Synchytrium endobioticum, патогенът на болестта по картофените брадавици

Резюме

Болестта на картофените брадавици се счита за един от най-важните карантинни вредители за култивирани картофи и се причинява от задължителната биотрофна хитридна гъбичка Synchytrium endobioticum. Този преглед интегрира наблюдения от ранни изследвания на картофени брадавици и скорошни молекулярни, генетични и геномни изследвания на патогена и неговия картоф гостоприемник. Обсъждат се таксономия, епидемиология, патология и образуване на нови патотипове и модел за молекулярно S. endobioticum –се предлага взаимодействие с картофи.

Таксономия

Понастоящем класифицирани като царство: гъби, тип: Chytridiomycota, клас: Chytridiomycetes, ред: Chytridiales, семейство: Synchytriaceae, род: Синхитрий, видове: Synchytrium endobioticum, има силна молекулярна подкрепа за Synchytriaceae да бъдат прехвърлени в реда Synchytriales.

Гостоприемници и симптоми на заболяването

Solanum tuberosum е основният хост за S. endobioticum но други пасленови видове са докладвани като алтернативни гостоприемници. Не е известно дали тези алтернативни гостоприемници играят роля за оцеляването на патогена в (границите на) заразени полета. Симптомите на заболяването по картофените грудки се характеризират с брадавести малформации, подобни на карфиол, които са резултат от увеличаване на клетките и размножаване на клетките, предизвикани от патоген. Меристематична тъкан върху грудки, столони, очи, кълнове и съцветия може да бъде заразена, докато кореновата система на картофите изглежда е имунизирана.

Патотипове

За S. endobioticum са описани над 40 патотипа, които се дефинират като групи от изолати с подобен отговор към набор от диференциални сортове картофи. Патотипове 1(D1), 2(G1), 6(O1) и 18(T1) в момента се считат за най-широко разпространени. Въпреки това, с настоящия диференциален набор, друго разнообразие от патогени до голяма степен остава неоткрито.

Взаимодействие патоген-гостоприемник

Описан е един ефектор за S. endobioticum (AvrSen1), който се разпознава от генния продукт за резистентност на картофи Sen1. Това е и първият ефектор, който е описан в Chytridiomycota, което показва, че резистентността в това гъбично делене също отговаря на концепцията ген за ген. Въпреки че през последното десетилетие беше постигнат значителен напредък в картографирането на локусите на резистентност към болестта на брадавици, не всички резистентности, присъстващи в зародишната плазма за размножаване на картофи, могат да бъдат идентифицирани. Използването на устойчиви сортове играе съществена роля в управлението на болестта.

1 ВЪВЕДЕНИЕ

През 1887 г. проф. Károly Schilberszky от Будапещенския университет получава грудки от две картофени полета в Hornyán (сега Horňany в Словашката република), от които цялата реколта е засегната от малформации, подобни на брадавици. Първоначалните проучвания бяха безуспешни, но през 1896 г., с нови заразени клубени, Шилберски може да даде описание на причинителя на болестта на картофените брадавици: Synchytrium endobioticum (Schilberszky) Персивал (Schilberszky, 1896, 1930). Понастоящем задължителната биотрофна гъбичка Chytridiomycota (chytrid) се счита за един от най-важните карантинни вредители за култивирани картофи в световен мащаб (Hampson, 1993; Obidiegwu и др., 2014) и е включен в списъка с избрани агенти на Министерството на земеделието на Съединените щати (USDA) и Министерството на здравеопазването и човешките услуги (HHS) (Анонимен, 2018).

Изследователите, изучаващи гъбичките в зората на патологията на растенията, трябваше да разчитат на морфологични и морфометрични характеристики, които могат да бъдат анализирани под микроскоп за класификация, биология на развитието и взаимодействието на видовете със заобикалящата ги среда. В случай че S. endobioticum, микроскопските наблюдения, датиращи от 1920-те години на миналия век, все още са сред най-точните налични описания. През последните години се появиха няколко научни статии, които значително увеличиха познанията ни за (геномната) биология на този патоген и взаимодействието му с картофа. В този обзорен документ ние комбинираме знания от ранните изследвания на S. endobioticum с скорошна молекулярна работа и представяме предложения за бъдещи изследвания за подобряване на управлението на заболяването.

2 ЕТИОЛОГИЯ И ТАКСОНОМИЯ

Chytridiomycota, основната гъбична линия, към която принадлежи S. endobioticum, е възникнала преди 1000 до 1600 милиона години (Heckman et al., 2001) и се характеризира със своите подвижни бичуковидни спори (зооспори) и липса на хифи или мицел. Хитридите обитават водна и влажна сухоземна среда и са свободно живеещи сапрофити или патогени за растения и животни (Barr, 2001; врабче, 1960). първоначално, S ендобиотикум е поставен в новоиздигнат род в разред Chytridiales и е кръстен Chrysophylyctis endobiotica (Шилберски, 1896). Въз основа на морфологична и цитологична прилика с членовете на рода Синхитрий, по-късно е преименуван Synchytrium endobioticum (Къртис, 1921; Персивал, 1910).

Родът Синхитрий, издигнат през 1865 г. с облигатния биотрофичен патоген Synchytrium taraxaci върху глухарчето като типов вид, съдържа приблизително 200 вида. Преди всичко Синхитрий spp. се смята, че са паразитни видове за водорасли, мъхове, папрати и цъфтящи растения (Karling, 1964). Този възглед се промени с неотдавнашното описание на първия сапробен член на рода, т.е. Synchytrium microbalum JEL517, който е изолиран от кисело езерце в окръг Ханкок, Мейн, САЩ (Longcore et al., 2016). Видовете в рамките на рода се причисляват към един от шестте подрода въз основа на вариации в жизнения цикъл и морфологични характеристики, и S. endobioticum първоначално е поставен в подрода , тъй като се смяташе, че покойните спори пораждат директно зооспори. Въпреки това, работата на Kole (1965), което по-късно беше потвърдено от Шарма и Каммак, Ланге и Олсън и Хампсън (Хемпсън, 1986; Коле, 1965; Ланге и Олсън, 1981c; Шарма и Камак, 1976), предостави доказателство, че покойните спори функционират като прозор, тоест везикула, в която се образуват спорангии. Тези наблюдения доведоха до прехвърлянето на S. endobioticum към подрода Микросинхитриум.

Въз основа на изследвания на ултраструктурата на зооспората чрез светлинна и електронна микроскопия, разположението на рода Синхитрий в реда на разпитване на Chytridiales (Barr, 1980; Ланге и Олсън, 1978a) и класификацията на поръчките се нуждае от преразглеждане. Молекулна филогенеза на хитридни видове на базата на rDNA оперона (18S, 28S и 5.8S) (James et al., 2006) показа, че редът Chytridiales е полифилетичен, но последователностите на 18S rDNA не могат да потвърдят или опровергаят Синхитрий в разреда Chytridiales (Smith et al., 2014). Последните филогении, базирани на митохондриалните и ядрените геноми на представители на Chytridiomycota, силно подкрепят прехвърлянето на рода Синхитрий към разред Synchytriales (van de Vossenberg et al., 2018, 2019c) (Фигура 1). Установяването на стабилна таксономична позиция е важен етап, тъй като осигурява правилния еволюционен контекст. Това е особено важно за S. endobioticum тъй като е само отдалечено свързано с добре проучени растителни патогени в Ascomycota и Basidiomycota и следователно се очаква много характеристики да бъдат различни или да се развиват независимо от други патогенни гъбички за растенията.

3 ЖИВОТЕН ЦИКЪЛ

Видовете Synchytrium се различават значително по сложността на своите жизнени цикли и S. endobioticum принадлежи към видовете с дълъг цикъл (Karling, 1964). Жизненият цикъл на S. endobioticum е описано подробно от Къртис (1921) и нейните наблюдения до голяма степен не са оспорени днес (фиг 2). По време на периода на покой, докато брадавичната тъкан на гостоприемника се разпада и спорите в покой се освобождават в почвата, вътре в покойната спора се образува нов слой от вътрешната стена, който действа като прозор. При поникване външната стена на спората се разкъсва и новообразуваният сорус (също зооспорангий) се освобождава, което впоследствие води до множество (200–300) едноядрени хаплоидни зооспори (Lange & Olson, 1981c). ). Освободените зооспори се цистират върху клетъчната стена на гостоприемника в рамките на един час, след което гъбичният талус (или началната клетка, sensu Karling, име, използвано за описване на тази гъбична структура, която е различна от хифите) прониква в клетъчната стена на гостоприемника, оставяйки стената на кистата извън клетка гостоприемник (Weiss, 1925). Не е известно дали проникващият гъбичен талус е заобиколен от плазмената мембрана на гостоприемника, подобно на хаустория при гъбички и оомицети (Szabo & Bushnell, 2001), или ако е в пряк контакт с цитоплазмата на гостоприемника. Клетката гостоприемник може да бъде заразена от единична или множество зооспори (Lange & Olson, 1981b). Ядрото на гостоприемника се увеличава, става с неправилна форма и често се намира плътно притиснато към развиващия се гъбичен талус. 1921 г1921) или летни спори. ). Къртис съобщава, че по време на тази повтаряща се митоза могат да се наблюдават петминутни хромозоми (Curtis, 1921). На този етап може да се наблюдава кафяво оцветяване на тъканта на гостоприемника със светлинна микроскопия. Хипертрофичен растеж (уголемяване на клетките) се индуцира в клетките около заразената клетка гостоприемник. Едновременно с това хиперплазията (клетъчно размножаване) увеличава количеството на меристематичната тъкан, което увеличава шанса за повторно заразяване на гостоприемника (Hampson, 1993). Уголемените клетки гостоприемници се отварят и освобождават отделните зооспорангии, които от своя страна освобождават зооспорите, които са морфологично неразличими от зооспорите, които се появяват от покойни спори. Тези зооспори могат отново да заразят тъканта на гостоприемника и да започнат отново цикъла на асексуална репликация. Алтернативно, зооспорите могат също да действат като изогамети, сливайки се, за да образуват диплоидна бифлагелтна зигота (sensu Curtis), която може да зарази гостоприемника по подобен начин като хаплоидните зооспори (Curtis, 1921). Въпреки това, вместо да образуват летни спори, клетките гостоприемници, заразени със зиготите, дават началото на покойните спори с дебели стени. Покойната спора е с диаметър 35–80 μm и може да остане жизнеспособна и заразна в почви на дълбочина 50 cm в продължение на десетилетия (Przetakiewicz, 2015b). Дебелата външна стена на покойната спора е съставена от хитин-протеинов комплекс и се състои от мъртвата протоплазма на гостоприемника и клетъчната стена, която е обединена със стената на гъбичките, за да създаде твърда композитна структура (Bal et al., 1981; Ланге и Олсън, 1981a). Дори при благоприятни условия, само малки проценти (максимум около 10%) от покойните спори се индуцират да покълнат (Kole, 1965). Въпреки това, тези ниски проценти изглежда противоречат на докладваните констатации за годишно намаляване на нивата на инокулума, вариращи от 70% до 99.5% по време на култивиране на видове, които не са гостоприемници (Baayen et al., 2005). Докато инфекциите със зооспори предизвикват хипертрофичен растеж и хиперплазия в гостоприемника, това не е така за клетките гостоприемници, заразени със зиготи (Karling, 1964).

Къртис описва появата на кариогамия след сливане на изогаметите и мейотичните деления преди покълването на спорите в покой, но това е предмет на дебат (Karling, 1964). Остава неясно дали тази част от S. endobioticum жизненият цикъл включва сексуален или парасексуален цикъл. И в двата случая изогаметите се сливат (плазмогамия), след което ядрата се сливат (кариогамия), за да образуват диплоидно ядро. Когато сексуалният цикъл е силно координиран и включва мейотични деления, парасексуалните цикли произвеждат гамети чрез митоза, където рекомбинацията е ограничена до пренареждане на хромозомите в резултат на хаплоидизация (Sidhu, 1983). Изследванията с електронна микроскопия не са в състояние да осигурят ултраструктурно описание на сливането на гамети или мейотични деления (Lange & Olson, 1981b). Гените на ядрото на мейозата са идентифицирани в S. endobioticum, но поради неравномерното присъствие и отсъствие на някои гени и отсъствието на гени от тип чифтосване в сравнителния геномен анализ на видовете chytrid (van de Vossenberg et al., 2019c), 3 убедителен отговор за способността на S. endobioticum да се подложи на сексуален цикъл остава неуловимо, но е от решаващо значение за разбирането на популационната генетика и селекция.

S. endobioticum има строго задължителен биотрофичен начин на живот и продължителната съвместна еволюция с гостоприемника би могла да доведе до загуба на основни гени от неговия геном, което води до зависимост от гостоприемника. Установено е, че гените в основните пътища, включително за синтеза на GTP, отсъстват от S. endobioticum геном (van de Vossenberg et al., 2019c). Загубата на такива гени е отличителна черта на тясната връзка между патогена и неговия гостоприемник и може да обясни задължителния биотрофичен начин на живот.

4 СИМПТОМИ НА БОЛЕСТ И РАСТЕНИЯ ГОСТЕПНИ

Докато гостоприемникът често не е сериозно засегнат от инфекция с Синхитрий spp., това не е така S. endobioticum върху основния си картоф гостоприемник (Karling, 1964). Симптомите на заболяването по картофените клубени се характеризират с брадавчатите малформации, подобни на карфиол, които са резултат от хипертрофия и клетъчна хиперплазия, предизвикани от патогена. Меристематична тъкан на грудки, столони, очи, кълнове и съцветия може да бъде заразена, докато кореновата система на картофите изглежда нечувствителна (Karling, 1964; Вайс, 1925).

Брадавиците, образувани върху подземните растителни части, са компактни издатини. Обратно, малформациите на надземните засегнати части на растението изглежда следват морфологията на заразения растителен орган (Фигура . 3). При инфектирани надземни части на растението могат да се разграничат два основни типа симптоми, тоест малформации на листата и малформации на леторастите. Нормалното развитие изглежда е спряно в случай на малформация на листата, докато то повече или по-малко продължава в случай на малформации на леторастите. Също така се наблюдава образуване на въздушни корени след заразяване на леторастите, което може да показва промяна в транспорта на ауксин (van de Vossenberg et al., 2019b). Много растителни патогени синтезират растителни хормони, токсини и ефектори, за да манипулират хормоналните кръстосани разговори и да улеснят инфекцията (Ma & Ma, 2016). Предстои да бъдат идентифицирани гените на S. endobioticum, участващи в разрушаването на фитохормонната система, което води до индуциране на хипертрофичен растеж и хиперплазия. Появиха се първите доклади за сравнителна протеомика и транскриптомика между тъкани с брадавици и без брадавици (Li et al., 2021; Szajko и др., 2019), но са необходими допълнителни изследвания, за да се разбере как патогенът манипулира своя гостоприемник и кои пътища и гени са включени.

Хостове, с които може да се зарази S. endobioticum не са ограничени до чувствителни генотипове Solanum tuberosum. Други пасленови видове като напр Соланум (домат), solanum нощенка (горчиво), Solanum nigrum (черна нощенка), Solanum nodiflorum (син. Solanum Americanum, американски нощник), Solanum pseudocapsicum (Йерусалимска череша), Solanum villosum (космат нощен), Дурман метел там. fastuosa (ангелска тръба), Nicandra physalodes (ябълка на Перу) и Physalis franchetii (китайски фенер) са докладвани като алтернативни гостоприемници при експериментални условия (Памук, 1916; Хампсън, 1976). При повечето от тези алтернативни гостоприемници е наблюдавана много малка или никаква хипертрофия, но е установено, че новообразуваните почиващи спори на S. endobioticum присъстват в заразената тъкан.

Интересното е, че кореновата система на картофите не е засегната от патогена, докато корените се колонизират в доматите (Hampson & Haard, 1980). Хампсън (1976) тества реакцията на 123 сорта домати към S. endobioticum патотипове 2(G1) и 8(F1) и всички тествани комбинации доведоха до инфекция на гостоприемника (Hampson, 1976, 1979b). Появата на S. endobioticum за диви пасланови видове е докладван от Мексико, но този доклад не е потвърден от мексиканските власти (Obidiegwu et al., 2014).

5 РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ, РАЗПРОСТРАНЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ НА ЗАБОЛЯВАНЕТО

5.1 Разпределение

В момента, S. endobioticum е докладвано от всички континенти, където се отглеждат картофи (EPPO, 2018). Смята се, че болестта на картофените брадавици произхожда от региона на Андите, където еволюира съвместно със своите пасленови гостоприемници (Przetakiewicz, 2008). Болестта най-вероятно е въведена в Европа след големия картофен глад (1845–1849), причинен от Phytophthora infestans, когато производителите имаха нужда от нови картофи за семена (Хемпсън, 1993). Въз основа на описания в ненаучни доклади, болестта на брадавиците вероятно е била налице още през 1876 г. (Gough, 1919). Хемпсън смята разпространението от Обединеното кралство до континенталната част на Европа, Канада и (през Ирландия) Южна Африка и Нова Зеландия за най-вероятния сценарий (Хемпсън, 1993). В десетилетията след описанието на патогена от различни страни пристигат съобщения за болести, описващи първата поява на болестта на картофените брадавици на тяхна територия, например Германия (1908), Ирландия (1908), Канада (1909), Швеция (1912) , Холандия (1915), Чехия (1915) и Полша (1917) (Baayen et al., 2006; EPPO, 2018; Гоф, 1919; Хампсън, 1993; Obidiegwu и др., 2014). През 1952 г. заболяването от картофени брадавици е въведено в Индия от датски семена от картофи (Phadtare et al., 1990).

И двете световни войни изиграха роля в разпространението на болестта в европейския континент. В края на Първата световна война имаше недостиг на хранителни продукти и картофи за семена и картофите от заразени райони в Обединеното кралство бяха използвани като семена в райони, които не бяха засегнати от болестта (Gough, 1919). По подобен начин се смята, че болестта на картофените брадавици е въведена в бившия съюз на Съветската социалистическа република (СССР) с движението на германските войски в началото на Втората световна война (Хемпсън, 1979a). След Втората световна война търговията със заразени семена от картофи често се предполагаше като причина за разпространението в други страни. Съвсем наскоро заболяването е докладвано за първи път в Турция (2003 г.) (Çakır, 2005), България (2004) (Димитрова и др., 2011), и Грузия (2009) (Gorgilaze et al., 2014). Също така наскоро болестта се появи отново в Дания (2014 г.), където се смяташе, че е ликвидирана от 1989 г. (Анонимен, 2014).

5.2 Управление на заболяването

Държавите по целия свят прилагат системи за контрол, за да предотвратят въвеждането и разпространението на S. endobioticum в националното или регионалното законодателство. Насоки за национални регулаторни системи за контрол за наблюдение, ограничаване и потискане на S. endobioticum се предоставят от Европейската и средиземноморска организация за растителна защита (EPPO) в стандарт PM9/005, който описва (а) елементи от програмата за мониторинг, които трябва да се провеждат за откриване на ново нашествие или за определяне на границите на заразена зона; (б) мерки, насочени към потискане на вредителя, където е открит; и (в) мерки за ограничаване на вредителя, за да се предотврати по-нататъшното му разпространение в дадена държава или в съседни държави (EPPO, 2017b). Накратко, полетата, в които е открит патогенът, се поставят под официален контрол (т.е. „планирани“). Не се разрешава производство на картофи или производство на растения за засаждане за период от 20 години. Създава се зона за безопасност или буферна зона и в тези райони се разрешава отглеждането само на устойчиви сортове картофи (EPPO, 2017a, 2017b). Парцел може да бъде частично изваден от план за отглеждане след по-кратък период (поне 10 години), така че да могат да се отглеждат сортове картофи за консумация, устойчиви на патотипа(овете), присъстващи в заразения парцел (EPPO, 2017a).

За намаляване или унищожаване на патогена от заразени почви, впечатляващ брой от над 600 различни лечения, включително прилагане на повече от 120 контролни агента, са били тествани до 1960-те години на миналия век (Hampson, 1988). Тези лечения са били неуспешни в повечето случаи и ако са успели да унищожат патогена, използваните контролни агенти са били толкова токсични, че са направили третираните почви безплодни. Доказано е, че използването на натрошени черупки от раци потиска болестта на брадавици в нападнатите полета (Hampson & Coombes, 1995) и се съобщава, че сеитбообращението и взаимното култивиране на картофи с други култури като царевица намаляват броя на жизнеспособните почиващи спори в почвите (Obidiegwu et al., 2014). Изследванията на химическите обработки бяха до голяма степен изоставени от 1960-те години на миналия век, тъй като фитосанитарните мерки и използването на устойчиви сортове се оказаха, че ефективно намаляват разпространението на болестта.

Памук (1916) предположи, че алтернативните гостоприемници, които често се срещат в картофени полета и граничат с тях, могат да действат като резервоари на болестта и по този начин да насърчат оцеляването на патогена, когато се култивират само устойчиви сортове картофи (Памук, 1916; Хампсън, 1979b). Ролята на алтернативните домакини да действат като резервоари S. endobioticum и техният потенциал за удължаване на дълголетието на патогена при полеви условия не са проучени и се препоръчва да се запълни тази празнина в знанията. Наблюдавано е обаче, че присъствието на видове, които не са гостоприемници, Solanum nigrumи устойчивите сортове картофи върху заразените парцели не водят до натрупване на инокулум от патогени (Baayen et al., 2005).

5.3 Разпръскване и проследяване на разпространението на патогена

Въпреки че патогенът обикновено остава ограничен до заразените части на нивите, се срещат локални и големи разстояния. Разпространението на болестта чрез човешката дейност беше установено рано и движението на заразени семена картофи, почва и оборски тор се считаше за най-голям принос за локалното и на дълги разстояния разпространение на патогена (Gough, 1919). Зооспорите не играят роля в разпространението на дълги разстояния, тъй като се съобщава, че активно мигрират само на малки разстояния до 5 cm (Franc, 2007). Освен това зооспорите са краткотрайни, което допълнително би ограничило ролята им в разпръскването на дълги разстояния. За разлика от тях се съобщава, че почиващите спори се транспортират от водни течения (Weiss, 1925) и вятър (Хемпсън, 1996; Йостинг, 1909), отчитайки разпръскването на по-големи разстояния. Доказано е, че подовите площи на автомобили, микробуси и камиони, експлоатирани в Нюфаундленд (Канада), където патогенът е широко разпространен, съдържат инфекциозни почиващи спори (Hampson & Wood, 1997; Хампсън и др., 1996). Друг vector за транспортиране на дълги разстояния е покой на спори в незабележими брадавици, когато такива грудки се използват като семена или промишлено обработени (Hampson, 1993). Накрая, органичните отпадъци от преработката трябва да бъдат дезинфекцирани, преди да могат да бъдат използвани като тор в селското стопанство, градинарството или в частни градини, например чрез компостиране или пастьоризация (EPPO, 2008). Въпреки че тези техники са доказано ефективни срещу вредители по растенията като картофени цистни нематоди, те имат малък или никакъв ефект върху покойните спорангии на S. endobioticum (Steinmöller et al., 2012). Освен това, компостирането на заразен картофено-материален материал е част от подготовката на инокулума за анализите на Шпикерман (EPPO, 2004). Надеждността и възпроизводимостта на откриването на патогени в материали и почви се увеличава с описанието на PCR тестове в реално време, базирани на ITS1, ITS2 и малката рибозомна субединица 18S, които предлагат повишена чувствителност за откриване на спорите в почви и други матрици ( van Gent-Pelzer et al., 2010; Smith et al., 2009). Допълнителни молекулярни анализи, които биха позволили специфичното откриване на жизнеспособни спори в покой, биха подобрили допълнително прилагането на молекулярните методи. Ранното откриване на патогени, комбинирано с проследяване и проследяване, като се използва например митогеномно разнообразие, ще позволи на регулаторните органи да предприемат мерки, основани на риска, и да идентифицират потенциалния произход и да идентифицират или дисквалифицират потенциалните източници на огнище. Епидемиологичните модели могат да се използват при оценка на риска и прогнозиране на бъдещо разпространение на патогени, за да се приоритизират регионите за фитосанитарни изследвания, както беше показано в казус за Република Грузия (Andersen Onofre et al., 2021).

6 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛЕН ПАТОГЕН-ГОСТАЯТЕЛ

Геномите на растенията и микроорганизмите, целящи да ги колонизират, са оформени от милиони години съвместна еволюция (Carella et al., 2018). Модел на молекулата S. endobioticum –взаимодействие с картофи (фиг 4) могат да бъдат скицирани чрез комбиниране на прозрения, базирани на светлинна микроскопия и електронна микроскопия, изследвания на взаимодействието (Cartwright, 1926; Къртис, 1921; Хампсън, 1986; Ланге и Олсън, 1978b, 1981a, 1981b, 1981c), общи познания за взаимодействията между гъбични растения и патогени (прегледани в Carella et al., 2018; Ло Прести и др., 2015; Селин и др., 2016; де Вит и др., 2009), и скорошни геномни изследвания (van de Vossenberg et al., 2019a, 2019c).

6.1 Нахлуване в хоста

След освобождаване от летни спори или почиващи спори, зооспори на S. endobioticum трябва да идентифицират и да се придвижат към подходяща клетка гостоприемник, върху която цистират преди проникване. Известно е, че зооспорите на патогенни за растенията гъбички и оомицети насочват движението си, като реагират на външни стимули (Ислям и Тахара, 2001). В своя преглед Obidiegwu et al. (2014) споменете изследването, извършено от Есмарх (1924–1928) върху отговора на S. endobioticum зооспори към хемотактични стимули на гостоприемника. За съжаление, не можахме да извлечем допълнителна информация за естеството и ефектите на тези стимули. От анализа на геномите на патогенните хитриди S. endobioticum намлява Batrachochytrium dendrobatidis, се наблюдават разширения на гени, свързани с хемотаксис, спрямо сапробните видове хитриди. В допълнение, гените, участващи в сигналния път на G-протеин-свързания рецептор, бяха открити, обогатени с S. endobioticum спрямо девет други вида хитриди (van de Vossenberg et al., 2019c). Свързаните с мембрана рецептори, свързани с G-протеин, усещат сигнали от околната среда (Xue et al., 2008), а в случай на S. endobioticum те биха могли да участват в отчитането на специфични сигнали, получени от хоста.

Когато се опитва да ензистира в клетката гостоприемник преди проникване, нахлуващата зооспора трябва да избягва и/или потиска вродената имунна система на растението. Свързаните с растителна мембрана рецептори за разпознаване на модели (PRRs) задействат имунната система при разпознаване на запазени, свързани с патогени молекулярни модели (PAMPs). Защитният отговор, задействан от PRRs, се нарича PAMP-задействан имунитет (PTI) и води до химически и физически корекции, които спират пролиферацията на патогени. Такива реакции включват производството на реактивни кислородни видове, бързи промени в биосинтезата на хормоните и укрепване на клетъчната стена чрез отлагане на калоза (Toruño et al., 2016). PTI се счита за ефективен срещу неадаптирани микроби и обикновено се счита за първи слой от защитната система на растенията (Lo Presti et al., 2015; Зипфел, 2008). Продуктите на разпадането на хитина, неразтворим компонент на клетъчната стена на гъбичките, също присъстват в S. endobioticum, действат като PAMP. Гъбата трябва да отделя ефекторни протеини, които или маскират хитиновите олигомери, или потискат последващия имунен отговор на гостоприемника. В растенията са идентифицирани няколко мембранно свързани хитинови рецептори, които всички съдържат извънклетъчни LysM домени (Kombrink et al., 2011). При гъбички се съобщава, че ефекторите на LysM се намесват чрез свързване с хитин и по този начин предотвратяват предизвиканите от хитин имунни отговори (Bolton et al., 2008). В S. endobioticum, LysM-съдържащи протеини бяха установени обогатени спрямо всичките девет анализирани непатогенни видове chytrid (van de Vossenberg et al., 2019c). Тези LysM-съдържащи протеини могат да имат функция в интерференцията на имунитета, предизвикан от хитин, или защитата срещу хитинази, или да действат като токсини убийци за борба с конкуриращите се гъби (Tzelepis & Karlsson, 2019).

Вродената имунна система на растенията не се задейства само от запазени PAMP. Няколко продукта от разграждането на растителните клетъчни стени са категоризирани като свързани с увреждане молекулярни модели (DAMPs) и могат да доведат до имунитет, предизвикан от DAMP (DTI) (Gust et al., 2017). Намалено съдържание на ензим, разграждащ клетъчната стена (CWDE) преди това беше открито в стелт-подобния патоген Zymoseptoria tritici (Гудуин и др., 2011) и биотрофната и симбиотичната гъбичка Лакария двуцветна (Martin et al., 2008). В тези растително-микробни системи се предполагаше, че намаленият репертоар на CWDE може да предотврати DTI (Choi & Klessig, 2016). В сравнение с неговите сапробни сестрински видове S. microbalum, S. endobioticum има намален набор от CWDE и е вероятно това S. endobioticum използва подобна на стелт стратегия, за да избегне откриването и да установи своя биотрофичен начин на живот (van de Vossenberg et al., 2019c).

6.2 Вътре в цитоплазмата на гостоприемника

Понастоящем не е известно как ефекторите достигат до цитоплазмата на гостоприемника. Необходими са повече изследвания, за да се определи дали съществува механизъм на поглъщане, както е описано за други гъбични и оомицетни патогени. Но след проникване в гостоприемника, гъбичният талус може директно да секретира ефекторни протеини в клетката гостоприемник, за да манипулира метаболизма, което води до хипертрофия и хиперплазия на картофената тъкан. За разлика от силно запазените PAMP и свързаните с микроби молекулярни модели, ефекторите са много разнообразни, често специализирани към специфичен гостоприемник и специфични за вида или дори щама. Смята се, че сложният ефекторен репертоар от патогенни за растенията гъби влияе върху начина на живот на гъбичките и специализацията на гостоприемника (Lo Presti et al., 2015). Растенията са отговорили на индуцираното от ефектор потискане на PTI чрез развитие на протеини с висока специфична резистентност (R). Тези вътреклетъчни рецептори принадлежат към суперсемейството на запазените нуклеотидно-свързващи и богати на левцин повтарящи се домейни (NLR) и могат да взаимодействат директно с патогенни ефектори или индиректно да включват ефекторни мишени или структурни имитации на такива мишени (Jones et al., 2016; Ло Прести и др., 2015). При разпознаване на ефекторни протеини от сродните R протеини, вторият слой на растителната защитна система, наречен ефекторно-задействан имунитет (ETI), се активира. Ефектите на ETI са индуцирането на гени, свързани с патогенезата, и локален свръхчувствителен отговор (HR), който се вижда като локализирана клетъчна смърт на мястото на инфекцията. Ефекторите, които се разпознават от R протеините, се наричат ​​авирулентност (AVR) протеини. За S. endobioticum, досега е описан само един ефектор, AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2019a), който съвпада с картофа Сен1 Р ген. Това е и първият ефектор, който е описан в Chytridiomycota, което показва, че в това разделение на резистентността на гъбичките също отговаря на концепцията ген за ген. Микроскопските наблюдения показват, че зооспорите проникват еднакво добре в устойчиви сортове и податливи растения (Cartwright, 1926), така че не се очаква диференциация между различните патотипове в ефекторния репертоар, използван за потискане на PAMP-задействания имунитет в извънклетъчната фаза. Въпреки това, при несъвместимо взаимодействие (напр. AvrSen1–Sen1) патогенът умира в рамките на няколко часа след проникването в гостоприемника в резултат на това, което е описано като патоген-индуцирана защитна некроза (Cartwright, 1926; Карлинг, 1964). Очаква се ефекторът AvrSen1 да бъде разпознат вътреклетъчно, тъй като задейства HR при експресия в растителната цитоплазма. Това съответства на вътреклетъчната локализация на предполагаемия Sin1 генен продукт, който има хомология с TNL рецептори (Prodhomme, 2020).

6.3 Еволюция на ефектора

Тъй като ETI е ключов механизъм за резистентност към болести на брадавици, той изисква познаване на ефекторния състав и разпределение в S endobioticum популации, илюстрирано от клонирането на AvrSen1. Патотип 1(D1) изолати се определят от тяхната авирулентност върху растенията Sen1. Това разграничение беше използвано за идентифициране AvrSen1, за който се предполагаше, че присъства в изолати на патотип 1(D1), но (функционално) отсъства в „по-високи патотипове“ (вж. 7). Пет различни варианта на AvrSen1 са открити в по-високи патотипове, които не могат да задействат HR в растенията Sen1. Това показа това AvrSen1 мутира няколко пъти по време на еволюцията, вероятно за да избегне откриването от Sen1 (van de Vossenberg et al., 2019a). В няколко популации с по-висок патотип, които преодоляват резистентността на Sen1, функционалната AvrSen1 е открит и при много ниски честоти в допълнение към вариантите (van de Vossenberg et al., 2019a). Очевидно AvrSen1 се поддържа на ниски нива във вирулентната гъбична популация, което може да предполага балансирана селекция, при която AvrSen1 има функция във вирулентността. Въпреки това, такава предложена функция на вирулентност не е от съществено значение при повтарящи се цикли на разпространение Sin1 растения чрез летни спори (т.е. анализ на Glynne-Lemmerzahl), което накара AvrSen1 да стане неоткриваем в популацията. Както за много други гъбични ефектори (Lo Presti et al., 2015), AvrSen1 няма идентифицирани функционални домейни или прогнозирана функция. Липсата на ядрени, митохондриални или хлоропластни сигнали за локализация предполага цитоплазмена цел. В канадския патотип 6(O1) изолат LEV6574, скъсеният ген AvrSen1 се експресира in vivo (van de Vossenberg et al., 2019c). Функцията и значението на AvrSen1 по време на инфекция все още не са известни. Въпреки че гъбичните ефектори често се смятат за незаменими поради функционална излишък, вероятно ще съществува компромис между необходимостта от поддържане на ефектор, тъй като той има роля във вирулентността, и необходимостта да се избегне разпознаването от растението гостоприемник (Sharpee & Дийн, 2016). Дали съкратените протеини могат да действат като функционални хомолози и дали други функционални хомолози присъстват в по-високи патотипове са въпроси, които остават да бъдат разгледани.

6.4 Отглеждане на нови устойчиви сортове картофи

Сортовете картофи, устойчиви на болестта по картофени брадавици, са докладвани още през 1909 г., а до 1919 г. изпитанията за имунитет, проведени в Обединеното кралство, Германия и САЩ, доведоха до публикуването на списък с 64 сорта картофи, които са устойчиви на болестта (Gough, 1919). Интересно е, че устойчивостта на картофени брадавици е една от първите черти на растенията, изследвани за менделско наследство (Salaman & Lesley, 1923). Класическото отглеждане за устойчивост започва преди около век и е много успешно при селекцията на сортове, устойчиви на болестта. Използването на устойчиви сортове и строги фитосанитарни мерки бяха толкова успешни, че развъждането за устойчивост на картофени брадавици загуби приоритет до откриването на нови патотипове, които причиняват болести при предишни устойчиви сортове (Obidiegwu et al., 2015). Това разрушаване на резистентността отличава патотип 1 (D1) от по-високите патотипове. Могат да се разграничат няколко ресурса за резистентност към болестта на брадавици и анализите на количествен локус на резистентност (QRL) идентифицират геномни региони, осигуряващи резистентност към (комбинации от) патотипите от голямо значение за всяка хромозома (Obidiegwu et al., 2015; Prodhomme и др., 2020a). В тези проучвания за картографиране могат да бъдат разграничени QRL с голям и малък ефект. Поради това беше създадена отделна система за именуване на QRL с голям и малък ефект. Основните QRLs се наричат ​​Sen гени (от S ендобиотикум), последвано от пореден номер.

Основният R ген, отговорен за резистентността към патотип 1(D1), беше наименуван Sin1 и Hehl et al. картографира го към дисталния край на горната част на хромозома 11 (Hehl et al., 1999). По-нататъшното фино картографиране и функционалните анализи показаха това Sin1 кодира имунен рецептор от тип TNL (Prodhomme et al., 2020a). Sin1 генът е широко разпространен в зародишната плазма за размножаване на картофи (Prodhomme et al., 2020a, 2020b) и вече присъства в стари сортове като Pink Fir Apple (1850), Champion (1876) и Belle de Fontenay (1885), което предполага Sin1 присъства в европейския развъден материал преди първото въвеждане на S. endobioticum в Европа (Prodhomme et al., 2020b). Sin1Въпреки че е основният източник на резистентност към патотип 1(D1), не обяснява цялата резистентност към патотип 1(D1), присъстваща в материала за размножаване на картофи. Втори независим доминиращ ген за резистентност към патотип 1(D1) (Sen1-4), който генетично картографиран към дългото рамо на хромозома 4, е идентифициран от Brugmans et al. (2006). Разпределението на този ген в разплодния материал не е проучено подробно и не е известно дали той е важен източник на резистентност към патотип 1(D1) или друг патотип.

Резистентността към по-високите патотипове се наблюдава по-рядко в зародишната плазма за отглеждане на картофи и идентифицирането на локуси, осигуряващи резистентност към един или няколко от тези патотипове, е от решаващо значение за разработването на нови устойчиви сортове. Sin2 осигурява широка резистентност към патотипове 1(D1), 2(Ch1), 2(G1), 3(M1), 6(O1), 8(F1), 18(T1) и 39(P1) и е картографиран на хромозома 11, на приблизително 32 Mb разстояние от Sin1 локус (Plich et al., 2018). Sin2 е идентифициран в сложен диплоиден картофен хибрид с произход от множество диви видове и вероятно все още не е интрогресиран в търговските сортове (Prodhomme et al., 2020a). Sin3 също така осигурява широка резистентност към патотипове 1(D1), 2(G1), 6(O1) и 18(T1) и се намира на същото място като Sin1, на горната част на хромозома 11 (Bartkiewicz et al., 2018; Obidiegwu и др., 2015; Prodhomme и др., 2019). Този ген се среща главно в немски и полски сортове картофи, произлизащи от картофения клон BRA9089, предполагаемият уникален донор на Sin3 в търговски сортове (Prodhomme et al., 2019, 2020a). Sin4 осигурява резистентност към патотипове 2(G1), 6(O1) и 18(T1) и е картографиран към дългото рамо на хромозома 12. Sin4 се среща главно в холандски сортове нишесте, които произлизат от размножителния клон AM78-3704. В допълнение, Sin4 се намира в немския сорт Panda, но вероятно от различен източник от холандския материал (Prodhomme et al., 2020a). Понастоящем, Sin5 е много рядък в селекционния материал на картофи, тъй като досега е идентифициран само в три търговски холандски сорта нишесте. Sin5 може да се проследи до общия прародител VE71-105 и вероятно е бил интрогресиран в размножаващата зародишна плазма от Solanum vernei (Prodhomme et al., 2020a).

Въпреки че през последното десетилетие е постигнат значителен напредък в картографирането на локусите за устойчивост към брадавиците, не всички резистентности, присъстващи в зародишната плазма на картофите, могат да бъдат идентифицирани. Това е валидно дори за сортовете в EPPO диференциален набор. Например, силната резистентност към патотипове 2(G1), 6(O1), 8(F1) и 18(T1), наблюдавана при сорта Белита, вероятно произхожда от дивия вид. S. vernei. Това съпротивление е различно от Sin5, тъй като Белита е отрицателна за Sin5 маркери. Резистентността от Белита все още не е генетично характеризирана. Също така в EPPO установена, резистентността, наблюдавана при сорта Saphir към патотиповете 6(O1), 8(F1) и 18(T1), която може да е наследена от селекционния клон MPI 44.1016/24, все още не е идентифицирана. Съобщава се за други сортове картофи, отрицателни за всички описани досега Sen гени, но резистентни към един или няколко патотипа (Prodhomme et al., 2020a). Те показват, че допълнителни източници на резистентност, които вече присъстват в търговския генофонд, могат да бъдат допълнително характеризирани и експлоатирани. Интересното е, че картографирането на QRLs както с голям, така и с незначителен ефект показва, че те се локализират с клъстери от рецептори, участващи във вродения имунитет (Hehl et al., 1999). Следователно ETI е вероятно основният определящ фактор за резистентността към болести на брадавици. ETI се преодолява лесно, когато един ефектор се загуби в патогена и е общоприето, че подреждането на множество ETI рецептори в сортовете култури е задължително, за да се подобри трайността на резистентността (Luo et al., 2021).

В процеса на подбор на ефективна резистентност към болести на брадавици в програмите за развъждане, QRL-ите с голям и малък ефект са подредени, което показва, че това може да е изискване за ефективен контрол на патогена (Prodhomme et al., 2020a). Сортове само с един R генът може да покаже непълна резистентност, особено към по-високите патотипове, чиито изолати са генетично много сложни. За да се повиши трайността на устойчивостта на брадавици при новите сортове, подреждането на QRLs на болестта на брадавици може да бъде важен аспект от стратегиите за размножаване. В такива схеми за подреждане, използването на сен за предпочитане е гените, които разпознават широк спектър от изолати, за да се намали броят на локусите, които трябва да се комбинират.

7 ПАТОТИПНИ СИСТЕМИ

През 1931 г. Köhler заявява, че патогенът има еднакъв състав и разликите между изолати на патогена не са известни (Hampson, 1993). Въпреки това, през 1930-те години на миналия век е установено, че устойчивите сортове картофи от Обединеното кралство, отглеждани в Нюфаундленд (Канада), са много податливи на местния щам на S. endobioticum (Олсен, 1961), а през десетилетията след това става ясно съществуването на различни патотипове на S. endobioticum. За S. endobioticum понастоящем са разпознати над 40 патотипа, които се дефинират като групи от изолати с подобен отговор към набор от диференцирани сортове картофи. След Втората световна война, когато европейският континент беше политически разделен на източна и западна част, бяха приложени различни конвенции за именуване, за да се идентифицират новите огнища на инфекция. В Източна Европа новите патотипове са кръстени на произхода, където са открити, но в Западна Европа се използват последователни арабски номера за дефиниране на нови патотипове. В резултат на това първите нови официално описани патотипове, открити в Gießübel и Silberhütte през 1941 г., са наречени G1 и SB на изток, но 2 и 3 на запад, съответно. Baayen et al. (2006) предложи хармонизиране на системата за именуване на патотип през 2006 г., която все още се използва днес (Baayen et al., 2006). Съгласно тази система и двете конвенции за именуване са комбинирани, например 2(G1) за изолата на патотип 2, идентифициран в Gießübel. В годините след описанието на патотипове 2(G1) и 3(SB), нов S. endobioticum патотипове са докладвани от Германия, Полша, Чехия и Украйна, въз основа на тяхното взаимодействие с диференциални панели от местно популярни устойчиви и чувствителни сортове картофи. Сред тези нови патотипове са немските патотипове 6(O1) (открити в Olpe, 1952), 8(F1) (Fulda, 1954) и 18(T1) (Trannroda, 1978) (Baayen et al., 2006). Първоначалната S. endobioticum патотипът днес е известен като патотип 1(D1), а колективно непатотип 1(D1) изолати се означават като по-висши патотипове. Важно е обаче да се отбележи, че това не означава, че по-високите патотипове произлизат от патотип 1 (D1). Патотипове 1(D1), 2(G1), 6(O1) и 18(T1) понастоящем се считат за най-разпространени и от голямо значение. Последните два официално описани патотипа са 38 (Nevşehir) от Nevşehir (Турция, 2009) и 39 (P1) от Piekielnik (Полша, 2015) (Çakır et al., 2009; Пшетакевич, 2015a). Въпреки че не са публикувани в рецензирано списание, патотипове 40(BN1) и 41(P2) са докладвани от Полша (Анонимен, 2015) и Швеция (Björklund & Boberg, 2018).

През годините за патотипизиране са използвани много различни и локално предпочитани диференциално устойчиви сортове. Едва в началото на 21-ви век EPPO публикува хармонизиран диференциален набор от сортове картофи, които биха могли да се използват като диагностичен стандарт за изолатите на S. endobioticum (EPPO, 2004). От съображения за простота и възпроизводимост, EPPO диференциалният набор беше доста малък (Baayen et al., 2006; Flath и др., 2014). Той е избран заради способността му да разграничава патотипите с голямо селскостопанско значение. Два основни метода се използват за оценка на взаимодействието между гостоприемник и патоген: Spieckermann (Spieckermann, 1924) и Glynne–Lemmerzahl (Glynne, 1925; Лемерцал, 1930); и двете се основават на инокулацията на картофени клубени. В анализа на Spieckermann инокулумът се състои от почиващи спори, които са резултат от (пара)сексуален цикъл. За разлика от тях, пресни брадавици, съдържащи летни спорангии, които се произвеждат асексуално, се използват като инокулум в анализа на Glynne-Lemmerzahl. Наскоро беше описана нова процедура за инфекция, базирана на инфекция на надземни растителни части или помощни пъпки, показваща, че R гените се експресират както в етиолирани подземни кълнове, така и в зелени надземни органи (van de Vossenberg et al., 2019b). Въпреки че методите са различни, получените резултати са предимно добре свързани, въпреки че понякога изглежда съществуват последователни разлики (Prodhomme et al., 2020b).

7.1 Вътрешно изолирано разнообразие

Изолатите на S. endobioticum представляват общности, в които съжителстват множество генотипове. Това не е вярно само за митохондриалните генотипове (фиг S1), но също и за ядрено-кодирания вид-специфичен секретом и варианти на ген AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2018, 2019a). Особено поразителна е вариацията на AvrSen1, открита в изолати на по-високи патотипове. Тези изолати вече не се разпознават от Sin1 ген, което води до съвместимо взаимодействие и пролиферация на патогена. Все пак е установено, че авирулентната форма на гена присъства при ниски честоти в изолати, размножени върху сорта картофи Deodara, който е чувствителен към всички патотипове на S. endobioticum. Обратно, при патотип 1(D1) изолати, носещи авирулентен AvrSen1 ген, вирулентни форми на гена (т.е. загуба на AvrSen1) присъстваха (van de Vossenberg et al., 2019a). Това не беше пряко очевидно от данните за геномна последователност, но две размножавания на изолат на патотип 1(D1) върху полуустойчивия сорт картофи Erika доведоха до фенотип на патотип 6(O1) (van de Vossenberg et al., 2018). Тази повишена вирулентност вероятно е резултат от селекция срещу генотипове на S. endobioticum, носещи доминантния ген за авирулентност. Почти пълната загуба на AvrSen1 в изолата, произвеждащ фенотипа 6(O1), беше потвърдена чрез амплификация на гена AvrSen1, последвано от PacBio SMRT секвениране (van de Vossenberg et al., 2019a). Умноженията, водещи до наблюдаваното селективно почистване, бяха извършени с биоанализа на Glynne-Lemmerzahl, при който асексуално произведени зооспори от пресни брадавици се използват като инокулум, което предполага, че разнообразието вече присъства в първоначалния инокулум и не изисква рекомбинация в (пара) полов цикъл.

7.2 Усъвършенствана система за патотипиране

Диференциалните набори са незаменими за идентифицирането на R гени, които разпознават генотипите в определена патогенна популация. Новите методи за генотипиране осигуряват превъзходна разделителна способност на структурите на популацията на патогени и по същия начин новите методи за генотипиране и родословната информация на сортовете картофи позволяват идентифицирането на специфични хаплотипове, носещи R гени. За да се улесни прилагането на резистентност на сортовете при идентифициране на патотип и управление на болестта, е важно да се установи по-прозрачна връзка между сортовете картофи, използвани в диференциалния набор, и сортовете картофи, използвани в търговската мрежа. Каталог на S. endobioticum R гени в селекционния пул на картофите, включително EPPO диференциален набор беше описан наскоро (Prodhomme et al., 2020a). В S. endobioticum R беше оценено съдържанието на ген за 141 търговски сорта картофи и беше показано, че R гените Sin2, Sin4, и Sin5 не са представени в EPPO диференциално множество. Освен това, Sin1 намлява Sin3 присъстват в множество комбинации с други неизвестни R гени (Prodhomme et al., 2020a). За да се подобри прогностичната стойност на диференциалния набор за селекция на устойчиви сортове и идентифициране на патотипове, е необходимо да се селектират нови сортове картофи за EPPO диференциално множество, което съдържа дефинирани единични комбинации от R гени и включват пълния набор от известни и разгърнати Сен Р гени. Подобен оптимизиран диференциален набор за устойчивост на късна мана беше произведен с помощта на комбинация от молекулярни маркери и ефекторни отговори (Zhu et al., 2015). Основно ограничение за създаване на надеждни диференциални комплекти в картофи е, че R Гените ще присъстват в различни генетични среди, когато се произвеждат чрез класическо тетраплоидно размножаване. В такива разнообразни генетични среди може да има различни гени, които влияят положително на спектъра на резистентност, включително минорни QRL, разпознаващи минорни AVR протеини в популацията на патогените. Обратно, други гени биха могли да повлияят негативно на активността на R ген. В идеалния случай диференциалният набор се генерира в изогенен фон. Това може да се постигне с помощта на трансформация на клонирани R гени в един сорт (Zhu et al., 2015), или може да бъде постигнато чрез инбредни линии (Su et al., 2020). Като нито една от Сен Р гените в момента са клонирани и инбридните линии са трудни за генериране, това вероятно ще остане концепция за следващото десетилетие. Освен това е важно да се установи набор от S. endobioticum референтен материал, който представлява генетичното разнообразие, което присъства на различни географски места и допълнително характеризирано въз основа на митохондриалния хаплотип, SSR профила, молекулярната характеристика и профила на авирулентност.

7.3 Молекулярна класификация като инструмент за проследяване и проследяване

Тъй като EPPO диференциален набор от сортове картофи е създаден, за да се разграничат изолатите с основно селскостопанско значение, но разнообразието от други патогени остава неоткрито (van de Vossenberg et al., 2018). Това стана още по-забележимо, когато проучване на европейското население показа това многократно S. endobioticum са настъпили събития на въвеждане, отразени от техните различни последователности на митохондриалния геном. По-специално, патотипове 2 (G1) и 6 (O1) се срещат в ясно различен генетичен произход. Тъй като профилите на патотипите са фенотипове, които могат да бъдат споделяни от множество различни генотипове, те представляват по своята същност неточна система за класификация (van de Vossenberg et al., 2018). Освен това, молекулярното клъстериране на изолати изглежда по-последователно, тъй като подобно групиране се наблюдава с митохондриални последователности, последователности на ядрени секретоми и микросателитни локуси (Busse et al., 2017; Gagnon и др., 2016; ван де Восенберг и др., 2019a). Следователно, системата за класификация на патотипите трябва да се основава на повече данни, отколкото само на фенотипите на малкия диференциален набор от сортове картофи. По същия начин е установено, че изолати от определено място съдържат множество генотипове. Предвижда се, че геномните изследвания в комбинация с традиционното патотипиране, използвайки актуализиран диференциален набор от сортове картофи, ще осигурят система за патотипиране, която е с по-висока стойност за селскостопанската практика. Въпреки че такава функционална система за патотипиране все още изисква технически ограничения за преодоляване, през последните години е постигнат добър напредък. Например, геномната характеристика на изолати все още е предизвикателство, като се имат предвид трудностите за получаване на материал, който е достатъчно чист за секвениране на целия геном и молекулярно патотипиране. Също така, броят на известните гъбични ефектори, които съответстват на картофените R гени, все още е ограничен. В момента е възможно само за AvrSen1, тоест гъбичният ефекторен патотип, разпознат от Sin1 растения, водещи до резистентност към патотип 1(D1) (van de Vossenberg et al., 2019a). Това може да бъде удължено, когато станат налични допълнителни ефектори или други функционални детерминанти. Също така, подобрен пангеномичен подход, при който геномът се разчленява на запазени и допълнителни части, може да допринесе за нови инструменти за патотипиране. Ядрото може да се използва за проследяване и проследяване, докато допълнителната част може да бъде изследвана за функционално разнообразие. Въпреки че все още е в начален стадий, нарастващият брой геноми, които се генерират в момента, може да предостави прозорец от възможности за подобни анализи на пангенома.

8 ЗАКЛЮЧИТЕЛНИ БЕЛЕЖКИ

S. endobioticum, причинителят на заболяването от картофени брадавици, е важен патоген със световен карантинен статус, който е включен в списъка на USDA и HHS Select Agent. Патогенът продължава да се появява отново като заплаха за производството на картофи, както се вижда от уведомленията за огнища през последните години в различни региони по света. Задължителният биотрофичен начин на живот, отделната таксономична позиция и самият карантинен статус възпрепятстват изследванията. Въпреки това патогенът и болестта са изследвани повече от век и през последното десетилетие е постигнат значителен напредък в нашето разбиране за S. endobioticum и взаимодействието с неговия гостоприемник картоф. Прилагането на геномиката допринесе значително за тези постижения и позволи оценката на съдържанието на гена на S. endobioticum и неговата филогенетична позиция и идентифицирането на първите AVR ген. Освен това, той отвори възможности за проследяване и проследяване на огнища на патогени с помощта на молекулярни анализи или анализ на последователността. Това генерира нови прозрения за разнообразието и патологията на S. endobioticum. Все пак много аспекти на патогена остават неизвестни, включително части от жизнения цикъл и взаимодействията патоген-гостоприемник. По-специално, свързването на информацията за генома с генетиката би могло да предостави повече информация за наличието на (пара)сексуален цикъл в S. endobioticum и следователно върху потенциала на рекомбинация и селекция и върху разнообразието в изолати. От страна на гостоприемника, молекулярната характеристика на резистентността в картофите позволява идентифицирането на геномни региони, в които се намират локусите на резистентност. Допълнителна характеристика на локусите на резистентност, включително клонирането на първия Сен Р ген, би бил важен крайъгълен камък за изследване на взаимодействието на молекулярно ниво. Човешката дейност, включително транспорт на оборудване и почва и търговия с продукти и растителни остатъци, наводнения и ветрова ерозия са важни средства, чрез които патогенът може да се разпространи. С повишените глобални нужди от храна, необходимостта от кръгово земеделие и климатичните промени, тези събития вероятно ще се увеличат. Необходими са нови инструменти и оптимизирано управление на болестта, базирано на наблюдение и използване на устойчиви сортове картофи, за да се контролира болестта по картофените брадавици през следващите десетилетия.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторите биха искали да благодарят на членовете на персонала на NPPO-NL Johan Meffert за предоставянето на изображения на S. endobioticum почиващи спори и Sietse van der Linde за преглед на този ръкопис преди изпращането.

Източник: https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com