白粉病菌感染的小麥嫩葉

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（MaxPlanck 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（UniversityofZurich）的植物學家畢特．凱勒（BeatKeller）和湯瑪士．維克（ThomasWicker）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（NatureGenetics）」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。

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，其余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御系統－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御系統的能力。」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系上將永不分離了。

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，并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。