S.N. Elansky, L.Yu. Kokaeva, N.V. Statsyuk, Yu.T. Dyakov
Pengenalan
Oomycete Phytophthora infestans (Mont.) De Bary, agen penyebab penyakit kembung, penyakit kentang dan tomato yang paling penting secara ekonomi, telah menarik perhatian para penyelidik dari pelbagai negara selama lebih dari satu setengah abad. Tiba-tiba muncul di Eropah pada pertengahan abad ke-XNUMX, ia menyebabkan wabak kentang yang masih dalam ingatan banyak generasi.
Sehingga sekarang, ia sering disebut "cendawan kelaparan Ireland". Hampir seratus tahun selepas wabak pertama, spesies kentang liar Mexico yang tahan terhadap penyakit akhir ditemui, kaedah menyebarkannya dengan kentang yang ditanam dikembangkan (Muller, 1935), dan varieti tahan hama akhir yang pertama diperoleh (Pushkarev, 1937). Namun, segera setelah permulaan penanaman komersial mereka, perlumbaan patogen akhir penyakit yang menular ke varietas tahan terkumpul. dan pengenalan gen ketahanan baru dari kentang Mexico liar menjadi varieti mula kehilangan keberkesanannya dengan cepat.
Kegagalan dengan penggunaan rintangan monogenik (menegak) memaksa penternak untuk mencari cara yang lebih kompleks untuk memanfaatkan ketahanan poligenik (mendatar) yang tidak spesifik. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, perlumbaan yang sangat agresif telah mulai terkumpul pada populasi individu parasit, menyebabkan hakisan bahkan ketahanan yang tidak spesifik. Kemunculan strain yang tahan racun kulat telah menyebabkan masalah dalam penggunaan bahan kimia pelindung kentang.
Oleh kerana perbezaan yang signifikan antara oomycetes dan fungi dalam komposisi kimia, ultrastruktur dan metabolisme, racun kulat, terutama yang sistemik, yang digunakan untuk melindungi tanaman dari banyak penyakit kulat, tidak berkesan terhadap oomycetes.
Oleh itu, dalam perlindungan kimia terhadap larut malam, penyemburan berganda (hingga 12 kali setiap musim atau lebih) dengan persiapan kontak dengan spektrum tindakan yang luas digunakan. Langkah revolusioner adalah penggunaan phenylamides, yang beracun untuk oomycetes dan tersebar secara sistematik pada tanaman. Namun, penggunaannya yang meluas dengan cepat menyebabkan pengumpulan strain tahan pada populasi kulat (Davidse et al., 1981), yang secara signifikan merumitkan perlindungan tanaman. P. infestans secara praktik satu-satunya parasit di zona sederhana, bahaya yang tidak dapat dinetralkan dalam pertanian organik tanpa menggunakan kaedah perlindungan kimia (Van Bruggen, 1995).
Perkara di atas menerangkan perhatian besar yang dilakukan oleh penyelidik dari pelbagai negara terhadap kajian populasi P. infestans, dinamika kelimpahan dan komposisi genetik mereka, serta mekanisme genetik kebolehubahan.
Kitaran hidup R. INFESTANS
Oomycete Phytophthora infestans mengembangkan miselium antar sel dengan haustoria di dalam daun kentang. Memakan tisu daun, ia menyebabkan pembentukan bintik-bintik gelap, yang berubah menjadi hitam dan membusuk dalam cuaca basah. Dengan kekalahan yang kuat, seluruh daun mati. Selepas tempoh penyusuan, pertumbuhan terbentuk pada miselium - sporangiophores - yang tumbuh keluar melalui stomata. Dalam cuaca basah, mereka membentuk mekar putih di sekitar bintik-bintik di bahagian bawah daun. Di hujung sporangiophores, zoosporangia berbentuk lemon terbentuk, yang terputus dan dibawa oleh semburan hujan (Gamb. 1). Jatuh ke titisan air di permukaan daun kentang, sporangia bercambah dengan 6-8 zoospora, yang, setelah tempoh pergerakan, dibulatkan, ditutup dengan cangkang dan bercambah dengan tabung tunas. Tumbuh menembusi stomata ke dalam tisu daun. Dalam keadaan tertentu, sporangia dapat tumbuh dalam tiub pertumbuhan terus ke tisu daun. Dalam keadaan yang baik, masa dari jangkitan hingga pembentukan sporulasi baru hanya 3-4 hari.
Setelah di tanah dan disaring melalui tanah, sporangia mampu menjangkiti umbi. Umbi yang terjejas teruk membusuk semasa penyimpanan; pada pesakit yang lemah, jangkitan mungkin berlanjutan hingga musim berikutnya. Di samping itu, agen penyebab penyakit kabur lewat dapat bertahan pada musim sejuk dalam bentuk oospora (spora seksual yang berdinding tebal) di tanah pada serpihan tumbuhan dan pada biji tomat. Oospora terbentuk pada organ hidup tumbuhan apabila jenis kawin yang berlainan bertemu dengan kelembapan berlebihan. Pada musim bunga, sporulasi aseksual terbentuk pada umbi yang dijangkiti dan sisa tumbuhan dengan oospora; zoospora memasuki tanah dan menyebabkan jangkitan pada daun tanaman yang lebih rendah. Dalam beberapa kes, miselium dapat tumbuh dari umbi yang dijangkiti di sepanjang bahagian hijau tanaman dan biasanya muncul di bahagian atas batang.
Perbezaan yang ketara antara oomycetes dan kebanyakan kulat terletak pada dominasi diplofase dalam kitaran hidup mereka dengan meiosis gametik dan percambahan zigot (oospora) tanpa pembelahan nuklear reduktif. Ciri ini, ditambah dengan heterotallisme dipolaris yang menggantikan biseksualitas, sepertinya memungkinkan untuk menerapkan pendekatan oomycetes untuk mengkaji populasi eukariota yang lebih tinggi (analisis panmixia dan pembahagian populasi, aliran gen intra- dan interpopulasi, dll.). Walau bagaimanapun, tiga faktor tidak membenarkan sepenuhnya memindahkan pendekatan ini semasa mengkaji populasi P. infestans.
1. Seiring dengan oospora hibrid, oospora subur dan parthenogenetik terbentuk dalam populasi (Fife dan Shaw, 1992; Anikina et al., 1997a; Savenkova, Cherepnikoba-Anirina, 2002; Smirnov, 2003), dan kekerapan pembentukannya mungkin mencukupi untuk mempengaruhi pada keputusan ujian.
2. Proses seksual di P. infestans memberikan sumbangan yang tidak signifikan terhadap dinamika ukuran populasi, kerana kulat berkembang biak terutamanya oleh spora vegetatif, membentuk lebih dari 90% hasil analisis jenis kawin dengan kaedah tradisional pada medium nutrien ... musim yang semakin meningkat adalah beberapa generasi sporulasi aseksual (perkembangan penyakit polisiklik). Oospora memainkan peranan penting dalam pemeliharaan organisma dalam tempoh ketika tidak ada tanaman hijau (pada musim sejuk) dan pada jangkitan utama anak benih. Kemudian, pada musim panas, pembiakan klonal dan peningkatan atau, sebaliknya, penurunan jumlah klon individu yang timbul akibat penggabungan seksual berlaku, yang terutama ditentukan oleh pemilihan yang lebih disesuaikan. Oleh itu, nisbah klon individu dalam populasi pada awal dan akhir epiphytotics boleh sama sekali berbeza.
3. Kitaran yang dijelaskan adalah ciri populasi asli P. infestans di tanah air mereka, Amerika Tengah. Di kawasan lain di dunia, proses seksual tidak diketahui lebih dari 100 tahun; miselium vegetatif pada umbi kentang yang dijangkiti adalah tahap musim sejuk. Kitaran hidup benar-benar agamis, dan penyebarannya adalah fokus utama: jangkitan dari umbi tunggal yang dijangkiti ditularkan ke daun, membentuk fokus utama penyakit ini, yang dapat bergabung semasa perkembangan penyakit secara besar-besaran.
Oleh itu, di beberapa kawasan mungkin ada penggantian kitaran seksual dan aseksual, sementara di kawasan lain - hanya kitaran aseksual.
Asal P. INFESTANS
P. infestans muncul di Eropah pada akhir separuh pertama abad ke-1991. Oleh kerana kentang berasal dari Amerika Selatan timur laut, diasumsikan bahawa parasit itu dibawa dari sana ke Eropah semasa ledakan garam di Chile. Namun, kajian yang dilakukan di stesen kentang Rockefeller Center di Lembah Toluca, Mexico memaksa pandangan ini dikaji semula (Niederhauser 1993, XNUMX).
1. Di Lembah Toluca, spesies ubi ubi tempatan (Solanum demissum, S. bulbocastanum, dll.) Mempunyai set gen yang berlainan untuk rintangan menegak yang digabungkan dengan tahap ketahanan nonspesifik yang tinggi, yang menunjukkan evolusi bersama panjang dengan parasit. Spesies Amerika Selatan, termasuk kentang tanaman, kekurangan gen ketahanan.
2. Di Lembah Toluca, terdapat isolat dengan jenis kawin A1 dan A2, akibatnya populasi kawin P. infestans semakin banyak; sementara di tanah air kentang yang ditanam, Amerika Selatan, parasit menyebar secara klon.
3. Di Lembah Toluca, terdapat wabak penyakit tahunan yang teruk akibat penyakit akhir. Oleh itu, di kalangan penyelidik Amerika Utara (Cornell University), pendapat mengenai Mesoamerica (Amerika Tengah) sebagai tempat kelahiran phytophthora kentang ditetapkan (Goodwin et al., 1994).
Penyelidik Amerika Selatan tidak berkongsi pendapat ini. Mereka percaya bahawa kentang yang ditanam dan parasitnya P. infestans mempunyai tanah air yang sama - Andes Amerika Selatan. Mereka menyokong pandangan mereka dengan kajian molekul mengenai analisis polimorfisme DNA genom mitokondria (mtDNA) dan gen nuklear RAS dan β-tubulin (Gomez-Alpizar et al., 2007). Mereka menunjukkan bahawa strain yang dikumpulkan dari berbagai belahan dunia berasal dari tiga garis keturunan yang berbeza, yang (ketiga-tiganya) terdapat di Amerika Selatan. Haplotip Andean adalah keturunan dari dua baris: isolat dari garis keturunan mtDNA tertua dijumpai di Solanaceae yang tumbuh liar dari bahagian Anarrhicomenum di Ecuador, sementara isolat dari baris kedua adalah biasa pada kentang, tomato dan penutup malam liar. Di Toluca, bahkan haplotip yang jarang diturunkan hanya berasal dari satu garis keturunan, dengan kebolehubahan genetik strain Toluca (frekuensi alelik rendah dari beberapa laman web berubah-ubah) menunjukkan kesan pengasas yang kuat kerana arus baru.
Selain itu, spesies baru P. andina dijumpai di Andes, secara morfologi dan genetik serupa dengan P. infestans, yang, menurut penulis, menunjukkan Andes sebagai titik panas spesis dalam genus Phytophthora. Akhirnya, di Eropah dan Amerika Syarikat, populasi P. Infestans merangkumi kedua-dua keturunan Andean, sementara di Toluca hanya satu.
Penerbitan ini mendorong respons dari sekumpulan penyelidik dari berbagai negara, yang melakukan banyak kerja eksperimental untuk menyemak semula kajian yang dilakukan sebelumnya (Goss et al., 2014). Dalam karya ini, pertama, urutan DNA mikrosatelit yang lebih bermaklumat digunakan untuk mengkaji polimorfisme DNA; kedua, untuk analisis pengelompokan, jalan migrasi, perbezaan masa populasi, dll. model yang lebih maju digunakan (F-statistik, pendekatan Bayesian, dll.) dan, ketiga, perbandingan tidak hanya digunakan dengan spesies Andean P. andina, di mana sifat hibrid telah terbentuk (P. infestans x Phytophthora sp.) tetapi juga dengan spesies endemik Mexico P. mirabilis, P. Ipomoeae, dan Phytophthora phaseoli, yang secara dekat genetik P. infestans termasuk dalam clade yang sama (Kroon et al., 2012). Hasil analisis ini, jelas menunjukkan bahawa bahagian akar pokok filogenetik dari semua spesies genus Phytophthora yang diambil ke dalam kajian ini, kecuali untuk hibrid P. andina, tergolong dalam strain Mexico, dan aliran migrasi mempunyai arah Mexico - Andes, dan bukan sebaliknya, dan permulaannya bertepatan dengan Eropah penjajahan Dunia Baru (300-600 tahun yang lalu). Oleh itu, kemunculan spesies P. infestans khusus untuk kekalahan kentang berlaku di pusat genetik sekunder pembentukan tumbuhan solanaceous tuberous, iaitu. di Amerika Tengah.
Genom P. INFESTANS
Pada tahun 2009, pasukan saintis antarabangsa membuat urutan genom P infestans lengkap (Haas et al, 2009), ukurannya 240 MB. Ini beberapa kali lebih banyak daripada spesies P. sojae (95 Mb) yang berkait rapat, yang menyebabkan reput kacang soya, dan P. Ramorum (65 Mb), mempengaruhi spesies pokok berharga seperti oak, beech dan beberapa yang lain. Data yang diperoleh menunjukkan bahawa genom mengandungi sebilangan besar salinan urutan berulang - 74%. Genom mengandungi 17797 gen pengekodan protein, yang kebanyakannya adalah gen yang terlibat dalam proses selular, termasuk replikasi DNA, transkripsi dan terjemahan protein.
Perbandingan genom gen Phytophthora mendedahkan organisasi genom yang tidak biasa, yang terdiri daripada sekumpulan urutan gen terpelihara, di mana ketumpatan gen relatif tinggi dan kandungan urutan berulang relatif rendah, dan wilayah individu dengan urutan gen yang tidak terpelihara, dengan kepadatan gen yang rendah dan kandungan kawasan yang berulang yang tinggi. Blok konservatif menyumbang 70% (12440) dari semua gen pengekodan protein P. infestans. Dalam blok konservatif, gen biasanya jarak dekat dengan jarak intergenik purata 604 bp. Di kawasan di antara blok konservatif, jarak intergenik lebih besar (3700 bp) kerana peningkatan kepadatan unsur berulang. Gen sekresi efektor yang berkembang pesat terletak di kawasan miskin gen.
Analisis urutan genom P. Infestans menunjukkan bahawa kira-kira satu pertiga dari genom tergolong dalam unsur transposable. Genom P. infestans mengandungi keluarga transposon yang jauh lebih berbeza daripada genom lain yang diketahui. Sebilangan besar transposon P. infestans tergolong dalam keluarga Gipsi.
Sebilangan besar keluarga gen tertentu yang terlibat dalam patogenesis telah dikenal pasti dalam genom P. infestans. Sebahagian besar daripadanya menyandikan protein efektor yang mengubah fisiologi tanaman inang dan menyumbang kepada jangkitannya. Mereka tergolong dalam dua kategori luas: efektor apoplastik, yang bertindak di ruang antar sel (apoplas), dan efektor sitoplasma, yang memasuki sel melalui haustoria. Pengaruh apoplastik merangkumi enzim hidrolitik yang dirembeskan seperti protease, lipase dan glikosilase yang memusnahkan sel tumbuhan; penghambat enzim pertahanan tumbuhan inang, dan toksin yang tidak berfungsi seperti protein seperti Nep1 (NPL) dan protein kaya sistein (SCR) seperti Pcf.
Gen P. infestans efektor banyak dan biasanya lebih besar daripada gen bukan patogen. Yang paling terkenal ialah efektor sitoplasma RXLR dan Crinkler (CNR). Kesan sitoplasma khas oomycetes adalah protein RXLR. Semua gen efektor RXLR yang ditemui setakat ini mengandungi kumpulan amino-terminal Arg-XLeu-Arg, di mana X adalah asid amino. Sebagai hasil kajian, disarankan bahawa terdapat 563 gen RXLR dalam genom P. infestans, yang 60% lebih banyak daripada P. sojae dan P. ramorum. Kira-kira separuh daripada gen RXLR dalam genom P. infestans adalah spesies spesifik. Pengaruh RXLR mempunyai pelbagai urutan. Antaranya, satu keluarga besar dan 150 keluarga dikenal pasti. Tidak seperti proteome utama, gen penguat RXLR biasanya terletak di kawasan genom yang lemah dan kaya dengan gen. Elemen bergerak yang menentukan dinamisme kawasan ini mendorong penggabungan semula gen ini.
Pengaruh CRN sitoplasma pada awalnya dikenal pasti dalam transkrip P. infestans yang mengekodkan peptida nekrosis tisu tumbuhan. Sejak penemuan mereka, tidak banyak yang diketahui mengenai keluarga penguat kuasa ini. Analisis genom P. Infestans mendedahkan keluarga besar 196 gen CRN, yang jauh lebih besar daripada P. sojae (100 CRN) dan P. ramorum (19 CRN). Seperti RXLR, CRN adalah protein modular dan terdiri daripada domain LFLAK N-terminal yang sangat terpelihara (50 asid amino) dan domain DWL yang berdekatan yang mengandungi gen yang berbeza. Sebilangan besar CRN (60%) mempunyai peptida isyarat.
Kemungkinan pelbagai CRN mengganggu proses selular loji inang telah dikaji. Semasa menganalisis nekrosis tumbuhan, penyingkiran protein CRN2 memungkinkan untuk mengenal pasti kawasan terminal-C yang terdiri daripada 234 asid amino (kedudukan 173-407, domain DXG) dan menyebabkan kematian sel. Analisis gen P. infestans CRN mendedahkan empat wilayah terminal C yang berbeza, yang juga menyebabkan kematian sel di dalam tumbuhan. Ini termasuk domain DC yang baru dikenalpasti (P. Infestans mempunyai 18 gen dan 49 pseudogenes), serta domain D2 (14 dan 43) dan DBF (2 dan 1) yang serupa dengan protein kinase. Protein domain CRN yang dinyatakan dalam tanaman dipelihara (dengan ketiadaan peptida isyarat) dalam sel tumbuhan dan merangsang kematian sel dengan mekanisme intraselular. 255 urutan lain yang mengandungi domain CRN kemungkinan besar tidak berfungsi sebagai gen.
Peningkatan bilangan dan saiz keluarga gen pengaruh RXLR dan CRN mungkin disebabkan oleh penggabungan semula homolog bukan allelik dan penduaan gen. Walaupun genom mengandungi sebilangan besar elemen bergerak aktif, masih belum ada bukti langsung mengenai pemindahan gen penguat.
Kaedah yang digunakan dalam kajian struktur populasi
Kajian struktur genetik populasi pada masa ini berdasarkan analisis budaya murni strain penyusunnya. Analisis populasi tanpa mengasingkan budaya murni juga dilakukan untuk tujuan tertentu, seperti, misalnya, mengkaji keagresifan populasi atau kehadiran strain yang tahan terhadap racun kulat di dalamnya (Filippov et al., 2004; Derevyagina et al., 1999). Jenis penyelidikan ini melibatkan penggunaan kaedah khas, yang keterangannya berada di luar skop tinjauan ini. Untuk analisis perbandingan strain, sejumlah kaedah digunakan, berdasarkan analisis struktur DNA dan kajian manifestasi fenotipik. Analisis perbandingan populasi harus berurusan dengan sebilangan besar isolat, yang mengenakan syarat tertentu pada kaedah yang digunakan. Sebaik-baiknya, mereka harus memenuhi syarat berikut (Cooke, Lees, 2004, Mueller, Wolfenbarger, 1999):
- murah, mudah dilaksanakan, tidak memerlukan perbelanjaan masa yang besar, berdasarkan teknologi yang tersedia secara umum (misalnya, PCR);
- mesti menghasilkan sebilangan besar ciri penanda kodominen bebas;
- mempunyai kebolehulangan yang tinggi;
- gunakan jumlah tisu minimum untuk diperiksa;
- khusus untuk substrat (pencemaran yang terdapat dalam budaya tidak boleh mempengaruhi hasilnya);
- tidak memerlukan penggunaan prosedur berbahaya dan bahan kimia yang sangat toksik.
Malangnya, tidak ada kaedah yang sesuai dengan semua parameter di atas. Untuk kajian perbandingan strain pada zaman kita, kaedah digunakan berdasarkan analisis sifat fenotipik: virulensi terhadap varieti kentang dan tomato (perlumbaan kentang dan tomato), jenis kawin, spektrum isoenzim peptidase dan isomerase glukosa-6-fosfat, dan pada analisis struktur DNA: polimorfisme panjang sekatan sekatan (RFLP), yang biasanya dilengkapi dengan probe hibridisasi RG 57, analisis pengulangan mikrosatelit (SSR dan InterSSR), penguatan dengan primer rawak (RAPD), penguatan serpihan sekatan (AFLP), penguatan dengan primer yang homolog dengan urutan elemen mudah alih (misalnya, Inter SINE PCR), penentuan haplotip DNA mitokondria.
Penerangan ringkas mengenai kaedah kajian perbandingan strain yang digunakan dalam kerja dengan P. Infestans
Ciri penanda fenotipik
Perlumbaan "kentang"
Balapan "Kentang" adalah penanda yang biasa diteliti dan digunakan. Perlumbaan "kentang sederhana" mempunyai satu gen untuk virulensi kentang, yang "kompleks" - sekurang-kurangnya dua. Black et al. (1953), merangkum semua data yang ada pada mereka, mendapati bahawa ras phytophthora mampu menjangkiti tumbuhan dengan gen / gen ketahanan yang sesuai dengan gen / gen virulensi P. infestans, dan mendapati ras 1, 2, 3, dan 4 yang menjangkiti tumbuhan dengan gen R1, R2, R3 dan R4, masing-masing, iaitu interaksi antara parasit dan inang berlaku mengikut prinsip gen untuk gen. Selanjutnya, Black, dengan penyertaan Gallegly dan Malcolmson, menemui gen ketahanan R5, R6, R7, R8, R9, R10 dan R11, serta perlumbaan yang sesuai (Black, 1954; Black & Gallegly, 1957; Malcolmson & Black, 1966; Malcolmson, 1970).
Terdapat sejumlah besar data mengenai komposisi patogen antara kaum dari berbagai daerah. Tanpa menganalisis data ini secara terperinci, kami hanya akan menunjukkan arah aliran umum: di mana varietas dengan gen ketahanan baru atau kombinasi mereka digunakan, pada mulanya terdapat beberapa kelemahan akhir penyakit, tetapi kemudian perlumbaan dengan gen virulensi yang sesuai muncul dan dipilih dan wabak penyakit akhir muncul kembali. Virulensi spesifik terhadap 4 gen rintangan pertama (R1-R4) jarang diperhatikan dalam koleksi yang dikumpulkan sebelum pengenalan kepada penanaman varietas dengan gen ini, tetapi jumlah strain virulen meningkat tajam ketika patogen diparitisasi pada varietas yang membawa gen ini. Gen 5-11, sebaliknya, agak biasa dalam koleksi (Shaw, 1991).
Kajian mengenai nisbah ras yang berlainan selama musim tumbuh, yang dilakukan pada akhir 1980-an, menunjukkan bahawa pada awal perkembangan penyakit ini, klon dengan agresivitas rendah dan 1-2 gen virulensi mendominasi penduduk.
Selanjutnya, dengan berkembangnya larutan akhir, kepekatan klon asli menurun dan bilangan perlumbaan "kompleks" dengan daya agresif yang tinggi meningkat. Kejadian yang terakhir pada akhir musim ini mencapai 100%. Semasa menyimpan ubi, terdapat penurunan keagresifan dan kehilangan gen virulensi individu. Dinamika penggantian klon boleh berlaku dalam pelbagai jenis dengan cara yang berbeza (Rybakova & Dyakov, 1990). Walau bagaimanapun, kajian kami pada tahun 2000-2010 menunjukkan bahawa perlumbaan kompleks dijumpai sejak awal epifitotik di antara strain yang diasingkan dari kentang dan tomato. Ini mungkin disebabkan oleh perubahan populasi P. Infestans di Rusia.
Menjelang tahun 1988-1995, kejadian "superraces" dengan semua atau hampir semua gen virulensi di kawasan yang berbeza mencapai 70-100%. Keadaan seperti itu diperhatikan, misalnya, di Belarus, di wilayah Leningrad, Moscow, di Ossetia Utara dan di Jerman (Ivanyuk et al., 2002a, 2002b; Politiko, 1994; Schober-Butin et al., 1995).
Perlumbaan "Tomato"
Dalam kultivar tomato, hanya 2 gen ketahanan terhadap penyakit akhir yang ditemui - Ph1 (Gallegly & Marvell, 1955) dan Ph2 (Al-Kherb, 1988). Seperti halnya perlumbaan kentang, interaksi antara tomato dan P. infestans berlaku berdasarkan gen demi gen. Perlumbaan T0 menjangkiti varieti yang tidak mempunyai gen ketahanan (kebanyakan jenis yang digunakan secara industri), perlumbaan T1 menjangkiti varieti dengan gen Ph1 (Ottawa), dan perlumbaan T2 menjangkiti varieti dengan gen Ph2.
Di Rusia, hampir secara eksklusif T0 terdapat pada kentang; T0 didominasi pada tomato pada awal musim, tetapi kemudian ia digantikan oleh perlumbaan T1 (Dyakov et al., 1975, 1994). Selepas tahun 2000, T1 pada kentang di banyak populasi mula berlaku pada awal masa epiphytotic. Di Amerika Syarikat, strain kentang tidak patogen kepada tomato, begitu juga dengan ras T0, T1, dan T2, sementara T1 dan T2 berlaku pada tomato (Vartanian & Endo, 1985; Goodwin et al., 1995).
Jenis kawin
Untuk menjalankan kajian, strain penguji (rujukan) dengan jenis kawin yang diketahui - A1 dan A2 - diperlukan. Isolat ujian diinokulasi dengan mereka secara berpasangan dalam piring Petri dengan medium agar oat. Selepas pengeraman selama 10 hari, plat diperiksa untuk kehadiran atau ketiadaan oospora dalam medium di zon kontak strain. Terdapat 4 pilihan: ketegangan tergolong dalam jenis kawin A1, jika ia membentuk oospora dengan penguji A2, ke A2, jika ia membentuk oospora dengan penguji A1, ke A1A2, jika ia membentuk oospora dengan kedua penguji, atau steril (00), jika tidak membentuk oospora tanpa penguji (dua kumpulan terakhir jarang berlaku).
Untuk lebih cepat menentukan jenis kawin, usaha dilakukan untuk mengenal pasti kawasan genom yang terkait dengan jenis kawin, dengan tujuan menggunakannya lebih lanjut untuk menentukan jenis kawin dengan PCR. Salah satu eksperimen pertama yang berjaya untuk mengenal pasti laman web seperti ini dilakukan oleh penyelidik Amerika (Judelson et al., 1995). Dengan menggunakan kaedah RAPD, mereka dapat mengenal pasti wilayah W16 yang berkaitan dengan jenis kawin pada keturunan dari dua isolat melintang, dan merancang sepasang primer 24-bp untuk penguatannya (W16-1 (5'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-3 ') dan W16-2 (5') -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-3 ') Setelah pembatasan produk PCR dengan enzim sekatan HaeIII, adalah mungkin untuk memisahkan isolat dengan jenis pasangan A1 dan A2.
Percubaan lain untuk mendapatkan penanda PCR untuk menentukan jenis kawin dilakukan oleh penyelidik Korea (Kim, Lee, 2002). Mereka mengenal pasti produk tertentu menggunakan kaedah AFLP. Hasilnya, sepasang primer PHYB-1 (maju) (5'-GATCGGATTAGTCAGACGAG-3 ') dan PHYB-2 (5'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-3') dikembangkan, yang memungkinkan penguatan selektif kawasan genom yang berkaitan dengan kawin A2. Selepas itu, mereka meneruskan kerja ini dan merancang primer 5 'AAGCTATACTGGGACAGGGT-3' (INF-1, maju) dan 5'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-3 '(INF-2), yang memungkinkan penguatan selektif kawasan Mat-A1 ciri strain dengan jenis kawin A1. Penggunaan diagnostik PCR jenis kawin menunjukkan hasil yang baik ketika mempelajari populasi P. infestans di Republik Czech (Mazakova et al., 2006), Tunisia (Jmour, Hamada, 2006), dan wilayah lain. Di makmal kami (Mytsa, Elansky, tidak diterbitkan), 34 P. infestans strain yang diasingkan dari organ kentang dan tomato yang berpenyakit di wilayah yang berlainan di Rusia (Kostroma, Ryazan, Astrakhan, wilayah Moscow) dianalisis. Hasil analisis PCR menggunakan primer khusus lebih dari 90% bertepatan dengan hasil analisis jenis kawin dengan kaedah tradisional pada medium nutrien.
Jadual 1. Pemboleh ubah rintangan dalam klon Sib 1 (Elansky et al., 2001)
Lokasi pengumpulan sampel | Bilangan isolat dianalisis | Bilangan regangan sensitif (S), lemah (SR) dan tahan (R), pcs (%) | ||
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 |
Bandar Yekaterinburg | 15 | 8 (53) | 1 (7) | 6 (40) |
O. Sakhalin | 66 | 0 | 0 | 66 (100) |
Wilayah Omsk | 18 | 0 | 0 | 18 (100) |
Rintangan metalaxyl sebagai penanda populasi
Pada awal tahun 1980-an, wabak penyakit hama yang disebabkan oleh strain P. infestans yang tahan metalaxyl diperhatikan di pelbagai wilayah. Ladang kentang di banyak negara mengalami kerugian yang besar (Dowley & O'Sullivan, 1981; Davidse et al., 1983; Derevyagina, 1991). Sejak itu, di banyak negara di dunia, pemantauan berterusan terhadap terjadinya strain tahan phenylamide pada populasi P. infestans telah dilakukan. Sebagai tambahan kepada penilaian praktikal mengenai prospek penggunaan ubat-ubatan yang mengandung phenylamide, membangun sistem langkah-langkah perlindungan dan meramalkan epifitotis, penentangan terhadap ubat-ubatan ini telah menjadi salah satu ciri penanda yang banyak digunakan untuk analisis perbandingan populasi patogen ini. Walau bagaimanapun, penggunaan ketahanan terhadap metalaxyl dalam kajian populasi perbandingan harus dilakukan dengan mengambil kira fakta bahawa: 1 - asas ketahanan genetik belum ditentukan dengan tepat, 2 - daya tahan terhadap metalaxyl adalah sifat bergantung selektif yang dapat berubah bergantung pada penggunaan phenylamides, 3 - berbeza tahap kepekaan terhadap strain metalaxyl dalam satu garis klonal (jadual. 1).
Spektrum isozim
Penanda isozim biasanya bebas dari keadaan luaran, menunjukkan warisan Mendel dan bersifat kodominant, yang memungkinkan untuk membezakan antara homo dan heterozigot. Penggunaan protein sebagai penanda gen memungkinkan untuk mengenal pasti penyusunan semula besar bahan genetik, termasuk mutasi kromosom dan genom, dan penggantian asid amino tunggal.
Kajian elektroforetik protein telah menunjukkan bahawa kebanyakan enzim wujud dalam organisma dalam bentuk beberapa pecahan yang berbeza dalam mobiliti elektroforetik. Pecahan-pecahan ini adalah hasil pengekodan pelbagai bentuk enzim oleh lokus yang berlainan (isozim atau isozim) atau oleh alel yang berlainan dari lokus yang sama (allozymes atau alloenzymes). Maksudnya, isozim adalah satu bentuk enzim yang berbeza. Bentuk yang berbeza mempunyai aktiviti pemangkin yang sama, tetapi berbeza sedikit dalam penggantian asid amino tunggal pada peptida dan muatannya. Perbezaan tersebut dinyatakan semasa elektroforesis.
Semasa mengkaji strain P. infestans, spektrum isoenzim dua protein, peptidase dan glukosa-6-fosfat isomerase, digunakan (enzim ini monomorfik dalam populasi Rusia, oleh itu, kaedah kajiannya tidak ditunjukkan dalam karya ini). Untuk memisahkannya menjadi isozim dalam medan elektrik, sediaan protein yang diasingkan dari organisma yang dikaji digunakan pada plat gel yang diletakkan di medan elektrik. Kadar penyebaran protein individu dalam gel bergantung pada cas dan berat molekul; oleh itu, dalam medan elektrik, campuran protein dipisahkan menjadi pecahan individu, yang dapat dilihat menggunakan pewarna khas.
Kajian isoenzim peptidase dilakukan pada gel selulosa-asetat, kanji atau poliakrilamida. Kaedah yang paling senang adalah kaedah berdasarkan penggunaan gel selulosa asetat yang dikeluarkan oleh Helena Laboratories Inc. Ia tidak memerlukan sejumlah besar bahan ujian, ia membolehkan seseorang memperoleh jalur kontras pada gel setelah elektroforesis untuk kedua-dua lokus enzim, pelaksanaannya tidak memerlukan banyak masa dan kos bahan (Gambar 2).
Sekeping kecil miselium dipindahkan ke dalam mikrotube 1,5 ml, 1-2 tetes air suling ditambahkan ke dalamnya. Selepas itu, sampel diselaraskan (misalnya, dengan gerudi elektrik dengan alat plastik yang sesuai untuk mikrotube) dan didapan selama 25 saat pada sentrifuge pada 13000 rpm. 8 μl dari setiap microtube. supernatan dipindahkan ke plat aplikator.
Gel selulosa asetat dikeluarkan dari bekas penyangga, dicantumkan di antara dua helai kertas turas dan diletakkan dengan lapisan kerja di dasar plastik aplikator. Penyelesaian dari piring dipindahkan oleh aplikator ke gel 2-4 kali. Gel dipindahkan ke ruang elektroforesis,
Jadual 2. Komposisi larutan yang digunakan untuk pewarnaan gel selulosa asetat dalam analisis isoenzim peptidase, setetes cat (biru bromofenol) diletakkan di tepi gel.
TRIS HCl, 0,05M, Ph 8,0 2 ml
Peroksidase, 1000 U / ml 5 tetes
o-dianisidine, 4 mg / ml 8 tetes
MgCl2, 20 mg / ml 2 tetes
Gly-Leu, 15 mg / ml 10 tetes
L-amino-asid oksidase, 20 u / ml 2 tetes
Elektroforesis dijalankan selama 20 minit. pada suhu 200 V. Selepas elektroforesis, gel dipindahkan ke meja lukisan dan diwarnai dengan larutan lukisan khas (Jadual 2). 10 ml agar DIFCO 1,6% dicairkan dalam ketuhar gelombang mikro, disejukkan hingga 60 ° C, selepas itu 2 ml agar dicampurkan dengan campuran cat dan dituangkan ke gel. Jalur muncul dalam 15-20 minit. Reagen L-amino-asid oksidase ditambahkan sebelum mencampurkan larutan dengan agar-agar cair.
Dalam populasi Rusia, lokus Pep 1 diwakili oleh genotip 100/100 dan 92/100. Homozigot 92/92 sangat jarang berlaku (kira-kira 0,1%). Locus Rehr 2 diwakili oleh tiga genotip 100/100, 100/112, dan 112/112, dan ketiga-tiga varian agak umum (Elanky dan Smirnov, 3, Gambar 2003).
Penyelidikan genom
Polimorfisme panjang pecahan sekatan dengan hibridisasi seterusnya (RFLP-RG 57)
Keseluruhan DNA dirawat dengan enzim sekatan Eco R1, serpihan DNA dipisahkan dengan elektroforesis dalam gel agarosa. DNA nuklear sangat besar dan mempunyai banyak urutan berulang, yang menjadikannya sukar untuk menganalisis secara langsung banyak fragmen yang diperolehi oleh tindakan enzim sekatan. Oleh itu, serpihan DNA yang dipisahkan dalam gel dipindahkan ke membran khas dan digunakan untuk hibridisasi dengan probe RG 57, yang merangkumi nukleotida berlabel label radioaktif atau pendarfluor. Probe ini dihibridisasi dengan urutan genomik berulang (Goodwin et al., 1992, Forbes et al., 1998). Setelah visualisasi hasil hibridisasi pada bahan cahaya atau radioaktif, profil hibridisasi multi-lokus (cap jari) diperoleh, diwakili oleh 25-29 fragmen (Forbes et al., 1998). Keturunan aseksual (klonal) akan mempunyai profil yang sama. Dengan susunan pita pada elektroforetogram, persamaan dan perbezaan organisma yang dibandingkan dinilai.
Haplotip DNA mitokondria
Di kebanyakan sel eukariotik, mtDNA ditunjukkan dalam bentuk molekul DNA pekeliling dua helai, yang, tidak seperti kromosom nuklear sel eukariotik, meniru separa konservatif dan tidak dikaitkan dengan molekul protein.
Genom mitokondria P. infestans diurutkan, dan sejumlah karya dikhaskan untuk analisis panjang fragmen sekatan (Carter et al, 1990, Goodwin, 1991, Gavino, Fry, 2002). Setelah Griffith dan Shaw (1998) mengembangkan kaedah yang mudah dan cepat untuk menentukan htlotip mtDNA, penanda ini menjadi salah satu yang paling popular dalam kajian P. Infestans. Intipati kaedah ini terdiri dalam penguatan berurutan dua serpihan DNA mitokondria (dari genom biasa) dengan primer F2-R2 dan F4-R4 (Jadual 3) dan sekatan selanjutnya dengan enzim sekatan MspI (fragmen pertama) dan EcoR1 (fragmen ke-1). Kaedah ini membolehkan anda mengenal pasti 2 haplotaip: Ia, IIa, Ib, IIb. Jenis II berbeza dengan jenis I dengan adanya sisipan berukuran 4 bp dan oleh lokasi tempat larangan yang berbeza di wilayah P1881 dan P2 (Gbr. 4).
Sejak tahun 1996, antara strain yang dikumpulkan di wilayah Rusia, hanya haplotip Ia dan IIa yang dicatat (Elansky et al., 2001, 2015). Mereka dapat dikenal pasti setelah pemisahan produk larangan dengan primer F2-R2 di medan elektrik (Gamb. 4, 5). Jenis mtDNA digunakan dalam analisis perbandingan strain dan populasi. Dalam sejumlah karya, jenis DNA mitokondria digunakan untuk mengasingkan garis klonal dan mengasingkan isolat P. infestans (Botez et al., 2007; Shein et al., 2009). Dengan menggunakan kaedah PCR-RFLP, dapat disimpulkan bahawa mtDNA heterogen pada strain P. infestans yang sama (Elansky dan Milyutina, 2007). Syarat pengukuhan: 1x (500 saat. 94 ° C), 40x (30 saat. 90 ° C, 30 saat. 52 ° C, 90 saat. 72 ° C); 1x (5 min. 72 ° C). Campuran tindak balas: (20 μl): 0,2 U Taq polimerase DNA, 1x 2,5 mM MgCl2-Taq buffer, 0,2 mM setiap dNTP, 30 pM primer dan 5 ng DNA yang dianalisis, air deionisasi - hingga 20 μl.
Sekatan produk PCR dilakukan selama 4-6 jam pada suhu 37 ° C. Campuran sekatan (20 μl): 10x MspI (2 μl), 10x penyekat had (2 μl), air deionisasi (6 μl), produk PCR (10 μl).
Jadual 3. Primer yang digunakan untuk penguatan kawasan polimorfik mtDNA
Lokus | Primer | Panjang dan penempatan primer | Panjang produk PCR | Hadkan |
---|---|---|---|---|
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 |
Penguatan primer rawak (RAPD)
Semasa menjalankan RAPD, satu primer digunakan (kadang-kadang beberapa primer secara serentak) dengan urutan nukleotida sewenang-wenang, biasanya panjang 10 nukleotida, dengan kandungan nukleotida GC yang tinggi (dari 50%) dan suhu penyepuhlindapan yang rendah (kira-kira 35 ° C). Primer semacam itu "mendarat" di banyak laman web pelengkap dalam genom. Selepas penguatan, sebilangan besar amplikon diperoleh. Bilangan mereka bergantung pada primer yang digunakan dan keadaan tindak balas (kepekatan MgCl2 dan suhu penyepuhlindapan).
Visualisasi amplikon dilakukan dengan penyulingan dalam gel poliakrilamida atau agarosa. Semasa melakukan analisis RAPD, perlu memantau dengan teliti kemurnian bahan yang dianalisis, kerana pencemaran dengan benda hidup yang lain boleh menyebabkan peningkatan jumlah artifak yang ketara, yang banyak walaupun dalam analisis bahan tulen (Perez et al, 1998). Penggunaan kaedah ini dalam kajian genom P. infestans tercermin dalam banyak karya (Judelson, Roberts, 1999, Ghimire et al., 2002, Carlisle et al., 2001). Pemilihan keadaan reaksi dan primer (51 primer 10-nukleotida dipelajari) diberikan dalam artikel oleh Abu-El Samen et al., (2003).
Analisis Ulangan Mikrosatelit (SSR)
Ulangan mikrosatelit (pengulangan urutan sederhana, SSR) adalah urutan pendek berulang berulang 1-3 (kadang-kadang hingga 6) nukleotida yang terdapat dalam genom nuklear semua eukariota. Bilangan pengulangan berturut-turut boleh berbeza antara 10 hingga 100. Lokasi mikro satelit berlaku dengan frekuensi yang agak tinggi dan lebih kurang sama rata diedarkan ke seluruh genom (Lagercrantz et al., 1993). Polimorfisme urutan mikrosatelit dikaitkan dengan perbezaan bilangan ulangan motif asas. Penanda mikrosatelit adalah codominant, yang memungkinkan untuk menggunakannya untuk menganalisis struktur populasi, menentukan kekeluargaan, jalur migrasi genotip, dll. Di antara kelebihan lain dari penanda ini, seseorang harus memperhatikan polimorfisme tinggi mereka, kebolehulangan yang baik, berkecuali, dan kemampuan untuk melakukan analisis dan penilaian automatik. Analisis polimorfisme pengulangan mikrosatelit dilakukan dengan penguatan PCR menggunakan primer yang melengkapi urutan unik yang terletak di lokasi mikrosatelit. Pada mulanya, analisis dilakukan dengan pemisahan produk tindak balas pada gel poliakrilamida. Kemudian, pekerja Biosystem Gunaan mencadangkan untuk menggunakan primer berlabel pendarfluor dengan pengesanan produk tindak balas menggunakan pengesan laser automatik (Diehl et al., 1990), dan kemudian urutan DNA automatik standard (Ziegle et al., 1992). Pelabelan primer dengan pelbagai pewarna pendarfluor membolehkan anda menganalisis beberapa penanda sekaligus pada satu lorong dan, dengan itu, meningkatkan produktiviti kaedah dan meningkatkan ketepatan analisis.
Penerbitan pertama yang dikhaskan untuk penggunaan analisis SSR untuk kajian P. infestans muncul pada awal tahun 2000-an. (Knapova, Gisi, 2002). Tidak semua penanda yang dicadangkan oleh penulis menunjukkan tahap polimorfisme yang mencukupi, namun dua daripadanya (4B dan G11) dimasukkan dalam kumpulan 12 penanda SSR yang dicadangkan oleh Lees et al. (2006) dan kemudian diadopsi dalam rangkaian penyelidikan Eucablight (www.eucablight .org) sebagai standard untuk P. infestans. Beberapa tahun kemudian, satu kajian diterbitkan mengenai penciptaan sistem analisis multiplex DNA P. infestans berdasarkan lapan penanda SSR (Li et al., 2010). Akhirnya, setelah menilai semua penanda yang dicadangkan sebelumnya dan memilih yang paling bermaklumat, serta mengoptimumkan primer, label pendarfluor, dan keadaan penguatan, kumpulan penulis yang sama mengemukakan sistem analisis multipleks satu langkah, termasuk 12 penanda (Jadual 4; Li et al. , 2013a). Primer yang digunakan dalam sistem ini dipilih dan diberi label dengan satu dari empat penanda pendarfluor (FAM, VIC, NED, PET) sehingga julat ukuran alel primer dengan label yang sama tidak bertindih.
Penulis melakukan analisis pada penguat PTC200 (MJ Research, USA) menggunakan kit PCR multiplex QIAGEN atau kit PCR Mikrosatelit Tipe QIAGEN. Isipadu campuran tindak balas ialah 12.5 μL. Keadaan penguat adalah seperti berikut: untuk PCI multiplex QIAGEN: 95 ° C (15 min), 30x (95 ° C (20 s), 58 ° C (90 s), 72 ° C (60 s), 72 ° C (20 min); untuk PCR Mikrosatelit Type-it QIAGEN: 95 ° C (5 min), 28x (95 ° C (30 saat), 58 ° C (90 saat), 72 ° C (20 saat), 60 ° C (30 minit).
Pemisahan dan visualisasi produk PCR dilakukan menggunakan penganalisis DNA kapilari automatik ABI3730 (Applied Biosystems).
Jadual 4. Ciri-ciri 12 penanda SSR standard yang digunakan untuk genotip P. Infestans (Li et al., 2013a)
nama | Bilangan alel | Julat saiz alel (bp) | Primer |
PiG11 | 13 | 130-180 | F: NED-TGCTATTTATCAAGCGTGGG R: GTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Pi02 | 4 | 255-275 | F: NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R: GTTTGACCACTTTCCTCGGTTC |
PinfSSR11 | 4 | 325-360 | F: NED-TTAAGCCACGACATGAGCTG R: GTTTAGACAATTGTTTTGTGGTCGC |
D13 | 16 | 100-185 | FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R: GCTCGAATTCATTTTCAGACTTG |
PinfSSR8 | 4 | 250-275 | F: FAM-AATTCTGATCGCAACTGAGGG R: GTTTACAAGATACACACGTCGCTCC |
PinfSSR4 | 7 | 280-305 | F: FAM-TCTTGTTCGAGTATGCGACG R: GTTTCACTTCGGGAGAAAAGGCTTC |
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-AAAATAAAGCCTTTGGTTCA R: GCAAGCGAGGTTTGTAGATT |
Contoh memvisualisasikan hasil analisis ditunjukkan dalam Rajah. 6. Hasilnya dianalisis menggunakan perisian GeneMapper 3.7 dengan membandingkan data yang diperoleh dengan data isolat yang diketahui. Untuk memudahkan penafsiran hasil analisis, perlu memasukkan 1-2 isolat rujukan dengan genotip yang diketahui dalam setiap kajian.
Kaedah penyelidikan yang dicadangkan diuji pada sejumlah besar sampel lapangan, setelah itu penulis membuat standard protokol antara makmal dua organisasi, The James Hutton Institute (UK) dan Wageningen University & Research (Belanda), yang, bersama dengan kemungkinan menggunakan kad FTA standard untuk dipermudah pengumpulan dan penghantaran sampel DNA P. infestans memungkinkan untuk membincangkan kemungkinan penggunaan komersial dari pembangunan ini. Di samping itu, kaedah genotip P. infestans yang cepat dan tepat mengasingkan menggunakan analisis SSR multiplex memungkinkan untuk melakukan kajian standard populasi patogen ini pada skala global, dan penciptaan pangkalan data dunia mengenai masalah akhir dalam kerangka projek Eucablight (www.eucablight.org), termasuk , termasuk hasil analisis mikrosatelit, memungkinkan untuk mengesan kemunculan dan penyebaran genotip baru di seluruh dunia.
Polimorfisme panjang pecahan sekatan yang diperkuat (AFLP). AFLP (polimorfisme panjang fragmen yang diperkuat) adalah teknologi untuk menghasilkan penanda molekul rawak menggunakan primer tertentu. Dalam AFLP, DNA dirawat dengan gabungan dua enzim sekatan. Penyesuai khusus dihubungkan ke hujung serpihan sekatan yang melekit.
Fragmen-fragmen ini kemudiannya diperkuat menggunakan primer yang melengkapi urutan penyesuai dan laman sekatan, dan juga membawa satu atau lebih pangkalan rawak di hujung 3 'mereka. Kumpulan serpihan yang diperoleh bergantung pada enzim sekatan dan nukleotida terpilih secara rawak pada hujung 3'primer (Vos et al., 1995). AFLP - genotip digunakan untuk mengkaji variasi genetik pelbagai organisma dengan cepat.
Penerangan terperinci mengenai kaedah tersebut diberikan dalam karya Mueller, Wolfenbarger, 1999, Savelkoul et al., 1999. Banyak kerja membandingkan penyelesaian kaedah AFLP dan SSR telah dilakukan oleh penyelidik China. Kaji ciri fenotipik dan genotipik dari 48 isolat P. infestans yang dikumpulkan di lima wilayah di China Utara telah dikaji. Berdasarkan spektrum AFLP, lapan genotip DNA berbeza dikenal pasti, berbeza dengan genotip SSR, yang mana tidak ada kepelbagaian yang dinyatakan (Guo et al., 2008).
Pengukuhan dengan buku asas sesuai dengan urutan elemen mudah alih
Penanda yang berasal dari urutan retrotransposon sangat sesuai untuk pemetaan genetik, kajian mengenai kepelbagaian genetik dan proses evolusi (Schulman, 2006). Sekiranya primer dibuat sebagai pelengkap kepada urutan stabil elemen bergerak tertentu, adalah mungkin untuk memperkuat kawasan genom yang terletak di antara mereka. Dalam kajian mengenai agen penyebab penyakit akhir, kaedah menguatkan kawasan genom menggunakan primer yang melengkapkan urutan inti retroazon SINE (Short Interspersed Nuclear Elements) berjaya digunakan (Lavrova dan Elansky, 2003). Dengan menggunakan kaedah ini, perbezaan diungkapkan walaupun pada keturunan aseksual satu isolat. Dalam hal ini, disimpulkan bahawa kaedah inter - SINE - PCR sangat spesifik dan kadar pergerakan unsur SINE dalam genom Phytophthora adalah tinggi.
Dalam genom P. infestans, 12 keluarga retrotransposon pendek (SINE) telah dikenal pasti; penyebaran spesies retrotransposon pendek disiasat, unsur-unsur (SINE) dikenal pasti yang terdapat dalam genom hanya P. infestans (Lavrova, 2004).
Ciri-ciri penerapan kaedah kajian perbandingan strain dalam kajian populasi
Semasa merancang kajian, seseorang mesti memahami dengan jelas tujuan yang dikejarnya dan menggunakan kaedah yang sesuai. Oleh itu, beberapa kaedah membolehkan menghasilkan sebilangan besar tanda penanda bebas, tetapi pada masa yang sama mereka mempunyai kebolehulangan yang rendah dan sangat bergantung pada reagen yang digunakan, keadaan tindak balas, dan pencemaran bahan yang dikaji. Oleh itu, dalam setiap kajian sekumpulan strain, perlu menggunakan beberapa isolat standard (rujukan), tetapi walaupun dalam kes ini, hasil beberapa eksperimen sangat sukar digabungkan.
Kumpulan kaedah ini merangkumi RAPD, AFLP, InterSSR, InterSINE PCR. Selepas penguatan, sebilangan besar serpihan DNA dengan saiz yang berbeza diperoleh. Dianjurkan untuk menggunakan teknik tersebut apabila perlu untuk menentukan perbezaan antara strain yang berkait rapat (keturunan induk, mutan jenis liar, dll.), Atau dalam kes apabila diperlukan analisis terperinci mengenai sampel kecil. Oleh itu, kaedah AFLP banyak digunakan dalam pemetaan genetik P. infestans (van der Lee et al., 1997) dan dalam kajian intrapopulasi (Knapova, Gisi, 2002, Cooke et al, 2003, Flier et al, 2003). Kaedah sedemikian tidak praktikal untuk digunakan ketika membuat pangkalan data strain, sejak hampir mustahil untuk menyatukan perakaunan hasil ketika melakukan analisis di makmal yang berbeza.
Walaupun nampaknya kesederhanaan dan kepantasan pelaksanaan (pengasingan DNA tanpa pemurnian yang baik, penguatan, visualisasi hasil), kumpulan kaedah ini memerlukan penggunaan kaedah khas untuk mendokumentasikan hasilnya: penyulingan dalam gel poliakrilamida dengan primer berlabel (radioaktif atau luminescent) dan pendedahan berikutnya kepada cahaya atau bahan radioaktif. Pengimejan gel agarosa etidium bromida konvensional biasanya tidak sesuai untuk kaedah ini kerana sebilangan besar serpihan DNA dengan pelbagai saiz boleh menyatu.
Sebaliknya, kaedah lain memungkinkan untuk menghasilkan sebilangan kecil ciri dengan kebolehulangan yang sangat tinggi. Kumpulan ini merangkumi kajian mengenai haplotip DNA mitokondria (hanya dua haplotaip Ia dan IIa yang diperhatikan di Rusia), jenis kawin (kebanyakan isolat dibahagikan kepada 2 jenis: A1 dan A2, SF subur diri jarang dijumpai) dan spektrum isozim peptidase (dua loki Pep1 dan Pep2 , terdiri daripada dua isozim masing-masing) dan glukosa-6-fosfat isomerase (di Rusia tidak ada kebolehubahan untuk sifat ini, walaupun polimorfisme ketara diperhatikan di negara-negara lain di dunia). Sebaiknya gunakan ciri-ciri ini ketika menganalisis koleksi, menyusun pangkalan data serantau dan global. Dalam kes analisis isozim dan haplotaip DNA mitokondria, mungkin dilakukan tanpa regangan standard, sementara dalam analisis jenis kawin, diperlukan dua isolat ujian dengan jenis kawin yang diketahui.
Keadaan tindak balas dan reagen hanya dapat mempengaruhi kontras produk pada elektroforetogram; manifestasi artifak dalam jenis kajian ini tidak mungkin.
Pada masa ini, kebanyakan populasi di bahagian Eropah di Rusia diwakili oleh jenis kedua kawin (Jadual 6), di antaranya terdapat isolat dengan jenis Ia dan IIa DNA mitokondria (jenis mtDNA lain yang terdapat di dunia belum dijumpai di Rusia selepas tahun 1993). Spektrum isozim peptidase diwakili oleh dua genotip pada lokus Pep1 (100/100, 92/92 dan heterozigot 92/100, dan genotip 92/92 sangat jarang berlaku (<0,3%)) dan oleh dua genotip pada lokus Pep 2 (100/100 , 112/112 dan heterozigot 100/112, dengan genotip 112/112 berlaku lebih jarang daripada 100/100, tetapi juga agak kerap).
Tidak ada kebolehubahan dalam spektrum isoenzim glukosa-6-fosfat isomerase selepas tahun 1993 (hilangnya garis klon US-1); semua isolat yang dikaji mempunyai genotip 100/100 (Elansky dan Smirnov, 2002).
Kumpulan kaedah ketiga memungkinkan untuk memperoleh kumpulan watak penanda bebas yang mencukupi dengan kemampuan menghasilkan semula yang tinggi. Hari ini, kumpulan ini merangkumi probe RFLP-RG57, yang menghasilkan 25-29 serpihan DNA dengan saiz yang berbeza. RFLP-RG57 dapat digunakan baik ketika menganalisis sampel dan menyusun pangkalan data. Walau bagaimanapun, kaedah ini jauh lebih mahal daripada yang sebelumnya, ia memakan masa, dan memerlukan jumlah DNA yang sangat murni. Oleh itu, penyelidik terpaksa menghadkan isi padu bahan yang diuji.
Perkembangan RFLP-RG57 pada awal tahun 90-an abad yang lalu secara signifikan memperhebatkan kajian populasi agen penyebab penyakit akhir. Ini menjadi asas kaedah berdasarkan pemilihan dan analisis "Garis klonal" (lihat di bawah). Bersama dengan RFLP-RG57, jenis kawin, cap jari DNA (kaedah RFLP-RG57), spektrum peptidase dan isoenzim isomerase glukosa-6-fosfat, dan jenis DNA mitokondria digunakan untuk mengenal pasti garis klon. Terima kasih kepadanya, ditunjukkan al., 1994), penggantian populasi lama dengan yang baru (Drenth et al, 1993, Sujkowski et al, 1994, Goodwin et al, 1995a), mengungkapkan garis klonal yang berlaku di banyak negara di dunia. Kajian mengenai strain Rusia menggunakan kaedah ini menunjukkan polimorfisme genotipik strain bahagian Eropah dan monomorfisme populasi bahagian Asia dan Timur Jauh Rusia (Elansky et al, 2001). Dan sekarang kaedah ini tetap menjadi kaedah utama dalam kajian populasi P. infestans. Namun, penyebarannya yang luas terhalang oleh kos dan intensiti tenaga kerja yang agak tinggi dalam pelaksanaannya.
Teknik lain yang menjanjikan yang jarang digunakan dalam kajian P. infestans adalah analisis ulang mikrosatelit (SSR). Pada masa ini, kaedah ini digunakan secara meluas untuk mengasingkan garis klonal. Untuk analisis strain, sifat penanda fenotipik seperti adanya gen virulensi terhadap varieti kentang (Avdey, 1995, Ivanyuk et al., 2002, Ulanova et al., 2003) dan tomato digunakan secara meluas (dan terus digunakan). Pada masa ini, gen virulensi terhadap varieti kentang telah kehilangan nilai sebagai ciri penanda bagi kajian populasi kerana kemunculan bilangan gen virulensi maksimum (atau hampir dengannya) dalam sebilangan besar isolat. Pada masa yang sama, gen virulensi T1 untuk kultivar tomato yang membawa gen Ph1 yang sesuai masih berjaya digunakan sebagai ciri penanda (Lavrova et al., 2003; Ulanova et al., 2003).
Dalam banyak karya, penentangan terhadap racun kulat digunakan sebagai sifat penanda. Sifat ini tidak diinginkan untuk digunakan dalam kajian populasi kerana penampilan mutasi rintangan yang agak mudah pada garis klonal selepas penggunaan metalaxyl- (atau mefenoxam-) yang mengandungi racun kulat di lapangan. Sebagai contoh, perbezaan yang signifikan dalam tahap rintangan ditunjukkan dalam garis klon Sib1 (Elansky et al., 2001).
Oleh itu, jenis kawin, spektrum isozim peptidase, jenis DNA mitokondria, RFLP-RG57, SSR adalah penanda pilihan untuk membuat bank data dan melabelkan strain dalam koleksi. Untuk membandingkan sampel terhad, jika perlu menggunakan bilangan ciri penanda maksimum, anda boleh menggunakan AFLP, RAPD, InterSSR, Inter-SINE PCR (Jadual 5). Walau bagaimanapun, harus diingat bahawa kaedah ini tidak dapat direproduksi, dan dalam setiap eksperimen individu (kitaran elektroforesis penguat), beberapa isolat rujukan mesti digunakan.
Jadual 5. Perbandingan kaedah penyelidikan strain yang berbeza P. infestans
kriteria | TC | Polis Isofer | MtDNA | RFLP-RG57 | RAPD | ISSR | SSR | AFLP | Pdt |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Jumlah maklumat | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
Keluaran semula | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
Kemungkinan artifak | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
Kos | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
Keamatan buruh | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
Kelajuan analisis ** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
Catatan: H - rendah, C - sederhana, B - tinggi; Intensity * - intensiti tenaga kerja rendah semasa menggunakan gel agarose atau automatik
genotyper, medium - dengan penyulingan dalam gel poliakrilamida dengan primer berlabel,
** - tidak mengira masa yang dihabiskan untuk pertumbuhan miselium untuk pengasingan DNA.
Struktur penduduk
Garisan klon
Sekiranya tidak ada penggabungan semula atau sumbangannya yang tidak signifikan terhadap struktur populasi, populasi terdiri daripada sejumlah klon, pertukaran genetik di antaranya sangat jarang berlaku.
Dalam populasi seperti itu, lebih bermaklumat untuk mengkaji bukan frekuensi gen individu, tetapi frekuensi genotip yang mempunyai asal usul (garis klonal atau garis keturunan klonal) dan hanya berbeza pada mutasi titik. Kajian populasi mengenai patogen akhir penyakit dan analisis garis klonal telah dipercepat dengan ketara sejak munculnya kaedah RFLP-RG57 pada awal tahun 90an abad yang lalu. Bersama dengan RFLP-RG57, jenis kawin, spektrum peptidase dan isomer isomerase glukosa-6-fosfat, dan jenis DNA mitokondria digunakan untuk mengenal pasti garis klonal. Ciri-ciri garis klonal yang paling biasa ditunjukkan dalam Jadual 6.
Clone US-1 menguasai populasi di mana-mana sehingga akhir 80-an, selepas itu ia mula digantikan oleh klon lain dan hilang dari Eropah dan Amerika Utara. Kini dijumpai di Timur Jauh (Filipina, Taiwan, China, Jepun, Korea, Koh et al., 1994, Mosa et al, 1993), di Afrika (Uganda, Kenya, Rwanda, Goodwin et al, 1994, Vega-Sanchez et. al., 2000; Ochwo et al., 2002) dan di Amerika Selatan (Ecuador, Brazil, Peru, Forbes et al., 1997, Goodwin et al., 1994). Tiada strain yang tergolong dalam barisan AS-1 yang dikenal pasti di Australia sahaja. Nampaknya, isolat P. infestans datang ke Australia dengan gelombang migrasi yang lain (Goodwin, 1997).
Clone US-6 berhijrah dari utara Mexico ke California pada akhir 70-an dan menyebabkan wabak pada kentang dan tomato setelah 32 tahun bebas penyakit. Kerana keagresifan yang tinggi, ia menggantikan klon AS-1 dan mulai menguasai pantai barat Amerika Syarikat (Goodwin et al., 1995a).
Genotip US-7 dan US-8 ditemui di Amerika Syarikat pada tahun 1992, dan pada tahun 1994 telah diedarkan secara meluas di Amerika Syarikat dan Kanada. Selama satu musim padang, klon US-8 hampir dapat menggantikan klon AS-1 sepenuhnya di petak kentang yang awalnya dijangkiti dengan kedua-dua klon dalam kepekatan yang sama (Miller dan Johnson, 2000).
Klon BC-1 hingga BC-4 telah dikenal pasti di British Columbia dalam sebilangan kecil isolat dari Goodwin et al., 1995b). Clone US-11 tersebar luas di Amerika Syarikat dan menggantikan US-1 di Taiwan. Klon JP-1 dan EC-1, bersama dengan klon US-1, adalah biasa di Jepun dan Ekuador, masing-masing (Koh et al., 1994; Forbes et al., 1997).
SIB-1 adalah klon yang berlaku di Rusia di wilayah yang luas dari wilayah Moscow hingga Sakhalin. Di wilayah Moscow, ia dijumpai pada tahun 1993, dan beberapa populasi lapangan terdiri terutamanya dari ketegangan garis klonal ini, sangat tahan terhadap metalaxyl. Selepas tahun 1993, kelaziman klon ini menurun dengan ketara. Di luar Ural pada tahun 1997-1998, SIB-1 terdapat di mana-mana, kecuali Wilayah Khabarovsk (klon SIB-2 tersebar luas di sana). Pemisahan spasial klon dengan pelbagai jenis kawin tidak termasuk proses seksual di Siberia dan Timur Jauh. Di wilayah Moscow, berbeza dengan Siberia, penduduknya diwakili oleh banyak klon; hampir setiap isolat mempunyai genotip multilokus yang unik (Elansky et al., 2001, 2015). Kepelbagaian ini tidak dapat dijelaskan hanya dengan pengimportan strain kulat dari berbagai belahan dunia dengan bahan benih yang diimport. Oleh kerana kedua-dua jenis kawin berlaku pada populasi, ada kemungkinan kepelbagaiannya juga disebabkan oleh penggabungan semula. Oleh itu, di British Columbia, kemunculan genotip BC-2, BC-3, dan BC-4 dianggap disebabkan oleh hibridisasi klon BC-1 dan US-6 (Goodwin et al., 1995b). Ada kemungkinan bahawa strain hibrid terdapat di populasi Moscow. Sebagai contoh, strain MO-4, MO-8 dan MO-11 heterozigot untuk lokus PEP boleh menjadi kacukan antara strain MO-12, MO-21, MO-22, mempunyai jenis pasangan A2 dan homozigot untuk satu alel lokus PEP dan regangan MO-8, mempunyai jenis kawin A1 dan homozigot untuk alel lokus lain. Dan jika ini berlaku, dan dalam populasi moden P. infestans terdapat kecenderungan peningkatan peranan proses seksual, maka nilai maklumat analisis klon multilokus akan menurun (Elansky et al., 2001, 2015).
Variasi dalam garis klonal
Sehingga 90-an abad ke-20, garis klonal US-1 tersebar luas di dunia. Sebilangan besar populasi ladang dan wilayah terdiri daripada strain dengan genotip US-1. Walau bagaimanapun, perbezaan antara isolat juga diperhatikan, kemungkinan besar disebabkan oleh proses mutasi. Mutasi berlaku pada DNA nuklear dan mitokondria dan mempengaruhi, antara lain, tahap ketahanan terhadap ubat phenylamide dan bilangan gen virulensi. Garis yang berbeza dari genotip asal dengan mutasi ditunjukkan oleh nombor tambahan setelah titik yang mengikuti nama genotip asal (contohnya, garis mutan AS-1.1 dari garis klon US-1). Garis DNA cap jari US-1.5 dan US-1.6 mengandungi garis aksesori dengan saiz yang berbeza (Goodwin et al., 1995a, 1995b); garis klon US-6.3 juga berbeza dari AS-6 oleh satu jalur aksesori (Goodwin, 1997, Jadual 7).
Dalam kajian DNA mitokondria, didapati bahawa hanya DNA mitokondria jenis 1b yang terdapat di garis klon US-1 (Carter et al., 1990). Walau bagaimanapun, dalam kajian keturunan keturunan klonal ini dari Peru dan Filipina, isolat didapati yang jenis DNA mitokondrianya berbeza dari 1b dengan adanya penyisipan dan penghapusan (Goodwin, 1991, Koh et al., 1994).
Jadual 6. Genotip multilokus beberapa garis klon P. infestans
nama | Jenis kawin | Isozim | Cap jari DNA | Jenis MtDNA | |
GPI | PEP | ||||
AS-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011E + 24 | Ib |
AS-2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011E + 24 | - |
AS-3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011E + 24 | - |
AS-4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011E + 24 | - |
AS-5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011E + 24 | - |
AS-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011E + 24 | IIb |
AS-7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011E + 24 | Ia |
AS-8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011E + 24 | Ia |
AS-9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
AS-10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
AS-11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011E + 24 | IIb |
AS-12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | - |
AS-14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011E + 24 | - |
AS-15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
AS-16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011E + 24 | - |
AS-17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011E + 24 | - |
AS-18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
AS-19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011E + 24 | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011E + 24 | IIa |
SIB-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
SIB-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011E + 24 | IIa |
SIB-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011E + 24 | IIa |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011E + 24 | IIa |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011E + 24 | IIa |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011E + 24 | IIa |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011E + 24 | IIa |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | IIa |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011E + 24 | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011E + 22 | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011E + 23 | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011E + 24 | IIa |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011E + 24 | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011E + 24 | IIa |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
Catatan: * - tidak ada data.
Jadual 7. Genotip multilokus dan garis mutannya
nama | Jenis kawin | | Cap Jari DNA (RG57) | Nota | |
GPI | PEP-1 | ||||
AS-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | Genotip asal 1 |
AS-1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | Mutasi dalam PEP |
AS-1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | Mutasi dalam RG57 |
AS-1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | Mutasi dalam RG57 |
AS-1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | Mutasi dalam RG57 dan PEP |
AS-1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | Mutasi dalam RG57 |
AS-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | Genotip asal 2 |
AS-6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | Mutasi dalam PEP |
AS-6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | Mutasi dalam RG57 |
AS-6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | Mutasi dalam RG57 |
AS-6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | Mutasi dalam RG57 dan PEP |
AS-6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | Mutasi dalam RG57 |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | Genotip asal 3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | Mutasi dalam RG57 |
Terdapat juga perubahan dalam spektrum isozim. Sebagai peraturan, ia disebabkan oleh pemecahan organisma yang pada awalnya heterozigot untuk enzim ini menjadi enzim homozigot. Pada tahun 1993, pada buah tomato, kami mengenal pasti strain dengan ciri khas untuk cap jari US-1: RG57, jenis DNA mitokondria, dan genotip 86/100 untuk glukosa-6-fosfatizomerase, tetapi homozigot (100/100) untuk lokus peptidase pertama dan bukannya heterozigot 92/100 khas bagi garis klonal ini Kami menamakan genotip strain ini MO-17 (Jadual 6). Garis mutan US-1.1 dan US-1.4 juga berbeza dari US-1 oleh mutasi pada lokus peptidase pertama (Jadual 7).
Mutasi yang membawa kepada perubahan jumlah gen virulensi untuk jenis kentang dan tomato adalah perkara biasa. Mereka dicatat di antara isolat garis klon US-1 dalam populasi dari Belanda (Drenth et al., 1994), Peru (Goodwin et al., 1995a), Poland (Sujkowski et al., 1991), Amerika Utara utara (Goodwin et al., ., 1995b). Perbezaan bilangan gen virulensi kentang juga dicatat di antara isolat garis klon US-7 dan US-8 di Kanada dan Amerika Syarikat (Goodwin et al., 1995a), di antara isolat garis SIB-1 di bahagian Asia Rusia (Elansky et al, 2001 ).
Isolat dengan perbezaan yang kuat dalam tahap ketahanan terhadap ubat phenylamide dikenal pasti dalam populasi bidang monoklonal, yang semuanya tergolong dalam garis klon Sib-1 (Elansky et al, 2001, Jadual 1). Hampir semua ketegangan garis klon US-1 sangat rentan terhadap metalaxyl; namun, isolat garis yang sangat tahan ini diasingkan di Filipina (Koh et al., 1994) dan di Ireland (Goodwin et al., 1996).
Populasi moden P. infestans
Amerika Tengah (Mexico)
Populasi P. infestans di Mexico sangat berbeza dengan populasi dunia lain, yang terutama disebabkan oleh kedudukan sejarahnya. Banyak kajian mengenai populasi ini dan spesies P. infestans clade Phytophthora yang berkaitan, serta spesies tempatan genus Solanum, menyebabkan kesimpulan bahawa evolusi patogen di bahagian tengah Mexico berlaku bersama dengan evolusi tanaman inang dan dikaitkan dengan penggabungan semula seksual (Grünwald, Flier , 2005). Kedua-dua jenis kawin ini ditunjukkan dalam populasi, dan dalam perkadaran yang sama, dan kehadiran oospora di dalam tanah, pada tanaman dan umbi kentang dan spesies Solanum yang berkaitan dengan liar mengesahkan adanya proses seksual pada populasi (Fernández-Pavía et al., 2002). Kajian terbaru di Lembah Toluca dan sekitarnya (pusat asumsi patogen) mengesahkan kepelbagaian genetik tinggi populasi tempatan P. infestans (134 genotip multilokus dalam sampel 176 sampel) dan kehadiran beberapa subpopulasi yang berbeza di rantau ini (Wang et al., 2017). Faktor-faktor yang menyumbang kepada pembezaan ini adalah pembahagian spasial subpenduduk ciri-ciri dataran tinggi di tengah Mexico, perbezaan keadaan penanaman dan varieti kentang yang digunakan di lembah dan pergunungan, dan kehadiran spesies Solanum tuberous liar yang dapat bertindak sebagai inang alternatif (Fry et al. ., 2009).
Walau bagaimanapun, harus diperhatikan bahawa populasi P. infestans di utara Mexico lebih bersifat klonal dan lebih serupa dengan populasi Amerika Utara, yang mungkin menunjukkan bahawa ini adalah genotip baru (Fry et al., 2009).
Amerika Utara
Populasi P. infestans di Amerika Utara selalu mempunyai struktur yang sangat sederhana dan watak klonalnya telah dibentuk jauh sebelum penggunaan analisis mikrosatelit. Sehingga tahun 1987, garis klonal AS-1 menguasai di Amerika Syarikat dan Kanada (Goodwin et al., 1995). Pada pertengahan tahun 70-an, ketika racun kulat berasaskan metalaxyl muncul, klon ini mula digantikan oleh genotip lain yang lebih tahan dan berpindah dari Mexico (Goodwin et al., 1998). Menjelang akhir tahun 90an. genotip AS-8 menggantikan genotip AS-1 sepenuhnya di Amerika Syarikat dan menjadi garis klonal dominan pada kentang (Fry et al., 2009; Fry et al., 2015). Situasinya berbeza dengan tomato, yang selalu mengandungi beberapa garis klonal, dan komposisi mereka berubah dari tahun ke tahun (Fry et al., 2009).
Pada tahun 2009, wabak berskala besar merebak di Amerika Syarikat pada tomato. Ciri pandemik ini adalah serangannya yang hampir serentak di banyak tempat di timur laut Amerika Syarikat, dan ternyata dikaitkan dengan penjualan benih tomato yang dijangkiti secara besar-besaran di pusat kebun besar (Fry et al., 2013). Kerugian tanaman sangat besar. Analisis mikrosatelit sampel yang terkena menunjukkan bahawa strain pandemi tergolong dalam garis klon US-22 jenis A2. Pada tahun 2009, bahagian genotip ini dalam populasi P. infestans di Amerika mencapai 80% (Fry et al., 2013). Pada tahun-tahun berikutnya, perkadaran genotip agresif US-23 (terutamanya pada tomato) dan US-24 (pada kentang) meningkat secara berterusan dalam populasi, namun, selepas tahun 2011, kadar pengesanan US-24 menurun dengan ketara, dan sehingga kini, sekitar 90% populasi patogen di Amerika Syarikat diwakili oleh genotip AS-23 (Fry et al., 2015).
Di Kanada, seperti di Amerika Syarikat, pada akhir tahun 90an. genotip dominan US-1 digantikan oleh US-8, kedudukan dominannya tidak berubah sehingga 2008. Di Kanada, terdapat wabak penyakit akhir yang serius yang berkaitan dengan penjualan anak benih tomato yang dijangkiti, tetapi disebabkan oleh genotip US-2009 dan US-2010 (Kalischuk et al., 23). Pembezaan geografi yang jelas dari genotip ini sangat luar biasa: AS-8 menguasai wilayah barat Kanada (2012%), sementara AS-23 menguasai wilayah timur (68%). Pada tahun-tahun berikutnya, US-8 merebak ke wilayah timur; namun, secara umum, bahagiannya dalam populasi sedikit menurun dengan latar belakang penampilan genotip US-83 dan US-23 di negara ini (Peters et al., 22). Sehingga kini, US-24 mengekalkan kedudukan dominan di seluruh Kanada; US-2014 hadir di British Columbia, sementara US-23 dan US-8 hadir di Ontario (Peters, 23).
Oleh itu, populasi P. infestans di Amerika Utara terutamanya adalah garis klonal. Selama 40 tahun yang lalu, jumlah genotip klon yang dikesan telah mencapai 24. Walaupun hakikat kedua-dua jenis kawin terdapat dalam populasi, kebarangkalian kemunculan genotip baru akibat penggabungan seksual masih rendah. Walaupun begitu, dalam 20 tahun terakhir, beberapa kes kemunculan populasi rekombinan ephemeral telah direkodkan (Gavino et al., 2000; Danies et al., 2014; Peters et al., 2014), dan dalam satu kes, hasil penyeberangan adalah genotip US-11 , yang bertapak di Amerika Utara selama bertahun-tahun (Gavino et al., 2000). Sehingga tahun 2009, perubahan struktur populasi dikaitkan dengan kemunculan genotip baru yang lebih agresif dengan penghijrahan mereka dan pemindahan pendahulunya yang sebelumnya dominan. Apa yang berlaku pada 2009-2010 Di AS dan Kanada, epifitotik untuk pertama kalinya menunjukkan bahawa dalam era globalisasi, wabak penyakit ini mungkin berkaitan dengan penyebaran aktif genotip baru ketika menjual bahan penanaman yang dijangkiti.
Amerika Selatan
Sehingga baru-baru ini, kajian mengenai populasi P. infestans di Amerika Selatan tidak biasa atau berskala besar. Telah diketahui bahawa struktur populasi ini cukup sederhana dan merangkumi 1-5 garis keturunan klonal setiap negara (Forbes et al., 1998). Oleh itu, menjelang tahun 1998, genotip US-1 (Brazil, Chile) BR-1 (Brazil, Bolivia, Uruguay, Paraguay), EC-1 (Ecuador, Colombia, Peru dan Venezuela), AR-1, AR -2, AR-3, AR-4 dan AR-5 (Argentina), PE-3 dan PE-7 (selatan Peru). Jenis kawin A2 terdapat di Brazil, Bolivia dan Argentina dan tidak dijumpai di luar sempadan Bolivia-Peru di kawasan Tasik Titicaca, di belakang mana genotip EC-1 A1 mendominasi di Andes. Pada tomato, US-1 tetap menjadi genotip dominan di seluruh Amerika Selatan.
Situasi ini kurang lebih berterusan pada tahun 2000-an. Perkara penting ialah penemuan garis klon baru EC-2 jenis A2 pada kerabat liar kentang (S. brevifolium dan S. tetrapetalum) di Andes Utara (Oliva et al., 2010). Kajian filogenetik menunjukkan bahawa garis ini sama sekali tidak sama dengan P. infestans, walaupun berkait rapat dengannya, dalam hubungan ini dicadangkan untuk mempertimbangkannya, serta garis lain, EC-3, yang diasingkan dari pokok tomat S. betaceum yang tumbuh di Andes, spesies baru yang dipanggil P. andina; namun, status spesies ini (spesies bebas atau kacukan P. infestans dengan beberapa garis yang masih belum diketahui) masih belum jelas (Delgado et al., 2013).
Pada masa ini, semua populasi P. infestans di Amerika Selatan adalah klonal. Walaupun terdapat kedua-dua jenis kawin, tidak ada populasi rekombinan yang dikenal pasti. Pada tomato, genotip US-1 ada di mana-mana, nampaknya dipindahkan dari kentang oleh strain tempatan, yang mana asalnya masih belum diketahui. Di Brazil, Bolivia dan Uruguay, genotip BR-1 ada; di Peru, bersama dengan US-1 dan EC-1, terdapat beberapa genotip tempatan yang lain. Di Andes, kedudukan dominan dikekalkan oleh garis klon EC-1, hubungannya dengan P. andina yang baru ditemui masih belum diketahui. Satu-satunya tempat "tidak stabil" di mana untuk tempoh 2003-2013. terdapat perubahan ketara dalam populasi, menjadi Chile (Acuña et al., 2012), di mana pada tahun 2004-2005. populasi patogen dicirikan oleh penentangan terhadap metalaxyl dan haplotype DNA mitokondria baru (Ia bukan Ib yang ada sebelumnya). 2006 hingga 2011 dalam populasi, genotip 21 (menurut SSR) mendominasi, bahagiannya mencapai 90%, setelah itu telapak tangan masuk ke genotip 20, kekerapan kejadiannya dalam dua tahun ke depan disimpan sekitar 67% (Acuña, 2015).
Eropah
Dalam sejarah Eropah, terdapat sekurang-kurangnya dua gelombang penghijrahan P. infestans dari Amerika Utara: pada abad ke-1. (HERB-1) dan awal abad ke-70 (US-1). Penyebaran racun kulat yang mengandungi metalaxyl di mana-mana pada tahun XNUMX-an. menyebabkan perpindahan genotip dominan US-XNUMX dan penggantiannya dengan genotip baru. Akibatnya, di kebanyakan negara di Eropa Barat, populasi patogen diwakili oleh beberapa garis klonal.
Penggunaan analisis mikrosatelit untuk analisis populasi patogen memungkinkan untuk mengenal pasti perubahan serius yang berlaku di Eropah Barat pada tahun 2005-2008. Pada tahun 2005, garis klonal baru ditemui di UK, yang disebut 13_A2 (atau "Biru 13") dan dicirikan oleh jenis kawin A2 , keagresifan tinggi dan daya tahan terhadap phenylamides (Shaw et al., 2007). Genotip yang sama dijumpai pada sampel yang dikumpulkan pada tahun 2004 di Belanda dan Perancis utara, menunjukkan bahawa ia berhijrah ke UK dari benua Eropah, mungkin dengan biji kentang (Cooke et al., 2007). Kajian genom perwakilan garis klonal ini menunjukkan tahap polimorfisme urutannya yang tinggi (menjelang 2016, jumlah variasi subklonanya mencapai 340) dan tahap variasi yang signifikan dalam tahap ekspresi gen, termasuk. gen penguat semasa jangkitan tumbuhan (Cooke et al., 2012; Cooke, 2017). Ciri-ciri ini, bersamaan dengan peningkatan jangka masa fasa biotrofik, dapat menyebabkan peningkatan agresif 13_A2 dan kemampuannya menjangkiti bahkan varieti kentang yang tahan terhadap penyakit akhir.
Dalam beberapa tahun akan datang, genotip dengan cepat merebak ke negara-negara Eropah Barat Laut (Great Britain, Ireland, Perancis, Belgium, Belanda, Jerman) dengan perpindahan serentak genotip 1_A1, 2_A1, 8_A1 yang sebelumnya dominan (Montarry et al., 2010; Gisi et al. , 2011; Van den Bosch et al., 2011; Cooke, 2015; Cooke, 2017). Menurut laman web www.euroblight.net, bahagian 13_A2 dalam populasi negara-negara ini mencapai 60-80% dan lebih; kehadiran genotip ini juga telah direkodkan di beberapa negara di Eropah Timur dan Selatan. Walau bagaimanapun, pada tahun 2009-2012. 13_A2 kehilangan kedudukan dominannya di Great Britain dan Perancis, menghasilkan garisan 6_A1 (8_A1 di Ireland), dan di Belanda dan Belgium ia digantikan sebahagiannya oleh genotip 1_A1, 6_A1, dan 33_A2 (Cooke et al., 2012; Cooke, 2017; Stellingwerf, 2017).
Sehingga kini, kira-kira 70% populasi P. infestans di Eropah Barat adalah monoklonal. Menurut laman web www.euroblight.net, genotip yang dominan di negara-negara Eropah Barat Laut (UK, Perancis,
Belanda, Belgia) tetap, kira-kira dalam perkadaran yang sama, 13_A2 dan 6_A1, yang terakhir praktikalnya tidak dijumpai di luar wilayah yang ditentukan (kecuali Ireland), tetapi sudah memiliki sekurang-kurangnya 58 subklon (Cooke, 2017). Variasi 13_A2 terdapat dalam jumlah yang ketara di Jerman, dan juga diamati secara sporadis di negara-negara Eropah Tengah dan Selatan. Genotip 1_A1 membentuk sebahagian besar populasi Belgium dan sebahagiannya Belanda dan Perancis. Genotip 8_A1 telah stabil pada populasi Eropah pada tahap 3-6%, kecuali Ireland, di mana ia mengekalkan kedudukan utamanya dan dibahagikan kepada dua subklon (Stellingwerf, 2017). Akhirnya, pada tahun 2016, peningkatan kekerapan berlakunya genotip baru 36_A2 dan 37_A2, pertama kali dicatatkan pada tahun 2013-2014, diperhatikan; setakat ini, genotip ini terdapat di Belanda dan Belgium dan sebahagiannya di Perancis dan Jerman, serta di bahagian selatan Britain (Cooke, 2017). Kira-kira 20-30% populasi Eropah Barat diwakili oleh genotip unik setiap tahun.
Tidak seperti Eropah Barat, pada saat genotip 13_A2 muncul, populasi Eropah Utara (Sweden, Norway, Denmark, Finland) diwakili bukan oleh garis klonal, tetapi oleh sebilangan besar genotip unik (Brurberg et al.,
2011). Selama tempoh penyebaran aktif 13_A2 di Eropah Barat, kehadiran genotip ini di Scandinavia tidak diperhatikan sehingga tahun 2011, ketika pertama kali ditemui di Jutland Utara (Denmark), di mana terutamanya varieti kentang industri ditanam dengan penggunaan aktif mengandung metalaxyl racun kulat (Nielsen et al., 2014). Menurut www.euroblight.net, genotip 13_A2 juga dikesan pada beberapa sampel dari Norway dan Denmark pada tahun 2014 dan di beberapa sampel Norway pada tahun 2016; sebagai tambahan, pada tahun 2013, kehadiran genotip 6_A1 dalam jumlah yang sedikit diperhatikan di Finland. Sebab utama kegagalan 13_A2 dan garis klonal lain dalam penaklukan Scandinavia dianggap sebagai perbezaan iklim wilayah ini dari negara-negara Eropah Barat.
Sebagai tambahan kepada fakta bahawa musim panas dan musim sejuk yang sejuk mendorong kelangsungan hidup miselium vegetatif yang tidak banyak seperti oospora (Sjöholm et al., 2013), pembekuan tanah pada musim sejuk (yang biasanya tidak berlaku di negara-negara Eropah Barat yang lebih panas) menyumbang kepada penyegerakan percambahan dan penanaman oospora. kentang, yang meningkatkan peranan mereka sebagai sumber jangkitan primer (Brurberg et al., 2011). Perlu juga diperhatikan bahawa, dalam keadaan utara, perkembangan jangkitan dari oospora mengatasi perkembangan jangkitan tuber, yang akhirnya mencegah dominasi yang lebih agresif, tetapi kemudian berkembang garis klonal (Yuen, 2012). Struktur populasi P. infestans yang paling banyak dikaji di Eropah Timur (Poland, Negara-negara Baltik) sangat serupa dengan struktur di Scandinavia.
Kedua-dua jenis kawin juga terdapat di sini, dan sebilangan besar genotip yang ditentukan oleh analisis SSR adalah unik (Chmielarz et al., 2014; Runno-Paurson et al., 2016). Seperti di Eropah Utara, penyebaran garis klonal (terutamanya dari genotip 13_A2) secara praktikal tidak mempengaruhi populasi patogen tempatan, yang mengekalkan tahap kepelbagaian yang tinggi dengan ketiadaan garis dominan yang jelas.
Kehadiran 13_A2 kadang-kadang diperhatikan di ladang dengan varieti kentang komersial. Di Rusia, keadaannya berkembang dengan cara yang serupa. Analisis mikrosatelit isolat P. infestans dikumpulkan pada tahun 2008-2011 di 10 wilayah yang berlainan di bahagian Eropah di Rusia, menunjukkan tahap kepelbagaian genotip yang tinggi dan kekurangan kebetulan dengan garis klon Eropah (Statsyuk et al., 2014). Beberapa tahun kemudian, kajian terhadap sampel P. infestans yang dikumpulkan di wilayah Leningrad pada tahun 2013-2014 menunjukkan perbezaan yang signifikan antara mereka dan genotip dari wilayah ini yang dikenal pasti dalam kajian sebelumnya. Dalam kedua kajian tersebut, genotip Eropah Barat tidak dijumpai (Beketova et al., 2014; Kuznetsova et al., 2016).
Kepelbagaian genetik tinggi populasi Eropah Timur P. infestans dan ketiadaan garis klon dominan di dalamnya mungkin disebabkan oleh beberapa sebab. Pertama, seperti di Eropah Utara, keadaan iklim negara-negara yang dipertimbangkan menyumbang kepada pembentukan oospora sebagai sumber jangkitan utama (Ulanova et al., 2010; Chmielarz et al., 2014). Kedua, sebilangan besar kentang yang dihasilkan di negara-negara ini ditanam di ladang swasta kecil, sering dikelilingi oleh hutan atau halangan lain untuk pergerakan bebas bahan berjangkit (Chmielarz et al., 2014). Sebagai peraturan, kentang yang ditanam dalam keadaan sedemikian praktikalnya tidak dirawat dengan bahan kimia, dan pilihan varietas berdasarkan ketahanan akhir mereka, iaitu. tidak ada tekanan selektif untuk agresiviti dan ketahanan terhadap metalaxyl, yang menghilangkan genotip tahan, seperti 13_A2, kelebihan berbanding genotip lain (Chmielarz et al., 2014). Akhirnya, kerana keluasan tanah yang kecil, pemiliknya biasanya tidak mempraktikkan penggiliran tanaman, menanam kentang selama bertahun-tahun di tempat yang sama, yang menyumbang kepada pengumpulan inokulum genetik yang berlainan (Runno-Paurson et al., 2016; Elansky, 2015; Elansky et al. ., 2015).
Asia
Sehingga baru-baru ini, struktur populasi P. infestans di Asia masih kurang difahami. Telah diketahui bahawa ia diwakili terutamanya oleh garis klonal, dan kesan penggabungan seksual terhadap kemunculan genotip baru sangat kecil. Jadi, sebagai contoh, pada tahun 1997-1998. Di bahagian Asia di Rusia (Siberia dan Timur Jauh), populasi patogen hanya diwakili oleh tiga genotip dengan dominasi genotip SIB-1 (Elansky et al., 2001). Kehadiran garis patogen klonal telah ditunjukkan di negara-negara seperti China, Jepun, Korea, Filipina, dan Taiwan (Koh et al., 1994; Chen et al., 2009). Garis klon US-1 menguasai wilayah Asia yang besar pada akhir 90-an - awal 2000-an. hampir di mana-mana mula digantikan oleh genotip lain, yang pada gilirannya memberi laluan kepada yang baru. Dalam kebanyakan kes, perubahan struktur dan komposisi penduduk di negara-negara Asia dikaitkan dengan penghijrahan genotip baru dari luar. Oleh itu, di Jepun, kecuali genotip JP-3, semua genotip Jepun lain yang muncul selepas US-1 (JP-1, JP-2, JP-3) mempunyai lebih kurang asal luaran yang terbukti (Akino et al., 2011) ... Di China, kini terdapat tiga populasi patogen utama dengan pembahagian geografi yang jelas; Tidak ada atau sangat lemah aliran gen antara populasi ini (Guo et al., 2010; Li et al., 2013b). Genotip 13_A2 muncul di wilayah China di wilayah selatannya (Yunnan dan Sichuan) pada 2005-2007, dan pada 2012-1014. juga dilihat di timur laut negara ini (Li et al., 2013b). Di India, 13_A2 mungkin muncul bersamaan dengan di China, kemungkinan besar terdapat kentang biji yang dijangkiti (Chowdappa et al., 2015), dan pada tahun 2009-2010. menyebabkan penyakit epifitotik yang serius akibat penyakit hama pada tomat di selatan negara ini, setelah itu merebak ke kentang dan pada tahun 2014 menyebabkan wabaknya akhir di Benggala Barat, yang menyebabkan kehancuran dan bunuh diri banyak petani tempatan (Fry, 2016).
Африка
Sehingga 2008-2010 kajian sistematik P. infestans di negara-negara Afrika belum dijalankan. Pada masa ini, populasi P. infestans Afrika dapat dibahagikan kepada dua kumpulan, dan pembahagian ini jelas dikaitkan dengan fakta bahawa kentang biji diimport dari Eropah.
Di Afrika Utara, yang secara aktif mengimport benih kentang dari Eropah, jenis kawin A2 banyak diperlihatkan di hampir semua wilayah, yang memberikan kemungkinan teoritis tentang kemunculan genotip baru sebagai akibat penggabungan semula seksual (Corbière et al., 2010; Rekad et al., 2017). Di samping itu, di Algeria, kehadiran genotip 13_A2, 2_A1, dan 23_A1 diperhatikan dengan dominasi yang pertama dari mereka, serta penurunan secara beransur-ansur dalam perkadaran genotip unik untuk menghilang sepenuhnya (Rekad et al., 2017). Berbeza dengan wilayah lain, di Tunisia (kecuali di timur laut negara ini), populasi patogen diwakili terutamanya oleh jenis kawin A1 (Harbaoui et al., 2014).
Garis klon NA-01 dominan di sini. Secara amnya, bahagian garis klonal dalam populasi hanya 43%. Di Afrika Timur dan Selatan, di mana jumlah import benih sangat kecil (Fry et al., 2009), P. infestans diwakili oleh hanya dua garis jenis A1 klonal, US-1 dan KE-1, dan yang terakhir secara aktif menggantikan bekas pada kentang ( Pule et al., 2012; Njoroge et al., 2016). Sehingga kini, kedua-dua genotip ini mempunyai jumlah variasi subklon yang ketara.
Australia
Laporan pertama mengenai penyakit kentang di Australia bermula pada tahun 1907, dan epiphytotia pertama, yang mungkin disebabkan oleh hujan lebat pada bulan-bulan musim panas, berlaku pada tahun 1909-1911. (Drenth et al., 2002). Secara umum, bagaimanapun, keburukan tidak mempunyai kepentingan ekonomi yang signifikan bagi negara ini. Wabak sporadis akibat serangan angin, yang disebabkan oleh keadaan cuaca yang memberikan kelembapan yang tinggi, berlaku tidak lebih dari sekali setiap 5-7 tahun dan dilokalisasikan terutamanya di Tasmania utara dan pusat Victoria. Sehubungan dengan perkara di atas, penerbitan yang dikhaskan untuk kajian struktur populasi P. infestans Australia hampir tidak ada. Maklumat terkini yang tersedia adalah dari tahun 1998-2000. (Drenth et al., 2002). Menurut penulis, penduduk Victoria adalah garis klonal US-1.3, yang secara tidak langsung mengesahkan penghijrahan genotip ini dari Amerika Syarikat. Spesimen Tasmania diklasifikasikan sebagai AU-3, berbeza dengan genotip yang ada pada masa itu di bahagian lain di dunia.
Ciri-ciri perkembangan akhir hama di Rusia
Di Eropah, jangkitan dijangkiti umbi benih yang berpenyakit, oospora yang berlebihan di dalam tanah, dan juga zoosporangia yang dibawa oleh angin dari tumbuh-tumbuhan yang tumbuh dari umbi musim sejuk di ladang tahun lalu (tanaman "sukarelawan"), atau di timbunan yang dibakar penanda buku untuk penyimpanan ubi. Dari jumlah tersebut, tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di atas timbunan umbi yang dibuang dianggap sebagai sumber jangkitan yang paling berbahaya. di sana, bilangan ubi yang tumbuh sering kali ketara, dan zoosporangia dapat dibawa dari jarak jauh. Sumber selebihnya (oospora, tanaman "sukarelawan") tidak begitu berbahaya, kerana tidak biasa menanam tanaman di ladang yang sama lebih kerap daripada sekali setiap 3-4 tahun. Jangkitan dari umbi benih yang berpenyakit juga minimum kerana sistem kawalan kualiti biji yang baik.
Secara amnya, jumlah inokulum pada populasi Eropah adalah terhad, dan oleh itu peningkatan wabak agak lambat dan dapat dikendalikan dengan berjaya menggunakan sediaan racun kulat kimia. Tugas utama dalam keadaan Eropah adalah memerangi jangkitan pada fasa ketika penyebaran massa zoosporangia dari tanaman yang terjejas bermula.
Di Rusia, keadaannya sangat berbeza. Sebilangan besar tanaman kentang dan tomato ditanam di kebun persendirian kecil; langkah-langkah perlindungan sama ada tidak dilakukan sama sekali, atau rawatan kulat dijalankan dalam jumlah yang tidak mencukupi dan bermula setelah munculnya serangan akhir di bahagian atas. Akibatnya, kebun sayur swasta bertindak sebagai sumber jangkitan utama, dari mana zoosporangia dibawa angin ke penanaman komersial. Ini disahkan oleh pemerhatian langsung kami di wilayah Moscow, Bryansk, Kostroma, Ryazan: kerosakan pada tanaman di kebun peribadi diperhatikan sebelum permulaan rawatan racun kulat penanaman komersial. Selepas itu, wabak di ladang besar dikekang oleh penggunaan sediaan racun kulat, sementara di kebun persendirian terdapat perkembangan pesat dari penyakit akhir.
Sekiranya terdapat perlakuan penanaman komersial yang salah atau "anggaran", fokus keburukan muncul di ladang; kemudian mereka secara aktif membangun, merangkumi kawasan yang lebih besar (Elansky, 2015). Jangkitan di kebun persendirian memberi kesan yang besar terhadap wabak di bidang komersial. Di semua wilayah penanaman kentang di Rusia, kawasan yang ditempati oleh kentang di kebun persendirian adalah beberapa kali lebih besar daripada keluasan ladang pengeluar besar. Dalam persekitaran seperti itu, kebun sayur swasta dapat dilihat sebagai sumber inokulum global untuk bidang komersial. Mari cuba mengenal pasti sifat-sifat yang menjadi ciri genotip strain di kebun persendirian.
Penanaman benih dan kawalan karantina kentang ware, biji tomat yang diperoleh dari pengeluar asing yang meragukan, penanaman kentang dan tomato jangka panjang di kawasan yang sama, rawatan racun kulat yang tidak betul atau ketiadaannya sepenuhnya menyebabkan epifitoti teruk di sektor swasta, yang hasilnya percuma persilangan, hibridisasi dan pembentukan oospora di kebun persendirian. Akibatnya, kepelbagaian genotipik patogen yang sangat tinggi diperhatikan, apabila hampir setiap ketegangan unik dalam genotipnya (Elansky et al., 2001, 2015). Menanam kentang biji dari pelbagai asal genetik tidak mungkin garis-garis klonal yang khusus menyerang pelbagai jenis akan muncul. Strain yang dipilih dalam kes seperti itu dibezakan oleh fleksibiliti mereka berkaitan dengan varietas yang terjejas, kebanyakannya mempunyai jumlah gen virulensi yang maksimum. Ini sangat berbeza dengan sistem "garis klonal" khas untuk ladang pertanian yang besar dengan sistem perlindungan yang terpasang dengan betul terhadap penyakit akhir. "Garis klonal" (apabila semua jenis patogen akhir penyakit di lapangan diwakili oleh satu atau beberapa genotip) terdapat di mana-mana negara di mana penanaman kentang dilakukan secara eksklusif oleh ladang besar: Amerika Syarikat, Belanda, Denmark, dll. Di England, Ireland, Poland, di mana rumah tangga tumbuh kentang, terdapat juga kepelbagaian genotip yang lebih tinggi di kebun persendirian. Pada akhir abad ke-20, "garis klonal" tersebar luas di bahagian Asia dan Timur Jauh di Rusia (Elansky et al., 2001), yang nampaknya disebabkan oleh penggunaan jenis kentang yang sama secara eksklusif untuk penanaman. Baru-baru ini, keadaan di wilayah-wilayah ini juga mulai berubah ke arah peningkatan kepelbagaian genotip populasi.
Kurangnya rawatan intensif dengan persediaan racun kulat mempunyai akibat langsung yang lain - tidak ada pengumpulan ketegangan tahan di kebun. Sesungguhnya, hasil kajian kami menunjukkan bahawa strain tahan metalaxyl lebih jarang dijumpai di kebun persendirian daripada di penanaman komersial.
Kedekatan penanaman kentang dan tomat yang berdekatan, khas untuk kebun persendirian, memudahkan penghijrahan strain antara tanaman ini, akibatnya, dalam dekad terakhir, di antara strain yang diasingkan dari kentang, bahagian strain yang membawa gen untuk tahan terhadap varieti tomato ceri (T1), sebelumnya hanya ciri untuk strain tomato. Strain dengan gen T1 dalam kebanyakan kes sangat agresif terhadap kentang dan tomato.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kebiasaan menghilang pada tomato mula muncul dalam banyak kes lebih awal daripada kentang. Anak benih tomato boleh dijangkiti oleh oospora di dalam tanah, atau oospora yang terdapat dalam biji tomat atau mematuhinya (Rubin et al., 2001). Dalam 15 tahun terakhir, sebilangan besar biji bungkusan murah, terutama diimport, telah muncul di kedai, yang mana kebanyakan pengeluar kecil telah beralih. Benih dapat membawa ketegangan dengan genotip khas dari kawasan penanamannya. Di masa depan, genotip ini termasuk dalam proses seksual di kebun persendirian, yang membawa kepada kemunculan genotip yang sama sekali baru.
Oleh itu, dapat dinyatakan bahawa kebun sayur-sayuran swasta adalah "peleburan" global, di mana, sebagai hasil pertukaran bahan genetik, genotip yang ada diproses dan yang baru benar-benar muncul. Pada masa yang sama, pemilihannya dilakukan dalam keadaan yang sangat berbeza dengan yang dibuat untuk kentang di ladang besar: ketiadaan penekan racun kulat, keseragaman varietas penanaman, dominasi tanaman yang dipengaruhi oleh pelbagai bentuk jangkitan virus dan bakteria, jarak dekat dengan tomat dan penutup malam liar, persimpangan aktif dan pembentukan oospora, kemungkinan agar oospora bertindak sebagai sumber jangkitan untuk tahun berikutnya.
Semua ini membawa kepada kepelbagaian genotip populasi halaman belakang yang sangat tinggi. Dalam keadaan epifitotik di kebun sayur-sayuran, larut malam menyebar dengan cepat dan sejumlah besar spora dilepaskan, terbang ke penanaman komersial yang berdekatan. Namun, setelah memasuki bidang komersial dengan sistem teknologi pertanian dan perlindungan kimia yang betul, spora yang telah tiba hampir tidak memiliki kesempatan untuk memulai epiphytotics di lapangan, yang disebabkan oleh ketiadaan garis klon yang tahan terhadap racun kulat dan khusus untuk varietas yang ditanam.
Satu lagi sumber inokulum utama adalah umbi yang terperangkap dalam benih komersial. Umbi ini ditanam, sebagai peraturan, di ladang dengan teknologi pertanian yang baik dan perlindungan kimia intensif. Genotip isolat yang menjangkiti umbi disesuaikan dengan perkembangan varieti mereka sendiri. Strain ini jauh lebih berbahaya untuk penanaman komersial daripada inokulum yang berasal dari kebun persendirian. Hasil penyelidikan kami juga menyokong andaian ini. Populasi yang diasingkan dari ladang besar dengan perlindungan kimia yang dijalankan dengan betul dan teknologi pertanian yang baik tidak berbeza dalam kepelbagaian genotipik yang tinggi. Selalunya ini adalah beberapa garis klonal yang sangat agresif.
Strain dari bahan benih komersial boleh memasuki populasi di kebun sayur dan terlibat dalam proses yang berlaku di dalamnya. Namun, di kebun sayur, daya saing mereka akan jauh lebih rendah daripada di bidang komersial, dan tidak lama lagi mereka akan berhenti ada dalam bentuk garis klonal, tetapi gen mereka dapat digunakan dalam populasi "kebun".
Jangkitan yang menular pada tanaman "sukarelawan" dan pada timbunan umbi yang ditebang semasa penuaian tidak begitu relevan bagi Rusia, kerana Di wilayah utama penanaman kentang di Rusia, pembekuan tanah musim sejuk yang mendalam diperhatikan, dan tanaman dari umbi yang telah musim sejuk di tanah jarang tumbuh. Lebih-lebih lagi, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen kami, patogen penyakit akhir tidak dapat bertahan pada suhu negatif walaupun pada umbi yang mengekalkan daya tahannya. Di zon gersang, di mana penanaman kentang awal dipraktikkan, larut malam agak jarang berlaku kerana musim kering dan panas.
Oleh itu, kami sedang melihat pembahagian populasi P. infestans menjadi populasi "ladang" dan "kebun". Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, proses telah diperhatikan yang membawa kepada penumpuan dan interpenetrasi genotip dari populasi ini.
Di antara mereka, seseorang dapat melihat peningkatan umum literasi pengeluar kecil, kemunculan bungkusan kecil kentang benih yang berpatutan, penyebaran penyediaan racun kulat dalam bungkusan kecil, dan hilangnya ketakutan "kimia" oleh penduduk.
Keadaan timbul apabila, berkat aktiviti yang kuat dari satu pembekal, seluruh kampung ditanam dengan ubi benih dari jenis yang sama dan dibekalkan dengan paket kecil racun perosak yang sama. Boleh diandaikan bahawa kentang dari jenis yang sama akan dijumpai di penanaman komersial berdekatan.
Sebaliknya, beberapa syarikat perdagangan racun perosak mempromosikan skema rawatan kimia "anggaran". Dalam kes ini, jumlah rawatan yang disyorkan diremehkan dan racun kulat termurah ditawarkan, dan penekanannya bukan untuk mencegah perkembangan penyakit akhir hingga memotong bahagian atas, tetapi pada beberapa penangguhan epifitoti untuk meningkatkan hasil. Skim seperti ini dibenarkan secara ekonomi semasa menanam kentang dari bahan biji bermutu rendah, sedangkan pada prinsipnya tidak ada pertanyaan untuk memperoleh hasil yang tinggi. Namun, dalam kes ini, berbeza dengan populasi kebun, latar belakang genetik kentang yang berperanan menyumbang kepada pemilihan ras fisiologi tertentu, yang sangat berbahaya bagi varieti ini.
Secara umum, kecenderungan penumpuan kaedah "kebun" dan "ladang" pengeluaran kentang nampaknya agak berbahaya bagi kita. Untuk mengelakkan akibat negatifnya, baik di sektor rumah dan komersil, perlu mengawal pelbagai jenis kentang benih dan rangkaian racun kulat yang ditawarkan kepada pemilik swasta dalam pembungkusan kecil, serta menelusuri skema perlindungan kentang dan penggunaan racun kulat di sektor komersial.
Di bidang sektor swasta, terdapat pengembangan intensif bukan hanya penyakit akhir, tetapi juga Alternaria. Sebilangan besar pemilik petak persendirian tidak mengambil langkah khas untuk melindungi daripada Alternaria, salah memperhitungkan pengembangan Alternaria untuk semula jadi semula jadi atau perkembangan akhir hama. Oleh itu, dengan pengembangan Alternaria secara besar-besaran pada jenis yang rentan, plot rumah tangga dapat berfungsi sebagai sumber inokulum untuk penanaman komersial.
Mekanisme kebolehubahan
Proses mutasi
Oleh kerana berlakunya mutasi adalah proses rawak yang dilanjutkan dengan frekuensi rendah, kejadian mutasi pada lokus mana pun bergantung pada frekuensi mutasi lokus ini dan ukuran populasi. Semasa mengkaji kekerapan mutasi strain P. infestans, jumlah koloni yang tumbuh pada media nutrien selektif setelah rawatan dengan mutagen kimia atau fizikal biasanya ditentukan. Seperti yang dapat dilihat dari data yang disajikan dalam Jadual 8, frekuensi mutasi regangan yang sama pada lokasi yang berlainan dapat berbeza dengan beberapa urutan besarnya. Frekuensi mutasi tinggi terhadap ketahanan terhadap metalaxyl mungkin menjadi salah satu sebab pengumpulan regangan yang tahan terhadapnya secara semula jadi.
Kekerapan mutasi spontan atau induksi, yang dihitung berdasarkan eksperimen makmal, tidak selalu sesuai dengan proses yang berlaku pada populasi semula jadi, dengan alasan berikut:
1. Dengan pembelahan nuklear tak segerak, mustahil untuk mengira frekuensi mutasi bagi satu generasi nuklear. Oleh itu, kebanyakan eksperimen memberikan maklumat hanya secara langsung mengenai frekuensi mutasi, tanpa membezakan antara dua peristiwa mutasi dan satu peristiwa berikut mitosis.
2. Mutasi satu langkah biasanya mengurangkan keseimbangan genom, oleh itu, bersamaan dengan pemerolehan harta baru, kecergasan organisma secara umum menurun. Sebilangan besar mutasi yang diperoleh secara eksperimen mempunyai daya tahan yang berkurang dan tidak direkodkan pada populasi semula jadi. Oleh itu, pekali korelasi antara tahap ketahanan mutan P. infestans terhadap racun kulat phenylamide dan kadar pertumbuhan pada persekitaran buatan secara purata (-0,62), dan ketahanan terhadap racun kulat dan keagresifan pada daun kentang (-0,65) (Derevyagina et al. , 1993), yang menunjukkan tahap kecergasan mutan yang rendah. Mutasi dalam ketahanan terhadap dimethomorph juga disertai dengan penurunan daya maju yang tajam (Bagirova et al., 2001).
3. Sebilangan besar mutasi spontan dan terinduksi adalah resesif dan tidak menampakkan diri secara fenotipik dalam eksperimen, tetapi merupakan cadangan variabilitas tersembunyi dalam populasi semula jadi. Strain mutan yang diasingkan dalam eksperimen makmal membawa mutasi dominan atau separa dominan (Kulish dan Dyakov, 1979). Nampaknya, diploid nuklear menjelaskan percubaan yang tidak berjaya untuk mendapatkan mutan di bawah pengaruh penyinaran UV yang menular pada varieti tahan sebelumnya (McKee, 1969). Menurut pengiraan penulis, mutasi seperti itu dapat berlaku dengan frekuensi kurang dari 1: 500000. Peralihan mutasi resesif ke keadaan homozigot yang dinyatakan secara fenotip boleh berlaku disebabkan oleh penggabungan semula seksual atau aseksual (lihat di bawah). Walau bagaimanapun, walaupun dalam kes ini, mutasi dapat ditutupi oleh alel dominan inti jenis liar di miselium cenotic (multinucleated) dan secara fenotip hanya diperbaiki semasa pembentukan zoospora mononuklear.
Jadual 8. Kekerapan mutasi P. infestans kepada bahan penghambat pertumbuhan di bawah tindakan nitrosomethylurea (Dolgova, Dyakov, 1986; Bagirova et al., 2001)
Sambungan | Kekerapan mutasi |
Oxytetracycline | 6,9 10 x-8 |
Blasticidin S | 7,2 x 10-8 |
Streptomisin | 8,3 x10-8 |
Trichothecin | 1,8 10 x-8 |
Cycloheximide | 2,1 10 x-8 |
Daaconil | <4 x 10-8 |
Dimethomorph | 6,3 10 x-7 |
Metalaxil | 6,9 10 x-6 |
Ukuran populasi juga memainkan peranan penting dalam berlakunya mutasi spontan. Dalam populasi yang sangat besar, di mana bilangan sel N> 1 / a, dengan kadar mutasi, mutasi tidak lagi menjadi fenomena acak (Kvitko, 1974).
Pengiraan menunjukkan bahawa dengan rata-rata serangan ladang kentang (35 tempat per tanaman), 8x1012 spora terbentuk setiap hari pada satu hektar (Dyakov dan Suprun, 1984). Nampaknya, populasi tersebut mengandungi semua mutasi yang dibenarkan oleh jenis pertukaran di setiap lokus. Bahkan mutasi yang jarang berlaku, yang berlaku dengan frekuensi 10-9, akan diperoleh oleh seribu orang daripada berjuta-juta yang tinggal di satu hektar ladang kentang. Untuk mutasi yang berlaku dengan frekuensi yang lebih tinggi (misalnya, 10-6), dalam populasi seperti itu, pelbagai mutasi berpasangan dapat terjadi setiap hari (secara serentak pada dua lokasi), iaitu. proses mutasi akan menggantikan pengumpulan semula.
Penghijrahan
Bagi P. infestans, dua jenis migrasi utama diketahui: jarak dekat (di ladang kentang atau ladang berdekatan) dengan menyebarkan zoosporangia melalui arus udara atau semburan hujan, dan ke jarak jauh - dengan menanam ubi atau buah tomato yang diangkut. Kaedah pertama menyediakan pengembangan fokus penyakit, yang kedua - penciptaan fokus baru di tempat yang jauh dari yang utama.
Penyebaran jangkitan dengan ubi dan buah tomato tidak hanya menyumbang kepada kemunculan penyakit di tempat baru, tetapi juga merupakan sumber utama kepelbagaian genetik pada populasi. Di rantau Moscow, kentang ditanam, dibawa dari pelbagai wilayah di Rusia dan Eropah Barat. Buah tomato dibawa dari wilayah selatan Rusia (wilayah Astrakhan, wilayah Krasnodar, Kaukasus Utara). Biji tomat, yang juga dapat berfungsi sebagai sumber jangkitan (Rubin et al., 2001), juga diimport dari wilayah selatan Rusia, China, negara-negara Eropah dan negara-negara lain.
Menurut perhitungan oleh E. Mayr (1974), perubahan genetik dalam populasi tempatan yang disebabkan oleh mutasi jarang melebihi 10-5 per lokus, sementara pada populasi terbuka, pertukaran disebabkan oleh aliran gen yang bertentangan sekurang-kurangnya 10-3 - 10-4.
Migrasi pada umbi yang dijangkiti bertanggungjawab untuk kemasukan P. infestans ke Eropah, merebak ke semua wilayah di dunia di mana kentang ditanam; mereka menyebabkan perubahan populasi yang paling serius. Serangan kentang yang lewat muncul di wilayah Kerajaan Rusia hampir serentak dengan penampilannya di Eropah Barat.
Sejak penyakit ini pertama kali diperhatikan pada tahun 1846-1847 di Negara-negara Baltik dan hanya pada tahun-tahun berikutnya tersebar di Belarus dan wilayah barat laut Rusia, asal usul Eropah Baratnya jelas. Punca pertama penyakit akhir di Dunia Lama tidak begitu jelas. Hipotesis yang dikembangkan oleh Fry et al. (Fry et al., 1992; Fry, Goodwin, 1995, Goodwin et al., 1994) menunjukkan bahawa parasit pertama kali datang dari Mexico ke Amerika Utara, di mana ia tersebar di tanaman, dan kemudian diangkut ke Eropah Barat (rajah 7).
Sebagai hasil dari pengulangan berulang (kesan ganda dari "kemacetan"), klon tunggal sampai ke Eropah, keturunannya menyebabkan wabak di seluruh wilayah Dunia Lama, di mana kentang ditanam. Sebagai bukti untuk hipotesis ini, penulis menyebut, pertama, kejadian di mana-mana hanya satu jenis kawin (A1) dan, kedua, homogenitas genotip dari strain yang dikaji dari kawasan yang berlainan (semuanya berdasarkan penanda molekul, termasuk 2 lokus isozim, pola cap jari DNA, dan struktur DNA mitokondria adalah serupa, dan sesuai dengan klon US-1 yang dijelaskan di AS). Namun, beberapa data menimbulkan keraguan mengenai sekurang-kurangnya beberapa ketentuan dari hipotesis yang dinyatakan. Analisis DNA mitokondria P. infestans yang diasingkan dari sampel kentang herbarium yang dijangkiti semasa tempoh epifitotik pertama tahun 40-an menunjukkan bahawa mereka berbeza dalam struktur DNA mitokondria dari klon US-1, yang, oleh itu, sekurang-kurangnya bukan satu-satunya sumber jangkitan di Eropah (Ristaino et al, 2001).
Situasi pengaburan lewat bertambah buruk lagi pada tahun 80-an abad XX. Perubahan berikut telah berlaku:
1) Keagresifan rata-rata penduduk telah meningkat, yang menyebabkan, khususnya, penyebaran bentuk yang paling berbahaya dari penyakit akhir - kerosakan pada tangkai dan batang.
2) Terdapat pergeseran pada waktu larut kentang pada kentang - dari akhir bulan Julai hingga awal bulan Julai dan bahkan hingga akhir bulan Jun.
3) Jenis kawin A2, yang sebelumnya tidak ada di Dunia Lama, telah ada di mana-mana.
Perubahan itu didahului oleh dua peristiwa: penggunaan metalaxyl fungisida baru secara besar-besaran (Schwinn dan Staub, 1980) dan kemunculan Mexico sebagai pengeksport kentang dunia (Niederhauser, 1993). Sesuai dengan ini, dua alasan untuk perubahan populasi dikemukakan: penukaran jenis kawin di bawah pengaruh metalaxyl (Ko, 1994) dan pengenalan strain baru secara besar-besaran dengan umbi yang dijangkiti dari Mexico (Fry dan Goodwin, 1995). Walaupun interkonversi jenis kawin di bawah pengaruh metalaxyl diperoleh bukan hanya oleh Ko, tetapi juga dalam kerja-kerja yang dilakukan di makmal Universiti Negeri Moscow (Savenkova, Chherepennicova-Anikina, 2002), hipotesis kedua lebih disukai. Seiring dengan kemunculan jenis kawin kedua, perubahan serius berlaku pada genotip strain P. infestans Rusia, termasuk dalam gen neutral (isozyme dan RFLP loki), serta dalam struktur DNA mitokondria. Kompleks perubahan ini tidak dapat dijelaskan oleh tindakan metalaxyl; sebaliknya, terdapat banyak import strain baru dari Mexico, yang, menjadi lebih agresif (Kato et al., 1997), menggantikan strain lama (US-1), menjadi dominan dalam populasi. Perubahan komposisi penduduk Eropah berlaku dalam masa yang sangat singkat - dari tahun 1980 hingga 1985 (Fry et al., 1992). Di wilayah bekas Uni Soviet, "strain baru" ditemukan dalam koleksi dari Estonia pada tahun 1985, yaitu lebih awal daripada di Poland dan Jerman (Goodwin et al., 1994). Kali terakhir "strain lama US-1" di Rusia diasingkan dari tomato yang dijangkiti di wilayah Moscow pada tahun 1993 (Dolgova et al., 1997). Juga di Perancis, strain "lama" dijumpai di penanaman tomat hingga awal tahun 90an, iaitu, setelah lama hilang pada kentang (Leberton dan Andrivon, 1998). Perubahan pada strain P. infestans mempengaruhi banyak sifat, termasuk yang sangat praktikal, dan meningkatkan kemudaratan akibat penyakit akhir.
Pengumpulan semula seksual
Agar pengumpulan semula seksual menyumbang kepada kebolehubahan, perlu, pertama, kehadiran dua jenis kawin dalam populasi dalam nisbah hampir 1: 1, dan, kedua, kehadiran variabilitas populasi awal.
Nisbah jenis kawin sangat berbeza pada populasi yang berbeza dan bahkan pada tahun yang berbeza dalam satu populasi (Jadual 9,10, 90). Sebab-sebab perubahan drastik dalam kekerapan jenis kawin dalam populasi (seperti, misalnya, di Rusia atau di Israel pada awal 2002-an abad yang lalu) tidak diketahui, tetapi dipercayai bahawa ini disebabkan oleh pengenalan klon yang lebih kompetitif (Cohen, XNUMX).
Beberapa data tidak langsung menunjukkan perjalanan proses seksual pada tahun-tahun tertentu dan di wilayah tertentu:
1) Kajian populasi dari wilayah Moscow menunjukkan bahawa dalam 13 populasi di mana bahagian jenis kawin A2 kurang dari 10%, jumlah kepelbagaian genetik yang dikira untuk tiga lokus isozim adalah 0,08, dan dalam 14 populasi di mana bahagian A2 melebihi 30%, kepelbagaian genetik dua kali lebih tinggi (0,15) (Elansky et al., 1999). Oleh itu, semakin tinggi kemungkinan hubungan seksual, semakin besar kepelbagaian genetik populasi.
2) Hubungan antara nisbah jenis kawin dalam populasi dan intensiti pembentukan oospore diperhatikan di Israel (Cohen et al., 1997) dan di Holland
(Flier et al., 2004). Kajian kami menunjukkan bahawa, pada populasi di mana isolat dengan jenis kawin A2 berjumlah 62, 17, 9, dan 6%, oospora ditemui pada 78, 50, 30, dan 15% daun kentang yang dianalisis (mempunyai 2 atau lebih bintik), masing-masing.
Sampel dengan 2 atau lebih bintik lebih cenderung mengandungi oospora daripada sampel dengan 1 tempat (masing-masing 32 dan 14% sampel) (Apryshko et al., 2004).
Oospora jauh lebih biasa di daun lapisan tengah dan bawah tanaman kentang (Mytsa et al., 2015; Elansky et al., 2016).
3) Di beberapa wilayah, genotip unik telah dijumpai, kejadiannya berkaitan dengan penggabungan seksual. Oleh itu, di Poland pada tahun 1989 dan di Perancis pada tahun 1990, strain homozigot untuk glukosa-6-
isomerase fosfat (GPI 90/90). Oleh kerana sebelumnya hanya 10/90 heterozigot yang dijumpai selama 100 tahun, homozigositas dikaitkan dengan penggabungan semula seksual (Sujkowski et al., 1994). Di Colombia (AS), isolat menggabungkan A2 dengan GPI 100/110 dan A1 dengan GPI 100/100 adalah perkara biasa, namun, pada akhir musim 1994 (16 Ogos dan 9 September), strain dengan genotip rekombinan (A1 GPI 100/110 dan A2 GPI 100/100) (Miller et al., 1997).
4) Dalam beberapa populasi dari Poland (Sujkowski et al., 1994) dan Kaukasus Utara (Amatkhanova et al., 2004), pengedaran lokus DNA cap jari dan lokus protein allozyme sepadan dengan taburan Hardy-Weinberg, yang menunjukkan
mengenai bahagian yang tinggi dari sumbangan penggabungan seksual terhadap kebolehubahan populasi. Di wilayah lain di Rusia, tidak ada korespondensi dengan taburan Hardy-Weinberg dalam populasi, tetapi kehadiran ketidakseimbangan hubungan ditunjukkan, yang menunjukkan dominasi pembiakan klonal (Elansky et al., 1999).
5) Kepelbagaian genetik (GST) antara strain dengan jenis kawin yang berbeza (A1 dan A2) lebih rendah daripada antara populasi yang berbeza (Sujkowski et al., 1994), yang secara tidak langsung menunjukkan persilangan seksual.
Pada masa yang sama, sumbangan penggabungan seksual terhadap kepelbagaian populasi tidak begitu tinggi. Sumbangan ini dikira untuk populasi wilayah Moscow (Elansky et al., 1999). Menurut perhitungan Lewontin (1979), "penggabungan semula, yang dapat menghasilkan varian baru dari dua lokus dengan frekuensi tidak melebihi produk heterozigositasnya, menjadi efektif hanya jika nilai heterozigositas untuk kedua alel sudah tinggi."
Dengan nisbah dua jenis pasangan, yang khas untuk wilayah Moscow, sama dengan 4: 1, frekuensi penggabungan akan menjadi 0,25. Kebarangkalian strain bersilang akan heterozigot bagi dua daripada tiga lokus isozim yang dikaji dalam populasi yang dikaji adalah 0,01 (2 strain daripada 177). Oleh itu, kebarangkalian berlakunya heterozigot berganda akibat pengumpulan semula tidak boleh melebihi produk mereka didarabkan dengan kebarangkalian penyeberangan (0,25x0,02x0,02) = 10-4, iaitu rekombinan seksual biasanya tidak termasuk dalam sampel strain yang dikaji. Pengiraan ini dibuat untuk populasi dari wilayah Moscow yang dicirikan oleh kebolehubahan yang agak tinggi. Dalam populasi monomorf seperti penduduk Siberia, proses seksual, walaupun berlaku pada populasi yang berasingan, tidak dapat mempengaruhi kepelbagaian genetik mereka.
Di samping itu, P. infestans dicirikan oleh ketidakseimbangan kromosom yang kerap di meiosis, yang membawa kepada aneuploidi (Carter et al., 1999). Pelanggaran sedemikian mengurangkan kesuburan kacukan.
Pengumpulan semula parasit, penukaran gen mitosis
Dalam eksperimen mengenai peleburan strain P. infestans dengan mutasi ketahanan terhadap perencat pertumbuhan yang berbeza, kemunculan misolat yang tahan terhadap kedua-dua perencat itu dijumpai (Shattock dan Shaw, 1975; Dyakov, Kuzovnikova, 1974; Kulish, Dyakov,
1979). Strain yang tahan terhadap dua perencat pertumbuhan timbul sebagai akibat dari heterokariotisasi miselium, dan dalam hal ini mereka membelah semasa pembiakan oleh zoospora mononuklear (Judelson, Ge Yang, 1998), atau tidak membelah keturunan monozoospora, kerana mereka mempunyai tetraploid (kerana isolat awal adalah diploid) inti (K , 1979). Diploid heterozigot dipisahkan pada frekuensi yang sangat rendah kerana haploidisasi, nondisjungsi kromosom, dan penyeberangan mitotik (Poedinok et al., 1982). Kekerapan proses ini dapat ditingkatkan dengan bantuan kesan tertentu pada diploid heterozigot (contohnya, penyinaran UV spora yang bercambah).
Walaupun pembentukan kacukan vegetatif dengan rintangan berganda berlaku bukan sahaja secara in vitro, tetapi juga pada ubi kentang yang dijangkiti dengan campuran mutan (Kulish et al., 1978), agak sukar untuk menilai peranan pengumpulan semula parasexual dalam penjanaan genotip baru dalam populasi. Kekerapan pembentukan segregan disebabkan oleh haploidisasi, penyimpangan kromosom dan mitosis menyeberang tanpa kesan khas diabaikan (kurang dari 10-3).
Kejadian segmen homozigot strain heterozigot dapat didasarkan pada penyebaran mitosis dan penukaran gen mitotik, yang pada P. sojae berlaku dengan frekuensi 3 x 10-2 hingga 5 x 10-5 per lokus, bergantung pada strain (Chamnanpunt et al. , 2001).
Walaupun kekerapan berlakunya heterokaron dan diploid heterozigot ternyata sangat tinggi (mencapai puluhan peratus), proses ini hanya berlaku apabila kultur mutan yang diperoleh dari ketegangan yang sama disambung. Apabila menggunakan strain yang berbeza yang diasingkan dari alam semula jadi, heterokaryotization tidak berlaku (atau berlaku dengan frekuensi yang sangat rendah) kerana adanya ketidaksesuaian vegetatif (Poedinok dan Dyakov, 1981; Anikina et al., 1997b; Cherepennikova-Anikina et al., 2002). Oleh itu, peranan pengumpulan semula paraseks hanya dapat dikurangkan kepada pengumpulan semula intraklonal dalam nukleus heterozigot dan peralihan gen individu ke keadaan homozigot tanpa proses seksual. Proses ini boleh mempunyai kepentingan epidemiologi pada strain dengan mutasi ketahanan fungisida resesif atau separa dominan. Peralihannya ke keadaan homozigot kerana proses parasexual akan meningkatkan daya tahan pembawa mutasi (Dolgova, Dyakov, 1986).
Pencerobohan gen
Spesies heterothallic Phytophthora mampu membiak dengan pembentukan oospora hibrid (lihat Vorob'eva dan Gridnev, 1983; Sansome et al., 1991; Veld et al., 1998). Hibrida semula jadi dari dua spesies Phytophthora begitu agresif sehingga membunuh ribuan alder di UK (Brasier et al., 1999). P. infestans boleh berlaku dengan spesies lain dari genus (P. erythroseptica, P. nicotianae, P. Cactorum, dll.) Pada tanaman inang biasa dan di dalam tanah, tetapi terdapat sedikit maklumat dalam literatur mengenai kemungkinan hibrida interspesifik. Dalam keadaan makmal, kacukan antara P. infestans dan P. Mirabilis diperoleh (Goodwin dan Fry, 1994).
Jadual 9. Bahagian strain P. infestans dengan jenis kawin A2 di negara-negara yang berlainan di dunia pada tahun 1990 hingga 2000 (menurut data sumber dan laman web literatur terbuka www.euroblight.net, www.eucablight.org)
Negara | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Belarus | 33 (12) | 34 (29) | |||||||||
Belgium | 15 (49 *) | 6 (66) | 20 (86) | ||||||||
Ecuador | 0 (13) | 0 (12) | 0 (19) | 0 (21) | 12 (41) | 25 (39) | 15 (75) | 22 (73) | 25 (68) | 0 (35) | |
Estonia | 8 (12) | ||||||||||
England | 4 (26) | 3 (630) | 9 (336) | ||||||||
Finland | 0 (15) | 19 (117) | 12 (16) | 21 (447) | 6 (509) | 9 (432) | 43 (550) | ||||
Perancis | 0 (35) | 0 (56) | 0 (83) | 0 (67) | 0 (86) | 2 (135) | 7 (156) | 6 (123) | 0 (73) | 0 (285) | 0 (135) |
Hungary | 72 (32) | ||||||||||
Ireland | 4 (145) | ||||||||||
Utara. Ireland | 10 (41) | 9 (58) | 1 (106) | 0 (185) | 0 (18) | 0 (56) | 0 (35) | 0 (26) | |||
Belanda | 7 (41) | 5 (276) | 24 (377) | 44 (353) | 23 (185) | ||||||
Norway | 25 (446) | 28 (156) | 8 (39) | 18 (257) | 38 (197) | ||||||
Peru | 0 (34, 1984 -86) | 0 (287, 1997-98) | 0 (112) | 0 (66) | |||||||
Poland | 19 (180) | 21 (142) | 33 (256) | 26 (149) | 35 (70) | ||||||
Scotland | 25 (147) | 11 (163) | 22 (189) | 5 (22) | |||||||
Sweden | 25 (263) | 62 (258) | 49 (163) | ||||||||
Wales | 0 (16) | 7 (97) | 0 (48) | 0 (25) | |||||||
Korea | 36 (42) | 10 (130) | 15 (98) | ||||||||
China | 20 (142, 1995-98) | 0 (6) | 0 (8) | 0 (35) | |||||||
Colombia | 0 (40, 1994-2000) | ||||||||||
Uruguay | 100 (25, 1998-99) | ||||||||||
Maghribi | 60 (108, 1997-2000) | 52 (25) | 42 (40) | ||||||||
Сербия | 76 (37) | ||||||||||
Mexico (Toluca) | 28 (292, 1988-89) | 50 (389, 1997-98) |
Jadual 10. Bahagian strain P. infestans dengan jenis kawin A2 di negara-negara yang berlainan di dunia pada tahun 2000 hingga 2011
Negara | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Austria | 65 (83) | ||||||||||
Belarus | 42 (78) | ||||||||||
Belgium | 20 (102 *) | 4 (32) | 50 (14) | 25 (16) | 62 (13) | 54 (26) | 70 (54) | 30 (23) | 29 (35) | 62 (71) | 45 (49) |
Switzerland | 89 (19) | ||||||||||
Чехия | 35 (31) | 54 (64) | 38 (174) | 12 (80) | |||||||
Jerman | 95 (53) | ||||||||||
Denmark | 48 (52) | ||||||||||
Ecuador | 5 (178) | 6 (108) | 9 (121) | 18 (94) | 2 (44) | 0 (66) | 5 (47) | ||||
Estonia | 54 (25) | 0 (24) | 33 (62) | 45 (140) | 25 (100) | 12 (103) | |||||
England | 4 (47) | 10 (96) | 31 (55) | 55 (790) | 68 (862) | 70 (552) | 68 (299) | ||||
Finland | 47 (162) | 12 (218) | 42 | ||||||||
Perancis | 0 (186) | 4 (108) | 8 (61) | 22 (103) | 33 (303) | 65 (378) | 74 (331) | 75 (125) | 75 (12) | ||
Hungary | 48 (27) | 48 (90) | 9 | 7 | |||||||
Utara. Ireland | 0 (38) | 0 (58) | 0 (40) | 0 (24) | 5 (54) | 0 (18) | 27 (578) | 45 (239) | 36 (213) | 82 (60) | 10 (80) |
Belanda | 66 (24) | 93 (15) | 91 (11) | ||||||||
Norway | 39 (328) | 3 (115) | 12 (19) | ||||||||
Peru | 0 (36) | ||||||||||
Poland | 25 (46) | 10 (30) | 85 (20) | 38 (44) | 75 (66) | 55 (56) | 65 (35) | 72 (81) | 85 (21) | ||
Scotland | 3 (213) | 2 (474) | 24 (135) | 86 (337) | 88 (386) | 74 (172) | |||||
Sweden | 60 (277) | 39 (87) | |||||||||
Slovakia | 0 (36) | 14 (26) | 62 (26) | 0 (26) | |||||||
Wales | 25 (12) | 68 (106) | 80 (88) | 92 (143) | 75 (45) | ||||||
Korea | 46 (26) | ||||||||||
Brazil | 0 (49) | 0 (30) | |||||||||
China | 10 (30) | 0 (6) | 0 (6) | ||||||||
Vietnam | 0 (294, 2003-04) | ||||||||||
Uganda | 0 (8) |
Dinamika komposisi genotip populasi
Perubahan komposisi genotip populasi P. infestans dapat terjadi di bawah pengaruh penghijrahan klon baru dari wilayah lain, amalan pertanian (perubahan varieti, penggunaan racun kulat), dan keadaan cuaca. Pengaruh luaran mempengaruhi klon yang berbeza pada tahap yang berbeza dari kitaran hidup; oleh itu, setiap tahun penduduk mengalami perubahan kitaran dalam frekuensi gen yang tertakluk kepada pemilihan, disebabkan oleh perubahan peranan dominan penyimpangan dan pemilihan gen.
Pengaruh pelbagai
Varieti baru dengan gen yang berkesan untuk ketahanan menegak (R-gen) adalah faktor selektif yang kuat, memilih klon dengan gen virulensi pelengkap dalam populasi P. infestans. Sekiranya tiada rintangan tidak spesifik dalam varieti kentang, yang menghalang pertumbuhan populasi patogen, proses penggantian klon dominan dalam populasi berlaku dengan sangat cepat. Oleh itu, setelah penyebaran di wilayah Moscow dari varieti Domodedovsky, yang mempunyai gen rintangan R3, frekuensi klon yang ganas untuk varieti ini meningkat dari 0,2 hingga 0,82 dalam satu tahun (Dyakov dan Derevjagina, 2000).
Walau bagaimanapun, perubahan frekuensi gen virulensi (patotip) dalam populasi berlaku bukan hanya di bawah pengaruh varieti kentang yang ditanam. Contohnya, di Belarus hingga 1977, klon dengan gen virulensi 1 dan 4 mendominasi, yang disebabkan oleh penanaman varieti kentang dengan gen ketahanan R1 dan R4 (Dorozhkin, Belskaya, 1979). Walau bagaimanapun, pada akhir 70-an abad XX, klon muncul dengan gen virulensi yang berbeza dan kombinasinya, dan gen ketahanan pelengkap tidak pernah digunakan dalam pembiakan kentang (gen virulensi tambahan) (Ivanyuk et al., 2002). Alasan kemunculan klon seperti itu, adalah kerana penghijrahan ke Eropah bahan berjangkit dari Mexico dengan ubi kentang. Di rumah, klon ini berkembang bukan hanya pada kentang yang ditanam, tetapi juga pada spesies liar yang membawa pelbagai gen ketahanan; oleh itu, gabungan banyak gen virulensi dalam genom diperlukan untuk bertahan hidup dalam keadaan tersebut.
Bagi varietas dengan ketahanan bukan spesifik, mereka, dengan mengurangkan kadar pembiakan patogen, menunda evolusi populasinya, yang, seperti yang telah disebutkan, adalah fungsi bilangan. Oleh kerana keagresifan bersifat poligenik, klon yang mengandungi sebilangan besar gen untuk "agresivitas" terkumpul semakin cepat semakin tinggi ukuran populasi. Oleh itu, perlumbaan yang sangat agresif bukanlah produk penyesuaian terhadap varietas yang ditanam dengan ketahanan yang tidak spesifik, tetapi, sebaliknya, lebih cenderung dikesan dalam penanaman varieti yang sangat rentan yang merupakan penumpuk spora parasit.
Oleh itu, di Rusia, populasi P. Infestans yang paling agresif dijumpai di zon epiphytoties tahunan (populasi dari wilayah Sakhalin, Leningrad, dan Bryansk). Keagresifan populasi ini ternyata lebih tinggi daripada penduduk Mexico (Filippov et al., 2004).
Di samping itu, lebih sedikit oospora terbentuk di daun varieti tahan daripada yang rentan (Hanson dan Shattock, 1998), iaitu, rintangan yang tidak spesifik dari varietas ini juga dapat mengurangkan kemampuan pengumpulan semula parasit dan kemungkinan kaedah musim sejuk alternatif.
Pengaruh racun kulat
Racun kulat tidak hanya mengurangkan bilangan kulat fitopatogenik, iaitu mempengaruhi ciri-ciri kuantitatif populasi mereka, tetapi mereka juga dapat mengubah frekuensi genotip individu, iaitu mempengaruhi komposisi kualitatif populasi. Antara petunjuk terpenting populasi yang berubah di bawah pengaruh racun kulat adalah berikut: perubahan daya tahan terhadap racun kulat, perubahan keagresifan dan keperitan, dan perubahan sistem pembiakan.
Pengaruh racun kulat terhadap ketahanan dan keagresifan populasi
Tahap pengaruh ini ditentukan, pertama sekali, oleh jenis racun kulat yang digunakan, yang dapat dibahagikan secara kondisional menjadi polisit, oligosit dan monosit.
Yang pertama merangkumi kebanyakan racun kulat kontak. Penentangan terhadap mereka (jika mungkin sama sekali) dikendalikan oleh sebilangan besar gen yang sangat lemah. Sifat-sifat ini menentukan tidak adanya perubahan yang dapat dilihat dalam rintangan populasi setelah rawatan dengan racun kulat (walaupun dalam beberapa eksperimen, beberapa peningkatan daya tahan diperoleh). Populasi kulat yang dipelihara setelah disembur dengan racun kulat kontak terdiri daripada dua kumpulan strain:
1) Strain diawetkan di kawasan tanaman yang tidak dirawat dengan ubat. Oleh kerana tidak ada hubungan dengan racun kulat, keagresifan dan ketahanan strain ini tidak berubah.
2) Strain yang bersentuhan dengan fungisida, kepekatannya pada titik kontak lebih rendah daripada yang mematikan. Seperti yang telah disebutkan di atas, daya tahan bahagian populasi ini juga tidak berubah, bagaimanapun, disebabkan oleh kesan kerosakan sebahagian dari fungisida walaupun dalam kepekatan sublethal pada metabolisme sel kulat, kecergasan umum dan komponen parasitnya, keagresifan, menurun (Derevyagina dan Dyakov, 1990).
Oleh itu, bahkan sebahagian dari populasi yang belum meninggal, terkena kontak dengan fungisida, mempunyai daya tahan yang lemah dan tidak dapat menjadi sumber epifitotik. Oleh itu, rawatan yang berhati-hati yang mengurangkan kekerapan bahagian penduduk yang tidak bersentuhan dengan racun kulat adalah syarat untuk kejayaan langkah-langkah perlindungan. Rintangan terhadap racun kulat oligosit dikawal oleh beberapa gen tambahan.
Mutasi setiap gen menyebabkan peningkatan rintangan, dan tahap rintangan keseluruhan disebabkan oleh penambahan mutasi tersebut. Oleh itu, peningkatan rintangan berlaku secara berperingkat. Contoh peningkatan rintangan bertahap adalah mutasi dalam rintangan terhadap dimethomorph fungisida, yang digunakan secara meluas untuk melindungi kentang dari penyakit akhir. Rintangan dimethomorph adalah polygenic dan aditif. Mutasi satu langkah sedikit meningkatkan daya tahan.
Setiap mutasi berikutnya menurunkan ukuran sasaran dan, akibatnya, frekuensi mutasi berikutnya (Bagirova et al., 2001). Peningkatan daya tahan rata-rata populasi setelah rawatan berulang dengan racun kulat oligosit berlaku secara berperingkat dan bertahap. Kelajuan proses ini ditentukan oleh sekurang-kurangnya tiga faktor: kekerapan mutasi gen ketahanan, pekali rintangan (nisbah dos mematikan ketegangan tahan berkaitan dengan yang sensitif) dan kesan mutasi pada gen ketahanan terhadap kecergasan.
Kekerapan berlakunya setiap mutasi berikutnya lebih rendah daripada yang sebelumnya; oleh itu, prosesnya mempunyai watak redaman (Bagirova et al., 2001). Walau bagaimanapun, jika proses pengumpulan semula (seksual atau parasexual) berlaku pada populasi, maka kemungkinan untuk menggabungkan mutasi ibu bapa yang berbeza dalam strain hibrida dan mempercepat prosesnya. Oleh itu, populasi panmix memperoleh ketahanan lebih cepat daripada populasi agamis, dan pada populasi terakhir, populasi yang tidak mempunyai halangan ketidaksesuaian vegetatif lebih cepat daripada populasi yang dipisahkan oleh halangan tersebut. Dalam hal ini, kehadiran strain pada populasi yang berbeza dalam jenis kawin mempercepat proses memperoleh ketahanan terhadap racun kulat oligosit.
Faktor kedua dan ketiga tidak menyumbang kepada pengumpulan strain tahan dimethomorph yang cepat dalam populasi. Setiap mutasi berikutnya menggandakan daya tahan, yang tidak signifikan, dan pada masa yang sama mengurangkan kadar pertumbuhan di persekitaran buatan dan keagresifan (Bagirova et al., 2001; Stem, Kirk, 2004). Mungkin itulah sebabnya praktis tidak ada ketegangan yang tahan di antara strain P. infestans semula jadi, bahkan yang dikumpulkan dari penanaman kentang yang dirawat dengan dimethomorph.
Populasi yang dirawat dengan racun kulat oligosit juga akan terdiri daripada dua kumpulan strain: mereka yang tidak bersentuhan dengan racun kulat, dan oleh itu tidak mengubah ciri awal (jika strain tahan dijumpai di antara kumpulan ini, mereka tidak akan terkumpul kerana daya saing dan daya saing strain sensitif yang lebih tinggi), dan ketegangan yang bersentuhan dengan kepekatan fungisida yang mematikan. Di antara yang terakhir, pengumpulan regangan tahan adalah mungkin, kerana di sini mereka mempunyai kelebihan daripada yang sensitif.
Oleh itu, semasa menggunakan racun kulat oligosit, tidak semestinya rawatan menyeluruh yang penting sebagai kepekatan ubat yang tinggi, beberapa kali lebih tinggi daripada dos yang mematikan, kerana dengan mutagenesis bertahap, daya tahan awal strain bermutasi rendah.
Akhirnya, mutasi dalam rintangan terhadap racun kulat monosit sangat ekspresif, iaitu, satu mutasi dapat melaporkan tahap ketahanan yang tinggi, hingga hilangnya kepekaan. Oleh itu, peningkatan rintangan populasi berlaku dengan sangat cepat.
Contoh racun kulat seperti itu adalah phenylamides, termasuk metalaxyl fungisida yang paling biasa. Mutasi rintangan terhadapnya timbul dengan frekuensi tinggi, dan tahap rintangan pada mutan sangat tinggi - melebihi ketegangan sensitif dengan faktor seribu atau lebih (Derevyagina et al., 1993). Walaupun kadar pertumbuhan dan keagresifan mutan tahan menurun dengan latar belakang kematian strain rentan akibat fungisida sistemik, jumlah populasi tahan meningkat dengan cepat dan, secara selari, keagresifannya semakin meningkat. Oleh itu, setelah beberapa tahun menggunakan racun kulat, keagresifan ketegangan tahan bukan sahaja dapat menyamai keagresifan yang sensitif, tetapi juga melampauinya (Derevyagina, Dyakov, 1992).
Kesan pada pengumpulan semula seksual
Oleh kerana kerap berlaku jenis kawin A2 pada populasi P. infestans bertepatan dengan penggunaan intensif metalaxyl untuk melawan penyakit akhir, diasumsikan bahawa metalaxyl mendorong penukaran jenis kawin. Dalam P. parasitica, penukaran sedemikian di bawah tindakan chloroneb dan metalaxyl terbukti secara eksperimen (Ko, 1994). Satu bahagian pada medium dengan kepekatan metalaxyl yang rendah menyebabkan kemunculan isolat homothallic dari strain P. infestans yang sensitif terhadap metalaxyl dengan jenis kawin A1 (Savenkova dan Cherepnikova-Anikina, 2002). Semasa petikan berikutnya pada media dengan kepekatan metalaxyl yang lebih tinggi, tidak satu pun isolat dari jenis pasangan A2 dikesan, bagaimanapun, kebanyakan isolat, apabila disilangkan dengan isolat A2, bukannya oospora, membentuk akumulasi miselium yang jelek dan steril. Bahagian ketegangan tahan yang mempunyai jenis kawin A2 pada media dengan kepekatan metalaxyl yang tinggi membolehkan kita mengesan tiga bentuk perubahan jenis kawin: 1) kemandulan lengkap apabila dilintasi dengan pengasingan A1 dan A2; 2) homotallism (pembentukan oospora dalam monokultur); 3) penukaran jenis kawin A2 menjadi A1. Oleh itu, metalaxyl dapat menyebabkan perubahan dalam jenis kawin pada populasi P. infestans dan, akibatnya, penggabungan semula seksual di dalamnya.
Kesan pada pengumpulan semula vegetatif
Sebilangan gen ketahanan antibiotik meningkatkan frekuensi heterokariotaisasi hyphal dan diploidisasi nuklear (Poedinok dan Dyakov, 1981). Seperti yang dinyatakan sebelum ini, heterokariotaisasi hyphae semasa penyatuan strain P. infestans yang berlainan berlaku sangat jarang disebabkan oleh fenomena ketidaksesuaian vegetatif pada kulat ini. Walau bagaimanapun, gen yang tahan terhadap beberapa antibiotik boleh memberi kesan sampingan, yang dinyatakan dalam mengatasi ketidaksesuaian vegetatif. Harta ini dimiliki oleh gen ketahanan streptomisin mutan 1S-1. Kehadiran mutan seperti itu di populasi ladang phytophthora dapat meningkatkan aliran gen antara strain dan mempercepat penyesuaian seluruh populasi terhadap jenis atau racun kulat baru.
Fungisida dan antibiotik tertentu boleh mempengaruhi frekuensi pengumpulan semula mitotik, yang juga dapat mengubah frekuensi genotip pada populasi. Benomyl fungisida yang digunakan secara meluas mengikat beta-tubulin, protein dari mana mikrotubulus sitoskeleton dibina, dan dengan itu mengganggu proses pemisahan kromosom dalam anafase mitosis, meningkatkan frekuensi penggabungan mitosis (Hastie, 1970).
Fungisida para-fluorophenylalanine, yang digunakan untuk mengobati penyakit Belanda pada elma, mempunyai sifat yang sama. Para-fluorophenylalanine meningkatkan kekerapan pengumpulan semula dalam diploid heterozigot P. infestans (Poedinok et al., 1982).
Perubahan siklik dalam komposisi genotip populasi dalam kitaran hidup P. infestans
Kitaran perkembangan klasik P. infestans di zon sederhana terdiri daripada 4 fasa.
1) Fasa pertumbuhan populasi eksponensial (fasa polikiklik) dengan generasi pendek. Fasa ini biasanya bermula pada bulan Julai dan berlangsung selama 1,5-2 bulan.
2) Fasa menghentikan pertumbuhan penduduk kerana penurunan tajam dalam bahagian tisu yang tidak terjejas atau bermulanya keadaan cuaca yang tidak baik. Fasa ini di ladang yang melakukan penyingkiran daun pra-panen awal turun dari kitaran tahunan.
3) Fasa musim sejuk di umbi, disertai dengan penurunan yang signifikan dalam ukuran populasi disebabkan oleh jangkitan umbi yang tidak disengaja, perkembangan infeksi lambat di dalamnya, tidak adanya infeksi ulang umbi, reput dan pemusnahan umbi yang terkena dalam keadaan penyimpanan normal.
4) Fasa perkembangan perlahan di tanah dan pada anak benih (fasa monosiklik), di mana jangka masa penjanaan dapat mencapai sebulan atau lebih (akhir Mei - awal Julai). Biasanya pada masa ini, daun yang sakit sukar dikesan walaupun dengan pemerhatian khas.
Fasa pertumbuhan populasi eksponensial (fasa polisiklik)
Banyak pemerhatian (Pshedetskaya, Kozubova, 1969; Borisenok, 1969; Osh, 1969; Dyakov, Suprun, 1984; Rybakova, Dyakov, 1990) menunjukkan bahawa pada awal epiphytoty, klon rendah-virulen dan sedikit agresif mendominasi, yang kemudiannya digantikan oleh klon yang lebih ganas dan agresif. kadar pertumbuhan agresif penduduk semakin tinggi, semakin kurang tahan tanaman inang.
Apabila populasi bertambah, kepekatan kedua-dua gen terpilih yang diperkenalkan ke dalam varieti komersial (R1-R4) dan selektif netral (R5-R11) meningkat. Oleh itu, dalam populasi berhampiran Moscow pada tahun 1993, virulensi rata-rata dari akhir bulan Julai hingga pertengahan Ogos meningkat dari 8,2 hingga 9,4, dan peningkatan terbesar diperhatikan untuk gen virulensi selektif R5 (dari 31 hingga 86% klon virulen) (Smirnov, 1996 ).
Penurunan kadar pertumbuhan populasi disertai dengan penurunan aktiviti parasit populasi. Oleh itu, pada tahun-tahun kemurungan, kedua-dua jumlah perlumbaan dan bahagian perlumbaan yang sangat ganas lebih rendah daripada pada kumpulan epiphytotic (Borisenok, 1969). Sekiranya pada waktu puncak keadaan cuaca epifitotik berubah menjadi tidak baik kerana serangan larut malam dan kentang berkurang, kepekatan klon yang sangat ganas dan agresif juga berkurang (Rybakova et al., 1987).
Peningkatan frekuensi gen yang mempengaruhi virulensi dan agresiviti populasi mungkin disebabkan oleh pemilihan klon yang lebih virulen dan agresif dalam populasi campuran. Untuk menunjukkan pemilihan, kaedah untuk analisis mutasi neutral dikembangkan, yang berjaya digunakan pada populasi chemostat yis (Adams et al., 1985) dan Fusarium graminearum (Wiebe et al., 1995).
Kekerapan mutan yang tahan terhadap blasticidin S pada populasi ladang P. infestans menurun selari dengan pertumbuhan agresif populasi, yang menunjukkan perubahan klon dominan semasa pertumbuhan populasi (Rybakova et al., 1987).
Fasa musim sejuk di ubi
Semasa musim sejuk di ubi ubi kentang, kekejaman dan keagresifan strain P. infestans menurun, dan penurunan virulensi berlaku lebih perlahan daripada keagresifan (Rybakova dan Dyakov, 1990). Nampaknya, dalam keadaan yang kondusif untuk pertumbuhan pesat ukuran populasi (pemilihan r), gen virulensi "ekstra" dan keagresifan yang tinggi sangat berguna, oleh itu perkembangan epifitotik disertai dengan pemilihan klon yang paling ganas dan agresif. Dalam keadaan ketepuan persekitaran, bukan kadar pembiakan, tetapi kegigihan keberadaan dalam keadaan yang tidak menguntungkan (pemilihan K) memainkan peranan penting, gen "ekstra" dan kejengkelan mengurangkan kecergasan, dan klon dengan gen ini adalah yang pertama mati, sehingga rata-rata keagresifan dan keperitan populasi semakin menurun.
Fasa vegetasi di dalam tanah
Fasa ini adalah yang paling misteri dalam kitaran hidup (Andrivon, 1995). Keberadaannya didalilkan semata-mata spekulatif - kerana kurangnya maklumat mengenai apa yang terjadi pada patogen dalam jangka masa yang panjang (kadang-kadang lebih dari sebulan) - dari kemunculan anak benih kentang hingga munculnya bintik-bintik pertama penyakit pada mereka. Atas dasar pemerhatian dan eksperimen, tingkah laku jamur dalam tempoh hidup ini direkonstruksi (Hirst dan Stedman, 1960; Boguslavskaya, Filippov, 1976).
Sporulasi jamur boleh terbentuk pada umbi yang dijangkiti di dalam tanah. Spora yang dihasilkan bercambah dengan hyphae, yang dapat tumbuh lama dalam tanah. Spora primer (terbentuk pada ubi) dan sekunder (pada miselium di dalam tanah) naik ke permukaan tanah oleh arus kapilari, tetapi memperoleh kemampuan untuk menjangkiti kentang hanya setelah daun bawahnya turun dan bersentuhan dengan permukaan tanah. Daun seperti itu (iaitu, bintik-bintik pertama penyakit dijumpai di atasnya) tidak terbentuk dengan segera, tetapi setelah pertumbuhan dan perkembangan puncak kentang yang berpanjangan.
Oleh itu, fasa vegetasi saprotrofik juga dapat wujud dalam kitaran hidup P. infestans. Sekiranya dalam fasa parasit siklus hidup, keagresifan adalah komponen kecergasan yang paling penting, maka dalam pemilihan fasa saprotrofik bertujuan untuk mengurangkan sifat parasit, seperti yang ditunjukkan secara eksperimen untuk beberapa kulat fitopatogenik (lihat Carson, 1993). Oleh itu, dalam fasa kitaran ini, sifat agresif harus hilang secara intensif. Tetapi setakat ini tidak ada eksperimen langsung yang dilakukan untuk mengesahkan andaian di atas.
Perubahan bermusim tidak hanya mempengaruhi sifat patogen P. infestans, tetapi juga ketahanan terhadap racun kulat, yang tumbuh pada fasa polikiklik (semasa epiphytoties), dan menurun semasa penyimpanan musim sejuk (Derevyagina et al., 1991; Kadish dan Cohen, 1992). Penurunan daya tahan terhadap metalaxil yang ketara berlaku antara penanaman umbi yang terjejas dan munculnya bintik-bintik pertama penyakit di ladang.
Pengkhususan intraspesifik dan evolusinya
P. infestans menyebabkan wabak penyakit dalam dua tanaman penting dari segi komersial, kentang dan tomato. Epiphytoties pada kentang bermula sejurus kulat memasuki kawasan baru. Kekalahan tomato juga diperhatikan sejurus selepas munculnya jangkitan pada kentang, tetapi epiphytoties pada tomato hanya diperhatikan seratus tahun kemudian - pada pertengahan abad ke-XNUMX. Inilah yang ditulis oleh Hallegli dan Niederhauser mengenai kekalahan tomato di Amerika Syarikat
(1962): “Selama kira-kira 100 tahun setelah epiphytoty yang teruk pada tahun 1845, sedikit atau hampir tidak ada usaha untuk mendapatkan jenis tomato yang tahan. Walaupun larut malam pertama kali didaftarkan pada tomato seawal tahun 1848, ia tidak menjadi perhatian perhatian para penternak pada tanaman ini sehingga wabak penyakit ini kuat pada tahun 1946. Di wilayah Rusia, penghilangan tomat lewat dicatatkan pada abad ke-60. "Untuk waktu yang lama, para penyelidik tidak memperhatikan penyakit ini, kerana tidak menyebabkan kerosakan ekonomi yang besar. Tetapi pada tahun 70an dan 1979an. Epiphytoties abad ke-XX mengenai hawar pada tomat diperhatikan di Kesatuan Soviet, terutamanya di wilayah Volga Bawah, Ukraine, Kaukasus Utara, Moldova ... ”(Balashova, XNUMX).
Sejak itu, penyakit tomat oleh penyakit akhir menjadi tahunan, telah merebak ke seluruh wilayah penanaman industri dan rumah dan menyebabkan kerosakan ekonomi yang besar pada tanaman ini. Apa yang berlaku? Mengapa penampilan pertama parasit pada kentang dan lesi epifitotik tanaman ini berlaku hampir serentak, dan mengapa epifitotik itu mengambil masa satu abad untuk muncul pada tomato? Perbezaan ini menyokong sumber jangkitan orang Mexico daripada Amerika Selatan. Sekiranya spesies Phytophthora infestans terbentuk sebagai parasit spesies umbi Mexico dari genus Solanum, maka dapat difahami mengapa kentang penanaman yang tergolong dalam bahagian genus yang sama dengan spesies Mexico sangat terjejas, tetapi kerana tidak adanya evolusi bersama dengan parasit, yang tidak mengembangkan mekanisme ketahanan spesifik dan tidak spesifik.
Tomato tergolong dalam bahagian yang berbeza dari genus, jenis pertukarannya mempunyai perbezaan yang signifikan dari spesies ubi, oleh itu, walaupun pada hakikatnya bahawa tomato tidak berada di luar spesialisasi makanan P. infestans, intensitas kerusakannya tidak mencukupi untuk kerugian ekonomi yang serius.
Kemunculan epiphytoties pada tomato disebabkan oleh perubahan genetik yang serius pada parasit, yang meningkatkan kemampuan menyesuaikannya (patogenisitas) ketika parasit. Kami percaya bahawa bentuk baru yang khusus untuk parasit tomat adalah perlumbaan T1 yang dijelaskan oleh M. Gallegly, mempengaruhi varieti tomato ceri (Red Cherry, Ottawa), tahan terhadap perlumbaan T0 yang meluas pada kentang (Gallegly, 1952). Nampaknya, mutasi (atau rangkaian mutasi) yang menjadikan perlumbaan T0 menjadi perlumbaan T1 dan menyebabkan munculnya klon yang sangat disesuaikan untuk mengalahkan tomato. Seperti yang sering terjadi, peningkatan patogenik pada satu tuan rumah disertai dengan penurunannya ke yang lain, iaitu, pengkhususan intraspesifik awal, belum lengkap muncul - untuk kentang (perlumbaan T0) dan tomat (perlumbaan T1).
Apakah bukti untuk andaian ini?
- Kejadian pada kentang dan tomato. Pada daun tomato, perlumbaan T1 mendominasi, sedangkan pada daun kentang jarang terjadi. Menurut S.F.Bagirova dan T.A. Oreshonkova (tidak diterbitkan) di wilayah Moscow pada tahun 1991-1992, kejadian perlumbaan T1 di penanaman kentang adalah 0%, dan di penanaman tomat - 100%; pada tahun 1993-1995 - masing-masing 33% dan 90%; pada tahun 2001 - 0% dan 67%. Data serupa diperoleh di Israel (Cohen, 2002). Eksperimen dengan jangkitan ubi kentang dengan isolat dari perlumbaan T1 dan campuran isolat T0 dan T1 menunjukkan bahawa isolat dari perlumbaan T1 kurang dijaga pada ubi dan digantikan oleh isolat dari perlumbaan T0 (Dyakov et al., 1975; Rybakova, 1988).
2) Dinamika perlumbaan T1 dalam penanaman tomato. Jangkitan primer daun tomat dilakukan oleh isolat ras T0, yang mendominasi dalam analisis jangkitan pada bintik pertama yang terbentuk pada daun. Ini mengesahkan skema penghijrahan parasit yang diterima umum: Jisim jangkitan utama dari kentang dibuat oleh perlumbaan T0, bagaimanapun, sebilangan kecil klon T1 yang diawetkan dalam kentang, sekali di tomato, menggantikan perlumbaan T0 dan berkumpul menjelang akhir tempoh epifitosis. Ada kemungkinan ada sumber alternatif jangkitan daun tomat dengan perlumbaan T1, yang tidak sekuat umbi kentang dan daun, tetapi tetap. Oleh itu, sumber ini mempunyai kesan yang lemah terhadap struktur genetik populasi yang menjangkiti tomato, tetapi seterusnya menentukan pengumpulan kaum T1 (Rybakova, 1988; Dyakov et al., 1994).
3) Keagresifan terhadap kentang dan tomato. Jangkitan buatan daun tomat dan kentang dengan isolat ras T0 dan T1 menunjukkan bahawa yang pertama lebih agresif untuk kentang daripada untuk tomato, dan yang terakhir lebih agresif untuk tomato daripada kentang. Perbezaan ini dimanifestasikan dalam penggantian isolat dari kaum yang bukan "sendiri" dari populasi campuran semasa petikan daun di rumah hijau (D'yakov et al., 1975) dan di plot tanah (Leberton et al., 1999); perbezaan beban minimum berjangkit, tempoh kependaman, ukuran bintik berjangkit dan pengeluaran spora (Rybakova, 1988; Dyakov et al., 1994; Legard et al., 1995; Forbes et al., 1997; Oyarzun et al., 1998; Leberton et al. al., 1999; Vega-Sanchez et al., 2000; Knapova, Gisi, 2002; Sussuna et al., 2004).
Keagresifan isolat dari perlumbaan T1 terhadap varieti tomat yang kekurangan gen ketahanan sangat tinggi sehingga isolat ini mengembang pada daun seperti pada medium nutrien tanpa mengotorkan tisu yang dijangkiti (Dyakov et al., 1975; Vega-Sanchez et al., 2000).
4) Penyakit kentang dan tomato. Perlumbaan T1 mempengaruhi varieti tomato ceri dengan gen ketahanan Ph1, sedangkan perlumbaan T0 tidak mampu menjangkiti varieti ini, iaitu. mempunyai keperitan yang lebih sempit. Berkaitan dengan pembezaan
Gen-R kentang berkaitan terbalik, iaitu strain yang diasingkan dari daun tomato kurang ganas daripada strain "kentang" (Jadual 11).
5) Penanda neutral. Analisis penanda neutral pada populasi parasit P. infestans pada kentang dan tomato juga memberi kesaksian terhadap pemilihan intraspesifik pelbagai arah. Dalam populasi Brazil P. infestans, isolat daun tomat tergolong dalam garis klon US-1, dan dari daun kentang tergolong dalam garis BR-1 (Suassuna et al., 2004). Di Florida (AS), sejak tahun 1994, klon AS-90 mulai menguasai kentang (dengan kejadian lebih dari 8%), dan klon AS-11 dan AS-17 pada tomato, dan isolat yang terakhir lebih agresif untuk tomato daripada kentang (Weingartner , Tombolato, 2004). Perbezaan yang signifikan dalam frekuensi genotip (cap jari DNA) dalam isolat kentang dan tomato telah ditetapkan untuk 1200 P. infestans strain yang dikumpulkan di Amerika Syarikat dari tahun 1989 hingga 1995 (Deahl et al., 1995).
Dengan menggunakan kaedah AFLP memungkinkan untuk memisahkan 74 strain yang dikumpulkan dari daun kentang dan tomato pada tahun 1996-1997. di Perancis dan Switzerland, dalam 7 kumpulan. Strain kentang dan tomato tidak jelas berbeza, tetapi strain "kentang" secara genetik lebih berbeza daripada jenis "tomato". Yang pertama dijumpai di semua tujuh kelompok, dan yang terakhir, hanya dalam empat, yang menunjukkan genom yang lebih khusus dari yang terakhir (Knapova dan Gisi, 2002).
6) Mekanisme pengasingan. Sekiranya populasi parasit pada dua spesies tumbuhan inang berkembang menjadi penyempitan pengkhususan kepada inang mereka sendiri, maka timbul pelbagai mekanisme pra dan pasca -iotik yang menghalang pertukaran genetik interpopulasi (Dyakov dan Lekomtseva, 1984).
Beberapa kajian telah mengkaji pengaruh sumber strain ibu bapa terhadap kecekapan hibridisasi. Semasa menyeberang strain yang diasingkan dari spesies yang berlainan dari genus Solanum di Ecuador (Oliva et al., 2002), didapati bahawa strain dengan jenis kawin A2 dari Solanaceae liar (garis klon EC-2) adalah yang paling teruk disilangkan dengan strain dari tomato (garis EC -3), dan paling berkesan disilangkan dengan ketegangan kentang (EC-1).
Semua kacukan didapati tidak patogenik. Penulis percaya bahawa peratusan hibridisasi yang rendah dan pengurangan patogenik pada kacukan disebabkan oleh mekanisme postmeiotik pengasingan pembiakan populasi.
Dalam eksperimen Bagirova et al. (1998), sebilangan besar strain kentang dan tomato dilintasi dengan sifat-sifat perlumbaan T0 dan T1. Salib T1xT1 yang paling subur terisolasi dari tomato (36 oospora dalam bidang pandangan mikroskop, 44% percambahan oospore), yang paling berkesan adalah salib dari perlumbaan T0xT1 yang diasingkan dari host yang berbeza (sebilangan kecil oospora yang berkembang dan bercambah, sebilangan besar oospora abortif dan kurang berkembang) ... Kecekapan persilangan antara isolat perlumbaan T0 yang diasingkan dari kentang adalah pertengahan. Oleh kerana badan utama perlumbaan T0 mempengaruhi kentang, ia mempunyai sumber musim sejuk yang boleh dipercayai - ubi kentang, akibatnya pentingnya oospora sebagai unit berjangkit musim sejuk untuk populasi dari kentang adalah rendah. "Bentuk tomato" yang disesuaikan dapat musim sejuk pada tomato dalam bentuk oospora (lihat di bawah) dan oleh itu mengekalkan produktiviti proses seksual yang lebih tinggi. Kerana kesuburannya yang tinggi, T1 memperoleh potensi bebas untuk jangkitan primer pada tomato. Hasil yang diperoleh oleh Knapova et al. (Knapova et al., 2002) dapat ditafsirkan dengan cara yang sama. Salib strain yang diasingkan dari kentang dengan strain dari tomato memberikan jumlah oospora tertinggi - 13,8 per sq.mm. sederhana (dengan penyebaran 5-19) dan peratusan pertengahan percambahan oospora (6,3 dengan penyebaran 0-24). Penyeberangan strain yang diasingkan dari tomato memberikan peratusan oospora terendah (7,6 dengan penyebaran 4-12) dengan peratusan percambahan tertinggi (10,8). Salib antara strain yang diasingkan dari kentang memberikan bilangan oospora pertengahan (8,6 dengan sebaran data yang tinggi - 0-30) dan peratusan percambahan oospora yang paling rendah (2,7). Oleh itu, strain dari kentang kurang subur daripada yang terdapat pada tomato, tetapi salib interpopulasi tidak memberikan hasil yang lebih buruk daripada yang terdapat pada intrapopulasi. Ada kemungkinan bahawa perbezaan dengan data di atas oleh Bagirova et al. dijelaskan oleh fakta bahawa penyelidik Rusia bekerja dengan strain yang diasingkan pada awal 90-an abad kedua puluh, dan penyelidik Switzerland - dengan strain yang diasingkan pada akhir 90-an.
Asas kesuburan rendah mungkin adalah heteroploidi strain. Sekiranya pada populasi Mexico, di mana proses seksual dan jangkitan primer dengan keturunan oospora adalah biasa, kebanyakan strain P. Infestans yang dikaji adalah diploid, maka di negara-negara Old World, poliporfisme intrapopulasi ploidy diperhatikan (strain di-, tri- dan tetraploid, serta strain heterokariotik dengan nukleus heteroploid) , dan ketegangan yang mempunyai pelbagai jenis kawin, iaitu saling subur, berbeza dalam ploidy nuklear (Therrien et al., 1989, 1990; Whittaker et al., 1992; Ritch, Daggett, 1995). Kepelbagaian inti dalam antheridia dan oogonia boleh menjadi sebab kesuburan rendah.
Bagi pertukaran nuklear antara hyphae semasa anastomosis, ini dicegah oleh ketidaksesuaian vegetatif, yang membahagi populasi aseksual menjadi banyak klon yang diasingkan secara genetik (Poedinok dan Dyakov, 1987; Gorbunova et al., 1989; Anikina et al., 1997b).
7) Penumpuan populasi. Data di atas menunjukkan bahawa hibridisasi antara strain P. infestans "kentang" dan "tomato" adalah mungkin. Jangkitan semula timbal balik dari host yang berbeza juga mungkin dilakukan, walaupun dengan keagresifan yang berkurang.
Kajian mengenai penanda populasi dalam isolat dari ladang kentang dan tomato yang berdekatan pada tahun 1993 menunjukkan bahawa kira-kira satu perempat daripada isolat yang diasingkan dari daun tomato dipindahkan dari ladang kentang yang berdekatan (Dolgova et al., 1997). Secara teorinya, dapat diasumsikan bahawa perbezaan populasi pada dua inang akan meningkat dan menyebabkan munculnya bentuk intraspesifik khusus (f.sp. kentang dan f.sp. tomat), terutama kerana oospora dapat bertahan dalam serpihan tumbuhan (Drenth et al., 1995 ; Bagirova, Dyakov, 1998) dan biji tomato (Rubin et al., 2001). Akibatnya, tomato kini mempunyai sumber pertumbuhan semula musim bunga yang tidak bergantung pada ubi kentang.
Namun, semuanya berlaku secara berbeza. Overwintering dengan oospora memungkinkan parasit untuk mengelakkan tahap tersempit dalam kitaran hidupnya - tahap tumbuh-tumbuhan monosiklik di tanah, di mana sifat parasit menurun, yang secara beransur-ansur dipulihkan dalam fasa polisiklik pada musim panas.
Jadual 11. Kekerapan gen virulensi terhadap varieti pembeza kentang pada strain P. infestans
Negara | Tahun | Purata bilangan gen virulensi pada strain | Pengarang | |
dari kentang | dari tomato | |||
Perancis | 1995 | 4.4 | 3.3 | Leberton et al., 1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | Leberton, Andrivon, 1998 | |
Perancis, Switzerland | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | Knapova, Gisi, 2002 |
Amerika Syarikat | 1989-94 | 5 | 4.8 | Goodwin et al., 1995 |
Amerika Syarikat, Zap. Washington | 1996 | 4.6 | 5 | Dorrance et al., 1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
Ecuador | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun et al., 1998 |
Israel | 1998 | 7 | 4.8 | Cohen, 2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
Rusia, Mosk. wilayah | 1993 | 8.9 | 6.7 | Smirnov, 1996 |
Rusia, wilayah yang berbeza | 1995 | 9.4 | 8 | Kozlovskaya dan lain-lain. |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
Zoosporangia primer dan zoospora, yang bercambah oospora, mempunyai tahap aktiviti parasit yang tinggi, terutamanya jika oospora terbentuk secara parthenogenetically di bawah pengaruh feromon ketegangan dengan jenis pasangan yang berlawanan. Oleh itu, bahan berjangkit pada anak benih tomat yang tumbuh dari biji yang dijangkiti oospora sangat patogenik untuk kedua-dua tomato dan kentang.
Perubahan ini menyebabkan penyusunan semula populasi yang lain, dinyatakan dalam perubahan penting berikut dari sudut pandang epidemiologi:
- Anak benih tomato yang dijangkiti telah menjadi sumber penting jangkitan kentang utama (Filippov, Ivanyuk, pesanan peribadi).
- Epiphytoties pada kentang mula diperhatikan pada awal bulan Jun, kira-kira sebulan lebih awal dari biasanya.
- Dalam penanaman kentang, peratusan perlumbaan T1 meningkat, yang sebelumnya terdapat di sana dalam jumlah yang tidak signifikan (Ulanova et al., 2003).
- Strain yang diasingkan dari daun tomato tidak lagi berbeza dengan strain kentang dalam virulensi pada pembezaan kentang gen virulensi dan mula mengatasi strain "kentang" secara agresif tidak hanya pada tomato, tetapi juga pada kentang (Lavrova et al., 2003; Ulanova et al. , 2003).
Oleh itu, bukannya penyimpangan, terdapat konvergensi populasi, munculnya satu populasi pada dua tanaman inang dengan virulensi dan keagresifan yang tinggi terhadap kedua-dua spesies.
Kesimpulan
Jadi, walaupun sudah lebih dari 150 tahun kajian intensif P. infestans, dalam biologi, termasuk biologi populasi agen penyebab ini penyakit terpenting dari tanaman solanaceous, banyak masih belum diketahui. Tidak jelas bagaimana peredaran tahap individu kitaran hidup mempengaruhi struktur populasi, apakah mekanisme genetik kebolehubahan terusan dan keganasan yang terusan, apakah nisbah sistem pembiakan dan pembiakan klonal dalam populasi semula jadi, bagaimana ketidaksesuaian vegetatif diwarisi, apa peranan kentang dan tomato dalam jangkitan utama tanaman ini dan di apakah kesannya terhadap struktur populasi parasit. Sejauh ini, masalah praktikal yang penting seperti mekanisme genetik untuk mengubah agresif parasit atau hakisan ketahanan kentang yang tidak spesifik belum dapat diselesaikan. Dengan memperdalam dan memperluas penyelidikan mengenai penyakit kentang, parasit menimbulkan cabaran baru kepada para penyelidik. Walau bagaimanapun, peningkatan kemampuan eksperimen, kemunculan pendekatan metodologi baru untuk manipulasi dengan gen dan protein memungkinkan kita berharap untuk berjaya menyelesaikan persoalan yang diajukan.
Artikel itu diterbitkan dalam jurnal "Potato Protection" (No. 3, 2017)