印度水稻褐斑病多种病原真菌的鉴定与特性研究
研究团队与发表信息
本研究由印度多家科研机构合作完成，主要作者包括：
- D. Pramesh（第一作者，印度农业大学水稻病理学实验室）
- M. K. Prasannakumar（印度农业大学植物病理学系）
- A. Ragunandana、M. Kirana Kumar（印度农业大学水稻病理学实验室）
- U. Ngangkham（ICAR-东北山区研究综合体）
- H. D. Pushpa（ICAR-印度油籽研究所）
- P. P. Buella（印度农业大学植物病理学系）
- Bharath Kunduru（美国克莱姆森大学遗传与生物化学系）
- C. Manjunatha（ICAR-国家农业昆虫资源局）
该研究于2024年7月30日在线发表于期刊 3 Biotech（2024年第14卷第187期），DOI: 10.1007/s13205-024-04033-3。
学术背景
水稻褐斑病（Brown Spot, BS）是影响全球水稻生产的重要病害，历史上主要由 Bipolaris oryzae（稻瘟病菌）引起。然而，近年来越来越多的研究表明，其他真菌如 Curvularia lunata（弯孢菌）和 Exserohilum rostratum（凸脐蠕孢菌）也可能导致类似症状。褐斑病在印度曾引发严重灾害，如1942年的大饥荒。
本研究旨在：
1. 调查印度卡纳塔克邦水稻褐斑病的分布与严重程度；
2. 鉴定褐斑病相关的多种病原真菌；
3. 分析这些病原菌的形态学、分子特征及系统发育关系；
4. 评估不同病原菌在田间病害发生中的贡献。
研究流程与方法
1. 病害调查与样本采集
- 研究区域：在印度卡纳塔克邦的12个水稻主产区（如Belagavi、Ballari、Raichur等）进行病害调查。
- 病害评估：采用0-9级病害严重度评分标准（IRRI 2013），计算病害指数（Percent Disease Index, PDI）。
- 样本采集：从典型褐斑病症状的水稻叶片中采集样本，共获得63份纯培养物。
2. 病原菌分离与形态学鉴定
- 分离方法：采用PDA（Potato Dextrose Agar）培养基分离病原菌，并通过单孢分离技术纯化培养。
- 形态学分析：
- Bipolaris oryzae：菌落呈灰白色，分生孢子褐色，具5-10个隔膜。
- Curvularia lunata：菌落黑色，分生孢子弯曲，具3个隔膜。
- Exserohilum rostratum：菌落灰色，分生孢子圆柱形，具5-8个隔膜，基部具明显凸起。
- 分类鉴定：基于形态特征，63份分离物初步鉴定为：
- B. oryzae（40株，63.5%）
- C. lunata（15株，23.8%）
- E. rostratum（8株，12.6%）
3. 分子鉴定与系统发育分析
- DNA提取：采用CTAB法提取菌丝体DNA。
- ITS测序：使用ITS1/ITS4引物扩增ITS（Internal Transcribed Spacer）区域，并通过NCBI BLAST比对确认物种。
- 系统发育分析：
- 构建邻接树（Neighbor-Joining Tree），分析不同病原菌的进化关系。
- B. oryzae：与泰国、中国、斯里兰卡等地的菌株聚类。
- C. lunata：多数菌株聚类，但个别菌株（如CL-VJN）独立成支。
- E. rostratum：与印度其他寄主（如桑树、黄瓜）的菌株聚类。
4. 致病性测定
- 供试品种：易感褐斑病的水稻品种GNV-05-01。
- 接种方法：将孢子悬浮液喷洒于水稻叶片，观察症状发展。
- 结果：
- 所有3种病原菌均能诱发典型褐斑病症状。
- B. oryzae 症状出现最早（5天），C. lunata 和 E. rostratum 稍晚（7-8天）。
5. 田间病原菌分布分析
- 样本量：从10块田随机采集600个褐斑病斑，分离病原菌。
- 分布比例：
- B. oryzae：77.83%（467/600）
- C. lunata：17.33%（104/600）
- E. rostratum：4.83%（29/600）
主要研究结果
- 病害分布：褐斑病在卡纳塔克邦普遍发生，PDI范围为20.56%-50.74%，其中Ballari地区最严重（PDI 50.74）。
- 病原多样性：首次在印度水稻褐斑病中鉴定出 E. rostratum，并确认 C. lunata 的广泛分布。
- 致病性：3种病原菌均能独立致病，但 B. oryzae 为优势病原。
- 分子特征：
- B. oryzae：ITS区域显示3种单倍型，遗传多样性较低。
- C. lunata：4种单倍型，Tajima’s D检验显示显著负选择。
- E. rostratum：6种单倍型，遗传多样性最高。
研究意义与价值
- 科学价值：
- 首次系统报道 E. rostratum 和 C. lunata 在印度水稻褐斑病中的作用。
- 揭示了褐斑病病原复合体的多样性，为病害防控提供新视角。
- 应用价值：
- 需重新设计抗病育种策略，考虑多种病原菌的共存。
- 为病害诊断与综合管理提供分子标记支持。
研究亮点
- 多病原鉴定：突破传统认知，发现褐斑病可由3种真菌共同引起。
- 跨宿主病原：E. rostratum 和 C. lunata 兼具植物与人类致病性，提示潜在公共卫生风险。
- 方法创新：结合形态学、分子生物学与田间调查，全面解析病害生态。
其他重要发现
- 栽培方式影响：直播水稻（DSR）的褐斑病严重度（PDI 94.44%）显著高于移栽水稻（PDI 35.55%）。
- 菌株特性：高毒力 B. oryzae 菌株多表现为灰色菌落和蓬松生长，可能作为毒性标记。
本研究为褐斑病的综合治理奠定了重要基础，并呼吁未来研究关注多病原互作及抗病育种策略的优化。