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Identification and genetic diversity of Fusarium oxysporum isolates from bitter gourd

苦瓜枯萎病菌的鉴定及其遗传多样性分析



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(1): 36 ̄45(2014)
收稿日期: 2013 ̄05 ̄31ꎻ 修回日期: 2013 ̄12 ̄19
基金项目: 广西自然科学基金项目(2012GXSFBA053038)
通讯作者: 黎起秦ꎬ教授ꎬ主要从事植物病理学研究ꎻE ̄mail: qqli5806@gxu􀆰 edu􀆰 cn
第一作者: 陈振东ꎬ男ꎬ广西平南人ꎬ助理研究员ꎬ博士研究生ꎬ主要从事蔬菜病理学研究ꎻE ̄mail: czd3808@gxaas􀆰 netꎮ
苦瓜枯萎病菌的鉴定及其遗传多样性分析
陈振东1ꎬ2ꎬ3ꎬ 袁高庆1ꎬ 黎起秦1∗ꎬ 秦 健1ꎬ 蒋雅琴3ꎬ 黄如葵2ꎬ3
( 1广西大学农学院ꎬ 南宁 530004ꎻ 2 广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室ꎬ 南宁 530007ꎻ
3 广西农业科学院蔬菜研究所ꎬ 南宁 530007)
摘要:对分离获得的 32株苦瓜枯萎病菌菌株进行形态学特征和寄主专化型测定ꎬ结果表明ꎬ测试的苦瓜枯萎病菌株均为尖
孢镰刀菌苦瓜专化型 (Fusarium oxysporum f. sp. momordicae)ꎬ这些菌株可以侵染苦瓜和瓠瓜幼苗ꎬ但不侵染其他葫芦科
瓜类作物ꎮ 对苦瓜枯萎病菌菌株的 rDNA ̄ITS 区 ( ITS1、5.8S 和 ITS2)序列进行扩增测序ꎬ结果显示其序列长度均为 456
bpꎻ聚类分析表明测序菌株与镰刀菌属中尖孢镰刀菌不同专化型的菌株聚为一群ꎮ 利用 RAPD 标记技术分析苦瓜枯萎病
菌的遗传多样性ꎬ结果显示苦瓜枯萎病菌株与其他葫芦科瓜类作物枯萎病菌株间的遗传相似系数范围为 0.59~ 0.99ꎬ当遗
传相似系数为 0.85时ꎬ供试的 48个菌株分成 10个类群 (G1~ 10)ꎮ 在 RAPD聚类树中所有苦瓜枯萎病菌株聚在一个分支上
(G1 群)ꎬ菌株间的遗传相似系数范围为 0.92~ 1.00ꎬ具有较高的遗传相似性ꎬ且菌株的聚群与地理来源存在一定的相关性ꎮ
关键词:尖孢镰刀菌苦瓜专化型ꎻ rDNA ̄ITSꎻ RAPD ̄PCRꎻ 遗传多样性
Identification and genetic diversity of Fusarium oxysporum isolates from bitter
gourd   CHEN Zhen ̄dong1ꎬ2ꎬ3ꎬ YUAN Gao ̄qing1ꎬ LI Qi ̄qin1ꎬ QIN Jian1ꎬ JIANG Ya ̄qin3ꎬ HUANG
Ru ̄kui2ꎬ3  ( 1 College of Agricultureꎬ Guangxi Universityꎬ Nanning 530004ꎬ Chinaꎻ 2 Guangxi Crop Genetic Improvement and
Biotechnology Labꎬ Nanning 530007ꎬ Chinaꎻ 3 Vegetable Research Instituteꎬ Guangxi Academy of Agricultural Sciencesꎬ
Nanning 530007ꎬ China)
Abstract: Thirty ̄two Fusarium oxysporum isolates obtained from wilt bitter gourd in different regions of China
were identified by morphology and formae speciales test. The results showed that all isolates were Fusarium ox ̄
ysporum f. sp. momordicae (FOM) . These isolates could only infect the seedlings of bitter gourd and bottle
gourdꎬ but not the other cucurbit species. Amplifying and sequencing results of the rDNA ̄ITS of isolates showed
that the total length of rDNA ̄ITS (ITS1ꎬ 5.8S and ITS2) of FOM isolate was 456 base pairs. The clustering a ̄
nalysis of rDNA ̄ITS indicated that FOM and F. oxysporum f. spp. isolates could be gathered into one group.
Meanwhile the results of the genetic diversity analysis with RAPD molecular marker showed that the genetic sim ̄
ilarity coefficient of FOM isolates and the other formae speciales of F. oxysporum isolates from cucurbit hosts
was ranging from 0.59 to 0.99ꎻ forty ̄eight isolates could be divided into ten RAPD groups (G1-10) when the ge ̄
netic similarity coefficient reached 0.85. In RAPD dendrogramꎬ all the FOM isolates were gathered into one phy ̄
logenetic branch (group G1) with the genetic similarity coefficient ranged from 0.92 to 1.00ꎬ which indicated a
high genetic similarity existed in these isolatesꎬ and classification of phylogenetic group was related to geograph ̄
ic origin in some extents.
Key words: Fusarium oxysporum f. sp. momordicaeꎻ formae specialesꎻ rDNA ̄ITSꎻ RAPD ̄PCRꎻ genetic
diversity
 
  1期 陈振东ꎬ等:苦瓜枯萎病菌的鉴定及其遗传多样性分析
中图分类号: S432.1          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)01 ̄0036 ̄10
    苦瓜(Momordica charantia)枯萎病在我国的华
南、华东、西南和台湾等地区[1~6]以及国外的印度、
日本和菲律宾等国家[7~9]的苦瓜产区均可发生ꎬ引
起苦瓜整株萎蔫死亡ꎬ是苦瓜生产上危害最为严重
的一种土传病害ꎬ严重制约了苦瓜产业的发展[10]ꎮ
1983年 Sun 等[11]首次报道了引起苦瓜枯萎
病的病原为尖孢镰刀菌苦瓜专化型(Fusarium ox ̄
ysporum f. sp. momordicaeꎬ FOM)ꎮ 目前已知的葫
芦科瓜类枯萎病尖孢镰刀菌的专化型( formae spe ̄
ciales)至少有 8种[12ꎬ13]ꎬ而各专化型菌株的形态非
常接近ꎬ不同的专化型仍主要依赖特殊寄主或较窄
的寄主范围进行区分[3ꎬ4]ꎮ 2008 年ꎬ Cumagun
等[14]对来自菲律宾的 21 个苦瓜枯萎病菌株进行
硝酸盐利用缺陷 (Nitrate ̄non ̄utilizingꎬ nit)突变体
诱导和营养体亲和性测定ꎬ获得 4个营养体亲合群
(Vegetative compatibility groupsꎬ VCGs)ꎬ发现大
部分菌株属于同一个营养体亲合群ꎬ表现较低的遗
传多态率 (VCGdiv = 0.19)ꎮ 目前尚未见有关中国
尖孢镰刀菌苦瓜专化型菌株在镰刀菌种间的分子
系统发育关系及种内遗传多样性的系统报道ꎮ
本文在病原表型鉴定和寄主专化型测定的基
础上ꎬ对苦瓜枯萎病菌核糖体基因内转录间隔区
( rDNA ̄ITS)序列进行了分析ꎬ评价 ITS 序列在苦
瓜枯萎病菌鉴定中的作用ꎻ并用随机扩增多态性
DNA (random amplified polymorphic DNAꎬ RAPD)
技术研究苦瓜枯萎病菌及其近缘株系在尖孢镰刀
菌种内的遗传差异性ꎬ从而为今后开展病原的快速
鉴定和苦瓜的抗病分子育种研究提供科学依据ꎮ
1  材料与方法
1.1  供试菌株
分别对采自广西、广东、福建和湖南等地的苦
瓜枯萎病样本用组织分离法[15]分离病原物ꎬ获得
32株苦瓜枯萎病单孢纯化菌株ꎬ用柯赫氏法则对
这些菌株进行寄主回接测定ꎬ以确认其病原ꎬ然后
对这些菌株进行形态学和寄主专化型测定ꎮ
用于遗传多样性分析的菌株ꎬ除分离得到的
32株菌株外ꎬ另增加 16株瓜类枯萎病尖孢镰刀菌
不同专化型的近缘菌株ꎬ包括:由中国普通微生物
保藏管理中心 (China General Microbiological Cul ̄
ture Collection Centerꎬ CGMCC)和中国农业微生
物菌种保藏管理中心 (Agricultural Culture Collec ̄
tion of Chinaꎬ ACCC)提供的 2株黄瓜枯萎病菌、2
株西瓜枯萎病菌ꎬ以及由广西农科院蔬菜研究所病
理实验室分离、鉴定和保存的 12 株瓜类作物枯萎
病菌株 (其中西瓜枯萎病菌 2 株ꎬ甜瓜枯萎病菌 1
株ꎬ瓠瓜枯萎病菌 2株ꎬ丝瓜枯萎病菌 3株ꎬ冬瓜枯
萎病菌 4株)ꎮ 所有供试的 48个菌株的名称、寄主
及来源见表 1ꎮ
1.2  苦瓜枯萎病菌形态学特征及寄主专化型测定
将苦瓜枯萎病菌株分别移至马铃薯蔗糖培养
基 (potato sugar agarꎬ PSA)平板上ꎬ在 26 ℃恒温
下暗培养 7 dꎬ观察各菌株的菌落、分生孢子、产孢
细胞和厚垣孢子的形态和颜色ꎬ测量其大小ꎮ
专化型测定的寄主植物有苦瓜、冬瓜、节瓜、西
瓜、甜瓜、黄瓜、瓠瓜、丝瓜和南瓜ꎬ由广西农科院蔬
菜研究所提供ꎮ 育苗前先用 0.1%升汞液进行种子
消毒ꎬ经灭菌水冲洗后播种至灭菌基质中ꎻ待苗长
至两叶一心时ꎬ将苗轻轻拔出洗净根部ꎬ将其放入
浓度为 1×106 cfu􀅰mL-1的病原菌孢子悬浮液中浸
根 30 minꎻ然后移至装有灭菌基质的营养钵ꎬ移到
温度为 26~28℃的温室中ꎮ 以清水作对照ꎬ各菌株
接种每一寄主植物 30株ꎬ每处理 3次重复ꎬ接种后
隔天观察发病情况ꎬ25 d后统计发病率和死亡率ꎮ
1.3  苦瓜枯萎病菌的 rDNA ̄ITS序列分析
采用改进的 CTAB ( cetyltrimethylammonium
bromide)法[16]提取供试菌株基因组 DNAꎬ置于
-20℃冰箱中保存ꎮ 用真菌 rDNA ̄ITS序列的通用
引物 ITS4 ( 5′ ̄TCCTCCGCTTATTGATATGC ̄3′)
和 ITS5 (5′ ̄ GGAAGTAAAAGTCGTAACAAG G ̄
3′) [17]对 32个苦瓜枯萎病菌菌株的基因组 DNA
进行扩增ꎬ引物由生工生物工程 (上海)有限公司
合成ꎮ 扩增体系 25 μL:有 10×PCR buffer 2􀆰 5 μL、
MgCl2(2.5 mmol􀅰L
-1)2 μL、Taq 酶 (5 U􀅰μL-1)
0.2 μL、dNTPs (10 mmol􀅰L-1 each)1􀆰 0 μL、引物
ITS4 ( 10 μmol 􀅰 L-1 ) 1. 0 μL、 引 物
ITS 5 ( 10μmol􀅰L-1 ) 1 . 0μL 、DNA模板20 ng 、
73
 
植物病理学报 44卷
Table 1  Isolates of Fusarium oxysporium used in the study
Isolate Host Source
GD ̄1 Bitter gourd GZꎬ Guangdongꎬ China
GD ̄2 Bitter gourd GZꎬ Guangdongꎬ China
FJ ̄11 Bitter gourd FZꎬ Fujianꎬ China
FJ ̄15 Bitter gourd FZꎬ Fujianꎬ China
HY ̄1 Bitter gourd HYꎬ Hunanꎬ China
HY ̄2 Bitter gourd HYꎬ Hunanꎬ China
WT ̄1 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
WT ̄4 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
CGMCC3.2830 Cucumber CGMCC
ACCC30220 Cucumber ACCC
ACCC30024 Watermelon ACCC
ACCC31354 Watermelon ACCC
FONZH133 Watermelon ZZꎬ Henanꎬ China
FON8 Watermelon NNꎬ Guangxiꎬ China
FOMXJ151 Muskmelon CJꎬ Xinjiangꎬ China
FJAT 173 Bottle gourd FZꎬ Fujianꎬ China
FJAT 175 Bottle gourd FZꎬ Fujianꎬ China
FLUGD1 Luffa GZꎬ Guangdongꎬ China
FLUGD2 Luffa GZꎬ Guangdongꎬ China
FLUGD3 Luffa GZꎬ Guangdongꎬ China
FBENX102 Wax gourd NXꎬ Guangxiꎬ China
FBENN3 Wax gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
FBEYL5 Wax gourd YLꎬ Guangxiꎬ China
FBEGL1 Wax gourd GLꎬ Guangxiꎬ China
SC ̄1 Bitter gourd CDꎬ Sichuanꎬ China
CQ ̄1 Bitter gourd CQꎬ Chongqingꎬ China
QT ̄1 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄1 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄8 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄9 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄10 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄11 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄12 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄13 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄14 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄15 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄16 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄17 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄19 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄20 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄21 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄22 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄23 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄24 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄25 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄26 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄27 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
AS ̄28 Bitter gourd NNꎬ Guangxiꎬ China
CGMCC: China General Microbiological Culture Collection Centerꎻ ACCC: Agricultural Culture Collection of Chinaꎻ
GZ: Guangzhou cityꎻ FZ: Fuzhou cityꎻ HY: Hengyang cityꎻ CD: Chengdu cityꎻ CQ: Chongqing cityꎻ NN: Nanning
cityꎻ ZZ: Zhengzhou cityꎻ CJ: Changji cityꎻ NX: Nanxiao cityꎻ YL: Yulin cityꎻ GL: Guilin city.
83
 
  1期 陈振东ꎬ等:苦瓜枯萎病菌的鉴定及其遗传多样性分析
ddH2O 15.3 μLꎻ设 1 个反应管用双蒸水代替模板
DNA作对照ꎮ 反应程序:94℃预变性 10 minꎻ94℃
变性 1 minꎬ55℃退火 1 minꎬ72℃延伸 2 minꎬ共 25
个循环ꎻ72℃延伸 10 minꎬ4℃保存备用ꎮ 以 100
bp plusⅡDNA Ladder(北京天根生物技术有限公
司)为标准分子量ꎬ取 5 μL PCR产物经 1.0%琼脂
糖凝胶电泳检测ꎬ在 UVItec􀅺凝胶成像系统上观
察并拍照ꎮ
将 PCR产物送上海生工测序后ꎬ与 GenBank
数据库的核苷酸序列进行 BLAST 同源性比对分
析ꎮ 从 GenBank数据库中下载参照镰刀菌菌株的
rDNA ̄ITS区序列ꎬ用 Clustal X (version 1.83)软件
中的 Alignment 程序进行多重比对 (Multiple
alignment)ꎬ采用 Mega (Version 4.0)软件包[18]邻
接法 (neighbor ̄joining)构建分子系统发育树ꎬ用
Bootstrap进行系统发育树置信度检测ꎬ自展数据
集为 1 000次ꎮ
1.4  苦瓜枯萎病菌的遗传多样性分析
从 65条十碱基寡聚核苷酸随机引物中筛选扩
增条带清晰、多态性好的随机引物ꎬ对 48个供试菌
株进行指纹图谱分析ꎮ RAPD ̄PCR 反应体系 25
μL:2 ×Es Taq MasterMix (含有 2 × Es Taq PCR
Bufferꎬ3 mmol􀅰L-1 MgCl2ꎬEs Taq 酶和 400 μmol
􀅰L-1 dNTP Mixꎬ北京康为世纪生物科技有限公
司)12.5 μLꎬ随机引物 (10 μmol􀅰L-1)2.0 μLꎬ模
板 DNA 30 ngꎬddH2O 8.5 μLꎮ 每次 PCR 均设不
含模板 DNA 的空白对照ꎮ 每个随机引物扩增反
应重复 3 次ꎮ 反应程序:94℃预变性 10 minꎻ94℃
变性 1 minꎬ37℃退火 45 sꎬ72℃延伸 1 minꎬ共 30
个循环ꎻ72℃延伸 10 minꎬ4℃保存备用ꎮ PCR 产
物检测方法同 1.3ꎮ 所用引物及 Marker DL 2 000
均购自生工生物工程(上海)有限公司ꎮ
采用有带记为“1”、无带记为“0”的方法记录
PCR扩增的 DNA 条带ꎮ 利用 NTSYSpc (Version
2.10e)软件计算菌株间的 Dice 遗传相似系数ꎬ采
用非加权组平均法(unweighted pair ̄group method
with arithmetic meansꎬUPGMA)构建系统聚类图ꎮ
2  结果与分析
2.1  苦瓜枯萎病菌的形态特征及专化型
苦瓜枯萎病菌在 PSA 培养基上气生菌丝浓
密ꎬ棉絮状ꎬ白色至淡紫色ꎬ菌落背面白色或淡紫
色ꎮ 小型分生孢子椭圆形或卵圆形ꎬ呈假头状生于
产孢细胞上ꎬ大小 9.6 (8.5~13.5) μm×2.6 (2􀆰 4 ~
3.1) μmꎻ大型分生孢子镰刀形ꎬ顶端细胞稍弯曲ꎬ
足细胞明显ꎬ3~5个隔膜ꎬ多为 3个隔膜ꎬ大小 27.7
(20.3 ~ 45.5) μm×3.4 (2.7 ~ 4.9) μmꎻ产孢细胞
短ꎬ单瓶梗ꎬ大小 16.4 (6.2 ~ 27.5) μm×2.8 (2.5 ~
3.6) μmꎻ厚垣孢子球形或长圆形ꎬ有疣突ꎬ单生、
顶生ꎬ直径 9.3 (7.6~13.8) μmꎮ 依据 Leslie 等[19]
和Wang 等[20]关于镰刀菌的形态鉴定方法ꎬ初步
确定引起苦瓜枯萎病的病原物为美丽组尖孢镰刀
菌 (F. oxysporum)ꎮ
测试的苦瓜枯萎病菌株对苦瓜幼苗的发病率
为 100.0%ꎬ死亡率在 73.3% ~ 100.0%ꎮ 被侵苗表
现出明显矮化、子叶皱缩、真叶发黄、根部褐变、植
株萎蔫枯死等典型症状ꎮ 同时ꎬ这些菌株也可侵染
瓠瓜[Lagenaria siceraria (Molina) Standl.]幼苗:
长瓠子 ( var. clavata Hara) 发病率在 83. 3% ~
100􀆰 0%ꎬ死亡率在 40. 0% ~ 96. 7%ꎻ短瓠子 ( var.
clavata Hara) 发病率在 86.7%~100.0%ꎬ死亡率在
46.7%~96.7%ꎻ园扁葫芦[var. depressa (Ser.) Ha ̄
ra]发病率在 0. 0% ~ 40. 0%ꎬ死亡率在 0. 0% ~
23􀆰 3%ꎻ长颈葫芦 (var. cougourda Hara)发病率在
10.0%~53.3%ꎬ死亡率在 0.0%~10.0%ꎬ被侵幼苗表现
矮化、子叶枯死、真叶发黄、维管束变褐、植株凋萎
等症状ꎻ但是ꎬ测试菌株均不侵染冬瓜、节瓜、西瓜、
甜瓜、黄瓜、丝瓜和南瓜等瓜类幼苗ꎮ
依据上述结果ꎬ可确定供试的 32 株苦瓜枯萎
病菌株均为尖孢镰刀菌苦瓜专化型(Fusarium ox ̄
ysporum f. sp. momordicae)ꎮ
2.2  苦瓜枯萎病菌的 rDNA ̄ITS序列分析
2.2.1  rDNA ̄ITS 序列测定及同源性分析   用引
物 ITS4 / ITS5从 32 个苦瓜枯萎病菌株的基因组
DNA中扩增出大小约 540 bp的片段(图 1)ꎮ 对扩
增产物测序ꎬ并在 GenBank 数据库中进行 BLAST
分析ꎬ结果显示苦瓜枯萎病菌株与 GenBank 数据
库中的不同寄主专化型尖孢镰刀菌菌株的同源性
均在 95%以上ꎮ 用 Clustal X 软件对测序菌株及
GenBank数据库中 2 个尖孢镰刀菌苦瓜专化型菌
株 JH ̄1、 SJ ̄KG (序列号 分 别 为: GU126688、
93
 
植物病理学报 44卷
GU445364)的 rDNA ̄ITS 区序列进行对位比较ꎬ结
果显示这些菌株的 rDNA ̄ITS 区 ( ITS1、5. 8S 和
ITS2)序列长度均为 456 bpꎬ且碱基顺序完全相
同ꎮ 图 1 为 5 个不同地理来源的代表性菌株 GD ̄
1、FJ ̄11、WT ̄1、HY ̄1、AS ̄9的 rDNA ̄ITS序列扩增
产物的电泳结果ꎬGenBank 登录序列号为: JN00 ̄
5749 ̄JN005753ꎮ
Fig. 1   Agarose electrophoresis of ITS ̄PCR
products with the primers ITS4 / ITS5
M: 100 bp DNA Ladderꎻ Lane 1: Negative controlꎻ Lane 2
to 6: ITS ̄PCR production of GD ̄1、FJ ̄11、WT ̄1、HY ̄1 and
AS ̄9.
2.2.2  基于 rDNA ̄ITS 区序列的聚类分析  将测
序的 32个苦瓜枯萎病菌株的 rDNA ̄ITS 区序列与
GenBank数据库中下载的 21个相关菌株的 rDNA ̄
ITS区序列进行一致性比对ꎬ构建系统发育树 (图
2)ꎮ 下载的序列来自 13 个尖孢镰刀菌 (F. oxys ̄
porum)不同专化型菌株、3 个胶孢镰刀菌(F. sub ̄
glutinans)菌株、2 个梨孢镰刀菌(F. poae)菌株和
3个腐皮镰刀菌(F. solani)菌株ꎮ 系统树中设定
的外围群为腐皮镰刀菌ꎮ 在一致性比对中ꎬ发现苦
瓜枯萎病菌株与尖孢镰刀菌西瓜专化型菌株 (序
列号:EU588396)的 rDNA ̄ITS 区序列仅有一个碱
基差异ꎬ与另外 12 个尖孢镰刀菌专化型菌株的
rDNA ̄ITS区序列完全一致ꎬ与其他镰刀菌菌株的
rDNA ̄ITS区序列有较多的碱基差异ꎮ 系统树显
示ꎬ53个镰刀菌菌株被分成 4 个类群ꎮ 同为尖孢
镰刀菌的 45个不同专化型菌株均归在类群Ⅰ中ꎬ
包括 32个自测的苦瓜枯萎病菌株、来自 GenBank
数据库中的 2个尖孢镰刀菌苦瓜专化型菌株 JH ̄1
和 SJ ̄KG、9个其他瓜类作物枯萎病尖孢镰刀菌专
化型菌株、1个尖孢镰刀菌番茄专化型菌株和 1 个
尖孢镰刀菌百合专化型菌株ꎬ进化枝的自展支持率
为 97%ꎻ类群Ⅱ包括 3 个胶孢镰刀菌株ꎬ进化枝的
自展支持率为 65%ꎻ类群Ⅲ包括 2 个梨孢镰刀菌
株ꎬ进化枝的自展支持率为 99%ꎻ类群Ⅳ由外围群
的 3个腐皮镰刀菌株构成ꎬ进化枝的自展支持率为
100%ꎮ 从聚类分析结果可以看出ꎬ利用 rDNA ̄ITS
序列分析可以区分镰刀菌属的不同种ꎬ但不能将尖
孢镰刀菌苦瓜专化型菌株与种内的其他专化型菌
株区分开来ꎮ
2.3  苦瓜枯萎病菌的遗传多样性分析
2.3.1  RAPD引物筛选和扩增结果  从供试的 65
条随机引物筛选出扩增重复性好、对每个菌株均具
有鉴别能力的多态性随机引物 18条ꎬ对 48个尖孢
镰刀菌菌株基因组 DNA 进行扩增ꎬ共获得条带
261条ꎬ其中多态性条带 253 条ꎬ多态性比例为 96.
9%ꎻ不同引物扩增条带数在 8 ~ 21 条ꎬ平均每个引
物产生多态性条带 14.1条ꎬ扩增片段大小在 150 ~
2 200 bp 之间ꎮ 引物 S174 的扩增图谱(图 3)表
明ꎬ条带强弱和分子量大小反映了引物对菌株
DNA序列不同基因位点拷贝数量的差异以及菌株
间在基因位点上同源程度的差异ꎬ表明尖孢镰刀菌
各瓜类专化型菌株在种内存在丰富的遗传多样性ꎮ
不同引物扩增苦瓜枯萎病菌基因组 DNAꎬ产生的
条带数在 5~ 13 条之间ꎬ共获得条带 141 条ꎬ其中
多态性条带 44 条ꎬ平均每个引物产生多态性条带
2.4条ꎬ多态性比例为 31􀆰 2%ꎮ 引物在苦瓜枯萎病
菌菌株间产生多态性条带较少ꎬ表明苦瓜枯萎病菌
菌株间的分子遗传多态率较低ꎮ
2.3.2  聚类分析  根据 RAPD 标记扩增结果计算
菌株间的遗传相似系数ꎬ用 UPGMA 法对数据进
行聚类分析ꎬ建立聚类树状图 (图 4)ꎮ 从树状图
可以看出ꎬ48 个尖孢镰刀菌菌株间的遗传相似系
数在 0.59~0.99之间ꎬ平均为 0.79ꎮ 当相似系数为
0.85 (L 线)时ꎬ48 个菌株被划分成 10 个类群
(Groupsꎬ G1~10)ꎬ聚类结果说明尖孢镰刀菌各瓜类
专化型菌株遗传分化大ꎮ 其中 G1 类群包含了 32
个苦瓜枯萎病菌株ꎬ遗传相似系数范围在 0􀆰 92 ~
1.00ꎬ平均为 0.96ꎬ遗传相似性高ꎻG2 类群包括 3
个丝瓜专化型菌株和 4 个冬瓜专化型菌株ꎻG3 类
04
 
  1期 陈振东ꎬ等:苦瓜枯萎病菌的鉴定及其遗传多样性分析
群包括 1个黄瓜专化型菌株和 1 个甜瓜专化型菌
株ꎻ其他 7个黄瓜、西瓜、葫芦专化型菌株分布在不
同分支上 (G4 ~ G10)ꎬ表现为显著的遗传差异ꎬ遗
传相似性低ꎮ
Fig. 2  Phylogenetic tree of ITS sequence in different species of Fusarium
14
 
植物病理学报 44卷
Fig. 3  RAPD fingerprints of 48 Fusarium oxysporum isolates obtained with primer S174
M: Marker DL2 000ꎻ Lane 1 ̄8 and 25 ̄48: F. oxysporum isolates from wilted bitter gourd plantsꎻ Lane 9 ̄10: F.
oxysporum f. sp. cucumerinum (CGMCC3.2830ꎬ ACCC30220)ꎻ Lane 11 ̄14: F. oxysporum f. sp. niveum (AC ̄
CC30220ꎬ ACCC30024ꎬ ACCC31354ꎬ FONZH133ꎬ FON8 )ꎻ Lane 15: F. oxysporum f. sp. melonis
(FOMXJ151)ꎻ Lane 16 ̄17: F. oxysporum f. sp lagenariae (FJAT173ꎬ FJAT175)ꎻ Lane 18 ̄20: F. oxysporum f.
sp. luffae ( FLUGD1ꎬ FLUGD2ꎬ FLUGD3)ꎻ Lane 21 ̄24: F. oxysporum f. sp. benincasae ( FBENX102ꎬ
FBENN3ꎬ FBEYL5ꎬ FBEGL1) ꎻ CK: Negative control.
3  讨论
葫芦科植物枯萎病菌专化型菌株的致病性较
为复杂ꎬZhu等[1]用分离自广东的苦瓜枯萎病菌接
种瓠瓜和葫芦幼苗ꎬ其发病率分别为 75. 5%和
25􀆰 6%ꎬ因此认为作专化型鉴定时有必要接种瓠瓜
和葫芦ꎮ 本研究用不同地理来源的 32株苦瓜枯萎
病菌接种苦瓜幼苗ꎬ发病率为 100.0%ꎬ死亡率在
73.3%~100.0%ꎻ接种瓠瓜的不同变种ꎬ发病率为
0.0%~100.0%ꎬ死亡率为 0.0% ~ 96.7%ꎬ表明瓠瓜
可能是尖孢镰刀菌苦瓜专化型菌株的次要寄主ꎬ这
与 Zhu等[1]的报道一致ꎮ
镰刀菌属分种的主要依据是培养物的形态特
征ꎬ然而由于形态特征容易受到培养条件和其它因
素的影响ꎬ而且许多种未发现有性阶段ꎬ给鉴定工
作带来一定的困难ꎮ ITS 序列已广泛应用于植物
病原菌近亲类群的鉴定和系统发育分析ꎬ是病原菌
系统发育及分类鉴定的重要依据[21~24]ꎮ 本研究利
用 rDNA ̄ITS区序列构建分子系统发育树ꎬ发育树
中苦瓜枯萎病菌株和其他美丽组尖孢镰刀菌专化
型菌株聚在一起ꎬ与李瑟组胶孢镰刀菌株、枝孢组
梨孢镰刀菌株和马特组腐皮镰刀菌株区分在不同
的进化枝上ꎬ表明 rDNA ̄ITS区序列反映了镰刀菌
种间存在不同程度的差异ꎬ可作为鉴定苦瓜枯萎病
菌的辅助手段ꎬ但难以区分尖孢镰刀菌苦瓜专化型
菌株与其他尖孢镰刀菌瓜类专化型菌株[25ꎬ26]ꎬ仍
需依赖于菌株对寄主的致病性鉴定实现种内的区
分ꎮ 如要实现尖孢镰刀菌苦瓜专化型菌株的分子
快速鉴定ꎬ仍需发掘除 ITS序列之外的其它特异性
序列ꎮ
RAPD多态性标记技术在研究病原菌的遗传
多样性中已有广泛应用ꎬ由 RAPD 标记构建的聚
类群与病原菌致病力、地理来源、生理小种或营养
24
 
  1期 陈振东ꎬ等:苦瓜枯萎病菌的鉴定及其遗传多样性分析
Fig. 4  Dendrogram of 48 Fusarium oxysporum isolates based on RAPD data
using Dice coefficient of similarity and UPGMA cluster analysis
体亲和群等存在一定的对应关系ꎬ反映了病原菌种
间或种内遗传背景的差异[27~31]ꎮ 本文通过对苦瓜
枯萎病菌与其他瓜类作物枯萎病菌近缘株系进行
RAPD标记聚类分析ꎬ可以看出苦瓜枯萎病菌株全
部聚在 G1 类群中ꎬ相似系数高ꎬ菌株间的多态率
较低ꎬ说明苦瓜枯萎病菌遗传分化不大ꎬ遗传背景
和亲缘关系相似ꎬ这可能与其致病性和较窄的寄主
范围等因素有关ꎮ 在测试的苦瓜枯萎病菌株中ꎬ除
来自福建的两个菌株(FJ ̄1、FJ ̄2)遗传距离相对较
远而未能聚在一起外ꎬ其他菌株如来自广州的 GD ̄
1和 GD ̄2 聚在同一分支上ꎬ来自衡阳的 HY ̄1 和
HY ̄2聚在同一分支上ꎬ来自南宁的WT ̄1和WT ̄2
聚在同一分支上ꎬ反映了地域同源性较强的菌株不
存在明显的遗传分化ꎬ菌株的聚类与其地理来源存
在一定的相关性ꎬ这可能是由于病原菌与不同地区
的环境条件及种植品种长期互作选择、协同进化引
起的现象ꎮ 聚类树中类群 G1 与类群 G2 聚在一
起ꎬ与其他类群存在较远的遗传距离ꎬ表明侵染苦
瓜的尖孢镰刀菌菌株与侵染丝瓜、冬瓜的尖孢镰刀
菌菌株亲缘关系更为相近ꎮ 尖孢镰刀菌不同瓜类
作物专化型菌株之间虽然在形态学表型特征上相
同或相近ꎬ但是分子遗传相似性差异显著ꎬ表明尖
孢镰刀菌种内存在丰富的遗传多样性ꎬ生理分化复
杂ꎮ
RAPD指纹图谱信息量丰富ꎬ可以通过寻找病
原菌专一性 DNA标记ꎬ制作特异探针或转换成更
加稳定的特异标记ꎬ应用于植物病原的鉴定和诊
断[32ꎬ33]ꎮ 本研究利用 RAPD分子标记分析不同葫
芦科作物枯萎病菌的遗传背景ꎬ发现了一些尖孢镰
刀菌苦瓜专化型菌株的特征性差异条带ꎮ 筛选特
34
 
植物病理学报 44卷
异条带ꎬ用于制作鉴定尖孢镰刀菌苦瓜专化型菌株
的特异探针的研究工作正在进行中ꎮ
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责任编辑:张宗英
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