A conserved tetrapolar mating system permits sexual hybridization and recombinant host phenotypes in wheat- and barley-adapted Puccinia striiformis
尽管在适应小麦和适应大麦的柄锈菌（*Puccia striiformis*）之间存在显著的宿主特化和全基因组分化，但在替代宿主小檗（*Berberis vulgaris*）上保守的四极配对系统使得能够进行产生具有新颖、重组宿主相互作用谱系的生命力后代的有性杂交。
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感染农作物的真菌通常专门攻击单一类型的植物，它们进化成为攻击小麦或大麦的专家，却无法在另一种植物上生存。这种专业化作用起到了屏障的作用，使不同的真菌种群保持分离，并防止它们的基因混合。然而，许多这类植物病原体在完全不同种类的植物（通常是远离谷物田的灌木或树木）上拥有一种隐藏的有性生活史。在这些替代宿主上，真菌可以进行交配并产生后代。科学家们长期以来一直好奇，在田间观察到的这种严格的专业化程度是否如此之深，以至于即使这些真菌在共同的灌木上相遇，也会阻止它们进行交配。如果屏 been 障足够强大，这两组真菌将无法产生可行的后代，从而有效地成为不同的物种。如果屏障较弱，它们就可以混合，创造出新的性状组合，从而可能感染它们以前无法触及的作物。
在最近的一项研究中，研究人员试图通过使用两种亲缘关系相近但具有宿主专业性的条锈菌形式来测试这种可能性。一种被称为小麦条锈菌，它感染小麦但不感染大麦；另一种是条大麦锈菌，它感染大麦但不感染小麦。尽管它们在田间的习性不同，但两种形式都使用一种名为小檗的共同灌木作为进行有性生殖的场所。研究人员在受控实验中，将这两种不同的真菌形式带到小檗植物上，以观察它们是否能够交配。他们发现，这两种专门针对不同作物的形式确实能够杂交。交配产生了18个可行的后代，证明了它们之间的遗传屏障并不完整。这一发现意义重大，因为它表明，尽管这些真菌在田间看起来和表现得不同，但它们仍然保留着在获得机会时进行基因混合的生物学机制。
研究人员随后检查了这些新后代的遗传组成，以了解交配是如何进行的。他们发现，真菌使用一种特定的系统来确定兼容性，该系统涉及位于不同染色体上的两个独立的遗传开关。为了进行交配，配对双方必须拥有这些开关的不同版本。研究证实，适应小麦和适应大麦的亲本拥有兼容版本的开关，这使得它们能够融合并繁殖。此外，后代继承了来自双方父母的混合开关，产生了四种不同的遗传组合。这种模式证实了交配遵循预期的有性生殖规则，即基因从双方父母那里进行重组并传递给下一代。
或许最令人震惊的结果是，当这些新的杂交真菌在小麦和大麦植物上接受测试时发生了什么。原始的亲本是严格的专家：小麦型不能感染大麦，而大麦型不能感染小麦。然而，这些杂交后代却表现出了一种新的行为。一些杂交种能够同时感染小麦和大麦，这是一种其双亲都不具备的特性。另一些杂交种则可以感染小麦和大麦中其亲本无法感染的品种。这表明，通过结合两个专业化亲本的遗传物质，真菌可以产生新的能力来克服植物的防御。研究并未发现杂交种在所有植物上都变得具有超强感染力；相反，它们展现出了一系列新的能力，有时能感染两种作物中的特定品种。
这项工作表明，这两个真菌组之间的分离并不是绝对的。虽然它们已经进化到专门攻击不同的作物，但它们并没有失去在共同的有性宿主上识别彼此为配偶或产生健康后代的能力。研究人员表明，这种性状混合可以创造出改变真菌与宿主植物相互作用的新遗传组合。在作物保护的背景下，这意味着新真菌威胁的演变并不总是来自于单一群体内部缓慢、渐进的变化。相反，不同专业化群体在野生宿主上的偶尔相遇，可能会突然产生具有感染此前无法触及的作物能力的杂交种。该研究提供了直接证据，证明宿主专业化与有性混合能力可以并存，从而为新型真菌菌株的出现留下了可能性的窗口。
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