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議題背景：

今（2023）年4月12日台北時間凌晨2:00，英國塞恩斯伯里實驗室（The Sainsbury Laboratory）研究團隊於國際期刊《公共圖書館：生物學》（PLOS Biology）發表一篇與感染稻米和麥等作物的真菌「稻熱病菌」（稻瘟病菌）有關的研究〈Genomic surveillance uncovers a pandemic clonal lineage of the wheat blast fungus〉。研究團隊以親緣演化分析方法，分析與定序稻熱病菌（麥熱病菌） Magnaporthe oryzae的基因組，並測試不同的小麥品系對稻熱病菌的抵抗能力，發現2016年在亞洲和非洲出現的麥熱病菌的基因起源於南美洲，與在尚比亞和孟加拉大流行的B71稻熱病菌是不同的基因型，也發現其中有一種Rmg8基因的小麥能夠抵抗這種病菌。

研究指出監測基因組可能有助於追踪病原體的進化情形，並幫助開發能抵抗這些病原的農作物，以防止作物歉收的情況。共同作者尼克．塔爾博特（Nick Talbot）提到，此研究顯現出基因組監測的技術可以大大幫助植物育種人員更有效的選擇用來開發抗病作物品系的基因。

台灣研究稻熱病菌的兩位專家解析此研究，專家指出，此研究有助於了解此病原真菌在全世界小麥產區的分布散播情形，對小麥的抗病育種策略與田間防治都有參考價值。台灣長期監測稻熱病，也有團隊在做幫助水稻抗病育種的工作，此研究也有助於台灣與國際研究之間互相參考，以有效管理並降低疫情發生的風險。

*註：稻熱病菌（Magnaporthe oryzae）的孢子散播在氣流中，在濕度較高、溫度適宜的環境下感染稻米，而其有中一類分支的麥熱病菌感染的是大麥、小麥等農作物，會造成種子數量減少，俗稱稻熱病、麥熱病。過往的認知是，會感染稻米的稻熱病菌不一定會感染小麥，而會感染小麥的稻熱病菌也不一定會感染稻米。

研究原文：

•  Latorre SM, Were VM, Foster AJ, Langner T, Malmgren A, Harant A, et al. (2023) Genomic surveillance uncovers a pandemic clonal lineage of the wheat blast fungus. PLoS Biol 21(4): e3002052. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002052

專家怎麼說？

【陳瑞祥】【沈偉強】

2023年04月11日
國立嘉義大學副校長／生化科技學系暨研究所教授 陳瑞祥

1. 這份研究為什麼重要？

稻熱病菌是榖類作物栽培期間的重要病原真菌，除了感染水稻外，也會造成小麥、大麥等作物的病害，估計全世界每年水稻因稻熱病造成約 10-30% 的產量損失。稻熱病菌在 1892年即已發現可感染水稻，但感染小麥的病例則是在 1985年才首次在巴西發現，而此真菌的不同病原型則可能單獨或同時感染水稻及小麥，目前已有證據發現特定病原型（M. oryzae Oryzae (MoO)）會同時感染水稻及小麥[1]。此研究利用全基因體學資訊，分析不同國家小麥產區稻熱病菌族群的遺傳親緣關係，證明亞洲與非洲的稻熱病病菌可能起源於南美洲，對於了解此病原真菌在全世界的散播及演化路徑，以及不同地區小麥抗病育種策略具有顯著的參考價值，而相同的研究方法亦可應用於分析感染水稻的稻熱病菌族群。

2. 研究有哪些推論上的限制？

此研究主要著重於感染小麥的稻熱病菌族群，所利用的分子標誌也是從感染小麥的稻熱病菌基因體序列中篩選，所以無法確定是否可以適用於感染水稻的稻熱病菌族群分析，也無法藉以具體擬定台灣的稻熱病防治策略。

3. 台灣有類似研究嗎？

小麥在台灣栽培面積僅約 600 公頃，故稻熱病菌也未成為其主要病原菌，但稻熱病菌則是感染水稻的主要病原真菌。過去我們曾應用分子標誌，分析台灣各地採集所得的稻熱病菌族群，發現在台灣田間存在特定的稻熱病菌優勢基因型，但不同地區及年度間的遺傳變異程度並不高，可能與常年大面積的栽培同一水稻品種有關。

4. 這篇研究可以幫助我們更理解如何防止有害的真菌感染農作物、防止農作物歉收嗎?

藉由基因體學的監控分析，可以使我們更明確的認知病原真菌族群在田間的變異程度及演化情形。本篇論文主要針對感染小麥的稻熱病菌族群進行基礎研究，有助於了解此病原真菌在全世界小麥產區的分布散播情形。論文中亦發現特定抗病基因「Rmg8」的重要性，以及此病原真菌對特定殺菌劑的敏感性，這些結果對於小麥的抗病育種策略與田間防治皆具有參考價值。

2023年04月11日

國立臺灣大學植物病理與微生物學系教授 沈偉強

1. 這份研究為什麼重要？

稻熱病菌（學名Magnaporthe oryzae），為大家熟知的是感染水稻的病原菌，但目前研究顯示其為一「複合種」，可感染許多包括小麥及大麥等禾本科的作物，或雜草。根據感染寄主及基因型分析，這個真菌可進一步區分為不同「病原分化型、或致病型」。麥熱病最早發生於南美洲，近年擴散到亞洲、非洲，因大面積種植小麥品種子，造成感染發病導致作物的嚴重歉收，引起國際重視。本篇研究聚焦在稻熱病菌小麥分化型、或稱麥熱病菌（學名Magnaporthe oryzae Triticum），研究分析近期擴散到亞洲、非洲感染小麥的麥熱病菌的單一核苷酸多型性及基因體序列，探討與南美洲巴西麥熱病菌譜系的親緣關係，找出亞非病害發生的起源。

此研究的重要性，在於研究團隊發現南美洲感染小麥的眾多不同基因型麥熱病菌中，B71基因型就是傳播到亞洲、非洲後，造成小麥感染大流行的同一株麥熱病菌。研究也發現，帶有「Rmg8」抗病基因的小麥，能夠抵抗B71基因型麥熱病菌感染，可以利用具有此抗病基因的小麥品種進行種植及抗病育種，此外篩選發現烯酸酯類殺菌劑「strobilurin」，仍可有效防治B71基因型的麥熱病菌。此研究更重要的發現是，非洲尚比亞麥熱病菌分離株可與分離自非洲小米不同交配型的稻熱病菌，在實驗室誘導的環境可進行有性生殖產生後代，因此可能產生更為多樣遺傳基因的病原菌，造成病害發生及管理的風險。

2. 研究有哪些推論上的限制？

研究使用的接種方法是將有麥熱病菌孢子懸浮液，直接滴加在不同小麥品種的葉子上，觀察感染及病斑大小，結果顯示帶有「Rmg8」基因的小麥受B71基因型的麥熱病菌感染後，病斑較小。因稻熱病是空氣傳播性病害，應以噴霧接種較為符合真實感染的方式，進行接種，並進行病害嚴重程度的分級，評估「Rmg8」基因品種，或其他小麥種源的抗病等級，提供更為明確的抗病育種標的。因此，「Rmg8」小麥的抗病性，需更為審慎評估。

3. 台灣有類似研究嗎？

近年來，臺灣部分地區開始種植小麥，目前臺灣尚未有麥熱病的報導，就防範未然方面，應該進行小麥種源的分析及發病的監測，避免疫情的發生。臺灣有長期的水稻種植歷史，品種多樣，而每年一期稻作皆有稻熱病的發生，病害的發生相對輕微，但在有些年度或特定地區，稻熱病有較為嚴重的疫情發生。而我們實驗室的研究發現，臺灣稻熱病菌譜系多樣且不斷演替，而稻熱病菌在田間有許多禾本科雜草的中間寄主，可以殘存再感染水稻。近年來，我們也發現在台南善化、官田地區一秈糯水稻品種（台中秈糯2號），存在一個以往臺灣非常少見的稻熱病菌譜系，有極為特殊的基因型及有別於臺灣常見稻熱病菌有性生殖交配型，若此類菌株可與其他譜系稻熱病菌進行有性生殖，亦提升了產生稻熱病菌遺傳多樣性的風險。因此病原菌族群的動態變化及高風險的稻熱病菌譜系，有長期監控的必要性。

此外，根據水稻抗病品系及稻熱病菌族群的監測資訊，臺灣大學植物病理與微生物學系鍾嘉綾教授，以及農業試驗與改良場所同仁，近年積極進行分子輔助水稻抗病育種的工作，導入有效抗病基因至「台南11號、高雄145號」等良質米品種，以有效管理並降低疫情發生的風險。

4. 這篇研究可以幫助我們更理解如何防止有害的真菌感染農作物、防止農作物歉收嗎?

此篇研究，提供亞非洲地區近年發生的麥熱病，致病病原譜系的起源，也找到一個對B71基因型麥熱病菌具有抗性Rmg8抗病基因，可以做為抗病育種的標的基因。過去其他相關病原菌的研究顯示，絕大部分稻熱病菌譜系無法同時感染水稻與小麥，但2022年一篇孟加拉的研究報導，3株分離自水稻的稻熱病菌，利用人為接種可感染小麥造成麥熱病，唯目前機制未明[1]。稻熱病菌具有多樣的遺傳變異機制，目前研究顯示包括臺灣等國家大部分的田間稻熱病菌，為單一交配型，有性生殖發生的機率極低，但在水稻起源的特定地區有兩性交配型稻熱病菌的存在，基因型的分析亦不排除有性生殖發生的可能性，加上不當殺菌劑的施用造成抗藥性菌株的產生，亦更顯病害管理及病原菌監測的重要性。此外，育種的工作是費時的，需要有效的規劃及長時間的投入，每個國家種植的小麥或水稻品種多元，各地亦有偏好的品種，因此超前部署，積極收集及篩選抗病種源，及早進行有效抗病基因的導入，對於防範麥熱病及稻熱病的發生，皆有其重要的意義。

參考文獻：

[1] Paul, S.K., Mahmud, N.U., Gupta, D.R. et al. Oryzae pathotype of Magnaporthe oryzae can cause typical blast disease symptoms on both leaves and spikes of wheat under a growth room condition. Phytopathol Res 4, 9 (2022). https://doi.org/10.1186/s42483-022-00114-4