Ν.Ν. Elansky, L.Yu. Kokaeva, Ν.ν. Statsyuk, Yu.T. Ντιάκοφ
Εισαγωγή
Το Oomycete Phytophthora infestans (Mont.) De Bary - ο αιτιολογικός παράγοντας της καθυστερημένης μάστιγας, η πιο οικονομικά σημαντική ασθένεια πατάτας και ντομάτας - έχει προσελκύσει την προσοχή ερευνητών από διαφορετικές χώρες για περισσότερο από μισό αιώνα. Ξαφνικά εμφανίστηκε στην Ευρώπη στα μέσα του XNUMXου αιώνα, προκάλεσε μια επιδημία πατάτας που παραμένει στη μνήμη πολλών γενεών.
Μέχρι τώρα, συχνά ονομάζεται «μανιτάρι της ιρλανδικής πείνας». Σχεδόν εκατό χρόνια μετά τις πρώτες επιδημίες, ανακαλύφθηκαν άγρια είδη μεξικάνικης πατάτας ανθεκτικά στην όψιμη φλεγμονή, αναπτύχθηκαν μέθοδοι διασταύρωσής τους με καλλιεργημένες πατάτες (Muller, 1935) και ελήφθησαν οι πρώτες ποικιλίες ανθεκτικές στην όψιμη φλεγμονή (Pushkarev, 1937). Ωστόσο, αμέσως μετά την έναρξη της εμπορικής καλλιέργειάς τους, συσσωρεύθηκαν φυλές παθογόνου όψιμης μάζας που ήταν μολυσματικές σε ανθεκτικές ποικιλίες. και η εισαγωγή νέων γονιδίων αντοχής από άγριες μεξικάνικες πατάτες σε ποικιλίες άρχισαν να χάνουν γρήγορα την αποτελεσματικότητά τους.
Οι αποτυχίες με τη χρήση μονογονικής (κατακόρυφης) αντίστασης ανάγκασαν τους κτηνοτρόφους να αναζητήσουν πιο περίπλοκους τρόπους εκμετάλλευσης μη ειδικής πολυγονικής (οριζόντια) αντίστασης. Τα τελευταία χρόνια, εξαιρετικά επιθετικοί αγώνες έχουν αρχίσει να συσσωρεύονται σε μεμονωμένους πληθυσμούς του παρασίτου, προκαλώντας διάβρωση ακόμη και μη ειδικής αντίστασης. Η εμφάνιση στελεχών ανθεκτικών σε μυκητοκτόνα προκάλεσε προβλήματα στη χρήση χημικών προστασίας πατάτας.
Λόγω των σημαντικών διαφορών μεταξύ των ωομυκήτων και των μυκήτων στη χημική σύνθεση, την υπερδομή και το μεταβολισμό, τα μυκητοκτόνα, ειδικά τα συστηματικά που χρησιμοποιούνται για την προστασία των φυτών από πολλές μυκητιακές ασθένειες, είναι αναποτελεσματικά έναντι των ωομυκητών.
Ως εκ τούτου, στη χημική προστασία έναντι καθυστερημένης όρασης, χρησιμοποιήθηκε πολλαπλός ψεκασμός (έως και 12 φορές ανά σεζόν ή περισσότερο) με παρασκευάσματα επαφής ευρέος φάσματος δράσης. Ένα επαναστατικό βήμα ήταν η χρήση φαινυλαμιδίων, τα οποία είναι τοξικά για τους ομυκύτες και εξαπλώνονται συστηματικά στα φυτά. Ωστόσο, η ευρεία χρήση τους οδήγησε γρήγορα στη συσσώρευση ανθεκτικών στελεχών σε πληθυσμούς μυκήτων (Davidse et al., 1981), γεγονός που περιπλέκει σημαντικά την προστασία των φυτών. Το P. infestans είναι ουσιαστικά το μόνο παράσιτο της εύκρατης ζώνης, η βλάβη από την οποία στη βιολογική γεωργία δεν μπορεί να εξουδετερωθεί χωρίς τη χρήση χημικών μέσων προστασίας (Van Bruggen, 1995).
Τα παραπάνω εξηγούν την τεράστια προσοχή που έδωσαν ερευνητές από διαφορετικές χώρες στη μελέτη των πληθυσμών P. infestans, τη δυναμική της αφθονίας τους και τη γενετική τους σύνθεση, καθώς και τους γενετικούς μηχανισμούς μεταβλητότητας.
Κύκλος ζωής του R. INFESTANS
Το Oomycete Phytophthora infestans αναπτύσσει ένα διακυτταρικό μυκήλιο με haustoria μέσα σε φύλλα πατάτας. Τροφοδοτώντας τους ιστούς των φύλλων, προκαλεί το σχηματισμό σκοτεινών κηλίδων, που γίνονται μαύρα και σαπίζουν σε υγρό καιρό. Με μια ισχυρή ήττα, ολόκληρο το φύλλο πεθαίνει. Μετά από μια περίοδο σίτισης, σχηματίζονται έξοδοι στο μυκήλιο - σποραγγειοφόρα - που αναπτύσσονται προς τα έξω μέσω των στομάτων. Σε υγρό καιρό, σχηματίζουν μια λευκή άνθιση γύρω από τα σημεία στην κάτω πλευρά των φύλλων. Στα άκρα των σποραγγειωμάτων σχηματίζονται ζωοσποραγγεία σε σχήμα λεμονιού, τα οποία διασπώνται και μεταφέρονται με ψεκασμό βροχής (Εικ. 1). Πέφτοντας σε σταγόνες νερού στην επιφάνεια ενός φύλλου πατάτας, τα σποράγγια βλαστάνουν με 6-8 ζωοσπόρια, τα οποία, μετά από μια περίοδο κίνησης, στρογγυλοποιούνται, καλύπτονται με ένα κέλυφος και βλαστάνουν με έναν σωλήνα βλαστών. Το βλαστάρι διεισδύει μέσω των στομάτων στον ιστό των φύλλων. Υπό ορισμένες συνθήκες, η σποραγγία μπορεί να αναπτυχθεί σε έναν αναπτυσσόμενο σωλήνα απευθείας στον ιστό των φύλλων. Υπό ευνοϊκές συνθήκες, ο χρόνος από τη μόλυνση έως τον σχηματισμό νέας σπορίωσης είναι μόνο 3-4 ημέρες.
Μόλις βρεθούν στο έδαφος και διηθηθούν μέσω του εδάφους, τα σποράγγια είναι ικανά να μολύνουν κονδύλους. Οι κόνδυλοι που επηρεάζονται σοβαρά σαπίζουν κατά την αποθήκευση στα ασθενώς προσβεβλημένα, η λοίμωξη μπορεί να παραμείνει μέχρι την επόμενη σεζόν. Επιπλέον, ο αιτιολογικός παράγοντας της καθυστερημένης μάστιγας μπορεί να παραμείνει το χειμώνα με τη μορφή ωοσπόρων (σεξουαλικά σπόρια ανάπαυσης με παχιά τοιχώματα) στο έδαφος με φυτικά συντρίμμια και σε σπόρους ντομάτας. Τα ωοσπόρια σχηματίζονται στα ζωντανά όργανα των φυτών όταν στελέχη διαφορετικών τύπων ζευγαρώματος συναντώνται με υπερβολική υγρασία. Την άνοιξη, σχηματίζεται ασεξουαλική σπορία σε φυτευμένους μολυσμένους κόνδυλους και σε υπολείμματα φυτών με ωοσπόρια · τα ζωοσπόρια εισέρχονται στο έδαφος και προκαλούν μόλυνση των κάτω φύλλων των φυτών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το μυκήλιο μπορεί να αναπτυχθεί από τον μολυσμένο κόνδυλο κατά μήκος του πράσινου τμήματος του φυτού και συνήθως εμφανίζεται στο άνω μέρος του στελέχους.
Μια σημαντική διαφορά μεταξύ των ωομυκήτων και των περισσότερων μυκήτων έγκειται στην επικράτηση της διπλοφάσης στον κύκλο ζωής τους με τη γαμετική μύωση και τη βλάστηση των ζυγωτών (ωοσπόρων) χωρίς αναγωγική πυρηνική σχάση. Αυτό το χαρακτηριστικό, καθώς και ο διπολικός ετεροταλισμός, αντικαθιστώντας την αμφιφυλοφιλία, φαίνεται να καθιστά δυνατή την εφαρμογή στους ωομυκήτες των προσεγγίσεων που αναπτύχθηκαν για τη μελέτη πληθυσμών υψηλότερων ευκαρυωτικών (ανάλυση πανμιξίας και υποδιαίρεση πληθυσμών, ροές γονιδίων εντός και ενδοπληθωρισμού κ.λπ.). Ωστόσο, τρεις παράγοντες δεν επιτρέπουν την πλήρη μεταφορά αυτών των προσεγγίσεων κατά τη μελέτη των πληθυσμών του P. infestans.
1. Μαζί με τα υβριδικά ωοσπόρια, αυτο-γόνιμα και παρθενογενετικά ωοσπόρια σχηματίζονται σε πληθυσμούς (Fife and Shaw, 1992; Anikina et al., 1997a; Savenkova, Cherepnikoba-Anirina, 2002; Smirnov, 2003) και η συχνότητα του σχηματισμού τους μπορεί να είναι αρκετή για να επηρεάσει σχετικά με τα αποτελέσματα των δοκιμών.
2. Η σεξουαλική διαδικασία στο P. infestans συμβάλλει σημαντικά στη δυναμική του μεγέθους του πληθυσμού, επειδή ο μύκητας αναπαράγεται κυρίως από φυτικά σπόρια, σχηματίζοντας περισσότερο από το 90% των αποτελεσμάτων της ανάλυσης του τύπου ζευγαρώματος με την παραδοσιακή μέθοδο σε θρεπτικό μέσο ... την εποχή καλλιέργειας αρκετές γενιές ασεξουαλικής σπορίωσης (ανάπτυξη πολυκυκλικών ασθενειών). Τα ωοσπόρια διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση του οργανισμού κατά την περίοδο που δεν υπάρχουν πράσινα φυτά (το χειμώνα) και στην πρωτογενή μόλυνση των δενδρυλλίων. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, εμφανίζεται κλωνική αναπαραγωγή και αύξηση ή, αντιστρόφως, μείωση του αριθμού των μεμονωμένων κλώνων που έχουν προκύψει ως αποτέλεσμα σεξουαλικού ανασυνδυασμού, η οποία καθορίζεται κυρίως από την επιλογή των πιο προσαρμοσμένων. Επομένως, η αναλογία μεμονωμένων κλώνων σε έναν πληθυσμό στην αρχή και στο τέλος των επιφυτοτικών μπορεί να είναι εντελώς διαφορετική.
3. Ο περιγραφόμενος κύκλος είναι χαρακτηριστικός των εγγενών πληθυσμών του P. infestans στην πατρίδα τους, την Κεντρική Αμερική. Σε άλλες περιοχές του κόσμου, η σεξουαλική διαδικασία δεν ήταν γνωστή για περισσότερα από 100 χρόνια · το φυτικό μυκήλιο σε μολυσμένους κονδύλους πατάτας ήταν το χειμωνιάτικο στάδιο. Ο κύκλος ζωής ήταν εντελώς δυναμικός και η εξάπλωση ήταν εστιακής φύσης: η μόλυνση από μολυσμένους κόνδυλους που είχαν μολυνθεί περάστηκε στα φύλλα, σχηματίζοντας πρωτογενείς εστίες της νόσου, οι οποίες θα μπορούσαν να συγχωνευθούν κατά τη μαζική ανάπτυξη της νόσου.
Έτσι, σε ορισμένες περιοχές μπορεί να υπάρχει εναλλαγή του σεξουαλικού και του άσεξου κύκλου, ενώ σε άλλες - μόνο του άσεξου κύκλου.
Προέλευση του P. INFESTANS
Ο P. infestans εμφανίστηκε στην Ευρώπη στα τέλη του πρώτου μισού του 1991ου αιώνα. Δεδομένου ότι η πατάτα είναι εγγενής στη βορειοανατολική Νότια Αμερική, υποτίθεται ότι το παράσιτο μεταφέρθηκε από εκεί στην Ευρώπη κατά τη διάρκεια της έκρηξης του Χιλιανού αλατόνερου. Ωστόσο, μελέτες που πραγματοποιήθηκαν στο σταθμό πατάτας Rockefeller Center στην κοιλάδα Toluca του Μεξικού ανάγκασαν την αναθεώρηση αυτής της άποψης (Niederhauser 1993, XNUMX).
1. Στην κοιλάδα Toluca, τα τοπικά είδη κονδύλων πατάτας (Solanum demissum, S. bulbocastanum, κ.λπ.) έχουν διαφορετικά σύνολα γονιδίων για κάθετη αντίσταση σε συνδυασμό με υψηλό επίπεδο μη ειδικής αντοχής, το οποίο υποδηλώνει μακρά συν-εξέλιξη με το παράσιτο. Τα είδη της Νότιας Αμερικής, συμπεριλαμβανομένων των πατατών καλλιέργειας, δεν έχουν γονίδια αντοχής.
2. Στην κοιλάδα Toluca, βρέθηκαν απομόνωση με τύπους ζευγαρώματος Α1 και Α2, ως αποτέλεσμα των οποίων ο διασταυρωμένος πληθυσμός του P. infestans είναι διαδεδομένος. ενώ στη γη των καλλιεργούμενων πατατών, στη Νότια Αμερική, το παράσιτο εξαπλώνεται κλωνικά.
3. Στην κοιλάδα Toluca, υπάρχουν ετήσιες σοβαρές επιδημίες όψιμης όρασης. Ως εκ τούτου, μεταξύ των ερευνητών της Βόρειας Αμερικής (Πανεπιστήμιο Cornell), έχει τεκμηριωθεί η γνώμη για τη Mesoamerica (Κεντρική Αμερική) ως τη γενέτειρα της phytophthora πατάτας (Goodwin et al., 1994).
Οι ερευνητές της Νοτίου Αμερικής δεν συμμερίζονται αυτήν την άποψη. Πιστεύουν ότι η καλλιεργούμενη πατάτα και το παράσιτο της P. infestans έχουν μια κοινή πατρίδα - τις Άνδεις της Νότιας Αμερικής. Υποστήριξαν την άποψή τους με μοριακές μελέτες σχετικά με την ανάλυση των πολυμορφισμών του DNA του μιτοχονδριακού γονιδιώματος (mtDNA) και των πυρηνικών γονιδίων RAS και β-τουμπουλίνης (Gomez-Alpizar et al., 2007). Έδειξαν ότι τα στελέχη που συλλέχθηκαν από διαφορετικά μέρη του κόσμου προέρχονταν από τρεις διαφορετικές προγονικές γραμμές που (και οι τρεις) βρίσκονται στις Νοτιοαμερικανικές Άνδεις. Οι απλότυποι των Άνδεων είναι απόγονοι δύο σειρών: απομονώσεις της παλαιότερης γενεαλογίας mtDNA βρίσκονται σε άγρια αναπτυσσόμενα Solanaceae από το τμήμα Anarrhicomenum στον Ισημερινό, ενώ απομονώσεις της δεύτερης γραμμής είναι κοινές σε πατάτες, ντομάτες και άγρια νυχτικά. Στο Toluca, ακόμη και σπάνιοι απλότυποι προέρχονται από μία μόνο γενεαλογία, με τη γενετική μεταβλητότητα των στελεχών Toluca (χαμηλή αλληλική συχνότητα ορισμένων μεταβλητών θέσεων) να υποδηλώνει ένα ισχυρό αποτέλεσμα ιδρυτή λόγω της πρόσφατης μετατόπισης.
Επιπλέον, ένα νέο είδος P. andina βρέθηκε στις Άνδεις, μορφολογικά και γενετικά παρόμοιο με το P. infestans, το οποίο, σύμφωνα με τους συγγραφείς, επισημαίνει τις Άνδεις ως ένα καυτό σημείο της κερδοσκοπίας στο γένος Phytophthora. Τέλος, στην Ευρώπη και στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι πληθυσμοί P. infestans περιλαμβάνουν και τις δύο γενεαλογίες των Άνδεων, ενώ στην Toluca μόνο μία.
Αυτή η δημοσίευση προκάλεσε μια απάντηση από μια ομάδα ερευνητών από διαφορετικές χώρες, οι οποίοι έκαναν πολλή πειραματική εργασία για να αναθεωρήσουν την προηγούμενη μελέτη (Goss et al., 2014). Σε αυτό το έργο, πρώτον, χρησιμοποιήθηκαν πιο ενημερωτικές αλληλουχίες μικροδορυφορικού DNA για τη μελέτη πολυμορφισμών DNA. Δεύτερον, για την ανάλυση της ομαδοποίησης, των διαδρομών μετανάστευσης, του χρόνου απόκλισης των πληθυσμών, κ.λπ. Χρησιμοποιήθηκαν πιο προηγμένα μοντέλα (F-στατιστικά, προσεγγίσεις Bayesian, κ.λπ.) και, τρίτον, μια σύγκριση χρησιμοποιήθηκε όχι μόνο με τα είδη των Άνδεων P. andina, στο οποίο καθιερώθηκε μια υβριδική φύση (P. infestans x Phytophthora sp.) , αλλά και με τα ενδημικά είδη του Μεξικού P. mirabilis, P. Ipomoeae και Phytophthora phaseoli - γενετικά κοντά P. infestans που ανήκουν στην ίδια clade (Kroon et al., 2012). Ως αποτέλεσμα αυτών των αναλύσεων, αποδείχθηκε ξεκάθαρα ότι το ριζικό μέρος του φυλογενετικού δέντρου όλων των ειδών του γένους Phytophthora που ελήφθησαν στη μελέτη, εκτός από το υβριδικό P. andina, ανήκει σε μεξικάνικα στελέχη και η ροή μετανάστευσης έχει την κατεύθυνση Mexico - Andes και όχι το αντίστροφο και η αρχή του συμπίπτει με την ευρωπαϊκή αποικισμός του Νέου Κόσμου (300-600 χρόνια πριν). Έτσι, η εμφάνιση του είδους P. infestans, εξειδικευμένη για την ήττα των πατατών, συνέβη στο δευτερογενές γενετικό κέντρο του σχηματισμού κονδύλων νυχτικών, δηλαδή στην Κεντρική Αμερική.
Γονιδίωμα του P. INFESTANS
Το 2009, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων αλληλούχησε το πλήρες γονιδίωμα P infestans (Haas et al, 2009), το μέγεθος του οποίου ήταν 240 MB. Αυτό είναι αρκετές φορές περισσότερο από ό, τι σε στενά συγγενή είδη P. sojae (95 Mb), προκαλώντας σήψη ρίζας σόγιας και P. Ramorum (65 Mb), επηρεάζοντας τόσο πολύτιμα είδη δέντρων όπως η βελανιδιά, η οξιά και ορισμένα άλλα. Τα δεδομένα που ελήφθησαν έδειξαν ότι το γονιδίωμα περιέχει μεγάλο αριθμό αντιγράφων επαναλαμβανόμενων ακολουθιών - 74%. Το γονιδίωμα περιέχει 17797 γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, τα περισσότερα από τα οποία είναι γονίδια που εμπλέκονται σε κυτταρικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της αντιγραφής DNA, της μεταγραφής και της μετάφρασης πρωτεϊνών.
Μια σύγκριση των γονιδιωμάτων του γένους Phytophthora αποκάλυψε μια ασυνήθιστη οργάνωση του γονιδιώματος, που αποτελείται από ομάδες αλληλουχιών διατηρημένων γονιδίων, στην οποία η πυκνότητα γονιδίου είναι σχετικά υψηλή και το περιεχόμενο των επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών είναι σχετικά χαμηλή, και μεμονωμένες περιοχές με μη συντηρημένες αλληλουχίες γονιδίων, με χαμηλή πυκνότητα γονιδίου και υψηλό περιεχόμενο επαναλαμβανόμενων περιοχών. Τα συντηρητικά μπλοκ αντιπροσωπεύουν το 70% (12440) όλων των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες P. infestans. Μέσα σε συντηρητικά μπλοκ, τα γονίδια είναι συνήθως κοντά σε απόσταση με μέση διαγονιδιακή απόσταση 604 bp. Σε περιοχές μεταξύ συντηρητικών μπλοκ, η διαγονιδιακή απόσταση είναι μεγαλύτερη (3700 bp) λόγω της αύξησης της πυκνότητας των επαναλαμβανόμενων στοιχείων. Γρήγορα εξελισσόμενα εκκριτικά γονίδια-τελεστές εντοπίζονται σε περιοχές με φτωχή γονίδια.
Ανάλυση αλληλουχίας του γονιδιώματος P. Infestans έδειξε ότι περίπου το ένα τρίτο του γονιδιώματος ανήκει σε στοιχεία μεταφοράς. Το γονιδίωμα P. infestans περιέχει σημαντικά περισσότερες διαφορετικές οικογένειες τρανσποζονίων από άλλα γνωστά γονιδιώματα. Τα περισσότερα από τα transposons P. infestans ανήκουν στην οικογένεια των τσιγγάνων.
Στο γονιδίωμα του P. infestans, έχει αναγνωριστεί μεγάλος αριθμός συγκεκριμένων οικογενειών γονιδίων που εμπλέκονται στην παθογένεση. Ένα σημαντικό μέρος αυτών κωδικοποιεί τελεστές πρωτεΐνες που αλλάζουν τη φυσιολογία του ξενιστή και συμβάλλουν στη μόλυνση του. Ανήκουν σε δύο ευρείες κατηγορίες: αποπλαστικά τελεστικά, τα οποία δρουν στους μεσοκυτταρικούς χώρους (αποπλάστες), και κυτταροπλασματικά τελεστικά, τα οποία εισέρχονται στα κύτταρα μέσω της ωστορίας. Τα αποπλαστικά τελεστικά περιλαμβάνουν εκκρινόμενα υδρολυτικά ένζυμα όπως πρωτεάσες, λιπάσες και γλυκοσυλάσες που καταστρέφουν τα φυτικά κύτταρα. αναστολείς των ενζύμων άμυνας φυτικών ξενιστών, και νεκρωτικές τοξίνες όπως πρωτεΐνες τύπου Nep1 (NPLs) και μικρές πρωτεΐνες πλούσιες σε κυστεΐνη (SCR) που μοιάζουν με Pcf.
Τα γονίδια τελεστών P. infestans είναι πολυάριθμα και συνήθως μεγαλύτερα από τα μη παθογόνα γονίδια. Οι πιο διάσημοι είναι οι κυτταροπλασματικοί τελεστές RXLR και Crinkler (CNR). Οι τυπικοί κυτταροπλασματικοί τελεστές των oomycetes είναι RXLR πρωτεΐνες. Όλα τα γονίδια τελεστών RXLR που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής περιέχουν την αμινο-τερματική ομάδα Arg-XLeu-Arg, όπου το Χ είναι ένα αμινοξύ. Ως αποτέλεσμα της μελέτης, προτάθηκε ότι υπάρχουν 563 γονίδια RXLR στο γονιδίωμα P. infestans, το οποίο είναι 60% περισσότερο από ό, τι στα P. sojae και P. ramorum. Περίπου τα μισά από τα γονίδια RXLR στο γονιδίωμα P. infestans είναι ειδικά για κάθε είδος. Οι τελεστές RXLR έχουν μεγάλη ποικιλία ακολουθιών. Μεταξύ αυτών, εντοπίστηκαν μια μεγάλη και 150 μικρές οικογένειες. Σε αντίθεση με το κύριο πρωτότυπο, τα γονίδια τελεστή RXLR συνήθως εντοπίζονται σε περιοχές με φτωχές και επαναλαμβανόμενες περιοχές γονιδιώματος. Τα κινητά στοιχεία που καθορίζουν το δυναμισμό αυτών των περιοχών διευκολύνουν τον ανασυνδυασμό σε αυτά τα γονίδια.
Κυτταροπλασματικοί τελεστές CRN ταυτοποιήθηκαν αρχικά σε μεταγραφές P. infestans που κωδικοποιούν πεπτίδια νέκρωσης φυτικών ιστών. Από την ανακάλυψή τους, λίγα είναι γνωστά για την οικογένεια αυτών των τελεστών. Η ανάλυση του γονιδιώματος P. Infestans αποκάλυψε μια τεράστια οικογένεια 196 γονιδίων CRN, η οποία είναι σημαντικά μεγαλύτερη από ό, τι στα P. sojae (100 CRN) και P. ramorum (19 CRN). Όπως τα RXLRs, τα CRN είναι αρθρωτές πρωτεΐνες και αποτελούνται από έναν εξαιρετικά διατηρημένο Ν-τερματικό τομέα LFLAK (50 αμινοξέα) και έναν παρακείμενο τομέα DWL που περιέχει διαφορετικά γονίδια. Τα περισσότερα CRN (60%) διαθέτουν ένα πεπτίδιο σήμα.
Μελετήθηκε η δυνατότητα διαφόρων CRN να διαταράξουν τις κυτταρικές διαδικασίες του φυτού ξενιστή. Στην ανάλυση της νέκρωσης των φυτών, η απομάκρυνση των πρωτεϊνών CRN2 κατέστησε δυνατή την αναγνώριση της Ο-τερματικής περιοχής που αποτελείται από 234 αμινοξέα (θέσεις 173-407, περιοχή DXG) και προκαλώντας κυτταρικό θάνατο. Η ανάλυση των γονιδίων CRN P. infestans αποκάλυψε τέσσερις διαφορετικές Ο-τερματικές περιοχές, οι οποίες προκαλούν επίσης κυτταρικό θάνατο εντός του φυτού. Αυτά περιλαμβάνουν τους πρόσφατα αναγνωρισμένους τομείς DC (P. Infestans έχει 18 γονίδια και 49 ψευδογόνα), καθώς και D2 (14 και 43) και DBF (2 και 1) τομείς που είναι παρόμοιοι με τις πρωτεϊνικές κινάσες. Οι πρωτεΐνες των περιοχών CRN που εκφράζονται σε ένα φυτό διατηρούνται (απουσία πεπτιδίων σήματος) σε ένα φυτικό κύτταρο και διεγείρουν τον κυτταρικό θάνατο με έναν ενδοκυτταρικό μηχανισμό. Άλλες 255 αλληλουχίες που περιέχουν τομείς CRN πιθανότατα δεν λειτουργούν ως γονίδια.
Η αύξηση του αριθμού και του μεγέθους των οικογενειών γονιδίων RXLR και CRN οφειλόταν πιθανώς σε μη παράλληλο ομόλογο ανασυνδυασμό και διπλασιασμό γονιδίων. Παρά το γεγονός ότι το γονιδίωμα περιέχει μεγάλο αριθμό ενεργών στοιχείων κινητής τηλεφωνίας, δεν υπάρχει ακόμη καμία άμεση απόδειξη της μεταφοράς γονιδίων τελεστής.
Μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στη μελέτη της δομής του πληθυσμού
Η μελέτη της γενετικής δομής των πληθυσμών βασίζεται επί του παρόντος στην ανάλυση των καθαρών καλλιεργειών των συστατικών στελεχών της. Η ανάλυση των πληθυσμών χωρίς απομόνωση καθαρών καλλιεργειών πραγματοποιείται επίσης για συγκεκριμένους σκοπούς, όπως, για παράδειγμα, η μελέτη της επιθετικότητας ενός πληθυσμού ή η παρουσία στελεχών ανθεκτικών σε μυκητοκτόνα σε αυτόν (Filippov et al., 2004; Derevyagina et al., 1999). Αυτός ο τύπος έρευνας περιλαμβάνει τη χρήση ειδικών μεθόδων, η περιγραφή των οποίων δεν εμπίπτει στο πεδίο αυτής της επισκόπησης. Για τη συγκριτική ανάλυση στελεχών, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι που βασίζονται τόσο στην ανάλυση της δομής του DNA όσο και στη μελέτη των φαινοτυπικών εκδηλώσεων. Η συγκριτική ανάλυση των πληθυσμών πρέπει να ασχοληθεί με μεγάλο αριθμό απομονωμένων προϊόντων, πράγμα που επιβάλλει ορισμένες απαιτήσεις στις μεθόδους που χρησιμοποιούνται. Στην ιδανική περίπτωση, πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις (Cooke, Lees, 2004, Mueller, Wolfenbarger, 1999):
- να είναι φθηνό, εύκολο στην εφαρμογή, να μην απαιτούνται σημαντικές δαπάνες χρόνου, να βασίζεται σε γενικά διαθέσιμες τεχνολογίες (για παράδειγμα, PCR) ·
- πρέπει να δημιουργήσει έναν αρκετά μεγάλο αριθμό ανεξάρτητων χαρακτηριστικών συνακόλουθου δείκτη ·
- έχουν υψηλή αναπαραγωγιμότητα ·
- χρησιμοποιήστε την ελάχιστη ποσότητα ιστού προς εξέταση ·
- να είστε ειδικοί στο υπόστρωμα (η μόλυνση που υπάρχει στην καλλιέργεια δεν πρέπει να επηρεάζει τα αποτελέσματα) ·
- δεν απαιτούν τη χρήση επικίνδυνων διαδικασιών και πολύ τοξικών χημικών.
Δυστυχώς, δεν υπάρχουν μέθοδοι που να αντιστοιχούν σε όλες τις παραπάνω παραμέτρους. Για μια συγκριτική μελέτη των στελεχών στην εποχή μας, χρησιμοποιούνται μέθοδοι με βάση την ανάλυση των φαινοτυπικών χαρακτηριστικών: λοιμογόνος δράση σε ποικιλίες πατάτας και ντομάτας (φυλές πατάτας και ντομάτας), τύπος ζευγαρώματος, φάσματα ισοενζύμων πεπτιδάσης και ισομεράσης 6-φωσφορικής γλυκόζης και σε ανάλυση δομής DNA: πολυμορφισμός μήκους περιοριστικό θραύσμα (RFLP), το οποίο συνήθως συμπληρώνεται με ανιχνευτή υβριδισμού RG 57, ανάλυση μικροδορυφορικών επαναλήψεων (SSR και InterSSR), ενίσχυση με τυχαίους εκκινητές (RAPD), ενίσχυση θραυσμάτων περιορισμού (AFLP), ενίσχυση με εκκινητές ομόλογους με τις ακολουθίες κινητών στοιχείων (για παράδειγμα, Inter SINE PCR), προσδιορισμός των απλοτύπων του μιτοχονδριακού DNA.
Σύντομες περιγραφές μεθόδων για συγκριτική μελέτη στελεχών που χρησιμοποιούνται στην εργασία με τον P. Infestans
Φαινοτυπικά χαρακτηριστικά δείκτη
"Πατάτα" αγώνες
Οι αγώνες «Πατάτας» είναι ένας κοινός ερευνητής και χρησιμοποιείται. Οι φυλές «απλής πατάτας» έχουν ένα γονίδιο για την παθογονικότητα της πατάτας, «περίπλοκες» - τουλάχιστον δύο. Οι Black et al. (1953), συνοψίζοντας όλα τα διαθέσιμα δεδομένα, διαπίστωσαν ότι η φυλή phytophthora είναι ικανή να μολύνει φυτά με το γονίδιο / γονίδια αντίστασης που αντιστοιχούν στο γονίδιο / γονίδια μολυσματικότητας P. infestans, και βρήκε φυλές 1, 2, 3 και 4 που μολύνουν φυτά με τα γονίδια R1, R2, R3 και R4, αντίστοιχα, δηλ. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του παρασίτου και του ξενιστή συμβαίνει σύμφωνα με την αρχή του γονιδίου για το γονίδιο. Επιπλέον, ο Black, με τη συμμετοχή των Gallegly και Malcolmson, ανακάλυψε τα γονίδια αντίστασης R5, R6, R7, R8, R9, R10 και R11, καθώς και τις αντίστοιχες φυλές (Black, 1954; Black & Gallegly, 1957; Malcolmson & Black, 1966; Malcolmson, 1970).
Υπάρχει ένα εκτεταμένο σύνολο δεδομένων σχετικά με τη φυλετική σύνθεση του παθογόνου από διαφορετικές περιοχές. Χωρίς να αναλύσουμε λεπτομερώς αυτά τα δεδομένα, θα δείξουμε μόνο μια γενική τάση: όπου χρησιμοποιήθηκαν ποικιλίες με νέα γονίδια αντίστασης ή συνδυασμούς τους, στην αρχή υπήρχε κάποια αποδυνάμωση της καθυστερημένης κηλίδας, αλλά στη συνέχεια εμφανίστηκαν αγώνες με τα αντίστοιχα γονίδια μολυσματικότητας και επιλέχθηκαν και επανεμφανίστηκαν οι επιδημίες. Ιδιαίτερη μολυσματικότητα έναντι των πρώτων 4 γονιδίων αντίστασης (R1-R4) σπάνια παρατηρήθηκε στις συλλογές που συλλέχθηκαν πριν από την εισαγωγή στην καλλιέργεια ποικιλιών με αυτά τα γονίδια, αλλά ο αριθμός των μολυσματικών στελεχών αυξήθηκε απότομα όταν το παθογόνο παρασιτοποιήθηκε σε ποικιλίες που φέρουν αυτά τα γονίδια. Τα γονίδια 5-11, από την άλλη πλευρά, ήταν αρκετά κοινά στις συλλογές (Shaw, 1991).
Μια μελέτη της αναλογίας διαφορετικών φυλών κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου, που πραγματοποιήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1980, έδειξε ότι στην αρχή της ανάπτυξης της νόσου, κυτταρικοί κλώνοι με χαμηλή επιθετικότητα και 1-2 μολυσματικά γονίδια κυριαρχούν στον πληθυσμό.
Περαιτέρω, με την ανάπτυξη της καθυστερημένης κηλίδας, η συγκέντρωση των αρχικών κλώνων μειώνεται και ο αριθμός των "σύνθετων" αγώνων με υψηλή επιθετικότητα αυξάνεται. Η εμφάνιση του τελευταίου μέχρι το τέλος της σεζόν φτάνει το 100%. Κατά την αποθήκευση των κονδύλων, υπάρχει μείωση της επιθετικότητας και της απώλειας μεμονωμένων γονιδίων μολυσματικότητας. Η δυναμική της αντικατάστασης κλώνου μπορεί να συμβεί σε διαφορετικές ποικιλίες με διαφορετικούς τρόπους (Rybakova & Dyakov, 1990). Ωστόσο, οι μελέτες μας κατά την περίοδο 2000-2010 έδειξαν ότι πολύπλοκες φυλές βρέθηκαν από την αρχή των επιφυτοτικών σε στελέχη που απομονώθηκαν από πατάτες και ντομάτες. Αυτό οφείλεται πιθανώς σε μια αλλαγή στους πληθυσμούς του P. Infestans στη Ρωσία.
Μέχρι το 1988-1995, η συχνότητα εμφάνισης "υπερκρίσσιων" με όλα ή σχεδόν όλα τα μολυσματικά γονίδια σε διαφορετικές περιοχές έφτασε το 70-100%. Μια τέτοια κατάσταση παρατηρήθηκε, για παράδειγμα, στη Λευκορωσία, στις περιοχές του Λένινγκραντ της Μόσχας, στη Βόρεια Οσετία και στη Γερμανία (Ivanyuk et al., 2002a, 2002b; Politiko, 1994; Schober-Butin et al., 1995).
Αγώνες "Τομάτας"
Στις ποικιλίες ντομάτας, βρέθηκαν μόνο 2 γονίδια αντοχής στην όψιμη καταστροφή - Ph1 (Gallegly & Marvell, 1955) και Ph2 (Al-Kherb, 1988). Όπως στην περίπτωση των φυλών πατάτας, η αλληλεπίδραση μεταξύ ντομάτας και P. infestans συμβαίνει σε γονιδιακή βάση. Η φυλή Τ0 μολύνει ποικιλίες που δεν έχουν γονίδια αντίστασης (οι περισσότερες από τις βιομηχανικά χρησιμοποιούμενες ποικιλίες), η φυλή Τ1 μολύνει ποικιλίες με το γονίδιο Ph1 (Οττάβα) και η φυλή Τ2 μολύνει ποικιλίες με το γονίδιο Ph2.
Στη Ρωσία, σχεδόν αποκλειστικά το T0 βρέθηκε στις πατάτες. Το Τ0 κυριαρχούσε στις ντομάτες στην αρχή της σεζόν, αλλά αργότερα αντικαταστάθηκε από τον αγώνα Τ1 (Dyakov et al., 1975, 1994). Μετά το 2000, το T1 σε πατάτες σε πολλούς πληθυσμούς άρχισε να εμφανίζεται στην αρχή της επιφυτωτικής περιόδου. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, τα στελέχη πατάτας ήταν μη παθογόνα για την ντομάτα, καθώς και οι φυλές T0, T1 και T2, ενώ τα T1 και T2 κυριαρχούσαν στις ντομάτες (Vartanian & Endo, 1985; Goodwin et al., 1995).
Τύπος ζευγαρώματος
Για τη διεξαγωγή της μελέτης, απαιτούνται στελέχη δοκιμής (γνωστικοί) με γνωστούς τύπους ζευγαρώματος - A1 και A2 -. Το δοκιμαστικό προϊόν απομόνωσης εμβολιάζεται μαζί τους σε ζεύγη σε τρυβλία Petri με μέσο άγαρ βρώμης. Μετά από επώαση για 10 ημέρες, οι πλάκες εξετάζονται για την παρουσία ή απουσία ωοσπορίων στο μέσο στη ζώνη επαφής των στελεχών. Υπάρχουν 4 επιλογές: το στέλεχος ανήκει στον τύπο ζευγαρώματος Α1, εάν σχηματίζει ωοσπόρια με τον ελεγκτή Α2, στον Α2, εάν σχηματίζει ωοσπόρια με τον ελεγκτή Α1, στον Α1Α2, εάν σχηματίζει ωοσπόρια και με τους δύο ελεγκτές ή είναι αποστειρωμένο (00), εάν δεν σχηματίζει ωοσπόρια χωρίς ελεγκτή (οι δύο τελευταίες ομάδες είναι σπάνιες).
Για τον ταχύτερο προσδιορισμό των τύπων ζευγαρώματος, έγιναν προσπάθειες για τον εντοπισμό περιοχών του γονιδιώματος που σχετίζονται με τον τύπο ζευγαρώματος, με σκοπό την περαιτέρω χρήση τους για τον προσδιορισμό του τύπου ζευγαρώματος με PCR. Ένα από τα πρώτα επιτυχημένα πειράματα για τον εντοπισμό ενός τέτοιου ιστότοπου διεξήχθη από Αμερικανούς ερευνητές (Judelson et al., 1995). Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο RAPD, μπόρεσαν να αναγνωρίσουν την περιοχή W16 που σχετίζεται με τον τύπο ζευγαρώματος στον απόγονο δύο διασταυρωμένων απομονωμάτων και να σχεδιάσουν ένα ζεύγος εκκινητών 24-bp για την ενίσχυση του (W16-1 (5'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-3 ') και W16-2 (5') -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-3 ') Μετά τον περιορισμό του προϊόντος PCR με περιοριστικό ένζυμο HaeIII, ήταν δυνατός ο διαχωρισμός απομονωμένων με τύπους ζευγαρώματος Α1 και Α2.
Μια άλλη προσπάθεια απόκτησης δεικτών PCR για τον προσδιορισμό των τύπων ζευγαρώματος έγινε από κορεάτες ερευνητές (Kim, Lee, 2002). Προσδιόρισαν συγκεκριμένα προϊόντα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο AFLP. Ως αποτέλεσμα, αναπτύχθηκε ένα ζευγάρι εκκινητών PHYB-1 (εμπρός) (5'-GATCGGATTAGTCAGACGAG-3 ') και PHYB-2 (5'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-3'), επιτρέποντας επιλεκτική ενίσχυση της περιοχής του γονιδιώματος που σχετίζεται με τον τύπο ζευγαρώματος Α2. Στη συνέχεια, συνέχισαν αυτό το έργο και σχεδίασαν εκκινητές 5 'AAGCTATACTGGGACAGGGT-3' (INF-1, forward) και 5'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-3 '(INF-2), επιτρέποντας την επιλεκτική ενίσχυση της περιοχής Mat-A1, χαρακτηριστικό των στελεχών με τύπο ζευγαρώματος Α'1. Η χρήση διαγνωστικών PCR τύπων ζευγαρώματος έδειξε καλά αποτελέσματα κατά τη μελέτη πληθυσμών P. infestans στην Τσεχική Δημοκρατία (Mazakova et al., 2006), Τυνησία (Jmour, Hamada, 2006) και σε άλλες περιοχές. Στο εργαστήριό μας (Mytsa, Elansky, αδημοσίευτο), αναλύθηκαν 34 στελέχη P. infestans από νοσούντα όργανα πατάτας και τομάτας σε διάφορες περιοχές της Ρωσίας (περιοχές Kostroma, Ryazan, Astrakhan και Moscow). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης PCR χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους εκκινητές άνω του 90% συνέπεσαν με τα αποτελέσματα της ανάλυσης του τύπου ζευγαρώματος με την παραδοσιακή μέθοδο σε θρεπτικό μέσο.
Πίνακας 1. Μεταβλητότητα αντίστασης εντός του κλώνου Sib 1 (Elansky et al., 2001)
Τοποθεσία συλλογής δειγμάτων | Αριθμός αναλυθέντων προϊόντων απομόνωσης | Αριθμός ευαίσθητων (S), ασθενώς ανθεκτικών (SR) και ανθεκτικών (R) στελεχών, τεμ (%) | ||
S | SR | R | ||
Γ. Βλαδιβοστόκ | 10 | 1 (10) | 4 (40) | 5 (50) |
Γ. Τσίτα | 5 | 0 | 0 | 5 (100) |
Ιρκούτσκ | 9 | 9 (100) | 0 | 0 |
Γ. Κρασνογιάρσκ | 13 | 12 (92) | 1 (8) | 0 |
Πόλη Γεκατερίνμπουργκ | 15 | 8 (53) | 1 (7) | 6 (40) |
Ο Σαχαλίν | 66 | 0 | 0 | 66 (100) |
Περιοχή Ομσκ | 18 | 0 | 0 | 18 (100) |
Η αντοχή στο metalaxyl ως δείκτης πληθυσμού
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, σημειώθηκαν ισχυρές επιδημίες όψιμης όρασης που οφείλονται σε στελέχη P. infestans ανθεκτικών σε μετάλαξυλο. Οι εκμεταλλεύσεις πατάτας σε πολλές χώρες υπέστησαν σημαντικές απώλειες (Dowley & O'Sullivan, 1981; Davidse et al., 1983; Derevyagina, 1991). Έκτοτε, σε πολλές χώρες του κόσμου, έχει πραγματοποιηθεί συνεχής παρακολούθηση της εμφάνισης στελεχών ανθεκτικών σε φαινυλαμίδη σε πληθυσμούς P. infestans. Εκτός από την πρακτική εκτίμηση των προοπτικών για τη χρήση φαρμάκων που περιέχουν φαινυλαμίδη, την οικοδόμηση ενός συστήματος προστατευτικών μέτρων και την πρόβλεψη των επιφυτοτήτων, η αντίσταση σε αυτά τα φάρμακα έχει γίνει ένα από τα χαρακτηριστικά δείκτη που χρησιμοποιούνται ευρέως για συγκριτική ανάλυση πληθυσμών αυτού του παθογόνου. Ωστόσο, η χρήση της αντίστασης στο metalaxyl σε συγκριτικές μελέτες πληθυσμού θα πρέπει να πραγματοποιηθεί λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι: 1 - η γενετική βάση της αντίστασης δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί με ακρίβεια, 2 - η αντίσταση στο metalaxyl είναι ένα επιλεκτικά εξαρτώμενο χαρακτηριστικό που μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τη χρήση των φαινυλαμιδίων, 3 - διαφορετικά ο βαθμός ευαισθησίας στα στελέχη μεταλαξυλίου εντός μίας κλωνικής γραμμής (πίνακας 1).
Φάσμα ισοενζύμων
Οι δείκτες ισοζύμης είναι συνήθως ανεξάρτητοι από εξωτερικές καταστάσεις, δείχνουν κληρονομιά της Μεντελικής και είναι συνώνυμοι, επιτρέποντας τη διάκριση μεταξύ ομο- και ετεροζυγώτων. Η χρήση πρωτεϊνών ως γονιδιακών δεικτών καθιστά δυνατή την αναγνώριση τόσο μεγάλων αναδιοργανώσεων του γενετικού υλικού, συμπεριλαμβανομένων χρωμοσωμικών και γονιδιωματικών μεταλλάξεων, όσο και μεμονωμένων υποκαταστάσεων αμινοξέων.
Ηλεκτροφορητικές μελέτες πρωτεϊνών έχουν δείξει ότι τα περισσότερα ένζυμα υπάρχουν σε οργανισμούς με τη μορφή διαφόρων κλασμάτων που διαφέρουν στην ηλεκτροφορητική κινητικότητα. Αυτά τα κλάσματα είναι το αποτέλεσμα της κωδικοποίησης πολλαπλών μορφών ενζύμων από διαφορετικές θέσεις (ισοένζυμα ή ισοένζυμα) ή από διαφορετικά αλληλόμορφα του ίδιου τόπου (αλλόζυμα ή αλλοένζυμα). Δηλαδή, τα ισοένζυμα είναι διαφορετικές μορφές ενός ενζύμου. Διαφορετικές μορφές έχουν την ίδια καταλυτική δράση, αλλά διαφέρουν ελαφρώς στις απλές υποκαταστάσεις αμινοξέων στο πεπτίδιο και στο φορτίο. Τέτοιες διαφορές αποκαλύπτονται κατά την ηλεκτροφόρηση.
Κατά τη μελέτη στελεχών P. infestans, χρησιμοποιούνται τα φάσματα ισοενζύμων δύο πρωτεϊνών, η πεπτιδάση και η ισομεράση 6-φωσφορικής γλυκόζης (αυτό το ένζυμο είναι μονομορφικό σε ρωσικούς πληθυσμούς · επομένως, οι μέθοδοι της μελέτης του δεν παρουσιάζονται σε αυτό το έργο). Για να τα διαχωριστούν σε ισοένζυμα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, πρωτεϊνικά παρασκευάσματα που απομονώνονται από τους μελετημένους οργανισμούς εφαρμόζονται σε μια πλάκα γέλης τοποθετημένη σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ο ρυθμός διάχυσης των μεμονωμένων πρωτεϊνών στο πήκτωμα εξαρτάται από το φορτίο και το μοριακό βάρος · επομένως, σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, το μείγμα πρωτεϊνών διαχωρίζεται σε ξεχωριστά κλάσματα, τα οποία μπορούν να οπτικοποιηθούν χρησιμοποιώντας ειδικές βαφές.
Η μελέτη των ισοενζύμων πεπτιδάσης πραγματοποιείται σε πηκτές οξικής κυτταρίνης, αμύλου ή πολυακρυλαμιδίου. Η πιο βολική είναι η μέθοδος που βασίζεται στη χρήση πηκτών οξικής κυτταρίνης που κατασκευάζεται από την Helena Laboratories Inc. Δεν απαιτεί μεγάλες ποσότητες δοκιμαστικών υλικών, επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει ζώνες αντίθεσης στο πήκτωμα μετά από ηλεκτροφόρηση και για τους δύο ενζυμικούς τόπους, η εφαρμογή του δεν απαιτεί μεγάλο χρόνο και κόστος υλικού (Εικ. 2).
Ένα μικρό κομμάτι μυκηλίου μεταφέρεται σε μικροσωλήνα 1,5 ml, προστίθενται 1-2 σταγόνες αποσταγμένου νερού. Μετά από αυτό, το δείγμα ομογενοποιείται (για παράδειγμα, με ηλεκτρικό τρυπάνι με πλαστικό εξάρτημα κατάλληλο για μικροσωλήνα) και καθιζάνει για 25 δευτερόλεπτα σε φυγόκεντρο στις 13000 σ.α.λ. 8 μl από κάθε μικροσωλήνα. το υπερκείμενο μεταφέρεται στην πλάκα εφαρμογής.
Το πήκτωμα οξικής κυτταρίνης απομακρύνεται από το ρυθμιστικό δοχείο, στυπώθηκε μεταξύ δύο φύλλων διηθητικού χαρτιού και τοποθετείται με το στρώμα εργασίας επάνω στην πλαστική βάση του εφαρμοστή. Το διάλυμα από την πλάκα μεταφέρεται από τον εφαρμοστή πάνω στη γέλη 2-4 φορές. Η γέλη μεταφέρεται σε θάλαμο ηλεκτροφόρησης,
Πίνακας 2. Η σύνθεση του διαλύματος που χρησιμοποιείται για χρώση πηκτής οξικής κυτταρίνης στην ανάλυση ισοενζύμων πεπτιδάσης, μια σταγόνα χρώματος (μπλε βρωμοφαινόλης) τοποθετείται στην άκρη της πηκτής.
TRIS HCl, 0,05Μ, Ph 8,0 2 ml
Υπεροξειδάση, 1000 U / ml 5 σταγόνες
ο-διανισιδίνη, 4 mg / ml 8 σταγόνες
MgCl2, 20 mg / ml 2 σταγόνες
Gly-Leu, 15 mg / ml 10 σταγόνες
Οξειδάση L-αμινοξέος, 20 u / ml 2 σταγόνες
Η ηλεκτροφόρηση πραγματοποιείται για 20 λεπτά. στα 200 V. Μετά την ηλεκτροφόρηση, το πήκτωμα μεταφέρεται σε πίνακα βαφής και χρωματίζεται με ειδικό διάλυμα βαφής (Πίνακας 2). 10 ml 1,6% DIFCO άγαρ τήκονται προκαταρκτικά σε φούρνο μικροκυμάτων, ψύχονται στους 60 ° C, μετά τα οποία 2 ml άγαρ αναμιγνύονται με ένα μείγμα βαφής και χύνονται επί της γέλης. Οι ρίγες εμφανίζονται μέσα σε 15-20 λεπτά. Το αντιδραστήριο L-αμινοξέος οξειδάσης προστίθεται αμέσως πριν από την ανάμιξη του διαλύματος με τηγμένο άγαρ.
Στους ρωσικούς πληθυσμούς, ο τόπος Pep 1 αντιπροσωπεύεται από τους γονότυπους 100/100 και 92/100. Το Homozygote 92/92 είναι εξαιρετικά σπάνιο (περίπου 0,1%). Το Locus Rehr 2 αντιπροσωπεύεται από τρεις γονότυπους 100/100, 100/112 και 112/112, και και οι 3 παραλλαγές είναι αρκετά κοινές (Elanky και Smirnov, 2003, Σχήμα 2).
Έρευνα γονιδιώματος
Πολυμορφισμός μήκους θραύσματος περιορισμού με επακόλουθη υβριδοποίηση (RFLP-RG 57)
Το ολικό DNA υποβάλλεται σε επεξεργασία με περιοριστικό ένζυμο EcoR1, τα θραύσματα DNA διαχωρίζονται με ηλεκτροφόρηση σε πήκτωμα αγαρόζης. Το πυρηνικό DNA είναι πολύ μεγάλο και έχει πολλές επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες · επομένως, είναι δύσκολο να αναλυθεί άμεσα τα πολυάριθμα θραύσματα που λαμβάνονται με τη δράση των ενζύμων περιορισμού. Επομένως, τα θραύσματα ϋΝΑ που διαχωρίζονται στο πήκτωμα μεταφέρονται σε μια ειδική μεμβράνη και χρησιμοποιούνται για υβριδισμό με τον ανιχνευτή RG 57, ο οποίος περιλαμβάνει νουκλεοτίδια επισημασμένα με ραδιενεργές ή φθορίζουσες επισημάνσεις. Αυτός ο ανιχνευτής υβριδοποιείται με επαναλαμβανόμενες γονιδιωματικές αλληλουχίες (Goodwin et αϊ., 1992, Forbes et al., 1998). Μετά την οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων της υβριδοποίησης σε ένα φως ή ραδιενεργό υλικό, λαμβάνεται ένα προφίλ υβριδοποίησης πολλαπλών τόπων (δακτυλικό αποτύπωμα), που αντιπροσωπεύεται από 25-29 θραύσματα (Forbes et al., 1998). Ο άσεξος (κλωνικός) απόγονος θα έχει τα ίδια προφίλ. Με τη διάταξη των ζωνών στο ηλεκτροφόρο πρόγραμμα, κρίνονται οι ομοιότητες και οι διαφορές των συγκριθέντων οργανισμών.
Απλότυποι μιτοχονδριακών DNA
Στα περισσότερα ευκαρυωτικά κύτταρα, το mtDNA παρουσιάζεται με τη μορφή ενός δίκλωνου κυκλικού ϋΝΑ μορίου, το οποίο, σε αντίθεση με τα πυρηνικά χρωμοσώματα των ευκαρυωτικών κυττάρων, αναπαράγεται ημι-συντηρητικά και δεν σχετίζεται με πρωτεϊνικά μόρια.
Το μιτοχονδριακό γονιδίωμα του P. infestans υποβλήθηκε σε αλληλουχία και μια σειρά από έργα αφιερώθηκαν στην ανάλυση των μήκους των περιοριστικών θραυσμάτων (Carter et al, 1990, Goodwin, 1991, Gavino, Fry, 2002). Αφού οι Griffith και Shaw (1998) ανέπτυξαν μια απλή και γρήγορη μέθοδο για τον προσδιορισμό των απλοτύπων mtDNA, αυτός ο δείκτης έγινε ένας από τους πιο δημοφιλείς στις μελέτες P. Infestans. Η ουσία της μεθόδου συνίσταται στη διαδοχική ενίσχυση δύο θραυσμάτων μιτοχονδριακού DNA (από το κοινό γονιδίωμα) με εκκινητές F2-R2 και F4-R4 (Πίνακας 3) και ο επακόλουθος περιορισμός τους με περιοριστικά ένζυμα MspI (1ο θραύσμα) και EcoR1 (2ο θραύσμα). Η μέθοδος σάς επιτρέπει να εντοπίσετε 4 απλότυπους: Ia, IIa, Ib, IIb. Ο τύπος II διαφέρει από τον τύπο Ι με την παρουσία ενός ένθετου 1881 bp και μια διαφορετική θέση θέσεων περιορισμού στις περιοχές Ρ2 και Ρ4 (Εικ. 3).
Από το 1996, μεταξύ των στελεχών που συλλέχθηκαν στο έδαφος της Ρωσίας, σημειώθηκαν μόνο απλότυποι Ia και IIa (Elansky et al., 2001, 2015). Μπορούν να ταυτοποιηθούν μετά το διαχωρισμό των προϊόντων περιορισμού με το αστάρι F2-R2 σε ένα ηλεκτρικό πεδίο (Εικ. 4, 5). Οι τύποι mtDNA χρησιμοποιούνται σε συγκριτική ανάλυση στελεχών και πληθυσμών. Σε μια σειρά έργων, χρησιμοποιήθηκαν τύποι μιτοχονδριακών DNA για την απομόνωση κλωνικών γραμμών και τη διαβατοποίηση στελεχών P. infestans (Botez et al., 2007; Shein et al., 2009). Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο PCR-RFLP, συνήχθη το συμπέρασμα ότι το mtDNA είναι ετερογενές στο ίδιο στέλεχος P. infestans (Elansky and Milyutina, 2007). Συνθήκες ενίσχυσης: 1x (500 sec. 94 ° C), 40x (30 sec. 90 ° C, 30 sec. 52 ° C, 90 sec. 72 ° C); 1x (5 λεπτά, 72 ° C). Μίγμα αντίδρασης: (20 μl): 0,2 U Taq DNA πολυμεράση, 1x 2,5 mM MgCl2-Taq ρυθμιστικό, 0,2 mM κάθε dNTP, 30 pM αστάρι και 5 ng του αναλυθέντος DNA, απιονισμένο νερό - έως 20 μl.
Ο περιορισμός του προϊόντος PCR πραγματοποιείται για 4-6 ώρες σε θερμοκρασία 37 ° C. Μείγμα περιορισμού (20 μl): 10x MspI (2 μl), 10x ρυθμιστικό περιορισμού (2 μl), απιονισμένο νερό (6 μl), προϊόν PCR (10 μl).
Πίνακας 3. Εκκινητές που χρησιμοποιούνται για ενίσχυση πολυμορφικών περιοχών mtDNA
Τόπος | Αστάρι | Μήκος και τοποθέτηση ασταριού | Μήκος προϊόντος PCR | Περιορισμός |
---|---|---|---|---|
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 |
Τυχαία ενίσχυση εναρκτήρα (RAPD)
Κατά την εκτέλεση του RAPD, χρησιμοποιείται ένας εκκινητής (μερικές φορές αρκετοί εκκινητές ταυτόχρονα) με αυθαίρετη νουκλεοτιδική αλληλουχία, συνήθως μήκους 10 νουκλεοτιδίων, με υψηλή περιεκτικότητα (από 50%) νουκλεοτιδίων GC και χαμηλή θερμοκρασία ανόπτησης (περίπου 35 ° C). Τέτοιοι εκκινητές "προσγειώνονται" σε πολλές συμπληρωματικές τοποθεσίες στο γονιδίωμα. Μετά την ενίσχυση, λαμβάνεται μεγάλος αριθμός αμπλικονίων. Ο αριθμός τους εξαρτάται από τον ή τους εκκινητές που χρησιμοποιούνται και τις συνθήκες αντίδρασης (συγκέντρωση MgCl2 και θερμοκρασία ανόπτησης).
Η οπτικοποίηση των αμπλικονίων πραγματοποιείται με απόσταξη σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου ή αγαρόζης. Κατά την εκτέλεση ανάλυσης RAPD, είναι απαραίτητο να παρακολουθείτε προσεκτικά την καθαρότητα του αναλυθέντος υλικού, δεδομένου ότι Η μόλυνση με άλλα ζωντανά αντικείμενα μπορεί να προκαλέσει σημαντική αύξηση του αριθμού των αντικειμένων, τα οποία είναι αρκετά πολυάριθμα στην ανάλυση καθαρού υλικού (Perez et al, 1998). Η χρήση αυτής της μεθόδου στη μελέτη του γονιδιώματος P. infestans αντανακλάται σε πολλά έργα (Judelson, Roberts, 1999, Ghimire et al., 2002, Carlisle et al., 2001). Η επιλογή των συνθηκών της αντίδρασης και των εκκινητών (51 10-νουκλεοτιδικοί εκκινητές μελετήθηκαν) δίδονται στο άρθρο από τους Abu-El Samen et al., (2003).
Ανάλυση επανάληψης μικροδορυφορικών (SSR)
Οι επαναλήψεις μικρο δορυφόρου (απλές επαναλήψεις αλληλουχίας, SSR) είναι επαναλαμβανόμενες μικρές αλληλουχίες 1-3 (μερικές φορές έως και 6) νουκλεοτιδίων που υπάρχουν στα πυρηνικά γονιδιώματα όλων των ευκαρυωτικών. Ο αριθμός των διαδοχικών επαναλήψεων μπορεί να κυμαίνεται από 10 έως 100. Οι μικρο δορυφορικοί τόποι εμφανίζονται με αρκετά υψηλή συχνότητα και κατανέμονται λίγο πολύ ομοιόμορφα σε όλο το γονιδίωμα (Lagercrantz et al., 1993). Ο πολυμορφισμός των μικροδορυφορικών αλληλουχιών σχετίζεται με διαφορές στον αριθμό των επαναλήψεων του βασικού μοτίβου. Οι μικροδορυφορικοί δείκτες είναι ταυτόχρονα, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση τους για την ανάλυση της δομής του πληθυσμού, τον προσδιορισμό της συγγένειας, των διαδρομών μετανάστευσης γονότυπων κ.λπ. Μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων αυτών των δεικτών, θα πρέπει να σημειωθεί ο υψηλός πολυμορφισμός, η καλή αναπαραγωγιμότητα, η ουδετερότητα και η ικανότητα εκτέλεσης αυτόματης ανάλυσης και αξιολόγησης. Η ανάλυση του πολυμορφισμού των μικροδορυφορικών επαναλήψεων πραγματοποιείται με ενίσχυση PCR χρησιμοποιώντας εναύσματα συμπληρωματικά με μοναδικές αλληλουχίες που συνοδεύουν τους μικρο δορυφορικούς τόπους. Αρχικά, η ανάλυση πραγματοποιήθηκε με το διαχωρισμό των προϊόντων αντίδρασης σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου. Αργότερα, οι υπάλληλοι της εταιρείας Applied Biosystems πρότειναν να χρησιμοποιηθούν αστάρια με φθορισμό επισημάνσεις με την ανίχνευση προϊόντων αντίδρασης χρησιμοποιώντας έναν αυτόματο ανιχνευτή λέιζερ (Diehl et al., 1990), και έπειτα τυπικούς αυτόματους αλληλουχίες DNA (Ziegle et al., 1992). Η επισήμανση των εκκινητών με διάφορες χρωστικές φθορισμού καθιστά δυνατή την ανάλυση πολλών δεικτών ταυτόχρονα σε μία λωρίδα και, κατά συνέπεια, αυξάνει σημαντικά την παραγωγικότητα της μεθόδου και αυξάνει την ακρίβεια της ανάλυσης.
Οι πρώτες δημοσιεύσεις που αφιερώθηκαν στη χρήση της ανάλυσης SSR για τη μελέτη του P. infestans εμφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 2000. (Knapova, Gisi, 2002). Δεν έδειξαν όλοι οι δείκτες που πρότειναν οι συγγραφείς επαρκή βαθμό πολυμορφισμού, ωστόσο, δύο από αυτούς (4B και G11) συμπεριλήφθηκαν στο σύνολο των 12 δεικτών SSR που πρότειναν οι Lees et al. (2006) και στη συνέχεια υιοθετήθηκαν από το ερευνητικό δίκτυο Eucablight (www.eucablight) .org) ως πρότυπο για το P. infestans. Λίγα χρόνια αργότερα, δημοσιεύθηκε μια μελέτη σχετικά με τη δημιουργία ενός συστήματος πολλαπλής ανάλυσης του P. infestans DNA με βάση οκτώ δείκτες SSR (Li et al., 2010). Τέλος, μετά την αξιολόγηση όλων των προηγουμένως προτεινόμενων δεικτών και την επιλογή των πιο ενημερωτικών από αυτούς, καθώς και τη βελτιστοποίηση των εκκινητών, των ετικετών φθορισμού και των συνθηκών ενίσχυσης, η ίδια ομάδα συγγραφέων παρουσίασε ένα σύστημα πολλαπλής ανάλυσης ενός σταδίου, συμπεριλαμβανομένων 12 δεικτών (Πίνακας 4, Li et al. , 2013α). Οι εκκινητές που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το σύστημα επιλέχθηκαν και επισημάνθηκαν με έναν από τους τέσσερις δείκτες φθορισμού (FAM, VIC, NED, PET) έτσι ώστε τα εύρη των μεγεθών αλληλομορφών των εκκινητών με τις ίδιες ετικέτες να μην αλληλεπικαλύπτονται.
Οι συγγραφείς πραγματοποίησαν την ανάλυση σε έναν ενισχυτή PTC200 (MJ Research, USA) χρησιμοποιώντας κιτ QIAGEN multiplex PCR ή QIAGEN Typeit Microsatellite PCR kits. Ο όγκος του μίγματος της αντίδρασης ήταν 12.5 μL. Οι συνθήκες ενίσχυσης ήταν οι εξής: για QIAGEN multiplex PCR: 95 ° C (15 min), 30x (95 ° C (20 sec), 58 ° C (90 sec), 72 ° C (60 sec), 72 ° C (20 min), για το QIAGEN Type-it Μικρο δορυφορικό PCR: 95 ° C (5 λεπτά), 28x (95 ° C (30 sec), 58 ° C (90 sec), 72 ° C (20 sec), 60 ° C (30 min).
Ο διαχωρισμός και η οπτικοποίηση των προϊόντων PCR πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας έναν αυτόματο αναλυτή τριχοειδών DNA ABI3730 (Applied Biosystems).
Πίνακας 4. Χαρακτηριστικά 12 τυποποιημένων δεικτών SSR που χρησιμοποιούνται για τον γονότυπο του P. Infestans (Li et al., 2013a)
Όνομα | Αριθμός αλληλίων | Εύρος μεγέθους αλληλόμορφα (bp) | Αστάρια |
PiG11 | 13 | 130-180 | F: NED-TGCTATTTATCAAGCGTGGG R: GTTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Π02 | 4 | 255-275 | F: NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R: GTTTGACCACTTTCCTCTCGGTTC |
PinfSSR11 | 4 | 325-360 | F: ned-ttaagccacgacatgagctg r: gtttagacaattgttttgtggtcgc |
D13 | 16 | 100-185 | FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R: GCTCGAATTCATTTTCAGACTTG |
PinfSSR8 | 4 | 250-275 | FAM-AATCTGATCGCAACTGAGGG R: GTTTACAAGATACACACGTCGCTCC |
PinfSSR4 | 7 | 280-305 | FAM-TCTTGTTCGAGTATGGCGACG R: GTTTCACTTCGGGAGAAAGGCTTC |
Π04 | 4 | 160-175 | F: VIC-AGCGGCTTTTACCGATGG R: GTTTCAGCGGCTGTTTCGAC |
Π70 | 3 | 185-205 | F: VIC-ATGAAATACGTCAATGCTCG R: CGTTGGATATTTCTATTTCTTCG |
PinfSSR6 | 3 | 230-250 | F: GTTTTGGTGGGGCTGAAGTTTT R: VIC-TCGCCACAAGATTTATTCCG |
Π63 | 3 | 265-280 | F: VIC-ATGACGAAGATGAAGTGAGG R: CGTATTTTCCTGTTTATCTAACACC |
PinfSSR2 | 3 | 165-180 | F: PET-CGACTTCTACATCAACCGGC R: GTTGCTTGGACTGCGTCTTTAGC |
Pi4B | 5 | 200-295 | F: PET-AAAATAAAGCCTTTGGTTCA R: GCAAGCGAGGTTGTAGATT |
Ένα παράδειγμα οπτικοποίησης των αποτελεσμάτων ανάλυσης φαίνεται στο Σχ. 6. Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας λογισμικό GeneMapper 3.7 συγκρίνοντας τα ληφθέντα δεδομένα με τα δεδομένα γνωστών προϊόντων απομόνωσης. Για να διευκολυνθεί η ερμηνεία των αποτελεσμάτων της ανάλυσης, είναι απαραίτητο να συμπεριληφθούν 1-2 προϊόντα απομόνωσης αναφοράς με γνωστό γονότυπο σε κάθε μελέτη.
Η προτεινόμενη ερευνητική μέθοδος δοκιμάστηκε σε σημαντικό αριθμό δειγμάτων πεδίου, μετά από τα οποία οι συγγραφείς πραγματοποίησαν τυποποίηση πρωτοκόλλων μεταξύ εργαστηρίων δύο οργανισμών, του Ινστιτούτου James Hutton (UK) και του Πανεπιστημίου & Έρευνας Wageningen (Κάτω Χώρες), τα οποία, μαζί με τη δυνατότητα χρήσης τυπικών καρτών FTA για απλοποίηση συλλογή και αποστολή δειγμάτων DNA P. infestans, κατέστη δυνατή η συζήτηση για τη δυνατότητα εμπορικής χρήσης αυτής της ανάπτυξης. Επιπλέον, μια γρήγορη και ακριβής μέθοδος απομόνωσης γονότυπου P. infestans χρησιμοποιώντας ανάλυση πολλαπλών SSR κατέστησε δυνατή τη διεξαγωγή τυποποιημένων μελετών πληθυσμών αυτού του παθογόνου σε παγκόσμια κλίμακα και τη δημιουργία μιας παγκόσμιας βάσης δεδομένων για την καθυστερημένη καταστροφή στο πλαίσιο του έργου Eucablight (www.eucablight.org), συμπεριλαμβανομένων , συμπεριλαμβανομένων των αποτελεσμάτων της μικροδορυφορικής ανάλυσης, κατέστησε δυνατή την παρακολούθηση της εμφάνισης και της εξάπλωσης νέων γονότυπων σε όλο τον κόσμο.
Ενισχυμένος πολυμορφισμός μήκους θραυσμάτων περιορισμού (AFLP). Το AFLP (ενισχυμένος πολυμορφισμός μήκους θραυσμάτων) είναι μια τεχνολογία για την παραγωγή τυχαίων μοριακών δεικτών χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους εκκινητές. Στο AFLP, το DNA αντιμετωπίζεται με συνδυασμό δύο περιοριστικών ενζύμων. Ειδικοί προσαρμογείς συνδέονται με τα κολλώδη άκρα των περιοριστικών θραυσμάτων.
Αυτά τα θραύσματα στη συνέχεια ενισχύονται χρησιμοποιώντας εναρκτήρες συμπληρωματικούς της ακολουθίας προσαρμογής και της θέσης περιορισμού, και επιπλέον φέρουν μία ή περισσότερες τυχαίες βάσεις στα 3 'άκρα τους. Το σύνολο των λαμβανόμενων θραυσμάτων εξαρτάται από ένζυμα περιορισμού και τυχαία επιλεγμένα νουκλεοτίδια στα 3'-άκρα των εκκινητών (Vos et al., 1995). AFLP - ο γονότυπος χρησιμοποιείται για τη γρήγορη μελέτη της γενετικής παραλλαγής διαφόρων οργανισμών.
Μια λεπτομερής περιγραφή της μεθόδου δίνεται στα έργα των Mueller, Wolfenbarger, 1999, Savelkoul et al., 1999. Πολλές εργασίες που συγκρίνουν την ανάλυση των μεθόδων AFLP και SSR έχουν πραγματοποιηθεί από Κινέζους ερευνητές. Μελετήθηκαν τα φαινοτυπικά και γενοτυπικά χαρακτηριστικά των στελεχών 48 P. infestans που συλλέχθηκαν από πέντε περιοχές της Βόρειας Κίνας. Τα φάσματα AFLP αποκάλυψαν οκτώ διαφορετικούς γονότυπους DNA, σε αντίθεση με τους γονότυπους SSR, για τους οποίους δεν βρέθηκε ποικιλομορφία (Guo et al., 2008).
Ενίσχυση με εκκινητές ομόλογους με τις ακολουθίες κινητών στοιχείων
Οι δείκτες που προέρχονται από αλληλουχίες ρετροτρανσποζόνων είναι πολύ βολικοί για τη γενετική χαρτογράφηση, τη μελέτη της γενετικής ποικιλομορφίας και των εξελικτικών διεργασιών (Schulman, 2006). Εάν οι εκκινητές κατασκευάζονται για να συμπληρώνουν τις σταθερές αλληλουχίες ορισμένων κινητών στοιχείων, είναι δυνατόν να ενισχυθούν οι περιοχές γονιδιώματος που βρίσκονται μεταξύ τους. Σε μελέτες του αιτιολογικού παράγοντα της καθυστερημένης μάστιγας, χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς η μέθοδος ενίσχυσης περιοχών γονιδιώματος χρησιμοποιώντας ένα εναρκτήρα συμπληρωματικό της βασικής αλληλουχίας της ρετροζόνης του SINE (Short Interspersed Nuclear Elements) (Lavrova and Elansky, 2003). Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, αποκάλυψαν διαφορές ακόμη και σε ασεξουαλικούς απογόνους ενός προϊόντος απομόνωσης. Εν προκειμένω, συνήχθη το συμπέρασμα ότι η μέθοδος Inter - SINE - PCR είναι ιδιαίτερα συγκεκριμένη και ο ρυθμός κίνησης των στοιχείων SINE στο γονιδίωμα Phytophthora είναι υψηλός.
Στο γονιδίωμα του P. infestans, έχουν εντοπιστεί 12 οικογένειες βραχέων ρετροτρανσποζόνων (SINEs). διερευνήθηκε η κατανομή ειδών μικρών ρετροτρανσποζόνων, τα στοιχεία (SINEs) ταυτοποιήθηκαν που βρίσκονται στο γονιδίωμα μόνο του P. infestans (Lavrova, 2004).
Χαρακτηριστικά της εφαρμογής μεθόδων συγκριτικής μελέτης στελεχών σε μελέτες πληθυσμού
Κατά τον σχεδιασμό μιας μελέτης, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε σαφώς τους στόχους που επιδιώκει και να χρησιμοποιήσει τις κατάλληλες μεθόδους. Έτσι, ορισμένες μέθοδοι επιτρέπουν τη δημιουργία μεγάλου αριθμού ανεξάρτητων χαρακτηριστικών δεικτών, αλλά ταυτόχρονα έχουν χαμηλή αναπαραγωγιμότητα και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται, τις συνθήκες αντίδρασης και τη μόλυνση του υπό μελέτη υλικού. Επομένως, σε κάθε μελέτη μιας ομάδας στελεχών, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολλά τυποποιημένα (απομονωμένα) προϊόντα απομόνωσης, αλλά ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, τα αποτελέσματα πολλών πειραμάτων είναι πολύ δύσκολο να συνδυαστούν.
Αυτή η ομάδα μεθόδων περιλαμβάνει RAPD, AFLP, InterSSR, InterSINE PCR. Μετά την ενίσχυση, λαμβάνεται ένας μεγάλος αριθμός θραυσμάτων ϋΝΑ διαφορετικών μεγεθών. Συνιστάται η χρήση τέτοιων τεχνικών εάν είναι απαραίτητο να διαπιστωθούν διαφορές μεταξύ στενών συγγενών στελεχών (γονέας-απόγονος, μεταλλαγμένοι άγριου τύπου κ.λπ.) ή σε περιπτώσεις όπου απαιτείται λεπτομερής ανάλυση ενός μικρού δείγματος. Έτσι, η μέθοδος AFLP χρησιμοποιείται ευρέως στη γενετική χαρτογράφηση του P. infestans (van der Lee et al., 1997) και σε μελέτες ενδοπληθωρισμού (Knapova, Gisi, 2002, Cooke et al, 2003, Flier et al, 2003). Τέτοιες μέθοδοι είναι ακατάλληλες για χρήση κατά τη δημιουργία βάσεων δεδομένων στελεχών, επειδή Είναι πρακτικά αδύνατο να ενοποιηθεί η λογιστική των αποτελεσμάτων κατά τη διεξαγωγή αναλύσεων σε διαφορετικά εργαστήρια.
Παρά την φαινομενική απλότητα και ταχύτητα εκτέλεσης (απομόνωση DNA χωρίς καλό καθαρισμό, ενίσχυση, οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων), αυτή η ομάδα μεθόδων απαιτεί τη χρήση μιας ειδικής μεθόδου για την τεκμηρίωση των αποτελεσμάτων: απόσταξη σε πήκτωμα πολυακρυλαμιδίου με επισημασμένους (ραδιενεργούς ή φωταυγές) αστάρι και επακόλουθη έκθεση σε φως ή ραδιενεργό υλικό. Η συμβατική απεικόνιση γέλης αγαρόζης βρωμιούχου αιθιδίου γενικά δεν είναι κατάλληλη για αυτές τις μεθόδους επειδή ένας μεγάλος αριθμός θραυσμάτων DNA διαφορετικών μεγεθών μπορεί να συντήξει.
Άλλες μέθοδοι, αντίθετα, σας επιτρέπουν να δημιουργήσετε έναν μικρό αριθμό χαρακτηριστικών με πολύ υψηλή αναπαραγωγιμότητα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει τη μελέτη των απλοτύπων του μιτοχονδριακού DNA (μόνο δύο απλότυποι Ia και IIa σημειώνονται στη Ρωσία), τύπος ζευγαρώματος (τα περισσότερα απομονωμένα τμήματα υποδιαιρούνται σε 2 τύπους: A1 και A2, σπάνια βρέθηκαν αυτο-γόνιμα SF) και φάσματα ισοενζύμου πεπτιδάσης (δύο τόποι Pep1 και Pep2 , αποτελούμενο από δύο ισοένζυμα το καθένα) και ισομεράση 6-φωσφορικής γλυκόζης (στη Ρωσία δεν υπάρχει μεταβλητότητα σε αυτό το χαρακτηριστικό, αν και παρατηρείται σημαντικός πολυμορφισμός σε άλλες χώρες του κόσμου). Συνιστάται η χρήση αυτών των δυνατοτήτων κατά την ανάλυση συλλογών, τη συλλογή περιφερειακών και παγκόσμιων βάσεων δεδομένων. Στην περίπτωση της ανάλυσης των ισοενζύμων και των απλότυπων του μιτοχονδριακού DNA, είναι δυνατόν να γίνει χωρίς τυπικά στελέχη, ενώ στην ανάλυση των τύπων ζευγαρώματος, απαιτούνται δύο δοκιμαστικά στελέχη με γνωστούς τύπους ζευγαρώματος.
Οι συνθήκες αντίδρασης και τα αντιδραστήρια μπορούν να επηρεάσουν μόνο την αντίθεση του προϊόντος στο ηλεκτροφορητόγραμμα · είναι απίθανη η εκδήλωση αντικειμένων σε αυτούς τους τύπους μελετών.
Προς το παρόν, οι περισσότεροι πληθυσμοί στο ευρωπαϊκό τμήμα της Ρωσίας αντιπροσωπεύονται από στελέχη και των δύο τύπων ζευγαρώματος (Πίνακας 6), μεταξύ των οποίων υπάρχουν απομονώσεις με τύπους Ια και ΙΙα μιτοχονδριακού DNA (άλλοι τύποι mtDNA που βρέθηκαν στον κόσμο δεν έχουν βρεθεί στη Ρωσία μετά το 1993). Τα φάσματα των ισοενζύμων πεπτιδάσης αντιπροσωπεύονται από δύο γονότυπους στον τόπο Pep1 (100/100, 92/92 και ετεροζυγώτης 92/100, και ο γονότυπος 92/92 είναι εξαιρετικά σπάνιος (<0,3%)) και από δύο γονότυπους στον τόπο Pep 2 (100/100 , 112/112 και ετεροζυγώτης 100/112, με τον γονότυπο 112/112 να εμφανίζεται λιγότερο συχνά από το 100/100, αλλά επίσης αρκετά συχνά).
Δεν υπήρχε μεταβλητότητα στο φάσμα ισοενζύμων της ισομεράσης 6-φωσφορικής γλυκόζης μετά το 1993 (η εξαφάνιση της κλωνικής γραμμής US-1) · όλα τα απομονωθέντα απομονωμένα στελέχη είχαν τον γονότυπο 100/100 (Elansky and Smirnov, 2002).
Η τρίτη ομάδα μεθόδων επιτρέπει την απόκτηση επαρκούς ομάδας ανεξάρτητων χαρακτήρων δεικτών με υψηλή αναπαραγωγιμότητα. Σήμερα, αυτή η ομάδα περιλαμβάνει τον ανιχνευτή RFLP-RG57, ο οποίος παράγει 25-29 θραύσματα DNA διαφορετικών μεγεθών. Το RFLP-RG57 μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο κατά την ανάλυση δειγμάτων όσο και για τη συλλογή βάσεων δεδομένων. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι πολύ πιο ακριβή από τις προηγούμενες, είναι χρονοβόρα και απαιτεί μια αρκετά μεγάλη ποσότητα πολύ καθαρού DNA. Ως εκ τούτου, ο ερευνητής αναγκάζεται να περιορίσει τον όγκο του δοκιμασμένου υλικού.
Η ανάπτυξη του RFLP-RG57 στις αρχές της δεκαετίας του '90 του περασμένου αιώνα ενίσχυσε σημαντικά τις πληθυσμιακές μελέτες του αιτιολογικού παράγοντα της όψιμης καταστροφής. Έγινε η βάση της μεθόδου που βασίστηκε στην επιλογή και ανάλυση των "Clonal lines" (βλ. Παρακάτω). Μαζί με RFLP-RG57, τύπος ζευγαρώματος, δακτυλικό αποτύπωμα DNA (μέθοδος RFLP-RG57), φάσματα πεπτιδάσης και ισοένζυμα ισομεράσης 6-φωσφορικής γλυκόζης και τύπου μιτοχονδριακού DNA χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό κλωνικών γραμμών. Χάρη σε αυτόν, αποδείχθηκε al., 1994), εντοπίστηκε η αντικατάσταση παλαιών πληθυσμών από νέους (Drenth et al, 1993, Sujkowski et al, 1994, Goodwin et al, 1995a), και εντοπίστηκαν κλωνικές γενεές σε πολλές χώρες του κόσμου. Μελέτες ρωσικών στελεχών με τη χρήση αυτής της μεθόδου έδειξαν υψηλό γονότυπο πολυμορφισμό των στελεχών του ευρωπαϊκού τμήματος και μονομορφισμό των πληθυσμών της Ασίας και της Άπω Ανατολής της Ρωσίας (Elansky et al, 2001). Και τώρα αυτή η μέθοδος παραμένει η κύρια στις πληθυσμιακές μελέτες του P. infestans. Ωστόσο, η ευρεία διανομή του εμποδίζεται από το σχετικά υψηλό κόστος και την ένταση εργασίας στην εκτέλεση.
Μια άλλη πολλά υποσχόμενη τεχνική που σπάνια χρησιμοποιείται σε μελέτες P. infestans είναι η ανάλυση μικροδορυφορικής επανάληψης (SSR). Επί του παρόντος, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για την απομόνωση κλωνικών γραμμών. Για την ανάλυση των στελεχών, τέτοια φαινοτυπικά χαρακτηριστικά δείκτη όπως η παρουσία γονιδίων μολυσματικότητας σε ποικιλίες πατάτας (Avdey, 1995, Ivanyuk et al., 2002, Ulanova et al., 2003) και η ντομάτα χρησιμοποιήθηκαν ευρέως (και συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται) Μέχρι τώρα, γονίδια μολυσματικότητας σε ποικιλίες πατάτας έχουν χάσει την αξία τους ως χαρακτηριστικά δείκτη για μελέτες πληθυσμού λόγω της εμφάνισης του μέγιστου (ή πλησίον αυτού) γονιδίου μολυσματικότητας στη μεγάλη πλειονότητα των απομονωμένων προϊόντων. Ταυτόχρονα, το γονίδιο μολυσματικότητας Τ1 για καλλιέργειες τομάτας που φέρουν το αντίστοιχο γονίδιο Ph1 εξακολουθεί να χρησιμοποιείται επιτυχώς ως χαρακτηριστικό δείκτη (Lavrova et al., 2003; Ulanova et al., 2003).
Σε πολλές εργασίες, η αντίσταση στα μυκητοκτόνα χρησιμοποιείται ως χαρακτηριστικό δείκτη. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ανεπιθύμητο να χρησιμοποιηθεί σε μελέτες πληθυσμού λόγω της μάλλον εύκολης εμφάνισης μεταλλάξεων αντίστασης σε κλωνικές γραμμές μετά την εφαρμογή μυτατοκτόνων που περιέχουν metalaxyl- (ή mefenoxam-) στο πεδίο. Για παράδειγμα, σημαντικές διαφορές στο επίπεδο αντίστασης δείχθηκαν εντός της κλωνικής γραμμής Sib1 (Elansky et al., 2001).
Έτσι, ο τύπος ζευγαρώματος, το φάσμα ισοενζύμων πεπτιδάσης, ο τύπος μιτοχονδριακού DNA, RFLP-RG57, SSR είναι οι προτιμώμενοι δείκτες για τη δημιουργία τραπεζών δεδομένων και την επισήμανση στελεχών σε συλλογές. Για να συγκρίνετε περιορισμένα δείγματα, εάν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε τον μέγιστο αριθμό χαρακτηριστικών δεικτών, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε AFLP, RAPD, InterSSR, Inter-SINE PCR (Πίνακας 5). Ωστόσο, θα πρέπει να θυμόμαστε ότι αυτές οι μέθοδοι είναι ελάχιστα αναπαραγώγιμες και σε κάθε μεμονωμένο πείραμα (κύκλος ηλεκτροφόρησης ενίσχυσης) είναι απαραίτητη η χρήση αρκετών απομονωμένων στοιχείων αναφοράς.
Πίνακας 5. Σύγκριση διαφορετικών μεθόδων έρευνας στελεχών Π. Infestans
κριτήριο | TC | Isofer μπάτσοι | MtDNA | RFLP-RG57 | RAPD | ΕΣΣΔ | SSR | AFLP | Στροφή μηχανής |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ποσό πληροφοριών | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
Αναπαραγωγιμότητα | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
Δυνατότητα αντικειμένων | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
Κόστος | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
Εργασιακή ένταση | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
Ταχύτητα ανάλυσης ** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
Σημείωση: H - χαμηλή, C - μεσαία, B - υψηλή; НС * - η ένταση εργασίας είναι χαμηλή όταν χρησιμοποιείτε gel αγαρόζης ή αυτόματο
γονότυπος, μέση - με απόσταξη σε πήκτωμα πολυακρυλαμιδίου με επισημασμένους εκκινητές,
** - χωρίς να υπολογίζεται ο χρόνος που αφιερώνεται στην ανάπτυξη μυκηλίου για απομόνωση DNA.
Δομή πληθυσμού
Κλωνικές γραμμές
Ελλείψει ανασυνδυασμού ή ασήμαντης συμβολής του στη δομή του πληθυσμού, ο πληθυσμός αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό κλώνων, οι γενετικές ανταλλαγές μεταξύ των οποίων είναι εξαιρετικά σπάνιες.
Σε αυτούς τους πληθυσμούς, είναι πιο κατατοπιστική η μελέτη όχι των συχνοτήτων των μεμονωμένων γονιδίων, αλλά των συχνοτήτων των γονότυπων που έχουν κοινή προέλευση (κλωνικές γραμμές ή κλωνικές γραμμές) και διαφέρουν μόνο σε σημειακές μεταλλάξεις. Μελέτες πληθυσμού για το παθογόνο όψιμης μάζας και ανάλυση των κλωνικών γραμμών έχουν επιταχυνθεί σημαντικά από την έλευση της μεθόδου RFLP-RG57 στις αρχές της δεκαετίας του '90 του περασμένου αιώνα. Μαζί με RFLP-RG57, χρησιμοποιούνται τύποι ζευγαρώματος, φάσματα πεπτιδάσης και ισοενζύμων 6-φωσφορικής ισομεράσης γλυκόζης και τύπου μιτοχονδριακού DNA για την ταυτοποίηση κλωνικών γραμμών. Τα χαρακτηριστικά των πιο κοινών κλωνικών γραμμών παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.
Ο κλώνος US-1 κυριάρχησε στους πληθυσμούς παντού μέχρι το τέλος της δεκαετίας του 80, μετά τον οποίο άρχισε να αντικαθίσταται από άλλους κλώνους και εξαφανίστηκε από την Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική. Βρίσκεται τώρα στην Άπω Ανατολή (Φιλιππίνες, Ταϊβάν, Κίνα, Ιαπωνία, Κορέα, Koh et al., 1994, Mosa et al, 1993), στην Αφρική (Ουγκάντα, Κένυα, Ρουάντα, Goodwin et al, 1994, Vega-Sanchez et. al., 2000, Ochwo et al., 2002) και στη Νότια Αμερική (Εκουαδόρ, Βραζιλία, Περού, Forbes et al., 1997, Goodwin et al., 1994). Δεν έχουν εντοπιστεί στελέχη που ανήκουν στη γραμμή US-1 μόνο στην Αυστραλία. Προφανώς, τα στελέχη P. infestans ήρθαν στην Αυστραλία με ένα άλλο κύμα μετανάστευσης (Goodwin, 1997).
Ο κλώνος US-6 μετανάστευσε από το βόρειο Μεξικό στην Καλιφόρνια στα τέλη της δεκαετίας του 70 και προκάλεσε επιδημία σε πατάτες και ντομάτες μετά από 32 χρόνια χωρίς ασθένειες. Λόγω της υψηλής επιθετικότητάς του, εκτόπισε τον κλώνο US-1 και άρχισε να κυριαρχεί στη δυτική ακτή των Ηνωμένων Πολιτειών (Goodwin et al., 1995a).
Οι γονότυποι US-7 και US-8 ανακαλύφθηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1992 και ήδη το 1994 διανεμήθηκαν ευρέως στις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά. Κατά τη διάρκεια μιας αγωνιστικής περιόδου, ο κλώνος US-8 είναι σε θέση σχεδόν να εκτοπίσει πλήρως τον κλώνο US-1 σε πατάτες που είχαν αρχικά μολυνθεί και με τους δύο κλώνους σε ίση συγκέντρωση (Miller and Johnson, 2000).
Οι κλώνοι BC-1 έως BC-4 έχουν αναγνωριστεί στη Βρετανική Κολομβία σε μικρό αριθμό απομονωμένων προϊόντων από τους Goodwin et al., 1995b). Ο κλώνος US-11 εξαπλώθηκε ευρέως στις Ηνωμένες Πολιτείες και αντικατέστησε το US-1 στην Ταϊβάν. Οι κλώνοι JP-1 και EC-1, μαζί με τον κλώνο US-1, είναι κοινά στην Ιαπωνία και τον Ισημερινό, αντίστοιχα (Koh et al., 1994; Forbes et al., 1997).
Το SIB-1 είναι ένας κλώνος που επικράτησε στη Ρωσία σε ένα τεράστιο έδαφος από την περιοχή της Μόσχας έως το Sakhalin. Στην περιοχή της Μόσχας, ανακαλύφθηκε το 1993 και ορισμένοι πληθυσμοί χωραφιών αποτελούσαν κυρίως από στελέχη αυτής της κλωνικής γραμμής, ιδιαίτερα ανθεκτικά στο μεταλαξύλιο. Μετά το 1993, ο επιπολασμός αυτού του κλώνου μειώθηκε σημαντικά. Εκτός των Ουραλίων το 1997-1998, το SIB-1 βρέθηκε παντού, με εξαίρεση την επικράτεια Khabarovsk (ο κλώνος SIB-2 είναι διαδεδομένος εκεί). Ο χωρικός διαχωρισμός κλώνων με διαφορετικούς τύπους ζευγαρώματος αποκλείει τη σεξουαλική διαδικασία στη Σιβηρία και την Άπω Ανατολή. Στην περιοχή της Μόσχας, σε αντίθεση με τη Σιβηρία, ο πληθυσμός αντιπροσωπεύεται από πολλούς κλώνους. σχεδόν κάθε απομόνωση έχει έναν μοναδικό γονότυπο πολλαπλής εστίασης (Elansky et al., 2001, 2015). Αυτή η ποικιλομορφία δεν μπορεί να εξηγηθεί μόνο με την εισαγωγή μυκητιακών στελεχών από διάφορα μέρη του κόσμου με εισαγόμενο υλικό σπόρου. Δεδομένου ότι και οι δύο τύποι ζευγαρώματος συμβαίνουν στον πληθυσμό, είναι πιθανό ότι η ποικιλομορφία του οφείλεται επίσης στον ανασυνδυασμό. Έτσι, στη Βρετανική Κολομβία, η εμφάνιση γονότυπων BC-2, BC-3 και BC-4 θεωρείται ότι οφείλεται στον υβριδισμό των κλώνων BC-1 και US-6 (Goodwin et al., 1995b). Είναι πιθανό ότι υβριδικά στελέχη βρίσκονται στους πληθυσμούς της Μόσχας. Για παράδειγμα, τα στελέχη ΜΟ-4, ΜΟ-8 και ΜΟ-11 ετερόζυγα για τον τόπο ΡΕΡ μπορούν να είναι υβρίδια μεταξύ των στελεχών ΜΟ-12, ΜΟ-21, ΜΟ-22, που έχουν τον τύπο ζευγαρώματος Α2 και ομόζυγα για ένα αλληλόμορφο του τόπου ΡΕΡ και το στέλεχος MO-8, που έχει τον τύπο ζευγαρώματος Α1 και ομόζυγο για το άλλο αλληλόμορφο του τόπου. Και αν συμβαίνει αυτό, και στους σύγχρονους πληθυσμούς του P. infestans υπάρχει μια τάση για αύξηση του ρόλου της σεξουαλικής διαδικασίας, τότε η αξία της ανάλυσης των κλώνων πολλαπλής εστίασης θα μειωθεί (Elansky et al., 2001, 2015).
Παραλλαγή σε κλωνικές γραμμές
Μέχρι τη δεκαετία του '90 του 20ού αιώνα, η κλωνική γραμμή US-1 ήταν ευρέως διαδεδομένη στον κόσμο. Οι περισσότεροι από τους χωρικούς και τους περιφερειακούς πληθυσμούς αποτελούσαν αποκλειστικά στελέχη με τον γονότυπο US-1. Ωστόσο, παρατηρήθηκαν επίσης διαφορές μεταξύ των προϊόντων απομόνωσης, που πιθανότατα προκλήθηκαν από μια διαδικασία μετάλλαξης. Μεταλλάξεις σημειώθηκαν τόσο στο πυρηνικό όσο και στο μιτοχονδριακό DNA και επηρέασαν, μεταξύ άλλων, το επίπεδο αντοχής στα φάρμακα φαινυλαμιδίου και τον αριθμό των γονιδίων μολυσματικότητας. Οι γραμμές που διαφέρουν από τους αρχικούς γονότυπους με μεταλλάξεις υποδεικνύονται με επιπλέον αριθμούς μετά την τελεία που ακολουθεί το όνομα του αρχικού γονότυπου (για παράδειγμα, η μεταλλαγμένη US-1.1 γραμμή της κλωνικής γραμμής US-1). Οι γραμμές DNA δακτυλικών αποτυπωμάτων US-1.5 και US-1.6 περιέχουν αξεσουάρ διαφορετικών μεγεθών (Goodwin et al., 1995a, 1995b). η κλωνική γραμμή US-6.3 διαφέρει επίσης από το US-6 από μία γραμμή αξεσουάρ (Goodwin, 1997, Πίνακας 7).
Στη μελέτη του μιτοχονδριακού DNA, βρέθηκε ότι μόνο μιτοχονδριακό DNA τύπου 1b βρίσκεται στην κλωνική γραμμή US-1 (Carter et al., 1990). Ωστόσο, στη μελέτη στελεχών αυτής της κλωνικής καταγωγής από το Περού και τις Φιλιππίνες, βρέθηκαν προϊόντα απομόνωσης των οποίων οι τύποι μιτοχονδριακών DNA διέφεραν από 1b παρουσία παρεμβολών και διαγραφών (Goodwin, 1991, Koh et al., 1994).
Πίνακας 6. Γονότυποι πολλών εστιακών ορισμένων κλωνικών γραμμών P. infestans
Όνομα | Τύπος ζευγαρώματος | Ισοζύμες | Δακτυλικά αποτυπώματα DNA | Τύπος MtDNA | |
GPI | PEP | ||||
ΗΠΑ-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011 24 + | Ib |
ΗΠΑ-2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011 24 + | - |
ΗΠΑ-3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011 24 + | - |
ΗΠΑ-4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011 24 + | - |
ΗΠΑ-5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011 24 + | - |
ΗΠΑ-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011 24 + | IIβ |
ΗΠΑ-7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011 24 + | Ia |
ΗΠΑ-8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011 24 + | Ia |
ΗΠΑ-9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
ΗΠΑ-10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
ΗΠΑ-11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011 24 + | IIβ |
ΗΠΑ-12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | - |
ΗΠΑ-14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011 24 + | - |
ΗΠΑ-15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | Ia |
ΗΠΑ-16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011 24 + | - |
ΗΠΑ-17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011 24 + | - |
ΗΠΑ-18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | Ia |
ΗΠΑ-19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011 24 + | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011 24 + | ΙΙα |
SIB-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 24 + | ΙΙα |
SIB-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 24 + | ΙΙα |
SIB-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011 24 + | ΙΙα |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 24 + | ΙΙα |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 24 + | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011 24 + | ΙΙα |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011 24 + | ΙΙα |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011 24 + | ΙΙα |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 24 + | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011 24 + | ΙΙα |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011 24 + | ΙΙα |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 24 + | ΙΙα |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011 24 + | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011 24 + | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 24 + | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011 22 + | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011 23 + | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011 24 + | ΙΙα |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011 24 + | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011 24 + | ΙΙα |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | ΙΙα |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | ΙΙα |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 24 + | ΙΙα |
Σημείωση: * - χωρίς δεδομένα.
Πίνακας 7. Γονότυποι πολλαπλών εστίασης και οι μεταλλαγμένες γραμμές τους
Όνομα | Τύπος ζευγαρώματος | | Δακτυλικά αποτυπώματα DNA (RG57) | Σημειώσεις | |
GPI | ΡΕΡ-1 | ||||
ΗΠΑ-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | Αρχικός γονότυπος 1 |
ΗΠΑ-1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | Μετάλλαξη στο PEP |
ΗΠΑ-1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
ΗΠΑ-1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
ΗΠΑ-1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | Μετάλλαξη σε RG57 και PEP |
ΗΠΑ-1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
ΗΠΑ-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | Αρχικός γονότυπος 2 |
ΗΠΑ-6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | Μετάλλαξη στο PEP |
ΗΠΑ-6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
ΗΠΑ-6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
ΗΠΑ-6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | Μετάλλαξη σε RG57 και PEP |
ΗΠΑ-6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | Αρχικός γονότυπος 3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | Μετάλλαξη σε RG57 |
Υπάρχουν επίσης αλλαγές στα φάσματα των ισοενζύμων. Κατά κανόνα, προκαλούνται από τη διάσπαση ενός οργανισμού που αρχικά ετερόζυγα για αυτό το ένζυμο σε ομόζυγα. Το 1993, σε φρούτα τομάτας, εντοπίσαμε ένα στέλεχος με χαρακτηριστικά τυπικά για το δακτυλικό αποτύπωμα US-1: RG57, τον τύπο μιτοχονδριακού DNA και τον γονότυπο 86/100 για τη γλυκόζη-6-φωσφατιζομεράση, αλλά ήταν ομόζυγο (100/100) για τον πρώτο τόπο πεπτιδάσης αντί ένα 92/100 ετερόζυγο τυπικό αυτής της κλωνικής γραμμής. Ονομάσαμε το γονότυπο αυτού του στελέχους MO-17 (Πίνακας 6). Οι μεταλλαγμένες γραμμές US-1.1 και US-1.4 διαφέρουν επίσης από το US-1 με μεταλλάξεις στον πρώτο τόπο πεπτιδάσης (Πίνακας 7).
Οι μεταλλάξεις που οδηγούν σε αλλαγές στον αριθμό των μολυσματικών γονιδίων για ποικιλίες πατάτας και ντομάτας είναι αρκετά συχνές. Παρατηρήθηκαν μεταξύ απομονωμένων της κλωνικής γραμμής US-1 σε πληθυσμούς από τις Κάτω Χώρες (Drenth et al., 1994), Περού (Goodwin et al., 1995a), Πολωνία (Sujkowski et al., 1991), Βόρεια Βόρεια Αμερική (Goodwin et al., ., 1995β). Παρατηρήθηκαν επίσης διαφορές στον αριθμό των γονιδίων παθογόνων πατατών μεταξύ απομονωμένων των κλωνικών γραμμών US-7 και US-8 στον Καναδά και των Ηνωμένων Πολιτειών (Goodwin et al., 1995a), μεταξύ των προϊόντων απομόνωσης της γραμμής SIB-1 στο ασιατικό τμήμα της Ρωσίας (Elansky et al, 2001 ).
Τα προϊόντα απομόνωσης με ισχυρές διαφορές στα επίπεδα αντοχής στα φάρμακα φαινυλαμιδίου εντοπίστηκαν σε πληθυσμούς μονοκλωνικών πεδίων, που ανήκαν όλοι στην κλωνική γραμμή Sib-1 (Elansky et al, 2001, Πίνακας 1). Σχεδόν όλα τα στελέχη της κλωνικής γραμμής US-1 είναι πολύ ευαίσθητα στο metalaxyl · ωστόσο, απομονώθηκαν ιδιαίτερα ανθεκτικά στελέχη αυτής της γραμμής στις Φιλιππίνες (Koh et al., 1994) και στην Ιρλανδία (Goodwin et al., 1996).
Σύγχρονοι πληθυσμοί του P. infestans
Κεντρική Αμερική (Μεξικό)
Ο πληθυσμός P. infestans στο Μεξικό διαφέρει σημαντικά από τους άλλους παγκόσμιους πληθυσμούς, γεγονός που οφείλεται κυρίως στην ιστορική του θέση. Πολλές μελέτες αυτού του πληθυσμού και συναφών ειδών P. infestans της clade Phytophthora, καθώς και τοπικών ειδών του γένους Solanum, οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι η εξέλιξη του παθογόνου στο κεντρικό τμήμα του Μεξικού πραγματοποιήθηκε μαζί με την εξέλιξη των φυτών ξενιστών και σχετίζεται με σεξουαλικό ανασυνδυασμό (Grünwald, Flier , 2005). Και οι δύο τύποι ζευγαρώματος αντιπροσωπεύονται στον πληθυσμό, και σε ίσες αναλογίες και η παρουσία ωοσπόρων στο έδαφος, σε φυτά και κονδύλους πατάτας και άγριων ειδών Solanum επιβεβαιώνει την παρουσία σεξουαλικής διαδικασίας στον πληθυσμό (Fernández-Pavía et al., 2002). Πρόσφατες μελέτες της κοιλάδας Toluca και των περιβαλλόντων της (το πιθανό κέντρο προέλευσης του παθογόνου) επιβεβαίωσαν την υψηλή γενετική ποικιλομορφία του τοπικού πληθυσμού του P. infestans (134 πολυσύνθετοι γονότυποι σε ένα δείγμα 176 δειγμάτων) και την παρουσία αρκετών διαφοροποιημένων υποπληθυσμών στην περιοχή (Wang et al., 2017). Οι παράγοντες που συμβάλλουν σε αυτήν τη διαφοροποίηση είναι η χωρική διαίρεση των υποπληθυσμών που χαρακτηρίζουν τα υψίπεδα του κεντρικού Μεξικού, τις διαφορές στις συνθήκες καλλιέργειας και τις ποικιλίες πατάτας που χρησιμοποιούνται σε κοιλάδες και βουνά και την παρουσία άγριων κονδύλων ειδών Solanum που μπορούν να λειτουργήσουν ως εναλλακτικοί ξενιστές (Fry et al. ., 2009).
Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι οι πληθυσμοί του P. infestans στο βόρειο Μεξικό είναι μάλλον κλωνικοί και πιο παρόμοιοι με τους πληθυσμούς της Βόρειας Αμερικής, γεγονός που μπορεί να υποδηλώνει ότι αυτοί είναι οι νέοι γονότυποι (Fry et al., 2009).
Βόρεια Αμερική
Οι πληθυσμοί του P. infestans της Βόρειας Αμερικής είχαν πάντα μια πολύ απλή δομή και ο κλωνικός χαρακτήρας τους καθιερώθηκε πολύ πριν από τη χρήση της μικροδορυφορικής ανάλυσης. Μέχρι το 1987, η κλωνική γραμμή US-1 κυριάρχησε στις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά (Goodwin et al., 1995). Στα μέσα της δεκαετίας του 70, όταν εμφανίστηκαν μυκητοκτόνα με βάση το metalaxyl, αυτός ο κλώνος άρχισε να αντικαθίσταται από άλλους, πιο ανθεκτικούς γονότυπους που μετανάστευσαν από το Μεξικό (Goodwin et al., 1998). Μέχρι το τέλος της δεκαετίας του '90. ο γονότυπος US-8 αντικατέστησε πλήρως τον γονότυπο US-1 στις Ηνωμένες Πολιτείες και έγινε η κυρίαρχη κλωνική γραμμή στις πατάτες (Fry et al., 2009; Fry et al., 2015). Η κατάσταση ήταν διαφορετική με τις ντομάτες, οι οποίες περιείχαν συνεχώς αρκετές κλωνικές γραμμές και η σύνθεσή τους άλλαξε από χρόνο σε χρόνο (Fry et al., 2009).
Το 2009, ξέσπασε μεγάλη επιδημία μεγάλης κλίμακας στην όψιμη κηλίδα στις ντομάτες. Ένα χαρακτηριστικό αυτής της πανδημίας ήταν η σχεδόν ταυτόχρονη εμφάνισή της σε πολλά μέρη στις βορειοανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες και αποδείχθηκε ότι σχετίζεται με μαζικές πωλήσεις μολυσμένων σποροφύτων ντομάτας σε μεγάλα κέντρα κήπων (Fry et al., 2013). Οι απώλειες των καλλιεργειών ήταν τεράστιες. Η μικροδορυφορική ανάλυση των προσβεβλημένων δειγμάτων αποκάλυψε ότι το στέλεχος πανδημίας ανήκε στο ζευγάρωμα κλωνικής γραμμής US-22 Α2. Το 2009, το μερίδιο αυτού του γονότυπου στον αμερικανικό πληθυσμό του P. infestans έφτασε το 80% (Fry et al., 2013). Στα επόμενα χρόνια, το ποσοστό των επιθετικών γονότυπων US-23 (κυρίως στις ντομάτες) και US-24 (στις πατάτες) αυξήθηκε σταθερά στον πληθυσμό, ωστόσο, μετά το 2011, το ποσοστό ανίχνευσης των US-24 μειώθηκε σημαντικά και μέχρι σήμερα περίπου το 90% του πληθυσμού των παθογόνων Οι Ηνωμένες Πολιτείες αντιπροσωπεύονται από τον γονότυπο US-23 (Fry et al., 2015).
Στον Καναδά, όπως και στις Ηνωμένες Πολιτείες, στα τέλη της δεκαετίας του '90. ο κυρίαρχος γονότυπος US-1 αντικαταστάθηκε από το US-8, η κυρίαρχη θέση του οποίου παρέμεινε αμετάβλητη έως το 2008. Στον Καναδά, υπήρχαν σοβαρές επιδημίες όψιμης όρασης που σχετίζονται με την πώληση μολυσμένων σπορόφυτων τομάτας, αλλά προκλήθηκαν από τους γονότυπους US-2009 και US-2010 (Kalischuk et al., 23). Η σαφής γεωγραφική διαφοροποίηση αυτών των γονότυπων ήταν αξιοσημείωτη: οι ΗΠΑ-8 κυριάρχησαν στις δυτικές επαρχίες του Καναδά (2012%), ενώ οι ΗΠΑ 23 κυριαρχούσαν στις ανατολικές επαρχίες (68%). Τα επόμενα χρόνια, το US-8 εξαπλώθηκε στις ανατολικές περιοχές, ωστόσο, γενικά, το μερίδιό του στον πληθυσμό μειώθηκε ελαφρώς στο πλαίσιο της εμφάνισης των γονότυπων US-83 και US-23 στη χώρα (Peters et al., 22). Μέχρι σήμερα, το US-24 διατηρεί δεσπόζουσα θέση σε ολόκληρο τον Καναδά. Το US-2014 είναι παρόν στη Βρετανική Κολομβία, ενώ τα US-23 και US-8 είναι παρόντα στο Οντάριο (Peters, 23).
Έτσι, οι πληθυσμοί της Βόρειας Αμερικής του P. infestans είναι κυρίως κλωνικές γραμμές. Τα τελευταία 40 χρόνια, ο αριθμός των κλωνικών γονότυπων που εντοπίστηκαν έχει φτάσει τα 24. Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν στελέχη και των δύο τύπων ζευγαρώματος στον πληθυσμό, η πιθανότητα εμφάνισης νέων γονότυπων ως αποτέλεσμα του σεξουαλικού ανασυνδυασμού παραμένει αρκετά χαμηλή. Ωστόσο, τα τελευταία 20 χρόνια, έχουν καταγραφεί αρκετές περιπτώσεις εμφάνισης εφήμερων ανασυνδυασμένων πληθυσμών (Gavino et al., 2000; Danies et al., 2014; Peters et al., 2014), και σε μία περίπτωση, το αποτέλεσμα της διέλευσης ήταν ο γονότυπος US-11 , που εδραιώθηκε στη Βόρεια Αμερική για πολλά χρόνια (Gavino et al., 2000). Μέχρι το 2009, οι αλλαγές στη δομή των πληθυσμών συσχετίστηκαν με την εμφάνιση νέων, πιο επιθετικών γονότυπων με την επακόλουθη μετανάστευσή τους και τη μετατόπιση των προηγουμένως κυρίαρχων προκατόχων. Τι συνέβη το 2009-2010 Στις ΗΠΑ και τον Καναδά, τα επιφυτοτικά έδειξαν για πρώτη φορά ότι στην εποχή της παγκοσμιοποίησης, τα κρούσματα της νόσου μπορεί να σχετίζονται με την ενεργό εξάπλωση νέων γονότυπων κατά την πώληση μολυσμένου υλικού φύτευσης.
Νότια Αμερική
Μέχρι πρόσφατα, μελέτες για τους πληθυσμούς της P. infestans στη Νότια Αμερική δεν ήταν ούτε τακτικές ούτε μεγάλης κλίμακας. Είναι γνωστό ότι η δομή αυτών των πληθυσμών είναι αρκετά απλή και περιλαμβάνει 1-5 κλωνικές καταγωγές ανά χώρα (Forbes et al., 1998). Έτσι, μέχρι το 1998, οι γονότυποι US-1 (Βραζιλία, Χιλή) BR-1 (Βραζιλία, Βολιβία, Ουρουγουάη, Παραγουάη), EC-1 (Εκουαδόρ, Κολομβία, Περού και Βενεζουέλα), AR-1, AR -2, AR-3, AR-4 και AR-5 (Αργεντινή), PE-3 και PE-7 (νότιο Περού). Ο τύπος ζευγαρώματος Α2 υπήρχε στη Βραζιλία, τη Βολιβία και την Αργεντινή και δεν βρέθηκε πέρα από τα σύνορα Βολιβίας-Περού στην περιοχή της λίμνης Titicaca, πίσω από την οποία κυριάρχησε ο γονότυπος EC-1 A1 στις Άνδεις. Στις τομάτες, το US-1 παρέμεινε ο κυρίαρχος γονότυπος σε ολόκληρη τη Νότια Αμερική.
Η κατάσταση παρέμεινε λίγο πολύ η δεκαετία του 2000. Ένα σημαντικό σημείο ήταν η ανακάλυψη στις Βόρειες Άνδεις σχετικά με τους συγγενείς άγριων πατατών (S. brevifolium και S. tetrapetalum) μιας νέας κλωνικής γραμμής EC-2 του τύπου Α2 (Oliva et al., 2010). Φυλογενετικές μελέτες έχουν δείξει ότι αυτή η γραμμή δεν είναι απολύτως πανομοιότυπη με την P. infestans, αν και σχετίζεται στενά με αυτήν, σε αυτό το πλαίσιο προτάθηκε να εξεταστεί, καθώς και μια άλλη γραμμή, EC-3, απομονωμένη από το δέντρο τομάτας S. betaceum που αναπτύσσεται στις Άνδεις, ένα νέο είδος που ονομάζεται P. andina · Ωστόσο, η κατάσταση αυτού του είδους (ένα ανεξάρτητο είδος ή ένα υβρίδιο του P. infestans με κάποια ακόμη άγνωστη γραμμή) εξακολουθεί να είναι ασαφής (Delgado et al., 2013).
Επί του παρόντος, όλοι οι πληθυσμοί της P. infestans της Νότιας Αμερικής είναι κλωνικοί. Παρά την παρουσία και των δύο τύπων ζευγαρώματος, δεν έχουν εντοπιστεί ανασυνδυασμένοι πληθυσμοί. Στις ντομάτες, ο γονότυπος US-1 είναι πανταχού παρών, προφανώς μετατοπίζεται από πατάτες από τοπικά στελέχη, η ακριβής προέλευση του οποίου είναι ακόμα άγνωστη. Στη Βραζιλία, τη Βολιβία και την Ουρουγουάη υπάρχει ο γονότυπος BR-1. στο Περού, μαζί με το US-1 και το EC-1, υπάρχουν αρκετοί άλλοι τοπικοί γονότυποι. Στις Άνδεις, η κυρίαρχη θέση διατηρείται από την κλωνική γραμμή EC-1, η σχέση της οποίας με την P. andina που ανακαλύφθηκε πρόσφατα παραμένει ανεξερεύνητη. Το μόνο "ασταθές" μέρος όπου για την περίοδο 2003-2013. υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στον πληθυσμό, έγινε Χιλή (Acuña et al., 2012), όπου το 2004-2005. ο παθογόνος πληθυσμός χαρακτηρίστηκε από αντοχή στο metalaxyl και έναν νέο απλοτύπο μιτοχονδριακού DNA (Ia αντί για το προηγούμενο παρόν Ib). 2006 έως 2011 Στον πληθυσμό, ο γονότυπος 21 (σύμφωνα με το SSR) κυριάρχησε, το μερίδιο του οποίου έφτασε το 90%, μετά το οποίο η παλάμη πέρασε στον γονότυπο 20, η συχνότητα εμφάνισης των οποίων τα επόμενα δύο χρόνια διατηρήθηκε στο 67% περίπου (Acuña, 2015).
Ευρώπη
Στην ιστορία της Ευρώπης, υπήρξαν τουλάχιστον δύο κύματα μετανάστευσης του P. infestans από τη Βόρεια Αμερική: τον 1ο αιώνα. (HERB-1) και αρχές του 70ού αιώνα (US-1). Η πανταχού παρούσα διανομή μυκητοκτόνων που περιέχουν metalaxyl τη δεκαετία του 'XNUMX. οδήγησε στη μετατόπιση του κυρίαρχου γονότυπου US-XNUMX και στην αντικατάστασή του με νέους γονότυπους. Ως αποτέλεσμα, στις περισσότερες χώρες της Δυτικής Ευρώπης, οι πληθυσμοί του παθογόνου αντιπροσώπευαν κυρίως από πολλές κλωνικές γραμμές.
Η χρήση της μικροδορυφορικής ανάλυσης για την ανάλυση των παθογόνων πληθυσμών κατέστησε δυνατή την αναγνώριση σοβαρών αλλαγών που σημειώθηκαν στη Δυτική Ευρώπη το 2005-2008. Το 2005, ανακαλύφθηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο μια νέα κλωνική γραμμή, που ονομάζεται 13_A2 (ή "Blue 13") και χαρακτηρίζεται από τον τύπο ζευγαρώματος Α2 , υψηλή επιθετικότητα και αντίσταση στα φαινυλαμίδια (Shaw et al., 2007). Ο ίδιος γονότυπος βρέθηκε σε δείγματα που συλλέχθηκαν το 2004 στις Κάτω Χώρες και τη βόρεια Γαλλία, γεγονός που υποδηλώνει ότι μετανάστευσε στο Ηνωμένο Βασίλειο από την ηπειρωτική Ευρώπη, πιθανώς με πατάτες σπόρου (Cooke et al., 2007). Η μελέτη του γονιδιώματος των εκπροσώπων αυτής της κλωνικής γραμμής έδειξε υψηλό βαθμό πολυμορφισμού της αλληλουχίας του (έως το 2016, ο αριθμός των υποκλωνικών παραλλαγών του έφτασε τα 340) και έναν σημαντικό βαθμό διακύμανσης στο επίπεδο της γονιδιακής έκφρασης, συμπεριλαμβανομένου του. γονίδια τελεστής κατά τη διάρκεια της μόλυνσης των φυτών (Cooke et al., 2012; Cooke, 2017). Αυτά τα χαρακτηριστικά, μαζί με την αυξημένη διάρκεια της βιοτροφικής φάσης, θα μπορούσαν να προκαλέσουν αυξημένη επιθετικότητα 13_A2 και την ικανότητά της να μολύνει ακόμη και ποικιλίες πατάτας ανθεκτικές στην όψιμη φλεγμονή.
Τα επόμενα χρόνια, ο γονότυπος εξαπλώθηκε γρήγορα σε χώρες της Βορειοδυτικής Ευρώπης (Μεγάλη Βρετανία, Ιρλανδία, Γαλλία, Βέλγιο, Κάτω Χώρες, Γερμανία) με την ταυτόχρονη μετατόπιση των προηγουμένως κυρίαρχων γονότυπων 1_A1, 2_A1, 8_A1 (Montarry et al., 2010; Gisi et al. , 2011; Van den Bosch et al., 2011; Cooke, 2015; Cooke, 2017). Σύμφωνα με τον ιστότοπο www.euroblight.net, το ποσοστό 13_A2 στους πληθυσμούς αυτών των χωρών έφτασε το 60-80% και περισσότερο. Η παρουσία αυτού του γονότυπου έχει επίσης καταγραφεί σε ορισμένες χώρες της Ανατολικής και Νότιας Ευρώπης. Ωστόσο, το 2009-2012. Το 13_A2 έχασε τις κυρίαρχες θέσεις του στη Μεγάλη Βρετανία και τη Γαλλία, υποχωρώντας στη γραμμή 6_A1 (8_A1 στην Ιρλανδία) και στις Κάτω Χώρες και το Βέλγιο αντικαταστάθηκε εν μέρει από τους γονότυπους 1_A1, 6_A1 και 33_A2 (Cooke et al., 2012; Cooke, 2017; Stellingwerf, 2017).
Μέχρι σήμερα, περίπου το 70% του πληθυσμού της Δυτικής Ευρώπης του P. infestans είναι μονοκλωνικό. Σύμφωνα με τον ιστότοπο www.euroblight.net, οι κυρίαρχοι γονότυποι στις χώρες της βορειοδυτικής Ευρώπης (Ηνωμένο Βασίλειο, Γαλλία,
Κάτω Χώρες, Βέλγιο) παραμένουν, περίπου σε ίσες αναλογίες, 13_A2 και 6_A1, το τελευταίο πρακτικά δεν βρέθηκε εκτός της καθορισμένης περιοχής (με εξαίρεση την Ιρλανδία), αλλά έχει ήδη τουλάχιστον 58 υποκλώνους (Cooke, 2017). Οι παραλλαγές 13_A2 υπάρχουν σε αξιοσημείωτες ποσότητες στη Γερμανία και παρατηρούνται επίσης σποραδικά στις χώρες της Κεντρικής και Νότιας Ευρώπης. Ο γονότυπος 1_A1 αποτελεί σημαντικό μέρος των πληθυσμών του Βελγίου και εν μέρει των Κάτω Χωρών και της Γαλλίας. Ο γονότυπος 8_A1 έχει σταθεροποιηθεί στον ευρωπαϊκό πληθυσμό στο επίπεδο του 3-6%, με εξαίρεση την Ιρλανδία, όπου διατηρεί την ηγετική της θέση και χωρίζεται σε δύο υποκλώνους (Stellingwerf, 2017). Τέλος, το 2016, σημειώθηκε αύξηση στη συχνότητα εμφάνισης νέων γονότυπων 36_A2 και 37_A2, που καταγράφηκαν για πρώτη φορά το 2013-2014. Μέχρι σήμερα, αυτοί οι γονότυποι βρίσκονται στις Κάτω Χώρες και το Βέλγιο και εν μέρει στη Γαλλία και τη Γερμανία, καθώς και στο νότιο τμήμα της Μεγάλης Βρετανίας (Cooke, 2017). Περίπου το 20-30% του πληθυσμού της Δυτικής Ευρώπης αντιπροσωπεύεται από μοναδικούς γονότυπους κάθε χρόνο.
Σε αντίθεση με τη Δυτική Ευρώπη, τη στιγμή που εμφανίστηκε ο γονότυπος 13_A2, οι πληθυσμοί της Βόρειας Ευρώπης (Σουηδία, Νορβηγία, Δανία, Φινλανδία) δεν εκπροσωπήθηκαν από κλωνικές γραμμές, αλλά από μεγάλο αριθμό μοναδικών γονότυπων (Brurberg et al.,
2011). Κατά την περίοδο της ενεργού εξάπλωσης του 13_A2 στη Δυτική Ευρώπη, η παρουσία αυτού του γονότυπου στη Σκανδιναβία δεν παρατηρήθηκε μέχρι το 2011, όταν ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στη Βόρεια Γιουτλάνδη (Δανία), όπου καλλιεργούνται κυρίως βιομηχανικές ποικιλίες πατάτας με την ενεργή χρήση που περιέχει μεταλαξύλιο. μυκητοκτόνα (Nielsen et al., 2014). Σύμφωνα με το www.euroblight.net, ο γονότυπος 13_A2 εντοπίστηκε επίσης σε πολλά δείγματα από τη Νορβηγία και τη Δανία το 2014 και σε πολλά νορβηγικά δείγματα το 2016. Επιπλέον, το 2013, παρατηρήθηκε στη Φινλανδία η παρουσία του γονότυπου 6_A1 σε μικρή ποσότητα. Ο κύριος λόγος για την αποτυχία του 13_A2 και άλλων κλωνικών γραμμών στην κατάκτηση της Σκανδιναβίας θεωρείται ότι είναι οι κλιματολογικές διαφορές αυτής της περιοχής από τις χώρες της Δυτικής Ευρώπης.
Εκτός από το γεγονός ότι τα δροσερά καλοκαίρια και οι κρύοι χειμώνες συμβάλλουν στην επιβίωση των ωοσπορίων παρά στο φυτικό μυκήλιο (Sjöholm et al., 2013), η κατάψυξη του εδάφους το χειμώνα (η οποία συνήθως δεν συμβαίνει σε θερμότερες χώρες της Δυτικής Ευρώπης) συμβάλλει στο συγχρονισμό της βλάστησης και της φύτευσης των ωοσπόρων. πατάτα, η οποία ενισχύει το ρόλο τους ως πηγή πρωτογενούς λοίμωξης (Brurberg et al., 2011). Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι, στις βόρειες συνθήκες, η ανάπτυξη λοίμωξης από ωοσπόρια ξεπερνά την ανάπτυξη των κονδυλωμάτων λοίμωξης, η οποία τελικά αποτρέπει την κυριαρχία ακόμη πιο επιθετικών, αλλά αργότερα ανέπτυξε κλωνικές γραμμές (Yuen, 2012). Η δομή των πιο μελετημένων πληθυσμών του P. infestans στην Ανατολική Ευρώπη (Πολωνία, κράτη της Βαλτικής) είναι πολύ παρόμοια με αυτήν της Σκανδιναβίας.
Και οι δύο τύποι ζευγαρώματος υπάρχουν επίσης εδώ, και η συντριπτική πλειοψηφία των γονότυπων που προσδιορίζονται από την ανάλυση SSR είναι μοναδικοί (Chmielarz et al., 2014; Runno-Paurson et al., 2016). Όπως και στη Βόρεια Ευρώπη, η κατανομή των κλωνικών γραμμών (κυρίως του γονότυπου 13_A2) ουσιαστικά δεν επηρέασε τους τοπικούς πληθυσμούς του παθογόνου, οι οποίοι διατηρούν υψηλό επίπεδο ποικιλομορφίας με την απουσία έντονων κυρίαρχων γραμμών.
Η παρουσία του 13_A2 παρατηρείται περιστασιακά σε αγρούς με εμπορικές ποικιλίες πατάτας. Στη Ρωσία, η κατάσταση εξελίσσεται με παρόμοιο τρόπο. Μικροδορυφορική ανάλυση απομονωμένων P. infestans που συλλέχθηκαν το 2008-2011 σε 10 διαφορετικές περιοχές του ευρωπαϊκού τμήματος της Ρωσίας, έδειξε υψηλό βαθμό γονοτυπικής ποικιλομορφίας και πλήρη έλλειψη συμπτώσεων με ευρωπαϊκές κλωνικές γραμμές (Statsyuk et al., 2014). Αρκετά χρόνια αργότερα, μια μελέτη δειγμάτων P. infestans που συλλέχθηκαν στην περιοχή του Λένινγκραντ το 2013-2014 έδειξε σημαντικές διαφορές μεταξύ αυτών και των γονότυπων από αυτήν την περιοχή που εντοπίστηκαν στην προηγούμενη μελέτη. Και στις δύο μελέτες, δεν βρέθηκαν γονότυποι της Δυτικής Ευρώπης (Beketova et al., 2014; Kuznetsova et al., 2016).
Η υψηλή γενετική ποικιλομορφία των πληθυσμών του P. infestans στην Ανατολική Ευρώπη και η απουσία κυρίαρχων κλωνικών γραμμών σε αυτούς μπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους. Πρώτον, όπως και στη Βόρεια Ευρώπη, οι κλιματολογικές συνθήκες των υπό εξέταση χωρών συμβάλλουν στο σχηματισμό ωοσπόρων ως κύρια πηγή μόλυνσης (Ulanova et al., 2010; Chmielarz et al., 2014). Δεύτερον, ένα σημαντικό ποσοστό πατατών που παράγονται σε αυτές τις χώρες καλλιεργούνται σε μικρές ιδιωτικές εκμεταλλεύσεις, συχνά περιτριγυρισμένες από δάση ή άλλα εμπόδια στην ελεύθερη κυκλοφορία μολυσματικών υλικών (Chmielarz et al., 2014). Κατά κανόνα, οι πατάτες που καλλιεργούνται υπό τέτοιες συνθήκες πρακτικά δεν υποβάλλονται σε επεξεργασία με χημικές ουσίες και η επιλογή των ποικιλιών βασίζεται στην ανθεκτικότητα τους στην όψιμη κηλίδα, δηλ. δεν υπάρχει επιλεκτική πίεση για επιθετικότητα και αντίσταση στο metalaxyl, το οποίο στερεί ανθεκτικούς γονότυπους, όπως το 13_A2, από πλεονεκτήματα έναντι άλλων γονότυπων (Chmielarz et al., 2014). Τέλος, λόγω του μικρού μεγέθους των οικοπέδων, οι ιδιοκτήτες τους συνήθως δεν ασκούν αμειψισπορά, καλλιεργώντας πατάτες για χρόνια στο ίδιο μέρος, γεγονός που συμβάλλει στη συσσώρευση ενός γενετικά διαφορετικού εμβολίου (Runno-Paurson et al., 2016; Elansky, 2015; Elansky et al. ., 2015).
Ασία
Μέχρι πρόσφατα, η δομή των πληθυσμών του P. infestans στην Ασία παρέμεινε σχετικά ελάχιστα κατανοητή. Ήταν γνωστό ότι αντιπροσωπεύεται κυρίως από κλωνικές γραμμές και η επίδραση του σεξουαλικού ανασυνδυασμού στην εμφάνιση νέων γονότυπων είναι πολύ μικρή. Έτσι, για παράδειγμα, το 1997-1998. Στο ασιατικό τμήμα της Ρωσίας (Σιβηρία και Άπω Ανατολή), ο πληθυσμός των παθογόνων αντιπροσώπευε μόνο τρεις γονότυπους με κυριαρχία του γονότυπου SIB-1 (Elansky et al., 2001). Η παρουσία κλωνικών παθογόνων γραμμών έχει αποδειχθεί σε χώρες όπως η Κίνα, η Ιαπωνία, η Κορέα, οι Φιλιππίνες και η Ταϊβάν (Koh et al., 1994; Chen et al., 2009). Η κλωνική γραμμή US-1 κυριάρχησε σε ένα μεγάλο έδαφος της Ασίας στα τέλη της δεκαετίας του '90 - αρχές του 2000. σχεδόν παντού άρχισαν να αντικαθίστανται από άλλους γονότυπους, οι οποίοι, με τη σειρά τους, υποχώρησαν σε νέους. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι αλλαγές στη δομή και τη σύνθεση των πληθυσμών στις χώρες της Ασίας συσχετίστηκαν με τη μετανάστευση νέων γονότυπων από το εξωτερικό. Έτσι, στην Ιαπωνία, με εξαίρεση τον γονότυπο JP-3, όλοι οι άλλοι ιαπωνικοί γονότυποι που εμφανίστηκαν μετά το US-1 (JP-1, JP-2, JP-3) έχουν περισσότερο ή λιγότερο αποδεδειγμένη εξωτερική προέλευση (Akino et al., 2011) ... Υπάρχουν σήμερα τρεις κύριοι παθογόνοι πληθυσμοί στην Κίνα, με σαφή γεωγραφική διαίρεση. Δεν υπάρχει ή πολύ ασθενής ροή γονιδίων μεταξύ αυτών των πληθυσμών (Guo et al., 2010; Li et al., 2013b). Ο γονότυπος 13_A2 εμφανίστηκε στο έδαφος της Κίνας στις νότιες επαρχίες της (Yunnan και Sichuan) το 2005-2007 και το 2012-1014. παρατηρήθηκε επίσης στα βορειοανατολικά της χώρας (Li et al., 2013b). Στην Ινδία, το 13_A2 εμφανίστηκε πιθανώς ταυτόχρονα με την Κίνα, πιθανότατα με μολυσμένους σπόρους πατάτας (Chowdappa et al., 2015) και το 2009-2010. προκάλεσε μια σοβαρή επιφύτωση όψιμης όρασης στην ντομάτα στα νότια της χώρας, μετά την οποία εξαπλώθηκε στις πατάτες και το 2014 προκάλεσε ξέσπασμα όψιμης όρασης στη Δυτική Βεγγάλη, η οποία οδήγησε στην καταστροφή και αυτοκτονία πολλών τοπικών αγροτών (Fry, 2016).
Африка
Έως το 2008-2010 Δεν έχουν διεξαχθεί συστηματικές μελέτες του P. infestans σε αφρικανικές χώρες. Προς το παρόν, οι αφρικανικοί πληθυσμοί του P. infestans μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες, και αυτός ο διαχωρισμός συνδέεται σαφώς με το γεγονός της εισαγωγής σπόρων πατάτας από την Ευρώπη.
Στη Βόρεια Αφρική, η οποία εισάγει ενεργά πατάτες σπόρου από την Ευρώπη, ο τύπος ζευγαρώματος Α2 αντιπροσωπεύεται ευρέως σε όλες σχεδόν τις περιοχές, γεγονός που παρέχει μια θεωρητική πιθανότητα εμφάνισης νέων γονότυπων ως αποτέλεσμα σεξουαλικού ανασυνδυασμού (Corbière et al., 2010; Rekad et al., 2017). Επιπλέον, στην Αλγερία, η παρουσία των γονότυπων 13_A2, 2_A1 και 23_A1 σημειώνεται με έντονη κυριαρχία του πρώτου από αυτά, καθώς και σταδιακή μείωση του ποσοστού των μοναδικών γονότυπων έως την πλήρη εξαφάνιση (Rekad et al., 2017). Σε αντίθεση με την υπόλοιπη περιοχή, στην Τυνησία (με εξαίρεση τα βορειοανατολικά της χώρας), ο παθογόνος πληθυσμός αντιπροσωπεύεται κυρίως από τον τύπο ζευγαρώματος Α1 (Harbaoui et al., 2014).
Η κλωνική γραμμή NA-01 είναι κυρίαρχη εδώ. Σε γενικές γραμμές, το ποσοστό των κλωνικών γραμμών στον πληθυσμό είναι μόνο 43%. Στην Ανατολική και Νότια Αφρική, όπου ο όγκος των εισαγωγών σπόρων είναι πολύ μικρός (Fry et al., 2009), το P. infestans αντιπροσωπεύεται από δύο μόνο κλωνικές γραμμές τύπου Α1, US-1 και KE-1, και η τελευταία αντικαθιστά ενεργά την πρώτη στις πατάτες ( Pule et al., 2012; Njoroge et al., 2016). Μέχρι σήμερα, και οι δύο αυτοί γονότυποι έχουν αισθητό αριθμό υποκλωνικών παραλλαγών.
Αυστραλία
Η πρώτη αναφορά της όψιμης καταστροφής των πατατών στην Αυστραλία χρονολογείται από το 1907 και η πρώτη επιφυτωτία, που πιθανώς προκλήθηκε από έντονες βροχές τους καλοκαιρινούς μήνες, συνέβη το 1909-1911. (Drenth et al., 2002). Σε γενικές γραμμές, ωστόσο, η καθυστερημένη κρίση δεν έχει σημαντική οικονομική σημασία για τη χώρα. Τα σποραδικά κρούσματα όψιμης όρασης, που προκαλούνται από καιρικές συνθήκες που παρέχουν υψηλή υγρασία, δεν εμφανίζονται συχνότερα από μία φορά κάθε 5-7 χρόνια και εντοπίζονται κυρίως στη βόρεια Τασμανία και στην κεντρική Βικτώρια. Σε σχέση με τα παραπάνω, δημοσιεύσεις που αφιερώνονται στη μελέτη της δομής του αυστραλιανού πληθυσμού του P. infestans είναι σχεδόν απουσία. Οι πιο πρόσφατες διαθέσιμες πληροφορίες είναι από το 1998-2000. (Drenth et al., 2002). Σύμφωνα με τους συγγραφείς, ο πληθυσμός της πολιτείας της Βικτώριας ήταν μια κλωνική γενεαλογία US-1.3, η οποία επιβεβαίωσε έμμεσα τη μετανάστευση αυτού του γονότυπου από τις Ηνωμένες Πολιτείες. Τα δείγματα της Τασμανίας ταξινομήθηκαν ως AU-3, διαφορετικά από τους γονότυπους που υπήρχαν εκείνη την εποχή σε άλλα μέρη του κόσμου.
Χαρακτηριστικά της εξέλιξης της όψιμης καταστροφής στη Ρωσία
Στην Ευρώπη, η μόλυνση εισήχθη με άρρωστους κόνδυλους σπόρων, ωοσπόρια που ξεχειλίστηκαν στο έδαφος, καθώς και ζωοσποραγγεία από τον αέρα από φυτά που αναπτύχθηκαν από κονδύλους κονδύλων στα χωράφια του περασμένου έτους ("εθελοντικά" φυτά) ή σε σωρούς θανατωμένων σελιδοδείκτης για την αποθήκευση των κονδύλων. Από αυτά, τα φυτά που καλλιεργούνται σε σωρούς απορριμμένων κονδύλων θεωρούνται η πιο επικίνδυνη πηγή μόλυνσης. Εκεί, ο αριθμός των βλαστημένων κονδύλων είναι συχνά σημαντικός και η ζωοσποράγγεια μπορεί να μεταφερθεί από αυτούς σε μεγάλες αποστάσεις. Οι υπόλοιπες πηγές (ωοσπόρια, "εθελοντικά" φυτά) δεν είναι τόσο επικίνδυνες, γιατί Δεν είναι συνηθισμένο να καλλιεργούνται φυτά στους ίδιους αγρούς συχνότερα από μία φορά κάθε 3-4 χρόνια. Η μόλυνση από κονδύλους σπόρων που πάσχουν από ασθένεια είναι επίσης ελάχιστη λόγω ενός καλού συστήματος ελέγχου ποιότητας σπόρων.
Γενικά, η ποσότητα εμβολιασμού στους ευρωπαϊκούς πληθυσμούς είναι περιορισμένη και επομένως η αύξηση της επιδημίας είναι μάλλον αργή και μπορεί να ελεγχθεί επιτυχώς χρησιμοποιώντας χημικά μυκητοκτόνα παρασκευάσματα. Το κύριο καθήκον στις ευρωπαϊκές συνθήκες είναι η καταπολέμηση της μόλυνσης στη φάση κατά την οποία αρχίζει η μαζική διασπορά της ζωοσποραγγίας από τα προσβεβλημένα φυτά.
Στη Ρωσία, η κατάσταση είναι ριζικά διαφορετική. Το μεγαλύτερο μέρος της καλλιέργειας πατάτας και ντομάτας καλλιεργείται σε μικρούς ιδιωτικούς κήπους. είτε δεν γίνονται καθόλου προστατευτικά μέτρα, είτε οι μυκητοκτόνες θεραπείες πραγματοποιούνται σε ανεπαρκή αριθμό και ξεκινούν μετά την εμφάνιση καθυστερημένης κηλίδας στις κορυφές. Ως αποτέλεσμα, οι ιδιωτικοί κήποι λαχανικών λειτουργούν ως η κύρια πηγή μόλυνσης, από την οποία τα ζωοσποράγγια μεταφέρονται από τον άνεμο σε εμπορικές φυτεύσεις. Αυτό επιβεβαιώνεται από τις άμεσες παρατηρήσεις μας στις περιοχές της Μόσχας, του Bryansk, του Kostroma, του Ryazan: παρατηρείται βλάβη στα φυτά σε ιδιωτικούς κήπους ακόμη και πριν από την έναρξη των μυκητοκτόνων σε εμπορικές φυτεύσεις. Στη συνέχεια, η επιδημία σε μεγάλα χωράφια συγκρατείται από τη χρήση μυκητοκτόνων παρασκευασμάτων, ενώ σε ιδιωτικούς κήπους υπάρχει ταχεία ανάπτυξη όψιμης όρασης.
Στην περίπτωση ακατάλληλων ή «δημοσιονομικών» θεραπειών εμπορικών φυτεύσεων, εμφανίζονται επίσης πεδία εστίας καθυστερημένης όρασης Στη συνέχεια, αναπτύσσονται ενεργά, καλύπτοντας όλο και μεγαλύτερες περιοχές (Elansky, 2015). Η μόλυνση σε ιδιωτικούς κήπους έχει σημαντικό αντίκτυπο στις επιδημίες σε εμπορικούς τομείς. Σε όλες τις περιοχές καλλιέργειας πατάτας της Ρωσίας, η περιοχή που καταλαμβάνουν οι πατάτες σε ιδιωτικούς κήπους είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από τη συνολική έκταση των μεγάλων παραγωγών. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, οι ιδιωτικοί κήποι λαχανικών μπορούν να θεωρηθούν ως παγκόσμιος πόρος εμβολιασμού για εμπορικούς τομείς. Ας προσπαθήσουμε να εντοπίσουμε εκείνες τις ιδιότητες που είναι χαρακτηριστικές των γονότυπων στελεχών σε ιδιωτικούς κήπους.
Η φύτευση μη σπόρων και καραντίνας έλεγχος πατάτας, σπόροι ντομάτας που προέρχονται από αμφίβολους ξένους παραγωγούς, μακροχρόνια καλλιέργεια πατάτας και ντομάτας στις ίδιες περιοχές, ακατάλληλες θεραπείες μυκητοκτόνων ή πλήρης απουσία τους οδηγούν σε σοβαρά επιφυτοτικά στον ιδιωτικό τομέα, το αποτέλεσμα του οποίου είναι δωρεάν διέλευση, υβριδοποίηση και σχηματισμός ωοσπόρων σε ιδιωτικούς κήπους. Ως αποτέλεσμα, παρατηρείται πολύ υψηλή γονοτυπική ποικιλότητα του παθογόνου, όταν σχεδόν κάθε στέλεχος είναι μοναδικό στον γονότυπο του (Elansky et al., 2001, 2015). Η φύτευση πατατών σπόρου διαφόρων γενετικών προελεύσεων καθιστά απίθανο να εμφανιστούν κλωνικές γραμμές εξειδικευμένες για να επιτεθούν σε μια συγκεκριμένη ποικιλία. Τα στελέχη που επιλέγονται σε μια τέτοια περίπτωση διακρίνονται από την ευελιξία τους σε σχέση με τις προσβεβλημένες ποικιλίες, τα περισσότερα από αυτά έχουν σχεδόν το μέγιστο αριθμό γονιδίων μολυσματικότητας. Αυτό είναι πολύ διαφορετικό από το σύστημα «κλωνικών γραμμών» που είναι τυπικό για μεγάλα πεδία γεωργικών επιχειρήσεων με ένα σωστά εγκατεστημένο σύστημα προστασίας από όψιμες καταστροφές. Οι «κλωνικές γραμμές» (όταν όλα τα στελέχη του παθογόνου της καθυστερημένης μάστιγας στο πεδίο αντιπροσωπεύονται από έναν ή περισσότερους γονότυπους) είναι πανταχού παρόντες σε χώρες όπου η καλλιέργεια πατάτας πραγματοποιείται αποκλειστικά από μεγάλες εκμεταλλεύσεις: τις ΗΠΑ, τις Κάτω Χώρες, τη Δανία, κ.λπ. καλλιέργεια πατάτας, υπάρχει επίσης μεγαλύτερη γονοτυπική ποικιλομορφία σε ιδιωτικούς κήπους. Στα τέλη του 20ού αιώνα, οι «κλωνικές γραμμές» ήταν ευρέως διαδεδομένες στις περιοχές της Ασίας και της Άπω Ανατολής της Ρωσίας (Elansky et al., 2001), γεγονός που οφείλεται προφανώς στη χρήση των ίδιων ποικιλιών πατάτας αποκλειστικά για φύτευση. Πρόσφατα, η κατάσταση σε αυτές τις περιοχές άρχισε επίσης να αλλάζει προς την αύξηση της γονοτυπικής ποικιλομορφίας των πληθυσμών.
Η απουσία εντατικών θεραπειών με μυκητοκτόνα παρασκευάσματα έχει μια άλλη, άμεση συνέπεια - δεν υπάρχει συσσώρευση ανθεκτικών στελεχών στους κήπους. Πράγματι, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι στελέχη ανθεκτικά σε μετάλαξυλα απαντώνται σημαντικά λιγότερο συχνά σε ιδιωτικούς κήπους από ό, τι σε εμπορικές φυτείες.
Η στενή γειτνίαση με πατάτες και ντομάτες, συνήθως για ιδιωτικούς κήπους, διευκολύνει τη μετανάστευση στελεχών μεταξύ αυτών των καλλιεργειών, ως αποτέλεσμα της οποίας, την τελευταία δεκαετία, μεταξύ των στελεχών που απομονώθηκαν από πατάτες, το ποσοστό στελεχών που φέρουν το γονίδιο αντίστασης σε ποικιλίες ντοματίνια (T1), προηγουμένως χαρακτηριστικό μόνο για " στελέχη ντομάτας. Τα στελέχη με το γονίδιο Τ1 στις περισσότερες περιπτώσεις είναι πολύ επιθετικά τόσο στις πατάτες όσο και στις ντομάτες.
Τα τελευταία χρόνια, η καθυστέρηση της ντομάτας άρχισε να εμφανίζεται σε πολλές περιπτώσεις νωρίτερα από ό, τι στις πατάτες. Τα σπορόφυτα τομάτας μπορούν να μολυνθούν με ωοσπόρια στο έδαφος ή ωοσπόρια που υπάρχουν στους σπόρους ντομάτας ή να προσκολληθούν σε αυτά (Rubin et al., 2001). Τα τελευταία 15 χρόνια, ένας μεγάλος αριθμός φθηνών συσκευασμένων σπόρων, κυρίως εισαγόμενοι, εμφανίστηκε σε καταστήματα και οι περισσότεροι από τους μικρούς παραγωγούς έχουν στραφεί στη χρήση τους. Οι σπόροι μπορούν να φέρουν στελέχη με γονότυπους χαρακτηριστικούς των περιοχών της ανάπτυξής τους. Στο μέλλον, αυτοί οι γονότυποι περιλαμβάνονται στη σεξουαλική διαδικασία σε ιδιωτικούς κήπους, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση εντελώς νέων γονότυπων.
Έτσι, μπορεί να δηλωθεί ότι οι ιδιωτικοί κήποι λαχανικών είναι ένα παγκόσμιο «δοχείο τήξεως», στο οποίο, ως αποτέλεσμα της ανταλλαγής γενετικού υλικού, υφίστανται υφιστάμενοι γονότυποι και εμφανίζονται εντελώς νέοι. Επιπλέον, η επιλογή τους πραγματοποιείται υπό συνθήκες που είναι πολύ διαφορετικές από εκείνες που δημιουργούνται για πατάτες σε μεγάλες εκμεταλλεύσεις: απουσία μυκητοκτόνου πρέσας, ομοιομορφία ποικιλίας φυτεύσεων, επικράτηση φυτών που επηρεάζονται από διάφορες μορφές ιογενών και βακτηριακών λοιμώξεων, εγγύτητα με ντομάτες και άγριες νυχτερινές σκιάσεις, ενεργή διέλευση και σχηματισμός ωοσπόρων, δυνατότητα για τα ωοσπόρια να λειτουργήσουν ως πηγή μόλυνσης για τον επόμενο χρόνο.
Όλα αυτά οδηγούν σε μια πολύ υψηλή γονοτυπική ποικιλομορφία πληθυσμών κατωφλιών. Στις συνθήκες της επιφυτολογίας στους φυτικούς κήπους, η καθυστερημένη καταστροφή εξαπλώνεται πολύ γρήγορα και απελευθερώνονται τεράστιες ποσότητες σπόρων, που πετούν σε γειτονικές εμπορικές φυτεύσεις. Ωστόσο, έχοντας εισέλθει σε εμπορικά πεδία με το σωστό σύστημα γεωργικής τεχνολογίας και χημικής προστασίας, τα σπόρια που έχουν φτάσει δεν έχουν πρακτικά καμία ευκαιρία να ξεκινήσουν επιφυτοτικά στο πεδίο, γεγονός που οφείλεται στην απουσία κλωνικών γραμμών ανθεκτικών στα μυκητοκτόνα και εξειδικευμένων στην καλλιεργημένη ποικιλία.
Μια άλλη πηγή πρωτογενούς εμβολιασμού μπορεί να είναι άρρωστοι κόνδυλοι παγιδευμένοι σε εμπορικά φυτά. Αυτοί οι κόνδυλοι καλλιεργήθηκαν, κατά κανόνα, σε αγρούς με καλή γεωργική τεχνολογία και εντατική χημική προστασία. Οι γονότυποι των προϊόντων απομόνωσης που επηρέασαν τους κονδύλους προσαρμόζονται στην ανάπτυξη της δικής τους ποικιλίας. Αυτά τα στελέχη είναι σημαντικά πιο επικίνδυνα για εμπορική φύτευση από το εμβόλιο που προέρχεται από ιδιωτικούς κήπους. Αυτή η υπόθεση υποστηρίζεται από τα αποτελέσματα της έρευνάς μας. Οι πληθυσμοί που είναι απομονωμένοι από μεγάλα χωράφια με κατάλληλη χημική προστασία και καλή γεωργική τεχνολογία δεν διαφέρουν στην υψηλή γονοτυπική ποικιλομορφία. Συχνά αυτές είναι πολλές κλωνικές γραμμές που είναι πολύ επιθετικές.
Τα στελέχη από εμπορικό υλικό σπόρων μπορούν να εισέλθουν σε πληθυσμούς σε φυτικούς κήπους και να εμπλακούν στις διαδικασίες που συμβαίνουν σε αυτούς. Ωστόσο, σε έναν κήπο λαχανικών, η ανταγωνιστικότητά τους θα είναι πολύ χαμηλότερη από ό, τι σε έναν εμπορικό τομέα, και σύντομα θα παύσουν να υπάρχουν με τη μορφή μιας κλωνικής γραμμής, αλλά τα γονίδια τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον πληθυσμό του «κήπου».
Η λοίμωξη που αναπτύσσεται σε "εθελοντικά" φυτά και σε σωρούς κόνδυλων κατά τη συγκομιδή δεν είναι τόσο σημαντική για τη Ρωσία, επειδή Στις κύριες περιοχές καλλιέργειας πατάτας της Ρωσίας, παρατηρείται βαθιά κατάψυξη του εδάφους το χειμώνα και σπάνια αναπτύσσονται φυτά από κονδύλους που έχουν χειμώνα στο έδαφος. Επιπλέον, όπως δείχνουν τα πειράματά μας, το παθογόνο όψιμης μάζας δεν επιβιώνει σε αρνητικές θερμοκρασίες ακόμη και σε κονδύλους που έχουν διατηρήσει τη βιωσιμότητά τους. Στην άνυδρη ζώνη, όπου ασκείται η καλλιέργεια πρώιμων πατατών, η καθυστερημένη όραση είναι αρκετά σπάνια λόγω της ξηρής και καυτής περιόδου καλλιέργειας.
Έτσι, παρατηρούμε επί του παρόντος τη διαίρεση των πληθυσμών P. infestans σε πληθυσμούς «πεδίου» και «κήπου». Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, έχουν παρατηρηθεί διαδικασίες που οδηγούν στη σύγκλιση και την αλληλοδιείσδυση των γονότυπων από αυτούς τους πληθυσμούς.
Μεταξύ αυτών, μπορεί να σημειωθεί μια γενική αύξηση του γραμματισμού των μικρών παραγωγών, η εμφάνιση προσιτών μικρών πακέτων σπόρων πατάτας, η εξάπλωση μυκητοκτόνων παρασκευασμάτων σε μικρές συσκευασίες και η απώλεια φόβου για τη "χημεία" από τον πληθυσμό.
Οι καταστάσεις προκύπτουν όταν, χάρη στην έντονη δραστηριότητα ενός προμηθευτή, ολόκληρα χωριά φυτεύονται με κονδύλους σπόρων της ίδιας ποικιλίας και διαθέτουν μικρές συσκευασίες των ίδιων φυτοφαρμάκων. Μπορεί να υποτεθεί ότι πατάτες της ίδιας ποικιλίας θα βρεθούν σε εμπορικές φυτείες κοντά.
Από την άλλη πλευρά, ορισμένες εταιρείες εμπορίας φυτοφαρμάκων προωθούν "δημοσιονομικά" προγράμματα χημικής επεξεργασίας. Σε αυτήν την περίπτωση, ο αριθμός των προτεινόμενων θεραπειών υποτιμάται και προσφέρονται τα φθηνότερα μυκητοκτόνα, και η έμφαση δεν είναι να αποτρέπεται η ανάπτυξη καθυστερημένης όρασης έως το κόψιμο των κορυφών, αλλά σε κάποια καθυστέρηση στην επιφυτολογία προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση. Τέτοια συστήματα δικαιολογούνται οικονομικά κατά την καλλιέργεια πατατών από υλικό σπόρου χαμηλής ποιότητας, ενώ κατ 'αρχήν δεν υπάρχει ζήτημα απόκτησης υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, σε αντίθεση με τους πληθυσμούς των κήπων, το ισοπεδωμένο γενετικό υπόβαθρο της πατάτας συμβάλλει στην επιλογή συγκεκριμένων φυσιολογικών φυλών, οι οποίες είναι πολύ επικίνδυνες για αυτήν την ποικιλία.
Σε γενικές γραμμές, οι τάσεις προς τη σύγκλιση των μεθόδων παραγωγής «κήπου» και «αγρού» της πατάτας μας φαίνονται μάλλον επικίνδυνες. Για να αποφευχθούν οι αρνητικές τους συνέπειες, τόσο στον οικιακό όσο και στον εμπορικό τομέα, θα είναι απαραίτητο να ελεγχθεί τόσο η ποικιλία πατατών σπόρου όσο και το φάσμα μυκητοκτόνων που προσφέρονται σε ιδιώτες σε μικρές συσκευασίες, καθώς και παρακολούθηση συστημάτων προστασίας πατάτας και η χρήση μυκητοκτόνων παρασκευασμάτων στον εμπορικό τομέα.
Στους τομείς του ιδιωτικού τομέα, υπάρχει μια εντατική ανάπτυξη όχι μόνο της καθυστερημένης κρίσης, αλλά και της Alternaria. Οι περισσότεροι ιδιοκτήτες ιδιωτικών οικοπέδων δεν λαμβάνουν ειδικά μέτρα για την προστασία από την Alternaria, λαμβάνοντας την ανάπτυξη της Alternaria για τη φυσική μαρασμό του φυλλώματος ή την ανάπτυξη καθυστερημένης καταστροφής. Επομένως, με τη μαζική ανάπτυξη του Alternaria σε ευαίσθητες ποικιλίες, τα οικόπεδα μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγή εμβολιασμού για εμπορικές φυτεύσεις.
Μηχανισμοί μεταβλητότητας
Διαδικασία μετάλλαξης
Δεδομένου ότι η εμφάνιση μεταλλάξεων είναι μια τυχαία διαδικασία που προχωρά με χαμηλή συχνότητα, η εμφάνιση μεταλλάξεων σε οποιονδήποτε τόπο εξαρτάται από τη συχνότητα της μετάλλαξης αυτού του τόπου και το μέγεθος του πληθυσμού. Κατά τη μελέτη της συχνότητας των μεταλλάξεων των στελεχών P. infestans, καθορίζεται συνήθως ο αριθμός των αποικιών που αναπτύσσονται σε επιλεκτικά θρεπτικά μέσα μετά από θεραπεία με χημικά ή φυσικά μεταλλαξιογόνα. Όπως μπορεί να φανεί από τα δεδομένα που παρουσιάζονται στον Πίνακα 8, η συχνότητα μετάλλαξης του ίδιου στελέχους σε διαφορετικούς τόπους μπορεί να διαφέρει κατά διάφορες τάξεις μεγέθους. Η υψηλή συχνότητα μεταλλάξεων στην αντίσταση στο metalaxyl μπορεί να είναι ένας από τους λόγους για τη συσσώρευση στελεχών ανθεκτικών στη φύση.
Η συχνότητα των αυθόρμητων ή επαγόμενων μεταλλάξεων, που υπολογίζεται βάσει εργαστηριακών πειραμάτων, δεν αντιστοιχεί πάντα στις διεργασίες που συμβαίνουν σε φυσικούς πληθυσμούς, για τους ακόλουθους λόγους:
1. Με ασύγχρονες πυρηνικές σχάσεις, είναι αδύνατο να εκτιμηθεί η συχνότητα των μεταλλάξεων ανά μία πυρηνική παραγωγή. Ως εκ τούτου, τα περισσότερα πειράματα παρέχουν πληροφορίες μόνο άμεσα για τη συχνότητα των μεταλλάξεων, χωρίς να γίνεται διάκριση μεταξύ δύο γεγονότων μετάλλαξης και ενός συμβάντος μετά από μίτωση.
2. Οι μεταλλάξεις ενός σταδίου μειώνουν συνήθως την ισορροπία του γονιδιώματος, επομένως, μαζί με την απόκτηση μιας νέας ιδιότητας, η γενική ικανότητα του οργανισμού μειώνεται. Οι περισσότερες από τις πειραματικά ληφθείσες μεταλλάξεις έχουν μειωμένη επιθετικότητα και δεν καταγράφονται σε φυσικούς πληθυσμούς. Έτσι, ο συντελεστής συσχέτισης μεταξύ του βαθμού αντοχής των μεταλλαγμένων P. infestans στα μυκητοκτόνα φαινυλαμιδίου και του ρυθμού ανάπτυξης σε ένα τεχνητό μέσο ήταν κατά μέσο όρο (-0,62) και της αντίστασης στα μυκητοκτόνα και επιθετικότητα στα φύλλα πατάτας (-0,65) (Derevyagina et al. , 1993), που δείχνει τη χαμηλή ικανότητα των μεταλλαγμένων. Οι μεταλλάξεις στην αντίσταση στο dimethomorph συνοδεύτηκαν επίσης από απότομη μείωση της βιωσιμότητας (Bagirova et al., 2001).
3. Οι περισσότερες από τις αυθόρμητες και επαγόμενες μεταλλάξεις είναι υπολειπόμενες και δεν εκδηλώνονται φαινοτυπικά σε πειράματα, αλλά αποτελούν ένα κρυφό απόθεμα μεταβλητότητας σε φυσικούς πληθυσμούς. Μεταλλαγμένα στελέχη που απομονώθηκαν σε εργαστηριακά πειράματα φέρουν κυρίαρχες ή ημι-κυρίαρχες μεταλλάξεις (Kulish and Dyakov, 1979). Προφανώς, η πυρηνική διπλωματία εξηγεί τις ανεπιτυχείς προσπάθειες απόκτησης μεταλλαγμάτων υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας που είναι μολυσματικές σε προηγούμενες ανθεκτικές ποικιλίες (McKee, 1969). Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του συγγραφέα, τέτοιες μεταλλάξεις μπορούν να συμβούν με συχνότητα μικρότερη από 1: 500000. Η μετάβαση των υπολειπόμενων μεταλλάξεων σε μια ομόζυγη, φαινοτυπικά εκφρασμένη κατάσταση μπορεί να συμβεί λόγω σεξουαλικού ή ασεξουαλικού ανασυνδυασμού (βλ. Παρακάτω). Ωστόσο, ακόμη και σε αυτή την περίπτωση, η μετάλλαξη μπορεί να καλυφθεί από τα κυρίαρχα αλληλόμορφα των πυρήνων άγριου τύπου στο κενοτικό (πολυπύρηνο) μυκήλιο και σταθερά φαινοτυπικά μόνο κατά τον σχηματισμό μονοπύρηνων ζωοσπορίων.
Πίνακας 8. Συχνότητα των μεταλλάξεων του P. infestans σε ουσίες που αναστέλλουν την ανάπτυξη υπό τη δράση της νιτροσομεθυλουρίας (Dolgova, Dyakov, 1986; Bagirova et al., 2001)
Σύνδεση | Συχνότητα μετάλλαξης |
Οξυτετρακυκλίνη | 6,9 10 x-8 |
Blasticidin S | X 7,2 10-8 |
Στρεπτομυκίνη | 8,3 x10-8 |
Τριχοθεκίνη | 1,8 10 x-8 |
Κυκλοεξιμίδιο | 2,1 10 x-8 |
Ντακονίλ | <4 x 10-8 |
Dimethomorph | 6,3 10 x-7 |
Μεταλαξίλη | 6,9 10 x-6 |
Τα μεγέθη του πληθυσμού παίζουν επίσης καθοριστικό ρόλο στην εμφάνιση αυθόρμητων μεταλλάξεων. Σε πολύ μεγάλους πληθυσμούς, στους οποίους ο αριθμός των κυττάρων N> 1 / a, όπου a είναι ο ρυθμός μετάλλαξης, η μετάλλαξη παύει να είναι ένα τυχαίο φαινόμενο (Kvitko, 1974).
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι με μια μέση προσβολή ενός χωραφιού (35 κηλίδες ανά φυτό), 8x1012 σπόρια σχηματίζονται καθημερινά σε ένα εκτάριο (Dyakov and Suprun, 1984). Προφανώς, αυτοί οι πληθυσμοί περιέχουν όλες τις μεταλλάξεις που επιτρέπονται από τον τύπο ανταλλαγής σε κάθε θέση. Ακόμη και μια σπάνια μετάλλαξη, που συμβαίνει με συχνότητα 10-9, θα αποκτηθεί από χίλια άτομα από τα εκατομμύρια που ζουν σε ένα εκτάριο ενός χωραφιού. Για μεταλλάξεις που συμβαίνουν με υψηλότερη συχνότητα (για παράδειγμα, 10-6), σε έναν τέτοιο πληθυσμό, διάφορες ζευγαρωμένες μεταλλάξεις μπορούν να συμβούν καθημερινά (ταυτόχρονα σε δύο θέσεις), δηλ. η διαδικασία μετάλλαξης θα αντικαταστήσει τον ανασυνδυασμό.
Μετεγκαταστάσεις
Για το P. infestans, είναι γνωστοί δύο κύριοι τύποι μετανάστευσης: για να κλείσετε αποστάσεις (μέσα σε ένα πεδίο πατάτας ή γειτονικά χωράφια) με την εξάπλωση των ζωοσποραγγείων με ρεύματα αέρα ή ψεκασμό βροχής και σε μεγάλες αποστάσεις - με φύτευση κονδύλων ή μεταφερόμενων φρούτων τομάτας. Η πρώτη μέθοδος προβλέπει την επέκταση της εστίασης της νόσου, η δεύτερη - τη δημιουργία νέων εστιών σε μέρη μακριά από την πρωτεύουσα.
Η εξάπλωση της μόλυνσης με κονδύλους και φρούτα τομάτας όχι μόνο συμβάλλει στην εμφάνιση της νόσου σε νέα μέρη, αλλά είναι επίσης η κύρια πηγή γενετικής ποικιλομορφίας στους πληθυσμούς. Στην περιοχή της Μόσχας, οι πατάτες καλλιεργούνται, που προέρχονται από διαφορετικές περιοχές της Ρωσίας και της Δυτικής Ευρώπης. Φρούτα τομάτας προέρχονται από τις νότιες περιοχές της Ρωσίας (περιοχή Αστραχάν, περιοχή Κρασνοντάρ, Βόρειος Καύκασος). Οι σπόροι τομάτας, οι οποίοι μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως πηγές μόλυνσης (Rubin et al., 2001), εισάγονται επίσης από τις νότιες περιοχές της Ρωσίας, της Κίνας, των ευρωπαϊκών χωρών και άλλων χωρών.
Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του E. Mayr (1974), οι γενετικές αλλαγές σε έναν τοπικό πληθυσμό που προκαλούνται από μεταλλάξεις σπάνια υπερβαίνουν τα 10-5 ανά τόπο, ενώ σε ανοιχτούς πληθυσμούς, η ανταλλαγή λόγω της αντίθετης ροής των γονιδίων είναι τουλάχιστον 10-3-10-4.
Η μετανάστευση σε μολυσμένους κονδύλους είναι υπεύθυνη για την είσοδο του P. infestans στην Ευρώπη, εξαπλώνεται σε όλες τις περιοχές του κόσμου όπου καλλιεργούνται πατάτες. προκάλεσαν τις πιο σοβαρές αλλαγές πληθυσμού. Η καθυστέρηση της πατάτας εμφανίστηκε στο έδαφος της Ρωσικής Αυτοκρατορίας σχεδόν ταυτόχρονα με την εμφάνισή της στη Δυτική Ευρώπη.
Δεδομένου ότι η ασθένεια παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1846-1847 στα κράτη της Βαλτικής και μόνο τα επόμενα χρόνια εξαπλώθηκε στη Λευκορωσία και τις βορειοδυτικές περιοχές της Ρωσίας, η καταγωγή της Δυτικής Ευρώπης είναι εμφανής. Η πρώτη πηγή όψιμης καταστροφής στον Παλιό Κόσμο δεν είναι τόσο προφανής. Η υπόθεση που αναπτύχθηκε από τους Fry et al. (Fry et al., 1992; Fry, Goodwin, 1995, Goodwin et al., 1994) υποδηλώνει ότι το παράσιτο ήρθε για πρώτη φορά από το Μεξικό στη Βόρεια Αμερική, όπου εξαπλώθηκε σε καλλιέργειες και στη συνέχεια μεταφέρθηκε στη Δυτική Ευρώπη (εικ. 7).
Ως αποτέλεσμα της επαναλαμβανόμενης μετατόπισης (διπλό φαινόμενο της «συμφόρησης»), μεμονωμένοι κλώνοι έφτασαν στην Ευρώπη, οι απόγονοι των οποίων προκάλεσαν πανδημία σε ολόκληρη την επικράτεια του Παλαιού Κόσμου, όπου καλλιεργούνται πατάτες. Ως απόδειξη αυτής της υπόθεσης, οι συγγραφείς αναφέρουν, πρώτον, την πανταχού παρούσα εμφάνιση ενός μόνο τύπου ζευγαρώματος (Α1) και, δεύτερον, την ομοιογένεια των γονότυπων των μελετημένων στελεχών από διαφορετικές περιοχές (όλα βασίζονται σε μοριακούς δείκτες, συμπεριλαμβανομένων 2 τόπων ισοένζυμου, μοτίβων δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA και η δομή του μιτοχονδριακού DNA είναι ίδια και αντιστοιχεί στον κλώνο US-1 που περιγράφεται στις ΗΠΑ). Ωστόσο, ορισμένα δεδομένα δημιουργούν αμφιβολίες για τουλάχιστον ορισμένες από τις διατάξεις της δηλωμένης υπόθεσης. Η ανάλυση του μιτοχονδριακού DNA του P. infestans που απομονώθηκε από δείγματα πατάτας ερμπαρίου που μολύνθηκαν κατά την πρώτη επιφυτωτική περίοδο τη δεκαετία του 40 έδειξε ότι διαφέρουν στη δομή του μιτοχονδριακού DNA από τον κλώνο US-1, το οποίο, επομένως, ήταν τουλάχιστον όχι η μόνη πηγή μόλυνσης στην Ευρώπη (Ristaino et al, 2001).
Η κατάσταση στα τέλη της όρασης επιδεινώθηκε ξανά στη δεκαετία του '80 του ΧΧ αιώνα. Πραγματοποιήθηκαν οι ακόλουθες αλλαγές:
1) Η μέση επιθετικότητα του πληθυσμού έχει αυξηθεί, γεγονός που οδήγησε, ιδίως, στην ευρεία εξάπλωση της πιο επιβλαβούς μορφής της καθυστερημένης μάστιγας - βλάβη στους μίσχους και τους μίσχους.
2) Υπήρξε μια αλλαγή στον καιρό των πατατών - από τα τέλη Ιουλίου έως τις αρχές Ιουλίου και ακόμη και στα τέλη Ιουνίου.
3) Ο τύπος ζευγαρώματος Α2, που προηγουμένως απουσίαζε στον Παλιό Κόσμο, έχει γίνει πανταχού παρόν.
Πριν από τις αλλαγές προηγήθηκαν δύο γεγονότα: η μαζική χρήση του νέου μυκητοκτόνου metalaxyl (Schwinn και Staub, 1980) και η εμφάνιση του Μεξικού ως παγκόσμιου εξαγωγέα πατατών (Niederhauser, 1993). Σύμφωνα με αυτό, προτάθηκαν δύο λόγοι για αλλαγές πληθυσμού: μετατροπή του τύπου ζευγαρώματος υπό την επίδραση του metalaxyl (Ko, 1994) και η μαζική εισαγωγή νέων στελεχών με μολυσμένους κονδύλους από το Μεξικό (Fry and Goodwin, 1995). Αν και οι μετατροπές των τύπων ζευγαρώματος υπό την επίδραση του metalaxyl επιτεύχθηκαν όχι μόνο από τον Ko, αλλά και σε εργασίες που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο του κρατικού πανεπιστημίου της Μόσχας (Savenkova, Chherepennicova-Anikina, 2002), η δεύτερη υπόθεση είναι προτιμότερη. Μαζί με την εμφάνιση του δεύτερου τύπου ζευγαρώματος, σημειώθηκαν σοβαρές αλλαγές στους γονότυπους των ρωσικών στελεχών P. infestans, συμπεριλαμβανομένων των ουδέτερων γονιδίων (ισοένζυμο και τόποι RFLP), καθώς και στη δομή του μιτοχονδριακού DNA. Το σύμπλεγμα αυτών των αλλαγών δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη δράση του metalaxyl · μάλλον, υπήρξε μια μαζική εισαγωγή νέων στελεχών από το Μεξικό, το οποίο, που ήταν πιο επιθετικό (Kato et al., 1997), μετατόπισε τα παλιά στελέχη (US-1), καθιστώντας κυρίαρχο στους πληθυσμούς. Η αλλαγή στη σύνθεση των ευρωπαϊκών πληθυσμών πραγματοποιήθηκε σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα - από το 1980 έως το 1985 (Fry et al., 1992). Στην επικράτεια της πρώην ΕΣΣΔ, «νέα στελέχη» βρέθηκαν σε συλλογές από την Εσθονία το 1985, δηλαδή, νωρίτερα από ό, τι στην Πολωνία και τη Γερμανία (Goodwin et al., 1994). Την τελευταία φορά που το «παλιό στέλεχος US-1» στη Ρωσία απομονώθηκε από μολυσμένη ντομάτα στην περιοχή της Μόσχας το 1993 (Dolgova et al., 1997). Επίσης στη Γαλλία, «παλιά» στελέχη βρέθηκαν στις φυτείες τομάτας έως τις αρχές της δεκαετίας του '90, δηλαδή, αφού είχαν εξαφανιστεί εδώ και καιρό στις πατάτες (Leberton and Andrivon, 1998). Οι αλλαγές στα στελέχη P. infestans επηρέασαν πολλά χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένων αυτών που έχουν μεγάλη πρακτική σημασία και αύξησαν την επιβλαβήτητα της όψιμης όρασης.
Σεξουαλικός ανασυνδυασμός
Προκειμένου ο σεξουαλικός ανασυνδυασμός να συμβάλει στη μεταβλητότητα, είναι απαραίτητο, πρώτον, η παρουσία δύο τύπων ζευγαρώματος στον πληθυσμό σε αναλογία κοντά στο 1: 1 και, δεύτερον, η παρουσία αρχικής μεταβλητότητας του πληθυσμού.
Η αναλογία των τύπων ζευγαρώματος ποικίλλει σημαντικά σε διαφορετικούς πληθυσμούς και ακόμη και σε διαφορετικά χρόνια σε έναν πληθυσμό (Πίνακας 9,10, 90). Οι λόγοι για τέτοιες δραστικές αλλαγές στις συχνότητες των τύπων ζευγαρώματος σε πληθυσμούς (όπως, για παράδειγμα, στη Ρωσία ή στο Ισραήλ στις αρχές της δεκαετίας του '2002 του περασμένου αιώνα) είναι άγνωστοι, αλλά πιστεύεται ότι αυτό οφείλεται στην εισαγωγή πιο ανταγωνιστικών κλώνων (Cohen, XNUMX).
Ορισμένα έμμεσα δεδομένα δείχνουν την πορεία της σεξουαλικής διαδικασίας σε ορισμένα χρόνια και σε ορισμένες περιοχές:
1) Μελέτες πληθυσμών από την περιοχή της Μόσχας έδειξαν ότι σε 13 πληθυσμούς στους οποίους το μερίδιο του τύπου ζευγαρώματος Α2 ήταν μικρότερο από 10%, η συνολική γενετική ποικιλότητα που υπολογίστηκε για τρεις τόπους ισοένζυμου ήταν 0,08 και σε 14 πληθυσμούς στους οποίους υπερέβη το μερίδιο του Α2 30%, η γενετική ποικιλομορφία ήταν διπλάσια (0,15) (Elansky et al., 1999). Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα σεξουαλικής επαφής, τόσο μεγαλύτερη είναι η γενετική ποικιλομορφία του πληθυσμού.
2) Η σχέση μεταξύ της αναλογίας τύπων ζευγαρώματος σε πληθυσμούς και της έντασης του σχηματισμού ωοσπόρων παρατηρήθηκε στο Ισραήλ (Cohen et al., 1997) και στην Ολλανδία
(Flier et al., 2004). Οι μελέτες μας έδειξαν ότι, σε πληθυσμούς στους οποίους απομονώθηκαν οι τύποι ζευγαρώματος Α2 που αντιστοιχούσαν σε 62, 17, 9 και 6%, βρέθηκαν ωοσπόρια σε 78, 50, 30 και 15% των φύλλων πατάτας που αναλύθηκαν (με 2 ή περισσότερα σημεία), αντίστοιχα.
Τα δείγματα με 2 ή περισσότερες κηλίδες περιείχαν συχνότερα ωοσπόρια από τα δείγματα με 1 κηλίδα (32 και 14% των δειγμάτων, αντίστοιχα) (Apryshko et al., 2004).
Τα ωοσπόρια ήταν πολύ πιο κοινά στα φύλλα του μεσαίου και κατώτερου στρώματος του φυτού πατάτας (Mytsa et al., 2015; Elansky et al., 2016).
3) Σε ορισμένες περιοχές, έχουν ανακαλυφθεί μοναδικοί γονότυποι, η εμφάνιση των οποίων σχετίζεται με σεξουαλικό ανασυνδυασμό. Έτσι, στην Πολωνία το 1989 και στη Γαλλία το 1990, στέλεχος ομόζυγο για τη γλυκόζη-6-
φωσφορική ισομεράση (GPI 90/90). Δεδομένου ότι στο παρελθόν είχαν συναντηθεί μόνο 10/90 ετεροζυγώτες για 100 χρόνια, η ομοζυγωτικότητα αποδίδεται σε σεξουαλικό ανασυνδυασμό (Sujkowski et al., 1994). Στην Κολομβία (ΗΠΑ), τα προϊόντα απομόνωσης που συνδυάζουν A2 με GPI 100/110 και A1 με GPI 100/100 είναι κοινά, ωστόσο, στο τέλος της σεζόν 1994 (16 Αυγούστου και 9 Σεπτεμβρίου), στελέχη με ανασυνδυασμένους γονότυπους (A1 GPI 100/110 και A2 GPI 100/100) (Miller et al., 1997).
4) Σε ορισμένους πληθυσμούς από την Πολωνία (Sujkowski et al., 1994) και τον Βόρειο Καύκασο (Amatkhanova et al., 2004), η κατανομή τόπων DNA δακτυλικών αποτυπωμάτων και τόπων πρωτεΐνης αλλοζύμης αντιστοιχεί στην κατανομή Hardy-Weinberg, η οποία δείχνει
σχετικά με το υψηλό μερίδιο της συμβολής του σεξουαλικού ανασυνδυασμού στη μεταβλητότητα των πληθυσμών. Σε άλλες περιοχές της Ρωσίας, δεν βρέθηκε αντιστοιχία με την κατανομή Hardy-Weinberg σε πληθυσμούς, αλλά παρουσιάστηκε η παρουσία ανισορροπίας σύνδεσης, υποδεικνύοντας την επικράτηση της κλωνικής αναπαραγωγής (Elansky et al., 1999).
5) Η γενετική ποικιλομορφία (GST) μεταξύ στελεχών με διαφορετικούς τύπους ζευγαρώματος (Α1 και Α2) ήταν χαμηλότερη από ότι μεταξύ διαφορετικών πληθυσμών (Sujkowski et al., 1994), η οποία υποδηλώνει έμμεσα σεξουαλικούς σταυρούς.
Ταυτόχρονα, η συμβολή του σεξουαλικού ανασυνδυασμού στην πολυμορφία του πληθυσμού δεν μπορεί να είναι πολύ υψηλή. Αυτή η συνεισφορά υπολογίστηκε για τους πληθυσμούς της περιοχής της Μόσχας (Elansky et al., 1999). Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Lewontin (1979), «ο ανασυνδυασμός, ο οποίος μπορεί να παράγει νέες παραλλαγές από δύο τόπους με συχνότητα που δεν υπερβαίνει το προϊόν των ετεροζυγοτήτων τους, καθίσταται αποτελεσματικός μόνο εάν οι τιμές ετεροζυγωτικότητας και για τα δύο αλληλόμορφα είναι ήδη υψηλές».
Με την αναλογία των δύο τύπων ζευγαρώματος, η οποία είναι τυπική για την περιοχή της Μόσχας, ίση με 4: 1, η συχνότητα ανασυνδυασμού θα είναι 0,25. Η πιθανότητα διασταυρούμενων στελεχών θα είναι ετερόζυγο για δύο από τους τρεις τόπους ισοζύμης που μελετήθηκαν στους πληθυσμούς που μελετήθηκαν ήταν 0,01 (2 από τα 177 στελέχη). Επομένως, η πιθανότητα εμφάνισης διπλών ετεροζυγώτων ως αποτέλεσμα ανασυνδυασμού δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το προϊόν τους πολλαπλασιασμένη επί την πιθανότητα διέλευσης (0,25x0,02x0,02) = 10-4, δηλαδή οι σεξουαλικοί ανασυνδυασμένοι συνήθως δεν εμπίπτουν στο μελετημένο δείγμα στελεχών. Αυτοί οι υπολογισμοί έγιναν για πληθυσμούς από την περιοχή της Μόσχας, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή μεταβλητότητα. Σε μονομορφικούς πληθυσμούς όπως οι Σιβηριανοί, η σεξουαλική διαδικασία, ακόμη και αν συμβαίνει σε μεμονωμένους πληθυσμούς, δεν μπορεί να επηρεάσει τη γενετική τους ποικιλομορφία.
Επιπλέον, το P. infestans χαρακτηρίζεται από συχνή κακή ευθυγράμμιση χρωμοσωμάτων στη μύωση, η οποία οδηγεί σε ανευπλοειδία (Carter et al., 1999). Τέτοιες παραβιάσεις μειώνουν τη γονιμότητα των υβριδίων.
Παρασεξουαλικός ανασυνδυασμός, μετατροπή μιτωτικών γονιδίων
Σε πειράματα σχετικά με τη σύντηξη στελεχών P. infestans με μεταλλάξεις αντίστασης σε διαφορετικούς αναστολείς ανάπτυξης, βρέθηκε η εμφάνιση ανθεκτικών σε αμφότερα αναστολείς (Shattock and Shaw, 1975; Dyakov, Kuzovnikova, 1974; Kulish, Dyakov
1979). Τα στελέχη ανθεκτικά σε δύο αναστολείς της ανάπτυξης προέκυψαν ως αποτέλεσμα ετεροκαρυωτικοποίησης του μυκηλίου, και σε αυτήν την περίπτωση, διασπάστηκαν κατά την αναπαραγωγή από μονοπύρηνα ζωοσπόρια (Judelson, Ge Yang, 1998), ή δεν διασπάστηκαν σε μονοζωοφόρους απογόνους, επειδή είχαν τετραπλοειδή (αφού οι αρχικές απομονώσεις είναι διπλοειδείς) πυρήνες (K , 1979). Τα ετεροζυγώδη διπλοειδή διαχωρίζονται σε πολύ χαμηλή συχνότητα λόγω απλοποίησης, μη-διάσπασης χρωμοσωμάτων και μιτωτικής διέλευσης (Poedinok et al., 1982). Η συχνότητα αυτών των διεργασιών θα μπορούσε να αυξηθεί με τη βοήθεια ορισμένων επιδράσεων στα ετεροζυγώδη διπλοειδή (για παράδειγμα, ακτινοβολία UV των βλαστικών σπόρων).
Αν και ο σχηματισμός φυτικών υβριδίων με διπλή αντίσταση συμβαίνει όχι μόνο in vitro, αλλά και σε κονδύλους πατάτας που έχουν μολυνθεί με ένα μείγμα μεταλλαγμάτων (Kulish et al., 1978), είναι μάλλον δύσκολο να εκτιμηθεί ο ρόλος του παρασυζυγικού ανασυνδυασμού στη δημιουργία νέων γονότυπων σε πληθυσμούς. Η συχνότητα σχηματισμού διαχωριστικών λόγω απλοειδισμού, μη διασύνδεσης χρωμοσωμάτων και μιτωτικής διέλευσης χωρίς ειδικά εφέ είναι αμελητέα (λιγότερο από 10-3).
Η εμφάνιση ομόζυγων διαχωριστικών ετερόζυγων στελεχών μπορεί να βασίζεται τόσο στη μιτωτική διέλευση όσο και στη μετατροπή μιτωτικών γονιδίων, η οποία στο P. sojae συμβαίνει με συχνότητα 3 x 10-2 έως 5 x 10-5 ανά τόπο, ανάλογα με το στέλεχος (Chamnanpunt et al. , 2001).
Παρόλο που η συχνότητα εμφάνισης ετεροκαρυόνων και ετεροζυγώτων διπλωμάτων αποδείχθηκε απροσδόκητα υψηλή (φτάνοντας δεκάδες τοις εκατό), αυτή η διαδικασία συμβαίνει μόνο όταν οι μεταλλαγμένες καλλιέργειες που λαμβάνονται από το ίδιο στέλεχος μαζεύονται. Όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικά στελέχη που είναι απομονωμένα από τη φύση, η ετεροκαρυωτικοποίηση δεν συμβαίνει (ή συμβαίνει με πολύ χαμηλή συχνότητα) λόγω της παρουσίας φυτικής ασυμβατότητας (Poedinok and Dyakov, 1981; Anikina et al., 1997b; Cherepennikova-Anikina et al., 2002). Κατά συνέπεια, ο ρόλος του παρασιξικού ανασυνδυασμού μπορεί να μειωθεί μόνο σε ενδοκλωνικό ανασυνδυασμό σε ετερόζυγους πυρήνες και τη μετάβαση μεμονωμένων γονιδίων σε μια ομόζυγη κατάσταση χωρίς σεξουαλική διαδικασία. Αυτή η διαδικασία μπορεί να έχει επιδημιολογική σημασία σε στελέχη με υπολειπόμενες ή ημι-κυρίαρχες μεταλλάξεις αντοχής σε μυκητοκτόνα. Η μετάβασή του σε μια ομόζυγη κατάσταση λόγω της παρασεξουαλικής διαδικασίας θα αυξήσει την αντίσταση του φορέα της μετάλλαξης (Dolgova, Dyakov, 1986).
Εμπλοκή γονιδίων
Τα ετεροθαλικά είδη Phytophthora είναι ικανά να διασταυρωθούν με τον σχηματισμό υβριδικών ωοσπορίων (βλέπε Vorob'eva and Gridnev, 1983; Sansome et al., 1991; Veld et al., 1998). Το φυσικό υβρίδιο των δύο ειδών Phytophthora ήταν τόσο επιθετικό που σκότωσε χιλιάδες κόντρα στο Ηνωμένο Βασίλειο (Brasier et al., 1999). Το P. infestans μπορεί να εμφανιστεί με άλλα είδη του γένους (P. erythroseptica, P. nicotianae, P. Cactorum κ.λπ.) σε κοινά φυτά ξενιστές και στο έδαφος, αλλά υπάρχουν λίγες πληροφορίες στη βιβλιογραφία σχετικά με την πιθανότητα ενδοειδικών υβριδίων. Υπό εργαστηριακές συνθήκες, ελήφθησαν υβρίδια μεταξύ P. infestans και P. Mirabilis (Goodwin and Fry, 1994).
Πίνακας 9. Η αναλογία των στελεχών P. infestans με τύπο ζευγαρώματος Α2 σε διάφορες χώρες του κόσμου κατά την περίοδο από το 1990 έως το 2000 (σύμφωνα με τα δεδομένα ανοιχτών πηγών βιβλιογραφίας και ιστότοπων www.euroblight.net, www.eucablight.org)
Χώρα | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Λευκορωσία | 33 (12) | 34 (29) | |||||||||
Βέλγιο | 15 (49 *) | 6 (66) | 20 (86) | ||||||||
Εκουαδόρ | 0 (13) | 0 (12) | 0 (19) | 0 (21) | 12 (41) | 25 (39) | 15 (75) | 22 (73) | 25 (68) | 0 (35) | |
Εσθονία | 8 (12) | ||||||||||
Αγγλία | 4 (26) | 3 (630) | 9 (336) | ||||||||
Φινλανδία | 0 (15) | 19 (117) | 12 (16) | 21 (447) | 6 (509) | 9 (432) | 43 (550) | ||||
Γαλλία | 0 (35) | 0 (56) | 0 (83) | 0 (67) | 0 (86) | 2 (135) | 7 (156) | 6 (123) | 0 (73) | 0 (285) | 0 (135) |
Ουγγαρία | 72 (32) | ||||||||||
Ιρλανδία | 4 (145) | ||||||||||
Βόρειος. Ιρλανδία | 10 (41) | 9 (58) | 1 (106) | 0 (185) | 0 (18) | 0 (56) | 0 (35) | 0 (26) | |||
Ολλανδία | 7 (41) | 5 (276) | 24 (377) | 44 (353) | 23 (185) | ||||||
Νορβηγία | 25 (446) | 28 (156) | 8 (39) | 18 (257) | 38 (197) | ||||||
Περού | 0 (34, 1984 -86) | 0 (287, 1997-98) | 0 (112) | 0 (66) | |||||||
Πολωνία | 19 (180) | 21 (142) | 33 (256) | 26 (149) | 35 (70) | ||||||
Σκωτία | 25 (147) | 11 (163) | 22 (189) | 5 (22) | |||||||
Σουηδία | 25 (263) | 62 (258) | 49 (163) | ||||||||
Ουαλία | 0 (16) | 7 (97) | 0 (48) | 0 (25) | |||||||
Κορέα | 36 (42) | 10 (130) | 15 (98) | ||||||||
Κίνα | 20 (142, 1995-98) | 0 (6) | 0 (8) | 0 (35) | |||||||
Κολομβία | 0 (40, 1994-2000) | ||||||||||
Ουρουγουάη | 100 (25, 1998-99) | ||||||||||
Μαρόκο | 60 (108, 1997-2000) | 52 (25) | 42 (40) | ||||||||
Σερβία | 76 (37) | ||||||||||
Μεξικό (Toluca) | 28 (292, 1988-89) | 50 (389, 1997-98) |
Πίνακας 10. Το ποσοστό των στελεχών P. infestans με τύπο ζευγαρώματος Α2 σε διάφορες χώρες του κόσμου κατά την περίοδο 2000 έως 2011
Χώρα | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Αυστρία | 65 (83) | ||||||||||
Λευκορωσία | 42 (78) | ||||||||||
Βέλγιο | 20 (102 *) | 4 (32) | 50 (14) | 25 (16) | 62 (13) | 54 (26) | 70 (54) | 30 (23) | 29 (35) | 62 (71) | 45 (49) |
Ελβετία | 89 (19) | ||||||||||
Τσεχική Δημοκρατία | 35 (31) | 54 (64) | 38 (174) | 12 (80) | |||||||
Γερμανία | 95 (53) | ||||||||||
Δανία | 48 (52) | ||||||||||
Εκουαδόρ | 5 (178) | 6 (108) | 9 (121) | 18 (94) | 2 (44) | 0 (66) | 5 (47) | ||||
Εσθονία | 54 (25) | 0 (24) | 33 (62) | 45 (140) | 25 (100) | 12 (103) | |||||
Αγγλία | 4 (47) | 10 (96) | 31 (55) | 55 (790) | 68 (862) | 70 (552) | 68 (299) | ||||
Φινλανδία | 47 (162) | 12 (218) | 42 | ||||||||
Γαλλία | 0 (186) | 4 (108) | 8 (61) | 22 (103) | 33 (303) | 65 (378) | 74 (331) | 75 (125) | 75 (12) | ||
Ουγγαρία | 48 (27) | 48 (90) | 9 | 7 | |||||||
Βόρειος. Ιρλανδία | 0 (38) | 0 (58) | 0 (40) | 0 (24) | 5 (54) | 0 (18) | 27 (578) | 45 (239) | 36 (213) | 82 (60) | 10 (80) |
Ολλανδία | 66 (24) | 93 (15) | 91 (11) | ||||||||
Νορβηγία | 39 (328) | 3 (115) | 12 (19) | ||||||||
Περού | 0 (36) | ||||||||||
Πολωνία | 25 (46) | 10 (30) | 85 (20) | 38 (44) | 75 (66) | 55 (56) | 65 (35) | 72 (81) | 85 (21) | ||
Σκωτία | 3 (213) | 2 (474) | 24 (135) | 86 (337) | 88 (386) | 74 (172) | |||||
Σουηδία | 60 (277) | 39 (87) | |||||||||
Σλοβακία | 0 (36) | 14 (26) | 62 (26) | 0 (26) | |||||||
Ουαλία | 25 (12) | 68 (106) | 80 (88) | 92 (143) | 75 (45) | ||||||
Κορέα | 46 (26) | ||||||||||
Βραζιλία | 0 (49) | 0 (30) | |||||||||
Κίνα | 10 (30) | 0 (6) | 0 (6) | ||||||||
Βιετνάμ | 0 (294, 2003-04) | ||||||||||
Ουγκάντα | 0 (8) |
Δυναμική της γονοτυπικής σύνθεσης των πληθυσμών
Αλλαγές στη γονότυπη σύνθεση των πληθυσμών του P. infestans μπορεί να συμβούν υπό την επίδραση της μετανάστευσης νέων κλώνων από άλλες περιοχές, των γεωργικών πρακτικών (αλλαγή ποικιλιών, εφαρμογή μυκητοκτόνων) και των καιρικών συνθηκών. Οι εξωτερικές επιδράσεις επηρεάζουν διαφορετικά κλώνους σε διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής, επομένως, οι πληθυσμοί βιώνουν ετησίως κυκλικές αλλαγές στις συχνότητες των γονιδίων που υπόκεινται σε επιλογή, λόγω αλλαγής στον κυρίαρχο ρόλο της μετατόπισης και της επιλογής των γονιδίων.
Επίδραση της ποικιλίας
Οι νέες ποικιλίες με αποτελεσματικά γονίδια για κάθετη αντίσταση (R-γονίδια) είναι ένας ισχυρός επιλεκτικός παράγοντας που επιλέγει κλώνους με συμπληρωματικά γονίδια μολυσματικότητας σε πληθυσμούς P. infestans. Ελλείψει μη ειδικής αντοχής στην ποικιλία πατάτας που αναστέλλει την ανάπτυξη του παθογόνου πληθυσμού, η διαδικασία αντικατάστασης των κυρίαρχων κλώνων στον πληθυσμό λαμβάνει χώρα πολύ γρήγορα. Έτσι, μετά την εξάπλωση στην περιοχή της Μόσχας της ποικιλίας Domodedovsky, η οποία έχει το γονίδιο αντίστασης R3, η συχνότητα των μολυσματικών κλώνων για αυτήν την ποικιλία αυξήθηκε από 0,2 σε 0,82 σε ένα έτος (Dyakov, Derevjagina, 2000).
Ωστόσο, η αλλαγή στις συχνότητες λοιμογόνων γονιδίων (παθοτύπων) στους πληθυσμούς συμβαίνει όχι μόνο υπό την επίδραση καλλιεργούμενων ποικιλιών πατάτας. Για παράδειγμα, στη Λευκορωσία έως το 1977, κυριάρχησαν κλώνοι με μολυσματικά γονίδια 1 και 4, που προκλήθηκε από την καλλιέργεια ποικιλιών πατάτας με γονίδια αντοχής R1 και R4 (Dorozhkin, Belskaya, 1979). Ωστόσο, στα τέλη της δεκαετίας του 70 του 2002ού αιώνα, οι κλώνοι εμφανίστηκαν με διαφορετικά γονίδια μολυσματικότητας και τους συνδυασμούς τους και τα συμπληρωματικά γονίδια αντοχής δεν χρησιμοποιήθηκαν ποτέ στην αναπαραγωγή πατάτας (γονίδια επιπλέον μολυσματικότητας) (Ivanyuk et al., XNUMX). Ο λόγος για την εμφάνιση τέτοιων κλώνων, προφανώς, οφείλεται στη μετανάστευση μολυσματικών υλικών από το Μεξικό στην Ευρώπη με κονδύλους πατάτας. Στο σπίτι, αυτοί οι κλώνοι αναπτύχθηκαν όχι μόνο σε καλλιεργημένες πατάτες, αλλά και σε άγρια είδη που φέρουν ποικιλία γονιδίων αντοχής · επομένως, ο συνδυασμός πολλών γονιδίων μολυσματικότητας στο γονιδίωμα ήταν απαραίτητος για την επιβίωση σε αυτές τις συνθήκες.
Όσον αφορά τις ποικιλίες με μη ειδική αντίσταση, μειώνοντας τον ρυθμό αναπαραγωγής του παθογόνου, καθυστερούν την εξέλιξη των πληθυσμών του, η οποία, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι συνάρτηση του αριθμού. Δεδομένου ότι η επιθετικότητα είναι πολυγενής, οι κλώνοι που περιέχουν μεγαλύτερο αριθμό γονιδίων για "επιθετικότητα" συσσωρεύονται όσο πιο γρήγορα τόσο υψηλότερο είναι το μέγεθος του πληθυσμού. Επομένως, οι εξαιρετικά επιθετικές φυλές δεν είναι προϊόν προσαρμογής σε καλλιεργημένες ποικιλίες με μη ειδική αντοχή, αλλά, αντιθέτως, είναι πιο πιθανό να ανιχνευθούν στις φυτεύσεις πολύ ευαίσθητων ποικιλιών που είναι συσσωρευτές των σπόρων παρασίτων.
Έτσι, στη Ρωσία, οι πιο επιθετικοί πληθυσμοί του P. Infestans βρέθηκαν σε ζώνες ετήσιων επιφυτοτήτων (πληθυσμοί από περιοχές Sakhalin, Leningrad και Bryansk). Η επιθετικότητα αυτών των πληθυσμών αποδείχθηκε υψηλότερη από τη μεξικάνικη (Filippov et al., 2004).
Επιπλέον, λιγότερα ωοσπόρια σχηματίζονται στα φύλλα ανθεκτικών ποικιλιών από ό, τι σε ευαίσθητα (Hanson and Shattock, 1998), δηλαδή, η μη ειδική αντίσταση της ποικιλίας μειώνει επίσης τις ικανότητες ανασυνδυασμού του παρασίτου και τη δυνατότητα εναλλακτικών χειμερινών μεθόδων.
Επίδραση μυκητοκτόνων
Τα μυκητοκτόνα όχι μόνο μειώνουν τον αριθμό των φυτοπαθογόνων μυκήτων, δηλαδή επηρεάζουν τα ποσοτικά χαρακτηριστικά των πληθυσμών τους, αλλά μπορούν επίσης να αλλάξουν τις συχνότητες των μεμονωμένων γονότυπων, δηλ. επηρεάζουν την ποιοτική σύνθεση των πληθυσμών. Μεταξύ των πιο σημαντικών δεικτών των πληθυσμών που αλλάζουν υπό την επίδραση μυκητοκτόνων είναι οι εξής: αλλαγές στην αντίσταση στα μυκητοκτόνα, αλλαγές στην επιθετικότητα και τη λοιμογόνο δράση, και αλλαγές στα συστήματα αναπαραγωγής.
Επίδραση μυκητοκτόνων στην αντίσταση και την επιθετικότητα των πληθυσμών
Ο βαθμός αυτής της επίδρασης καθορίζεται, πρώτα απ 'όλα, από τον τύπο του χρησιμοποιούμενου μυκητοκτόνου, ο οποίος μπορεί να χωριστεί υπό όρους σε πολίτη, ολιγοσίτη και μονοσώδες.
Το πρώτο περιλαμβάνει τα περισσότερα μυκητοκτόνα επαφής. Η αντίσταση σε αυτά (αν είναι δυνατόν) ελέγχεται από μεγάλο αριθμό γονιδίων πολύ ασθενώς εκφραστικών. Αυτές οι ιδιότητες καθορίζουν την απουσία ορατών αλλαγών στην αντίσταση του πληθυσμού μετά από θεραπεία με μυκητοκτόνα (αν και σε ορισμένα πειράματα, επιτεύχθηκε κάποια αύξηση της αντίστασης). Ο πληθυσμός των μυκήτων που διατηρείται μετά τον ψεκασμό με μυκητοκτόνα επαφής αποτελείται από δύο ομάδες στελεχών:
1) Στελέχη που διατηρούνται σε περιοχές φυτών που δεν έχουν υποστεί αγωγή με το φάρμακο. Δεδομένου ότι δεν υπήρχε επαφή με το μυκητοκτόνο, η επιθετικότητα και η αντίσταση αυτών των στελεχών δεν αλλάζει.
2) Στελέχη σε επαφή με το μυκητοκτόνο, η συγκέντρωση των οποίων στα σημεία επαφής ήταν χαμηλότερη από το θανατηφόρο. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η αντίσταση αυτού του τμήματος του πληθυσμού επίσης δεν αλλάζει, ωστόσο, λόγω της μερικής βλαβερής επίδρασης του μυκητοκτόνου ακόμη και στην υποθανατική συγκέντρωση στον μεταβολισμό του μυκητιακού κυττάρου, στη γενική ικανότητα και στο παρασιτικό συστατικό του, επιθετικότητα, μείωση (Derevyagina and Dyakov, 1990).
Έτσι, ακόμη και ένα μέρος του πληθυσμού που δεν έχει πεθάνει, εκτεθειμένο σε επαφή με το μυκητοκτόνο, έχει ασθενή επιθετικότητα και δεν μπορεί να αποτελέσει πηγή επιφυτοτικών. Επομένως, η προσεκτική επεξεργασία, η οποία μειώνει τη συχνότητα του ποσοστού του πληθυσμού που δεν έρχεται σε επαφή με το μυκητοκτόνο, αποτελεί προϋπόθεση για την επιτυχία των μέτρων προστασίας. Η αντοχή στα μυκητοκτόνα ολιγοσίτη ελέγχεται από πολλά πρόσθετα γονίδια
Η μετάλλαξη κάθε γονιδίου οδηγεί σε κάποια αύξηση της αντίστασης και ο συνολικός βαθμός αντίστασης οφείλεται στην προσθήκη τέτοιων μεταλλάξεων. Επομένως, η αύξηση της αντίστασης συμβαίνει σταδιακά. Ένα παράδειγμα σταδιακής αύξησης της αντίστασης είναι οι μεταλλάξεις στην αντίσταση στο μυκητοκτόνο dimethomorph, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως για την προστασία των πατατών από όψιμη καταστροφή. Η αντίσταση στο Dimethomorph είναι πολυγενής και πρόσθετη. Η μετάλλαξη ενός βήματος αυξάνει ελαφρώς την αντίσταση.
Κάθε μεταγενέστερη μετάλλαξη μειώνει το μέγεθος στόχου και, κατά συνέπεια, τη συχνότητα των μεταγενέστερων μεταλλάξεων (Bagirova et al., 2001). Η αύξηση της μέσης αντοχής του πληθυσμού μετά από επαναλαμβανόμενες θεραπείες με το ολιγοσίτη μυκητοκτόνο συμβαίνει σταδιακά και σταδιακά. Η ταχύτητα αυτής της διαδικασίας καθορίζεται από τουλάχιστον τρεις παράγοντες: τη συχνότητα μετάλλαξης των γονιδίων αντίστασης, τον συντελεστή αντίστασης (ο λόγος της θανατηφόρου δόσης ενός ανθεκτικού στελέχους σε σχέση με ένα ευαίσθητο) και την επίδραση των μεταλλάξεων στα γονίδια αντίστασης στην φυσική κατάσταση.
Η συχνότητα κάθε επόμενης μετάλλαξης είναι χαμηλότερη από την προηγούμενη, οπότε η διαδικασία έχει απόσβεση (Bagirova et al., 2001). Ωστόσο, εάν εμφανιστούν διαδικασίες ανασυνδυασμού (σεξουαλική ή παρασεξουαλική) σε έναν πληθυσμό, τότε είναι δυνατό να συνδυαστούν διαφορετικές γονικές μεταλλάξεις σε ένα υβριδικό στέλεχος και να επιταχυνθεί η διαδικασία. Επομένως, οι πληθυσμοί panmix αποκτούν αντίσταση γρηγορότερα από τους δυναμικούς, και στο τελευταίο, οι πληθυσμοί που δεν έχουν φυτικά εμπόδια ασυμβατότητας γρηγορότερα από τους πληθυσμούς που διαιρούνται από τέτοια εμπόδια. Από την άποψη αυτή, η παρουσία στελεχών σε πληθυσμούς που διαφέρουν στους τύπους ζευγαρώματος επιταχύνει τη διαδικασία απόκτησης αντοχής σε ολιγοσώματα μυκητοκτόνα.
Ο δεύτερος και ο τρίτος παράγοντας δεν συμβάλλουν στην ταχεία συσσώρευση στελεχών ανθεκτικών σε διμεθομορφή σε πληθυσμούς. Κάθε επακόλουθη μετάλλαξη διπλασιάζει περίπου την αντίσταση, η οποία είναι ασήμαντη, και ταυτόχρονα μειώνει τόσο τον ρυθμό ανάπτυξης σε ένα τεχνητό περιβάλλον όσο και την επιθετικότητα (Bagirova et al., 2001; Stem, Kirk, 2004). Ίσως αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ουσιαστικά δεν υπάρχουν ανθεκτικά στελέχη μεταξύ των φυσικών στελεχών P. infestans, ακόμη και εκείνων που συλλέγονται από φυτεύσεις πατάτας που έχουν υποστεί επεξεργασία με διμεθόμορφο.
Ένας πληθυσμός που υποβάλλεται σε αγωγή με ένα ολιγοσίτη μυκητοκτόνο θα αποτελείται επίσης από δύο ομάδες στελεχών: εκείνες που δεν έχουν έρθει σε επαφή με το μυκητοκτόνο και συνεπώς δεν έχουν αλλάξει τα αρχικά χαρακτηριστικά (αν βρεθούν ανθεκτικά στελέχη σε αυτήν την ομάδα, δεν θα συσσωρευτούν λόγω της μεγαλύτερης επιθετικότητας και ανταγωνιστικότητας των ευαίσθητων στελεχών) και στελέχη σε επαφή με θανατηφόρες συγκεντρώσεις του μυκητοκτόνου. Μεταξύ των τελευταίων είναι δυνατή η συσσώρευση ανθεκτικών στελεχών, επειδή εδώ έχουν πλεονεκτήματα έναντι των ευαίσθητων.
Ως εκ τούτου, όταν χρησιμοποιείτε ολιγοσίτη μυκητοκτόνα, δεν είναι τόσο διεξοδική θεραπεία όσο σημαντική είναι η υψηλή συγκέντρωση του φαρμάκου, αρκετές φορές υψηλότερη από τη θανατηφόρα δόση, επειδή με τη σταδιακή μεταλλαξογένεση, η αρχική αντίσταση των μεταλλαγμένων στελεχών είναι χαμηλή.
Τέλος, οι μεταλλάξεις στην αντίσταση στα μυκητοκτόνα είναι πολύ εκφραστικές, δηλαδή μια μεμονωμένη μετάλλαξη μπορεί να αναφέρει υψηλό επίπεδο αντίστασης έως την πλήρη απώλεια ευαισθησίας. Επομένως, η αύξηση της αντίστασης των πληθυσμών συμβαίνει πολύ γρήγορα.
Ένα παράδειγμα τέτοιων μυκητοκτόνων είναι τα φαινυλαμίδια, συμπεριλαμβανομένου του πιο κοινού μυκητοκτόνου metalaxyl. Μεταλλάξεις αντίστασης σε αυτό συμβαίνουν με υψηλή συχνότητα, και ο βαθμός αντίστασης σε μεταλλάγματα είναι πολύ υψηλός - υπερβαίνει το ευαίσθητο στέλεχος με παράγοντα χίλιων ή περισσότερων (Derevyagina et al., 1993). Αν και ο ρυθμός ανάπτυξης και η επιθετικότητα των ανθεκτικών μεταλλαγμάτων μειώνεται στο πλαίσιο του θανάτου των ευαίσθητων στελεχών από ένα συστηματικό μυκητοκτόνο, ο αριθμός του ανθεκτικού πληθυσμού αυξάνεται ραγδαία και η επιθετικότητα του αυξάνεται παράλληλα. Επομένως, μετά από αρκετά χρόνια χρήσης του μυκητοκτόνου, η επιθετικότητα των ανθεκτικών στελεχών μπορεί όχι μόνο να ισούται με την επιθετικότητα των ευαίσθητων, αλλά και να την ξεπερνά (Derevyagina, Dyakov, 1992).
Επίδραση στον σεξουαλικό ανασυνδυασμό
Δεδομένου ότι η συχνή εμφάνιση του τύπου ζευγαρώματος Α2 στους πληθυσμούς P. infestans συνέπεσε με την εντατική χρήση του metalaxyl κατά της καθυστερημένης όρασης, θεωρήθηκε ότι το metalaxyl προκαλεί μετατροπή τύπου ζευγαρώματος. Στο P. parasitica, μια τέτοια μετατροπή υπό τη δράση του Chloroneb και του metalaxyl αποδείχθηκε πειραματικά (Ko, 1994). Ένα μόνο απόσπασμα σε ένα μέσο με χαμηλή συγκέντρωση μεταλαξυλίου οδήγησε στην εμφάνιση ομοθελικών απομονώσεων από ένα στέλεχος P. infestans ευαίσθητο στο metalaxyl με τύπο ζευγαρώματος Α1 (Savenkova and Cherepnikova-Anikina, 2002). Κατά τα επόμενα περάσματα σε μέσα με υψηλότερη συγκέντρωση μεταλαξυλίου, δεν ανιχνεύτηκε ούτε ένα προϊόν απομόνωσης του τύπου ζευγαρώματος Α2, ωστόσο, τα περισσότερα προϊόντα απομόνωσης, όταν διασταυρώθηκαν με στελέχη Α2, αντί για ωοσπόρια, σχημάτισαν άσχημες συσσωρεύσεις μυκηλίου και ήταν στείρες. Τα περάσματα ενός ανθεκτικού στελέχους που έχουν τον τύπο ζευγαρώματος Α2 σε μέσα με υψηλή συγκέντρωση μεταλαξυλίου μάς επέτρεψαν να εντοπίσουμε τρεις μορφές αλλαγών στον τύπο ζευγαρώματος: 1) πλήρης στειρότητα όταν διασταυρωθεί με προϊόντα απομόνωσης Α1 και Α2. 2) ομοταλτισμός (σχηματισμός ωοσπορίων στη μονοκαλλιέργεια). 3) μετατροπή του τύπου ζευγαρώματος Α2 σε Α1. Έτσι, το metalaxyl μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στους τύπους ζευγαρώματος σε πληθυσμούς P. infestans και, κατά συνέπεια, την εμφάνιση σεξουαλικού ανασυνδυασμού σε αυτούς.
Επίδραση στον φυτικό ανασυνδυασμό
Μερικά γονίδια για αντοχή στα αντιβιοτικά αύξησαν τη συχνότητα της ετεροκαρυωτικοποίησης και της πυρηνικής διπλοποίησης (Poedinok and Dyakov, 1981). Όπως σημειώθηκε νωρίτερα, η ετεροκαρυωτικοποίηση των υφών κατά τη σύντηξη διαφορετικών στελεχών του P. infestans συμβαίνει πολύ σπάνια λόγω του φαινομένου της ασυμβατότητας των φυτών σε αυτόν τον μύκητα. Ωστόσο, τα γονίδια ανθεκτικότητας σε ορισμένα αντιβιοτικά μπορεί να έχουν παρενέργειες, που εκφράζονται στην υπερνίκηση της φυτικής ασυμβατότητας. Αυτή η ιδιότητα κατείχε το 1S-1 μεταλλαγμένο γονίδιο ανθεκτικότητας στη στρεπτομυκίνη. Η παρουσία τέτοιων μεταλλαγμάτων στους αγρούς πληθυσμών της φυτοφόρας μπορεί να αυξήσει τη ροή γονιδίων μεταξύ στελεχών και να επιταχύνει την προσαρμογή ολόκληρου του πληθυσμού σε νέες ποικιλίες ή μυκητοκτόνα.
Ορισμένα μυκητοκτόνα και αντιβιοτικά μπορούν να επηρεάσουν τη συχνότητα του μιτωτικού ανασυνδυασμού, η οποία μπορεί επίσης να μεταβάλλει τις συχνότητες των γονότυπων στους πληθυσμούς. Το ευρέως χρησιμοποιούμενο μυκητοκτόνο benomyl συνδέεται με την β-τουμπουλίνη, μια πρωτεΐνη από την οποία κατασκευάζονται μικροσωληνίσκοι του κυτταροσκελετού, και έτσι διακόπτει τις διαδικασίες διαχωρισμού χρωμοσωμάτων στην αναφάση της μίτωσης, αυξάνοντας τη συχνότητα του μιτωτικού ανασυνδυασμού (Hastie, 1970).
Η μυκητοκτόνο παρα-φθοροφαινυλαλανίνη, που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της ολλανδικής νόσου στα φτερά, έχει την ίδια ιδιότητα. Η παρα-φθοροφαινυλαλανίνη αύξησε τη συχνότητα ανασυνδυασμού σε ετεροζυγώδη διπλοειδή P. infestans (Poedinok et al., 1982).
Κυκλικές αλλαγές στη γονοτυπική σύνθεση των πληθυσμών στον κύκλο ζωής του P. infestans
Ο κλασικός αναπτυξιακός κύκλος του P. infestans στην εύκρατη ζώνη αποτελείται από 4 φάσεις.
1) Φάση εκθετικής αύξησης του πληθυσμού (πολυκυκλική φάση) με μικρές γενιές. Αυτή η φάση ξεκινά συνήθως τον Ιούλιο και διαρκεί 1,5-2 μήνες.
2) Η φάση της διακοπής της αύξησης του πληθυσμού λόγω της απότομης μείωσης του ποσοστού του ιστού που δεν επηρεάζεται ή της έναρξης δυσμενών καιρικών συνθηκών. Αυτή η φάση σε εκμεταλλεύσεις που πραγματοποιούν την απομάκρυνση φύλλων νωρίς πριν από τη συγκομιδή πέφτει από τον ετήσιο κύκλο.
3) Η φάση του χειμώνα στους κονδύλους, συνοδευόμενη από σημαντική μείωση του μεγέθους του πληθυσμού λόγω τυχαίας μόλυνσης των κονδύλων, αργή ανάπτυξη μόλυνσης σε αυτούς, απουσία επανεμφάνισης των κονδύλων, σήψη και σφαγή των πληγέντων κονδύλων υπό κανονικές συνθήκες αποθήκευσης.
4) Η φάση της αργής ανάπτυξης στο έδαφος και στα φυτά (μονοκυκλική φάση), κατά την οποία η διάρκεια της παραγωγής μπορεί να φτάσει έναν μήνα ή περισσότερο (τέλη Μαΐου - αρχές Ιουλίου). Συνήθως αυτή τη στιγμή, τα άρρωστα φύλλα είναι δύσκολο να εντοπιστούν ακόμη και με ειδικές παρατηρήσεις.
Φάση της εκθετικής αύξησης του πληθυσμού (πολυκυκλική φάση)
Πολλές παρατηρήσεις (Pshedetskaya, Kozubova, 1969; Borisenok, 1969; Osh, 1969; Dyakov, Suprun, 1984; Rybakova, Dyakov, 1990) έδειξαν ότι στην αρχή της επιφυτοτυπίας, χαμηλοί μολυσματικοί και ελαφρώς επιθετικοί κλώνοι κυριαρχούν, οι οποίοι στη συνέχεια αντικαθίστανται από πιο μολυσματικούς και επιθετικούς. ο ρυθμός αύξησης της επιθετικότητας του πληθυσμού είναι υψηλότερος, τόσο λιγότερο ανθεκτική είναι η ποικιλία του φυτού ξενιστή.
Καθώς αυξάνεται ο πληθυσμός, αυξάνεται η συγκέντρωση και των δύο επιλεκτικά σημαντικών γονιδίων που εισάγονται σε εμπορικές ποικιλίες (R1-R4) και επιλεκτικά ουδέτερου (R5-R11). Έτσι, στους πληθυσμούς κοντά στη Μόσχα το 1993, ο μέσος όρος της μολυσματικότητας από τα τέλη Ιουλίου έως τα μέσα Αυγούστου αυξήθηκε από 8,2 σε 9,4, και η μεγαλύτερη αύξηση παρατηρήθηκε για το επιλεκτικά ουδέτερο γονιδιακό γονίδιο R5 (από 31 έως 86% των μολυσματικών κλώνων) (Smirnov, 1996 ).
Μείωση του ρυθμού αύξησης ενός πληθυσμού συνοδεύεται από μείωση της παρασιτικής δραστηριότητας του πληθυσμού. Επομένως, σε καταθλιπτικά χρόνια, τόσο ο συνολικός αριθμός των αγώνων όσο και το ποσοστό των πολύ μολυσματικών φυλών είναι χαμηλότεροι από ό, τι στις επιφυτωτικές (Borisenok, 1969). Εάν στο ύψος των επιφυτοτικών καιρικών συνθηκών αλλάξουν σε δυσμενείς για όψιμη όραση και μειώνεται η προσβολή από πατάτες, μειώνεται επίσης η συγκέντρωση πολύ μολυσματικών και επιθετικών κλώνων (Rybakova et al., 1987).
Η αύξηση των συχνοτήτων των γονιδίων που επηρεάζουν τη μολυσματικότητα και την επιθετικότητα του πληθυσμού μπορεί να οφείλεται στην επιλογή πιο μολυσματικών και επιθετικών κλώνων στον μικτό πληθυσμό. Για να αποδειχθεί η επιλογή, αναπτύχθηκε μια μέθοδος για την ανάλυση ουδέτερων μεταλλάξεων, η οποία χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς σε πληθυσμούς χημειοστάτη ζυμομύκητα (Adams et al., 1985) και Fusarium graminearum (Wiebe et al., 1995).
Η συχνότητα των μεταλλαγμένων ανθεκτικών στη βλαστιδίνη S στον πληθυσμό πεδίου του P. infestans μειώθηκε παράλληλα με την αύξηση της επιθετικότητας του πληθυσμού, γεγονός που υποδηλώνει μια αλλαγή στους κυρίαρχους κλώνους κατά τη διάρκεια της αύξησης του πληθυσμού (Rybakova et al., 1987).
Χειμερινή φάση σε κονδύλους
Κατά τη διάρκεια του χειμώνα σε κονδύλους πατάτας, η μολυσματικότητα και η επιθετικότητα των στελεχών του P. infestans μειώνεται και η μείωση της λοιμογόνο δράση εμφανίζεται πιο αργά από την επιθετικότητα (Rybakova and Dyakov, 1990). Προφανώς, υπό συνθήκες που ευνοούν την ταχεία ανάπτυξη του πληθυσμού (r-επιλογή), τα «επιπλέον» γονιδιακά γονίδια και η υψηλή επιθετικότητα είναι χρήσιμα, επομένως η ανάπτυξη επιφυτοτικών συνοδεύεται από την επιλογή των πιο μολυσματικών και επιθετικών κλώνων. Σε συνθήκες κορεσμού του περιβάλλοντος, όταν δεν είναι ο ρυθμός αναπαραγωγής, αλλά η επιμονή της ύπαρξης σε δυσμενείς συνθήκες (επιλογή K) παίζει σημαντικό ρόλο, τα "επιπλέον" γονίδια μολυσματικότητας και επιθετικότητας μειώνουν την φυσική κατάσταση και οι κλώνοι με αυτά τα γονίδια είναι οι πρώτοι που εξαφανίζονται, έτσι ώστε η μέση επιθετικότητα και η μολυσματικότητα του πληθυσμού μειώνεται.
Φάση βλάστησης στο έδαφος
Αυτή η φάση είναι η πιο μυστηριώδης στον κύκλο ζωής (Andrivon, 1995). Η ύπαρξή του διατυπώθηκε καθαρά κερδοσκοπικά - λόγω της έλλειψης πληροφοριών σχετικά με το τι συμβαίνει στο παθογόνο για μεγάλο χρονικό διάστημα (μερικές φορές περισσότερο από ένα μήνα) - από την εμφάνιση σποροφύτων πατάτας έως την εμφάνιση των πρώτων σημείων της νόσου σε αυτά. Με βάση τις παρατηρήσεις και τα πειράματα, η συμπεριφορά του μύκητα σε αυτήν την περίοδο της ζωής ανακατασκευάστηκε (Hirst και Stedman, 1960; Boguslavskaya, Filippov, 1976).
Η σπορά του μύκητα μπορεί να σχηματιστεί σε μολυσμένους κόνδυλους στο έδαφος. Τα σπόρια που προκύπτουν βλαστάνουν με υφές, οι οποίοι μπορούν να βλαστήσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στο έδαφος. Τα πρωτογενή (που σχηματίζονται σε κονδύλους) και τα δευτερεύοντα σπόρια (στο μυκήλιο στο έδαφος) ανεβαίνουν στην επιφάνεια του εδάφους με τριχοειδή ρεύματα, αλλά αποκτούν την ικανότητα να μολύνουν τις πατάτες μόνο όταν κατεβούν τα κάτω φύλλα και έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια του εδάφους. Τέτοια φύλλα (δηλαδή, τα πρώτα σημεία της νόσου βρίσκονται πάνω τους) δεν σχηματίζονται αμέσως, αλλά μετά από παρατεταμένη ανάπτυξη και ανάπτυξη των κορυφών πατάτας.
Έτσι, η φάση σαπροτροφικής βλάστησης μπορεί επίσης να υπάρχει στον κύκλο ζωής του P. infestans. Εάν στην παρασιτική φάση του κύκλου ζωής η επιθετικότητα είναι το πιο σημαντικό συστατικό της φυσικής κατάστασης, τότε η επιλογή σαπροτροφικής φάσης στοχεύει στη μείωση των παρασιτικών ιδιοτήτων, όπως έχει αποδειχθεί πειραματικά για ορισμένους φυτοπαθογόνους μύκητες (βλέπε Carson, 1993). Επομένως, σε αυτή τη φάση του κύκλου, οι επιθετικές ιδιότητες πρέπει να χαθούν πιο έντονα. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν έχουν πραγματοποιηθεί άμεσα πειράματα για να επιβεβαιωθούν οι παραπάνω παραδοχές.
Οι εποχιακές αλλαγές επηρεάζουν όχι μόνο τις παθογόνες ιδιότητες του P. infestans, αλλά και την αντίσταση στα μυκητοκτόνα, η οποία αναπτύσσεται στην πολυκυκλική φάση (κατά τη διάρκεια των επιφυτώσεων) και μειώνεται κατά τη χειμερινή αποθήκευση (Derevyagina et al., 1991; Kadish and Cohen, 1992). Παρατηρήθηκε μια ιδιαίτερα έντονη πτώση της αντίστασης στο metalaxyl μεταξύ της φύτευσης των προσβεβλημένων κονδύλων και της εμφάνισης των πρώτων κηλίδων της νόσου στο χωράφι.
Ενδοειδική εξειδίκευση και εξέλιξή της
Το P. infestans προκαλεί επιδημίες σε δύο εμπορικά σημαντικές καλλιέργειες, πατάτες και ντομάτα. Οι επιφυτώσεις στις πατάτες ξεκίνησαν αμέσως μετά την είσοδο του μύκητα σε νέες περιοχές. Η ήττα της ντομάτας σημειώθηκε επίσης λίγο μετά την εμφάνιση μόλυνσης στις πατάτες, αλλά οι επιφυτώσεις στην ντομάτα σημειώθηκαν μόλις εκατό χρόνια αργότερα - στα μέσα του XNUMXού αιώνα. Εδώ γράφουν οι Hallegli και Niederhauser για την ήττα των ντοματών στις ΗΠΑ
(1962): «Για περίπου 100 χρόνια μετά τη σοβαρή επιφυτολογία του 1845, λίγες ή σχεδόν καθόλου προσπάθειες έγιναν για την απόκτηση ανθεκτικών ποικιλιών ντομάτας. Αν και η καθυστερημένη κηλίδα καταγράφηκε για πρώτη φορά στις ντομάτες ήδη από το 1848, δεν έγινε αντικείμενο σοβαρής προσοχής των κτηνοτρόφων σε αυτό το φυτό μέχρι ένα ισχυρό ξέσπασμα της νόσου το 1946. Στην επικράτεια της Ρωσίας το τέλη της ντομάτας καταγράφηκε τον 60ο αιώνα. «Για πολύ καιρό, οι ερευνητές δεν έδωσαν προσοχή σε αυτήν την ασθένεια, καθώς δεν προκάλεσε σημαντική οικονομική ζημιά. Αλλά στη δεκαετία του '70 και του '1979. Στην επιβίωση της ντομάτας παρατηρούνται επιφυτώσεις του ΧΧ του ΧΧ αιώνα, κυρίως στην περιοχή της Κάτω Βόλγα, στην Ουκρανία, στον Βόρειο Καύκασο, στη Μολδαβία ... »(Balashova, XNUMX).
Έκτοτε, η κηλίδα ντομάτας με καθυστέρηση έχει γίνει ετήσια, εξαπλώνεται σε ολόκληρη την περιοχή της βιομηχανικής και οικιακής καλλιέργειας και προκαλεί τεράστια οικονομική ζημιά σε αυτήν την καλλιέργεια. Τι συνέβη? Γιατί η πρώτη εμφάνιση του παρασίτου στις πατάτες και η επιφυτωτική βλάβη αυτής της καλλιέργειας εμφανίστηκαν σχεδόν ταυτόχρονα, ενώ χρειάστηκε ένας χρόνος για να εμφανιστεί το επιφυτωτικό στην ντομάτα; Αυτές οι διαφορές υποστηρίζουν μια πηγή μόλυνσης από έναν Μεξικό και όχι από τη Νότια Αμερική. Εάν το είδος Phytophthora infestans αναπτύχθηκε ως παράσιτο μεξικάνικων ειδών που φέρουν κονδύλους του γένους Solanum, τότε είναι κατανοητό γιατί οι καλλιεργημένες πατάτες που ανήκουν στο ίδιο τμήμα του γένους με τα είδη του Μεξικού επηρεάστηκαν τόσο έντονα, αλλά λόγω της απουσίας συν-λύσης με το παράσιτο, το οποίο δεν ανέπτυξε μηχανισμούς ειδικής και μη ειδικής αντίστασης.
Η ντομάτα ανήκει σε διαφορετικό τμήμα του γένους, ο τύπος της ανταλλαγής του έχει σημαντικές διαφορές από τα κονδυλώδη είδη, επομένως, παρά το γεγονός ότι η ντομάτα δεν βρίσκεται εκτός της ειδίκευσης τροφίμων του P. infestans, η ένταση της ήττας της ήταν ανεπαρκής για σοβαρές οικονομικές απώλειες.
Η εμφάνιση επιφυτώσεων σε μια ντομάτα οφείλεται σε σοβαρές γενετικές αλλαγές στο παράσιτο, οι οποίες αύξησαν την καταλληλότητά του (παθογένεια) κατά τη διάρκεια του παρασιτισμού. Πιστεύουμε ότι η νέα μορφή που ειδικεύεται στην παρασιτοποίηση της ντομάτας είναι η φυλή T1 που περιγράφεται από τον M. Gallegly, επηρεάζοντας τις ποικιλίες ντοματίνια (Red Cherry, Ottawa), ανθεκτική στη φυλή T0 που είναι διαδεδομένη στις πατάτες (Gallegly, 1952). Προφανώς, μια μετάλλαξη (ή μια σειρά μεταλλάξεων) που μετέτρεψε τον αγώνα Τ0 σε αγώνα Τ1 και οδήγησε στην εμφάνιση κλώνων που προσαρμόστηκαν ιδιαίτερα για να νικήσουν την ντομάτα. Όπως συμβαίνει συχνά, μια αύξηση της παθογένειας σε έναν ξενιστή συνοδεύτηκε από τη μείωση του σε έναν άλλο, δηλαδή, προέκυψε μια αρχική, μη ολοκληρωμένη ενδοειδική εξειδίκευση - στις πατάτες (φυλή T0) και στην ντομάτα (φυλή T1).
Ποια είναι τα στοιχεία για αυτήν την υπόθεση;
- Εμφάνιση σε πατάτες και ντομάτες. Στα φύλλα ντομάτας, κυριαρχεί ο αγώνας Τ1, ενώ στα φύλλα πατάτας είναι σπάνιο. Σύμφωνα με τους S.F.Bagirova και T.A. Oreshonkova (αδημοσίευτο) στην περιοχή της Μόσχας το 1991-1992, η εμφάνιση της φυλής Τ1 στις φυτείες πατάτας ήταν 0% και στις φυτείες τομάτας - 100%. το 1993-1995 - 33% και 90%, αντίστοιχα. το 2001 - 0% και 67%. Παρόμοια δεδομένα ελήφθησαν στο Ισραήλ (Cohen, 2002). Τα πειράματα με τη μόλυνση των κονδύλων πατάτας με προϊόντα απομόνωσης της φυλής Τ1 και ένα μείγμα προϊόντων απομόνωσης Τ0 και Τ1 έδειξαν ότι τα προϊόντα απομόνωσης της φυλής Τ1 διατηρούνται ελάχιστα σε κονδύλους και αντικαθίστανται από προϊόντα απομόνωσης της φυλής Τ0 (Dyakov et al., 1975; Rybakova, 1988).
2) Δυναμική του αγώνα T1 στις φυτείες τομάτας. Η πρωταρχική λοίμωξη των φύλλων ντομάτας πραγματοποιείται από απομονωμένες φυλές Τ0, οι οποίες κυριαρχούν στην ανάλυση της μόλυνσης στα πρώτα σημεία που σχηματίζονται στα φύλλα. Αυτό επιβεβαιώνει το γενικώς αποδεκτό σχήμα της μετανάστευσης παρασίτων: Η κύρια μάζα μόλυνσης από πατάτες αποτελείται από τον αγώνα Τ0, ωστόσο, ένας μικρός αριθμός κλώνων Τ1 που διατηρούνται σε πατάτες, μία φορά στην ντομάτα, εκτοπίζουν τον αγώνα Τ0 και συσσωρεύονται προς το τέλος της επιφυτωτικής περιόδου. Είναι επίσης πιθανό ότι υπάρχει μια εναλλακτική πηγή μόλυνσης από φύλλα ντομάτας με τη φυλή Τ1, η οποία δεν είναι τόσο ισχυρή όσο οι κόνδυλοι και τα φύλλα της πατάτας, αλλά είναι σταθερή. Επομένως, αυτή η πηγή έχει ασθενή επίδραση στη γενετική δομή του πληθυσμού που μολύνει την ντομάτα, αλλά στη συνέχεια καθορίζει τη συσσώρευση της φυλής Τ1 (Rybakova, 1988; Dyakov et al., 1994).
3) Επιθετικότητα στις πατάτες και τις ντομάτες. Η τεχνητή μόλυνση ντοματών και φύλλων πατάτας με απομονωμένες φυλές Τ0 και Τ1 έδειξε ότι οι πρώτες είναι πιο επιθετικές για τις πατάτες από ό, τι για την ντομάτα, και οι τελευταίες είναι πιο επιθετικές για την ντομάτα παρά για την πατάτα. Αυτές οι διαφορές εκδηλώνονται στη μετατόπιση απομονωμένων μιας μη «φυλής» φυλής από μικτό πληθυσμό κατά τη διάρκεια αποσπάσεων σε φύλλα σε θερμοκήπιο (Dyakov et al., 1975) και σε οικόπεδα (Leberton et al., 1999). διαφορές στο ελάχιστο μολυσματικό φορτίο, την περίοδο καθυστέρησης, το μέγεθος των μολυσματικών κηλίδων και την παραγωγή σπορίων (Rybakova, 1988; Dyakov et al., 1994; Legard et al., 1995; Forbes et al., 1997; Oyarzun et al., 1998; Leberton et al., 1999) al., 2000; Vega-Sanchez et al., 2002; Knapova, Gisi, 2004; Sussuna et al., XNUMX).
Η επιθετικότητα των προϊόντων απομόνωσης της φυλής Τ1 σε καλλιέργειες ντομάτας που δεν έχουν γονίδια αντίστασης είναι τόσο υψηλή που αυτά τα προϊόντα απομόνωσης σποριάζουν στα φύλλα όπως σε θρεπτικό μέσο χωρίς νεκρωτικό του μολυσμένου ιστού (Dyakov et al., 1975; Vega-Sanchez et al., 2000).
4) Λοιμώδεις πατάτες και ντομάτες. Η φυλή T1 επηρεάζει τις ποικιλίες ντοματίνια με το γονίδιο αντίστασης Ph1, ενώ η φυλή T0 δεν είναι ικανή να μολύνει αυτές τις ποικιλίες, δηλ. έχει στενότερη μολυσματικότητα. Σε σχέση με τους διαφοροποιητές
Τα γονίδια R των πατατών σχετίζονται αντιστρόφως, δηλαδή στελέχη που απομονώνονται από φύλλα ντομάτας είναι λιγότερο μολυσματικά από τα στελέχη «πατάτας» (Πίνακας 11).
5) Ουδέτεροι δείκτες. Η ανάλυση ουδέτερων δεικτών στους πληθυσμούς του P. infestans που παρασιτίζουν σε πατάτες και ντομάτες μαρτυρεί επίσης την πολυκατευθυνόμενη ενδοεπιλεκτική επιλογή. Στους βραζιλιάνικους πληθυσμούς του P. infestans, τα απομονωμένα φύλλα ντομάτας ανήκαν στην κλωνική γραμμή US-1 και εκείνα από φύλλα πατάτας ανήκαν στη γραμμή BR-1 (Suassuna et al., 2004). Στη Φλόριντα (ΗΠΑ), από το 1994, ο κλώνος US-90 άρχισε να κυριαρχεί στις πατάτες (με συχνότητα άνω του 8%), και οι κλώνοι US-11 και US-17 στην ντομάτα, και οι απομονώσεις του τελευταίου είναι πιο επιθετικοί για την ντομάτα παρά για την πατάτα (Weingartner , Tombolato, 2004). Σημαντικές διαφορές στις συχνότητες γονότυπου (δακτυλικά αποτυπώματα DNA) σε προϊόντα απομόνωσης πατάτας και ντομάτας διαπιστώθηκαν για 1200 P. στελέχη infestans που συλλέχθηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες από το 1989 έως το 1995 (Deahl et al., 1995).
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο AFLP κατέστη δυνατή η διάκριση 74 στελεχών που συλλέχθηκαν από φύλλα πατάτας και τομάτας το 1996-1997. στη Γαλλία και την Ελβετία, σε 7 ομάδες. Τα στελέχη της πατάτας και της ντομάτας δεν αποκλίνουν σαφώς, αλλά τα στελέχη «πατάτας» ήταν γενετικά πιο διαφορετικά από τα «ντομάτα». Το πρώτο βρέθηκε και στα επτά σμήνη, και το δεύτερο, μόνο σε τέσσερα, πράγμα που δείχνει ένα πιο εξειδικευμένο γονιδίωμα του τελευταίου (Knapova and Gisi, 2002).
6) Μηχανισμοί απομόνωσης. Εάν οι πληθυσμοί του παρασίτου σε δύο είδη φυτών ξενιστών εξελίσσονται προς τη μείωση της εξειδίκευσης στον «δικό τους» ξενιστή, τότε προκύπτουν διάφοροι προ- και μεταμετωτικοί μηχανισμοί που εμποδίζουν τις γενετικές ανταλλαγές του πληθυσμού (Dyakov and Lekomtseva, 1984)
Αρκετές μελέτες έχουν διερευνήσει την επίδραση της πηγής των γονικών στελεχών στην αποτελεσματικότητα του υβριδισμού. Κατά τη διέλευση στελεχών που απομονώθηκαν από διαφορετικά είδη του γένους Solanum στον Ισημερινό (Oliva et al., 2002), διαπιστώθηκε ότι στελέχη με ζευγάρωμα τύπου Α2 από άγρια Solanaceae (κλωνική γραμμή EC-2) είναι τα χειρότερα διασταυρωμένα με στελέχη από ντομάτα (γραμμή EC -3), και πιο αποτελεσματικά διασταυρώθηκε με το στέλεχος της πατάτας (EC-1).
Όλα τα υβρίδια βρέθηκαν να είναι μη παθογόνα. Οι συγγραφείς πιστεύουν ότι το χαμηλό ποσοστό υβριδοποίησης και η μείωση της παθογονικότητας στα υβρίδια οφείλονται σε μεταμετωτικούς μηχανισμούς αναπαραγωγικής απομόνωσης των πληθυσμών.
Στα πειράματα των Bagirova et al. (1998), ένας μεγάλος αριθμός στελεχών πατάτας και ντομάτας διασταυρώθηκαν με τις ιδιότητες των φυλών Τ0 και Τ1. Οι πιο εύφορες ήταν οι σταυροί στελεχών T1xT1 που απομονώθηκαν από ντομάτα (36 ωοσπόρια στο οπτικό πεδίο του μικροσκοπίου, 44% της βλάστησης των ωοσπορίων), οι λιγότερο αποτελεσματικοί ήταν οι σταυροί των φυλών T0xT1 που απομονώθηκαν από διαφορετικούς ξενιστές (χαμηλός αριθμός αναπτυσσόμενων και βλαστημένων ωοσπορίων, υψηλό ποσοστό αμβλωτικών και υποανάπτυκτων ωοσπορίων) ... Η αποτελεσματικότητα των σταυρών μεταξύ απομονωμάτων της φυλής Τ0 που απομονώθηκαν από πατάτες ήταν ενδιάμεση. Δεδομένου ότι το κύριο σώμα στελεχών της φυλής T0 επηρεάζει τις πατάτες, έχει μια αξιόπιστη πηγή χειμώνα - κονδύλους πατάτας, με αποτέλεσμα η σημασία των ωοθηκών ως χειμερινών μολυσματικών μονάδων για πληθυσμούς από πατάτες. Η προσαρμοσμένη "μορφή ντομάτας" είναι σε θέση να χειμώνα στην ντομάτα με τη μορφή ωοσπόρων (βλ. Παρακάτω) και συνεπώς διατηρεί υψηλότερη παραγωγικότητα της σεξουαλικής διαδικασίας. Λόγω της υψηλής γονιμότητάς του, το Τ1 αποκτά ανεξάρτητο δυναμικό πρωτογενούς μόλυνσης στην ντομάτα. Τα αποτελέσματα που αποκτήθηκαν από τους Knapova et al. (Knapova et al., 2002) μπορούν να ερμηνευθούν με τον ίδιο τρόπο. Οι σταυροί στελεχών που απομονώθηκαν από πατάτες με στελέχη από ντομάτα έδωσαν τον υψηλότερο αριθμό ωοσπορίων - 13,8 ανά τετραγωνικά χιλιοστά. μέσο (με διάδοση 5-19) και ενδιάμεσο ποσοστό βλάστησης των ωοσπόρων (6,3 με διάδοση 0-24). Οι διασταυρώσεις στελεχών που απομονώθηκαν από την ντομάτα απέδωσαν το χαμηλότερο ποσοστό ωοσπόρων (7,6 με διάδοση 4-12) με το υψηλότερο ποσοστό βλάστησης (10,8). Οι σταυροί μεταξύ των στελεχών που απομονώθηκαν από πατάτες έδωσαν έναν ενδιάμεσο αριθμό ωοσπορίων (8,6 με υψηλή διασπορά δεδομένων - 0-30) και το χαμηλότερο ποσοστό βλάστησης των ωοσπορίων (2,7). Έτσι, τα στελέχη από πατάτες είναι λιγότερο γόνιμα από αυτά της τομάτας, αλλά οι διασταυρούμενοι πληθυσμοί δεν έδωσαν χειρότερα αποτελέσματα από αυτά του ενδοπληθωρισμού. Είναι πιθανό ότι οι διαφορές με τα παραπάνω δεδομένα από τους Bagirova et al. εξηγείται από το γεγονός ότι Ρώσοι ερευνητές δούλεψαν με στελέχη που απομονώθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του '90 του 90ού αιώνα και Ελβετοί ερευνητές - με στελέχη που απομονώθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 'XNUMX.
Η βάση για χαμηλή γονιμότητα μπορεί να είναι η ετεροπλοειδία των στελεχών. Εάν σε πληθυσμούς του Μεξικού, όπου η σεξουαλική διαδικασία και η πρωτογενής λοίμωξη με τους απογόνους των ωοθηκών είναι τακτικές, τα περισσότερα από τα μελετημένα στελέχη του P. Infestans είναι διπλοειδή, τότε παρατηρείται στις χώρες του Παλαιού Κόσμου πολυμορφισμός ενδοπληθωρισμού των στελεχών (στελέχη δι-, τρι- και τετραπλοειδών, καθώς και ετεροκαρυωτικά στελέχη με ετεροπλόους πυρήνες) και στελέχη που έχουν διαφορετικούς τύπους ζευγαρώματος, δηλ. αμοιβαία γόνιμα, διαφέρουν ως προς την πυρηνική πλοία (Therrien et al., 1989, 1990; Whittaker et αϊ., 1992; Ritch, Daggett, 1995). Η ποικιλομορφία των πυρήνων στην ανθερίτιδα και την oogonia μπορεί να είναι ο λόγος για τη χαμηλή γονιμότητα.
Όσον αφορά τις πυρηνικές ανταλλαγές μεταξύ των υφών κατά τη διάρκεια των αναστομών, αυτό αποτρέπεται από φυτική ασυμβατότητα, η οποία διασπά τους ασεξουαλικούς πληθυσμούς σε πολλούς γενετικά απομονωμένους κλώνους (Poedinok και Dyakov, 1987; Gorbunova et al., 1989; Anikina et al., 1997b).
7) Σύγκλιση πληθυσμών. Τα παραπάνω δεδομένα δείχνουν ότι είναι δυνατή η υβριδοποίηση μεταξύ των στελεχών P. infestans «πατάτας» και «ντομάτας». Η αμοιβαία επανεμφάνιση διαφορετικών ξενιστών είναι επίσης δυνατή, αν και με μειωμένη επιθετικότητα.
Μια μελέτη των δεικτών πληθυσμού σε απομόνωση από γειτονικά χωράφια πατάτας και τομάτας το 1993 έδειξε ότι περίπου το ένα τέταρτο των απομονωθέντων απομονώσεων από φύλλα ντομάτας μεταφέρθηκαν από ένα γειτονικό χωράφι (Dolgova et al., 1997). Θεωρητικά, θα μπορούσε να υποτεθεί ότι η απόκλιση των πληθυσμών σε δύο ξενιστές θα αυξανόταν και θα οδηγούσε στην εμφάνιση εξειδικευμένων ενδο-ειδικών μορφών (f.sp. πατάτα και f.sp. ντομάτα), ειδικά επειδή τα ωοσπόρια μπορούν να παραμείνουν στα φυτικά συντρίμμια (Drenth et al., 1995 · Bagirova, Dyakov, 1998) και σπόροι ντομάτας (Rubin et al., 2001). Κατά συνέπεια, οι ντομάτες έχουν σήμερα μια πηγή αναγέννησης άνοιξη ανεξάρτητα από τους κονδύλους πατάτας.
Ωστόσο, όλα συνέβησαν διαφορετικά. Ο χειμώνας με τα ωοσπόρια επέτρεψε στο παράσιτο να αποφύγει το στενότερο στάδιο του κύκλου ζωής του - το μονοκυκλικό στάδιο της βλάστησης στο έδαφος, κατά τη διάρκεια του οποίου μειώνονται οι παρασιτικές ιδιότητες, οι οποίες αποκαθίστανται σταδιακά στην πολυκυκλική φάση το καλοκαίρι.
Πίνακας 11. Συχνότητες γονιδίων μολυσματικότητας σε ποικιλίες διαφοροποιητών πατάτας σε στελέχη P. infestans
Χώρα | Έτος | Μέσος αριθμός γονιδίων μολυσματικότητας σε στελέχη | Συγγραφέας | |
από πατάτες | από ντομάτα | |||
Γαλλία | 1995 | 4.4 | 3.3 | Leberton et al., 1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | Leberton, Andrivon, 1998 | |
Γαλλία, Ελβετία | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | Knapova, Gisi, 2002 |
ΗΠΑ | 1989-94 | 5 | 4.8 | Goodwin et al., 1995 |
ΗΠΑ, Zap. Ουάσιγκτον | 1996 | 4.6 | 5 | Dorrance et αϊ., 1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
Εκουαδόρ | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun et al., 1998 |
Ισραήλ | 1998 | 7 | 4.8 | Cohen, 2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
Ρωσία, Μόσκ. περιοχή | 1993 | 8.9 | 6.7 | Σμύρνοφ, 1996 |
Ρωσία, διαφορετικές περιοχές | 1995 | 9.4 | 8 | Kozlovskaya και άλλοι. |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
Τα πρωτογενή ζωοσποράνια και τα ζωοσπόρια, τα οποία βλαστάνουν τα ωοσπόρια, έχουν υψηλό βαθμό παρασιτικής δραστικότητας, ειδικά εάν τα ωοσπόρια σχηματίστηκαν παρθενογενετικά υπό την επίδραση φερομονών ενός στελέχους με τον αντίθετο τύπο ζευγαρώματος. Ως εκ τούτου, το μολυσματικό υλικό στα φυτά τομάτας που καλλιεργούνται από σπόρους που έχουν μολυνθεί με ωοσπόρια είναι εξαιρετικά παθογόνο τόσο για την ντομάτα όσο και για την πατάτα.
Αυτές οι αλλαγές οδήγησαν σε μια άλλη αναδιάρθρωση του πληθυσμού, που εκφράζεται στις ακόλουθες σημαντικές αλλαγές από επιδημιολογική άποψη:
- Τα μολυσμένα φυτά τομάτας έχουν γίνει μια σημαντική πηγή πρωτογενούς μόλυνσης των πατατών (Filippov, Ivanyuk, προσωπικά μηνύματα).
- Οι επιφυτώσεις στις πατάτες άρχισαν να παρατηρούνται ήδη από τον Ιούνιο, περίπου ένα μήνα νωρίτερα από το συνηθισμένο.
- Στις φυτεύσεις πατάτας, το ποσοστό της φυλής Τ1 αυξήθηκε, το οποίο συναντήθηκε προηγουμένως εκεί σε ασήμαντο ποσό (Ulanova et al., 2003).
- Τα στελέχη που απομονώθηκαν από φύλλα ντομάτας έπαψαν να διαφέρουν από τα στελέχη πατάτας σε μολυσματικότητα σε διαφοροποιητές γονιδίων πατάτας και άρχισαν να ξεπερνούν τα στελέχη «πατάτας» σε επιθετικότητα όχι μόνο στην ντομάτα, αλλά και στις πατάτες (Lavrova et al., 2003; Ulanova et al. , 2003).
Έτσι, αντί της απόκλισης, υπήρξε σύγκλιση πληθυσμών, η εμφάνιση ενός μόνο πληθυσμού σε δύο φυτά ξενιστές με υψηλή μολυσματικότητα και επιθετικότητα και στα δύο είδη.
Συμπέρασμα
Έτσι, παρά τα περισσότερα από 150 χρόνια εντατικής μελέτης του P. infestans, στη βιολογία, συμπεριλαμβανομένης της βιολογίας του πληθυσμού αυτού του αιτιολογικού παράγοντα των πιο σημαντικών ασθενειών των καλλιεργημένων σολανούχων φυτών, πολλά παραμένουν άγνωστα. Δεν είναι σαφές πώς η μετάβαση μεμονωμένων σταδίων του κύκλου ζωής επηρεάζει τη δομή των πληθυσμών, ποιοι είναι οι γενετικοί μηχανισμοί της μεταβλητότητας της κανάλισης της επιθετικότητας και της μολυσματικότητας, ποιος είναι ο λόγος των συστημάτων αναπαραγωγής και κλωνικής αναπαραγωγής σε φυσικούς πληθυσμούς, πώς κληρονομείται η φυτική ασυμβατότητα, ποιος είναι ο ρόλος των πατατών και των ντοματών στην πρωτογενή μόλυνση αυτών των καλλιεργειών και ποια είναι η επίδρασή τους στη δομή των πληθυσμών των παρασίτων. Μέχρι στιγμής, τόσο σημαντικά πρακτικά ζητήματα όπως οι γενετικοί μηχανισμοί για την αλλαγή της επιθετικότητας του παρασίτου ή της διάβρωσης της μη ειδικής αντίστασης πατάτας δεν έχουν επιλυθεί. Με την εμβάθυνση και την επέκταση της έρευνας για την καθυστέρηση της πατάτας, το παράσιτο θέτει νέες προκλήσεις για τους ερευνητές. Ωστόσο, η βελτίωση των πειραματικών ικανοτήτων, η εμφάνιση νέων μεθοδολογικών προσεγγίσεων για χειρισμό με γονίδια και πρωτεΐνες μας επιτρέπουν να ελπίζουμε για μια επιτυχημένη λύση των ερωτήσεων που τίθενται.
Το άρθρο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό "Potato Protection" (Νο. 3, 2017)