缺乏關(guān)于這種病原體的基本知識(shí)意味著農(nóng)民可用的控制方法很少。
        

        E. tracheiphila的基因組就像弗蘭肯斯坦的怪物 - 將來(lái)自不同來(lái)源的許多不同基因和DNA拼湊在一起，這表明它最近經(jīng)歷了戲劇性的變化。88種不同樣品的基因組之間也存在很少的遺傳差異。從這些基因組數(shù)據(jù)中，我確定E. tracheiphila最近才進(jìn)化為病原體。
        

        我和我的同事也發(fā)現(xiàn)了三種不同的細(xì)菌譜系。令人驚訝的是，我們還發(fā)現(xiàn)黃瓜是唯一對(duì)三種譜系敏感的宿主植物，也是最易感染的宿主植物物種。這是值得注意的，因?yàn)殡m然南瓜和西葫蘆原產(chǎn)于北美東部并且已經(jīng)存在于美洲各地?cái)?shù)百萬(wàn)年，但是在1500年歐洲殖民化之后，黃瓜和甜瓜才被引入北美。這有力地表明，引進(jìn)外來(lái)作物，隨后在北美東部廣泛種植，無(wú)意中引起了一種新的，非常具有破壞性的植物病原體的出現(xiàn)。
        

        我們的研究結(jié)果強(qiáng)烈表明，葫蘆科植物 - 尤其是引入黃瓜 - 的方式是在密集的單一栽培中種植，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?，所有這些都有助于創(chuàng)造一種新的生態(tài)位，這種新的細(xì)菌病原體就會(huì)出現(xiàn)在這里。
        

        這種情況為我們提供了一個(gè)令人興奮的機(jī)會(huì)：由于溫帶東部美國(guó)是世界上唯一發(fā)生這種病原體的地方，我們可以通過(guò)細(xì)菌病原體基因組序列中的信息進(jìn)行剖析 - 為什么當(dāng)?shù)貧夂蚝娃r(nóng)業(yè)實(shí)踐驅(qū)動(dòng)這種農(nóng)業(yè)病原體的出現(xiàn)，持續(xù)和演變。
        

        這可能會(huì)給我們提供重要的見(jiàn)解，因?yàn)楦F(xiàn)代的北美單一栽培實(shí)踐似乎是這種特定植物病害爆發(fā)的重要因素。單一栽培是指相同寄主植物物種的大量種群的強(qiáng)烈生長(zhǎng)，而不是在同一田地中種植多種作物，例如古代墨西哥milpa混養(yǎng)栽培系統(tǒng)的情況。
        

        以這可能更為常見(jiàn)的歷史術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，E。tracheiphila與黑瘟病病原體鼠疫耶爾森氏菌(Yersinia pestis)有著顯著的相似之處，它在中世紀(jì)殺死了歐洲一半的人口。無(wú)論E. tracheiphila和鼠疫桿菌表現(xiàn)出它們的基因組類似的戲劇性的變化。這些變化使得兩種病原體都能夠出現(xiàn)在大的，密集的，遺傳相似的宿主種群中 - 在鼠疫病菌的情況下是人類，在嗜水氣單胞菌的情況下是葫蘆科。
        

        最近出現(xiàn)的E. tracheiphila是一個(gè)景觀層面的問(wèn)題，不能由個(gè)體農(nóng)民解決。我們的研究表明，我們的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)踐 - 雖然產(chǎn)生難以想象的高產(chǎn)量 - 也對(duì)微生物病原體具有意想不到的敏感性。這個(gè)結(jié)果應(yīng)該讓我們停下來(lái)，并激勵(lì)我們更加思考如何從結(jié)構(gòu)上保護(hù)我們的農(nóng)業(yè)系統(tǒng) - 在景觀層面 - 來(lái)自未來(lái)的E. tracheiphila等病原體。
        
			

			
          
        
			
        
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