Synchytrium endobioticumвозбудитель картофельной бородавчатой ​​болезни

Резюме

Бородавчатка картофеля считается одним из важнейших карантинных вредителей культурного картофеля и вызывается облигатным биотрофным хитридиозом. Synchytrium endobioticum. В этом обзоре объединены наблюдения ранних исследований картофельных бородавок и недавние молекулярные, генетические и геномные исследования патогена и его картофеля-хозяина. Обсуждаются таксономия, эпидемиология, патология и образование новых патотипов, а также модель молекулярного С. endobioticum–предлагается взаимодействие картофеля.

Таксономия

В настоящее время классифицируется как царство: Fungi, тип: Chytridiomycota, класс: Chytridiomycetes, порядок: Chytridiales, семейство: Synchytriaceae, род: Синхитрий, разновидность: Synchytrium endobioticum, существует сильная молекулярная поддержка переноса Synchytriaceae в порядок Synchytriales.

Хозяева и симптомы болезни

Solanum tuberosum является основным хозяином для С. эндобиотик но сообщалось, что другие виды пасленовых являются альтернативными хозяевами. Неизвестно, играют ли эти альтернативные хозяева роль в выживании патогена на зараженных полях (на границах). Симптомы болезни на клубнях картофеля характеризуются бородавчатыми пороками развития, похожими на цветную капусту, которые являются результатом увеличения и размножения клеток, вызванных патогенный микроорганизм. Меристематическая ткань на клубнях, столонах, глазках, побегах и соцветиях может быть инфицирована, в то время как корневая система картофеля кажется невосприимчивой.

Патотипы

До С. эндобиотик описано более 40 патотипов, которые определяются как группы изолятов со сходной реакцией на набор дифференциальных сортов картофеля. В настоящее время наиболее распространенными считаются патотипы 1(D1), 2(G1), 6(O1) и 18(T1). Однако при текущем дифференциальном наборе другое разнообразие патогенов в значительной степени остается невыявленным.

Взаимодействие патоген-хозяин

Один эффектор был описан для С. эндобиотик (AvrSen1), который распознается продуктом гена устойчивости картофеля Sen1. Это также первый эффектор, который был описан у Chytridiomycota, показывая, что в этом грибковом делении устойчивость также соответствует концепции «ген за геном». Хотя за последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в картировании локусов устойчивости к бородавкам, не все виды устойчивости, присутствующие в зародышевой плазме селекции картофеля, могут быть идентифицированы. Использование устойчивых сортов играет важную роль в борьбе с болезнями.

1 ВВЕДЕНИЕ

В 1887 году профессор Карой Шильберски из Будапештского университета получил клубни с двух картофельных полей в Хорняне (ныне Хорняны в Словацкой Республике), весь урожай которых был поражен бородавчатыми пороками развития. Первоначальные исследования не увенчались успехом, но в 1896 году с новыми зараженными клубнями Шильберски смог дать описание возбудителя болезни картофеля: Synchytrium endobioticum (Шильберски) Персиваль (Шильберски, 1896, 1930). В настоящее время облигатный биотрофный гриб Chytridiomycota (хитрид) считается одним из важнейших карантинных вредителей культивируемого картофеля во всем мире (Hampson, 1993; Обидиеву и др., 2014) и включен в список избранных агентов Министерства сельского хозяйства США (USDA) и Министерства здравоохранения и социальных служб (HHS) (анонимно, 2018).

Исследователям, изучающим грибы на заре патологии растений, приходилось полагаться на морфологические и морфометрические характеристики, которые можно было анализировать под микроскопом для классификации, биологии развития и взаимодействия видов с окружающей средой. В случае С. эндобиотик, микроскопические наблюдения, относящиеся к 1920-м годам, до сих пор остаются одними из самых точных доступных описаний. В последние годы появилось несколько исследовательских работ, которые значительно расширили наши знания о (геномной) биологии этого патогена и его взаимодействии с картофелем. В этом обзорном документе мы объединяем знания из ранних исследований S. endobioticum с недавней молекулярной работой и представляем предложения для будущих исследований по улучшению лечения заболеваний.

2 ЭТИОЛОГИЯ И ТАКСОНОМИЯ

Chytridiomycota, основная линия грибов, к которой принадлежит S. endobioticum, возникла от 1000 до 1600 миллионов лет назад (Heckman et al., 2001) и характеризуется подвижными жгутиковыми спорами (зооспорами) и отсутствием гиф или мицелия. Хитриды населяют водную и влажную наземную среду и являются свободноживущими сапрофитами или патогенами для растений и животных (Barr, 2001; Воробей, 1960). Изначально, S эндобиотик был помещен во вновь образованный род порядка Chytridiales и получил название Хризофиликтис эндобиотика (Шильберский, 1896). На основании морфологического и цитологического сходства с представителями рода Синхитрий, позже он был переименован Synchytrium endobioticum (Кертис, 1921; Персиваль, 1910).

Род Синхитрий, созданный в 1865 г. с облигатным биотрофным патогеном Synchytrium taraxaci на одуванчике в качестве типового вида, содержит около 200 видов. Раньше все Синхитрий виды считались паразитическими видами водорослей, мхов, папоротников и цветковых растений (Карлинг, 1964). Эта точка зрения изменилась с недавним описанием первого сапробиотического члена рода, то есть Синхитриум микробалум JEL517, который был выделен из кислого пруда округа Хэнкок, штат Мэн, США (Longcore et al., 2016). Виды внутри рода относятся к одному из шести подродов на основании вариаций жизненного цикла и морфологических признаков, а также С. эндобиотик первоначально был помещен в подрод , поскольку считалось, что покоящиеся споры непосредственно дают начало зооспорам. Однако работа Коле (1965), что позднее было подтверждено Шармой и Каммаком, Ланге и Олсоном, а также Хэмпсоном (Хэмпсон, 1986; Коле, 1965; Ланге и Олсон, 1981c; Шарма и Каммак, 1976), предоставил доказательства того, что покоящиеся споры функционируют как прозорус, то есть пузырь, в котором образуются спорангии. Эти наблюдения привели к передаче С. эндобиотик к подроду Микросинхитрий.

На основании световой и электронной микроскопии ультраструктуры зооспор установлено местонахождение рода Синхитрий в порядке допроса Хитридиалеса (Барр, 1980; Ланге и Олсон, 1978a), и классификация заказов нуждается в пересмотре. Молекулярная филогения видов хитрид на основе оперона рДНК (18S, 28S и 5.8S) (James et al., 2006) показали, что порядок Chytridiales был полифилетическим, но последовательности 18S рДНК не могли подтвердить или опровергнуть Синхитрий внутри отряда Chytridiales (Smith et al., 2014). Недавние филогении, основанные на митохондриальном и ядерном геномах представителей Chytridiomycota, убедительно подтверждают перенос рода. Синхитрий к порядку Synchytriales (van de Vossenberg et al., 2018, 2019c) (Рисунок 1). Установление надежной таксономической позиции является важной вехой, поскольку обеспечивает правильный эволюционный контекст. Это особенно актуально для С. эндобиотик поскольку он лишь отдаленно связан с хорошо изученными патогенами растений Ascomycota и Basidiomycota, и поэтому ожидается, что многие черты будут отличаться или развились независимо от других патогенных для растений грибов.

3 ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ

Виды Synchytrium значительно различаются по сложности жизненного цикла. С. эндобиотик относится к долгоциклическим видам (Карлинг, 1964). Жизненный цикл С. эндобиотик был подробно описан Кертисом (1921), и ее наблюдения сегодня практически не вызывают сомнений (рис. 2). В период покоя, когда бородавчатая ткань хозяина разлагается и покоящиеся споры выделяются в почву, внутри покоящейся споры образуется новый слой внутренней стенки, который действует как просорус. При прорастании внешняя стенка спор разрывается, и высвобождается новообразованный сорус (также зооспорангий), который впоследствии дает начало многочисленным (200–300) одноядерным гаплоидным зооспорам (Lange & Olson, 1981c). ). Высвобожденные зооспоры инцистируются на стенке клетки-хозяина в течение часа, после чего таллом гриба (или исходная клетка, sensu Karling, название, используемое для описания этой грибной структуры, отличной от гиф) проникает в стенку клетки-хозяина, оставляя стенку цисты снаружи. клетка-хозяин (Вейсса, 1925). Неизвестно, окружен ли проникающий таллом гриба плазматической мембраной хозяина, подобно гаусториям у грибов и оомицетов (Szabo & Bushnell, 2001), или если он находится в непосредственном контакте с цитоплазмой хозяина. Клетка-хозяин может быть инфицирована одной или несколькими зооспорами (Lange & Olson, 1981b). Ядро хозяина увеличивается, приобретает неправильную форму и часто находится вплотную к развивающемуся грибковому таллому. 1921 г.1921) или летние споры. ). Кертис сообщил, что во время этого повторяющегося митоза можно было наблюдать пятиминутные хромосомы (Curtis, 1921). На этой стадии при световой микроскопии можно наблюдать коричневое обесцвечивание ткани хозяина. Гипертрофический рост (увеличение клеток) индуцируется в клетках, окружающих инфицированную клетку-хозяина. Одновременно гиперплазия (размножение клеток) увеличивает количество меристематической ткани, что повышает вероятность повторного заражения хозяина (Hampson, 1993). Увеличенные клетки-хозяева разрываются и высвобождают отдельные зооспорангии, которые, в свою очередь, высвобождают зооспоры, морфологически неотличимые от зооспор, возникающих из покоящихся спор. Эти зооспоры могут реинфицировать ткань хозяина и заново запустить цикл бесполого размножения. В качестве альтернативы зооспоры могут также действовать как изогаметы, сливаясь с образованием диплоидной двужгутиковой зиготы (sensu Curtis), которая может заражать хозяина таким же образом, как и гаплоидные зооспоры (Curtis, 1921). Однако вместо образования летних спор клетки-хозяева, инфицированные зиготами, дают начало толстостенным покоящимся спорам. Покоящаяся спора имеет диаметр 35–80 мкм и может оставаться жизнеспособной и инфекционной в почвах на глубине 50 см в течение десятилетий (Przetakiewicz, 2015b). Толстая внешняя стенка покоящейся споры состоит из хитин-белкового комплекса и состоит из мертвой протоплазмы хозяина и клеточной стенки, которая соединяется со стенкой гриба, образуя прочную композитную структуру (Bal et al., 1981; Ланге и Олсон, 1981a). Даже при благоприятных условиях лишь небольшой процент (максимум около 10%) покоящихся спор индуцируется к прорастанию (Kole, 1965). Однако эти низкие проценты, по-видимому, противоречат сообщениям о ежегодном снижении уровня инокулята в диапазоне от 70% до 99.5% при культивировании видов, не являющихся хозяевами (Baayen et al., 2005). В то время как инфекции зооспорами вызывают гипертрофический рост и гиперплазию у хозяина, это не относится к клеткам-хозяевам, инфицированным зиготами (Karling, 1964).

Кертис описал возникновение кариогамии после слияния изогамет и мейотических делений до прорастания покоящихся спор, но это было предметом споров (Karling, 1964). Остается неясным, является ли эта часть С. эндобиотик жизненный цикл включает половой или парасексуальный цикл. В обоих случаях изогаметы сливаются (плазмогамия), после чего ядра сливаются (кариогамия) с образованием диплоидного ядра. Там, где половой цикл хорошо скоординирован и включает мейотические деления, парасексуальные циклы производят гаметы посредством митоза, где рекомбинация ограничивается перетасовкой хромосом в результате гаплоидизации (Сидху, 1983). Электронно-микроскопические исследования не смогли дать ультраструктурного описания слияния гамет или мейотических делений (Lange & Olson, 1981b). Основные гены мейоза были идентифицированы в С. эндобиотик, но из-за неравномерного присутствия и отсутствия некоторых генов и отсутствия генов типа спаривания в сравнительном геномном анализе видов хитрид (van de Vossenberg et al., 2019c), 3а исчерпывающий ответ о способности С. эндобиотик пройти половой цикл остается неуловимым, но крайне важным для понимания популяционной генетики и отбора.

С. эндобиотик ведет строго облигатный биотрофный образ жизни, и длительная коэволюция с хозяином могла привести к потере основных генов из его генома, что приводит к зависимости от хозяина. Было обнаружено, что гены основных путей, в том числе синтеза GTP, отсутствуют в С. эндобиотик геном (ван де Фоссенберг и др., 2019c). Потеря таких генов указывает на тесную связь между патогеном и его хозяином и может объяснить облигатный биотрофный образ жизни.

4 СИМПТОМЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ И РАСТЕНИЯ-ХОЗЯЙСТВА

Принимая во внимание, что хозяин часто не подвергается серьезному воздействию инфекции Синхитрий spp., это не относится к С. эндобиотик на своем основном хозяине картофеле (Karling, 1964). Симптомы болезни на клубнях картофеля характеризуются бородавчатыми пороками развития, напоминающими цветную капусту, которые являются результатом гипертрофии и гиперплазии клеток, индуцированных патогеном. Меристематическая ткань на клубнях, столонах, глазках, побегах и соцветиях может быть инфицирована, в то время как корневая система картофеля кажется нечувствительной (Karling, 1964; Weiss, 1925).

Бородавки, образующиеся на подземных частях растений, представляют собой компактные выросты. Напротив, пороки развития на пораженных надземных частях растений, по-видимому, повторяют морфологию зараженного органа растения (рис. . 3). На зараженных надземных частях растений можно выделить два основных типа симптомов, а именно пороки развития листьев и пороки развития побегов. Нормальное развитие, по-видимому, останавливается в случае уродства листьев, тогда как оно более или менее продолжается в случае уродства побегов. Также после заражения побегов наблюдалось образование воздушных корней, что могло свидетельствовать об изменении транспорта ауксина (van de Vossenberg et al., 2019b). Многие фитопатогены синтезируют фитогормоны, токсины и эффекторы, чтобы манипулировать гормональными перекрестными помехами и способствовать заражению (Ma & Ma, 2016). Гены S. endobioticum, участвующие в нарушении системы фитогормонов, что приводит к индукции гипертрофического роста и гиперплазии, еще предстоит идентифицировать. Появились первые сообщения о сравнительной протеомике и транскриптомике тканей с бородавками и без бородавок (Li et al., 2021; Шайко и др., 2019), но необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как патоген манипулирует своим хозяином и какие пути и гены задействованы.

Хосты, которые могут быть заражены С. эндобиотик не ограничиваются восприимчивыми генотипами Solanum tuberosum. Другие пасленовые виды, такие как Solanum Lycopersicum (помидор), Solanum Дулькамара (горько-сладкий), Solanum шдгит (черный паслен), Паслен узловатый (Син. Паслен американский, паслен американский), Solanum псевдокапсикум (иерусалимская вишня), Паслен мохнатый (волосатый паслен), дурман индийский там. Фастуоза (труба ангела), Никандра физалодес (яблоко из Перу) и Физалис франкетии (китайский фонарик) были зарегистрированы как альтернативные хозяева в экспериментальных условиях (хлопок, 1916; Хэмпсон, 1976). У большинства этих альтернативных хозяев гипертрофия была очень незначительной или отсутствовала, но было обнаружено, что в инфицированной ткани присутствуют вновь образованные покоящиеся споры S. endobioticum.

Интересно, что корневая система картофеля не поражается патогеном, в то время как у томата корни колонизируются (Hampson & Haard, 1980). Хэмпсон (1976) протестировали реакцию 123 сортов томатов на патотипы S. endobioticum 2(G1) и 8(F1), и все протестированные комбинации привели к заражению хозяина (Hampson, 1976, 1979b). Появление С. эндобиотик о диких пасленовых сообщалось из Мексики, но это сообщение не было подтверждено мексиканскими властями (Obidiegwu et al., 2014).

5 РАСПРОСТРАНЕНИЕ, РАССЕЯНИЕ И БОРЬБА С ЗАБОЛЕВАНИЯМИ

Распространение 5.1

В настоящее время С. эндобиотик Сообщения о таких случаях поступали со всех континентов, где выращивается картофель.EPPO, 2018). Болезнь картофельных бородавок, как полагают, возникла в Андском регионе, где она эволюционировала совместно с пасленовыми хозяевами (Przetakiewicz, 2008). Болезнь, скорее всего, была завезена в Европу после великого картофельного голода (1845–1849 гг.), вызванного Phytophthora infestans, когда производители нуждались в новом семенном картофеле (Хэмпсон, 1993). Судя по описаниям в ненаучных отчетах, болезнь бородавок, вероятно, присутствовала уже в 1876 г. (Gough, 1919). Хэмпсон считал распространение из Соединенного Королевства на материковую часть Европы, Канаду и (через Ирландию) Южную Африку и Новую Зеландию наиболее вероятным сценарием (Hampson, 1993). В течение десятилетий после описания возбудителя из разных стран поступали сообщения о болезни, описывающие первое появление на их территории бородавчатой ​​болезни картофеля, например, Германии (1908 г.), Ирландии (1908 г.), Канады (1909 г.), Швеции (1912 г.) , Нидерланды (1915 г.), Чехия (1915 г.) и Польша (1917 г.) (Baayen et al., 2006; EPPO, 2018; Гоф, 1919; Хэмпсон, 1993; Обидиеву и др., 2014). В 1952 г. болезнь картофельных бородавок была завезена в Индию из датского семенного картофеля (Phadtare et al., 1990).

Обе мировые войны сыграли свою роль в распространении болезни по европейскому континенту. В конце Первой мировой войны ощущалась нехватка продовольственного и семенного картофеля, и картофель из зараженных районов Великобритании использовался как семенной в нетронутых болезнью районах (Гоф, 1919). Точно так же считается, что болезнь картофельных бородавок была занесена в бывший Союз Советских Социалистических Республик (СССР) с перемещением немецких войск в начале Второй мировой войны (Hampson, 1979a). После Второй мировой войны торговлю зараженным семенным картофелем часто называли причиной распространения болезни в другие страны. Совсем недавно о заболевании впервые сообщили в Турции (2003 г.) (Çakır, 2005), Болгария (2004 г.) (Димитрова и др., 2011) и Грузии (2009 г.) (Горгиладзе и др., 2014). Кроме того, недавно заболевание вновь возникло в Дании (2014 г.), где считалось, что оно ликвидировано с 1989 г. (Аноним, 2014).

5.2 Ведение болезни

Страны по всему миру внедрили системы контроля для предотвращения заноса и распространения С. эндобиотик в национальном или региональном законодательстве. Руководящие принципы для национальных систем регулирующего контроля для мониторинга, сдерживания и подавления С. эндобиотик предоставляются Европейской и Средиземноморской организацией по защите растений (EPPO) в стандарте PM9/005, который описывает (а) элементы программы мониторинга, которые должны проводиться для обнаружения нового заражения или для определения границ зараженной территории; (б) меры, направленные на подавление вредителя в местах его обнаружения; и (в) меры по сдерживанию вредителя для предотвращения его дальнейшего распространения в стране или в соседние страны.EPPO, 2017bКороче говоря, поля, на которых обнаружен патоген, помещаются под официальный контроль (т.е., в «плановый список»). Запрещается выращивание картофеля или рассады для посадки на 20 лет. Создается защитная зона, или буферная зона, и в этих зонах разрешается выращивать только устойчивые сорта картофеля.EPPO, 2017a, 2017b). Часть участка может быть исключена из списка охраняемых культур через более короткий период (не менее 10 лет), чтобы можно было выращивать сорта товарного картофеля, устойчивые к патотипам, присутствующим на зараженном участке.EPPO, 2017a).

Для уменьшения количества или уничтожения патогена в зараженных почвах до 600-х годов было опробовано впечатляющее количество из более чем 120 различных обработок, включая применение более 1960 контролирующих агентов (Hampson, 1988). Эти обработки в большинстве случаев были безуспешными, и если они действительно удавались для уничтожения патогена, используемые средства борьбы были настолько токсичными, что делали обработанные почвы бесплодными. Было показано, что использование измельченного панциря краба подавляет заболевание бородавками на зараженных полях (Hampson & Coombes, 1995), а также сообщалось, что севооборот и совмещение картофеля с другими культурами, такими как кукуруза, уменьшают количество жизнеспособных покоящихся спор в почве (Obidiegwu et al., 2014). Исследования химических обработок были в значительной степени прекращены с 1960-х годов, поскольку было доказано, что фитосанитарные меры и использование устойчивых сортов эффективно минимизируют распространение болезни.

Хлопок (1916) выдвинули гипотезу о том, что альтернативные хозяева, которые часто встречаются на картофельных полях и на их границах, могут действовать как резервуары болезни и, таким образом, способствовать выживанию патогена при выращивании только устойчивых сортов картофеля (хлопок, 1916; Хэмпсон, 1979b). Роль альтернативных хозяев в качестве резервуаров для С. эндобиотик и их способность увеличивать продолжительность жизни патогена в полевых условиях не изучались, и рекомендуется восполнить этот пробел в знаниях. Однако было замечено, что присутствие видов, не являющихся хозяевами, Solanum шдгит, а устойчивые сорта картофеля на зараженных участках не приводят к накоплению инокулята патогенов (Baayen et al., 2005).

5.3 Распространение и отслеживание распространения патогенов

Хотя патоген обычно остается ограниченным зараженными частями полей, встречается локальное и дальнее распространение. Распространение болезни в результате деятельности человека было выявлено на раннем этапе, и считалось, что перемещение зараженного семенного картофеля, почвы и навоза вносит наибольший вклад в локальное и дальнее распространение возбудителя (Гоф, 1919). Зооспоры не играют роли в распространении на большие расстояния, так как сообщалось, что они активно мигрируют только на небольшие расстояния до 5 см (Franc, 2007). Более того, зооспоры недолговечны, что еще больше ограничивает их роль в распространении на большие расстояния. Напротив, сообщалось, что покоящиеся споры переносятся водными течениями (Weiss, 1925) и ветер (Хэмпсон, 1996; Йостинг, 1909), с учетом рассеивания на большие расстояния. Было продемонстрировано, что на полу автомобилей, фургонов и грузовиков, эксплуатируемых в Ньюфаундленде (Канада), где возбудитель широко распространен, находятся инфекционные покоящиеся споры (Hampson & Wood, 1997; Хэмпсон и др., 1996). Другая vector при транспортировке на дальние расстояния споры покоятся в незаметных бородавках, когда такие клубни используются в качестве семян или обрабатываются промышленным способом (Hampson, 1993Наконец, органические отходы после переработки необходимо дезинфицировать, прежде чем их можно будет использовать в качестве удобрения в сельском хозяйстве, садоводстве или частных садах, например, путем компостирования или пастеризации.EPPO, 2008). Несмотря на то, что эти методы доказали свою эффективность против вредителей растений, таких как нематоды картофеля, они практически не действуют на покоящиеся спорангии. С. эндобиотик (Штайнмеллер и др., 2012Кроме того, компостирование зараженного картофельного материала является частью подготовки инокулята для анализа Шпикермана.EPPO, 2004). Надежность и воспроизводимость обнаружения патогенов в материалах и почвах увеличились с описанием тестов ПЦР в реальном времени, основанных на ITS1, ITS2 и малой рибосомной субъединице 18S, которые обеспечивают повышенную чувствительность для обнаружения спор в почвах и других матрицах ( ван Гент-Пельцер и др., 2010; Smith et al., 2009). Дополнительные молекулярные анализы, которые позволили бы специфически обнаруживать жизнеспособные покоящиеся споры, еще больше расширили бы применение молекулярных методов. Раннее обнаружение патогенов в сочетании с отслеживанием и прослеживанием с использованием, например, митогеномного разнообразия позволит регулирующим органам принимать меры, основанные на оценке риска, и определять потенциальное происхождение, а также идентифицировать или исключать потенциальные источники вспышки. Эпидемиологические модели могут использоваться для оценки рисков и прогнозирования распространения патогенов в будущем для определения приоритетных регионов для фитосанитарных обследований, как это было продемонстрировано в тематическом исследовании для Республики Грузия (Andersen Onofre et al., 2021).

6 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ПАТОГЕН-ХОЗЯИН

Геномы растений и микроорганизмов, стремящихся их колонизировать, формируются в результате миллионов лет совместной эволюции (Carella et al., 2018). Модель молекулярного С. endobioticum–взаимодействие картофеля (рис. 4) можно набросать, объединив идеи, основанные на исследованиях взаимодействия с помощью световой микроскопии и электронной микроскопии (Cartwright, 1926; Кертис, 1921; Хэмпсон, 1986; Ланге и Олсон, 1978b, 1981a, 1981b, 1981c), общие сведения о взаимодействии грибковых растений и патогенов (рассмотрено в Carella et al., 2018; Ло Прести и др., 2015; Селин и др., 2016; де Вит и др., 2009) и недавние геномные исследования (van de Vossenberg et al., 2019a, 2019c).

6.1 Вторжение в хост

После освобождения от летних или покоящихся спор зооспоры С. эндобиотик должны идентифицировать и двигаться к подходящей клетке-хозяину, на которой они инцистируются до проникновения. Известно, что зооспоры фитопатогенных грибов и оомицетов направляют свое движение, реагируя на внешние раздражители (Ислам и Тахара, 2001). В своем обзоре Obidiegwu et al. (2014) упоминают исследования Эсмарха (1924–1928) о реакции С. эндобиотик зооспор к хемотаксическим раздражителям хозяина. К сожалению, нам не удалось получить дополнительную информацию о природе и эффектах этих раздражителей. Из анализа геномов патогенных хитрид С. эндобиотик  и  Батрахохитрий дендробатидисэкспансии генов, связанных с хемотаксисом, наблюдались по отношению к сапробным видам хитрид. Кроме того, было обнаружено, что гены, участвующие в сигнальном пути рецептора, связанного с G-белком, обогащены С. эндобиотик по сравнению с девятью другими видами хитрид (van de Vossenberg et al., 2019c). Связанные с мембраной рецепторы, связанные с G-белком, воспринимают сигналы окружающей среды (Xue et al., 2008), а в случае С. эндобиотик они могут участвовать в восприятии специфических сигналов, исходящих от хозяина.

При попытке инцистировать клетку-хозяин до проникновения вторгшаяся зооспора должна уклоняться и / или подавлять врожденную иммунную систему растения. Растительные мембраносвязанные рецепторы распознавания паттернов (PRR) запускают иммунную систему при распознавании консервативных патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP). Защитная реакция, вызванная PRR, называется иммунитетом, запускаемым PAMP (PTI), и приводит к химическим и физическим изменениям, которые останавливают пролиферацию патогенов. Такие реакции включают выработку активных форм кислорода, быстрые изменения в биосинтезе гормонов и укрепление клеточной стенки за счет отложения каллозы (Toruño et al., 2016). Считается, что PTI эффективен против неадаптированных микробов и обычно рассматривается как первый уровень системы защиты растений (Lo Presti et al., 2015; Ципфель, 2008). Продукты распада хитина, нерастворимого компонента клеточной стенки грибов, также присутствующего в С. эндобиотик, действуют как PAMP. Гриб должен секретировать эффекторные белки, которые либо маскируют олигомеры хитина, либо подавляют последующий иммунный ответ хозяина. У растений было идентифицировано несколько мембраносвязанных хитиновых рецепторов, все из которых содержат внеклеточные домены LysM (Kombrink et al., 2011). Сообщалось, что у грибов эффекторы LysM препятствуют связыванию с хитином и тем самым предотвращают запускаемые хитином иммунные ответы (Bolton et al., 2008). В С. эндобиотикБыло обнаружено, что белки, содержащие LysM, обогащены всеми девятью проанализированными непатогенными для растений видами хитридов (van de Vossenberg et al., 2019c). Эти LysM-содержащие белки могут иметь функцию вмешательства в запускаемый хитином иммунитет или защиту от хитиназ или действовать как токсины-киллеры для борьбы с конкурирующими грибами (Tzelepis & Karlsson, 2019).

Врожденная иммунная система растений запускается не только консервативными PAMP. Некоторые продукты деградации клеточных стенок растений классифицируются как молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMP), и могут приводить к запускаемому DAMP иммунитету (DTI) (Gust et al., 2017). Ранее у стелс-подобного патогена было обнаружено пониженное содержание фермента, разрушающего клеточную стенку (CWDE). Зимосепториоз тритичи (Гудвин и др., 2011) и биотрофный и симбиотический гриб лакария двухцветная (Martin et al., 2008). Было высказано предположение, что в этих растительно-микробных системах уменьшенный репертуар CWDE может предотвратить DTI (Choi & Klessig, 2016). По сравнению с его сапробными сестринскими видами С. микробалум, С. эндобиотик имеет сокращенный набор CWDE, и вполне вероятно, что С. эндобиотик использует скрытную стратегию, чтобы избежать обнаружения и установить свой биотрофный образ жизни (van de Vossenberg et al., 2019c).

6.2 Внутри цитоплазмы хозяина

В настоящее время неизвестно, как эффекторы достигают цитоплазмы хозяина. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, существует ли механизм поглощения, как это было описано для других патогенных грибов и оомицетов. Но после проникновения в хозяина таллом гриба может напрямую секретировать эффекторные белки в клетку-хозяин, чтобы управлять метаболизмом, что приводит к гипертрофии и гиперплазии ткани картофеля. В отличие от высококонсервативных PAMP и связанных с микробами молекулярных паттернов, эффекторы очень разнообразны, часто специализируются на конкретном хозяине и специфичны для вида или даже штамма. Считается, что сложный эффекторный репертуар фитопатогенных грибов влияет на образ жизни грибов и специализацию хозяина (Lo Presti et al., 2015). Растения реагировали на индуцированное эффекторами подавление PTI выработкой высокоспецифичных белков устойчивости (R). Эти внутриклеточные рецепторы принадлежат к надсемейству консервативных нуклеотид-связывающих и богатых лейцином повторяющихся доменов (NLR) и могут взаимодействовать непосредственно с эффекторами патогенов или косвенно, вовлекая эффекторные мишени или структурные имитаторы таких мишеней (Jones et al., 2016; Ло Прести и др., 2015После распознавания эффекторных белков соответствующими R-белками активируется второй уровень системы защиты растений, называемый эффектор-индуцированным иммунитетом (ЭИТ). Эффектами ЭИТ являются индукция генов, связанных с патогенезом, и локальная реакция гиперчувствительности (РГ), которая проявляется в виде локализованной гибели клеток в месте инфекции. Эффекторы, распознаваемые R-белками, называются авирулентными.AVR) белков. Для С. эндобиотик, до сих пор был описан только один эффектор, AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2019a), что соответствует картофелю Сен1 Р ген. Это также первый эффектор, описанный у Chytridiomycota, что показывает, что в этом подразделении устойчивость к грибам также соответствует концепции «ген за геном». Наблюдения под микроскопом показали, что зооспоры одинаково хорошо проникают в устойчивые сорта и восприимчивые растения (Cartwright, 1926), поэтому не ожидается никакой дифференциации между различными патотипами в эффекторном репертуаре, используемом для подавления запускаемого PAMP иммунитета во внеклеточной фазе. Однако при несовместимом взаимодействии (например, AvrSen1-Sen1) патоген погибает в течение нескольких часов после проникновения в организм хозяина в результате так называемого патоген-индуцированного защитного некроза (Cartwright, 1926; Карлинг, 1964). Ожидается, что эффектор AvrSen1 будет распознаваться внутриклеточно, поскольку он запускает HR при экспрессии в цитоплазме растения. Это соответствует внутриклеточной локализации предполагаемого Sen1 продукт гена, имеющий гомологию с рецепторами TNL (Prodhomme, 2020).

6.3 Эволюция эффектора

Поскольку ETI является ключевым механизмом устойчивости к бородавкам, он требует знания состава эффекторов и их распределения в организме. S endobioticum, проиллюстрированное клонированием АврСен1. Изоляты патотипа 1 (D1) определяются по их авирулентности на растениях Sen1. Это различие использовалось для идентификации АврСен1, который предположительно присутствует в изолятах патотипа 1 (D1), но (функционально) отсутствует в «более высоких патотипах» (см. Раздел 7). Пять различных вариантов AvrSen1 были обнаружены в высших патотипах, которые не могли вызывать HR у растений Sen1. Это показало, что АврСен1 мутировал несколько раз в ходе эволюции, предположительно, чтобы избежать обнаружения Sen1 (van de Vossenberg et al., 2019a). В нескольких популяциях с более высоким патотипом, которые преодолевают резистентность к Sen1, функциональная АврСен1 также был обнаружен на очень низких частотах рядом с вариантами (van de Vossenberg et al., 2019a). По-видимому, AvrSen1 поддерживается на низком уровне в популяции вирулентных грибов, что может свидетельствовать о сбалансированном отборе, в котором AvrSen1 выполняет функцию вирулентности. Однако такая предполагаемая функция вирулентности не является существенной в повторяющихся циклах размножения на Sen1 растения через летние споры (т. е. анализ Глинна-Леммерцаля), в результате чего AvrSen1 стал не обнаруживаемым в популяции. Что касается многих других грибковых эффекторов (Lo Presti et al., 2015), в AvrSen1 отсутствуют идентифицированные функциональные домены или предсказанная функция. Отсутствие сигналов ядерной, митохондриальной или хлоропластной локализации свидетельствует о цитоплазматической мишени. В канадском изоляте LEV6 патотипа 1(O6574) укороченный ген AvrSen1 экспрессируется in vivo (van de Vossenberg et al., 2019c). Функция и значение AvrSen1 во время инфекции пока неизвестны. Несмотря на то, что грибковые эффекторы часто считаются необязательными из-за функциональной избыточности, вероятно, существует компромисс между необходимостью поддерживать эффектор, поскольку он играет роль в вирулентности, и необходимостью избегать распознавания растением-хозяином (Sharpee & Дин, 2016). Могут ли укороченные белки действовать как функциональные гомологи и присутствуют ли др. функциональные гомологи в высших патотипах, это вопросы, которые еще предстоит решить.

6.4 Выведение новых устойчивых сортов картофеля

О сортах картофеля, устойчивых к болезни картофельных бородавок, сообщалось еще в 1909 г., а к 1919 г. испытания иммунитета, проведенные в Великобритании, Германии и США, привели к публикации списка из 64 сортов картофеля, устойчивых к этой болезни (Gough, 1919). Интересно, что устойчивость картофеля к бородавкам была одним из первых признаков у растений, изученных на предмет менделевского наследования (Salaman & Lesley, 1923). Классическая селекция на устойчивость началась около века назад и была очень успешной в отборе сортов, устойчивых к болезни. Использование устойчивых сортов и строгие фитосанитарные меры были настолько успешными, что селекция картофеля на устойчивость к бородавкам потеряла приоритет до открытия новых патотипов, вызывающих заболевание у ранее устойчивых сортов (Obidiegwu et al., 2015). Это нарушение резистентности отличало патотип 1 (D1) от более высоких патотипов. Можно выделить несколько источников устойчивости к бородавкам, а количественный анализ локуса устойчивости (QRL) выявил геномные области, обеспечивающие устойчивость к (комбинациям) наиболее важных патотипов на каждой хромосоме (Obidiegwu et al., 2015; Продомм и др., 2020a). В этих картографических исследованиях можно было выделить QRL с большим и малым эффектом. Поэтому была установлена ​​отдельная система именования для QRL с большим и меньшим эффектом. Основные QRL называются генами Sen (от S эндобиотик), за которым следует порядковый номер.

Назван главный ген R, ответственный за устойчивость к патотипу 1(D1). Sen1 и Hehl и др. сопоставили его с дистальным концом плеча хромосомы 11 (Hehl et al., 1999). Дальнейшее точное картирование и функциональный анализ показали, что Sen1 кодирует иммунный рецептор типа TNL (Prodhomme et al., 2020a). Sen1 ген широко распространен в гермоплазме селекции картофеля (Prodhomme et al., 2020a, 2020b) и уже присутствовал в старых сортах, таких как Pink Fir Apple (1850 г.), Champion (1876 г.) и Belle de Fontenay (1885 г.), что предполагает Sen1 присутствовал в европейском селекционном материале до первой интродукции С. эндобиотик в Европе (Prodhomme et al., 2020b). Sen1, хотя и является основным источником устойчивости к патотипу 1 (D1), не объясняет всей устойчивости к патотипу 1 (D1), присутствующей в селекционном материале картофеля. Второй независимый доминантный ген устойчивости к патотипу 1 (D1) (Сен1-4), который генетически сопоставлен с длинным плечом хромосомы 4, был идентифицирован Brugmans et al. (2006). Распространение этого гена в селекционном материале подробно не изучалось, и неизвестно, является ли он важным источником устойчивости к патотипу 1 (D1) или любому другому патотипу.

Устойчивость к высшим патотипам реже наблюдается в селекционной гермоплазме картофеля, и выявление локусов, обеспечивающих устойчивость к одному или нескольким из этих патотипов, имеет решающее значение для создания новых устойчивых сортов. Sen2 обеспечивает широкую устойчивость к патотипам 1(D1), 2(Ch1), 2(G1), 3(M1), 6(O1), 8(F1), 18(T1) и 39(P1) и был картирован на хромосома 11, удаленная приблизительно на 32 млн пн от Sen1 локус (Plich et al., 2018). Sen2 был идентифицирован в сложном диплоидном гибриде картофеля, происходящем из нескольких диких видов, и, вероятно, еще не интрогрессирован в коммерческие сорта (Prodhomme et al., 2020a). Sen3 также обеспечивает широкую устойчивость к патотипам 1(D1), 2(G1), 6(O1) и 18(T1) и находится в том же локусе, что и Sen1, на верхнем плече хромосомы 11 (Bartkiewicz et al., 2018; Обидиеву и др., 2015; Продомм и др., 2019). Этот ген в основном обнаружен в немецких и польских сортах картофеля, происходящих от клона картофеля BRA9089, предполагаемого уникального донора Sen3 в коммерческих сортах (Prodhomme et al., 2019, 2020a). Sen4 обеспечивает устойчивость к патотипам 2(G1), 6(O1) и 18(T1) и был картирован на длинном плече хромосомы 12. Sen4 в основном встречается в голландских сортах крахмала, происходящих от селекционного клона AM78-3704. Кроме того, Sen4 обнаружен в немецкой разновидности Panda, но, вероятно, из другого источника, чем голландский материал (Prodhomme et al., 2020a). В настоящее время, Sen5 очень редко встречается в селекционном материале картофеля, и до сих пор он был идентифицирован только у трех коммерческих голландских крахмальных сортов. Sen5 восходит к общему предку VE71-105 и, вероятно, был интрогрессирован в селекционную зародышевую плазму от Паслен Верней (Prodhomme и др., 2020a).

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый за последнее десятилетие в картировании локусов устойчивости к бородавчатой ​​болезни, не все локусы устойчивости, присутствующие в селекционном генофонде картофеля, удалось идентифицировать. Это касается даже сортов, относящихся к... EPPO дифференциальный набор. Например, сильная устойчивость к патотипам 2(G1), 6(O1), 8(F1) и 18(T1), наблюдаемая у сорта Белита, вероятно, происходит от дикого вида. С. Верней. Это сопротивление отличается от Sen5, так как Белита отрицательна для Sen5 маркеры. Устойчивость Белиты еще предстоит охарактеризовать генетически. Также в EPPO Устойчивость, наблюдаемая у сорта «Сафир» к патотипам 6(O1), 8(F1) и 18(T1), которая, возможно, была унаследована от селекционного клона MPI 44.1016/24, еще предстоит идентифицировать. Сообщалось и о других сортах картофеля, отрицательных по всем описанным до сих пор генам Sen, но устойчивых к одному или нескольким патотипам (Prodhomme et al., 2020a). Это указывает на то, что дополнительные источники устойчивости, уже присутствующие в коммерческом генофонде, могут быть дополнительно охарактеризованы и использованы. Интересно, что картирование QRL как с большим, так и с меньшим эффектом показало, что они совместно локализуются с кластерами рецепторов, участвующих во врожденном иммунитете (Hehl et al., 1999). Таким образом, ETI, вероятно, является основным фактором, определяющим устойчивость к бородавкам. ETI легко преодолевается, когда в патогене теряется один эффектор, и общепризнано, что стекинг нескольких рецепторов ETI в сортах сельскохозяйственных культур является обязательным для повышения устойчивости устойчивости (Luo et al., 2021).

В процессе селекции эффективной устойчивости к бородавкам в программах селекции QRL для основных и второстепенных эффектов были суммированы, что указывает на то, что это может быть требованием для эффективного контроля над патогеном (Prodhomme et al., 2020a). Разновидности только с одним R ген может проявлять неполную устойчивость, особенно к высшим патотипам, изоляты которых генетически очень сложны. Таким образом, для повышения долговечности устойчивости к бородавкам у новых сортов суммирование QRL бородавок может быть важным аспектом стратегии селекции. В таких схемах укладки использование Сен гены, которые распознают широкий спектр изолятов, предпочтительнее, чтобы уменьшить количество объединяемых локусов.

7 СИСТЕМЫ ПАТОТИПИРОВАНИЯ

В 1931 г. Köhler заявил, что патоген имеет однородный состав и различия между изолятами патогена неизвестны (Hampson, 1993). Однако в 1930-х годах было обнаружено, что устойчивые сорта картофеля из Великобритании, выращенные в Ньюфаундленде (Канада), очень восприимчивы к местному штамму вируса. С. эндобиотик (Олсен, 1961), а в последующие десятилетия стало ясно существование различных патотипов S. endobioticum. За С. эндобиотик в настоящее время известно более 40 патотипов, которые определяются как группы изолятов со сходной реакцией на набор дифференциальных сортов картофеля. После Второй мировой войны, когда европейский континент был политически разделен на восточную и западную части, для выявления новых вспышек инфекции применялись различные соглашения об именах. В Восточной Европе новые патотипы были названы в честь происхождения, где они были обнаружены, но в Западной Европе для определения новых патотипов использовались последовательные арабские числа. Как следствие, первые новые официально описанные патотипы, обнаруженные в Гиссюбеле и Зильберхютте в 1941 г., получили названия G1 и SB на востоке и 2 и 3 на западе соответственно. Баайен и др. (2006) в 2006 г. предложил гармонизировать систему наименования патотипов, которая используется до сих пор (Baayen et al., 2006). В этой системе оба соглашения об именах объединены, например, 2 (G1) для изолята патотипа 2, идентифицированного в Gießübel. В последующие годы после описания патотипов 2(G1) и 3(SB) появились новые С. эндобиотик патотипы были зарегистрированы в Германии, Польше, Чехии и Украине на основе их взаимодействия с дифференциальными панелями местных популярных устойчивых и восприимчивых сортов картофеля. Среди этих новых патотипов — немецкие патотипы 6(O1) (обнаружен у Olpe, 1952), 8(F1) (Fulda, 1954) и 18(T1) (Trannroda, 1978) (Baayen et al., 2006). Начальный С. эндобиотик патотип в настоящее время известен как патотип 1 (D1), а все изоляты, не являющиеся патотипом 1 (D1), называются высшими патотипами. Однако важно отметить, что это не означает, что более высокие патотипы произошли от патотипа 1 (D1). Патотипы 1(D1), 2(G1), 6(O1) и 18(T1) в настоящее время считаются наиболее распространенными и важными. Два последних официально описанных патотипа — это 38 (Невшехир) из Невшехира (Турция, 2009 г.) и 39 (P1) из Пекельника (Польша, 2015 г.) (Çakır et al., 2009; Пшетакиевич, 2015a). Хотя это и не было опубликовано в рецензируемом журнале, патотипы 40(BN1) и 41(P2) были зарегистрированы в Польше (анонимно, 2015) и Швеции (Бьёрклунд и Боберг, 2018).

На протяжении многих лет для определения патогенности использовались различные, локально предпочтительные сорта с различной степенью устойчивости. Лишь в начале XXI века... EPPO опубликовали согласованный дифференциальный набор сортов картофеля, который можно использовать в качестве диагностического стандарта для изолятов S. endobioticum (EPPO, 2004). В целях простоты и воспроизводимости, EPPO Набор дифференциальных функций был довольно небольшим (Баайен и др., 2006; Флэт и др., 2014). Он был выбран за его способность различать патотипы, имеющие большое сельскохозяйственное значение. Для оценки взаимодействия между хозяином и возбудителем используются два основных метода: Спикерманн (Spieckermann, 1924) и Глинн-Леммерцал (Glynne, 1925; Леммерцаль, 1930); оба основаны на инокуляции клубней картофеля. В анализе Шпикермана инокулят состоит из покоящихся спор, которые являются результатом (пара)полового цикла. Напротив, свежие бородавки, содержащие летние спорангии, которые образуются бесполым путем, используются в качестве инокулята в анализе Глинна-Леммерцаля. Недавно была описана новая процедура заражения, основанная на заражении надземных частей растений или вспомогательных почек, демонстрирующая, что гены R экспрессируются как в этиолированных подземных побегах, так и в зеленых надземных органах (van de Vossenberg et al., 2019b). Хотя методы различаются, полученные оценки в основном хорошо коррелируют, хотя иногда, по-видимому, существуют устойчивые различия (Prodhomme et al., 2020b).

7.1 Внутриизоляционное разнообразие

Изоляты S. endobioticum представляют собой сообщества, в которых сосуществуют несколько генотипов. Это верно не только для митохондриальных генотипов (рис. S1), но также и для видоспецифического секретома, кодируемого ядром, и вариантов гена AvrSen1 (van de Vossenberg et al., 2018, 2019a). Особенно поразительна вариация AvrSen1, обнаруженная в изолятах более высоких патотипов. Эти изоляты больше не распознаются Sen1 гена, что приводит к совместимому взаимодействию и пролиферации возбудителя. Тем не менее, авирулентная форма гена по-прежнему присутствует с низкой частотой в изолятах, которые были размножены на сорте картофеля Деодара, восприимчивом ко всем патотипам S. endobioticum. И наоборот, у изолятов патотипа 1(D1), несущих авирулентный ген AvrSen1, вирулентные формы гена (т.е. потеря АврСен1) присутствовали (ван де Фоссенберг и др., 2019a). Это не было прямо очевидно из данных геномной последовательности, но два размножения изолята патотипа 1(D1) на полуустойчивом сорте картофеля Эрика привели к фенотипу патотипа 6(O1) (van de Vossenberg et al., 2018). Эта повышенная вирулентность, возможно, является результатом отбора против генотипов S. endobioticum, несущих доминантный ген авирулентности. Почти полная потеря AvrSen1 у изолята, продуцирующего фенотип 6(O1), была подтверждена амплификации гена AvrSen1 с последующим секвенированием PacBio SMRT (van de Vossenberg et al., 2019a). Размножение, приводящее к наблюдаемой селективной развертке, было выполнено с помощью биоанализа Глинна-Леммерцаля, в котором зооспоры, полученные бесполым путем из свежих бородавок, используются в качестве инокулята, что позволяет предположить, что разнообразие уже присутствовало в исходном инокуляте и не требовало рекомбинации в (пара). половой цикл.

7.2 Усовершенствованная система патотипирования

Дифференциальные наборы необходимы для идентификации R гены, которые распознают генотипы в определенной популяции патогенов. Новые методы генотипирования обеспечивают превосходное разрешение структур популяций патогенов, а также новые методы генотипирования и информация о родословной сортов картофеля позволяют идентифицировать специфические гаплотипы, несущие R гены. Для облегчения внедрения сортовой устойчивости в патотипическую идентификацию и борьбу с болезнями важно установить более прозрачную связь между сортами картофеля, используемыми в дифференциальном наборе, и коммерчески используемыми сортами картофеля. Каталог С. эндобиотик Р гены в селекционном пуле картофеля, включая EPPO Дифференциальное множество было недавно описано (Prodhomme et al., 2020a).  С. эндобиотик Р оценен состав генов 141 товарного сорта картофеля и показано, что R гены Sen2, Sen4 и Sen5 не представлены в EPPO дифференциальное множество. Более того, Sen1  и  Sen3 присутствуют в нескольких комбинациях с другими неизвестными R генов (Prodhomme et al., 2020aДля повышения прогностической ценности дифференциального набора при отборе устойчивых сортов и идентификации патотипов необходимо отбирать новые сорта картофеля. EPPO дифференциальное множество, содержащее определенные отдельные комбинации R генов и включают в себя полный набор известных и развернутых Сен Р гены. Аналогичный оптимизированный дифференциальный набор для устойчивости к фитофторозу был получен с использованием комбинации молекулярных маркеров и эффекторных ответов (Zhu et al., 2015). Основным ограничением для создания надежных дифференциальных наборов для картофеля является то, что R Гены будут присутствовать в различных генетических фонах, полученных в результате классической тетраплоидной селекции. В таких разнообразных генетических фонах могут присутствовать различные гены, которые положительно влияют на спектр устойчивости, включая минорные QRL, распознающие минорные AVR белки в популяции патогена. И наоборот, другие гены могут негативно влиять на активность R ген. В идеале дифференциальный набор создается на изогенном фоне. Этого можно добиться с помощью трансформации клонированных R генов в одну разновидность (Zhu et al., 2015), или это может быть достигнуто с помощью инбредных линий (Su et al., 2020). Как ни один из Сен Р гены в настоящее время клонированы, и трудно создать инбредные линии, это, вероятно, останется концепцией в ближайшее десятилетие. Кроме того, важно установить комплекс С. эндобиотик справочный материал, представляющий генетическое разнообразие, присутствующее в разных географических точках, и дополнительно охарактеризованный на основе митохондриального гаплотипа, профиля SSR, молекулярной характеристики и профиля авирулентности.

7.3 Молекулярная классификация как средство отслеживания

Как EPPO Дифференцированный набор сортов картофеля был разработан для различения изолятов, имеющих важное сельскохозяйственное значение; разнообразие других патогенов остается необнаруженным (ван де Воссенберг и др.). 2018). Это стало еще более заметным, когда исследование европейского населения показало, что множественные С. эндобиотик произошли события внедрения, что отражено в их различных последовательностях митохондриального генома. Примечательно, что патотипы 2(G1) и 6(O1) встречаются в четко различающихся генетических фонах. Поскольку профили патотипов представляют собой фенотипы, которые могут быть общими для нескольких различных генотипов, они представляют собой по своей сути неточную систему классификации (van de Vossenberg et al., 2018). Более того, молекулярная кластеризация изолятов кажется более последовательной, поскольку аналогичная кластеризация наблюдалась для митохондриальных последовательностей, последовательностей ядерного секретома и микросателлитных локусов (Busse et al., 2017; Ганьон и др., 2016; ван де Фоссенберг и др., 2019a). Следовательно, система классификации патотипов должна основываться на большем количестве данных, чем просто на фенотипах небольшого дифференциального набора сортов картофеля. Точно так же было обнаружено, что изоляты из определенного места содержат несколько генотипов. Предполагается, что геномные исследования в сочетании с традиционным патотипированием с использованием обновленного дифференциального набора сортов картофеля позволят получить систему патотипирования, более ценную для сельскохозяйственной практики. Хотя такая функциональная система патотипирования по-прежнему требует преодоления технических ограничений, в последние годы был достигнут значительный прогресс. Например, геномная характеристика изолятов по-прежнему является сложной задачей, учитывая трудности с получением материала, достаточно чистого для секвенирования всего генома и молекулярного патотипирования. Кроме того, количество известных грибковых эффекторов, которые соответствуют генам R картофеля, все еще ограничено. В настоящее время это возможно только для АврСен1, то есть грибковый эффекторный патотип, распознаваемый Sen1 растения, приводящие к устойчивости к патотипу 1 (D1) (van de Vossenberg et al., 2019a). Это может быть расширено, когда станут доступны дополнительные эффекторы или другие функциональные детерминанты. Кроме того, усовершенствованный пангеномный подход, при котором геном разделяется на консервативные и дополнительные части, может способствовать созданию новых инструментов патотипирования. Ядро может быть использовано для исследований по отслеживанию, а вспомогательная часть может быть изучена на предмет функционального разнообразия. Несмотря на то, что все еще находится в зачаточном состоянии, растущее число геномов, которые создаются в настоящее время, может предоставить окно возможностей для такого анализа пангеномов.

8 ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

С. эндобиотик, возбудитель болезни картофеля, является важным патогеном с международным карантинным статусом, который включен в список избранных агентов Министерства сельского хозяйства США и HHS. Патоген продолжает вновь появляться как угроза производству картофеля, о чем свидетельствуют сообщения о вспышках в последние годы в различных регионах мира. Облигатный биотрофный образ жизни, особое таксономическое положение и сам карантинный статус затрудняют исследования. Тем не менее возбудитель и болезнь изучаются уже более века, и за последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в нашем понимании С. эндобиотик и взаимодействие с картофелем-хозяином. Применение геномики в значительной степени способствовало этим достижениям и позволило оценить содержание гена S. endobioticum и его филогенетическое положение, а также идентифицировать первые AVR ген. Кроме того, это открыло возможности для отслеживания вспышек патогенов с использованием молекулярных анализов или анализа последовательности. Это привело к новому пониманию разнообразия и патологии С. эндобиотик. Тем не менее, многие аспекты патогена остаются неизвестными, включая части жизненного цикла и взаимодействия патоген-хозяин. В частности, связывание информации о геноме с генетикой могло бы предоставить больше информации о наличии (пара)полового цикла у животных. С. эндобиотик и, следовательно, на возможности рекомбинации и отбора и на разнообразии внутри изолятов. Со стороны хозяина молекулярная характеристика устойчивости картофеля позволила идентифицировать области генома, в которых находятся локусы устойчивости. Дальнейшая характеристика локусов устойчивости, включая клонирование первого Сен Р гена, станет важной вехой в изучении взаимодействия на молекулярном уровне. Деятельность человека, включая транспортировку оборудования и почвы, торговлю продуктами и растительными остатками, наводнения и ветровую эрозию, являются важными средствами распространения патогена. С ростом глобального спроса на продовольствие, потребностью в циркулярном сельском хозяйстве и климатическими изменениями эти события, вероятно, увеличатся. Новые инструменты и оптимизированная борьба с болезнями, основанная на мониторинге и использовании устойчивых сортов картофеля, необходимы для борьбы с бородавчатостью картофеля в ближайшие десятилетия.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы хотели бы поблагодарить сотрудников NPPO-NL Йохана Мефферта за предоставление изображений С. эндобиотик покоящиеся споры и Sietse van der Linde за рецензирование этой рукописи перед отправкой.

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