Synchytrium endobioticum, die aartappel-vratsiekte patogeen

Abstract

Aartappelvratsiekte word beskou as een van die belangrikste kwarantynplae vir gekweekte aartappels en word veroorsaak deur die verpligte biotrofiese chytrid-swam Synchytrium endobioticum. Hierdie oorsig integreer waarnemings van vroeë aartappelvratnavorsing en onlangse molekulêre, genetiese en genomiese studies van die patogeen en sy gasheeraartappel. Taksonomie, epidemiologie, patologie en vorming van nuwe patotipes word bespreek, en 'n model vir molekulêre S. endobioticum–aartappelinteraksie word voorgestel.

Taksonomie

Tans geklassifiseer as koninkryk: Fungi, filum: Chytridiomycota, klas: Chytridiomycetes, orde: Chytridiales, familie: Synchytriaceae, genus: Sinchitrium, spesie: Synchytrium endobioticum, is daar sterk molekulêre ondersteuning vir Synchytriaceae om oorgedra te word na die orde Synchytriales.

Gashere en siekte simptome

Solanum tuberosum is die hoofgasheer vir S. endobioticum maar ander solanaceous spesies is as alternatiewe gashere aangemeld. Dit is nie bekend of hierdie alternatiewe gashere 'n rol speel in die oorlewing van die patogeen in (grense van) besmette landerye nie. Siektesimptome op aartappelknolle word gekenmerk deur die vratagtige blomkoolagtige misvormings wat die gevolg is van selvergroting en selvermeerdering wat deur die patogeen. Meristematiese weefsel op knolle, stolons, oë, spruite en bloeiwyses kan besmet word terwyl die aartappelwortelstelsel immuun blyk te wees.

Patotipes

vir S. endobioticum meer as 40 patotipes, wat gedefinieer word as groepe isolate met 'n soortgelyke reaksie op 'n stel differensiële aartappelvariëteite, word beskryf. Patotipes 1(D1), 2(G1), 6(O1) en 18(T1) word tans as die mees wydverspreide beskou. Met die huidige differensiële stel bly ander patogeendiversiteit egter grootliks onopgespoor.

Patogeen-gasheer interaksie

'n Enkele effektor is beskryf vir S. endobioticum (AvrSen1), wat herken word deur die aartappel Sen1 weerstand geen produk. Dit is ook die eerste effektor wat in Chytridiomycota beskryf is, wat wys dat weerstand in hierdie swamafdeling ook by die geen-vir-geen-konsep pas. Alhoewel aansienlike vordering gemaak is in die afgelope dekade in die kartering van vratsiekte weerstand lokusse, kon nie alle weerstande teenwoordig in aartappel teel kiemplasma geïdentifiseer word nie. Die gebruik van weerstandbiedende variëteite speel 'n noodsaaklike rol in siektebestuur.

1 INLEIDING

In 1887 het prof. Károly Schilberszky van die Universiteit van Boedapest knolle ontvang van twee aartappellande in Hornyán (nou Horňany in die Slowaakse Republiek) waarvan die hele oes deur wratagtige misvormings aangetas is. Aanvanklike studies was sonder sukses, maar in 1896, met nuwe besmette knolle, kon Schilberszky 'n beskrywing gee van die oorsaaklike middel van aartappelvratsiekte: Synchytrium endobioticum (Schilberszky) Percival (Schilberszky, 1896, 1930). Tans word die verpligte biotrofiese Chytridiomycota (chytrid) swam beskou as een van die belangrikste kwarantynplae vir gekweekte aartappels wêreldwyd (Hampson, 1993; Obidiegwu et al., 2014), en is ingesluit op die Verenigde State se Departement van Landbou (USDA) en Departement van Gesondheid en Menslike Dienste (HHS) se kiesagentlys (Anoniem, 2018).

Navorsers wat swamme aan die begin van plantpatologie bestudeer het, moes staatmaak op morfologiese en morfometriese eienskappe wat onder 'n mikroskoop ontleed kon word vir klassifikasie, ontwikkelingsbiologie en die interaksie van spesies met hul omgewing. In die geval van S. endobioticum, is mikroskopiese waarnemings wat terugdateer na die 1920's steeds van die akkuraatste beskrywings wat beskikbaar is. In die laaste jare het verskeie navorsingsartikels verskyn wat ons kennis van die (genoom)biologie van hierdie patogeen en die interaksie daarvan met aartappel aansienlik verhoog het. In hierdie oorsigartikel kombineer ons kennis van vroeë S. endobioticum-navorsing met onlangse molekulêre werk en bied voorstelle vir toekomstige navorsing om siektebestuur te verbeter.

2 ETIOLOGIE EN TAKSONOMIE

Chytridiomycota, die basale swamlyn waaraan S. endobioticum behoort, het 1000 tot 1600 miljoen jaar gelede ontstaan ​​(Heckman et al., 2001) en word gekenmerk deur sy beweeglike gevlaggeleerde spore (dierespore) en 'n afwesigheid van hifes of miselium. Chytrids bewoon akwatiese en klam terrestriële omgewings en is vrylewende saprofiete of patogene vir plante en diere (Barr, 2001; Mossie, 1960). Aanvanklik, S endobiotikum is in 'n nuut opgerigte genus in die orde Chytridiales geplaas en is vernoem Chrysophylyctis endobiotica (Schilberszky, 1896). Gebaseer op morfologiese en sitologiese ooreenkomste met lede van die genus Sinchitrium, is dit later herdoop Synchytrium endobioticum (Curtis, 1921; Percival, 1910).

Die genus Sinchitrium, opgerig in 1865 met die verpligte biotrofiese Synchytrium taraxaci patogeen op paardebloem as tipe spesie, bevat ongeveer 200 spesies. Voorheen, almal Sinchitrium spp. is geglo parasitiese spesies vir alge, mosse, varings en blomplante te wees (Karling, 1964). Hierdie siening het verander met die onlangse beskrywing van die eerste saprobiese lid van die genus, dit wil sê, Synchytrium microbalum JEL517, wat geïsoleer is uit 'n suur dam in Hancock County, Maine, VSA (Longcore et al., 2016). Spesies binne die genus word aan een van ses subgenera toegeken op grond van variasies in die lewensiklus en morfologiese kenmerke, en S. endobioticum is oorspronklik in die subgenus geplaas , aangesien daar geglo is dat rustende spore direk tot soöspore aanleiding gee. Die werk van Kole (1965), wat later bevestig is deur Sharma en Cammack, Lange en Olson, en Hampson (Hampson, 1986; Kole, 1965; Lange en Olson, 1981c; Sharma en Cammack, 1976), het bewys gelewer dat rustende spore as 'n prosorus funksioneer, dit wil sê 'n vesikel waarin sporangia gevorm word. Hierdie waarnemings het gelei tot die oordrag van S. endobioticum na die subgenus Mikrosinchitrium.

Gebaseer op lig- en elektronmikroskopiestudies van die soospore-ultrastruktuur, die plasing van die genus Sinchitrium in die volgorde waarin Chytridiales bevraagteken word (Barr, 1980; Lange en Olson, 1978a) en die volgordeklassifikasie moet hersien word. Molekulêre filogenie van chytrid spesies gebaseer op die rDNA operon (18S, 28S, en 5.8S) (James et al., 2006) het getoon dat die volgorde Chytridiales polifileties was, maar 18S rDNA-volgordes kon nie bevestig of weerlê nie Sinchitrium binne die orde Chytridiales (Smith et al., 2014). Onlangse filogenieë gebaseer op die mitochondriale en kerngenome van verteenwoordigers van Chytridiomycota ondersteun die oordrag van die genus sterk Sinchitrium na die orde Synchytriales (van de Vossenberg et al., 2018, 2019c) (Figuur 1). Die vestiging van 'n robuuste taksonomiese posisie is 'n belangrike mylpaal aangesien dit die korrekte evolusionêre konteks verskaf. Dit is veral relevant vir S. endobioticum aangesien dit slegs in 'n afstand verwant is aan goed bestudeerde plantpatogene in Ascomycota en Basidiomycota, en daarom word verwag dat baie kenmerke onderskei of onafhanklik van ander plantpatogeniese fungi onderskei of ontwikkel sal word.

3 LEWENSSIklus

Synchytrium spesies verskil aansienlik in die kompleksiteit van hul lewensiklusse, en S. endobioticum behoort aan die langsiklusspesie (Karling, 1964). Die lewensiklus van S. endobioticum is in detail beskryf deur Curtis (1921), en haar waarnemings is vandag grootliks onbetwis (Figuur 2). Gedurende die rusperiode, terwyl die vratte gasheerweefsel verval en rustende spore in die grond vrygestel word, word 'n nuwe binnewandlaag binne-in die rustende spoor gevorm, wat as 'n prosourus optree. Met ontkieming bars die buitenste spoorwand en word die nuutgevormde sorus (ook zoosporangium) vrygestel wat vervolgens aanleiding gee tot talle (200–300) onkernvormige haploïede soöspore (Lange & Olson, 1981c). ). Vrygestelde soöspore kom binne 'n uur op die gasheerselwand, waarna die swamtallus (of aanvanklike sel, sensu Karling, 'n naam wat gebruik word om hierdie swamstruktuur te beskryf wat van hifes verskil) die gasheerselwand binnedring en die sistwand buite die gasheersel (Weiss, 1925). Dit is nie bekend of die penetrerende swam-thallus deur die gasheerplasmamembraan omring word nie, soortgelyk aan haustoria in swamme en oomysete (Szabo & Bushnell, 2001), of as dit direk in kontak is met die gasheer sitoplasma. 'n Gasheersel kan deur 'n enkele of veelvuldige soöspore geïnfekteer word (Lange & Olson, 1981b). Die gasheerkern vergroot, word onreëlmatig in vorm en word dikwels naby aan die ontwikkelende swam-thallus gevind. 19211921) of somerspore. ). Curtis het berig dat gedurende hierdie herhaalde mitose, vyf minute chromosome waargeneem kon word (Curtis, 1921). Op hierdie stadium kan bruin verkleuring van die gasheerweefsel met ligmikroskopie waargeneem word. Hipertrofiese groei (selvergroting) word geïnduseer in selle wat die besmette gasheersel omring. Terselfdertyd verhoog hiperplasie (selvermenigvuldiging) die hoeveelheid meristematiese weefsel, wat die kans op herinfeksie van die gasheer verhoog (Hampson, 1993). Vergrote gasheerselle bars oop en stel die individuele soösporangia vry, wat weer die soöspore vrystel, wat morfologies nie onderskeibaar is van die soöspore wat uit rustende spore voortkom nie. Hierdie soöspore kan die gasheerweefsel herinfekteer en die ongeslagtelike replikasiesiklus opnuut begin. Alternatiewelik kan die soöspore ook as isogamete optree, wat saamsmelt om 'n diploïede biflagellaat-sigoot (sensu Curtis) te vorm wat die gasheer op 'n soortgelyke wyse kan besmet as die haploïede soöspore (Curtis, 1921). In plaas daarvan om somerspore te vorm, gee gasheerselle wat met die sigote besmet is, egter aanleiding tot die dikwandige rustende spore. Die rustende spoor is 35–80 μm in deursnee en kan vir dekades lewensvatbaar en aansteeklik in grond op dieptes van 50 cm bly (Przetakiewicz, 2015b). Die dik buitewand van die rustende spoor bestaan ​​uit 'n chitien-proteïenkompleks en bestaan ​​uit die gasheer se dooie protoplasma en selwand wat met die swamwand verenig word om 'n ferm saamgestelde struktuur te skep (Bal et al., 1981; Lange en Olson, 1981a). Selfs onder gunstige toestande word slegs klein persentasies (maksimum ongeveer 10%) rustende spore geïnduseer om te ontkiem (Kole, 1965). Hierdie lae persentasies blyk egter te weerspreek gerapporteerde bevindings in jaarlikse verlaging van inokulumvlakke wat wissel van 70% tot 99.5% tydens verbouing van niegasheerspesies (Baayen et al., 2005). Terwyl infeksies met soöspore hipertrofiese groei en hiperplasie in die gasheer veroorsaak, is dit nie die geval vir gasheerselle wat met sigote besmet is nie (Karling, 1964).

Curtis het die voorkoms van karyogamie beskryf na samesmelting van die isogamete en meiotiese afdelings voor ontkieming van russpore, maar dit was 'n onderwerp van debat (Karling, 1964). Dit bly onduidelik of hierdie deel van die S. endobioticum lewensiklus behels 'n seksuele of 'n paraseksuele siklus. In beide gevalle versmelt isogammete (plasmogamie) waarna die kerne saamsmelt (karyogamie) om 'n diploïede kern te vorm. Waar 'n seksuele siklus hoogs gekoördineer is en meiotiese verdelings behels, produseer paraseksuele siklusse gamete deur mitose waar rekombinasie beperk is tot chromosoom-herskommeling as gevolg van haploïdisering (Sidhu, 1983). Elektronmikroskopiestudies kon nie 'n ultrastrukturele beskrywing van gameetfusie of meiotiese verdelings verskaf nie (Lange & Olson, 1981b). Kern meiose gene is geïdentifiseer in S. endobioticum, maar as gevolg van die lappende teenwoordigheid en afwesigheid van sommige gene en die afwesigheid van paringstipe gene in die vergelykende genomiese analise van chytrid spesies (van de Vossenberg et al., 2019c), 3'n afdoende antwoord oor die vermoë van S. endobioticum om 'n seksuele siklus te ondergaan bly ontwykend, maar tog noodsaaklik om bevolkingsgenetika en seleksie te verstaan.

S. endobioticum het 'n streng verpligte biotrofiese leefstyl en die langdurige mede-evolusie met die gasheer kon gelei het tot die verlies van noodsaaklike gene uit sy genoom wat tot afhanklikheid van die gasheer lei. Daar is gevind dat gene in noodsaaklike weë, insluitend vir GTP-sintese, afwesig was van die S. endobioticum genoom (van de Vossenberg et al., 2019c). Verlies van sulke gene kenmerk die noue verhouding tussen die patogeen en sy gasheer en kan die verpligte biotrofiese leefstyl verklaar.

4 SIEKTE SIMPTOME EN GASEERPLANTE

Terwyl die gasheer dikwels nie ernstig geraak word deur infeksie met Sinchitrium spp., dit is nie die geval vir S. endobioticum op sy groot gasheer aartappel (Karling, 1964). Siektesimptome op aartappelknolle word gekenmerk deur die vratagtige blomkoolagtige misvormings wat die gevolg is van hipertrofie en selhiperplasie wat deur die patogeen geïnduseer word. Meristematiese weefsel op knolle, stolons, oë, spruite en bloeiwyses kan besmet word terwyl die aartappelwortelstelsel ongevoelig blyk te wees (Karling, 1964; Weiss, 1925).

Die vratte wat op ondergrondse plantdele gevorm word, is kompakte uitsteeksels. Daarteenoor blyk dit dat misvormings op bogrondse geaffekteerde plantdele die morfologie van die besmette plantorgaan volg (Figuur . 3). Twee hooftipes simptome kan onderskei word op besmette bogrondse plantdele, dit is blaarmisvorming en lootmisvorming. Normale ontwikkeling blyk gestuit te word in die geval van blaarmisvorming, terwyl dit min of meer voortgesit word in die geval van lootmisvormings. Ook is lugwortelvorming waargeneem na infeksie van lote, wat 'n verandering in die ouksienvervoer kan aandui (van de Vossenberg et al., 2019b). Baie plantpatogene sintetiseer planthormone, gifstowwe en effektore om hormonale oorspraak te manipuleer en infeksie te fasiliteer (Ma & Ma, 2016). Die S. endobioticum-gene wat betrokke is by die ontwrigting van die fitohormoonstelsel, wat lei tot die induksie van hipertrofiese groei en hiperplasie, moet nog geïdentifiseer word. Eerste verslae oor vergelykende proteomika en transkriptomika tussen wrat- en ongewonde weefsels het verskyn (Li et al., 2021; Szajko et al., 2019), maar bykomende navorsing is nodig om te verstaan ​​hoe die patogeen sy gasheer manipuleer en watter weë en gene betrokke is.

Gashere waarmee besmet kan word S. endobioticum is nie beperk tot vatbare Solanum tuberosum genotipes nie. Ander solanaceous spesies soos Solanum lycopersicum (tamatie), solanum nastergal (bitter soet), Solanum nigrum (swart nastergal), Solanum nodiflorum (Syn. solanum americanum, Amerikaanse nastergal), Solanum pseudocapsicum (Jerusalem kersie), Solanum villosum (harige nastergal), Datura metaal var. fastuosa (engel se trompet), Nicandra physalodes (appel-van-Peru), en Physalis franchetii (Chinese lantern) is aangemeld as alternatiewe gashere onder eksperimentele toestande (Katoen, 1916; Hampson, 1976). By meeste van hierdie alternatiewe gashere is baie min tot geen hipertrofie waargeneem nie, maar daar is gevind dat nuutgevormde rustende spore van S. endobioticum in die geïnfekteerde weefsel teenwoordig was.

Interessant genoeg word die aartappelwortelstelsel nie deur die patogeen beïnvloed nie, terwyl wortels in tamatie gekoloniseer word (Hampson & Haard, 1980). Hampson (1976) het die reaksie van 123 tamatiekultivars op S. endobioticum patotipes 2(G1) en 8(F1) getoets en al die getoetste kombinasies het gelei tot infeksie van die gasheer (Hampson, 1976, 1979b). Voorkoms van S. endobioticum oor wilde solanaceous spesies is vanaf Mexiko aangemeld, maar hierdie verslag is nie deur die Mexikaanse owerhede bevestig nie (Obidiegwu et al., 2014).

5 VERSPREIDING, VERSPREIDING EN SIEKTEBESTUUR

5.1 Verdeling

Tans, S. endobioticum is aangemeld vanaf alle kontinente waar aartappels verbou word (EPPO, 2018). Daar word geglo dat aartappelvratsiekte afkomstig is van die Andes-streek, waar dit saam met sy sonagtige gashere ontwikkel het (Przetakiewicz, 2008). Die siekte is heel waarskynlik in Europa bekendgestel ná die groot aartappelhongersnood (1845–1849) wat veroorsaak is deur Phytophthora infestans, toe produsente nuwe moere nodig gehad het (Hampson, 1993). Gebaseer op beskrywings in nie-wetenskaplike verslae, was wratsiekte waarskynlik reeds in 1876 teenwoordig (Gough, 1919). Hampson beskou verspreiding vanaf die Verenigde Koninkryk na die Europese vasteland, Kanada, en (via Ierland) Suid-Afrika en Nieu-Seeland as die mees waarskynlike scenario (Hampson, 1993). In die dekades na die beskrywing van die patogeen, het siekteverslae van verskillende lande ingekom wat die eerste voorkoms van aartappelvratsiekte op hul grondgebied beskryf, byvoorbeeld Duitsland (1908), Ierland (1908), Kanada (1909), Swede (1912) , Nederland (1915), Tsjeggië (1915) en Pole (1917) (Baayen et al., 2006; EPPO, 2018; Gough, 1919; Hampson, 1993; Obidiegwu et al., 2014). In 1952 is aartappelvratsiekte in Indië bekendgestel vanaf Deense moere (Phadtare et al., 1990).

Albei wêreldoorloë het 'n rol gespeel in die verspreiding van die siekte oor die Europese vasteland. Aan die einde van die Eerste Wêreldoorlog was daar 'n tekort aan ware en moere, en aartappels uit besmette gebiede in die VK is as saad gebruik in distrikte wat onaangeraak was deur die siekte (Gough, 1919). Net so word geglo dat aartappelvratsiekte in die voormalige Unie van Sosialistiese Sowjetrepubliek (USSR) bekendgestel is met die beweging van Duitse troepe aan die begin van die Tweede Wêreldoorlog (Hampson, 1979a). Na die Tweede Wêreldoorlog is handel met besmette moere dikwels voorgestel as die oorsaak van verspreiding na ander lande. Meer onlangs is die siekte vir die eerste keer in Turkye aangemeld (2003) (Çakır, 2005), Bulgarye (2004) (Dimitrova et al., 2011), en Georgia (2009) (Gorgiladze et al., 2014). Die siekte het ook onlangs weer in Denemarke (2014) voorgekom, waar dit glo sedert 1989 uitgeroei is (Anonymous, 2014).

5.2 Siektebestuur

Lande wêreldwyd het beheerstelsels geïmplementeer om die bekendstelling en verspreiding van S. endobioticum in nasionale of streekswetgewing. Riglyne vir nasionale regulatoriese beheerstelsels vir die monitering, inperking en onderdrukking van S. endobioticum word verskaf deur die Europese en Mediterreense Plantbeskermingsorganisasie (EPPO) in standaard PM9/005, wat beskryf (a) elemente van die moniteringsprogram wat uitgevoer moet word om 'n nuwe besmetting op te spoor of 'n besmette gebied af te baken; (b) maatreëls wat daarop gemik is om die plaag te onderdruk waar dit gevind word; en (c) maatreëls om die plaag te beperk om verdere verspreiding in 'n land of na buurlande te voorkom (EPPO, 2017bKortliks, lande waarin die patogeen voorkom, word onder amptelike beheer geplaas (d.w.s. "geskeduleer"). Geen aartappelproduksie of die produksie van plante vir aanplanting word vir 'n tydperk van 20 jaar toegelaat nie. 'n Veiligheidsone, of buffersone, word ingestel en die verbouing van slegs weerstandbiedende aartappelvariëteite word in hierdie gebiede toegelaat (EPPO, 2017a, 2017b'n Plot kan gedeeltelik gedeskeduleer word na 'n korter tydperk (ten minste 10 jaar) sodat aartappelvariëteite wat bestand is teen die patotipe(s) wat in die besmette plot teenwoordig is, gekweek kan word (EPPO, 2017a).

Om die patogeen van besmette gronde te verminder of uit te roei, is 'n indrukwekkende aantal van meer as 600 verskillende behandelings, insluitend toediening van meer as 120 beheermiddels, tot in die 1960's getoets (Hampson, 1988). Hierdie behandelings was in die meeste gevalle onsuksesvol, en as dit wel suksesvol was om die patogeen uit te roei, was die beheermiddels wat gebruik is so giftig dat dit behandelde gronde onvrugbaar gemaak het. Die gebruik van fyngemaakte krapdop is getoon om vratsiekte in besmette lande te onderdruk (Hampson & Coombes, 1995), en wisselbou en verbouing van aartappels met ander gewasse soos mielies is gerapporteer om die aantal lewensvatbare russpore in gronde te verminder (Obidiegwu et al., 2014). Navorsing van chemiese behandelings is grootliks laat vaar vanaf die 1960's aangesien fitosanitêre maatreëls en die gebruik van weerstandbiedende variëteite bewys het om die verspreiding van die siekte effektief te verminder.

Katoen (1916) het veronderstel dat alternatiewe gashere, wat gereeld binne en aan aartappellande aangetref word, as reservoirs van die siekte kan optree en sodoende die oorlewing van die patogeen kan bevorder wanneer slegs weerstandbiedende aartappelvariëteite verbou word (Cotton, 1916; Hampson, 1979b). Die rol van die alternatiewe gashere om as reservoirs vir op te tree S. endobioticum en hul potensiaal om die langlewendheid van die patogeen onder veldtoestande te verleng, is nie bestudeer nie en dit word aanbeveel om hierdie kennisgaping te vul. Daar is egter waargeneem dat die teenwoordigheid van niegasheerspesies, Solanum nigrum, en weerstandbiedende aartappelvariëteite op besmette persele lei nie tot 'n opbou van patogeen inokulum nie (Baayen et al., 2005).

5.3 Verspreiding en opsporing van patogeenverspreiding

Alhoewel die patogeen tipies beperk bly tot die besmette dele van landerye, word plaaslike en langafstandverspreiding teëgekom. Verspreiding van die siekte deur menslike aktiwiteit is vroeg erken, en die beweging van besmette moere, grond en mis is beskou as die grootste bydrae tot plaaslike en langafstandverspreiding van die patogeen (Gough, 1919). Dieretuinspore speel nie 'n rol in verspreiding oor lang afstande nie, aangesien hulle na berig word aktief migreer oor slegs klein afstande van tot 5 cm (Franc, 2007). Boonop is soöspore kortstondig, wat hul rol in langafstandverspreiding verder sal beperk. Daarteenoor is gerapporteer dat rustende spore deur waterstrome vervoer word (Weiss, 1925) en wind (Hampson, 1996; Jösting, 1909), wat verantwoordelik is vir verspreiding oor groter afstande. Vloerareas van motors, bakkies en vragmotors wat in Newfoundland (Kanada) bedryf word, waar die patogeen wydverspreid is, is gedemonstreer om aansteeklike russpore te huisves (Hampson & Wood, 1997; Hampson et al., 1996). Nog een vector vir langafstand vervoer rus spore in onopvallende vratte, wanneer sulke knolle as sade gebruik word of industrieel verwerk word (Hampson, 1993Laastens moet organiese afval van verwerking ontsmet word voordat dit as kunsmis in landbou, tuinbou of privaat tuine gebruik kan word, byvoorbeeld deur kompostering of pasteurisering (EPPO, 2008). Alhoewel hierdie tegnieke doeltreffend teen plantplae soos aartappelsistaalwurms bewys is, het dit min tot geen effek op die rustende sporangia van S. endobioticum (Steinmöller et al., 2012Boonop is kompostering van besmette aartappelmateriaal deel van die inokulumvoorbereiding vir Spieckermann-toetse (EPPO, 2004). Die betroubaarheid en reproduceerbaarheid van patogeen-opsporing in materiale en gronde het toegeneem met die beskrywing van intydse PCR-toetse gebaseer op ITS1, ITS2 en die 18S klein ribosomale subeenheid, wat verhoogde sensitiwiteit bied vir die opsporing van die spore in gronde en ander matrikse ( van Gent-Pelzer et al., 2010; Smith et al., 2009). Bykomende molekulêre toetse wat die spesifieke opsporing van lewensvatbare rustende spore sal toelaat, sal die toepassing van molekulêre metodes verder verbeter. Vroeë patogeen-opsporing gekombineer met spoor-en-spoor deur gebruik te maak van, byvoorbeeld, mitogenomiese diversiteit sal regulerende liggame in staat stel om risiko-gebaseerde maatreëls te neem en om potensiële oorsprong te identifiseer en potensiële uitbrekingsbronne te identifiseer of te diskwalifiseer. Epidemiologiese modelle kan gebruik word in risikobepaling en voorspelling van toekomstige patogeenverspreiding om streke vir fitosanitêre opnames te prioritiseer, soos gedemonstreer is in 'n gevallestudie vir die republiek van Georgië (Andersen Onofre et al., 2021).

6 MOLEKULÊRE PATOGEEN–GASKER INTERAKSIE

Die genome van plante en die mikroörganismes wat daarop gemik is om hulle te koloniseer, word gevorm deur miljoene jare se mede-evolusie (Carella et al., 2018). 'n Model van die molekulêre S. endobioticum–aartappel interaksie (Figuur 4) geskets kan word deur insigte gebaseer op ligmikroskopie en elektronmikroskopie studies oor die interaksie te kombineer (Cartwright, 1926; Curtis, 1921; Hampson, 1986; Lange en Olson, 1978b, 1981a, 1981b, 1981c), algemene kennis van swamplant-patogeen-interaksies (hersien in Carella et al., 2018; Lo Presti et al., 2015; Selin et al., 2016; de Wit et al., 2009), en onlangse genomiese studies (van de Vossenberg et al., 2019a, 2019c).

6.1 Die gasheer binneval

Nadat dit vrygestel is van óf somerspore óf rustende spore, soöspore van S. endobioticum moet 'n geskikte gasheersel identifiseer en beweeg na 'n geskikte gasheersel waarop hulle voor penetrasie intrek. Dit is bekend dat dierespore van plantpatogene swamme en oomysete hul beweging rig deur op eksterne stimuli te reageer (Islam & Tahara, 2001). In hul resensie het Obidiegwu et al. (2014) noem die navorsing wat Esmarch (1924–1928) gedoen het oor die reaksie van S. endobioticum soöspore na chemotaktiese stimuli van die gasheer. Ongelukkig kon ons nie bykomende inligting oor die aard en uitwerking van hierdie stimuli kry nie. Van die ontleding van die genome van die patogene chytriede S. endobioticum en Batrachochytrium dendrobatidis, uitbreidings van gene geassosieer met chemotaxis is waargeneem relatief tot saprobiese chytrid spesies. Daarbenewens is gene betrokke by die G-proteïen-gekoppelde reseptor seinweg gevind verryk in S. endobioticum relatief tot nege ander chytridspesies (van de Vossenberg et al., 2019c). Membraangebonde G-proteïengekoppelde reseptore neem omgewingseine waar (Xue et al., 2008), en in die geval van S. endobioticum hulle kan betrokke wees by die waarneming van spesifieke gasheer-afgeleide seine.

Wanneer daar gepoog word om op die gasheersel te encysteer voor penetrasie, moet die invallende dieretuinspoor die plant se aangebore immuunstelsel ontwyk en/of onderdruk. Plantmembraangebonde patroonherkenningsreseptore (PRRs) aktiveer die immuunstelsel by herkenning van bewaarde patogeen-geassosieerde molekulêre patrone (PAMPs). Die verdedigingsreaksie wat deur PRR's veroorsaak word, word PAMP-geaktiveerde immuniteit (PTI) genoem, en lei tot chemiese en fisiese aanpassings wat patogeenproliferasie stop. Sulke reaksies sluit in die produksie van reaktiewe suurstofspesies, vinnige veranderinge in hormoonbiosintese, en selwandversterking deur callose-afsetting (Toruño et al., 2016). PTI word beskou as effektief teen nie-aangepaste mikrobes, en word algemeen beskou as 'n eerste laag van die plantverdedigingstelsel (Lo Presti et al., 2015; Zipfel, 2008). Afbreekprodukte van chitien, 'n onoplosbare selwandkomponent van swamme wat ook in S. endobioticum, tree op as PAMPs. Die swam moet effektorproteïene afskei wat óf die chitien-oligomere masker óf die daaropvolgende gasheer-immuunreaksie onderdruk. In plante is verskeie membraangebonde chitienreseptore geïdentifiseer wat almal ekstrasellulêre LysM-domeine bevat (Kombrink et al., 2011). By swamme is LysM-effektore gerapporteer wat inmeng deur aan chitien te bind en sodoende chitien-geaktiveerde immuunresponse voorkom (Bolton et al., 2008). In S. endobioticum, LysM-bevattende proteïene is verryk gevind relatief tot al nege nie-plant-patogeniese chytrid spesies wat ontleed is (van de Vossenberg et al., 2019c). Hierdie LysM-bevattende proteïene kan 'n funksie hê in die inmenging van chitien-geaktiveerde immuniteit of die beskerming teen chitinases, of as dodelike gifstowwe optree om mededingende swamme te bestry (Tzelepis & Karlsson, 2019).

Die plant se aangebore immuunstelsel word nie net deur bewaarde PAMPs veroorsaak nie. Verskeie plantselwand-afbraakprodukte word gekategoriseer as skade-geassosieerde molekulêre patrone (DAMPs) en kan lei tot DAMP-geaktiveerde immuniteit (DTI) (Gust et al., 2017). Verminderde selwand-afbrekende ensiem (CWDE) inhoud is voorheen gevind in die stealth-agtige patogeen Zymoseptoria tritici (Goodwin et al., 2011) en die biotrofiese en simbiotiese swam Lacaria tweekleurig (Martin et al., 2008). In hierdie plant-mikrobestelsels is die hipotese veronderstel dat 'n verminderde CWDE-repertorium DTI kan voorkom (Choi & Klessig, 2016). Relatief tot sy saprobiese susterspesie S. mikrobalum, S. endobioticum het 'n verminderde stel CWDE's, en dit is waarskynlik dat S. endobioticum gebruik 'n stealth-agtige strategie om opsporing te ontduik en sy biotrofiese lewenstyl vas te stel (van de Vossenberg et al., 2019c).

6.2 Binne die gasheer sitoplasma

Tans is dit nie bekend hoe effektore die gasheersitoplasma bereik nie. Meer studie is nodig om te bepaal of 'n opnamemeganisme bestaan, soos beskryf is vir ander swam- en oomyset-patogene. Maar na penetrasie van die gasheer kan die swam-thallus effektorproteïene direk in die gasheersel afskei om die metabolisme te manipuleer, wat hipertrofie en hiperplasie van aartappelweefsel tot gevolg het. In teenstelling met die hoogs bewaarde PAMPs en mikrobe-geassosieerde molekulêre patrone, is effektore baie uiteenlopend, dikwels gespesialiseerd na 'n spesifieke gasheer, en spesie- of selfs stam-spesifiek. Daar word geglo dat die komplekse effektorrepertorium van plantpatogeniese swamme die swamleefstyl en gasheerspesialisasie beïnvloed (Lo Presti et al., 2015). Plante het gereageer op effektor-geïnduseerde onderdrukking van PTI deur hoogs spesifieke weerstand (R) proteïene te ontwikkel. Hierdie intrasellulêre reseptore behoort aan die behoue ​​nukleotied-bindende en leusienryke herhalende domein-bevattende (NLR) superfamilie, en kan direk met patogeen effektors in wisselwerking tree of indirek effektor teikens of strukturele nabootsers van sulke teikens betrek (Jones et al., 2016; Lo Presti et al., 2015). Na herkenning van effektorproteïene deur die verwante R-proteïene, word die tweede laag van die plantverdedigingstelsel, genaamd effektor-geaktiveerde immuniteit (ETI), geaktiveer. Effekte van ETI is die induksie van patogenese-verwante gene en 'n plaaslike hipersensitiewe reaksie (HR), wat sigbaar is as gelokaliseerde seldood op die plek van infeksie. Effektore wat deur R-proteïene herken word, word avirulensie genoem (AVR) proteïene. Vir S. endobioticum, slegs 'n enkele effektor is tot dusver beskryf, AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2019a), wat by die aartappel pas Sen1 R geen. Dit is ook die eerste effektor wat in Chytridiomycota beskryf is, wat wys dat in hierdie afdeling van swamme weerstand ook by die geen-vir-geen-konsep pas. Mikroskopiese waarnemings het getoon dat soöspore ewe goed weerstandbiedende variëteite en vatbare plante binnedring (Cartwright, 1926), dus word geen differensiasie tussen verskillende patotipes verwag in die effektorrepertorium wat gebruik word om PAMP-geaktiveerde immuniteit in die ekstrasellulêre fase te onderdruk nie. In 'n onversoenbare interaksie (bv. AvrSen1–Sen1) sterf die patogeen egter binne 'n paar uur na penetrasie van die gasheer as gevolg van wat beskryf is as patogeen-geïnduseerde verdedigingsnekrose (Cartwright, 1926; Karling, 1964). Die AvrSen1 effektor sal na verwagting intrasellulêr herken word, aangesien dit 'n HR aktiveer by uitdrukking in die plant sitoplasma. Dit stem ooreen met die intrasellulêre lokalisering van die veronderstelde Sonde 1 geenproduk, wat homologie het met TNL-reseptore (Prodhomme, 2020).

6.3 Effektor evolusie

Aangesien ETI 'n sleutelmeganisme vir wratsiekteweerstand is, vereis dit kennis van effektorsamestelling en verspreiding in S endobioticum populasies, geïllustreer deur die kloning van AvrSen1. Patotipe 1(D1) isolate word gedefinieer deur hul avirulensie op Sen1 plante. Hierdie onderskeid is gebruik om te identifiseer AvrSen1, wat vermoedelik teenwoordig is in patotipe 1(D1) isolate maar (funksioneel) afwesig in "hoër patotipes" (sien afdeling 7). Vyf verskillende AvrSen1 variante is gevind in hoër patotipes wat nie HR in Sen1 plante kon aktiveer nie. Dit het dit gewys AvrSen1 verskeie kere tydens evolusie gemuteer, vermoedelik om opsporing deur Sen1 te ontduik (van de Vossenberg et al., 2019a). In verskeie hoër patotipe populasies, wat Sen1 weerstand te bowe kom, die funksionele AvrSen1 is ook gevind by baie lae frekwensies langs die variante (van de Vossenberg et al., 2019a). Klaarblyklik word AvrSen1 op lae vlakke in die virulente swampopulasie gehandhaaf, wat 'n gebalanseerde seleksie kan voorstel waarin AvrSen1 'n funksie in virulensie het. So 'n voorgestelde virulensiefunksie is egter nie noodsaaklik in herhaalde siklusse van voortplanting op nie Sonde 1 plante deur somerspore (bv. Glynne–Lemmerzahl-toets), wat veroorsaak het dat AvrSen1 onopspoorbaar in die bevolking geword het. Soos vir baie ander swam effektors (Lo Presti et al., 2015), AvrSen1 het nie geïdentifiseerde funksionele domeine of 'n voorspelde funksie nie. Die afwesigheid van kern-, mitochondriale of chloroplast lokalisering seine dui op 'n sitoplasmiese teiken. In die Kanadese patotipe 6(O1)-isolaat LEV6574 word die afgeknotte AvrSen1-geen in vivo uitgedruk (van de Vossenberg et al., 2019c). Die funksie en die belangrikheid van AvrSen1 tydens infeksie is nog nie bekend nie. Selfs al word swameffektore dikwels as onontbeerlik beskou as gevolg van funksionele oortolligheid, sal daar waarskynlik 'n afweging bestaan ​​tussen die behoefte om 'n effektor te handhaaf aangesien dit 'n rol in virulensie het en die behoefte om herkenning deur die gasheerplant te vermy (Sharpee & Dean, 2016). Of die afgeknotte proteïene as funksionele homoloë kan optree en of ander funksionele homoloë in hoër patotipes teenwoordig is, is vrae wat nog aangespreek moet word.

6.4 Teel nuwe weerstandbiedende aartappelvariëteite

Aartappelvariëteite wat bestand is teen aartappelvratsiekte is so vroeg as 1909 aangemeld, en teen 1919 het immuniteitsproewe wat in die VK, Duitsland en die VSA uitgevoer is, gelei tot die publikasie van 'n lys met 64 aartappelvariëteite wat bestand was teen die siekte (Gough, 1919). Interessant genoeg was weerstandigheid vir aartappelvratsiekte een van die eerste eienskappe in plante wat vir Mendeliese oorerwing bestudeer is (Salaman & Lesley, 1923). Klassieke teling vir weerstand het sowat 'n eeu gelede begin en was baie suksesvol in die selektering van variëteite wat weerstand bied teen die siekte. Die gebruik van weerstandbiedende variëteite en streng fitosanitêre maatreëls was so suksesvol dat teling vir aartappelvratweerstand prioriteit verloor het tot die ontdekking van nuwe patotipes wat siektes in voorheen weerstandbiedende variëteite veroorsaak het (Obidiegwu et al., 2015). Hierdie weerstandsafbreking het patotipe 1(D1) van die hoër patotipes onderskei. Verskeie hulpbronne vir wratsiekteweerstand kon onderskei word, en kwantitatiewe weerstand lokus (QRL) ontledings het genomiese streke geïdentifiseer wat weerstand bied teen (kombinasies van) die patotipes van groot belang op elke chromosoom (Obidiegwu et al., 2015; Prodhomme et al., 2020a). In hierdie karteringstudies kon groot- en klein-effek QRL'e onderskei word. 'n Afsonderlike naamstelsel vir groot- en klein-effek QRL'e is dus gevestig. Daar word na die belangrikste QRL'e verwys as Sen-gene (van S endobiotikum), gevolg deur 'n opeenvolgende nommer.

Die belangrikste R-geen wat verantwoordelik is vir patotipe 1(D1) weerstand is genoem Sonde 1 en Hehl et al. dit gekarteer na die distale punt van die bo-arm van chromosoom 11 (Hehl et al., 1999). Verdere fyn kartering en funksionele ontledings het dit getoon Sonde 1 kodeer 'n TNL-tipe immuunreseptor (Prodhomme et al., 2020a). Sonde 1 geen is wydverspreid in aartappeltelende kiemplasma (Prodhomme et al., 2020a, 2020b) en was reeds teenwoordig in ou variëteite soos Pink Fir Apple (1850), Champion (1876), en Belle de Fontenay (1885), wat suggereer Sonde 1 was teenwoordig in die Europese teelmateriaal voor die eerste bekendstelling van S. endobioticum in Europa (Prodhomme et al., 2020b). Sonde 1, alhoewel dit die belangrikste patotipe 1(D1) weerstandsbron is, verklaar nie al die patotipe 1(D1) weerstand wat in die aartappelteelmateriaal teenwoordig is nie. 'n Tweede onafhanklike dominante geen vir patotipe 1(D1) weerstand (Sen1-4), wat geneties gekarteer is na die lang arm van chromosoom 4, is geïdentifiseer deur Brugmans et al. (2006). Die verspreiding van hierdie geen in teelmateriaal is nie uitvoerig bestudeer nie en dit is onbekend of dit 'n belangrike bron van weerstand teen patotipe 1(D1) of enige ander patotipe is.

Weerstand teen die hoër patotipes word minder gereeld in aartappel-telende kiemplasma waargeneem en die identifikasie van lokusse wat weerstand bied teen een of meer van hierdie patotipes is noodsaaklik om nuwe weerstandbiedende variëteite te ontwikkel. Sonde 2 bied breë weerstand teen patotipes 1(D1), 2(Ch1), 2(G1), 3(M1), 6(O1), 8(F1), 18(T1), en 39(P1) en is gekarteer op chromosoom 11, ongeveer 32 Mb ver van die Sonde 1 lokus (Plich et al., 2018). Sonde 2 is geïdentifiseer in 'n komplekse diploïede aartappelbaster met veelvuldige wilde spesies oorsprong en is waarskynlik nog nie in kommersiële variëteite geïntrogreer nie (Prodhomme et al., 2020a). Sonde 3 bied ook breë weerstand teen patotipes 1(D1), 2(G1), 6(O1) en 18(T1) en woon op dieselfde lokus as Sonde 1, op die bo-arm van chromosoom 11 (Bartkiewicz et al., 2018; Obidiegwu et al., 2015; Prodhomme et al., 2019). Hierdie geen word hoofsaaklik gevind in Duitse en Poolse aartappelvariëteite wat afstam van die aartappelkloon BRA9089, die vermoedelike unieke skenker van Sonde 3 in kommersiële variëteite (Prodhomme et al., 2019, 2020a). Sonde 4 bied weerstand teen patotipes 2(G1), 6(O1), en 18(T1) en is gekarteer na die lang arm van chromosoom 12. Sonde 4 word hoofsaaklik aangetref in Nederlandse styselvariëteite wat afstam van die teelkloon AM78-3704. Daarbenewens, Sonde 4 word in die Duitse variëteit Panda aangetref, maar waarskynlik van 'n ander bron as die Nederlandse materiaal (Prodhomme et al., 2020a). Tans, Sonde 5 is baie skaars in die aartappelteelmateriaal, aangesien dit tot dusver in slegs drie kommersiële Nederlandse styselkultivars geïdentifiseer is. Sonde 5 kan teruggevoer word na die gemeenskaplike voorouer VE71-105 en is waarskynlik geïntrogresseer in broei-kiemplasma vanaf Solanum vernei (Prodhomme et al., 2020a).

Alhoewel beduidende vordering in die afgelope dekade gemaak is met die kartering van wratsiekte-weerstandsloci, kon nie alle weerstande wat in aartappelteelkiemplasma teenwoordig is, geïdentifiseer word nie. Dit is selfs die geval vir variëteite in die EPPO differensiële stel. Byvoorbeeld, die sterk weerstand teen patotipes 2(G1), 6(O1), 8(F1) en 18(T1) wat in die variëteit Belita waargeneem is, is waarskynlik afkomstig van die wilde spesie S. vernei. Hierdie weerstand word onderskei van Sonde 5, aangesien Belita negatief is vir die Sonde 5 merkers. Die weerstand teen Belita moet nog geneties gekarakteriseer word. Ook in die EPPO Die weerstand wat in die variëteit Saphir teen die patotipes 6(O1), 8(F1) en 18(T1) waargeneem is, wat moontlik van die teelkloon MPI 44.1016/24 oorgeërf is, moet nog geïdentifiseer word. Ander aartappelvariëteite wat negatief is vir al die Sen-gene wat tot dusver beskryf is, maar weerstandbiedend is teen een of meer patotipes, is wel aangemeld (Prodhomme et al., 2020a). Dit dui daarop dat bykomende weerstandsbronne wat reeds in die kommersiële genepoel teenwoordig is, verder gekarakteriseer en ontgin kan word. Interessant genoeg het die kartering van beide groot- en klein-effek QRL's aangedui dat hulle saam met groepe reseptore betrokke is by aangebore immuniteit (Hehl et al., 1999). ETI is dus waarskynlik die hoofbepaler vir wratsiekteweerstand. ETI word maklik oorkom wanneer 'n enkele effektor in die patogeen verlore gaan en daar word algemeen erken dat die stapeling van veelvuldige ETI-reseptore in gewasvariëteite verpligtend is om die duursaamheid van weerstand te verbeter (Luo et al., 2021).

In die proses van seleksie van effektiewe vratsiekteweerstand in teelprogramme, is groot- en klein-effek QRL's gestapel, wat aandui dat dit 'n vereiste kan wees vir die effektiewe beheer van die patogeen (Prodhomme et al., 2020a). Variëteite met slegs een R geen kan onvolledige weerstand toon, veral teen die hoër patotipes waarvan die isolate geneties baie kompleks is. Om die duursaamheid van vratweerstand in nuwe variëteite te verbeter, kan stapel van wratsiekte QRL'e dus 'n belangrike aspek van teelstrategieë wees. In sulke stapelskemas word die gebruik van Sen gene wat 'n breë spektrum van isolate herken, word verkies om die aantal lokusse wat gekombineer moet word, te verminder.

7 PATOTIPERINGSTELSELS

In 1931 het Köhler verklaar dat die patogeen 'n eenvormige samestelling het en verskille tussen isolate van die patogeen was nie bekend nie (Hampson, 1993). In die 1930's is egter gevind dat weerstandbiedende aartappelvariëteite uit die VK wat in Newfoundland (Kanada) gekweek is, baie vatbaar was vir die plaaslike stam van S. endobioticum (Olsen, 1961), en in die dekades daarna het die bestaan ​​van verskillende S. endobioticum-patotipes duidelik geword. Vir S. endobioticum meer as 40 patotipes word tans erken, wat gedefinieer word as groepe isolate met 'n soortgelyke reaksie op 'n stel differensiële aartappelvariëteite. Na die Tweede Wêreldoorlog, toe die Europese vasteland polities verdeel is in 'n oostelike en westelike deel, is verskillende naamkonvensies geïmplementeer om die nuwe infeksie-uitbrake te identifiseer. In Oos-Europa is nuwe patotipes vernoem na die oorsprong waar hulle gevind is, maar in Wes-Europa is opeenvolgende Arabiese getalle gebruik om nuwe patotipes te definieer. Gevolglik is die eerste nuwe amptelik beskryfde patotipes wat in Gießübel en Silberhütte in 1941 gevind is, onderskeidelik G1 en SB in die ooste genoem, maar onderskeidelik 2 en 3 in die weste. Baayen et al. (2006) het in 2006 'n harmonisering van die patotipe benamingstelsel voorgestel, wat vandag nog gebruik word (Baayen et al., 2006). Onder hierdie stelsel word beide naamkonvensies gekombineer, byvoorbeeld 2(G1) vir die patotipe 2-isolaat wat in Gießübel geïdentifiseer is. In die jare wat volg op die beskrywing van patotipes 2(G1) en 3(SB), nuut S. endobioticum Patotipes is gerapporteer uit Duitsland, Pole, die Tsjeggiese Republiek en die Oekraïne, gebaseer op hul interaksie met differensiële panele van plaaslik gewilde weerstandbiedende en vatbare aartappelvariëteite. Onder hierdie nuwe patotipes is die Duitse patotipes 6(O1) (gevind in Olpe, 1952), 8(F1) (Fulda, 1954) en 18(T1) (Tranroda, 1978) (Baayen et al., 2006). Die aanvanklike S. endobioticum patotipe staan ​​deesdae bekend as patotipe 1(D1), en gesamentlik word na niepatotipe 1(D1) isolate verwys as hoër patotipes. Dit is egter belangrik om daarop te let dat dit nie impliseer dat hoër patotipes van patotipe 1(D1) afstam nie. Patotipes 1(D1), 2(G1), 6(O1) en 18(T1) word tans as die mees wydverspreide en van groot belang beskou. Die jongste twee formeel beskryfde patotipes is 38(Nevşehir) van Nevşehir (Turkye, 2009) en 39(P1) van Piekielnik (Pole, 2015) (Çakır et al., 2009; Przetakiewicz, 2015a). Alhoewel dit nie in 'n eweknie-geëvalueerde joernaal gepubliseer is nie, is patotipes 40(BN1) en 41(P2) vanaf Pole aangemeld (Anoniem, 2015) en Swede (Björklund & Boberg, 2018).

Oor die jare heen is baie verskillende en plaaslik verkiesde differensieel weerstandbiedende variëteite vir patotipering gebruik. Dit was eers aan die begin van die 21ste eeu dat die EPPO het 'n geharmoniseerde differensiële stel aartappelvariëteite gepubliseer wat as 'n diagnostiese standaard vir S. endobioticum-isolate gebruik kan word (EPPO, 2004). Vir redes van eenvoud en reproduceerbaarheid, die EPPO differensiële stel was redelik klein (Baayen et al., 2006; Flath et al., 2014). Dit is gekies vir sy vermoë om die patotipes van groot landboubelang te onderskei. Twee hoofmetodes word gebruik om die interaksie tussen gasheer en patogeen te assesseer: Spieckermann (Spieckermann, 1924) en Glynne–Lemmerzahl (Glynne, 1925; Lemmerzahl, 1930); beide is gebaseer op die inenting van aartappelknolle. In die Spieckermann-toets bestaan ​​die inokulum uit rustende spore, wat die gevolg is van 'n (para)seksuele siklus. Daarteenoor word vars vratte wat somersporangia bevat, wat ongeslagtelik geproduseer word, as inokulum in die Glynne–Lemmerzahl-toets gebruik. Onlangs is 'n nuwe infeksieprosedure beskryf wat gebaseer is op infeksie van bogrondse plantdele of hulpknoppe wat demonstreer dat R-gene uitgedruk word in beide geëtioleerde ondergrondse spruite en groen bogrondse organe (van de Vossenberg et al., 2019b). Alhoewel die metodes verskil, is die gevolglike tellings meestal goed gekorreleer, alhoewel soms konsekwente verskille blyk te bestaan ​​(Prodhomme et al., 2020b).

7.1 Intra-geïsoleerde diversiteit

S. endobioticum isolate verteenwoordig gemeenskappe waarin veelvuldige genotipes saam bestaan. Dit geld nie net vir mitochondriale genotipes nie (Figuur S1), maar ook vir die kerngekodeerde spesiespesifieke sekretoom- en AvrSen1-geenvariante (van de Vossenberg et al., 2018, 2019a). Veral opvallend is die AvrSen1-variasie wat binne isolate van hoër patotipes gevind word. Hierdie isolate word nie meer erken deur die Sonde 1 geen, wat lei tot 'n versoenbare interaksie en proliferasie van die patogeen. Daar is egter steeds gevind dat die avirulente vorm van die geen teen lae frekwensies teenwoordig is in isolate wat vermeerder is op die aartappelvariëteit Deodara, wat vatbaar is vir alle S. endobioticum-patotipes. Omgekeerd, in patotipe 1(D1) isolate wat die avirulente AvrSen1 geen dra, virulente vorms van die geen (dws verlies van AvrSen1) teenwoordig was (van de Vossenberg et al., 2019a). Dit was nie direk duidelik uit genomiese volgorde data nie, maar twee vermenigvuldigings van 'n patotipe 1(D1) isolaat op die semi-weerstandige aartappelvariëteit Erika het gelei tot 'n patotipe 6(O1) fenotipe (van de Vossenberg et al., 2018). Hierdie verhoogde virulensie is moontlik die gevolg van seleksie teen S. endobioticum genotipes wat die dominante avirulensiegeen dra. Byna volledige verlies van AvrSen1 in die isolaat wat die 6(O1)-fenotipe produseer, is geverifieer deur amplifikasie van die AvrSen1-geen gevolg deur PacBio SMRT-volgordebepaling (van de Vossenberg et al., 2019a). Vermenigvuldigings wat tot die waargenome selektiewe vee gelei het, is uitgevoer met die Glynne–Lemmerzahl-biotoets, waarin ongeslagtelike geproduseerde soöspore van vars vratte as inokulum gebruik word, wat daarop dui dat die diversiteit reeds in die aanvanklike inokulum teenwoordig was en nie rekombinasie in 'n (para) vereis het nie. seksuele siklus.

7.2 'n Gevorderde patotiperingstelsel

Differensiële stelle is onontbeerlik vir die identifikasie van die R gene wat die genotipes in 'n gedefinieerde patogeenpopulasie herken. Nuwe genotiperingsmetodes bied uitstekende oplossing van patogeen-populasiestrukture, en ook nuwe genotiperingsmetodes en stamboominligting van aartappelvariëteite laat die identifikasie van spesifieke haplotipes toe wat dra R gene. Om die implementering van kultivarweerstand in patotipe-identifikasie en siektebestuur te fasiliteer, is dit belangrik om 'n meer deursigtige verband te vestig tussen die aartappelvariëteite wat in die differensiële stel gebruik word en die kommersieel gebruikte aartappelvariëteite. 'n Katalogus van S. endobioticum R gene in die aartappelteelpoel, insluitend die EPPO differensiële stel is onlangs beskryf (Prodhomme et al., 2020a) Die S. endobioticum R geeninhoud vir 141 kommersiële aartappelvariëteite is beoordeel, en daar is getoon dat die R gene Sonde 2, Sonde 4, en Sonde 5 word nie verteenwoordig in die EPPO differensiële stel. Verder, Sonde 1 en Sonde 3 is teenwoordig in verskeie kombinasies met ander onbekende R gene (Prodhomme et al., 2020aOm die voorspellende waarde van die differensiële stel vir weerstandbiedende kultivarseleksie en patotipe-identifikasie te verbeter, moet nuwe aartappelvariëteite gekies word vir die EPPO differensiële versameling wat gedefinieerde enkele kombinasies van bevat R gene en bestaan ​​uit die volledige stel bekende en ontplooide Sen R gene. ’n Soortgelyke geoptimaliseerde differensiaalstel vir laatroesweerstand is geproduseer deur gebruik te maak van ’n kombinasie van molekulêre merkers en effektorresponse (Zhu et al., 2015). 'n Groot beperking vir die maak van betroubare differensiële stelle in aartappel is dat die R Gene sal in verskillende genetiese agtergronde teenwoordig wees wanneer dit deur klassieke tetraploïede teling geproduseer word. In sulke uiteenlopende genetiese agtergronde kan daar verskillende gene teenwoordig wees wat die spektrum van weerstand positief beïnvloed, insluitend klein QRL'e wat kleiner AVR proteïene in die patogeenpopulasie. Omgekeerd kan ander gene die aktiwiteit van die R geen. Ideaal gesproke word 'n differensiële stel gegenereer in 'n isogeniese agtergrond. Dit kan bereik word met behulp van transformasie van gekloonde R gene in een variëteit (Zhu et al., 2015), of dit kan bereik word deur ingeteelde lyne (Su et al., 2020). Soos nie een van die Sen R gene word tans gekloon en ingeteelde lyne is moeilik om te genereer, dit sal waarskynlik 'n konsep bly vir die komende dekade. Daarbenewens is dit belangrik om 'n stel van te vestig S. endobioticum verwysingsmateriaal wat die genetiese diversiteit verteenwoordig wat by verskillende geografiese liggings teenwoordig is en verder gekenmerk word op grond van die mitochondriale haplotipe, SSR-profiel, molekulêre karakterisering en avirulensieprofiel.

7.3 Molekulêre klassifikasie as spoor-en-spoor-instrument

Soos die EPPO 'n Differensiële stel aartappelvariëteite is ontwerp om isolate van groot landboukundige belang te onderskei, terwyl ander patogeendiversiteit onopgespoor bly (van de Vossenberg et al., 2018). Dit het selfs meer prominent geword toe 'n studie van die Europese bevolking daardie veelvoud getoon het S. endobioticum inleidingsgebeure het plaasgevind, weerspieël deur hul afsonderlike mitochondriale genoomvolgorde. Patotipes 2(G1) en 6(O1) kom veral in duidelik afsonderlike genetiese agtergronde voor. Aangesien patotipe profiele fenotipes is wat deur veelvuldige afsonderlike genotipes gedeel kan word, verteenwoordig hulle 'n inherent onakkurate klassifikasiestelsel (van de Vossenberg et al., 2018). Boonop blyk die molekulêre groepering van isolate meer konsekwent te wees omdat 'n soortgelyke groepering waargeneem is met mitochondriale rye, kernsekretoomvolgordes en mikrosatelliet lokusse (Busse et al., 2017; Gagnon et al., 2016; van de Vossenberg et al., 2019a). Daarom moet 'n patotipe klassifikasiestelsel op meer data as net die fenotipes op die klein differensiële stel aartappelvariëteite gebaseer wees. Net so is gevind dat isolate van 'n spesifieke plek verskeie genotipes bevat. Daar word voorsien dat genomiese studies in kombinasie met tradisionele patotipering deur gebruik te maak van 'n bygewerkte differensiële stel aartappelvariëteite 'n patotiperingstelsel sal verskaf wat van hoër waarde vir landboupraktyke is. Alhoewel so 'n funksionele patotiperingstelsel steeds tegniese beperkings vereis om te oorkom, is goeie vordering in die afgelope jare gemaak. Byvoorbeeld, die genomiese karakterisering van isolate is steeds uitdagend gegewe die probleme om materiaal te verkry wat suiwer genoeg is vir heelgenoomvolgordebepaling en molekulêre patotipering. Die aantal bekende swameffektore wat by die aartappel R-gene pas, is ook steeds beperk. Tans is dit slegs moontlik vir AvrSen1, dit wil sê die swam effektor patotipe wat herken word deur Sonde 1 plante wat lei tot patotipe 1(D1) weerstand (van de Vossenberg et al., 2019a). Dit kan uitgebrei word wanneer bykomende effektore of ander funksionele determinante beskikbaar word. 'n Verbeterde pangenomiese benadering waarin die genoom in bewaarde en bykomstige dele ontleed word, kan ook bydra tot nuwe patotiperingsinstrumente. Die kern kan vir spoor-en-spoor-studies ontgin word, terwyl die bykomstige deel vir funksionele diversiteit bestudeer kan word. Alhoewel dit nog in sy kinderskoene is, kan die groeiende aantal genome wat tans gegenereer word 'n venster van geleentheid bied vir sulke pangenoom-ontledings.

8 SLOTOPMERKINGS

S. endobioticum, die oorsaaklike middel van aartappelvratsiekte, is 'n belangrike patogeen met 'n wêreldwye kwarantynstatus wat op die USDA en HHS Select Agent lys ingesluit is. Die patogeen bly weer opduik as 'n bedreiging vir aartappelproduksie, soos blyk uit die kennisgewing van uitbrekings die afgelope paar jaar in verskillende streke in die wêreld. Die verpligte biotrofiese leefstyl, die duidelike taksonomiese posisie en die kwarantynstatus self bemoeilik navorsing. Nietemin is die patogeen en die siekte vir meer as 'n eeu bestudeer, en in die afgelope dekade is aansienlike vordering gemaak in ons begrip van S. endobioticum en die interaksie met sy gasheer aartappel. Die toepassing van genomika het aansienlik bygedra tot hierdie vooruitgang en het die assessering van die S. endobioticum geeninhoud en sy filogenetiese posisie en die identifikasie van die eerste moontlik gemaak. AVR geen. Verder het dit geleenthede geopen om die patogeen-uitbrake op te spoor en op te spoor met behulp van molekulêre toetse of volgorde-analise. Dit het nuwe insigte in die diversiteit en die patologie van S. endobioticum. Tog bly baie aspekte van die patogeen onbekend, insluitend dele van die lewensiklus en die patogeen-gasheer interaksies. Veral die koppeling van genoominligting met genetika kan meer inligting verskaf oor die teenwoordigheid van 'n (para)seksuele siklus in S. endobioticum en gevolglik op die potensiaal van rekombinasie en seleksie en op die diversiteit binne isolate. Aan die gasheerkant het die molekulêre karakterisering van weerstand in aartappels die identifisering van genomiese streke waarin weerstandslokusse woon, moontlik gemaak. Verdere karakterisering van weerstandslokusse, insluitend die kloning van die eerste Sen R geen, sou 'n belangrike mylpaal wees om die interaksie op 'n molekulêre vlak te bestudeer. Menslike aktiwiteite, insluitend vervoer van toerusting en grond en handel in produkte en plantafval, oorstromings en winderosie is belangrike maniere waardeur die patogeen kan versprei. Met verhoogde globale voedselbehoeftes, die behoefte aan sirkelvormige landbou en klimaatsveranderinge, sal hierdie gebeure waarskynlik toeneem. Nuwe hulpmiddels en geoptimaliseerde siektebestuur gebaseer op monitering en die gebruik van weerstandbiedende aartappelvariëteite is nodig om aartappelvratsiekte in toekomstige dekades te beheer.

ERKENNINGS

Die skrywers bedank graag NPPO-NL-personeellede Johan Meffert vir die verskaffing van beelde van S. endobioticum rustende spore en Sietse van der Linde vir die hersiening van hierdie manuskrip voor indiening.

'N Bron: https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com