S.N. Elansky, L.Yu. Kokaeva, N.V. Statsyuk, Yu.T. Dyakov
Giriş
Oomycete Phytophthora infestans (Mont.) Patates ve domateslerin ekonomik açıdan en önemli hastalığı olan geç yanıklığın nedeni olan De Bary, bir buçuk yüzyılı aşkın süredir farklı ülkelerden araştırmacıların yakın ilgisini çekmektedir. Avrupa'da XNUMX. yüzyılın ortalarında birdenbire ortaya çıkan bu, birçok neslin hafızasında kalan bir patates salgınına neden oldu.
Şimdiye kadar, genellikle "İrlanda açlığının mantarı" olarak anılıyordu. İlk salgınlardan neredeyse yüz yıl sonra, geç yanıklığa dirençli yabani Meksika patates türleri keşfedildi, bunları ekili patateslerle geçme yöntemleri geliştirildi (Muller, 1935) ve ilk geç yanıklığa dayanıklı çeşitler elde edildi (Pushkarev, 1937). Bununla birlikte, ticari ekimlerinin başlamasından kısa bir süre sonra, dirençli çeşitlere karşı öldürücü olan geç yanıklık patojeni ırkları birikti. ve yabani Meksika patateslerinden çeşitlere yeni direnç genlerinin eklenmesi, etkinliğini hızla kaybetmeye başladı.
Monojenik (dikey) direnç kullanımındaki başarısızlıklar, yetiştiricileri, spesifik olmayan poligenik (yatay) direnci kullanmanın daha karmaşık yollarını aramaya zorladı. Son yıllarda, oldukça agresif ırklar, parazitin bireysel popülasyonlarında birikmeye başladı ve spesifik olmayan direncin bile erozyonuna neden oldu. Mantar ilacına dirençli türlerin ortaya çıkması, patates koruyucu kimyasalların kullanımında sorunlara neden olmuştur.
Oomycetes ve mantarlar arasındaki kimyasal bileşim, ince yapı ve metabolizma açısından önemli farklılıklar nedeniyle, fungisitler, özellikle bitkileri birçok mantar hastalığından korumak için kullanılan sistemik olanlar, oomycetlere karşı etkisizdir.
Bu nedenle, geç yanıklığa karşı kimyasal korumada, geniş bir etki spektrumuna sahip temas preparatlarıyla çoklu (mevsim başına 12 defaya kadar veya daha fazla) püskürtme kullanılmıştır. Devrim niteliğinde bir adım, oomisetler için toksik olan ve bitkilerde sistematik olarak yayılan fenilamidlerin kullanılmasıydı. Bununla birlikte, yaygın kullanımları hızlı bir şekilde mantar popülasyonlarında dirençli türlerin birikmesine yol açtı (Davidse ve diğerleri, 1981), bu da bitki korumasını önemli ölçüde karmaşık hale getirdi. P. infestans, organik tarımda kimyasal koruma araçları kullanılmadan etkisiz hale getirilemeyen ılıman bölgenin pratikte tek parazitidir (Van Bruggen, 1995).
Yukarıdakiler, farklı ülkelerden araştırmacılar tarafından P. infestans popülasyonlarının araştırılmasına, bolluğunun dinamiklerine ve genetik kompozisyonuna ve değişkenliğin genetik mekanizmalarına gösterilen muazzam ilgiyi açıklamaktadır.
R. INFESTANS'ın yaşam döngüsü
Oomycete Phytophthora infestans, patates yapraklarının içinde haustoria bulunan hücreler arası bir miselyum geliştirir. Yaprak dokularından beslenerek yağışlı havalarda kararan ve çürüyen koyu lekelerin oluşmasına neden olur. Güçlü bir yenilgi ile tüm yaprak ölür. Bir süre beslendikten sonra, stoma boyunca dışarı doğru büyüyen miselyumda - sporangiophores - büyümeler oluşur. Yağışlı havalarda, yaprakların alt tarafındaki lekelerin etrafında beyaz bir çiçek oluştururlar. Sporangiophoreslerin uçlarında, yağmur püskürtülmesi ile parçalanan ve taşınan limon şeklindeki zoosporangia oluşur (Şekil 1). Bir patates yaprağının yüzeyindeki su damlalarına giren sporangia, bir hareket süresinden sonra yuvarlatılan, bir kabukla kaplanan ve bir filiz tüpüyle filizlenen 6-8 zoospor ile filizlenir. Filiz, stomalardan yaprak dokusuna nüfuz eder. Belirli koşullar altında, sporangia bir büyüme tüpünde doğrudan yaprak dokusuna büyüyebilir. Uygun koşullar altında, enfeksiyondan yeni sporlaşma oluşumuna kadar geçen süre sadece 3-4 gündür.
Sporangia bir kez toprağa düştüğünde ve topraktan süzüldüğünde yumru kökleri enfekte edebilir. Ciddi şekilde etkilenen yumrular depolama sırasında çürür; zayıf etkilenenlerde enfeksiyon sonraki mevsime kadar devam edebilir. Ek olarak, geç yanıklığa neden olan etken, kışın bitki artıkları ve domates tohumları üzerinde toprakta oosporlar (kalın duvarlı istirahat cinsel sporlar) şeklinde kalabilir. Oosporlar, farklı çiftleşme türlerinin suşları aşırı nem ile karşılaştığında canlı bitki organlarında oluşur. İlkbaharda, ekilen enfekte yumrularda ve oosporlu bitki artıkları üzerinde aseksüel sporlaşma oluşur; zoosporlar toprağa girer ve bitkilerin alt yapraklarının enfeksiyonuna neden olur. Bazı durumlarda miselyum, enfekte yumrudan bitkinin yeşil kısmı boyunca büyüyebilir ve genellikle gövdenin üst kısmında görülür.
Oomycetes ve çoğu mantar arasındaki önemli bir fark, gametik mayoz ve indirgeyici nükleer fisyon olmaksızın zigotların (oosporlar) çimlenmesi ile yaşam döngülerinde diplofazın baskınlığında yatmaktadır. Bu özellik, artı biseksüelliğin yerini alan çift kutuplu heterotalizm, yüksek ökaryot popülasyonlarını incelemek için geliştirilen yaklaşımların oomisetlere uygulanmasını mümkün kılar (popülasyonların analizi ve popülasyonların alt bölümü, nüfus içi ve popülasyonlar arası gen akışları, vb.). Bununla birlikte, P. infestans popülasyonları üzerinde yapılan çalışmalarda üç faktör bu yaklaşımların tamamen aktarılmasına izin vermemektedir.
1. Melez oosporların yanı sıra popülasyonlarda kendi kendine doğurgan ve partenogenetik oosporlar oluşur (Fife ve Shaw, 1992; Anikina ve diğerleri, 1997a; Savenkova, Cherepnikoba-Anirina, 2002; Smirnov, 2003) ve oluşum sıklığı etkilemek için yeterli olabilir. test sonuçlarında.
2. P. infestans'taki cinsel süreç, popülasyon büyüklüğünün dinamiklerine önemsiz bir katkı sağlar, çünkü mantar esas olarak vejetatif sporlar tarafından çoğalır ve bir besin ortamında geleneksel yöntemle çiftleşme tipi analizinin sonuçlarının% 90'ından fazlasını oluşturur. ... büyüme mevsimi birkaç nesil aseksüel sporülasyon (polisiklik hastalık gelişimi). Oosporlar, yeşil bitkilerin olmadığı dönemde (kışın) organizmanın korunmasında ve fidelerin birincil enfeksiyonunda önemli rol oynar. Daha sonra, yaz boyunca, klonal üreme meydana gelir ve cinsel rekombinasyonun bir sonucu olarak ortaya çıkan bireysel klonların sayısında bir artış veya tersine bir azalma, esas olarak daha uyarlanmış olanın seçimi ile belirlenir. Bu nedenle, epifitotiklerin başında ve sonunda bir popülasyondaki tek tek klonların oranı tamamen farklı olabilir.
3. Tanımlanan döngü, anavatanları Orta Amerika'daki P. infestans yerli popülasyonlarının karakteristiğidir. Dünyanın diğer bölgelerinde cinsel süreç 100 yıldan fazla süredir bilinmiyordu; enfekte patates yumrularındaki bitkisel miselyum kışlama aşamasıydı. Yaşam döngüsü tamamen agamikti ve yayılma doğası gereği odak noktasıydı: tek enfekte dikilmiş yumrulardan gelen enfeksiyon yapraklara geçerek hastalığın büyük gelişimiyle birleşebilen hastalığın birincil odaklarını oluşturuyordu.
Bu nedenle, bazı bölgelerde cinsel ve aseksüel döngülerin bir alternatifi olabilirken, diğerlerinde - yalnızca eşeysiz döngü.
P. INFESTANS'ın Kökeni
P. infestans, Avrupa'da 1991. yüzyılın ilk yarısının sonunda ortaya çıktı. Patates, Güney Amerika'nın kuzeydoğu kesimine özgü olduğu için, parazitin Şili'nin patlaması sırasında oradan Avrupa'ya getirildiği varsayıldı. Ancak Meksika'nın Toluca Vadisi'ndeki Rockefeller Center patates istasyonunda yapılan çalışmalar bu bakış açısını gözden geçirmeye zorladı (Niederhauser, 1993, XNUMX).
1. Toluca Vadisi'nde, yerel yumrulu patates türleri (Solanum demissum, S. bulbocastanum, vb.), Parazit ile uzun bir birlikte evrimi gösteren yüksek düzeyde spesifik olmayan dirençle birlikte dikey direnç için farklı gen gruplarına sahiptir. Mahsul patates de dahil olmak üzere Güney Amerika türleri, direnç genlerinden yoksundur.
2. Toluca Vadisi'nde, iç içe geçmiş P. infestans popülasyonunun yaygın olduğu, çiftleşme tipi A1 ve A2'ye sahip izolatlar vardır; ekili patatesin anavatanı Güney Amerika'da ise parazit klonal olarak yayılır.
3. Toluca Vadisi'nde, her yıl şiddetli geç dönem yanıklığı salgınları vardır. Bu nedenle, Kuzey Amerikalı araştırmacılar (Cornell Üniversitesi) arasında patates fitoftorasının doğum yeri olarak Mesoamerica (Orta Amerika) hakkında fikir oluşturulmuştur (Goodwin ve diğerleri, 1994).
Güney Amerikalı araştırmacılar bu görüşü paylaşmıyor. Ekili patates ve parazit P. infestans'ın ortak bir vatanı olduğuna inanıyorlar - Güney Amerika And Dağları. Görüşlerini, mitokondriyal genomun (mtDNA) DNA polimorfizmlerinin analizi ve nükleer genler RAS ve-tubulin (Gomez-Alpizar ve diğerleri, 2007) üzerine moleküler çalışmalarla desteklediler. Dünyanın farklı yerlerinden toplanan soyların, Güney Amerika And Dağları'nda (üçü de) bulunan üç farklı atadan geldiğini gösterdiler. And haplotipleri iki soyun torunlarıdır: En eski mtDNA soyunun izolatları, Ekvador'daki Anarrhicomenum bölümünde yabani olarak büyüyen Solanaceae'de bulunurken, ikinci soyun izolatları patateslerde, domateslerde ve yabani gece gölgelerinde yaygındır. Toluca'da, nadir haplotipler bile yalnızca bir soydan türemiştir ve Toluca suşlarının genetik değişkenliği (bazı değişken bölgelerin düşük alelik frekansı), yakın zamandaki kayma nedeniyle güçlü bir kurucu etkiye işaret etmektedir.
Ek olarak, And Dağları'nda, morfolojik ve genetik olarak P. infestans'a benzeyen yeni bir P. andina türü bulundu; bu, yazarlara göre, Phytophthora cinsinde And Dağları'nın sıcak bir türleşme noktası olduğuna işaret ediyor. Son olarak, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde, P. Infestans popülasyonları her iki Andean soyunu içerirken, Toluca'da sadece bir tane.
Bu yayın, daha önce gerçekleştirilen çalışmayı revize etmek için birçok deneysel çalışma yapan farklı ülkelerden bir grup araştırmacının yanıtını uyandırdı (Goss ve diğerleri, 2014). Bu çalışmada, ilk olarak, DNA polimorfizmlerini incelemek için daha bilgilendirici mikro uydu DNA dizileri kullanıldı; ikinci olarak, kümelenme analizi, göç yolları, popülasyonların farklılaşma zamanı vb. daha gelişmiş modeller kullanıldı (F-istatistikleri, Bayesian yaklaşımları, vb.) ve üçüncü olarak, yalnızca melez bir doğanın kurulduğu And türü P. andina ile bir karşılaştırma yapılmadı (P. infestans x Phytophthora sp.) aynı zamanda, aynı sınıfa dahil edilen genetik olarak yakın P. infestans olan Meksikalı endemik türler P. mirabilis, P. Ipomoeae ve Phytophthora phaseoli ile de ilgilidir (Kroon ve diğerleri, 2012). Bu analizlerin bir sonucu olarak, araştırmaya alınan Phytophthora cinsinin tüm türlerinin filogenetik ağacının kök kısmının, melez P. andina hariç, Meksika suşlarına ait olduğu ve göç akışının Meksika - Andes yönünde olduğu, tersi olmadığı ve başlangıcının Avrupa ile çakıştığı açık bir şekilde gösterildi. Yeni Dünya'nın sömürgeleştirilmesi (300-600 yıl önce). Böylece, patateslerin yenilmesi için uzmanlaşmış P. infestans türlerinin ortaya çıkışı, yumrulu solanaceae oluşumunun ikincil genetik merkezinde meydana geldi, yani. Orta Amerika'da.
P. INFESTANS'ın genomu
2009 yılında, uluslararası bir bilim insanı ekibi, boyutu 2009 MB olan tam P infestans genomunu sıraladı (Haas ve diğerleri, 240). Bu, soya fasulyesinin kök çürümesine neden olan yakından ilişkili türler P. sojae (95 Mb) ve meşe, kayın ve diğerleri gibi değerli ağaç türlerini etkileyen P. Ramorum (65 Mb) 'dan birkaç kat daha fazladır. Elde edilen veriler, genomun çok sayıda tekrarlanan dizinin kopyasını içerdiğini gösterdi -% 74. Genom, çoğu DNA replikasyonu, transkripsiyonu ve proteinlerin translasyonu dahil olmak üzere hücresel süreçlerde yer alan genler olan 17797 protein kodlayan gen içerir.
Phytophthora cinsinin genomlarının karşılaştırılması, gen yoğunluğunun nispeten yüksek olduğu ve tekrarlanan dizilerin içeriğinin nispeten düşük olduğu korunmuş gen dizilerinin bloklarından ve düşük gen yoğunluğuna ve yüksek tekrar eden bölüm içeriğine sahip korunmamış gen dizilerine sahip ayrı bölgelerden oluşan, genomun alışılmadık bir organizasyonunu ortaya çıkardı. Konservatif bloklar, tüm P. infestans protein kodlayan genlerin% 70'ini (12440) oluşturur. Muhafazakar bloklar içinde, genler genellikle 604 bp ortalama intergenik mesafe ile yakın aralıklıdır. Konservatif bloklar arasındaki alanlarda, tekrarlayan elemanların yoğunluğundaki artıştan dolayı intergenik mesafe daha büyüktür (3700 bp). Hızla gelişen efektör salgılama genleri, genden fakir bölgelerde bulunur.
P. Infestans genomunun dizi analizi, genomun yaklaşık üçte birinin yer değiştirebilir elemanlara ait olduğunu gösterdi. P. infestans genomu, bilinen diğer genomlardan çok daha farklı transpozon aileleri içerir. P. infestans transpozonlarının çoğu Çingene ailesine aittir.
P. infestans genomunda patogenezle ilgili çok sayıda spesifik gen ailesi tanımlanmıştır. Bunların önemli bir kısmı, konakçı bitkinin fizyolojisini değiştiren ve enfeksiyonuna katkıda bulunan efektör proteinleri kodlar. İki geniş kategoriye aittirler: hücreler arası boşluklarda (apoplastlar) hareket eden apoplastik efektörler ve haustoria yoluyla hücrelere giren sitoplazmik efektörler. Apoplastik efektörler, bitki hücrelerini yok eden proteazlar, lipazlar ve glikosilazlar gibi salgılanan hidrolitik enzimleri; konakçı bitki savunma enzimlerinin inhibitörleri ve Nepl benzeri proteinler (NPL'ler) ve Pcf benzeri küçük sistein bakımından zengin proteinler (SCR'ler) gibi nekrotize edici toksinler.
P. infestans efektör genleri çoktur ve genellikle patojenik olmayan genlerden daha büyüktür. En ünlüleri sitoplazmik efektörler RXLR ve Crinkler'dır (CNR). Oomisetlerin tipik sitoplazmik efektörleri RXLR proteinleridir. Şimdiye kadar keşfedilen tüm RXLR efektör genleri, X'in bir amino asit olduğu amino terminal grubu Arg-XLeu-Arg'yi içerir. Çalışma sonucunda P. infestans genomunda, P. sojae ve P. ramorum'a göre% 563 daha fazla olan 60 RXLR geni olduğu ileri sürüldü. P. infestans genomundaki RXLR genlerinin yaklaşık yarısı türe özgüdür. RXLR efektörleri çok çeşitli dizilere sahiptir. Bunların arasında bir büyük ve 150 küçük aile belirlendi. Ana proteomun aksine, RXLR efektör genleri genellikle genomun gen açısından fakir ve tekrar zengini bölgelerinde bulunur. Bu bölgelerin dinamizmini belirleyen hareketli elemanlar, bu genlerdeki rekombinasyonu kolaylaştırır.
Sitoplazmik CRN efektörleri orijinal olarak bitki dokusu nekroz peptitlerini kodlayan P. infestans transkriptlerinde tanımlanmıştır. Keşiflerinden bu yana, bu efektörlerin ailesi hakkında çok az şey biliniyor. P. Infestans genomunun analizi, P. sojae (196 CRN) ve P. ramorum'dan (100 CRN) çok daha büyük olan 19 CRN geninin devasa bir ailesini ortaya çıkardı. RXLR'ler gibi CRN'ler de modüler proteinlerdir ve yüksek oranda korunmuş bir N-terminal LFLAK alanı (50 amino asit) ve farklı genler içeren bitişik bir DWL alanından oluşur. Çoğu CRN (% 60) bir sinyal peptidine sahiptir.
Çeşitli CRN'lerin, konakçı bitkinin hücresel işlemlerini bozma olasılığı incelenmiştir. Bitki nekrozu analizinde, CRN2 proteinlerinin uzaklaştırılması, 234 amino asitten (173-407 konumları, DXG alanı) oluşan ve hücre ölümüne neden olan C-terminal bölgesinin tanımlanmasını mümkün kılmıştır. P. infestans CRN genlerinin analizi, bitki içinde hücre ölümüne de neden olan dört farklı C-terminal bölgesi ortaya çıkardı. Bunlar, yeni tanımlanan DC alanlarını (P. Infestans 18 gen ve 49 psödojene sahiptir) ve ayrıca protein kinazlara benzer D2 (14 ve 43) ve DBF (2 ve 1) alanlarını içerir. Bir bitkide ifade edilen CRN alanlarının proteinleri, bir bitki hücresinde korunur (sinyal peptitlerinin yokluğunda) ve hücre içi bir mekanizma ile hücre ölümünü uyarır. CRN alanlarını içeren diğer 255 sekans, büyük olasılıkla gen olarak işlev görmez.
RXLR ve CRN efektör gen ailelerinin sayısındaki ve boyutundaki artış, muhtemelen alelik olmayan homolog rekombinasyon ve gen duplikasyonundan kaynaklanmıştır. Genomun çok sayıda aktif mobil element içermesine rağmen, efektör genlerin transferine dair hala doğrudan bir kanıt yoktur.
Nüfus yapısı çalışmasında kullanılan yöntemler
Popülasyonların genetik yapısının incelenmesi şu anda kurucu türlerinin saf kültürlerinin analizine dayanmaktadır. Saf kültürleri izole etmeden popülasyonların analizi, örneğin bir popülasyonun saldırganlığını veya içinde fungisitlere dirençli suşların varlığını incelemek gibi belirli amaçlar için de gerçekleştirilir (Filippov ve diğerleri, 2004; Derevyagina ve diğerleri, 1999). Bu tür araştırmalar, açıklaması bu incelemenin kapsamı dışında olan özel yöntemlerin kullanımını içerir. Suşların karşılaştırmalı analizi için, hem DNA yapısının analizine hem de fenotipik belirtilerin çalışmasına dayanan bir dizi yöntem kullanılır. Popülasyonların karşılaştırmalı analizi, kullanılan yöntemlere belirli gereklilikler getiren çok sayıda izolatla uğraşmak zorundadır. İdeal olarak, aşağıdaki gereksinimleri karşılamaları gerekir (Cooke, Lees, 2004, Mueller, Wolfenbarger, 1999):
- ucuz olmalı, uygulaması kolay olmalı, önemli zaman harcamaları gerektirmemeli ve genel olarak mevcut teknolojileri (örneğin, PCR) temel almalıdır;
- yeterince büyük sayıda bağımsız eş-baskın markör özelliği oluşturmalıdır;
- yüksek tekrarlanabilirliğe sahip;
- incelenecek minimum doku miktarını kullanın;
- substrata özgü olmalıdır (kültürde bulunan kontaminasyon sonuçları etkilememelidir);
- Tehlikeli prosedürlerin ve yüksek derecede toksik kimyasalların kullanılmasını gerektirmez.
Ne yazık ki, yukarıdaki parametrelerin tümüne karşılık gelen hiçbir yöntem yoktur. Zamanımızdaki suşların karşılaştırmalı bir çalışması için, fenotipik özelliklerin analizine dayanan yöntemler kullanılır: patates ve domates çeşitlerinde virülans (patates ve domates ırkları), çiftleşme türü, peptidaz izoenzimlerinin ve glikoz-6-fosfat izomerazının spektrumları ve DNA yapısının analizi: uzunluk polimorfizmi Genellikle bir hibridizasyon probu RG 57 ile desteklenen restriksiyon parçası (RFLP), mikro uydu tekrarlarının analizi (SSR ve InterSSR), rastgele primerlerle amplifikasyon (RAPD), restriksiyon fragmanlarının amplifikasyonu (AFLP), mobil elemanların dizilerine homolog primerlerle amplifikasyon (örneğin, Inter SINE PCR), mitokondriyal DNA haplotiplerinin belirlenmesi.
P. Infestans ile çalışmada kullanılan suşların karşılaştırmalı çalışma yöntemlerinin kısa açıklamaları
Fenotipik belirteç özellikleri
"Patates" yarışları
"Patates" ırkları, yaygın olarak araştırılan ve kullanılan bir belirteçtir. "Basit patates" ırkları, patates virülansı için bir gen içerir, "karmaşık" olanlar - en az iki. Black ve arkadaşları (1953), kendilerine sunulan tüm verileri özetleyerek, fitoftora ırkının, P. infestans virülans genine / genlerine karşılık gelen direnç geni / genleri ile bitkileri enfekte edebildiğini ve bitkileri enfekte eden 1, 2, 3 ve 4 ırklarını buldu. sırasıyla R1, R2, R3 ve R4 genleri ile, yani parazit ve konakçı arasındaki etkileşim, gen prensibine göre gerçekleşir. Ayrıca, Black, Gallegly ve Malcolmson'un katılımıyla, direnç genleri R5, R6, R7, R8, R9, R10 ve R11'in yanı sıra ilgili ırkları keşfetti (Black, 1954; Black & Gallegly, 1957; Malcolmson & Black, 1966; Malcolmson, 1970).
Patojenin ırksal bileşimi hakkında farklı bölgelerden gelen kapsamlı bir veri vardır. Bu verileri ayrıntılı olarak analiz etmeden, yalnızca genel bir eğilimi göstereceğiz: yeni direnç genlerine sahip çeşitlerin veya bunların kombinasyonlarının kullanıldığı yerlerde, ilk başta geç yanıklığın bir miktar zayıflaması oldu, ancak daha sonra karşılık gelen virülans genleri ile ırklar ortaya çıktı ve seçildi ve geç yanıklık salgınları yeniden başladı. İlk 4 direnç genine (R1-R4) karşı özgül virülans, bu genlerle çeşitlerin kültivasyonuna girmeden önce toplanan koleksiyonlarda nadiren gözlemlendi, ancak virülan suşların sayısı, patojen bu genleri taşıyan çeşitler üzerinde parazite edildiğinde keskin bir şekilde arttı. 5-11 genleri ise koleksiyonlarda oldukça yaygındı (Shaw, 1991).
1980'lerin sonlarında yapılan büyüme mevsimi boyunca farklı ırkların oranına ilişkin bir çalışma, hastalığın gelişiminin başlangıcında, düşük saldırganlığa ve 1-2 virülans genine sahip klonların popülasyonda baskın olduğunu göstermiştir.
Ayrıca, geç yanıklığın gelişmesiyle, orijinal klonların konsantrasyonu azalır ve yüksek saldırganlığa sahip "karmaşık" ırkların sayısı artar. İkincisinin sezon sonunda ortaya çıkması% 100'e ulaşır. Yumruları depolarken, saldırganlıkta bir azalma ve bireysel virülans genlerinde bir kayıp vardır. Klon değişiminin dinamikleri farklı şekillerde farklı şekillerde ortaya çıkabilir (Rybakova & Dyakov, 1990). Bununla birlikte, 2000-2010 yıllarındaki çalışmalarımız, hem patates hem de domatesten izole edilen türler arasında epifitotiklerin en başından itibaren karmaşık ırkların bulunduğunu göstermiştir. Bunun nedeni muhtemelen Rusya'daki P. Infestans popülasyonlarındaki değişikliklerdir.
1988-1995'e gelindiğinde, farklı bölgelerdeki virülans genlerinin tümü veya neredeyse tamamı ile "süperzervatifler" oluşum sıklığı% 70-100'e ulaştı. Böyle bir durum, örneğin Beyaz Rusya'da, Leningrad, Moskova bölgelerinde, Kuzey Osetya'da ve Almanya'da kaydedildi (Ivanyuk ve diğerleri, 2002a, 2002b; Politiko, 1994; Schober-Butin ve diğerleri, 1995).
"Domates" yarışları
Domates çeşitlerinde, geç yanıklığa karşı sadece 2 direnç geni bulundu - Ph1 (Gallegly & Marvell, 1955) ve Ph2 (Al-Kherb, 1988). Patates ırklarında olduğu gibi, domates ve P. infestans arasındaki etkileşim, gen bazında gerçekleşir. T0 ırkı, direnç genlerine (endüstriyel olarak kullanılan çeşitlerin çoğu) sahip olmayan çeşitleri, T1 ırkı Ph1 geni (Ottawa) ile çeşitleri enfekte eder ve T2 ırkı, çeşitleri Ph2 geni ile enfekte eder.
Rusya'da patateslerde neredeyse sadece T0 bulundu; T0, sezonun başında domateste baskındı, ancak daha sonra yerini T1 yarışına bıraktı (Dyakov ve diğerleri, 1975, 1994). 2000'den sonra, birçok popülasyonda patateslerde T1, epifitotik dönemin en başında ortaya çıkmaya başladı. Amerika Birleşik Devletleri'nde patates suşları, domatesin yanı sıra T0, T1 ve T2 ırkları için patojenik değildi, T1 ve T2 ise domateste baskındı (Vartanian & Endo, 1985; Goodwin ve diğerleri, 1995).
Çiftleşme türü
Çalışmayı yürütmek için, bilinen çiftleşme türleri - A1 ve A2'ye sahip test cihazı (referans) suşları gereklidir. Test izolatı onlarla çiftler halinde yulaf agar besiyerine sahip Petri kaplarında inoküle edilir. 10 günlük inkübasyondan sonra, plakalar, suşların temas bölgesindeki ortamda oosporların varlığı veya yokluğu açısından incelenir. 4 seçenek vardır: suş A1 çiftleşme tipine aittir, A2 test edicisi ile oosporlar oluşturuyorsa A2'ye, A1 test edicisi ile oosporlar oluşturuyorsa A1'ye, her iki test cihazıyla oosporlar oluşturuyorsa A2A00'ye veya oospor oluşturmuyorsa steril (XNUMX) test kullanıcısı olmadan (son iki grup nadirdir).
Çiftleşme türlerini daha hızlı belirlemek için, çiftleşme tipini PCR ile belirlemek için daha fazla kullanılması amacıyla, çiftleşme türüyle ilişkili genom bölgelerini belirleme girişimleri yapıldı. Böyle bir alanı tespit etmek için ilk başarılı deneylerden biri Amerikalı araştırmacılar tarafından gerçekleştirildi (Judelson ve diğerleri, 1995). RAPD yöntemini kullanarak, çaprazlanmış iki izolatın yavrularındaki çiftleşme tipiyle ilişkili W16 bölgesini tanımlayabildiler ve bunu amplifiye etmek için bir çift 24-bp primer tasarlayabildiler (W16-1 (5'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-3 ') ve W16-2 (5') -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-3 ') PCR ürününün kısıtlama enzimi HaeIII ile sınırlandırılmasından sonra, izolatları A1 ve A2 çift tipleriyle ayırmak mümkün olmuştur.
Çiftleşme türlerini belirlemek için PCR belirteçleri elde etmek için başka bir girişim Koreli araştırmacılar tarafından gerçekleştirildi (Kim, Lee, 2002). AFLP yöntemini kullanarak belirli ürünleri belirlediler. Sonuç olarak, A1 çiftleşme tipi ile ilişkili genom bölgesinin seçici amplifikasyonuna izin veren bir çift PHYB-5 (ileri) (3'-GATCGGATTAGTCAGACGAG-2 ') ve PHYB-5 (3'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-2') geliştirildi. Daha sonra, bu çalışmaya devam ettiler ve çiftleşme tipli suşların karakteristiği olan Mat-A5 bölgesinin seçici amplifikasyonuna izin veren 3 'AAGCTATACTGGGACAGGGT-1' (INF-5, ileri) ve 3'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-2 '(INF-1) primerlerini tasarladılar. A1. Çek Cumhuriyeti (Mazakova ve diğerleri, 2006), Tunus (Jmour, Hamada, 2006) ve diğer bölgelerdeki P. infestans popülasyonlarını incelerken, çiftleşme türlerinin PCR tanılamalarının kullanılması iyi sonuçlar göstermiştir. Laboratuvarımızda (Mytsa, Elansky, yayınlanmamış) Rusya'nın farklı bölgelerinde (Kostroma, Ryazan, Astrakhan ve Moskova bölgeleri) hastalıklı patates ve domates organlarından izole edilen 34 P. infestans suşu incelendi. Spesifik primerlerin% 90'dan fazla kullanıldığı PCR analizinin sonuçları, bir besleyici ortamda geleneksel yöntemle çiftleşme tipinin analizinin sonuçlarıyla çakıştı.
Tablo 1. Sib 1 klonu içindeki direnç değişkenliği (Elansky ve diğerleri, 2001)
Örnek toplama yeri | Analiz edilen izolatların sayısı | Hassas (S), zayıf dirençli (SR) ve dirençli (R) suşların sayısı, adet (%) | ||
S | SR | R | ||
G. Vladivostok | 10 | 1 (10) | 4 (40) | 5 (50) |
G. Chita | 5 | 0 | 0 | 5 (100) |
Irkutsk | 9 | 9 (100) | 0 | 0 |
G. Krasnoyarsk | 13 | 12 (92) | 1 (8) | 0 |
Yekaterinburg şehri | 15 | 8 (53) | 1 (7) | 6 (40) |
O. Sakhalin | 66 | 0 | 0 | 66 (100) |
Omsk bölgesi | 18 | 0 | 0 | 18 (100) |
Bir popülasyon belirteci olarak metalaksil direnci
1980'lerin başlarında, çeşitli bölgelerde metalaksil dirençli P. infestans suşlarının neden olduğu güçlü geç yanıklık salgınları kaydedildi. Birçok ülkedeki patates çiftlikleri önemli kayıplara uğramıştır (Dowley & O'Sullivan, 1981; Davidse ve diğerleri, 1983; Derevyagina, 1991). O zamandan beri, dünyanın birçok ülkesinde, P. infestans popülasyonlarında fenilamide dirençli suşların oluşumu sürekli olarak izlenmiştir. Fenilamid içeren ilaçların kullanımı için olasılıkların pratik bir değerlendirmesine ek olarak, bir koruyucu önlemler sistemi oluşturmak ve epifitoyaları tahmin etmek için, bu ilaçlara direnç, bu patojenin popülasyonlarının karşılaştırmalı analizi için yaygın olarak kullanılan belirteç özelliklerinden biri haline gelmiştir. Bununla birlikte, karşılaştırmalı popülasyon çalışmalarında metalaksil direncinin kullanımı şu gerçeği dikkate alarak yapılmalıdır: 1 - direncin genetik temeli henüz kesin olarak belirlenmemiştir, 2 - metalaksil direnci, fenilamid kullanımına bağlı olarak değişebilen seçici olarak bağımlı bir özelliktir, 3 - farklı bir klonal çizgi içindeki metalaksil suşlarına duyarlılık derecesi (tablo 1).
İzozimlerin spektrumları
İzozim belirteçleri genellikle dış koşullardan bağımsızdır, Mendel kalıtımını gösterir ve eş-baskın olup, homo- ve heterozigotlar arasında ayrım yapılmasına izin verir. Proteinlerin gen belirteçleri olarak kullanılması, hem kromozomal ve genomik mutasyonlar dahil olmak üzere genetik materyalin büyük yeniden yapılanmalarını hem de tek amino asit ikamelerini tanımlamayı mümkün kılar.
Proteinlerin elektroforetik çalışmaları, çoğu enzimin organizmalarda elektroforetik hareketlilikte farklılık gösteren birkaç fraksiyon biçiminde var olduğunu göstermiştir. Bu fraksiyonlar, farklı lokuslar (izozimler veya izozimler) veya aynı lokusun farklı allelleri (allozimler veya alloenzimler) tarafından çoklu enzim formlarının kodlanmasının sonucudur. Yani izozimler, bir enzimin farklı formlarıdır. Farklı formlar aynı katalitik aktiviteye sahiptir, ancak peptiddeki ve sorumlu olan tekli amino asit ikamelerinde biraz farklılık gösterir. Bu tür farklılıklar elektroforez sırasında ortaya çıkar.
P. infestans suşlarının çalışmasında, iki proteinin izoenzimlerinin spektrumları, peptidaz ve glukoz-6-fosfat izomeraz kullanılır (bu enzim, Rus popülasyonlarında monomorfiktir, bu nedenle, çalışma yöntemleri bu çalışmada sunulmamıştır). Bunları bir elektrik alanında izozimlere ayırmak için, çalışılan organizmalardan izole edilen protein preparatları, bir elektrik alanına yerleştirilmiş bir jel plakaya uygulanır. Jeldeki tek tek proteinlerin difüzyon hızı, yüke ve moleküler ağırlığa bağlıdır; bu nedenle, bir elektrik alanında, proteinlerin karışımı, özel boyalar kullanılarak görselleştirilebilen ayrı ayrı fraksiyonlara ayrılır.
Peptidaz izoenzimlerinin incelenmesi, selüloz-asetat, nişasta veya poliakrilamid jeller üzerinde gerçekleştirilir. En uygun yöntem, Helena Laboratories Inc. tarafından üretilen selüloz asetat jellerin kullanımına dayanan yöntemdir. Çok miktarda test malzemesi gerektirmez, her iki enzim lokusu için elektroforez sonrası jel üzerinde kontrast bantlar elde edilmesini sağlar, uygulanması büyük zaman ve malzeme maliyeti gerektirmez (Şekil 2).
Küçük bir miselyum parçası 1,5 ml'lik bir mikrotüp içine aktarılır, üzerine 1-2 damla damıtılmış su eklenir. Bundan sonra, numune homojenize edilir (örneğin, bir mikrotüp için uygun plastik bağlantıya sahip bir elektrikli matkapla) ve 25 rpm'de bir santrifüjde 13000 saniye boyunca çökeltilir. Her mikrotüpten 8 μl. süpernatan, aplikatör plakasına aktarılır.
Selüloz asetat jeli tampon kabından çıkarılır, iki filtre kağıdı tabakası arasına alınır ve çalışma tabakası aplikatörün plastik tabanının üstüne yerleştirilir. Plakadaki çözelti aplikatör tarafından 2-4 kez jele aktarılır. Jel bir elektroforez odasına aktarılır,
Tablo 2. Peptidaz izoenzimlerinin analizinde selüloz asetat jeli boyamak için kullanılan çözeltinin bileşimi, jelin kenarına bir damla boya (bromofenol mavisi) yerleştirilir.
TRIS HCl, 0,05M, Ph 8,0 2 ml
Peroksidaz, 1000 U / ml 5 damla
o-dianisidin, 4 mg / ml 8 damla
MgCl2, 20 mg / ml 2 damla
Gly-Leu, 15 mg / ml 10 damla
L-amino asit oksidaz, 20 u / ml 2 damla
Elektroforez 20 dakika süreyle yapılır. 200 V'ta elektroforezden sonra jel bir boyama masasına aktarılır ve özel bir boyama solüsyonu ile boyanır (Tablo 2). Mikrodalga fırında 10 ml% 1,6 DIFCO agar önceden eritilir, 60 ° C'ye soğutulur, ardından 2 ml agar bir boya karışımı ile karıştırılır ve jelin üzerine dökülür. 15-20 dakika içinde çizgiler belirir. L-amino asit oksidaz reaktifi, solüsyonun erimiş agar ile karıştırılmasından hemen önce eklenir.
Rus popülasyonlarında, Pep 1 lokusu 100/100 ve 92/100 genotipleriyle temsil edilir. Homozigot 92/92 oldukça nadirdir (yaklaşık% 0,1). Locus Rehr 2, üç genotip 100/100, 100/112 ve 112/112 ile temsil edilir ve 3 varyantın tümü oldukça yaygındır (Elanky ve Smirnov, 2003, Şekil 2).
Genom araştırması
Sonraki hibridizasyonla birlikte kısıtlama parçası uzunluğu polimorfizmi (RFLP-RG 57)
Toplam DNA, Eco R1 kısıtlama enzimi ile muamele edilir, DNA fragmanları, agaroz jelde elektroforez ile ayrılır. Nükleer DNA çok büyüktür ve birçok tekrarlayan diziye sahiptir, bu da kısıtlama enzimlerinin etkisiyle elde edilen çok sayıda parçanın doğrudan analiz edilmesini zorlaştırır. Bu nedenle jelde ayrılan DNA fragmanları özel bir membrana aktarılır ve radyoaktif veya floresan etiketlerle etiketlenmiş nükleotidler içeren RG 57 probu ile hibridizasyon için kullanılır. Bu prob, tekrarlayan genomik dizilerle melezlenir (Goodwin ve diğerleri, 1992, Forbes ve diğerleri, 1998). Hafif veya radyoaktif bir materyal üzerinde hibridizasyon sonuçlarının görselleştirilmesinden sonra, 25-29 fragmanla temsil edilen çok lokuslu bir hibridizasyon profili (parmak izi) elde edilir (Forbes ve arkadaşları, 1998). Eşeysiz (klonal) yavrular aynı profillere sahip olacaktır. Bantların elektroforetogram üzerinde düzenlenmesiyle, karşılaştırılan organizmaların benzerlikleri ve farklılıkları değerlendirilir.
Mitokondriyal DNA haplotipleri
Ökaryotik hücrelerin çoğunda mtDNA, ökaryotik hücrelerin nükleer kromozomlarından farklı olarak, yarı koruyucu olarak çoğaltan ve protein molekülleri ile ilişkili olmayan çift sarmallı dairesel bir DNA molekülü şeklinde sunulur.
P. infestans'ın mitokondriyal genomu sıralandı ve kısıtlama parçası uzunluklarının analizine bir dizi çalışma ayrıldı (Carter ve diğerleri, 1990, Goodwin, 1991, Gavino, Fry, 2002). Griffith ve Shaw (1998) mtDNA haplotiplerini belirlemek için basit ve hızlı bir yöntem geliştirdikten sonra, bu işaretçi P. Infestans çalışmalarında en popüler olanlardan biri haline geldi. Yöntemin özü, iki mitokondriyal DNA fragmanının (ortak genomdan) primer F2-R2 ve F4-R4 (Tablo 3) ve bunların kısıtlama enzimleri MspI (1. parça) ve EcoR1 (2. parça) ile müteakip kısıtlamaları. Yöntem 4 haplotipi tanımlamanıza izin verir: Ia, IIa, Ib, IIb. Tip II, 1881 bp'lik bir ekin varlığı ve P2 ve P4 bölgelerindeki farklı kısıtlama bölgelerinin mevcudiyeti ile tip I'den farklıdır (Şekil 3).
1996'dan beri, Rusya topraklarında toplanan suşlar arasında sadece haplotip Ia ve IIa kaydedildi (Elansky ve diğerleri, 2001, 2015). Bir elektrik alanında, kısıtlama ürünlerinin primer F2-R2 ile ayrılmasından sonra tanımlanabilirler (Şekil 4, 5). MtDNA türleri, suşların ve popülasyonların karşılaştırmalı analizinde kullanılır. Bir dizi çalışmada, klonal çizgileri izole etmek ve P. infestans izolatlarını pasaportlaştırmak için mitokondriyal DNA türleri kullanılmıştır (Botez ve diğerleri, 2007; Shein ve diğerleri, 2009). PCR-RFLP yöntemi kullanılarak, mtDNA'nın aynı P. infestans suşunda heterojen olduğu sonucuna varıldı (Elansky ve Milyutina, 2007). Amplifikasyon koşulları: 1x (500 sn. 94 ° C), 40x (30 sn. 90 ° C, 30 sn. 52 ° C, 90 sn. 72 ° C); 1x (5 dak. 72 ° C). Reaksiyon karışımı: (20 μl): 0,2 U Taq DNA polimeraz, 1x 2,5 mM MgCl2-Taq tampon, 0,2 mM her bir dNTP, 30 pM primer ve 5 ng analiz edilen DNA, deiyonize su - 20 μl'ye kadar.
PCR ürününün kısıtlanması 4 ° C sıcaklıkta 6-37 saat süreyle gerçekleştirilir. Kısıtlama karışımı (20 ul): 10x MspI (2 ul), 10x kısıtlama tamponu (2 ul), deiyonize su (6 ul), PCR ürünü (10 ul).
Tablo 3. mtDNA polimorfik bölgelerinin amplifikasyonu için kullanılan primerler
Yer yer | astar boya | Astar uzunluğu ve yerleşimi | PCR ürün uzunluğu | Kısıtla |
---|---|---|---|---|
P2 | F2: 5'- TTCCCTTTGTCCTCTACCGAT | 21; 13619-13639 | 1070 | MspI |
R2: 5'- TTACGGCGGTTTAGCACATACA | 22; 14688-14667 | |||
P4 | F4: 5'- TGGTCATCCAGAGGTTTATGTT | 22; 9329-9350 | 964 | EcoRI |
R4:5 - CCGATACCGATACCAGCACCAA | 22; 10292-10271 |
Rastgele primer amplifikasyonu (RAPD)
RAPD gerçekleştirirken, genellikle 10 nükleotid uzunluğunda, yüksek GC nükleotid içeriği ve düşük bir tavlama sıcaklığı (yaklaşık 50 ° C) olan rastgele bir nükleotid sekansına sahip bir primer (bazen aynı anda birkaç primer) kullanılır. Bu tür primerler, genomdaki çok sayıda tamamlayıcı bölgeye "yerleşir". Amplifikasyondan sonra çok sayıda amplikon elde edilir. Bunların sayısı, kullanılan primer (ler) e ve reaksiyon koşullarına (MgCl35 konsantrasyonu ve tavlama sıcaklığı) bağlıdır.
Amplikonların görselleştirilmesi, poliakrilamid veya agaroz jelde damıtma yoluyla gerçekleştirilir. RAPD analizi yapılırken, analiz edilen materyalin saflığının dikkatlice izlenmesi gerekir çünkü diğer canlı nesnelerle kirlenme, saf materyalin analizinde oldukça fazla olan eserlerin sayısında önemli bir artışa neden olabilir (Perez ve diğerleri, 1998). Bu yöntemin P. infestans genomunun çalışılmasında kullanımı birçok çalışmaya yansımıştır (Judelson, Roberts, 1999, Ghimire ve diğerleri, 2002, Carlisle ve diğerleri, 2001). Reaksiyon koşullarının ve primerlerin seçimi (51 10-nükleotid primer incelenmiştir), Abu-El Samen ve diğerleri, (2003) tarafından yayınlanan makalede verilmektedir.
Mikrosatellit Tekrar Analizi (SSR)
Mikrosatellit tekrarları (basit dizi tekrarları, SSR), tüm ökaryotların çekirdek genomlarında bulunan 1-3 (bazen 6'ya kadar) nükleotidlerin art arda tekrarlanan kısa dizileridir. Ardışık tekrarların sayısı 10 ila 100 arasında değişebilir. Mikrosatellit lokusları oldukça yüksek bir frekansta meydana gelir ve genom boyunca aşağı yukarı eşit olarak dağıtılır (Lagercrantz ve diğerleri, 1993). Mikrosatellit dizilerinin polimorfizmi, temel motifin tekrar sayısındaki farklılıklarla ilişkilidir. Mikrosatellit belirteçleri, bir popülasyonun yapısını analiz etmek, akrabalıkları belirlemek, genotiplerin göç yolları vb. İçin kullanılmasını mümkün kılan eş-hakimdir. Bu markörlerin diğer avantajları arasında, yüksek polimorfizmleri, iyi tekrarlanabilirlikleri, nötrlükleri ve otomatik analiz ve değerlendirme gerçekleştirme yetenekleri not edilmelidir. Mikro uydu tekrarlarının polimorfizminin analizi, mikro uydu lokuslarını çevreleyen benzersiz dizileri tamamlayan primerler kullanılarak PCR amplifikasyonu ile gerçekleştirilir. Başlangıçta analiz, reaksiyon ürünlerinin bir poliakrilamid jel üzerinde ayrılmasıyla gerçekleştirildi. Daha sonra, Applied Biosystems şirketinin çalışanları, otomatik bir lazer dedektörü (Diehl ve diğerleri, 1990) ve ardından standart otomatik DNA sıralayıcılar (Ziegle ve diğerleri, 1992) kullanarak reaksiyon ürünlerinin tespiti için floresan etiketli primerler kullanmayı önerdi. Astarların çeşitli flüoresan boyalarla etiketlenmesi, bir şeritte aynı anda birkaç markörü analiz etmeyi mümkün kılar ve buna göre, yöntemin üretkenliğini önemli ölçüde arttırır ve analizin doğruluğunu arttırır.
P. infestans çalışması için SSR analizinin kullanımına adanmış ilk yayınlar 2000'lerin başında ortaya çıktı. (Knapova, Gisi, 2002). Yazarlar tarafından önerilen tüm belirteçler yeterli derecede polimorfizm göstermedi, ancak bunlardan ikisi (4B ve G11) Lees ve diğerleri (12) tarafından önerilen 2006 SSR belirteç setine dahil edildi ve daha sonra Eucablight araştırma ağında (www.eucablight .org) P. infestans için bir standart olarak. Birkaç yıl sonra, sekiz SSR markörüne dayanan P. infestans DNA'sının multipleks analizi için bir sistemin oluşturulması üzerine bir çalışma yayınlandı (Li ve diğerleri, 2010). Son olarak, önceden önerilen tüm belirteçleri değerlendirdikten ve bunlarla ilgili en bilgilendirici olanı seçtikten ve ayrıca primerler, flüoresan etiketleri ve amplifikasyon koşullarını optimize ettikten sonra, aynı yazar grubu 12 belirteç içeren tek adımlı bir multipleks analiz sistemi sundu (Tablo 4; Li ve ark. , 2013a). Bu sistemde kullanılan primerler seçildi ve dört floresan markörden (FAM, VIC, NED, PET) biri ile etiketlendi, böylece aynı etiketlere sahip primerlerin alel boyutlarının aralıkları örtüşmedi.
Yazarlar, analizi QIAGEN multipleks PCR kitleri veya QIAGEN Typeit Mikrosatellit PCR kitleri kullanarak bir PTC200 amplifikatöründe (MJ Research, ABD) gerçekleştirdi. Reaksiyon karışımının hacmi 12.5 uL idi. Amplifikasyon koşulları aşağıdaki gibidir: QIAGEN multipleks PCR için: 95 ° C (15 dak), 30x (95 ° C (20 s), 58 ° C (90 s), 72 ° C (60 s), 72 ° C (20 dak); QIAGEN Type-it Microsatellite PCR için: 95 ° C (5 dakika), 28x (95 ° C (30 saniye), 58 ° C (90 saniye), 72 ° C (20 saniye), 60 ° C (30 dakika).
PCR ürünlerinin ayrılması ve görselleştirilmesi, bir ABI3730 otomatik kapiler DNA analizörü (Applied Biosystems) kullanılarak gerçekleştirildi.
Tablo 4. P. Infestans genotiplemesi için kullanılan 12 standart SSR belirtecinin özellikleri (Li ve diğerleri, 2013a)
isim | Alel sayısı | Boyut aralığı aleller (bp) | Astarlar |
PiG11 | 13 | 130-180 | F: NED-TGCTATTTATCAAGCGTGGG R: GTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Pi02 | 4 | 255-275 | F: NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R: GTTTGACCACTTTCCTCCGGTTC |
PinfSSR11 | 4 | 325-360 | F: NED-TTAAGCCACGACATGAGCTG R: GTTTAGACAATTGTTTTGTGGTCGC |
D13 | 16 | 100-185 | F: FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R: GCTCGAATTTCATTTTACAGACTTG |
PinfSSR8 | 4 | 250-275 | F: FAM-AATCTGATCGCAACTGAGGG R: GTTTACAAGATACACACACGTCGCTCC |
PinfSSR4 | 7 | 280-305 | F: FAM-TCTTGTTCGAGTATGCGACG R: GTTTCACTTCGGGAGAAGGCTTC |
Pi04 | 4 | 160-175 | F: VIC-AGCGGCTTTACCGATGG R: GTTTCAGCGGCTGTTTCGAC |
Pi70 | 3 | 185-205 | F: VIC-ATGAAAATACGTCAATGCTCG R: CGTTGGATATTTCTATTTCTTCG |
PinfSSR6 | 3 | 230-250 | F: GTTTTGGTGGGGCTGAAGTTTT R: VIC-TCGCCACAAGATTTATTCCG |
Pi63 | 3 | 265-280 | F: VIC-ATGACGAAGATGAAAGTGAGG R: CGTATTTTCCTGTTTATCTAACACC |
PinfSSR2 | 3 | 165-180 | F: PET-CGACTTCTACATCAACCGGC R: GTTGCTTGGACTGCGTCTTTAGC |
Pi4B | 5 | 200-295 | F: PET-AAAATAAAAGCCTTTGGTTCA R: GCAAGCGAGGTTTGTAGATT |
Analiz sonuçlarının görselleştirilmesine bir örnek Şekil 6'de gösterilmiştir. 3.7. Sonuçlar, elde edilen veriler ile bilinen izolatların verileri karşılaştırılarak GeneMapper 1 yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarının yorumlanmasını kolaylaştırmak için, her çalışmada bilinen bir genotipe sahip 2-XNUMX referans izolatı dahil etmek gerekir.
Önerilen araştırma yöntemi, önemli sayıda saha numunesi üzerinde test edildi, ardından yazarlar, iki kuruluşun, James Hutton Institute (Birleşik Krallık) ve Wageningen University & Research (Hollanda) laboratuvarları arasındaki protokolleri standartlaştırdı; bu, basitleştirilmiş standart FTA kartlarını kullanma olasılığıyla birlikte P. infestans DNA örneklerinin toplanması ve nakliyesi, bu geliştirmenin ticari kullanım olasılığından bahsetmeyi mümkün kılmıştır. Ek olarak, P. infestans izolatlarının multipleks SSR analizi kullanılarak hızlı ve doğru bir genotipleme yöntemi, bu patojenin popülasyonlarının küresel ölçekte standartlaştırılmış çalışmalarının yapılmasını ve Eucablight projesi (www.eucablight.org) çerçevesinde geç yanıklığa ilişkin bir dünya veri tabanının oluşturulmasını mümkün kılmıştır. Mikrosatellit analizinin sonuçları da dahil olmak üzere, dünya çapında yeni genotiplerin ortaya çıkışını ve yayılmasını takip etmeyi mümkün kıldı.
Güçlendirilmiş kısıtlama parçası uzunluğu polimorfizmi (AFLP). AFLP (büyütülmüş parça uzunluğu polimorfizmi), belirli primerler kullanarak rastgele moleküler markörler oluşturmak için bir teknolojidir. AFLP'de DNA, iki kısıtlama enziminin bir kombinasyonu ile işlenir. Özel adaptörler, kısıtlama fragmanlarının yapışkan uçlarına bağlanır.
Bu fragmanlar daha sonra adaptör sekansı ve kısıtlama sahasına tamamlayıcı olan ve ayrıca 3 'uçlarında bir veya daha fazla rastgele baz taşıyan primerler kullanılarak amplifiye edilir. Elde edilen fragman seti, restriksiyon enzimlerine ve primerlerin 3'-uçlarında rastgele seçilen nükleotidlere bağlıdır (Vos ve diğerleri, 1995). AFLP - genotipleme, çeşitli organizmaların genetik varyasyonunu hızlı bir şekilde incelemek için kullanılır.
Yöntemin ayrıntılı bir açıklaması Mueller, Wolfenbarger, 1999, Savelkoul vd., 1999 çalışmalarında verilmiştir. Çinli araştırmacılar, AFLP ve SSR yöntemlerinin çözümlenmesini karşılaştıran birçok çalışma yapılmıştır. Kuzey Çin'in beş bölgesinden toplanan 48 P. infestans izolatının fenotipik ve genotipik özellikleri incelenmiştir. AFLP spektrumlarına dayanarak, hiçbir çeşitliliğin ortaya çıkmadığı SSR genotiplerinin aksine sekiz farklı DNA genotipi tanımlandı (Guo ve diğerleri, 2008).
Mobil elemanların dizilerine homolog primerlerle amplifikasyon
Retotranspozon dizilerinden türetilen belirteçler, genetik haritalama, genetik çeşitlilik ve evrimsel süreçlerin incelenmesi için çok uygundur (Schulman, 2006). Primerler, belirli mobil elementlerin kararlı sekanslarını tamamlamak için yapılırsa, aralarında bulunan genom bölgelerini büyütmek mümkündür. Geç yanıklığa neden olan ajan çalışmalarında, SINE (Short Interspersed Nuclear Elements) retropazonunun çekirdek sekansına tamamlayıcı bir primer kullanılarak genomun parçalarının amplifiye edilmesi yöntemi başarıyla uygulandı (Lavrova ve Elansky, 2003). Bu yöntem kullanılarak, bir izolatın eşeysiz yavrularında bile farklılıklar ortaya çıkarıldı. Bu bağlamda, inter - SINE - PCR yönteminin oldukça spesifik olduğu ve Phytophthora genomundaki SINE elementlerinin hareket hızının yüksek olduğu sonucuna varılmıştır.
P. infestans'ın genomunda, 12 kısa retrotranspozon ailesi (SINE'ler) tanımlanmıştır; kısa retrotranspozonların tür dağılımı incelenmiş, sadece P. infestans genomunda bulunan elementler (SINE'ler) belirlenmiştir (Lavrova, 2004).
Popülasyon çalışmalarında suşların karşılaştırmalı çalışma yöntemlerinin uygulanmasının özellikleri
Bir çalışmayı planlarken, takip ettiği hedefleri net bir şekilde anlamak ve uygun yöntemleri kullanmak gerekir. Bu nedenle, bazı yöntemler çok sayıda bağımsız işaretleyici özelliğin üretilmesine izin verir, ancak aynı zamanda düşük tekrarlanabilirliğe sahiptir ve kullanılan reaktiflere, reaksiyon koşullarına ve incelenen materyalin kontaminasyonuna büyük ölçüde bağlıdır. Bu nedenle, bir grup suşun her çalışmasında, birkaç standart (referans) izolat kullanmak gerekir, ancak bu durumda bile, birkaç deneyin sonuçlarının birleştirilmesi çok zordur.
Bu yöntem grubu RAPD, AFLP, InterSSR, InterSINE PCR içerir. Amplifikasyondan sonra, farklı boyutlarda çok sayıda DNA fragmanı elde edilir. Yakından ilişkili suşlar (ebeveyn-yavru, vahşi tip mutantlar, vb.) Arasında farklılıkların oluşturulması gerektiğinde veya küçük bir numunenin ayrıntılı bir analizinin gerekli olduğu durumlarda bu tür tekniklerin kullanılması tavsiye edilir. Bu nedenle, AFLP yöntemi, P. infestans'ın (van der Lee ve diğerleri, 1997) genetik haritalamasında ve intrapopülasyon çalışmalarında (Knapova, Gisi, 2002, Cooke ve diğerleri, 2003, Flier ve diğerleri, 2003) yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür yöntemler, suşların veri tabanlarını oluştururken kullanmak pratik değildir, çünkü Farklı laboratuvarlarda analizler yapılırken sonuçların muhasebesini birleştirmek pratik olarak imkansızdır.
Görünen basitliğe ve yürütme hızına rağmen (iyi saflaştırma, amplifikasyon, sonuçların görselleştirilmesi olmadan DNA izolasyonu), bu yöntem grubu sonuçları belgelemek için özel bir yöntemin kullanılmasını gerektirir: etiketlenmiş (radyoaktif veya ışıldayan) primerlerle poliakrilamid jelde damıtma ve ardından ışığa veya radyoaktif malzemeye maruz kalma. Geleneksel etidyum bromür agaroz jel görüntüleme genellikle bu yöntemler için uygun değildir çünkü farklı boyutlarda çok sayıda DNA parçası kaynaşabilir.
Diğer yöntemler, aksine, çok yüksek tekrarlanabilirliğe sahip az sayıda özellik oluşturmanıza izin verir. Bu grup mitokondriyal DNA haplotipleri (Rusya'da sadece iki haplotip Ia ve IIa belirtilmiştir), çiftleşme tipi (çoğu izolat 2 türe ayrılır: A1 ve A2, kendi kendine doğurgan SF nadiren bulunur) ve peptidaz izozim spektrası (iki lokus Pep1 ve Pep2 , her biri iki izozimden oluşur) ve glikoz-6-fosfat izomeraz (Rusya'da bu özellik için bir değişkenlik yoktur, ancak dünyanın diğer ülkelerinde önemli polimorfizm kaydedilmiştir). Koleksiyonları analiz ederken, bölgesel ve küresel veritabanlarını derlerken bu özellikleri kullanmanız önerilir. Mitokondriyal DNA'nın izozimlerinin ve haplotiplerinin analizi durumunda, standart suşlar olmadan yapmak mümkündür, çiftleşme tiplerinin analizinde, bilinen çiftleşme tiplerine sahip iki test izolatı gereklidir.
Reaksiyon koşulları ve reaktifler, ürünün elektroforetogram üzerindeki kontrastını yalnızca etkileyebilir; bu tür çalışmalarda artefaktların ortaya çıkması olası değildir.
Şu anda, Rusya'nın Avrupa kısmındaki çoğu popülasyon, her iki çiftleşme türünün suşları ile temsil edilmektedir (Tablo 6), aralarında mitokondriyal DNA'nın Ia ve IIa tiplerine sahip izolatlar vardır (dünyada bulunan diğer mtDNA türleri 1993'ten sonra Rusya'da bulunmamıştır). Peptidaz izozimlerinin spektrumları, Pep1 lokusundaki iki genotip (100/100, 92/92 ve heterozigot 92/100 ve 92/92 genotipi son derece nadirdir (<% 0,3)) ve Pep 2 lokusundaki iki genotip (100/100 , 112/112 ve heterozigot 100/112, genotip 112/112, 100 / 100'den daha az sıklıkta, ancak aynı zamanda oldukça sık görülür).
6'ten sonra glukoz-1993-fosfat izomeraz izozimlerinin spektrumunda değişkenlik yoktu (US-1 klonal çizgisinin kaybolması); incelenen tüm izolatlar 100/100 genotipe sahipti (Elansky ve Smirnov, 2002).
Üçüncü yöntem grubu, yüksek tekrarlanabilirliğe sahip yeterli bir bağımsız işaretçi karakter grubu elde etmeyi mümkün kılar. Bugün bu grup, farklı boyutlarda 57-25 DNA fragmanı üreten RFLP-RG29 probunu içermektedir. RFLP-RG57, hem numuneler analiz edilirken hem de veritabanları derlenirken kullanılabilir. Bununla birlikte, bu yöntem öncekilerden çok daha pahalıdır, zaman alıcıdır ve yeterince büyük miktarda yüksek oranda saflaştırılmış DNA gerektirir. Bu nedenle araştırmacı, test edilen materyalin hacmini sınırlamak zorunda kalır.
Geçen yüzyılın 57'lı yılların başlarında RFLP-RG90'nin gelişimi, geç yanıklığa neden olan ajanın popülasyon çalışmalarını önemli ölçüde yoğunlaştırdı. "Klonal hatların" seçimine ve analizine dayanan yöntemin temeli haline geldi (aşağıya bakınız). RFLP-RG57 ile birlikte çiftleşme tipi, DNA parmak izi (RFLP-RG57 yöntemi), peptidaz ve glukoz-6-fosfat izomeraz izomeraz izoenzimlerinin spektrumları ve mitokondriyal DNA tipi klonal çizgileri tanımlamak için kullanılır. Onun sayesinde, eski popülasyonların yenileriyle değiştirilmesi (Drenth ve diğerleri, 1994, Sujkowski ve diğerleri, 1993, Goodwin ve diğerleri, 1994a), dünyanın birçok ülkesinde hüküm süren klonal çizgileri ortaya çıkarmıştır. Bu yöntemi kullanan Rus suşları üzerinde yapılan çalışmalar, Avrupa kısmının suşlarının yüksek bir genotipik polimorfizmi ve Rusya'nın Asya ve Uzak Doğu kısımlarındaki popülasyonların monomorfizmini göstermiştir (Elansky ve diğerleri, 1995). Ve şimdi bu yöntem P. infestans'ın popülasyon araştırmalarında ana yöntem olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, geniş dağılımı, oldukça yüksek maliyeti ve uygulamadaki iş gücü yoğunluğu nedeniyle engellenmektedir.
P. infestans çalışmalarında nadiren kullanılan bir başka umut verici teknik, mikrosatellit tekrar (SSR) analizidir. Şu anda, bu yöntem klonal çizgileri izole etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Suşların analizi için, patates çeşitlerine karşı virülans genlerinin varlığı (Avdey, 1995, Ivanyuk ve diğerleri, 2002, Ulanova ve diğerleri, 2003) ve domates gibi fenotipik işaretleyici özellikler yaygın olarak kullanılmıştır (ve kullanılmaya devam etmektedir). Şimdiye kadar, patates çeşitleri için virülans genleri, izolatların büyük çoğunluğunda virülans genlerinin maksimum (veya ona yakın) sayısının ortaya çıkması nedeniyle, popülasyon çalışmaları için işaretleyici özellikler olarak değerlerini kaybetti. Aynı zamanda, karşılık gelen Ph1 genini taşıyan domates çeşitleri için T1 virülans geni, bir işaretleyici özellik olarak hala başarılı bir şekilde kullanılmaktadır (Lavrova ve diğerleri, 2003; Ulanova ve diğerleri, 2003).
Birçok çalışmada fungisit direnci belirteç olarak kullanılmaktadır. Bu özelliğin, sahada metalaksil- (veya mefenoksam-) içeren fungisitlerin uygulanmasından sonra klonal hatlarda direnç mutasyonlarının oldukça kolay görünmesi nedeniyle popülasyon çalışmalarında kullanılması arzu edilmez. Örneğin, direnç seviyesindeki önemli farklılıklar Sibl klonal çizgisinde gösterilmiştir (Elansky ve diğerleri, 1).
Bu nedenle, çiftleşme tipi, peptidaz izoenzim spektrumu, mitokondriyal DNA tipi, RFLP-RG57, SSR, koleksiyonlarda veri bankaları oluşturmak ve suşları etiketlemek için tercih edilen belirteç özellikleridir. Sınırlı örnekleri karşılaştırmak için, maksimum sayıda işaretleyici özelliği uygulamak gerekiyorsa, AFLP, RAPD, InterSSR, Inter-SINE PCR kullanabilirsiniz (Tablo 5). Bununla birlikte, bu yöntemlerin yetersiz bir şekilde tekrarlanabilir olduğu ve her bir deneyde (amplifikasyon elektroforez döngüsü) birkaç referans izolatının kullanılması gerektiği unutulmamalıdır.
Tablo 5. Suşların farklı araştırma yöntemlerinin karşılaştırılması P. infestans
kriter | TC | Isofer polisleri | mtDNA | RFLP-RG57 | HIZLI | ISSR | SSR | AFLP | devir |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bilgi miktarı | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
Yeniden üretilebilirlik | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
Artefakt olasılığı | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
Maliyet | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
Emek yoğunluğu | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
Analiz hızı ** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
Not: H - düşük, C - orta, B - yüksek; НС * - agaroz jel veya otomatik kullanıldığında emek yoğunluğu düşüktür
genotip, ortam - etiketli primerlerle poliakrilamid jelde damıtma yoluyla,
** - DNA izolasyonu için miselyum yetiştirmeye harcanan süre sayılmaz.
Nüfus yapısı
Klonal çizgiler
Rekombinasyonun yokluğunda veya popülasyon yapısına önemsiz katkısının olmaması durumunda, popülasyon, aralarında genetik değişimler son derece nadir olan belirli sayıda klondan oluşur.
Bu tür popülasyonlarda, tek tek genlerin frekanslarını değil, ortak bir kökene (klonal çizgiler veya klonal soylar) sahip olan ve yalnızca nokta mutasyonlarında farklılık gösteren genotiplerin frekanslarını incelemek daha bilgilendiricidir. Geç yanıklık patojeninin popülasyon çalışmaları ve klonal hatların analizi, geçen yüzyılın 57'lı yılların başlarında RFLP-RG90 yönteminin ortaya çıkmasından bu yana önemli ölçüde hızlanmıştır. RFLP-RG57 ile birlikte, çiftleşme tipi, peptidaz ve glikoz-6-fosfat izomeraz izoenzimlerinin spektrumları ve mitokondriyal DNA tipi, klonal çizgileri tanımlamak için kullanılır. En yaygın klonal soyların özellikleri Tablo 6'da gösterilmektedir.
Klon US-1, 80'lerin sonuna kadar her yerde popülasyonlara hükmetti, ardından diğer klonlarla değiştirilmeye başlandı ve Avrupa ve Kuzey Amerika'dan kayboldu. Şimdi Uzak Doğu'da (Filipinler, Tayvan, Çin, Japonya, Kore, Koh ve diğerleri, 1994, Mosa ve diğerleri, 1993), Afrika'da (Uganda, Kenya, Ruanda, Goodwin ve diğerleri, 1994, Vega-Sanchez et al. diğerleri, 2000; Ochwo ve diğerleri, 2002) ve Güney Amerika'da (Ekvador, Brezilya, Peru, Forbes ve diğerleri, 1997, Goodwin ve diğerleri, 1994). Yalnızca Avustralya'da US-1 hattına ait hiçbir suş tespit edilmemiştir. Görünüşe göre, P. infestans izolatları Avustralya'ya başka bir göç dalgasıyla geldi (Goodwin, 1997).
Klon US-6, 70'lerin sonlarında kuzey Meksika'dan Kaliforniya'ya göç etti ve 32 yıl boyunca hastalıksız kaldıktan sonra patates ve domateslerde salgına neden oldu. Yüksek saldırganlığından dolayı, ABD-1 klonunun yerini aldı ve Amerika Birleşik Devletleri'nin batı kıyılarına hakim olmaya başladı (Goodwin ve diğerleri, 1995a).
US-7 ve US-8 genotipleri 1992'de Amerika Birleşik Devletleri'nde keşfedildi ve 1994'te Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'da geniş çapta dağıtıldı. Bir tarla sezonu boyunca, US-8 klonu, başlangıçta eşit konsantrasyonda her iki klonla enfekte olmuş patates tarlalarında klon US-1'in yerini neredeyse tamamen değiştirebilir (Miller ve Johnson, 2000).
BC-1 ila BC-4 klonları, British Columbia'da Goodwin et al., 1995b) 'den az sayıda izolatta tanımlanmıştır. Klon US-11, Amerika Birleşik Devletleri'nde geniş çapta yayıldı ve Tayvan'da US-1'in yerini aldı. US-1 klonu ile birlikte JP-1 ve EC-1 klonları sırasıyla Japonya ve Ekvador'da yaygındır (Koh ve diğerleri, 1994; Forbes ve diğerleri, 1997).
SIB-1, Rusya'da Moskova bölgesinden Sakhalin'e kadar geniş bir bölgede hüküm süren bir klondur. Moskova bölgesinde, 1993 yılında keşfedildi ve bazı tarla popülasyonları esas olarak bu klonal soyun, metalaksil'e oldukça dirençli suşlarından oluşuyordu. 1993'ten sonra bu klonun yaygınlığı önemli ölçüde azaldı. Uralların dışında, 1997-1998'de SIB-1, Habarovsk Bölgesi hariç her yerde bulundu (SIB-2 klonu orada yaygındır). Farklı çiftleşme türlerine sahip klonların mekansal olarak ayrılması, Sibirya ve Uzak Doğu'daki cinsel süreci dışlar. Moskova bölgesinde, Sibirya'nın aksine, nüfus birçok klonla temsil edilmektedir; hemen hemen her izolatın benzersiz bir multilocus genotipi vardır (Elansky ve diğerleri, 2001, 2015). Bu çeşitlilik, sadece mantar türlerinin dünyanın farklı bölgelerinden ithal tohum materyali ile ithal edilmesiyle açıklanamaz. Popülasyonda her iki tür çiftleşme meydana geldiğinden, çeşitliliğinin de rekombinasyona bağlı olması mümkündür. Bu nedenle, Britanya Kolombiyası'nda BC-2, BC-3 ve BC-4 genotiplerinin ortaya çıkması, BC-1 ve US-6 klonlarının hibridizasyonuna bağlı olarak varsayılır (Goodwin ve diğerleri, 1995b). Moskova popülasyonlarında hibrit suşların bulunması mümkündür. Örneğin, PEP lokusu için heterozigot MO-4, MO-8 ve MO-11 suşları, A12 eşleştirme tipine sahip MO-21, MO-22, MO-2 suşları arasında melez olabilir ve PEP lokusunun bir aleli ve suş için homozigot olabilir. MO-8, A1 çiftleşme tipine sahiptir ve lokusun diğer alleli için homozigottur. Durum böyleyse ve modern P. infestans popülasyonlarında cinsel sürecin rolünde bir artış eğilimi varsa, çok odaklı klonların analizinin bilgi değeri azalacaktır (Elansky ve diğerleri, 2001, 2015).
Klonal hatlarda varyasyon
90. yüzyılın 20'larına kadar US-1 klonal hattı dünyada yaygındı. Tarla ve bölgesel popülasyonların çoğu, yalnızca US-1 genotipine sahip suşlardan oluşuyordu. Bununla birlikte, izolatlar arasında büyük olasılıkla bir mutasyon sürecinden kaynaklanan farklılıklar da gözlendi. Mutasyonlar hem nükleer hem de mitokondriyal DNA'da meydana geldi ve diğer şeylerin yanı sıra fenilamid ilaçlara direnç seviyesini ve virülans genlerinin sayısını etkiledi. Orijinal genotiplerden mutasyonlarla farklılık gösteren çizgiler, orijinal genotipin adını takip eden noktadan sonra ek sayılarla gösterilir (örneğin, US-1.1 klonal hattının US-1 mutant çizgisi). Parmak izi DNA hatları US-1.5 ve US-1.6 farklı boyutlarda aksesuar hatları içerir (Goodwin ve diğerleri, 1995a, 1995b); US-6.3 klonal hattı ayrıca bir aksesuar hattında US-6'dan farklıdır (Goodwin, 1997, Tablo 7).
Mitokondriyal DNA çalışmasında, US-1 klonal hattında sadece tip 1b mitokondriyal DNA'nın bulunduğu bulundu (Carter ve diğerleri, 1990). Bununla birlikte, Peru ve Filipinler'den gelen bu klonal soyun suşları üzerinde yapılan çalışmalarda, mitokondriyal DNA tipleri, ekleme ve silmelerin varlığında 1b'den farklı olan izolatlar bulundu (Goodwin, 1991, Koh ve diğerleri, 1994).
Tablo 6. Bazı P. infestans klonal hatlarının multilocus genotipleri
isim | Çiftleşme türü | İzozimler | DNA parmak izleri | MtDNA türü | |
GPI | PEP | ||||
ABD-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011 24 + | Ib |
ABD-2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011 24 + | - |
ABD-3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011 24 + | - |
ABD-4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011 24 + | - |
ABD-5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011 24 + | - |
ABD-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011 24 + | IIb |
ABD-7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011 24 + | Ia |
ABD-8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011 24 + | Ia |
ABD-9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
ABD-10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
ABD-11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011 24 + | IIb |
ABD-12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | - |
ABD-14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011 24 + | - |
ABD-15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | Ia |
ABD-16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011 24 + | - |
ABD-17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011 24 + | - |
ABD-18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | Ia |
ABD-19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011 24 + | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011 24 + | IIa |
SIB-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 24 + | IIa |
SIB-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 24 + | IIa |
SIB-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011 24 + | IIa |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 24 + | IIa |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 24 + | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011 24 + | IIa |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011 24 + | IIa |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011 24 + | IIa |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 24 + | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011 24 + | IIa |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011 24 + | IIa |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | IIa |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011 24 + | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011 24 + | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 24 + | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011 22 + | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011 23 + | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011 24 + | IIa |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011 24 + | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011 24 + | IIa |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | IIa |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | IIa |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | IIa |
Not: * - veri yok.
Tablo 7. Multilocus genotipleri ve bunların mutant çizgileri
isim | Çiftleşme türü | | DNA Parmak İzleri (RG57) | Notlar | |
GPI | BEP-1 | ||||
ABD-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | Orijinal genotip 1 |
ABD-1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | PEP'de mutasyon |
ABD-1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | RG57'de mutasyon |
ABD-1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | RG57'de mutasyon |
ABD-1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | RG57 ve PEP'de mutasyon |
ABD-1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | RG57'de mutasyon |
ABD-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | Orijinal genotip 2 |
ABD-6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | PEP'de mutasyon |
ABD-6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | RG57'de mutasyon |
ABD-6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | RG57'de mutasyon |
ABD-6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | RG57 ve PEP'de mutasyon |
ABD-6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | RG57'de mutasyon |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | Orijinal genotip 3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | RG57'de mutasyon |
İzozimlerin spektrumlarında da değişiklikler vardır. Kural olarak, bu enzim için başlangıçta heterozigot olan bir organizmanın homozigot olanlara parçalanmasından kaynaklanırlar. 1993 yılında, domates meyvelerinde, US-1: RG57 parmak izi, mitokondriyal DNA tipi ve glukoz-86-fosfati-izomeraz için 100/6 genotip karakteristik özelliklerine sahip bir tür belirledik, ancak bunun yerine ilk peptidaz lokusu için homozigot (100/100) idi. bu klonal soyun tipik bir 92/100 heterozigotu. Bu suşun genotipini MO-17 olarak adlandırdık (Tablo 6). Mutant soyları US-1.1 ve US-1.4 aynı zamanda US-1'den ilk peptidaz lokusundaki mutasyonlarla farklılık gösterir (Tablo 7).
Patates ve domates çeşitleri için virülans genlerinin sayısında değişikliklere yol açan mutasyonlar oldukça yaygındır. Bunlar, Hollanda (Drenth ve diğerleri, 1), Peru (Goodwin ve diğerleri, 1994a), Polonya (Sujkowski ve diğerleri, 1995), Kuzey Amerika (Goodwin ve diğerleri,) popülasyonlarında US-1991 klonal soyunun izolatları arasında belirtilmiştir. ., 1995b). Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri'nde (Goodwin ve diğerleri, 7a) US-8 ve US-1995 klonal soylarının izolatları arasında, Rusya'nın Asya kısmındaki SIB-1 hattının izolatları arasında patates virülans genlerinin sayısındaki farklılıklar da kaydedildi (Elansky ve diğerleri, 2001 ).
Fenilamid ilaçlara direnç seviyelerinde güçlü farklılıklar gösteren izolatlar, tümü Sib-1 klonal hattına ait olan monoklonal alan popülasyonlarında tanımlandı (Elansky ve diğerleri, 2001, Tablo 1). US-1 klonal hattının hemen hemen tüm suşları, metalaksil'e oldukça duyarlıdır; bununla birlikte, bu soyun oldukça dirençli izolatları Filipinler'de (Koh ve diğerleri, 1994) ve İrlanda'da (Goodwin ve diğerleri, 1996) izole edilmiştir.
P. infestans'ın modern popülasyonları
Orta Amerika (Meksika)
Meksika'daki P. infestans popülasyonu, temel olarak tarihsel konumundan dolayı diğer dünya popülasyonlarından önemli ölçüde farklıdır. Bu popülasyon ve Phytophthora soyuna ait P. infestans türleri ve Solanum cinsinin yerel türleri üzerinde yapılan çok sayıda çalışma, Meksika'nın orta kesimindeki patojenin evriminin, konakçı bitkilerin evrimi ile birlikte meydana geldiği ve cinsel rekombinasyonla ilişkili olduğu sonucuna varılmasına yol açmıştır (Grünwald, Flier , 2005). Her iki çiftleşme türü de popülasyonda ve eşit oranlarda temsil edilir ve toprakta, patateslerin bitkilerinde ve yumrularında ve yabani akraba Solanum türlerinde oosporların varlığı, popülasyonda cinsel bir sürecin varlığını doğrular (Fernández-Pavía ve diğerleri, 2002). Toluca Vadisi ve çevresi (patojenin tahmini menşe merkezi) üzerine yapılan son çalışmalar, yerel P. infestans popülasyonunun yüksek genetik çeşitliliğini (134 örnekten oluşan bir örnekte 176 multilocus genotipi) ve bölgede birkaç farklılaşmış alt popülasyonun varlığını doğruladı (Wang ve diğerleri, 2017). Bu farklılaşmaya katkıda bulunan faktörler, orta Meksika'nın dağlık bölgelerine özgü alt popülasyonların mekansal bölünmesi, ekim koşullarındaki farklılıklar ve vadilerde ve dağlarda kullanılan patates çeşitleridir ve alternatif konakçı olarak hareket edebilen yabani yumrulu Solanum türlerinin varlığıdır (Fry et al. ., 2009).
Bununla birlikte, Kuzey Meksika'daki P. infestans popülasyonlarının doğası gereği daha klonal olduğu ve Kuzey Amerika popülasyonlarına daha çok benzediği unutulmamalıdır, bu da bunların yeni genotipler olduğunu gösterebilir (Fry ve diğerleri, 2009).
Kuzey Amerika
P. infestans'ın Kuzey Amerika popülasyonları her zaman çok basit bir yapıya sahipti ve klonal karakterleri, mikro uydu analizinin kullanılmasından çok önce oluşturuldu. 1987'ye kadar, ABD ve Kanada'da klonal soy US-1 baskındı (Goodwin ve diğerleri, 1995). 70'lerin ortalarında, metalaksil bazlı mantar öldürücüler ortaya çıktığında, bu klon, Meksika'dan göç eden diğer, daha dirençli genotiplerle değiştirilmeye başlandı (Goodwin ve diğerleri, 1998). 90'ların sonunda. US-8 genotipi, Amerika Birleşik Devletleri'nde US-1 genotipinin tamamen yerini aldı ve patateslerde baskın klonal soy haline geldi (Fry ve diğerleri, 2009; Fry ve diğerleri, 2015). Sürekli olarak birkaç klonal soy içeren domateslerde durum farklıydı ve bileşimleri yıldan yıla değişiyordu (Fry ve diğerleri, 2009).
2009'da, Amerika Birleşik Devletleri'nde domateslerde büyük ölçekli bir yanıklık salgını patlak verdi. Bu pandeminin bir özelliği, Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzeydoğusundaki birçok yerde neredeyse eşzamanlı olarak ortaya çıkmasıydı ve büyük bahçe merkezlerinde enfekte domates fidelerinin büyük satışlarıyla ilişkili olduğu ortaya çıktı (Fry ve diğerleri, 2013). Mahsul kayıpları çok büyüktü. Etkilenen örneklerin mikrosatellit analizi, pandemik suşun US-22 A2 tipi çiftleşmeye klonal soyuna ait olduğunu ortaya çıkarmıştır. 2009 yılında, bu genotipin Amerikan P. infestans popülasyonundaki payı% 80'e ulaştı (Fry ve diğerleri, 2013). Sonraki yıllarda, popülasyonda agresif genotiplerin oranı US-23 (esas olarak domateslerde) ve US-24 (patateslerde) giderek arttı, ancak 2011'den sonra US-24'ün tespit oranı önemli ölçüde azaldı ve bugüne kadar patojen popülasyonunun yaklaşık% 90'ı Amerika Birleşik Devletleri, US-23 genotipiyle temsil edilir (Fry ve diğerleri, 2015).
Kanada'da, Amerika Birleşik Devletleri'nde olduğu gibi, 90'ların sonunda. baskın genotip US-1, baskın pozisyonları 8 yılına kadar değişmeden kalan US-2008 ile değiştirildi. Kanada'da, enfekte domates fidelerinin satışıyla ilişkili ciddi geç yanık salgınları vardı, ancak bunların nedeni US-2009 ve US-2010 genotipleriydi (Kalischuk ve diğerleri, 23). Bu genotiplerin net coğrafi farklılaşması dikkat çekiciydi: ABD-8, Kanada'nın batı illerinde (% 2012), ABD-23 ise doğu illerinde (% 68) egemen oldu. Sonraki yıllarda, US-8 doğu bölgelerine yayıldı; bununla birlikte, genel olarak, ülkedeki US-83 ve US-23 genotiplerinin görünümünün arka planına karşı, popülasyondaki payı biraz azaldı (Peters ve diğerleri, 22). Bugüne kadar, US-24 Kanada genelinde hakim konumunu sürdürüyor; US-2014, British Columbia'da bulunurken, US-23 ve US-8 Ontario'da mevcuttur (Peters, 23).
Bu nedenle, P. infestans'ın Kuzey Amerika popülasyonları esas olarak klonal soylardır. Geçtiğimiz 40 yıl içinde, tespit edilen klonal genotip sayısı 24'e ulaşmıştır. Popülasyonda her iki tür çiftleşme türünün de mevcut olmasına rağmen, cinsel rekombinasyonun bir sonucu olarak yeni genotiplerin ortaya çıkma olasılığı oldukça düşük kalmaktadır. Bununla birlikte, son 20 yılda, geçici rekombinant popülasyonların ortaya çıkmasıyla ilgili birkaç vaka kaydedilmiştir (Gavino ve diğerleri, 2000; Danies ve diğerleri, 2014; Peters ve diğerleri, 2014) ve bir durumda, geçişin sonucu US-11 genotipiydi. , Kuzey Amerika'da uzun yıllardır yerleşik olan (Gavino ve diğerleri, 2000). 2009 yılına kadar, popülasyonların yapısındaki değişiklikler, daha sonraki göçleri ve daha önce baskın olan seleflerinin yer değiştirmeleriyle yeni, daha agresif genotiplerin ortaya çıkmasıyla ilişkilendirildi. 2009-2010'da neler oldu ABD ve Kanada'da ilk kez epifitotikler, küreselleşme çağında, hastalık salgınlarının, enfekte bitki materyali satarken yeni genotiplerin aktif yayılmasıyla ilişkili olabileceğini gösterdi.
Южная Америка
Yakın zamana kadar, Güney Amerika'daki P. infestans popülasyonları üzerine yapılan araştırmalar ne düzenli ne de büyük ölçekliydi. Bu popülasyonların yapısının oldukça basit olduğu ve ülke başına 1-5 klonal soy içerdiği bilinmektedir (Forbes ve diğerleri, 1998). Dolayısıyla, 1998 yılına kadar US-1 (Brezilya, Şili) BR-1 (Brezilya, Bolivya, Uruguay, Paraguay), EC-1 (Ekvador, Kolombiya, Peru ve Venezuela), AR-1, AR genotipleri -2, AR-3, AR-4 ve AR-5 (Arjantin), PE-3 ve PE-7 (güney Peru). A2 tipi çiftleşme Brezilya, Bolivya ve Arjantin'de mevcuttu ve arkasında EC-1 A1 genotipinin And Dağları'nda baskın olduğu Titicaca Gölü bölgesinde Bolivya-Peru sınırının ötesinde bulunmadı. Domateslerde US-1, Güney Amerika'da baskın genotip olarak kaldı.
Durum 2000'lerde aşağı yukarı devam etti. Önemli bir nokta, Kuzey And Dağları'ndaki patateslerin vahşi akrabalarında (S. brevifolium ve S. tetrapetalum) A2 tipinde yeni bir klonal EC-2 klonal hattının keşfedilmesiydi (Oliva ve diğerleri, 2010). Filogenetik çalışmalar, bu soyun P. infestans ile tamamen aynı olmadığını göstermiştir, bununla yakından ilişkili olmasına rağmen, bu bağlamda, And Dağları'nda yetişen domates ağacı S. betaceum'dan izole edilmiş başka bir EC-3 soyunun da dikkate alınması önerilmiştir. P. andina adlı yeni bir tür; bununla birlikte, bu türün durumu (bağımsız bir tür veya P. infestans'ın hala bilinmeyen bir soyla melezi) hala belirsizdir (Delgado ve diğerleri, 2013).
Şu anda, P. infestans'ın tüm Güney Amerika popülasyonları klonaldır. Her iki çiftleşme türünün varlığına rağmen, hiçbir rekombinant popülasyon tanımlanmamıştır. Domateslerde, US-1 genotipi her yerde bulunur ve görünüşe göre, tam kaynağı hala bilinmeyen yerel türler tarafından patateslerden yer değiştirmiştir. Brezilya, Bolivya ve Uruguay'da BR-1 genotipi mevcuttur; Peru'da US-1 ve EC-1 ile birlikte birkaç başka yerel genotip vardır. And Dağları'nda baskın pozisyon, yakın zamanda keşfedilen P. andina ile ilişkisi bilinmeyen klonal hat EC-1 tarafından korunur. 2003-2013 dönemi için tek "istikrarsız" yer. Nüfusta önemli değişiklikler oldu, Şili oldu (Acuña ve diğerleri, 2012), burada 2004-2005'te. patojen popülasyonu, metalaksil ve yeni bir mitokondriyal DNA haplotipine (önceden mevcut Ib yerine Ia) dirençle karakterize edildi. 2006 - 2011 popülasyonda, payı% 21'a ulaşan genotip 90 (SSR'ye göre) hakimdir, ardından avuç içi genotip 20'ye geçmiştir ve sonraki iki yılda ortaya çıkma sıklığı yaklaşık% 67'de tutulmuştur (Acuña, 2015).
Avrupa
Avrupa tarihinde, P. infestans'ın Kuzey Amerika'dan en az iki göç dalgası olmuştur: 1. yüzyılda. (HERB-1) ve 70. yüzyılın başları (ABD-1). XNUMX'lerde metalaksil içeren fungisitlerin her yerde dağılımı. baskın genotip US-XNUMX'in yer değiştirmesine ve yeni genotiplerle değiştirilmesine yol açtı. Sonuç olarak, çoğu Batı Avrupa ülkesinde, patojen popülasyonları esas olarak birkaç klonal çizgi ile temsil edildi.
Patojen popülasyonlarının analizi için mikro uydu analizinin kullanılması, 2005-2008'de Batı Avrupa'da meydana gelen ciddi değişiklikleri ortaya çıkarmayı mümkün kıldı. 2005'te, Birleşik Krallık'ta 13_A2 (veya "Mavi 13") adı verilen ve A2 çiftleşme tipi ile karakterize edilen yeni bir klonal hat keşfedildi. , yüksek agresiflik ve fenilamidlere direnç (Shaw ve diğerleri, 2007). Aynı genotip, 2004 yılında Hollanda ve Kuzey Fransa'da toplanan örneklerde bulundu, bu da muhtemelen patates tohumlarıyla kıta Avrupa'sından İngiltere'ye göç ettiğini öne sürdü (Cooke ve diğerleri, 2007). Bu klonal çizginin temsilcilerinin genomunun incelenmesi, dizisinin yüksek derecede polimorfizmini (2016 yılına kadar, alt klonal varyasyonlarının sayısı 340'a ulaştı) ve gen ekspresyonu seviyesinde önemli derecede varyasyon gösterdi. bitki enfeksiyonu sırasında efektör genler (Cooke ve diğerleri, 2012; Cooke, 2017). Bu özellikler, biyotrofik fazın artan süresiyle birlikte, 13_A2 oranında artan bir saldırganlığa ve geç yanıklığa dirençli patates çeşitlerini bile enfekte etme kabiliyetine neden olabilir.
Önümüzdeki birkaç yıl içinde, genotip daha önce baskın olan 1_A1, 2_A1, 8_A1 genotiplerinin (Montarry ve diğerleri, 2010; Gisi ve diğerleri, 2011; Gisi ve diğerleri) eşzamanlı olarak yer değiştirmesiyle birlikte Kuzeybatı Avrupa ülkelerine (Büyük Britanya, İrlanda, Fransa, Belçika, Hollanda, Almanya) hızla yayıldı. , 2011; Van den Bosch vd., 2015; Cooke, 2017; Cooke, 13). Www.euroblight.net web sitesine göre, 2_A60'nin bu ülkelerin nüfusları içindeki payı% 80-2009 ve daha fazlasına ulaştı; Bu genotipin varlığı, Doğu ve Güney Avrupa'nın bazı ülkelerinde de kaydedilmiştir. Ancak, 2012-13'de. 2_A6, İngiltere ve Fransa'da 1_A8 hattına (İrlanda'da 1_A1) yol açarak hakim konumlarını kaybetti ve Hollanda ve Belçika'da kısmen 1_A6, 1_A33 ve 2_A2012 genotipleri ile değiştirildi (Cooke vd., 2017; Cooke, 2017; Stellingwerf, XNUMX).
Bugüne kadar Batı Avrupa'daki P. infestans nüfusunun yaklaşık% 70'i monoklonaldir. Www.euroblight.net web sitesine göre, Kuzey Batı Avrupa ülkelerinde (İngiltere, Fransa,
Hollanda, Belçika) yaklaşık olarak eşit oranlarda, 13_A2 ve 6_A1 kalır ve ikincisi pratik olarak belirtilen bölgenin dışında (İrlanda hariç) meydana gelmez, ancak halihazırda en az 58 alt klona sahiptir (Cooke, 2017). 13_A2 varyasyonları, Almanya'da dikkate değer sayıda mevcuttur ve ayrıca Orta ve Güney Avrupa ülkelerinde ara sıra gözlenir. Genotip 1_A1, Belçika ve kısmen Hollanda ve Fransa popülasyonlarının önemli bir bölümünü oluşturur. Genotip 8_A1, lider konumunu koruduğu ve iki alt klona bölündüğü İrlanda haricinde, Avrupa popülasyonunda% 3-6 seviyesinde stabilize olmuştur (Stellingwerf, 2017). Son olarak, 2016'da, ilk olarak 36-2'te kaydedilen yeni genotipler 37_A2 ve 2013_A2014'nin ortaya çıkma sıklığında bir artış oldu; Bugüne kadar bu genotipler Hollanda ve Belçika'da ve kısmen Fransa ve Almanya'da ve ayrıca Büyük Britanya'nın güney kesiminde bulunur (Cooke, 2017). Batı Avrupa nüfusunun yaklaşık% 20-30'u her yıl benzersiz genotiplerle temsil edilmektedir.
Batı Avrupa'dan farklı olarak, 13_A2 genotipi ortaya çıktığında, Kuzey Avrupa (İsveç, Norveç, Danimarka, Finlandiya) popülasyonları klonal çizgilerle değil, çok sayıda benzersiz genotiplerle temsil ediliyordu (Brurberg ve diğerleri,
2011). Batı Avrupa'da 13_A2'nin aktif yayılma döneminde, İskandinavya'da bu genotipin varlığı, esas olarak metalaksil içeren aktif kullanımla endüstriyel patates çeşitlerinin yetiştirildiği Kuzey Jutland'da (Danimarka) ilk keşfedildiği 2011 yılına kadar kaydedilmedi. fungisitler (Nielsen ve diğerleri, 2014). Www.euroblight.net'e göre, genotip 13_A2, 2014'te Norveç ve Danimarka'dan çeşitli numunelerde ve 2016'da birkaç Norveç numunesinde de tespit edildi; ayrıca 2013 yılında Finlandiya'da küçük bir miktar 6_A1 genotipi gözlemlendi. İskandinavya'nın fethinde 13_A2 ve diğer klonal hatların başarısızlığının ana nedeni, bu bölgenin Batı Avrupa ülkelerinden iklim farklılıkları olarak kabul ediliyor.
Serin yazların ve soğuk kışların bitkisel miselyumdan çok oosporların hayatta kalmasına katkıda bulunmasına ek olarak (Sjöholm ve diğerleri, 2013), kışın (genellikle Batı Avrupa'nın daha sıcak ülkelerinde meydana gelmeyen) toprak donması, oosporların çimlenmesi ve ekiminin senkronizasyonuna katkıda bulunur. patates, birincil enfeksiyon kaynağı olarak rollerini artırmaktadır (Brurberg ve diğerleri, 2011). Kuzey koşullarında, oosporlardan enfeksiyon gelişmesinin, sonuçta daha agresif, ancak daha sonra gelişen klonal hatların baskınlığını önleyen yumrulu enfeksiyon gelişimini geride bıraktığı da belirtilmelidir (Yuen, 2012). Doğu Avrupa ülkelerinde (Polonya, Baltık ülkeleri) en çok incelenen P. infestans popülasyonlarının yapısı İskandinavya'dakine çok benzer.
Her iki çiftleşme türü de burada mevcuttur ve SSR analizi ile belirlenen genotiplerin büyük çoğunluğu benzersizdir (Chmielarz ve diğerleri, 2014; Runno-Paurson ve diğerleri, 2016). Kuzey Avrupa'da olduğu gibi, klonal hatların yayılması (esas olarak 13_A2 genotipinden), belirgin baskın hatların yokluğunda yüksek bir çeşitlilik düzeyini koruyan patojenin yerel popülasyonlarını pratik olarak etkilememiştir.
13_A2 mevcudiyeti, bazen ticari patates çeşitlerinin bulunduğu tarlalarda gözlenir. Rusya'da da durum benzer şekilde gelişiyor. 2008-2011'de toplanan P. infestans izolatlarının mikrosatellit analizi Rusya'nın Avrupa kısmının 10 farklı bölgesinde, yüksek derecede genotipik çeşitlilik ve Avrupa klonal hatları ile tam bir çakışma eksikliği gösterdi (Statsyuk ve diğerleri, 2014). Birkaç yıl sonra, 2013-2014'te Leningrad bölgesinde toplanan P. infestans örneklerinin bir çalışması, bunlar ve önceki çalışmada tanımlanan bu bölgedeki genotipler arasında önemli farklılıklar gösterdi. Her iki çalışmada da Batı Avrupa genotiplerine rastlanmamıştır (Beketova ve diğerleri, 2014; Kuznetsova ve diğerleri, 2016).
Doğu Avrupa'daki P. infestans popülasyonlarının yüksek genetik çeşitliliği ve bunlarda baskın klonal çizgilerin bulunmaması birkaç nedene bağlı olabilir. Birincisi, Kuzey Avrupa'da olduğu gibi, dikkate alınan ülkelerin iklim koşulları, birincil enfeksiyon kaynağı olarak oosporların oluşumuna katkıda bulunur (Ulanova ve diğerleri, 2010; Chmielarz ve diğerleri, 2014). İkincisi, bu ülkelerde üretilen patateslerin önemli bir kısmı, genellikle ormanlarla veya bulaşıcı materyalin serbest dolaşımının önündeki diğer engellerle çevrili küçük özel çiftliklerde yetiştirilmektedir (Chmielarz ve diğerleri, 2014). Kural olarak, bu koşullar altında yetiştirilen patatesler pratik olarak kimyasallarla muamele edilmez ve çeşitlerin seçimi, geç yanıklık direncine dayanır, yani. 13_A2 gibi dirençli genotipleri diğer genotiplere göre avantajlardan yoksun bırakan metalaksil'e karşı saldırganlık ve direnç için seçici bir baskı yoktur (Chmielarz ve diğerleri, 2014). Son olarak, arazi parçalarının küçük olması nedeniyle, sahipleri genellikle aynı yerde yıllarca patates yetiştirerek mahsul rotasyonu uygulamıyorlar, bu da genetik olarak çeşitli bir aşı birikimine katkıda bulunuyor (Runno-Paurson ve diğerleri, 2016; Elansky, 2015; Elansky et al. ., 2015).
Asya
Yakın zamana kadar, Asya'daki P. infestans popülasyonlarının yapısı nispeten yetersiz anlaşılmıştı. Esas olarak klonal çizgilerle temsil edildiği ve cinsel rekombinasyonun yeni genotiplerin ortaya çıkmasındaki etkisinin çok az olduğu biliniyordu. Yani, örneğin 1997-1998'de. Rusya'nın Asya kısmında (Sibirya ve Uzak Doğu), patojen popülasyon, SIB-1 genotipinin baskın olduğu sadece üç genotip ile temsil edildi (Elansky ve diğerleri, 2001). Çin, Japonya, Kore, Filipinler ve Tayvan gibi ülkelerde klonal patojen çizgilerinin varlığı gösterilmiştir (Koh ve diğerleri, 1994; Chen ve diğerleri, 2009). US-1 klonal hattı 90'ların sonlarında - 2000'lerin başlarında Asya'nın geniş bir bölgesine hakim oldu. hemen hemen her yerde, yerini yenilerine bırakan diğer genotipler almaya başladı. Çoğu durumda, Asya ülkelerindeki popülasyonların yapısındaki ve bileşimindeki değişiklikler, yeni genotiplerin dışarıdan göçüyle ilişkilendirildi. Bu nedenle, Japonya'da, JP-3 genotipi haricinde, US-1'den sonra ortaya çıkan diğer tüm Japon genotipleri (JP-1, JP-2, JP-3) az ya da çok kanıtlanmış dış kökene sahiptir (Akino ve diğerleri, 2011) ... Şu anda Çin'de net bir coğrafi bölünmeye sahip üç ana patojen popülasyonu bulunmaktadır; Bu popülasyonlar arasında gen akışı yoktur veya çok zayıftır (Guo vd., 2010; Li vd., 2013b). Genotip 13_A2, 2005-2007 ve 2012-1014 yıllarında güney eyaletlerinde (Yunnan ve Sichuan) Çin topraklarında ortaya çıktı. ülkenin kuzeydoğusunda da görülmüştür (Li vd., 2013b). Hindistan'da, 13_A2 muhtemelen Çin'dekiyle aynı zamanda, büyük olasılıkla enfekte patates tohumlarıyla (Chowdappa ve diğerleri, 2015) ve 2009-2010'da ortaya çıktı. Ülkenin güneyinde domates üzerinde ciddi bir geç yanıklık epifitozuna neden olmuş, ardından patatese yayılmış ve 2014 yılında Batı Bengal'de bir çok yerel çiftçinin harap olmasına ve intiharına yol açan bir yanıklık salgınına neden olmuştur (Fry, 2016).
Afrika
2008-2010'a kadar Afrika ülkelerindeki P. infestans ile ilgili sistematik çalışmalar yapılmamıştır. Şu anda, Afrika P. infestans popülasyonları iki gruba ayrılabilir ve bu bölünme, Avrupa'dan patates tohumlarının ithal edilmesi gerçeğiyle açıkça ilişkilidir.
Avrupa'dan aktif olarak tohumluk patates ithal eden Kuzey Afrika'da, A2 çiftleşme türü hemen hemen tüm bölgelerde yaygın olarak temsil edilmektedir ve bu da cinsel rekombinasyonun bir sonucu olarak yeni genotiplerin ortaya çıkması için teorik bir olasılık sağlar (Corbière ve diğerleri, 2010; Rekad ve diğerleri, 2017). Ek olarak, Cezayir'de, 13_A2, 2_A1 ve 23_A1 genotiplerinin varlığı, birincisinin belirgin bir baskınlığı ve tamamen ortadan kalkana kadar benzersiz genotip oranında kademeli bir düşüş ile belirtilmiştir (Rekad ve diğerleri, 2017). Bölgenin geri kalanının aksine, Tunus'ta (ülkenin kuzeydoğusu hariç), patojen popülasyon esas olarak A1 çiftleşme tipi ile temsil edilmektedir (Harbaoui ve diğerleri, 2014).
NA-01 klonal hattı burada baskındır. Genel olarak, popülasyondaki klonal soyların oranı sadece% 43'tür. Tohum ithalatı hacminin yok denecek kadar az olduğu Doğu ve Güney Afrika'da (Fry et al., 2009), P. infestans yalnızca iki klonal A1 tipi soy, US-1 ve KE-1 ile temsil edilir ve ikincisi aktif olarak patatesler üzerindeki ilkini değiştirir ( Pule ve diğerleri, 2012; Njoroge ve diğerleri, 2016). Bugüne kadar, bu genotiplerin her ikisi de dikkate değer sayıda alt klonal varyasyona sahiptir.
Avustralya
Avustralya'da patates üzerindeki ilk yanıklık raporu 1907 yılına dayanıyor ve muhtemelen yaz aylarında şiddetli yağmurların neden olduğu ilk epifitotia 1909-1911'de meydana geldi. (Drenth ve diğerleri, 2002). Bununla birlikte, genel olarak, geç dönemdeki yanıklığın ülke için önemli bir ekonomik önemi yoktur. Yüksek nem sağlayan hava koşullarının kışkırttığı sporadik yanıklık salgınları, 5-7 yılda bir defadan fazla görülmez ve esas olarak kuzey Tazmanya ve merkezi Victoria'da lokalizedir. Yukarıdakilerle bağlantılı olarak, Avustralya'daki P. infestans popülasyonunun yapısının incelenmesine adanmış yayınlar pratikte yoktur. Mevcut en son bilgiler 1998-2000 arasıdır. (Drenth ve diğerleri, 2002). Yazarlara göre, Victoria eyaletinin nüfusu, bu genotipin Amerika Birleşik Devletleri'nden göçünü dolaylı olarak doğrulayan klonal bir ABD-1.3 soyuydu. Tazmanya örnekleri, o zamanlar dünyanın diğer bölgelerinde bulunan genotiplerden farklı olarak AU-3 olarak sınıflandırıldı.
Rusya'da geç yanıklığın gelişiminin özellikleri
Avrupa'da hastalıklı tohum yumruları, toprakta kışlayan oosporlar ve geçen yılki tarlalarda ("gönüllü" bitkiler) veya itlaf yığınları üzerinde kışı geçirmiş yumrulardan yetişen bitkilerden rüzgarın getirdiği zoosporangia ile bulaşan enfeksiyon yumruların saklanması için yer imi. Bunlardan, atılmış yumru kök yığınlarında yetişen bitkiler, en tehlikeli enfeksiyon kaynağı olarak kabul edilir. Orada filizlenmiş yumruların sayısı genellikle önemlidir ve zoosporangia onlardan uzun mesafelerde taşınabilir. Kaynakların geri kalanı (oosporlar, "gönüllü" bitkiler) o kadar tehlikeli değildir, çünkü Aynı tarlalarda 3-4 yılda birden daha sık bitki yetiştirmek alışılmış bir şey değildir. İyi bir tohum kalite kontrol sistemi nedeniyle hastalıklı tohum yumrularından enfeksiyon da minimum düzeydedir.
Genel olarak, Avrupa popülasyonlarındaki aşı miktarı sınırlıdır ve bu nedenle salgındaki artış oldukça yavaştır ve kimyasal fungisidal preparatlar kullanılarak başarılı bir şekilde kontrol edilebilir. Avrupa koşullarındaki ana görev, zoosporangia'nın etkilenen bitkilerden kitlesel olarak yayılmasının başladığı aşamadaki enfeksiyonla mücadeledir.
Rusya'da durum kökten farklı. Patates ve domates mahsulünün çoğu küçük özel bahçelerde yetiştirilir; ya hiç koruyucu önlemler alınmaz ya da yetersiz sayıda fungisit tedavisi yapılır ve üst kısımlarda geç yanıklığın ortaya çıkmasından sonra başlar. Sonuç olarak, özel sebze bahçeleri, zoosporangia'nın rüzgarla ticari ekimlere taşındığı ana enfeksiyon kaynağı olarak hareket eder. Bu, Moskova, Bryansk, Kostroma, Ryazan bölgelerindeki doğrudan gözlemlerimizle doğrulanmaktadır: özel bahçelerdeki bitkilere zarar, ticari ekimlerin fungisit muamelelerine başlamadan önce bile gözlemlenmektedir. Daha sonra, geniş tarlalardaki salgın, mantar öldürücü preparatların kullanılmasıyla sınırlanırken, özel bahçelerde hızlı bir geç yanıklık gelişimi vardır.
Ticari bitkilerin yanlış veya "bütçeye dayalı" muamelesi durumunda, tarlalarda geç yanıklık odakları belirir; daha sonra daha geniş alanları kapsayacak şekilde aktif olarak gelişiyorlar (Elansky, 2015). Özel bahçelerdeki enfeksiyon, ticari alanlardaki salgın hastalıklar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Rusya'nın tüm patates yetiştiren bölgelerinde, özel bahçelerde patateslerin işgal ettiği alan, büyük üreticilerin toplam alanlarından birkaç kat daha büyüktür. Böyle bir ortamda, özel sebze bahçeleri, ticari alanlar için küresel bir aşı kaynağı olarak görülebilir. Özel bahçelerdeki suşların genotiplerinin karakteristiği olan özellikleri belirlemeye çalışalım.
Antep patatesi ekimi ve karantina kontrolü, şüpheli yabancı üreticilerden elde edilen domates tohumları, aynı alanlarda uzun süreli patates ve domates yetiştirilmesi, uygun olmayan fungusit uygulamaları veya bunların tamamen yokluğu özel sektörde ciddi epifitotiklere yol açarak sonucu ücretsiz özel bahçelerde geçiş, melezleşme ve oospor oluşumu. Sonuç olarak, hemen hemen her suş kendi genotipinde benzersiz olduğunda, patojenin çok yüksek bir genotipik çeşitliliği gözlenir (Elansky ve diğerleri, 2001, 2015). Çeşitli genetik kökenlerden tohumluk patateslerin ekilmesi, belirli bir türe saldırmak için özelleşmiş klonal hatların ortaya çıkma ihtimalini ortadan kaldırır. Böyle bir durumda seçilen suşlar, etkilenen türlere göre çok yönlülükleri ile ayırt edilirler, bunların çoğu virülans genlerinin maksimum sayısına yakın bir oranına sahiptir. Bu, geç yanıklığa karşı düzgün bir şekilde kurulmuş bir koruma sistemine sahip tarım işletmelerinin geniş alanları için tipik olan "klonal hatlar" sisteminden çok farklıdır. "Klonal çizgiler" (sahadaki geç yanıklık patojeninin tüm suşları bir veya daha fazla genotiple temsil edildiğinde) patates yetiştiriciliğinin yalnızca büyük çiftlikler tarafından gerçekleştirildiği ülkelerde her yerde bulunur: ABD, Hollanda, Danimarka, vb. Ev arazilerinin de geleneksel olarak yaygın olduğu İngiltere, İrlanda, Polonya'da patates yetiştiriciliği, ayrıca özel bahçelerde daha yüksek genotipik çeşitlilik vardır. 20. yüzyılın sonunda, Rusya'nın Asya ve Uzak Doğu bölgelerinde “klonal hatlar” yaygındı (Elansky ve diğerleri, 2001), bu da görünüşe göre aynı patates çeşitlerinin yalnızca ekim için kullanılmasından kaynaklanıyordu. Son zamanlarda, bu bölgelerdeki durum da popülasyonların genotipik çeşitliliğindeki artışa doğru değişmeye başladı.
Mantar öldürücü müstahzarlarla yoğun tedavilerin olmaması başka bir doğrudan sonuca sahiptir - bahçelerde dirençli suş birikimi yoktur. Gerçekten de, sonuçlarımız, metalaksil dirençli türlerin özel bahçelerde ticari bitkilerden çok daha az sıklıkla bulunduğunu göstermektedir.
Özel bahçeler için tipik olan patates ve domates ekimlerinin yakınlığı, bu mahsuller arasında soyların göçünü kolaylaştırır; bunun bir sonucu olarak, son on yılda, patatesten izole edilen türler arasında, daha önce sadece " domates suşları. Çoğu durumda T1 genine sahip türler, hem patateslere hem de domatese karşı oldukça saldırgandır.
Son yıllarda, domates üzerindeki geç yanıklık çoğu durumda patatesten daha önce ortaya çıkmaya başladı. Domates fideleri, topraktaki oosporlar tarafından veya domates tohumlarında bulunan veya onlara yapışan oosporlar tarafından istila edilebilir (Rubin ve diğerleri, 2001). Son 15 yılda, başta ithal olmak üzere çok sayıda ucuz paketlenmiş tohum mağazalarda göründü ve küçük üreticilerin çoğu bunları kullanmaya başladı. Tohumlar, büyüdükleri bölgelere özgü genotiplere sahip türler getirebilir. Gelecekte bu genotiplerin özel bahçelerde cinsel sürece dahil edilmesi tamamen yeni genotiplerin ortaya çıkmasına neden olur.
Dolayısıyla özel bahçelerin, genetik materyal değişimi sonucunda mevcut genotiplerin işlendiği ve tamamen yenilerinin ortaya çıktığı küresel bir "eritme potası" olduğu söylenebilir. Dahası, seçimleri büyük çiftliklerde patatesler için yaratılanlardan çok farklı koşullarda gerçekleşir: fungisidal presin olmaması, ekimlerin çeşitlilikte tekdüzeliği, çeşitli viral ve bakteriyel enfeksiyon biçimlerinden etkilenen bitkilerin baskınlığı, domateslere ve yabani gece gölgelerine yakınlık, aktif geçiş ve oospor oluşumu, olasılık oosporların gelecek yıl için enfeksiyon kaynağı olması için.
Bütün bunlar, arka bahçe popülasyonlarının çok yüksek genotipik çeşitliliğine yol açar. Epifitotik koşullar altında, geç yanıklık sebze bahçelerinde çok hızlı bir şekilde yayılır ve yakındaki ticari bitkilere uçan büyük miktarlarda spor salınır. Bununla birlikte, doğru tarım teknolojisi ve kimyasal koruma sistemi ile ticari alanlara girmiş olan, gelen sporlar, fungisitlere dirençli ve ekili çeşide özelleşmiş klonal hatların bulunmamasından dolayı, sahada epifitotik başlatma imkânına sahip değildir.
Bir başka birincil aşılama kaynağı, ticari fidelerde tutulan hastalıklı yumru kökler olabilir. Bu yumrular, kural olarak, iyi tarım teknolojisi ve yoğun kimyasal korumaya sahip tarlalarda yetiştirildi. Yumruları enfekte eden izolatların genotipleri, kendi çeşitlerinin gelişimine adapte edilmiştir. Bu suşlar, ticari ekim için özel bahçelerden kaynaklanan aşılardan önemli ölçüde daha tehlikelidir. Çalışmalarımızın sonuçları da bu varsayımı desteklemektedir. Uygun şekilde yürütülen kimyasal koruma ve iyi tarım teknolojisi ile geniş tarlalardan izole edilen popülasyonlar, yüksek genotipik çeşitlilik açısından farklılık göstermez. Genellikle bunlar, oldukça agresif olan birkaç klonal soydur.
Ticari tohum materyalinden elde edilen suşlar, sebze bahçelerindeki popülasyonlara girebilir ve içlerinde devam eden işlemlere dahil olabilir. Bununla birlikte, bir sebze bahçesinde, rekabet güçleri ticari bir alandakinden çok daha düşük olacak ve yakında klonal bir soy şeklinde var olmaktan çıkacaklar, ancak genleri "bahçe" popülasyonunda kullanılabilir.
Hasat sırasında "gönüllü" bitkilerde ve itlaf edilmiş yumru kök yığınlarında gelişen enfeksiyon, Rusya için pek önemli değildir, çünkü Rusya'nın patates yetiştiren ana bölgelerinde, derin kışın toprak donması gözlemlenir ve toprakta kışlamış yumru köklerden bitkiler nadiren gelişir. Dahası, deneylerimizin gösterdiği gibi, geç yanıklık patojeni, canlılığını koruyan yumru kökler üzerinde bile negatif sıcaklıklarda hayatta kalamaz. Erken patates yetiştiriciliğinin uygulandığı kurak bölgede, kuru ve sıcak büyüme mevsimi nedeniyle geç yanıklık oldukça nadirdir.
Bu nedenle, şu anda P. infestans popülasyonlarının "tarla" ve "bahçe" popülasyonlarına bölündüğünü gözlemliyoruz. Bununla birlikte, son yıllarda, bu popülasyonlardan genotiplerin yakınsamasına ve iç içe geçmesine yol açan süreçler gözlemlenmiştir.
Bunlar arasında, küçük üreticilerin okuryazarlığında genel bir artış, uygun fiyatlı küçük tohumluk patates paketlerinin ortaya çıkması, mantar öldürücü preparatların küçük paketler halinde yayılması ve nüfus tarafından "kimya" korkusunun yitirilmesi dikkat çekebilir.
Bir tedarikçinin güçlü faaliyeti sayesinde, köylerin tamamına aynı çeşit tohum yumruları dikildiğinde ve aynı pestisitlerin küçük paketleriyle sağlandığında durum ortaya çıkar. Yakındaki ticari dikimlerde aynı türden patateslerin bulunacağı varsayılabilir.
Öte yandan, bazı pestisit ticareti şirketleri "bütçeli" kimyasal arıtma programlarını teşvik ediyor. Bu durumda, önerilen tedavilerin sayısı hafife alınır ve en ucuz fungisitler sunulur ve vurgu, üstleri biçmeye kadar geç yanıklığın gelişmesini önlemek değil, verimi artırmak için epifitide belirli bir geciktirmektir. Prensipte yüksek bir verim elde etme sorunu olmadığında, düşük dereceli tohum materyalinden eşya patates yetiştirirken bu tür planlar ekonomik olarak doğrulanır. Bununla birlikte, bu durumda, bahçe popülasyonlarının aksine, patatesin seviyelendirilmiş genetik arka planı, bu çeşit için çok tehlikeli olan spesifik fizyolojik ırkların seçimine katkıda bulunur.
Genel olarak, patates üretiminin "bahçe" ve "tarla" yöntemlerinin yakınsama eğilimleri bize oldukça tehlikeli görünmektedir. Hem ev hem de ticari sektörlerde olumsuz sonuçlarını önlemek için, hem küçük ambalajlarda tohumluk patates çeşitlerini hem de özel sahiplere sunulan fungisit çeşitlerini kontrol etmek, ayrıca patates koruma planlarını ve fungisit preparatlarının ticari sektörde kullanımını izlemek gerekli olacaktır.
Özel sektör alanlarında, sadece geç yanıklığın yanı sıra Alternaria'nın da yoğun bir gelişimi var. Özel ev arazilerinin çoğu sahibi, Alternaria'ya karşı koruma sağlamak için özel önlemler almıyor, yeşilliklerin doğal solması veya geç yanıklığın gelişmesi için Alternaria'nın gelişimini alıyor. Bu nedenle, Alternaria'nın hassas çeşitler üzerindeki büyük gelişimi ile, ev arazileri ticari dikimler için bir aşı kaynağı olarak hizmet edebilir.
Değişkenlik mekanizmaları
Mutasyon süreci
Mutasyonların ortaya çıkması, düşük bir sıklıkta ilerleyen rastgele bir süreç olduğundan, herhangi bir lokustaki mutasyonların meydana gelmesi, bu lokusun mutasyon sıklığına ve popülasyonun büyüklüğüne bağlıdır. P. infestans suşlarının mutasyonlarının sıklığını incelerken, kimyasal veya fiziksel mutajenler ile muameleden sonra seçici besleyici ortam üzerinde büyütülen kolonilerin sayısı genellikle belirlenir. Tablo 8'de sunulan verilerden görülebileceği gibi, aynı suşun farklı lokuslardaki mutasyon sıklığı, birkaç büyüklük sırasına göre farklılık gösterebilir. Metalaksil'e dirençteki yüksek mutasyon sıklığı, doğada ona dirençli suşların birikmesinin nedenlerinden biri olabilir.
Laboratuvar deneyleri temelinde hesaplanan spontan veya indüklenmiş mutasyonların sıklığı, aşağıdaki nedenlerden dolayı her zaman doğal popülasyonlarda meydana gelen süreçlere karşılık gelmez:
1. Eşzamansız nükleer fisyonlarda, bir nükleer nesil başına mutasyon sıklığını tahmin etmek imkansızdır. Bu nedenle, çoğu deney, iki mutasyon olayını ve mitozu takip eden bir olay arasında ayrım yapmadan, yalnızca mutasyonların sıklığı hakkında doğrudan bilgi sağlar.
2. Tek adımlı mutasyonlar genellikle genomun dengesini azaltır, bu nedenle yeni bir özelliğin kazanılmasıyla birlikte organizmanın genel uygunluğu azalır. Deneysel olarak elde edilen mutasyonların çoğu azaltılmış bir saldırganlığa sahiptir ve doğal popülasyonlarda kaydedilmez. Bu nedenle, P. infestans mutantlarının fenilamid fungisitlere direnç derecesi ile yapay bir ortamdaki büyüme oranı arasındaki korelasyon katsayısı ortalama (-0,62) ve fungisitlere direnç ve patates yapraklarındaki saldırganlık (-0,65) (Derevyagina et al. , 1993), bu mutantların düşük uygunluğunu gösterir. Dimethomorph'a dirençteki mutasyonlara aynı zamanda canlılıkta keskin bir düşüş eşlik etti (Bagirova ve diğerleri, 2001).
3. Spontan ve indüklenmiş mutasyonların çoğu resesiftir ve deneylerde fenotipik olarak kendini göstermez, ancak doğal popülasyonlarda gizli bir değişkenlik rezervi oluşturur. Laboratuvar deneylerinde izole edilen mutant suşlar, dominant veya yarı dominant mutasyonlar taşır (Kulish ve Dyakov, 1979). Görünüşe göre, nükleer diploidi, daha önce dirençli çeşitler üzerinde öldürücü olan UV ışımasının etkisi altında mutantlar elde etmeye yönelik başarısız girişimleri açıklıyor (McKee, 1969). Yazarın hesaplamalarına göre, bu tür mutasyonlar 1: 500000'den daha az sıklıkta meydana gelebilir. Resesif mutasyonların homozigot, fenotipik olarak ifade edilen duruma geçişi, cinsel veya aseksüel rekombinasyon nedeniyle meydana gelebilir (aşağıya bakınız). Bununla birlikte, bu durumda bile, mutasyon, cenotik (çok çekirdekli) miselyumdaki vahşi tip çekirdeklerin dominant allelleri tarafından maskelenebilir ve fenotipik olarak yalnızca tek çekirdekli zoosporların oluşumu sırasında sabitlenebilir.
Tablo 8. Nitrosomethylurea etkisi altında P. infestans mutasyonlarının büyümeyi inhibe edici maddelere sıklığı (Dolgova, Dyakov, 1986; Bagirova ve diğerleri, 2001)
bileşik | Mutasyon frekansı |
Oksitetrasiklin | 6,9 10 x-8 |
Blasticidin S | X 7,2 10-8 |
Streptomisin | 8,3 х10-8 |
Trichothecin | 1,8 10 x-8 |
Sikloheksimid | 2,1 10 x-8 |
Daaconil | <4 x 10-8 |
Dimethomorph | 6,3 10 x-7 |
Metalaxil | 6,9 10 x-6 |
Popülasyon büyüklükleri de spontan mutasyonların ortaya çıkmasında belirleyici bir rol oynar. A'nın mutasyon hızı olduğu hücre sayısının N> 1 / a olduğu çok büyük popülasyonlarda, mutasyon rastgele bir fenomen olmaktan çıkar (Kvitko, 1974).
Hesaplamalar, ortalama bir patates tarlasının istilası ile (bitki başına 35 nokta), bir hektar üzerinde günlük 8x1012 spor oluştuğunu göstermektedir (Dyakov ve Suprun, 1984). Görünüşe göre, bu tür popülasyonlar, her lokustaki değişim türünün izin verdiği tüm mutasyonları içerir. 10-9 sıklıkta meydana gelen ender bir mutasyon bile, bir hektar patates tarlasında yaşayan milyonlarca kişiden bin kişiden elde edilecektir. Böyle bir popülasyonda daha yüksek bir sıklıkta (örneğin 10-6) meydana gelen mutasyonlar için, her gün çeşitli çiftlenmiş mutasyonlar meydana gelebilir (aynı anda iki lokusta), yani. mutasyon süreci rekombinasyonun yerini alacaktır.
Göçler
P. infestans için, iki ana göç türü bilinmektedir: zoosporangia'yı hava akımları veya yağmur spreyi ile yayarak mesafeleri kapatmak (bir patates tarlası veya komşu tarlalarda) ve uzun mesafelere - yumru kökleri veya taşınan domates meyveleri ile. İlk yöntem, hastalığın odağının genişlemesini sağlar, ikincisi - birincilden uzak yerlerde yeni odakların yaratılması.
Enfeksiyonun domates yumruları ve meyveleri ile yayılması, hastalığın yeni yerlerde ortaya çıkmasına katkıda bulunmakla kalmaz, aynı zamanda popülasyonlardaki genetik çeşitliliğin ana kaynağıdır. Moskova bölgesinde, Rusya ve Batı Avrupa'nın farklı bölgelerinden getirilen patatesler yetiştiriliyor. Domates meyveleri Rusya'nın güney bölgelerinden (Astrakhan Bölgesi, Krasnodar Bölgesi, Kuzey Kafkasya) getirilmektedir. Enfeksiyon kaynağı olarak da kullanılabilen domates tohumları (Rubin ve diğerleri, 2001) ayrıca Rusya'nın güney bölgeleri, Çin, Avrupa ülkeleri ve diğer ülkelerden ithal edilmektedir.
E. Mayr (1974) tarafından yapılan hesaplamalara göre, yerel bir popülasyonda mutasyonların neden olduğu genetik değişiklikler, lokus başına nadiren 10-5'i aşarken, açık popülasyonlarda, genlerin karşı akışından kaynaklanan değişim en az 10-3 - 10-4'tür.
Enfekte yumrularda göç, P. infestans'ın patateslerin yetiştirildiği dünyanın tüm bölgelerine yayılan Avrupa'ya girişinden sorumludur; en ciddi nüfus değişikliklerine neden oldular. Patateslerdeki geç yanıklık, Batı Avrupa'daki görünümüyle neredeyse aynı anda Rus İmparatorluğu topraklarında ortaya çıktı.
Hastalık ilk olarak 1846-1847'de Baltık Devletlerinde görüldüğünden ve ancak sonraki yıllarda Beyaz Rusya ve Rusya'nın kuzeybatı bölgelerine yayıldığından, Batı Avrupa kökenli olduğu açıktır. Eski Dünya'daki geç yanıklığın ilk kaynağı o kadar açık değil. Fry ve diğerleri tarafından geliştirilen hipotez (Fry ve diğerleri, 1992; Fry, Goodwin, 1995, Goodwin ve diğerleri, 1994), parazitin önce Meksika'dan Kuzey Amerika'ya gelip burada ekinlere yayıldığını ve ardından Batı Avrupa'ya taşındığını öne sürüyor. (şek. 7).
Tekrarlanan sürüklenmenin bir sonucu olarak ("darboğazın" çifte etkisi), yavruları patateslerin yetiştirildiği Eski Dünya'nın tamamında bir pandemiye neden olan tek klonlar Avrupa'ya ulaştı. Bu hipotezin kanıtı olarak yazarlar, ilk olarak, yalnızca bir çiftleşme türünün (A1) her yerde bulunmasından ve ikinci olarak, farklı bölgelerden incelenen suşların genotiplerinin homojenliğinden (tümü, 2 izozim lokusu, DNA parmak izi kalıpları dahil olmak üzere moleküler belirteçlere dayanmaktadır ve mitokondriyal DNA'nın yapısı aynıdır ve ABD'de tarif edilen US-1 klonuna karşılık gelir). Bununla birlikte, bazı veriler, belirtilen hipotezin en azından bazı hükümleri hakkında şüpheler uyandırmaktadır. 40'larda ilk epifitotik dönemde enfekte olan herbaryum patates örneklerinden izole edilen P. infestans mitokondriyal DNA'sının analizi, bunların mitokondriyal DNA yapısının US-1 klonundan farklı olduğunu gösterdi, bu nedenle en azından Avrupa'daki tek enfeksiyon kaynağı değildir (Ristaino ve diğerleri, 2001).
Geç yanıklık durumu, XX yüzyılın 80'lerinde tekrar kötüleşti. Aşağıdaki değişiklikler meydana geldi:
1) Nüfusun ortalama saldırganlığı arttı, bu da özellikle en zararlı geç yanıklık biçiminin yaygın olarak yayılmasına yol açtı - saplara ve gövdelere zarar.
2) Patateslerde geç yanma zamanında - Temmuz ayının sonundan Temmuz başına ve hatta Haziran ayının sonuna kadar - bir kayma oldu.
3) Daha önce Eski Dünya'da bulunmayan A2 çiftleşme türü her yerde bulunur hale geldi.
Değişikliklerden önce iki olay meydana geldi: yeni fungisit metalaksilinin yoğun kullanımı (Schwinn ve Staub, 1980) ve Meksika'nın dünya patates ihracatçısı olarak ortaya çıkışı (Niederhauser, 1993). Buna uygun olarak, popülasyon değişikliklerinin iki nedeni öne sürüldü - metalaksilin etkisi altında çiftleşme türünün dönüşümü (Ko, 1994) ve Meksika'dan enfekte yumrular ile yeni türlerin büyük çapta tanıtılması (Fry ve Goodwin, 1995). Metalaksil etkisi altındaki çiftleşme türlerinin karşılıklı dönüşümleri sadece Ko tarafından değil, aynı zamanda Moskova Devlet Üniversitesi laboratuvarında yürütülen çalışmalarda da elde edilmiş olsa da (Savenkova, Chherepennicova-Anikina, 2002), ikinci hipotez tercih edilir. İkinci tip çiftleşmenin ortaya çıkmasıyla birlikte, nötr genler (izozim ve RFLP lokusları) dahil olmak üzere Rus P. infestans suşlarının genotiplerinde ve mitokondriyal DNA'nın yapısında ciddi değişiklikler meydana geldi. Bu değişikliklerin kompleksi, metalaksilin etkisiyle açıklanamaz; daha çok, daha agresif olan (Kato ve diğerleri, 1997), popülasyonlarda baskın hale gelen eski türlerin (ABD-1) yerini alan Meksika'dan büyük miktarda yeni suş ithalatı vardı. Avrupa popülasyonlarının bileşimindeki değişim, 1980'den 1985'e kadar çok kısa bir sürede gerçekleşti (Fry ve diğerleri, 1992). Eski SSCB topraklarında, "yeni türler" 1985'te Estonya'dan, yani Polonya ve Almanya'dan daha önce, yani daha önce bulundu (Goodwin ve diğerleri, 1994). Rusya'daki "eski US-1 suşu" en son 1993 yılında Moskova bölgesinde enfekte bir domatesten izole edildi (Dolgova ve diğerleri, 1997). Yine Fransa'da domates ekimlerinde 90'lı yılların başına, yani patateslerde uzun süre yok olduktan sonra "eski" türlere rastlanmıştır (Leberton ve Andrivon, 1998). P. infestans suşlarındaki değişiklikler, büyük pratik öneme sahip olanlar da dahil olmak üzere birçok özelliği etkiledi ve geç yanıklığın zararlılığını artırdı.
Cinsel rekombinasyon
Cinsel rekombinasyonun değişkenliğe katkıda bulunması için, ilk olarak popülasyonda 1: 1'e yakın bir oranda iki tür çiftleşme ve ikinci olarak ilk popülasyon değişkenliğinin varlığı gereklidir.
Çiftleşme türlerinin oranı, farklı popülasyonlarda ve hatta bir popülasyonda farklı yıllarda büyük ölçüde değişir (Tablo 9,10, 90). Popülasyonlarda çiftleşme türlerinin sıklığındaki bu tür şiddetli değişikliklerin nedenleri (örneğin, geçen yüzyılın 2002'lı yılların başlarında Rusya'da veya İsrail'de olduğu gibi) bilinmemektedir, ancak bunun daha rekabetçi klonların ortaya çıkmasına bağlı olduğuna inanılmaktadır (Cohen, XNUMX).
Bazı dolaylı veriler, cinsel sürecin belirli yıllarda ve belirli bölgelerde seyrini gösterir:
1) Moskova bölgesindeki popülasyon çalışmaları, A13 çiftleşme tipinin payının% 2'dan az olduğu 10 popülasyonda, üç izozim lokusu için hesaplanan toplam genetik çeşitliliğin 0,08 olduğunu ve A14 payının aşıldığı 2 popülasyonda gösterdi. % 30, genetik çeşitlilik iki kat daha yüksekti (0,15) (Elansky et al., 1999). Bu nedenle, cinsel ilişki olasılığı ne kadar yüksekse, popülasyonun genetik çeşitliliği o kadar fazla olur.
2) Popülasyonlardaki çiftleşme türlerinin oranı ile oospor oluşumunun yoğunluğu arasındaki ilişki İsrail (Cohen ve diğerleri, 1997) ve Hollanda'da gözlemlenmiştir.
(Flier ve diğerleri, 2004). Çalışmalarımız, A2 çiftleşme tipine sahip izolatların% 62, 17, 9 ve 6'sını oluşturduğu popülasyonlarda, analiz edilen patates yapraklarının sırasıyla% 78, 50, 30 ve% 15'inde (2 veya daha fazla noktaya sahip) oosporlar bulunduğunu göstermiştir.
2 veya daha fazla noktalı örnekler, 1 noktalı örneklerden önemli ölçüde daha sık oospor içeriyordu (sırasıyla örneklerin% 32 ve% 14'ü) (Apryshko ve diğerleri, 2004).
Oosporlar, patates bitkisinin orta ve alt tabakasının yapraklarında çok daha yaygındı (Mytsa ve diğerleri, 2015; Elansky ve diğerleri, 2016).
3) Bazı bölgelerde, ortaya çıkışı cinsel rekombinasyonla ilişkilendirilen benzersiz genotipler keşfedildi. Dolayısıyla, 1989'da Polonya'da ve 1990'da Fransa'da glikoz-6 için homozigot suşlar
fosfat izomeraz (GPI 90/90). Daha önce 10 yıl boyunca sadece 90/100 heterozigotla karşılaşıldığından, homozigotluk cinsel rekombinasyona atfedilir (Sujkowski ve diğerleri, 1994). Kolombiya'da (ABD) A2'yi GPI 100/110 ve A1'i GPI 100/100 ile birleştiren izolatlar yaygındır, ancak 1994 sezonunun sonunda (16 Ağustos ve 9 Eylül) rekombinant genotipli suşlar (A1 GPI 100/110 ve A2 GPI 100/100) (Miller ve diğerleri, 1997).
4) Polonya'dan (Sujkowski ve diğerleri, 1994) ve Kuzey Kafkasya'dan (Amatkhanova ve diğerleri, 2004) bazı popülasyonlarda, parmak izi DNA lokuslarının ve allozim protein lokuslarının dağılımı, Hardy-Weinberg dağılımına karşılık gelir.
cinsel rekombinasyonun popülasyonların değişkenliğine katkısının yüksek payı hakkında. Rusya'nın diğer bölgelerinde, popülasyonlardaki Hardy-Weinberg dağılımına karşılık gelmedi, ancak klonal üremenin baskın olduğunu gösteren bağlantı dengesizliğinin varlığı gösterildi (Elansky ve diğerleri, 1999).
5) Farklı çiftleşme tiplerine (A1 ve A2) sahip türler arasındaki genetik çeşitlilik (GST), farklı popülasyonlar arasındakinden daha düşüktü (Sujkowski ve diğerleri, 1994), bu da dolaylı olarak cinsel melezlemeleri gösterir.
Aynı zamanda, cinsel rekombinasyonun nüfus çeşitliliğine katkısı çok yüksek olamaz. Bu katkı, Moskova bölgesinin nüfusları için hesaplandı (Elansky ve diğerleri, 1999). Lewontin'in (1979) hesaplamalarına göre, "iki lokustan, heterozigotluklarının ürününü aşmayan bir frekansla yeni varyantlar üretebilen rekombinasyon, ancak her iki alel için heterozigotluk değerleri zaten yüksekse etkili olur."
Moskova bölgesi için tipik olan 4: 1'e eşit olan iki tür eşleştirme oranıyla, rekombinasyon frekansı 0,25 olacaktır. Suşları çaprazlama olasılığı, incelenen popülasyonlarda incelenen üç izozigot lokusun ikisi için heterozigot olacaktır (0,01 suştan 2 suş). Bu nedenle, rekombinasyonun bir sonucu olarak çift heterozigotların oluşma olasılığı, ürünlerinin geçme olasılığı (177x0,25x0,02) = 0,02-10 ile çarpımını aşmamalıdır, yani. cinsel rekombinantlar genellikle incelenen suş örneklerine girmez. Bu hesaplamalar, nispeten yüksek değişkenlikle karakterize edilen Moskova bölgesindeki nüfuslar için yapıldı. Sibirya popülasyonları gibi monomorfik popülasyonlarda cinsel süreç, bireysel popülasyonlarda meydana gelse bile, genetik çeşitliliklerini etkileyemez.
Ek olarak, P. infestans, mayozda anöploidiye yol açan sık kromozom yanlış hizalanması ile karakterizedir (Carter ve diğerleri, 1999). Bu tür ihlaller melezlerin doğurganlığını azaltır.
Paraseksüel rekombinasyon, mitotik gen dönüşümü
P. infestans suşlarının farklı büyüme inhibitörlerine dirençli mutasyonlarla birleştirilmesi üzerine yapılan deneylerde, her iki inhibitörlere de dirençli yanlış yerleşimlerin ortaya çıktığı bulunmuştur (Shattock ve Shaw, 1975; Dyakov, Kuzovnikova, 1974; Kulish, Dyakov,
1979). İki büyüme inhibitörüne dirençli suşlar, miselyumun heterokaryotizasyonunun bir sonucu olarak ortaya çıktı ve bu durumda, mononükleer zoosporlar tarafından üreme sırasında yarıldılar (Judelson, Ge Yang, 1998) veya tetraploid (ilk izolatlar diploid olduğundan) çekirdeklere sahip oldukları için monozoospor yavrularda bölünmedi (K , 1979). Heterozigot diploidler haploidizasyon, kromozomun ayrılmaması ve mitotik geçiş nedeniyle çok düşük bir frekansta ayrıldı (Poedinok ve diğerleri, 1982). Bu işlemlerin sıklığı, heterozigot diploidler üzerindeki belirli eylemlerin yardımı ile artırılabilir (örneğin, çimlenen sporların UV ışınlaması).
Çift dirençli bitkisel melezlerin oluşumu sadece in vitro olarak değil, aynı zamanda bir mutant karışımı ile enfekte olmuş patates yumrularında da meydana gelse de (Kulish ve diğerleri, 1978), popülasyonlarda yeni genotiplerin oluşumunda paraseksüel rekombinasyonun rolünü değerlendirmek oldukça zordur. Haploidizasyon, kromozomların ayrılmaması ve özel etkiler olmaksızın mitotik geçişe bağlı segregants oluşum sıklığı ihmal edilebilir (10-3'ten az).
Heterozigot suşların homozigot segreganlarının ortaya çıkışı, suşa bağlı olarak P. sojae'de lokus başına 3 x 10-2 ila 5 x 10-5 sıklığında meydana gelen hem mitotik geçişe hem de mitotik gen dönüşümüne dayanabilir (Chamnanpunt ve ark. , 2001).
Heterokaryonların ve heterozigot diploidlerin ortaya çıkma sıklığının beklenmedik bir şekilde yüksek olduğu (yüzde onlara ulaştığı) ortaya çıkmasına rağmen, bu işlem yalnızca aynı türden elde edilen mutant kültürler eklendiğinde gerçekleşir. Doğadan izole edilmiş farklı suşlar kullanıldığında, bitkisel uyumsuzluğun varlığı nedeniyle heterokaryotizasyon meydana gelmez (veya çok düşük bir sıklıkta gerçekleşir) (Poedinok ve Dyakov, 1981; Anikina ve diğerleri, 1997b; Cherepennikova-Anikina ve diğerleri, 2002). Sonuç olarak, paraseksüel rekombinasyonun rolü, sadece heterozigot çekirdeklerdeki intraklonal rekombinasyona ve bireysel genlerin cinsel bir süreç olmaksızın homozigot bir duruma geçişine indirgenebilir. Bu süreç, resesif veya yarı baskın fungisit direnç mutasyonları olan suşlarda epidemiyolojik öneme sahip olabilir. Paraseksüel süreç nedeniyle homozigot bir duruma geçişi, mutasyon taşıyıcısının direncini artıracaktır (Dolgova, Dyakov, 1986).
Genlerin introgresyonu
Heterotalik türler Phytophthora, hibrit oosporların oluşumu ile melezleşebilir (bkz. Vorob'eva ve Gridnev, 1983; Sansome ve diğerleri, 1991; Veld ve diğerleri, 1998). İki Phytophthora türünün doğal melezi o kadar saldırgandı ki Birleşik Krallık'ta binlerce kızılağacı öldürdü (Brasier ve diğerleri, 1999). P. infestans cinsinin diğer türlerinde (P. erythroseptica, P. nicotianae, P. Cactorum, vb.) Yaygın konak bitkilerde ve toprakta meydana gelebilir, ancak literatürde türler arası melezlerin olasılığı hakkında çok az bilgi vardır. Laboratuar koşulları altında, P. infestans ve P. Mirabilis arasında melezler elde edildi (Goodwin ve Fry, 1994).
Tablo 9. 2'dan 1990'e kadar dünyanın farklı ülkelerinde P. infestans suşlarının A2000 çiftleşme tipine oranı (açık literatür kaynakları ve www.euroblight.net, www.eucablight.org sitelerinin verilerine göre)
ülke | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Beyaz rusya | 33 (12) | 34 (29) | |||||||||
Belçika | 15 (49 *) | 6 (66) | 20 (86) | ||||||||
Ekvador | 0 (13) | 0 (12) | 0 (19) | 0 (21) | 12 (41) | 25 (39) | 15 (75) | 22 (73) | 25 (68) | 0 (35) | |
Estonya | 8 (12) | ||||||||||
İngiltere | 4 (26) | 3 (630) | 9 (336) | ||||||||
Finlandiya | 0 (15) | 19 (117) | 12 (16) | 21 (447) | 6 (509) | 9 (432) | 43 (550) | ||||
Fransa | 0 (35) | 0 (56) | 0 (83) | 0 (67) | 0 (86) | 2 (135) | 7 (156) | 6 (123) | 0 (73) | 0 (285) | 0 (135) |
Macaristan | 72 (32) | ||||||||||
İrlanda | 4 (145) | ||||||||||
Kuzeyinde. İrlanda | 10 (41) | 9 (58) | 1 (106) | 0 (185) | 0 (18) | 0 (56) | 0 (35) | 0 (26) | |||
Hollanda | 7 (41) | 5 (276) | 24 (377) | 44 (353) | 23 (185) | ||||||
Norveç | 25 (446) | 28 (156) | 8 (39) | 18 (257) | 38 (197) | ||||||
Peru | 0 (34, 1984-86) | 0 (287, 1997-98) | 0 (112) | 0 (66) | |||||||
Polonya | 19 (180) | 21 (142) | 33 (256) | 26 (149) | 35 (70) | ||||||
İskoçya | 25 (147) | 11 (163) | 22 (189) | 5 (22) | |||||||
İsveç | 25 (263) | 62 (258) | 49 (163) | ||||||||
Galler | 0 (16) | 7 (97) | 0 (48) | 0 (25) | |||||||
Kore | 36 (42) | 10 (130) | 15 (98) | ||||||||
Çin | 20 (142, 1995-98) | 0 (6) | 0 (8) | 0 (35) | |||||||
Kolombiya | 0 (40, 1994-2000) | ||||||||||
Uruguay | 100 (25, 1998-99) | ||||||||||
Fas | 60 (108, 1997-2000) | 52 (25) | 42 (40) | ||||||||
Сербия | 76 (37) | ||||||||||
Meksika (Toluca) | 28 (292, 1988-89) | 50 (389, 1997-98) |
Tablo 10. 2 ile 2000 arasındaki dönemde dünyanın farklı ülkelerinde P. infestans suşlarının A2011 çiftleşme tipine oranı
ülke | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Avusturya | 65 (83) | ||||||||||
Beyaz rusya | 42 (78) | ||||||||||
Belçika | 20 (102 *) | 4 (32) | 50 (14) | 25 (16) | 62 (13) | 54 (26) | 70 (54) | 30 (23) | 29 (35) | 62 (71) | 45 (49) |
İsviçre | 89 (19) | ||||||||||
Çek Cumhuriyeti | 35 (31) | 54 (64) | 38 (174) | 12 (80) | |||||||
Almanya | 95 (53) | ||||||||||
Danimarka | 48 (52) | ||||||||||
Ekvador | 5 (178) | 6 (108) | 9 (121) | 18 (94) | 2 (44) | 0 (66) | 5 (47) | ||||
Estonya | 54 (25) | 0 (24) | 33 (62) | 45 (140) | 25 (100) | 12 (103) | |||||
İngiltere | 4 (47) | 10 (96) | 31 (55) | 55 (790) | 68 (862) | 70 (552) | 68 (299) | ||||
Finlandiya | 47 (162) | 12 (218) | 42 | ||||||||
Fransa | 0 (186) | 4 (108) | 8 (61) | 22 (103) | 33 (303) | 65 (378) | 74 (331) | 75 (125) | 75 (12) | ||
Macaristan | 48 (27) | 48 (90) | 9 | 7 | |||||||
Kuzeyinde. İrlanda | 0 (38) | 0 (58) | 0 (40) | 0 (24) | 5 (54) | 0 (18) | 27 (578) | 45 (239) | 36 (213) | 82 (60) | 10 (80) |
Hollanda | 66 (24) | 93 (15) | 91 (11) | ||||||||
Norveç | 39 (328) | 3 (115) | 12 (19) | ||||||||
Peru | 0 (36) | ||||||||||
Polonya | 25 (46) | 10 (30) | 85 (20) | 38 (44) | 75 (66) | 55 (56) | 65 (35) | 72 (81) | 85 (21) | ||
İskoçya | 3 (213) | 2 (474) | 24 (135) | 86 (337) | 88 (386) | 74 (172) | |||||
İsveç | 60 (277) | 39 (87) | |||||||||
Slovakya | 0 (36) | 14 (26) | 62 (26) | 0 (26) | |||||||
Galler | 25 (12) | 68 (106) | 80 (88) | 92 (143) | 75 (45) | ||||||
Kore | 46 (26) | ||||||||||
Brezilya | 0 (49) | 0 (30) | |||||||||
Çin | 10 (30) | 0 (6) | 0 (6) | ||||||||
Vietnam | 0 (294, 2003-04) | ||||||||||
Uganda | 0 (8) |
Popülasyonların genotipik bileşiminin dinamikleri
P. infestans popülasyonlarının genotipik bileşimindeki değişiklikler, diğer bölgelerden yeni klonların göçünün, tarımsal uygulamaların (çeşitlerin değiştirilmesi, fungisitlerin uygulanması) ve hava koşullarının etkisi altında meydana gelebilir. Dış etkiler, yaşam döngüsünün farklı aşamalarında farklı klonları etkiler; bu nedenle popülasyonlar, gen sürüklenmesi ve seçiliminin baskın rolündeki bir değişiklik nedeniyle, seçime tabi genlerin frekanslarında yıllık olarak döngüsel değişiklikler yaşar.
Çeşitliliğin etkisi
Dikey direnç (R-genleri) için etkili genlere sahip yeni çeşitler, P. infestans popülasyonlarında tamamlayıcı virülans genlerine sahip klonları seçen güçlü bir seçici faktördür. Patates çeşidinde patojen popülasyonunun büyümesini engelleyen spesifik olmayan direncin yokluğunda, popülasyondaki baskın klonları değiştirme süreci çok hızlı gerçekleşir. Dolayısıyla, R3 direnç genine sahip olan Domodedovsky çeşidinin Moskova bölgesinde yayılmasından sonra, bu çeşit için virülan klonların sıklığı bir yılda 0,2'den 0,82'ye yükselmiştir (Dyakov, Derevjagina, 2000).
Bununla birlikte, popülasyonlarda virülans genlerinin (patotipler) sıklığındaki değişiklik, yalnızca yetiştirilen patates çeşitlerinin etkisi altında gerçekleşmez. Örneğin, 1977'ye kadar Belarus'ta, direnç genleri R1 ve R4'e sahip patates çeşitlerinin yetiştirilmesinin neden olduğu virülans genleri 1 ve 4'e sahip klonlar baskındı (Dorozhkin, Belskaya, 1979). Bununla birlikte, XX yüzyılın 70'lerin sonunda, farklı virülans genleri ve bunların kombinasyonları ile klonlar ortaya çıktı ve tamamlayıcı direnç genleri, patates yetiştiriciliğinde (ekstra virülans genleri) asla kullanılmadı (Ivanyuk ve diğerleri, 2002). Görünüşe göre, bu tür klonların ortaya çıkmasının nedeni, Meksika'dan patates yumruları ile bulaşıcı materyalin Avrupa'ya göçünden kaynaklanıyor. Evde, bu klonlar sadece yetiştirilmiş patateslerde değil, aynı zamanda çeşitli direnç genleri taşıyan yabani türlerde de gelişti; bu nedenle, bu koşullarda hayatta kalmak için genomdaki birçok virülans geninin kombinasyonu gerekliydi.
Spesifik olmayan dirençli çeşitlere gelince, bunlar, patojenin üreme oranını azaltarak, popülasyonlarının evrimini geciktirir; bu, daha önce de belirtildiği gibi, bir sayı işlevi olan. Saldırganlık poligenik olduğundan, "saldırganlık" için daha fazla sayıda gen içeren klonlar, popülasyon boyutu ne kadar erken olursa o kadar çabuk birikir. Bu nedenle, oldukça agresif ırklar, spesifik olmayan dirençli kültür türlerine adaptasyonun bir ürünü değildir, tam tersine, parazit sporlarının biriktiricileri olan oldukça duyarlı çeşitlerin ekimlerinde tespit edilmeleri daha olasıdır.
Bu nedenle, Rusya'da, P. Infestans'ın en agresif popülasyonları, yıllık epifitoz bölgelerinde (Sakhalin, Leningrad ve Bryansk bölgelerinden popülasyonlar) bulundu. Bu popülasyonların saldırganlığının Meksika'dakinden daha yüksek olduğu ortaya çıktı (Filippov ve diğerleri, 2004).
Ayrıca dirençli çeşitlerin yapraklarında duyarlı olanlara göre daha az oospor oluşur (Hanson ve Shattock, 1998), yani çeşidin spesifik olmayan direnci parazitin rekombinasyon yeteneklerini ve alternatif kışlama yöntemlerinin olasılığını da azaltır.
Mantar ilaçlarının etkisi
Mantar öldürücüler sadece fitopatojenik mantarların sayısını azaltmakla kalmaz, örn. popülasyonlarının nicel özelliklerini etkiler, ancak aynı zamanda bireysel genotiplerin frekanslarını da değiştirebilirler, yani. popülasyonların niteliksel kompozisyonunu etkiler. Fungisitlerin etkisi altında değişen popülasyonların en önemli göstergeleri arasında şunlar yer almaktadır: fungisitlere dirençteki değişiklikler, saldırganlık ve virülanstaki değişiklikler ve üreme sistemlerindeki değişiklikler.
Fungisitlerin popülasyonların direnci ve saldırganlığı üzerindeki etkisi
Bu tür bir etkinin derecesi, her şeyden önce, şartlı olarak polisit, oligosit ve monosit olarak bölünebilen kullanılan fungisit tipine göre belirlenir.
İlki, çoğu kontakt fungisiti içerir. Onlara karşı direnç (eğer mümkünse), çok sayıda çok zayıf bir şekilde ifade eden gen tarafından kontrol edilir. Bu özellikler, fungisitlerle tedaviden sonra popülasyonun direncinde gözle görülür değişikliklerin olmadığını belirler (bazı deneylerde dirençte bir miktar artış elde edilmesine rağmen). Temaslı fungisitler ile püskürtüldükten sonra korunan mantar popülasyonu iki grup suştan oluşur:
1) İlaçla muamele edilmeyen bitki alanlarında korunan suşlar. Mantar ilacı ile temas olmadığı için bu suşların saldırganlığı ve direnci değişmez.
2) Temas noktalarında konsantrasyonu öldürücü olandan daha düşük olan fungisit ile temas halindeki suşlar. Yukarıda bahsedildiği gibi, popülasyonun bu kısmının direnci de değişmez, bununla birlikte, mantar hücresinin metabolizması üzerindeki ölümcül olmayan konsantrasyonda bile fungisitin kısmi zarar verici etkisi, genel uygunluk ve parazitik bileşeni, saldırganlık, azalma (Derevyagina ve Dyakov, 1990).
Bu nedenle, nüfusun ölmemiş, fungisit ile temasa maruz kalmış bir kısmının bile saldırganlığı zayıftır ve epifitotik kaynağı olamaz. Bu nedenle, fungisit ile temas halinde olmayan popülasyon oranının sıklığını azaltan dikkatli işlem, koruyucu önlemlerin başarısı için bir koşuldur. Oligosit fungisitlere direnç, birkaç ilave gen tarafından kontrol edilir.
Her genin mutasyonu, dirençte bir miktar artışa neden olur ve genel direnç derecesi, bu tür mutasyonların eklenmesinden kaynaklanır. Bu nedenle, dirençteki artış adım adım gerçekleşir. Dirençte kademeli artışa bir örnek, patatesleri geç yanıklıktan korumak için yaygın olarak kullanılan fungisit dimethomorph'a dirençteki mutasyonlardır. Dimethomorph direnci poligenik ve katkı maddesidir. Tek adımlı mutasyon, direnci biraz artırır.
Sonraki her mutasyon, hedef boyutunu ve dolayısıyla müteakip mutasyonların sıklığını azaltır (Bagirova ve diğerleri, 2001). Bir oligosit fungisit ile tekrarlanan tedavilerden sonra popülasyonun ortalama direncindeki artış aşamalı ve kademeli olarak gerçekleşir. Bu sürecin oranı en az üç faktör tarafından belirlenir: direnç genlerinin mutasyon sıklığı, direnç katsayısı (dirençli bir suşun öldürücü dozunun duyarlı olana oranı) ve direnç genlerindeki mutasyonların uygunluk üzerindeki etkisi.
Sonraki her mutasyonun ortaya çıkma sıklığı bir öncekinden daha düşüktür; bu nedenle, işlemin bir sönümleme karakteri vardır (Bagirova ve diğerleri, 2001). Bununla birlikte, popülasyonda rekombinasyon süreçleri (cinsel veya paraseksüel) meydana gelirse, ebeveynlerin farklı mutasyonlarını bir hibrit suşta birleştirmek ve süreci hızlandırmak mümkündür. Bu nedenle, panmiks popülasyonları agamik olanlardan daha hızlı direnç kazanır ve ikincisinde, bitkisel uyumsuzluk engellerine sahip olmayan popülasyonlar, bu tür engellerle bölünen popülasyonlardan daha hızlıdır. Bu bağlamda, çiftleşme türlerinde farklılık gösteren popülasyonlarda suşların varlığı, oligosit fungisitlere karşı direnç kazanma sürecini hızlandırır.
İkinci ve üçüncü faktörler, popülasyonlarda dimtomorf dirençli suşların hızlı birikimine katkıda bulunmaz. Sonraki her mutasyon, önemsiz olan direnci yaklaşık olarak ikiye katlar ve aynı zamanda hem yapay bir ortamda büyüme oranını hem de saldırganlığı azaltır (Bagirova ve ark., 2001; Stem, Kirk, 2004). Belki de bu nedenle, dimethomorph ile işlenmiş patates ekimlerinden toplananlar da dahil olmak üzere, doğal P. infestans türleri arasında neredeyse hiç dirençli tür yoktur.
Bir oligosit fungisit ile tedavi edilen bir popülasyon ayrıca iki grup suştan oluşacaktır: fungisit ile temas halinde olmayan ve bu nedenle başlangıç özelliklerini değiştirmemiş olanlar (bu grup arasında dirençli suşlar bulunursa, hassas suşların daha yüksek saldırganlığı ve rekabet gücü nedeniyle birikmeyecekler), ve ölümcül olmayan fungisit konsantrasyonları ile temas halinde olan suşlar. İkincisi, dirençli türlerin birikiminin mümkün olduğu, çünkü burada hassas olanlara göre avantajları var.
Bu nedenle, oligosit fungisitler kullanıldığında, ilacın yüksek konsantrasyonu kadar önemli olan kapsamlı bir tedavi değildir, ölümcül dozdan birkaç kat daha yüksektir, çünkü aşamalı mutajenez ile mutasyona uğramış suşların başlangıç direnci düşüktür.
Son olarak, monosit fungisitlere dirençteki mutasyonlar oldukça ifade edicidir, yani bir mutasyon, tamamen hassasiyet kaybına kadar yüksek bir direnç seviyesi bildirebilir. Bu nedenle, nüfus direncindeki artış çok hızlı gerçekleşir.
Bu tür fungisitlerin bir örneği, en yaygın fungisit olan metalaxyl dahil olmak üzere fenilamidlerdir. Buna karşı direnç mutasyonları yüksek bir frekansta meydana gelir ve mutantlarda direnç derecesi çok yüksektir - hassas suşu bin veya daha fazla faktörle aşar (Derevyagina ve diğerleri, 1993). Dirençli mutantların büyüme hızı ve saldırganlığı, sistemik bir fungisitten duyarlı suşların ölümünün arka planına karşı azalmasına rağmen, dirençli popülasyonun sayısı hızla artmakta ve buna paralel olarak saldırganlığı artmaktadır. Bu nedenle, birkaç yıl mantar ilacı kullandıktan sonra, dirençli türlerin saldırganlığı yalnızca hassas olanların saldırganlığına eşit olmakla kalmaz, aynı zamanda onu aşabilir (Derevyagina, Dyakov, 1992).
Cinsel rekombinasyon üzerindeki etki
P. infestans popülasyonlarında A2 çiftleşme tipinin sık görülmesi, metalaksilin geç yanıklığa karşı yoğun kullanımı ile aynı zamana denk geldiğinden, metalaksilin çiftleşme tipi dönüşümünü indüklediği varsayılmıştır. P. parasitica'da, Chloroneb ve metalaxyl'in etkisi altında böyle bir dönüşüm deneysel olarak kanıtlanmıştır (Ko, 1994). Düşük metalaksil konsantrasyonuna sahip bir ortamdaki tek bir geçiş, çiftleşme tipi A1 ile metalakile duyarlı bir P. infestans suşundan homotallik izolatların ortaya çıkmasına neden olmuştur (Savenkova ve Cherepnikova-Anikina, 2002). Daha yüksek bir metalaksil konsantrasyonuna sahip ortam üzerinde sonraki geçişler sırasında, A2 eşleştirme tipinde tek bir izolat tespit edilmemiştir, ancak çoğu izolat, oosporlar yerine A2 izolatları ile çaprazlandığında çirkin miselyum birikimleri oluşturmuştur ve steril olmuştur. Yüksek metalaksil konsantrasyonuna sahip ortam üzerinde A2 çiftleşme tipine sahip dirençli bir suşun geçişleri, eşleşme tipi değişikliğinin üç şeklini saptamamıza izin verdi: 1) A1 ve A2 izolatları ile çaprazlandığında tam sterilite; 2) homotallism (monokültürde oosporların oluşumu); 3) A2 çiftleşme tipinin A1'e dönüştürülmesi. Bu nedenle metalaksil, P. infestans popülasyonlarında çiftleşme türlerinde değişikliklere ve dolayısıyla bunlarda cinsel rekombinasyona neden olabilir.
Vejetatif rekombinasyon üzerindeki etkisi
Antibiyotik direnci için bazı genler, hifal heterokaryotizasyon ve nükleer diploidizasyon sıklığını artırdı (Poedinok ve Dyakov, 1981). Daha önce belirtildiği gibi, farklı P. infestans suşlarının füzyonu sırasında hiflerin heterokaryotizasyonu, bu mantardaki vejetatif uyumsuzluk fenomeni nedeniyle çok nadiren meydana gelir. Bununla birlikte, bazı antibiyotiklere dirençli genlerin, bitkisel uyumsuzluğun üstesinden gelmede ifade edilen yan etkileri olabilir. Bu özelliğe 1S-1 mutant streptomisin direnç geni sahipti. Fitoftoranın tarla popülasyonlarında bu tür mutantların varlığı, suşlar arasındaki gen akışını artırabilir ve tüm popülasyonun yeni çeşitlere veya fungisitlere adaptasyonunu hızlandırabilir.
Bazı fungisitler ve antibiyotikler, mitotik rekombinasyon sıklığını etkileyebilir ve bu da popülasyonlardaki genotip frekanslarını değiştirebilir. Yaygın olarak kullanılan fungisit benomil, hücre iskeletinin mikrotübüllerinin oluşturulduğu bir protein olan beta-tubuline bağlanır ve böylelikle mitoz anafazında kromozom ayrılma işlemlerini bozarak mitotik rekombinasyon sıklığını artırır (Hastie, 1970).
Karaağaçlarda Hollanda hastalığını tedavi etmek için kullanılan fungisit para-florofenilalanin aynı özelliğe sahiptir. Para-florofenilalanin, heterozigot diploidler P. infestans'ta rekombinasyon sıklığını arttırdı (Poedinok ve diğerleri, 1982).
P. infestans'ın yaşam döngüsünde popülasyonların genotipik bileşimindeki döngüsel değişiklikler
Ilıman bölgede P. infestans'ın klasik gelişim döngüsü 4 aşamadan oluşur.
1) Kısa nesillerle nüfusun üstel büyüme aşaması (polisiklik aşama). Bu aşama genellikle Temmuz ayında başlar ve 1,5-2 ay sürer.
2) Etkilenmemiş doku oranında keskin bir düşüş veya olumsuz hava koşullarının başlaması nedeniyle nüfusun büyümesini durdurma aşaması. Hasat öncesi erken yaprak sökümü yapan çiftliklerde bu aşama, yıllık döngünün dışına çıkar.
3) Yumru köklerin kazara enfeksiyonu nedeniyle popülasyon büyüklüğünde önemli bir azalma, bunlarda enfeksiyonun yavaş gelişmesi, yumru köklerin yeniden enfeksiyonunun olmaması, normal depolama koşullarında etkilenen yumruların çürümesi ve itlafı ile birlikte kışlama aşaması.
4) Toprakta ve fidelerde (monosiklik faz), üretim süresinin bir ay veya daha fazla süreye ulaşabildiği (Mayıs sonu - Temmuz başı) yavaş gelişme aşaması. Genellikle bu zamanda, hastalıklı yaprakların özel gözlemlerle bile tespit edilmesi zordur.
Üstel nüfus artışı aşaması (polisiklik aşama)
Çok sayıda gözlem (Pshedetskaya, Kozubova, 1969; Borisenok, 1969; Osh, 1969; Dyakov, Suprun, 1984; Rybakova, Dyakov, 1990), epifitotinin başlangıcında, düşük virülan ve hafif agresif klonların baskın olduğunu ve daha sonra daha öldürücü ve saldırgan olanların yerini aldığını göstermiştir. popülasyonun saldırganlığının büyüme oranı ne kadar yüksekse, konakçı bitkinin çeşidi o kadar az dirençlidir.
Popülasyon büyüdükçe, hem ticari çeşitlere (R1-R4) katılan seçici olarak önemli genlerin hem de seçici olarak nötr (R5-R11) konsantrasyonu artar. Dolayısıyla, 1993'te Moskova yakınlarındaki popülasyonlarda, Temmuz sonundan Ağustos ortasına kadar ortalama virülans 8,2'den 9,4'e yükseldi ve en büyük artış seçici olarak nötr virülans geni R5'te (virülan klonların% 31'den 86'sına) gözlendi (Smirnov, 1996 ).
Bir popülasyonun büyüme hızındaki bir düşüşe, popülasyonun parazitik aktivitesindeki bir azalma eşlik eder. Bu nedenle, depresif yıllarda, hem toplam ırk sayısı hem de yüksek derecede öldürücü ırkların oranı epifitotik olanlardan daha düşüktür (Borisenok, 1969). Epifitotik hava koşullarının yüksekliğinde, geç küflenme için elverişsiz hale gelirse ve patates istilası azalırsa, yüksek derecede öldürücü ve agresif klonların konsantrasyonu da azalır (Rybakova ve diğerleri, 1987).
Popülasyonun virülansını ve saldırganlığını etkileyen genlerin sıklığındaki artış, karışık popülasyondaki daha virülan ve agresif klonların seçilmesinden kaynaklanıyor olabilir. Seçimi göstermek için, maya (Adams ve diğerleri, 1985) ve Fusarium graminearum'un (Wiebe ve diğerleri, 1995) kemostat popülasyonlarında başarıyla kullanılan nötr mutasyonların analizi için bir yöntem geliştirildi.
P. infestans'ın tarla popülasyonunda blasticidin S'ye dirençli mutantların sıklığı, popülasyonun saldırganlığındaki artışa paralel olarak azalmıştır, bu da popülasyonun büyümesi sırasında dominant klonlarda bir değişikliği işaret etmektedir (Rybakova ve diğerleri, 1987).
Yumrularda kışlama aşaması
Patates yumrularında kışlama sırasında P. infestans suşlarının virülans ve saldırganlığı azalır ve virülanstaki azalma saldırganlıktan daha yavaş gerçekleşir (Rybakova ve Dyakov, 1990). Görünüşe göre, popülasyonun hızlı büyümesine (r-seleksiyon) elverişli koşullar altında, "ekstra" virülans genleri ve yüksek saldırganlık yararlıdır, bu nedenle epifitotiklerin gelişimine en öldürücü ve agresif klonların seçimi eşlik eder. Çevrenin doygunluk koşullarında, üreme hızı değil, olumsuz koşullarda varlığın kalıcılığı (K-seçimi) önemli bir rol oynadığında, virülans ve saldırganlığın "ekstra" genleri uygunluğu azaltır ve bu genlere sahip klonlar ilk ölenlerdir, böylece ortalama saldırganlık ve nüfusun ölümcüllüğü düşüyor.
Toprakta bitki örtüsü aşaması
Bu aşama, yaşam döngüsündeki en gizemlidir (Andrivon, 1995). Patates fidelerinin ortaya çıkmasından, hastalığın ilk lekelerinin ortaya çıkmasına kadar - patojene uzun bir süre (bazen bir aydan fazla) ne olduğu hakkında bilgi eksikliği nedeniyle - tamamen spekülatif olarak varsayılmaktadır. Gözlemler ve deneyler temelinde, mantarın bu yaşam dönemindeki davranışı yeniden yapılandırıldı (Hirst ve Stedman, 1960; Boguslavskaya, Filippov, 1976).
Mantar sporülasyonu, topraktaki enfekte yumrularda oluşabilir. Ortaya çıkan sporlar, toprakta uzun süre bitki örtüsü olabilen hiphalar ile filizlenir. Birincil (yumru köklerde oluşur) ve ikincil (topraktaki miselyumda) sporlar kılcal akıntılarla toprak yüzeyine yükselir, ancak patatesleri ancak alt yaprakları inip toprak yüzeyiyle temas ettikten sonra enfekte etme yeteneği kazanır. Bu tür yapraklar (yani, hastalığın ilk lekeleri üzerlerinde bulunur) hemen oluşmaz, ancak patates üstlerinin uzun süre büyümesi ve gelişmesinden sonra oluşur.
Dolayısıyla, saprotrofik bitki örtüsü fazı, P. infestans'ın yaşam döngüsünde de mevcut olabilir. Yaşam döngüsünün parazitik aşamasında saldırganlık uygunluğun en önemli bileşeni ise, o zaman saprotrofik aşamada seçim, bazı fitopatojenik mantarlar için deneysel olarak gösterildiği gibi parazitik özellikleri azaltmayı amaçlamaktadır (bkz.Carson, 1993). Bu nedenle, döngünün bu aşamasında agresif özellikler en yoğun şekilde kaybedilmelidir. Ancak şu ana kadar yukarıdaki varsayımları doğrulamak için hiçbir doğrudan deney yapılmadı.
Mevsimsel değişiklikler sadece P. infestans'ın patojenik özelliklerini değil, aynı zamanda polisiklik fazda (epifitoz sırasında) büyüyen ve kışın depolamada azalan fungisitlere karşı direnci de etkiler (Derevyagina ve diğerleri, 1991; Kadish ve Cohen, 1992). Etkilenen yumru köklerin ekilmesi ile tarlada hastalığın ilk noktalarının görülmesi arasındaki dönemde metalaksil direncinde özellikle yoğun bir düşüş gözlendi.
Tür içi uzmanlaşma ve gelişimi
P. infestans, ticari açıdan önemli iki ürün olan patates ve domateste salgınlara neden oluyor. Mantarın yeni alanlara girmesinden kısa süre sonra patateslerdeki epifitotiler başladı. Domatesin yenilgisi, patateslerde enfeksiyonun ortaya çıkmasından kısa bir süre sonra da kaydedildi, ancak domates üzerindeki epifitiler sadece yüz yıl sonra - XNUMX. yüzyılın ortalarında kaydedildi. İşte Hallegli ve Niederhauser'in ABD'deki domateslerin yenilmesi hakkında yazdıkları
(1962): “100'teki şiddetli epifitiden sonra yaklaşık 1845 yıl boyunca, dirençli domates çeşitleri elde etmek için çok az girişimde bulunuldu veya neredeyse hiç girişim yapılmadı. Geç yanıklık ilk olarak 1848 gibi erken bir tarihte domateslerde kaydedilmiş olmasına rağmen, 1946'da güçlü bir hastalık salgınına kadar bu bitkideki yetiştiricilerin ciddi ilgisinin konusu haline gelmedi. Rusya topraklarında, 60. yüzyılda geç domates yanıklığı tescil edildi. Uzun süre araştırmacılar bu hastalığa ciddi ekonomik zarar vermediği için dikkat etmediler. Ama 70'larda ve 1979'lerde. XX yüzyıl domatesin üzerinde son dönem yanıklığının epifitisi Sovyetler Birliği'nde, özellikle Aşağı Volga bölgesinde, Ukrayna'da, Kuzey Kafkasya'da, Moldova'da da görülmektedir ... ”(Balashova, XNUMX).
O zamandan beri, yanıklıktan sonra domates küfü yıllık hale geldi, endüstriyel ve evde yetiştiriciliğin tamamına yayıldı ve bu mahsulde muazzam ekonomik hasara neden oldu. Ne oldu? Parazitin patatesler üzerindeki ilk görünümü ve bu mahsulün epifitotik lezyonu neden neredeyse aynı anda meydana geldi ve epifitotiğin domates üzerinde ortaya çıkması neden bir yüzyıl sürdü? Bu farklılıklar, bir Güney Amerika enfeksiyon kaynağından ziyade bir Meksikalıyı destekliyor. Phytophthora infestans türü, Solanum cinsinin Meksikalı yumru taşıyan türlerinin bir paraziti olarak oluşmuşsa, o zaman Meksika türleriyle aynı cinsin aynı bölümüne ait yetiştirilmiş patateslerin neden bu kadar güçlü bir şekilde etkilendiği anlaşılabilir, ancak özel ve spesifik olmayan direnç mekanizmaları geliştirmeyen parazit ile birlikte evrimin yokluğundan dolayı.
Domates, cinsin farklı bir bölümüne aittir, değişiminin türü yumrulu türlerden önemli farklılıklar gösterir, bu nedenle domates, P. infestans'ın gıda uzmanlığının dışında olmamasına rağmen, yenilgisinin yoğunluğu ciddi ekonomik kayıplar için yetersizdi.
Bir domateste epifitlerin ortaya çıkması, parazitteki ciddi genetik değişikliklerden kaynaklanmaktadır, bu da parazitlik sırasında zindeliğini (patojenliğini) arttırmaktadır. Domatesi parazitlemek için özelleşmiş yeni formun, patateste yaygın T1 yarışına dirençli, kiraz domates çeşitlerini (Red Cherry, Ottawa) etkileyen, M. Gallegly tarafından tanımlanan T0 ırkı olduğuna inanıyoruz (Gallegly, 1952). Görünüşe göre, T0 yarışını T1 yarışına çeviren ve domatesin yenilgisine yüksek oranda adapte edilmiş klonların ortaya çıkmasına neden olan bir mutasyon (veya bir dizi mutasyon). Sıklıkla olduğu gibi, bir konakçı için patojenitede bir artışa diğerine düşüş eşlik etti, yani başlangıçta, henüz tam olmayan bir tür içi uzmanlaşma ortaya çıktı - patateslere (ırk T0) ve domatese (ırk T1).
Bu varsayımın kanıtı nedir?
- Patates ve domateslerde görülür. Domates yapraklarında T1 ırkı hakim olurken, patates yapraklarında nadirdir. S.F.Bagirova ve T.A.'ya göre 1991-1992'de Moskova bölgesinde Oreshonkova (yayınlanmamış), patates ekimlerinde T1 yarışının oluşumu% 0 ve domates ekimlerinde -% 100; 1993-1995'te - sırasıyla% 33 ve% 90; 2001 -% 0 ve% 67. İsrail'de de benzer veriler elde edildi (Cohen, 2002). Patates yumrularının T1 ırkının izolatları ile enfeksiyonu ve T0 ve T1 izolatlarının bir karışımı ile yapılan deneyler, T1 ırkının izolatlarının yumrularda zayıf bir şekilde korunduğunu ve T0 ırkının izolatları ile değiştirildiğini göstermiştir (Dyakov ve diğerleri, 1975; Rybakova, 1988).
2) Domates ekimlerindeki T1 ırkının dinamikleri. Domates yapraklarının birincil enfeksiyonu, yapraklar üzerinde oluşan ilk lekelerde enfeksiyon analizinde baskın olan T0 ırkının izolatları tarafından gerçekleştirilir. Bu, parazit göçünün genel olarak kabul edilen şemasını doğrular: Patatesten ana enfeksiyon kütlesi T0 ırkından oluşur, ancak patateste bir kez domates üzerinde korunan az sayıda T1 klonu T0 ırkının yerini alır ve epifitotik dönemin sonuna doğru birikir. Ayrıca T1 ırkında, patates yumruları ve yaprakları kadar güçlü olmayan, ancak sabit bir alternatif domates yaprağı enfeksiyonu kaynağı olması da mümkündür. Bu nedenle, bu kaynak domatese bulaşan popülasyonun genetik yapısı üzerinde zayıf bir etkiye sahiptir, ancak daha sonra T1 ırkının birikimini belirler (Rybakova, 1988; Dyakov ve diğerleri, 1994).
3) Patates ve domatese karşı saldırganlık. Domates ve patates yapraklarının T0 ve T1 ırklarının izolatları ile yapay enfeksiyonu, ilkinin patatesler için domatesten daha agresif olduğunu ve ikincisinin de patatese göre domates için daha agresif olduğunu gösterdi. Bu farklılıklar, bir serada yaprak geçişleri sırasında (D'yakov ve diğerleri, 1975) ve tarla arazilerinde (Leberton ve diğerleri, 1999) "kendi" olmayan ırkın izolatlarının karışık bir popülasyondan yer değiştirmelerinde ortaya çıkar; Minimum bulaşıcı yük, gecikme süresi, bulaşıcı lekelerin boyutu ve spor üretimindeki farklılıklar (Rybakova, 1988; Dyakov ve diğerleri, 1994; Legard ve diğerleri, 1995; Forbes ve diğerleri, 1997; Oyarzun ve diğerleri, 1998; Leberton ve ark., 1999; Vega-Sanchez vd., 2000; Knapova, Gisi, 2002; Sussuna vd., 2004).
T1 ırkının izolatlarının direnç genlerinden yoksun domates çeşitlerine karşı saldırganlığı o kadar yüksektir ki bu izolatlar, enfekte olmuş dokuyu nekrotize etmeden besleyici bir ortamda olduğu gibi yapraklarda spor yapar (Dyakov ve diğerleri, 1975; Vega-Sanchez ve diğerleri, 2000).
4) Patates ve domateslerde virülans. T1 ırkı, Ph1 direnç genine sahip kiraz domates çeşitlerini etkilerken, T0 ırkı bu çeşitleri, yani. daha dar bir virülansa sahiptir. Farklılaştırıcılarla ilgili olarak
Patateslerin R genleri ters orantılıdır, yani. domates yapraklarından izole edilen suşlar, "patates" suşlarından daha az virulenttir (Tablo 11).
5) Nötr belirteçler. Patates ve domates üzerinde parazit yapan P. infestans popülasyonlarındaki nötr belirteçlerin analizi de çok yönlü intrpesifik seçime tanıklık ediyor. Brezilya P. infestans popülasyonlarında, domates yaprağı izolatları US-1 klonal hattına, patates yapraklarından olanlar ise BR-1 hattına aitti (Suassuna ve diğerleri, 2004). Florida'da (ABD), 1994'ten beri, US-90 klonu patatesler üzerinde baskın olmaya başladı (% 8'dan fazla bir oluşumla) ve domates üzerinde US-11 ve US-17'yi klonladı ve ikincisinin izolatları, patatese göre domates için daha agresiftir (Weingartner , Tombolato, 2004). Patates ve domates izolatlarındaki genotip frekanslarında (DNA parmak izleri) önemli farklılıklar, Amerika Birleşik Devletleri'nde 1200'dan 1989'e kadar toplanan 1995 P. infestans suşu için oluşturulmuştur (Deahl ve diğerleri, 1995).
AFLP yönteminin kullanılması, 74-1996'de patates ve domates yapraklarından toplanan 1997 suşun ayrılmasını mümkün kılmıştır. Fransa ve İsviçre'de 7 grup halinde. Patates ve domates suşları açıkça birbirinden ayrılmadı, ancak "patates" suşları genetik olarak "domates" türlerinden daha çeşitliydi. Birincisi yedi kümenin hepsinde bulundu ve ikincisi yalnızca dört kümede bulundu, bu da ikincisinin daha özel bir genomunu gösterir (Knapova ve Gisi, 2002).
6) İzolasyon mekanizmaları. İki konakçı bitki türü üzerindeki parazit popülasyonları uzmanlaşmayı "kendi" konakçılarına doğru daraltmaya doğru gelişirse, o zaman interopülasyon genetik değişimlerini engelleyen çeşitli pre- ve postmeiyotik mekanizmalar ortaya çıkar (Dyakov ve Lekomtseva, 1984).
Ebeveyn türlerinin kaynağının hibridizasyon verimliliği üzerindeki etkisini araştıran çeşitli çalışmalar vardır. Ekvador'da Solanum cinsinin farklı türlerinden izole edilen suşlar çaprazlanırken (Oliva ve diğerleri, 2002), yabani Solanaceae'den (klonal hat EC-2) çiftleşme tipi A2'ye sahip suşların, domates suşları (EC hattı) ile en kötü çaprazlama olduğu bulundu. -3) ve en etkili şekilde patates suşu (EC-1) ile geçti.
Tüm melezlerin patojenik olmadığı bulundu. Yazarlar, melezlerde düşük hibridizasyon yüzdesinin ve patojenitenin azalmasının, popülasyonların üreme izolasyonunun postmeiyotik mekanizmalarından kaynaklandığına inanmaktadır.
Bagirova ve diğerlerinin (1998) deneylerinde, T0 ve T1 ırklarının özellikleri ile çok sayıda patates ve domates suşu çaprazlanmıştır. En yüksek verimli olanlar, domatesten izole edilen T1xT1 türlerinin melezleriydi (mikroskop görüş alanında 36 oospor, oospor çimlenmesinin% 44'ü), en az etkili olanlar farklı konakçılardan izole edilen T0xT1 ırklarının melezleriydi (düşük sayıda gelişen ve çimlenmiş oosporlar, yüksek oranda abortif ve az gelişmiş oosporlar) ... Patateslerden izole edilen T0 ırkının izolatları arasındaki melezlemelerin etkinliği orta düzeydeydi. T0 ırkının suşlarının ana gövdesi patatesleri etkilediğinden, güvenilir bir kışlama kaynağına sahiptir - patates yumruları, bu nedenle oosporların patatesten popülasyonlar için bulaşıcı birimleri kışlama olarak önemi düşüktür. Uyarlanmış "domates formu" oosporlar (aşağıya bakınız) şeklinde domates üzerinde kışlama yapabilir ve bu nedenle cinsel sürecin daha yüksek bir üretkenliğini korur. Yüksek doğurganlığı nedeniyle T1, domateste birincil enfeksiyon için bağımsız bir potansiyel kazanır. Knapova vd. (Knapova vd., 2002) tarafından elde edilen sonuçlar da aynı şekilde yorumlanabilir. Domates suşları ile patateslerden izole edilen suşların çaprazları en yüksek oospor sayısını verdi - mm kare başına 13,8. orta (5-19 yayılma ile) ve oosporların orta çimlenme yüzdesi (6,3-0 yayılma ile 24). Domatesten izole edilen suşların çaprazlanması, en yüksek çimlenme yüzdesi (7,6) ile en düşük oospor yüzdesini (4-12 yayılma ile 10,8) verdi. Patatesten izole edilen suşlar arasındaki melezlemeler, orta düzeyde oosporlar (yüksek dağılımlı 8,6 - 0-30) ve oosporların en düşük çimlenme yüzdesini (2,7) verdi. Bu nedenle, patates suşları, domatesten elde edilen suşlara göre daha az verimlidir, ancak iç popülasyon çaprazları, popülasyon içi olanlardan daha kötü sonuçlar vermedi. Bagirova ve ark. Tarafından yukarıdaki verilerle farklılıklar olması mümkündür. Rus araştırmacıların yirminci yüzyılın 90'lı yılların başlarında izole edilen suşlarla ve 90'ların sonlarında izole edilen suşlarla İsviçreli araştırmacılarla çalıştıkları gerçeğiyle açıklanmaktadır.
Düşük doğurganlığın temeli, suşların heteroploidi olabilir. Oospor nesli ile cinsel süreç ve birincil enfeksiyonun düzenli olduğu Meksika popülasyonlarında, incelenen P. Infestans suşlarının çoğu diploid ise, o zaman Eski Dünya intrapopülasyon polimorfizmi ülkelerinde ploidi (di-, tri- ve tetraploid suşlarının yanı sıra heteroploid çekirdekli heterokaryotik suşlar) gözlemlenir. ve farklı çiftleşme türlerine sahip suşlar, yani karşılıklı olarak üretken, nükleer ploidide farklılık gösterir (Therrien ve diğerleri, 1989, 1990; Whittaker ve diğerleri, 1992; Ritch, Daggett, 1995). Antheridia ve oogonia'daki çekirdek çeşitliliği, düşük doğurganlığın nedeni olabilir.
Anastomozlar sırasında hifler arasındaki nükleer değiş tokuşlara gelince, bu, aseksüel popülasyonları genetik olarak izole edilmiş birçok klona bölen vejetatif uyumsuzluk tarafından engellenir (Poedinok ve Dyakov, 1987; Gorbunova ve diğerleri, 1989; Anikina ve diğerleri, 1997b).
7) Popülasyonların yakınsaması. Yukarıdaki veriler, "patates" ve "domates" P. infestans türleri arasında melezleşmenin mümkün olduğunu göstermektedir. Azaltılmış saldırganlıkla da olsa farklı konakçıların karşılıklı yeniden enfeksiyonu da mümkündür.
1993 yılında komşu patates ve domates tarlalarından izolatlarda popülasyon belirteçleri üzerinde yapılan bir çalışma, domates yapraklarından izole edilen izolatların yaklaşık dörtte birinin komşu bir patates tarlasından aktarıldığını göstermiştir (Dolgova ve diğerleri, 1997). Teorik olarak, popülasyonların iki konakçı üzerindeki ıraksamasının artacağı ve özellikle oosporlar bitki döküntülerinde kalabildiğinden özel intraspesifik formların (örn. Patates ve f.sp. domates) ortaya çıkmasına yol açacağı varsayılabilir (Drenth ve diğerleri, 1995 ; Bagirova, Dyakov, 1998) ve domates tohumları (Rubin ve diğerleri, 2001). Sonuç olarak, domatesler şu anda patates yumrularından bağımsız bir yay yenilenme kaynağına sahiptir.
Ancak her şey farklı oldu. Oosporlarla kışlamak, parazitin yaşam döngüsündeki en dar aşamadan kaçınmasına izin verdi - topraktaki bitki örtüsünün monosiklik aşaması, bu sırada parazitik özelliklerin azaldığı, yazın polisiklik aşamada kademeli olarak restore edildi.
Tablo 11. P. infestans suşlarında patates farklılaştırıcı çeşitlerine karşı virülans genlerinin frekansları
ülke | Yıl | Türlerdeki ortalama virülans genlerinin sayısı | yazar | |
patateslerden | domatesden | |||
Fransa | 1995 | 4.4 | 3.3 | Leberton ve diğerleri, 1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | Leberton, Andrivon, 1998 | |
Fransa, İsviçre | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | Knapova, Gisi, 2002 |
Birleşik Devletler | 1989-94 | 5 | 4.8 | Goodwin ve diğerleri, 1995 |
ABD, Zap. Washington | 1996 | 4.6 | 5 | Dorrance ve arkadaşları, 1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
Ekvador | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun ve diğerleri, 1998 |
İsrail | 1998 | 7 | 4.8 | Cohen, 2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
Rusya, Mosk. bölge | 1993 | 8.9 | 6.7 | Smirnov, 1996 |
Rusya, farklı bölgeler | 1995 | 9.4 | 8 | Kozlovskaya ve diğerleri. |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
Oosporları filizleyen birincil zoosporangia ve zoosporlar, özellikle zıt tip çiftleşme ile bir suşun feromonlarının etkisi altında oosporlar partenogenetik olarak oluşmuşsa, yüksek derecede parazitik aktiviteye sahiptir. Bu nedenle, oosporlarla enfekte tohumlardan yetiştirilen domates fideleri üzerindeki bulaşıcı materyal, hem domates hem de patates için oldukça patojeniktir.
Bu değişiklikler, epidemiyolojik bir bakış açısından aşağıdaki önemli değişikliklerle ifade edilen, başka bir nüfus yeniden yapılanmasına yol açtı:
- Enfekte domates fideleri, patateslerin birincil enfeksiyonunun önemli bir kaynağı haline gelmiştir (Filippov, Ivanyuk, kişisel mesajlar).
- Patateslerdeki epifitiler, Haziran ayının başlarında, normalden yaklaşık bir ay önce görülmeye başlandı.
- Patates ekimlerinde, daha önce orada önemsiz bir miktarda bulunan T1 ırkının yüzdesi artmıştır (Ulanova ve diğerleri, 2003).
- Domates yapraklarından izole edilen suşlar, virülans genlerinin patates farklılaştırıcıları üzerindeki virülans açısından patates suşlarından farklı olmayı bıraktı ve saldırganlık açısından "patates" suşlarını sadece domateste değil, aynı zamanda patateste de aşmaya başladı (Lavrova ve diğerleri, 2003; Ulanova ve diğerleri. , 2003).
Böylece, ıraksama yerine, popülasyonların birleşmesi, iki konakçı bitki üzerinde her iki türe karşı yüksek virülans ve saldırganlığa sahip tek bir popülasyonun ortaya çıkması söz konusuydu.
Sonuç
Bu nedenle, P. infestans üzerinde 150 yıldan fazla süren yoğun araştırmaya rağmen, ekili solanöz bitkilerin en önemli hastalıklarının bu etken maddesinin popülasyon biyolojisi de dahil olmak üzere biyolojide, pek çok şey bilinmemektedir. Yaşam döngüsünün bireysel aşamalarının geçişinin popülasyonların yapısını nasıl etkilediği, saldırganlık ve virülansın kanalize değişkenliğinin genetik mekanizmaları nelerdir, doğal popülasyonlarda üreme ve klonal üreme sistemlerinin oranı nedir, vejetatif uyumsuzluğun nasıl kalıtsal olduğu, patates ve domateslerin bu mahsullerin birincil enfeksiyonundaki rolü nedir ve parazitin popülasyon yapısı üzerindeki etkileri nedir? Şimdiye kadar, parazitin saldırganlığını değiştirmeye yönelik genetik mekanizmalar veya spesifik olmayan patates direncinin aşınması gibi önemli pratik sorunlar çözülmedi. Patates geç yanıklığı üzerine araştırmanın derinleşmesi ve genişlemesi ile parazit, araştırmacılar için yeni zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Bununla birlikte, deneysel yeteneklerin iyileştirilmesi, genler ve proteinlerle manipülasyona yönelik yeni metodolojik yaklaşımların ortaya çıkması, sorulan soruların başarılı bir şekilde çözülmesini ummamızı sağlar.
Makale "Patates Koruma" dergisinde yayınlandı (No. 3, 2017)