序号于兰斯基N.V. Kokaeva Yu.T. Statsyuk 贾科夫
介绍
致病疫霉(晚疫病)是晚疫病的病原体,是马铃薯和番茄中最重要的经济疾病,在过去半个多世纪的时间里,它引起了各国研究人员的密切关注。 在XNUMX世纪中叶突然出现在欧洲,它引起了马铃薯流行病,至今仍在世人记忆中。
到现在为止,它通常被称为“爱尔兰饥饿的蘑菇”。 首次流行后近一百年,人们发现了抗晚疫病的野生墨西哥马铃薯,开发了将其与栽培马铃薯杂交的方法(Muller,1935),并获得了第一个晚疫病抗性品种(Pushkarev,1937)。 然而,在其商业化种植开始后不久,对抗性品种具有毒性的晚疫病病原体的种族就聚集了。 并且从野生墨西哥马铃薯中引入新的抗性基因进入品种开始迅速失去效力。
使用单基因(垂直)抗性的失败迫使育种者寻找利用非特异性多基因(水平)抗性的更复杂方法。 近年来,极具侵略性的种族已开始在寄生虫的个体中积累,甚至导致非特异性抗性的侵蚀。 抗杀真菌剂菌株的出现在马铃薯保护化学品的使用中引起了问题。
由于卵菌和真菌在化学组成,超微结构和新陈代谢方面存在显着差异,因此杀菌剂,特别是用于保护植物免受多种真菌病害侵害的系统性杀菌剂,对卵菌无效。
因此,在抗晚疫病的化学保护中,使用了多次(每季最多12次或更多次)喷洒具有广泛作用的接触制剂。 革命性的步骤是使用对酰胺类有毒并在植物中全身扩散的苯酰胺。 但是,它们的广泛使用很快导致抗性菌株在真菌种群中的积累(Davidse等,1981),这大大增加了植物保护的难度。 致病疫霉实际上是温带地区的唯一寄生虫,如果不使用化学保护手段,则无法消除有机农业中的危害(Van Bruggen,1995)。
以上解释了来自不同国家的研究人员对致病疫霉种群的研究,其丰度动态和遗传组成以及变异的遗传机制的高度重视。
R. INFESTANS的生命周期
Oomycete疫霉疫霉会在马铃薯叶片内部形成带有吸管的胞间菌丝体。 以叶组织为食,会导致形成黑斑,在潮湿的天气中黑斑会变黑并腐烂。 在失败之后,整个叶子都死了。 进食一段时间后,菌丝体上会长出孢子-孢子囊-通过气孔向外生长。 在潮湿的天气中,它们在叶子下面的斑点周围形成白色的花朵。 在孢子囊的末端,形成了柠檬形的动物孢子囊,该孢子囊破裂并被雨水带走(图1)。 落在马铃薯叶表面的水滴中,孢子囊萌发了6-8个游动孢子,经过一段时间的运动后,被倒圆,用壳覆盖,并用发芽管萌发。 芽苗通过气孔进入叶片组织。 在某些条件下,孢子囊可以在生长管中直接生长到叶片组织中。 在有利的条件下,从感染到形成新孢子的时间仅为3-4天。
孢子囊一旦进入地面并通过土壤过滤,便能够感染块茎。 在储存期间受严重影响的块茎腐烂; 在受影响较弱的地区,感染可能会持续到下一个季节。 此外,晚疫病的病原体可以在冬季以卵菌(厚壁的静止性孢子)形式存在于植物残渣和番茄种子上的土壤中。 当不同交配类型的菌株遇到过多的水分时,在活的植物器官上会形成孢子。 在春季,无性孢子形成在种植的受感染块茎和带有卵孢子的植物残渣上;游动孢子进入土壤并引起植物下部叶片的感染。 在某些情况下,菌丝体可以从被感染的块茎沿着植物的绿色部分生长,通常出现在茎的上部。
卵菌类和大多数真菌之间的显着差异在于其生命周期中双相期的优势,即配子减数分裂和合子(卵孢子)发芽而没有还原性核裂变。 该特征加上偶极异性恋替代双性恋,似乎有可能将卵白细胞应用于研究高级真核生物种群的方法(全混虫症的分析和种群细分,种群内和种群间的基因流动等)。 但是,在研究感染疫病菌种群时,三个因素不允许完全转移这些方法。
1.与杂交卵子一起,在种群中形成了自生卵和孤雌卵(Fife和Shaw,1992; Anikina等,1997a; Savenkova,Cherepnikoba-Anirina,2002; Smirnov,2003),其形成的频率可能足以影响在测试结果上。
2.感染致病疫霉的有性过程对种群大小的动态影响不大,因为真菌主要通过营养孢子繁殖,占传统方法在营养培养基上交配类型分析结果的90%以上。 ... 生长季节是几代无性孢子形成(多环疾病的发展)。 在没有绿色植物的时期(冬季)以及在幼苗的初次感染中,卵孢子在生物体的保存中起着重要作用。 然后,在夏季,发生克隆繁殖,并且由于有性重组而导致单个克隆数目的增加或相反的减少,这主要是由选择更适应的人决定的。 因此,附生开始和结束时种群中单个克隆的比例可以完全不同。
3.所描述的周期是其家乡中美洲的致病疫霉原生种群的特征。 在世界其他地区,性过程长达100多年才为人所知;被感染的马铃薯块茎中的营养菌丝体处于越冬阶段。 生命周期是完全混乱的,并且传播是自然界的焦点:单个被感染的块茎的感染传播到叶片,形成了该病的主要病灶,可以与该病的大规模发展合并。
因此,在某些地区,性和无性循环可能会交替,而在其他地区,只有性循环。
P. INFESTANS的起源
P. infestans于1991世纪上半叶出现在欧洲。 由于马铃薯原产于南美东北部,因此可以认为,该寄生虫是在智利硝石繁荣时期从那里带到欧洲的。 但是,在墨西哥托卢卡山谷洛克菲勒中心马铃薯站进行的研究迫使重新考虑这种观点(Niederhauser,1993,XNUMX)。
1.在托卢卡河谷,当地块茎马铃薯种(Solanum demissum,S。bulbocastanum等)具有不同的垂直抗性基因集和高水平的非特异性抗性基因,这表明与该寄生虫长期共进化。 包括农作物马铃薯在内的南美物种缺乏抗性基因。
2.在托卢卡河谷中,发现了交配类型为A1和A2的分离株,因此,致病疫霉的杂种很普遍。 而在栽培马铃薯的家乡,在南美,寄生虫会无性繁殖。
3.在托卢卡河谷,每年都有晚疫病的严重流行。 因此,在北美研究人员(康奈尔大学)中,建立了关于中美洲(中美洲)作为马铃薯疫霉菌的发源地的观点(Goodwin等,1994)。
南美研究人员不同意这一观点。 他们认为,栽培马铃薯及其寄生的致病疫霉具有共同的家园-南美安第斯山脉。 他们通过分子研究来分析线粒体基因组(mtDNA)的DNA多态性以及核基因RAS和β-微管蛋白来支持他们的观点(Gomez-Alpizar等,2007)。 他们表明,从世界不同地区收集的毒株来自南美安第斯山脉中发现的三个不同的祖先系(全部三个)。 安第斯单体型是两系的后代:最早的mtDNA谱系的分离株是在厄瓜多尔Anarrhicomenum部分的野生茄科中发现的,而第二系的分离株则常见于马铃薯,西红柿和野生茄属植物中。 在托卢卡(Toluca)中,即使罕见的单倍型也仅来自一个谱系,而托卢卡(Toluca)菌株的遗传变异性(某些可变位点的等位基因频率较低)表明由于最近的漂移而产生了强大的奠基者效应。
此外,在安第斯山脉发现了一个新的安第斯物种,在形态和遗传上均与疫情对虾相似,据作者称,安第斯山脉是疫霉属物种形成的热点。 最后,在欧洲和美国,P。Infestans种群包括两个安第斯血统,而在托卢卡只有一个。
该出版物引起了来自不同国家的一组研究人员的回应,他们做了很多实验性工作以修改先前进行的研究(Goss等,2014)。 在这项工作中,首先,更多信息性的微卫星DNA序列被用于研究DNA多态性。 其次,用于分析聚类,迁移路径,人口的时间差异等。 使用了更高级的模型(F统计量,贝叶斯近似等),第三,不仅与安第斯物种安第斯树种进行了比较,在安第斯树种中,安第斯树还具有杂种性(致病疫霉x疫霉属)。而且还有墨西哥特有种P. mirabilis,P。Ipomoeae和Phytophthora phaseoli,它们在同一进化枝中包括遗传上接近的P. infestans(Kroon等人,2012)。 这些分析的结果明确表明,除杂种P. andina外,本研究中所有疫霉属种的系统发育树的根部均属于墨西哥菌株,其迁移方向为墨西哥-安第斯山脉,反之亦然,其始端与欧洲一致。新世界的殖民化(300-600年前)。 因此,专攻马铃薯的致病疫霉菌的出现发生在茄科块茎形成的次生遗传中心,即马铃薯。 在中美洲。
P. INFESTANS的基因组
2009年,一个国际科学家团队对完整的P infestans基因组进行了测序(Haas等,2009),其大小为240 MB。 这是引起大豆根腐病的紧密相关的大豆疫霉(95 Mb)和拉莫鲁姆霉(65 Mb)的数倍,影响了橡树,山毛榉等珍贵树种。 获得的数据表明,基因组包含大量重复序列的副本-74%。 基因组包含17797个蛋白质编码基因,其中大部分是涉及细胞过程的基因,包括DNA复制,蛋白质的转录和翻译。
疫霉属(Phytophthora)属的基因组比较表明,该基因组具有不寻常的组织,由保守基因序列块组成,其中基因密度相对较高,重复序列的含量相对较低,单个区域具有非保守基因序列,基因密度较低,重复区域含量较高。 保守区占所有疫霉菌蛋白编码基因的70%(12440)。 在保守区中,基因通常紧密间隔,平均基因间距离为604 bp。 在保守区之间的区域,由于重复元件密度的增加,基因间距离更大(3700 bp)。 快速发展的效应子分泌基因位于基因贫乏地区。
致病疫霉基因组的序列分析表明,基因组的大约三分之一属于转座因子。 致病疫霉的基因组比其他已知基因组包含更多不同的转座子家族。 致病疫霉的大多数转座子都属于吉普赛家族。
在致病疫霉的基因组中已经鉴定出许多与发病有关的特定基因家族。 它们的很大一部分编码效应蛋白,该蛋白改变宿主植物的生理并促进其感染。 它们分为两大类:在细胞间空间(质外体)中起作用的质外体效应子,以及通过haustoria进入细胞的胞质效应子。 质外体效应子包括破坏植物细胞的分泌的水解酶,例如蛋白酶,脂肪酶和糖基化酶。 宿主植物防御酶的抑制剂;坏死性毒素,如Nep1样蛋白(NPLs)和Pcf样小的富含半胱氨酸的小蛋白(SCRs)。
致病疫霉的效应子基因很多,通常比非致病性基因大。 最著名的是胞质效应器RXLR和Crinkler(CNR)。 卵菌的典型胞质效应子是RXLR蛋白。 迄今为止发现的所有RXLR效应子基因均包含氨基末端基团Arg-XLeu-Arg,其中X是氨基酸。 研究结果表明,在致病疫霉的基因组中有563个RXLR基因,比大豆疫霉和ramorum的多60%。 致病疫霉基因组中的RXLR基因中大约有一半是物种特异性的。 RXLR效应器具有多种序列。 其中,确定了一个大家庭和150个小家庭。 与主要蛋白质组不同,RXLR效应子基因通常位于基因组的基因贫乏和重复富集区域。 确定这些区域活力的可移动元件促进了这些基因的重组。
细胞质CRN效应物最初在编码植物组织坏死肽的致病疫霉转录物中鉴定。 自发现以来,对这些效应子的家族知之甚少。 对P. Infestans基因组的分析显示,有一个庞大的196个CRN基因家族,比大豆假单胞菌(100 CRN)和拉美假单胞菌(19 CRN)大得多。 像RXLRs一样,CRNs是模块蛋白,由高度保守的N端LFLAK结构域(50个氨基酸)和包含不同基因的相邻DWL结构域组成。 大多数CRN(60%)具有信号肽。
已经研究了各种CRN破坏宿主植物细胞过程的可能性。 在植物坏死分析中,CRN2蛋白的去除使鉴定由234个氨基酸组成的C端区域(位置173-407,DXG域)成为可能,并导致细胞死亡。 对致病疫霉CRN基因的分析揭示了四个不同的C末端区域,它们也导致植物内的细胞死亡。 这些包括新鉴定的DC域(P. Infestans具有18个基因和49个假基因),以及与蛋白激酶相似的D2(14和43)和DBF(2和1)域。 植物中表达的CRN结构域蛋白在植物细胞中是保守的(在没有信号肽的情况下),并通过细胞内机制刺激细胞死亡。 包含CRN域的另外255个序列很可能不充当基因。
RXLR和CRN效应基因家族的数量和大小的增加大概是由于非等位基因同源重组和基因重复。 尽管基因组包含大量的活性移动元件,但仍然没有直接证据证明效应基因的转移。
人口结构研究中使用的方法
群体遗传结构的研究目前基于对组成菌株的纯培养物的分析。 还针对特定目的进行了不分离纯培养物的种群分析,例如,研究种群的攻击性或其中存在对杀菌剂有抗性的菌株(Filippov等,2004; Derevyagina等,1999)。 这种类型的研究涉及使用特殊方法,其描述超出了本文的范围。 对于菌株的比较分析,基于对DNA结构的分析和对表型表现的研究,使用了许多方法。 群体的比较分析必须处理大量的分离株,这对所用方法提出了某些要求。 理想情况下,它们应满足以下要求(Cooke,Lees,2004; Mueller,Wolfenbarger,1999):
-价格便宜,易于实施,不需要大量的时间花费,并且基于普遍可用的技术(例如PCR);
-必须生成足够数量的独立共性标记特征;
-具有高再现性;
-使用最少量的组织进行检查;
-特定于底物(培养物中存在的污染不应影响结果);
-不需要使用危险的程序和剧毒化学品。
不幸的是,没有与上述所有参数相对应的方法。 为了比较研究当前的菌株,基于表型特征的分析方法:对马铃薯和番茄品种(马铃薯和番茄小种)的毒力,交配类型,肽酶同工酶和葡萄糖-6-磷酸异构酶的光谱以及对DNA结构的分析:长度多态性限制性片段(RFLP),通常补充有杂交探针RG 57,微卫星重复序列分析(SSR和InterSSR),随机引物(RAPD)扩增,限制性片段(AFLP)扩增,与移动元件序列同源的引物扩增(例如Inter SINE PCR),测定线粒体DNA单倍型。
对与致病疫霉一起使用的菌株进行比较研究的方法的简要说明
表型标记性状
“马铃薯”比赛
“马铃薯”种族是一种普遍研究和使用的标记。 “简单马铃薯”种族具有一种马铃薯毒力基因,“复杂”基因具有至少两个基因。 Black等人(1953)总结了他们可获得的所有数据后发现,疫霉菌种能够用与致病疫霉毒力基因相对应的抗性基因感染植物,并发现了感染植物的1、2、3和4种。分别具有基因R1,R2,R3和R4,即寄生虫与宿主之间的相互作用是根据基因原理进行的。 此外,布莱克(Black)在Gallegly和Malcolmson的参与下发现了抗性基因R5,R6,R7,R8,R9,R10和R11以及相应的种族(Black,1954; Black&Gallegly,1957; Malcolmson&Black,1966; Malcolmson,1970)。
关于来自不同地区的病原体的种族组成,有大量数据。 在不详细分析这些数据的情况下,我们将仅显示一个总体趋势:使用具有新抗性基因或其组合的品种时,起初晚疫病有所减弱,但随后出现并选择了具有相应毒力基因的种族并恢复了晚疫病暴发。 在引入具有这些基因的品种的栽培之前,在收集的收集物中很少观察到针对前四个抗性基因(R4-R1)的特异毒力,但是当病原体被携带这些基因的品种寄生时,有毒菌株的数量急剧增加。 另一方面,基因4-5在收藏中很常见(Shaw,11)。
在1980年代后期对生长季节中不同种族的比率进行的研究表明,在疾病发展的开始,具有低攻击性和1-2个毒力基因的克隆在种群中占主导地位。
此外,随着晚疫病的发展,原始克隆的浓度降低,具有高攻击性的“复杂”族的数目增加。 到本季末,后者的发生率达到100%。 当储存块茎时,侵略性和单个毒力基因的损失会降低。 克隆替换的动力学可以以不同的方式发生在不同的品种中(Rybakova&Dyakov,1990)。 然而,我们在2000年至2010年的研究表明,从附生植物的最开始就发现了从马铃薯和西红柿分离出的菌株中的复杂种族。 这可能是由于俄罗斯疫霉菌种群的变化所致。
到1988-1995年,在不同区域中具有全部或几乎所有毒力基因的“超级种族”的发生率达到70-100%。 例如,白俄罗斯,列宁格勒和莫斯科地区,北奥塞梯和德国都注意到了这种情况(Ivanyuk等,2002a,2002b; Polityko,1994; Schober-Butin等,1995)。
“番茄”竞赛
在番茄品种中,仅发现了2种抗晚疫病基因-Ph1(Gallegly&Marvell,1955)和Ph2(Al-Kherb,1988)。 与马铃薯小种的情况一样,番茄和致病疫霉之间的相互作用是逐基因进行的。 T0种族感染没有抗性基因的品种(大多数工业用品种),T1种族感染带有Ph1基因(渥太华)的品种,T2种族感染带有Ph2基因的品种。
在俄罗斯,几乎只在土豆上发现了T0。 T0在本赛季开始时盛行于番茄,但后来被T1比赛取代(Dyakov等,1975,1994)。 2000年之后,许多植物的马铃薯中的T1在附生开始时就开始出现。 在美国,马铃薯菌株对番茄以及T0,T1和T2小种均无致病性,而T1和T2对番茄则无害(Vartanian&Endo,1985; Goodwin等,1995)。
配合类型
为了进行研究,需要使用已知交配类型-A1和A2的测试者(参考)菌株。 在燕麦琼脂培养基的陪替氏培养皿中成对接种测试分离株。 温育10天后,检查平板在菌株接触区的培养基中是否存在卵孢子。 有4个选项:菌株属于A1交配类型(如果它与A2测试仪形成卵形,则属于A2,如果它与A1测试仪形成卵形,如果与两个测试仪均形成卵形,则属于A1A2,或者如果不形成卵形孢子,则属于无菌(00)没有测试者(后两组很少)。
为了更快速地确定交配类型,尝试鉴定与交配类型相关的基因组区域,目的是将其进一步用于通过PCR确定交配类型。 美国研究人员进行了第一个成功的鉴定该位点的实验(Judelson等,1995)。 使用RAPD方法,他们能够鉴定两个交叉分离株的后代中与交配类型相关的W16区域,并设计了一对24 bp引物进行扩增(W16-1(5'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-3')和W16-2(5' -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-3')在用限制酶HaeIII限制PCR产物后,可以分离出具有配对类型A1和A2的分离株。
韩国研究人员进行了另一项获得PCR标记以确定交配类型的尝试(Kim,Lee,2002)。 他们使用AFLP方法识别了特定产品。 结果,开发了一对引物PHYB-1(正向)(5'-GATCGGATTAGTCAGACGAG-3')和PHYB-2(5'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-3'),从而允许选择性扩增与A2交配类型相关的基因组区域。 随后,他们继续这项工作并设计了引物5'AAGCTATACTGGGACAGGGT-3'(INF-1,正向)和5'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-3'(INF-2),从而可以选择性扩增具有交配型菌株的Mat-A1区特征A1。 当研究捷克共和国(Mazakova等人,2006),突尼斯(Jmour,Hamada,2006)和其他地区的疫霉菌种群时,使用交配类型的PCR诊断方法显示了良好的结果。 在我们的实验室(Mytsa,Elansky,未出版)中,分析了从俄罗斯不同地区(Kostroma,梁赞,阿斯特拉罕和莫斯科地区)的患病马铃薯和番茄器官中分离出的34种疫霉菌。 使用超过90%的特异性引物进行PCR分析的结果与通过传统方法在营养培养基上进行交配类型的分析结果相吻合。
表1. Sib 1克隆内的抗性变异性(Elansky等,2001)
样品收集地点 | 分析的分离物数量 | 敏感(S),弱抗性(SR)和抗性(R)菌株的数量,pcs(%) | ||
S | SR | R | ||
符拉迪沃斯托克(G. Vladivostok) | 10 | 1(10) | 4(40) | 5(50) |
赤塔 | 5 | 0 | 0 | 5(100) |
伊尔库茨克 | 9 | 9(100) | 0 | 0 |
G.克拉斯诺亚尔斯克 | 13 | 12(92) | 1(8) | 0 |
叶卡捷琳堡市 | 15 | 8(53) | 1(7) | 6(40) |
萨哈林 | 66 | 0 | 0 | 66(100) |
鄂木斯克州 | 18 | 0 | 0 | 18(100) |
甲霜灵抗性作为种群标记
在1980年代初,在各个地区都发现了由抗甲霜灵的致病疫霉引起的晚疫病暴发。 许多国家的马铃薯农场遭受了重大损失(Dowley&O'Sullivan,1981; Davidse等,1983; Derevyagina,1991)。 从那以后,在世界上许多国家,已经持续监测了感染致病疫霉菌种群中对苯甲酰胺耐药菌株的发生情况。 除了实际评估使用含苯酰胺的药物的前景,建立保护措施体系和预测附生植物外,对这些药物的耐药性已成为广泛用于对该病原体种群进行比较分析的标志性特征之一。 但是,在比较人群研究中使用甲霜灵抗药性时应考虑到以下事实:1-尚未准确确定抗药性的遗传基础,2-甲霜灵抗药性是选择性依赖的性状,可随苯酰胺的使用而改变,3-不同在一个克隆系中对甲霜灵菌株的敏感性程度(表1)。
同工酶谱
同工酶标记通常独立于外部条件,表现出孟德尔遗传并具有共性,从而可以区分纯合子和杂合子。 蛋白质作为基因标志物的使用使得既可以鉴定遗传物质的大重组,包括染色体和基因组突变,也可以鉴定单个氨基酸替代。
蛋白质的电泳研究表明,大多数酶以几种电泳迁移率不同的形式存在于生物体中。 这些部分是通过不同的基因座(同工酶或同工酶)或同一基因座的不同等位基因(同工酶或同工酶)编码多种形式的酶的结果。 即,同工酶是一种酶的不同形式。 不同的形式具有相同的催化活性,但在肽和电荷中的单个氨基酸取代方面略有不同。 在电泳过程中会发现这种差异。
在感染致病疫霉菌株的研究中,使用了两种蛋白质的肽酶和6磷酸葡萄糖异构酶的同工酶谱(该酶在俄罗斯人群中是单态的,因此,本研究未介绍其研究方法)。 为了在电场中将它们分离为同功酶,将从研究的生物体中分离出的蛋白质制剂应用于置于电场中的凝胶板上。 单个蛋白质在凝胶中的扩散速率取决于电荷和分子量;因此,在电场中,蛋白质混合物被分离成独立的部分,可以使用特殊的染料将其可视化。
肽酶同工酶的研究是在醋酸纤维素,淀粉或聚丙烯酰胺凝胶上进行的。 最方便的方法是使用Helena Laboratories Inc.制造的醋酸纤维素凝胶的方法。 它不需要大量的测试材料,它允许人们在电泳后为两个酶基因座在凝胶上获得对比带,其实施不需要大量的时间和材料成本(图2)。
将一小块菌丝体转移到1,5 ml微管中,向其中加入1-2滴蒸馏水。 之后,将样品均质化(例如,使用带有适用于微管的塑料附件的电钻),并在25 rpm的离心机上沉淀13000秒。 每个微管8μl。 将上清液转移至涂药板。
从缓冲容器中取出醋酸纤维素凝胶,将其吸干在两张滤纸之间,并将工作层向上放置在涂抹器的塑料底座上。 来自板的溶液通过施加器转移2-4次到凝胶上。 凝胶转移到电泳室,
表2.用于在肽酶同工酶分析中对醋酸纤维素凝胶染色的溶液组成,将一滴油漆(溴酚蓝)放在凝胶的边缘。
TRIS HCl,0,05M,pH 8,0 2毫升
过氧化物酶1000 U / ml 5滴
邻二苯胺啶,4毫克/毫升8滴
氯化镁,2毫克/毫升20滴
Gly-Leu,15毫克/毫升10滴
L-氨基酸氧化酶,20 u / ml 2滴
电泳进行20分钟。 在200 V下进行电泳。将凝胶转移到喷漆台上,并用特殊的喷漆溶液染色(表2)。 将10 ml 1,6%DIFCO琼脂在微波炉中初步融化,冷却至60°C,然后将2 ml琼脂与涂料混合物混合并倒入凝胶中。 条纹会在15-20分钟内出现。 在将溶液与熔融琼脂混合之前,立即添加L-氨基酸氧化酶试剂。
在俄罗斯人群中,Pep 1位点由100/100和92/100基因型表示。 纯合子92/92极为罕见(约0,1%)。 Rehr 2基因座由三种基因型100 / 100、100 / 112和112/112代表,并且所有3个变体都很常见(Elanky和Smirnov,2003,图2)。
基因组研究
限制性片段长度多态性及随后的杂交(RFLP-RG 57)
总DNA用Eco R1限制酶处理,DNA片段通过琼脂糖凝胶电泳分离。 核DNA非常大且具有许多重复序列;因此,很难直接分析通过限制酶作用获得的众多片段。 因此,在凝胶中分离的DNA片段被转移到特殊的膜上并用于与RG 57探针杂交,该探针包括用放射性或荧光标记物标记的核苷酸。 该探针与重复的基因组序列杂交(Goodwin等,1992,Forbes等,1998)。 可视化在轻或放射性物质上的杂交结果后,获得了多位点杂交图谱(指纹图谱),由25-29个片段表示(Forbes等,1998)。 无性(无性)后代将具有相同的特征。 通过电泳条带的排列,可以判断所比较生物的相似性和差异。
线粒体DNA单倍型
在大多数真核细胞中,mtDNA以双链环状DNA分子的形式存在,与真核细胞的核染色体不同,它是半保守复制的,并且与蛋白质分子无关。
对致病疫霉的线粒体基因组进行了测序,许多工作致力于限制性片段长度的分析(Carter等,1990; Goodwin,1991; Gavino,Fry,2002)。 在Griffith和Shaw(1998)开发出一种简单,快速的mtDNA单倍型测定方法后,该标记成为P.Infestans研究中最受欢迎的标记之一,该方法的实质是用引物F2-R2和F4-R4顺序扩增两个线粒体DNA片段(来自共同基因组)。 F3-R1(表1)及其随后的限制酶MspI(第一个片段)和EcoR2(第二个片段)的限制。 该方法允许您识别4个单倍型:Ia,IIa,Ib,IIb。 II型与I型的不同之处在于1881 bp插入片段的存在以及P2和P4区域中限制性酶切位点的不同位置(图3)。
自1996年以来,在俄罗斯境内收集的毒株中,仅注意到单倍型Ia和IIa(Elansky等人,2001,2015)。 可以在电场中用F2-R2引物分离限制性酶切产物后鉴定它们(图4、5)。 mtDNA类型用于菌株和种群的比较分析。 在许多工作中,线粒体DNA的类型被用于分离克隆系,并通入致病疫霉菌分离株(Botez等,2007; Shein等,2009)。 使用PCR-RFLP方法,得出的结论是,在相同的致病疫霉中,mtDNA是异质的(Elansky和Milyutina,2007)。 放大条件:1x(500秒94°C),40x(30秒90°C,30秒52°C,90秒72°C); 1x(5分钟。72°C)。 反应混合物:(20μl):0,2 U Taq DNA聚合酶,1x 2,5 mM MgCl2-Taq缓冲液,每个0,2 mM dNTP,30 pM引物和5 ng分析的DNA,去离子水-最多20μl。
PCR产物的限制在4℃的温度下进行6-37小时。 限制性混合物(20μl):10x MspI(2μl),10x限制性缓冲液(2μl),去离子水(6μl),PCR产物(10μl)。
表3.用于扩增mtDNA多态性区域的引物
轨迹 | 底漆 | 引物长度和位置 | PCR产物长度 | 限制酶 |
---|---|---|---|---|
P2 | F2:5'-TTCCCTTTGTCCTCTACCGAT | 21; 13619-13639 | 1070 | MspI |
R2:5'- TTACGGCGGTTTAGCACATACA | 22; 14688-14667 | |||
P4 | F4:5'-TGGTCATCCAGAGGTTTATGTT | 22; 9329-9350 | 964 | 生态研究所 |
R4:5-CCGATACCGATACCAGCACCAA | 22; 10292-10271 |
随机引物扩增(RAPD)
进行RAPD时,使用一种引物(有时同时使用多个引物),具有任意核苷酸序列,通常为10个核苷酸长,且GC核苷酸含量高(占50%),退火温度低(约35°C)。 这样的引物“落在”基因组的许多互补位点上。 扩增后,获得大量扩增子。 它们的数量取决于所使用的引物和反应条件(MgCl2浓度和退火温度)。
通过在聚丙烯酰胺或琼脂糖凝胶中蒸馏进行扩增子的可视化。 在进行RAPD分析时,有必要仔细监测被分析物质的纯度,因为其他生物物体的污染会导致工件数量的显着增加,在分析纯净材料时,数量非常多(Perez等,1998)。 该方法在研究致病疫霉的基因组中的应用反映在许多著作中(Judelson,Roberts,1999; Ghimire等,2002; Carlisle等,2001)。 反应条件和引物的选择(研究了51个10个核苷酸的引物)在Abu-El Samen等人,(2003)的文章中给出。
微卫星重复分析(SSR)
微卫星重复序列(简单序列重复序列,SSR)是串联重复存在于所有真核生物核基因组中的1-3个(有时多达6个)核苷酸的短序列。 连续重复的数量可以在10到100之间变化。微卫星基因座以相当高的频率出现,或多或少均匀地分布在整个基因组中(Lagercrantz等,1993)。 微卫星序列的多态性与基本基序重复次数的差异有关。 微卫星标记具有共性,因此可以将其用于分析种群结构,确定亲属关系,基因型迁移路径等。 这些标记的其他优点中,应注意其高多态性,良好的可重复性,中性以及执行自动分析和评估的能力。微卫星重复序列的多态性分析是通过PCR扩增进行的,该引物使用了与微卫星基因座侧翼独特序列互补的引物。 最初,在聚丙烯酰胺凝胶上分离反应产物进行分析。 后来,Applied Biosystems公司的员工提议使用荧光标记的引物,先使用自动激光检测器(Diehl等,1990),然后使用标准的自动DNA测序仪(Ziegle等,1992)来检测反应产物。 用各种荧光染料标记引物可以在一个泳道上一次分析多个标记,因此可以显着提高方法的生产率并提高分析的准确性。
第一批致力于利用SSR分析研究疫霉菌的出版物出现在2000年代初。 (Knapova,吉斯,2002)。 并非所有作者提出的标记都显示出足够的多态性,但是,Lees等人(4年)提出的11个SSR标记中包括了其中的两个(12B和G2006),随后被Eucablight研究网络采用(www.eucablight (.org)作为感染晚疫病的标准。 几年后,发表了一项研究,该研究基于八种SSR标记创建了一种对疫病菌DNA进行多重分析的系统(Li等,2010)。 最后,在评估了所有先前提出的标记并选择了最有信息的标记,并优化了引物,荧光标记和扩增条件后,同一组作者提出了一种用于一步多元分析的系统,包括12个标记(表4; Li等。 ,2013a)。 选择该系统中使用的引物,并用四个荧光标记(FAM,VIC,NED,PET)之一标记,以使具有相同标记的引物的等位基因大小范围不重叠。
作者使用QIAGEN多重PCR试剂盒或QIAGEN Typeit微卫星PCR试剂盒在PTC200放大器(美国MJ Research)上进行了分析。 反应混合物的体积为12.5μL。 扩增条件如下:对于QIAGEN多重PCR:95°C(15分钟),30x(95°C(20秒),58°C(90秒),72°C(60秒),72°C(20分钟);对于QIAGEN Type-it微卫星PCR: 95°C(5分钟),28x(95°C(30秒),58°C(90秒),72°C(20秒),60°C(30分钟)。
使用ABI3730自动毛细管DNA分析仪(Applied Biosystems)进行PCR产物的分离和可视化。
表4.用于致病疫霉的基因分型的12种标准SSR标记的特征(Li等,2013a)
名称 | 等位基因数 | 尺寸范围 等位基因(bp) | 底漆 |
猪11 | 13 | 130-180 | F:NED-TGCTATTTATCAAGCGTGGG R:GTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Pi02 | 4 | 255-275 | F:NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R:GTTTGACCACTTTCCTCGGTTC |
PinfSSR11 | 4 | 325-360 | F:NED-TTAAGCCACGACATGAGCTG R:GTTTAGACAATTGTTTTGTGGTCGC |
D13 | 16 | 100-185 | F:FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R:GCTCGAATTCATTTTACAGACTTG |
PinfSSR8 | 4 | 250-275 | F:FAM-AATCTGATCGCAACTGAGGG R:GTTTACAAGATACACACGTCGCTCC |
PinfSSR4 | 7 | 280-305 | F:FAM-TCTTGTTCGAGTATGCGACG R:GTTTCACTTCGGGAGAAAGGCTTC |
Pi04 | 4 | 160-175 | F:VIC-AGCGGCTTACCGATGG R:GTTTCAGCGGCTGTTTCGAC |
Pi70 | 3 | 185-205 | F:VIC-ATGAAAATACGTCAATGCTCG R:CGTTGGATATTTCTATTTCTTCG |
PinfSSR6 | 3 | 230-250 | F:GTTTTGGTGGGGCTGAAGTTTT R:VIC-TCGCCACAAGATTTATTCCG |
Pi63 | 3 | 265-280 | F:VIC-ATGACGAAGATGAAAGTGAGG R:CGTATTTTCCTGTTTATCTAACACC |
PinfSSR2 | 3 | 165-180 | F:PET-CGACTTCTACATCAACCGGC R:GTTTGCTTGGACTGCGTCTTTAGC |
Pi4B | 5 | 200-295 | F:PET-AAAATAAAGCCTTTGGTTCA R:GCAAGCGAGGTTTGTAGATT |
可视化分析结果的示例如图6所示。 3.7.使用GeneMapper 1软件,通过将获得的数据与已知分离株的数据进行比较,对结果进行了分析。 为了便于分析结果的解释,每个研究应包括2-XNUMX个具有已知基因型的参考分离株。
该提议的研究方法在大量现场样本上进行了测试,之后作者对两个组织的实验室-英国詹姆斯·赫顿研究所(英国)和瓦赫宁根大学与研究(荷兰)之间的协议进行了标准化,并简化了使用标准FTA卡的可能性感染致病疫霉DNA样品的收集和运输,使得有可能谈论这种开发的商业用途。 此外,使用多重SSR分析的快速准确的分枝杆菌病原菌分型方法使得在全球范围内对该病原体种群进行标准化研究成为可能,并在Eucablight项目(www.eucablight.org)的框架内建立了晚疫病世界数据库,包括包括微卫星分析的结果,使得追踪全球新基因型的出现和传播成为可能。
扩增的限制性片段长度多态性(AFLP)。 AFLP(扩增的片段长度多态性)是一种使用特定引物生成随机分子标记的技术。 在AFLP中,DNA用两种限制酶结合处理。 将特定的衔接子连接至限制片段的粘性末端。
然后使用与衔接子序列和限制性位点互补的引物扩增这些片段,并在其3'末端另外带有一个或多个随机碱基。 所获得的片段集取决于限制性内切酶和在引物的3'端随机选择的核苷酸(Vos等,1995)。 AFLP-基因分型用于快速研究各种生物的遗传变异。
Mueller,Wolfenbarger,1999,Savelkoul et al。,1999的工作中对该方法进行了详细说明。中国研究人员已经完成了许多比较AFLP和SSR方法分辨率的工作。 研究了在华北五个地区收集到的48个P. infestans分离株的表型和基因型特征。 与未发现多样性的SSR基因型相比,AFLP谱揭示了八种不同的DNA基因型(Guo等,2008)。
用与活动元件序列同源的引物进行扩增
从反转录转座子序列衍生的标记对于遗传作图,遗传多样性和进化过程的研究非常方便(Schulman,2006)。 如果制备引物以补充某些可移动元件的稳定序列,则可以扩增位于它们之间的基因组区域。 在晚疫病的致病因素研究中,成功地使用了一种与SINE(短穿插式核元件)Retropazone核心序列互补的引物来扩增基因组部分的方法(Lavrova和Elansky,2003)。 使用这种方法,即使在一个分离株的无性后代中也发现了差异。 就这一点而言,可以得出结论:SINE间PCR方法具有高度特异性,而疫霉菌基因组中SINE元素的移动速率也很高。
在致病疫霉的基因组中,已鉴定出12个短逆转录转座子(SINE)家族。 研究了短逆转录转座子的物种分布,鉴定了仅在致病疫霉中发现的元素(SINE)(Lavrova,2004)。
菌株比较研究方法在人群研究中的应用特点
计划研究时,必须清楚地了解其追求的目标并使用适当的方法。 因此,某些方法可以生成大量独立的标记特征,但同时具有较低的重现性,并且在很大程度上取决于所用试剂,反应条件和所研究材料的污染。 因此,在一组菌株的每次研究中,有必要使用几种标准(参考)菌株,但即使在这种情况下,也很难将几种实验的结果结合起来。
这组方法包括RAPD,AFLP,InterSSR,InterSINE PCR。 扩增后,获得了大量不同大小的DNA片段。 如果有必要在密切相关的菌株(亲本,后代,野生型突变体等)之间建立差异,或者在需要对小样本进行详细分析的情况下,建议使用此类技术。 因此,AFLP方法被广泛用于致病疫霉的遗传作图(van der Lee等,1997)和种群内研究(Knapova,Gisi,2002; Cooke等,2003; Flier等,2003)。 在创建菌株数据库时,此类方法不适合使用,因为在不同的实验室进行分析时,实际上不可能统一结果的核算。
尽管看似简单且执行速度快(DNA分离没有良好的纯化,扩增,结果可视化),但这组方法仍需要使用一种特殊的方法来记录结果:在带有标记(放射性或发光)引物的聚丙烯酰胺凝胶中蒸馏,然后暴露于光或放射性物质中。 传统的溴化乙锭琼脂糖凝胶成像通常不适用于这些方法,因为大量不同大小的DNA片段可以融合。
相反,其他方法允许以极高的可重复性生成少量特征。 该小组包括研究线粒体DNA单倍型(在俄罗斯仅注意到两个单倍型Ia和IIa),交配型(大多数分离物分为两种类型:A2和A1,很少发现自育性SF)和肽酶同工酶谱(两个基因座Pep2和Pep1 ,每个由两个同工酶组成)和2-磷酸葡萄糖异构酶(在俄罗斯,该特性没有变异,尽管在世界其他国家/地区也发现了明显的多态性)。 建议在分析馆藏,编译区域和全球数据库时使用这些功能。 在分析线粒体DNA的同工酶和单倍型的情况下,可能完全不需要标准菌株,而在交配类型分析中,需要两个已知交配类型的测试分离株。
反应条件和试剂只能影响电泳图中产物的对比度;在这些类型的研究中不太可能出现伪影。
目前,俄罗斯欧洲部分的大多数人口都以两种交配菌株为代表(表6),其中有线粒体DNA的Ia和IIa型分离株(1993年之后在俄罗斯尚未发现其他类型的mtDNA)。 肽酶同工酶的谱由Pep1位点的两个基因型(100 / 100、92 / 92和杂合子92/100,而92/92基因型非常罕见(<0,3%))表示,由Pep 2位点的两个基因型(100/100)表示,112/112和杂合子100/112,其中基因型112/112的发生频率低于100/100,但也很常见。
6年以后(1993-US克隆的消失),葡萄糖-1-磷酸异构酶的同工酶谱没有变化;所有研究菌株均具有100/100基因型(Elansky和Smirnov,2002)。
第三组方法使得有可能获得足够一组具有高再现性的独立标记物字符。 今天,该组包括RFLP-RG57探针,该探针可产生25-29个不同大小的DNA片段。 在分析样本和编译数据库时,都可以使用RFLP-RG57。 但是,这种方法比以前的方法昂贵得多,费时,并且需要足够数量的高度纯化的DNA。 因此,研究人员被迫限制被测材料的体积。
RFLP-RG57在上世纪90年代初期的发展极大地加强了对晚疫病致病菌的研究。 它成为基于“克隆线”的选择和分析的方法的基础(请参见下文)。 与RFLP-RG57一起使用的是交配类型,DNA指纹图谱(RFLP-RG57方法),肽酶和6磷酸葡萄糖异构酶同工酶谱以及线粒体DNA类型,以鉴定克隆系。 多亏了他,他等人在1994年证明了这一点,用新人替代了旧人的种群(Drenth等人,1993; Sujkowski等人,1994; Goodwin等人,1995a),并且确定了在世界许多国家盛行的克隆世系。 使用这种方法对俄罗斯菌株进行的研究表明,欧洲部分菌株具有很高的基因型多态性,俄罗斯亚洲和远东地区的种群具有单态性(Elansky等,2001)。 现在,这种方法仍然是感染晚疫病菌的主要研究方法。 但是,由于其较高的成本和执行过程中的劳动强度,阻碍了它的广泛分布。
在感染晚疫病研究中很少使用的另一种有前途的技术是微卫星重复(SSR)分析。 目前,该方法被广泛用于分离克隆系。 对于菌株的分析,表型标记性状如马铃薯品种的毒力基因的存在(Avdey,1995; Ivanyuk等,2002; Ulanova等,2003)和番茄被广泛使用(并继续使用)。 到目前为止,由于绝大多数分离物中出现了最大数量(或接近数量)的毒力基因,马铃薯品种的毒力基因已失去其作为种群研究的标记性状的价值。 同时,携带相应Ph1基因的番茄品种的T1毒力基因仍被成功用作标记性状(Lavrova等,2003; Ulanova等,2003)。
在许多作品中,对杀菌剂的抗性被用作标志性状。 由于在田间施用含甲霜灵(或甲霜灵)的杀真菌剂后,克隆系中很容易出现抗药性突变,因此该特性在种群研究中不受欢迎。 例如,在Sib1克隆系中显示出抗性水平的显着差异(Elansky等,2001)。
因此,交配型,肽酶同工酶谱,线粒体DNA型,RFLP-RG57,SSR是用于在数据库中创建数据库和标记菌株的首选标记特征。 为了比较有限的样本,如果有必要使用最大数量的标记功能,则可以使用AFLP,RAPD,InterSSR,SINE间PCR(表5)。 但是,应记住,这些方法的重现性很差,在每个单独的实验(扩增电泳循环)中,有必要使用几种参考分离物。
表5.不同菌株研究方法的比较 P.Infestans
标准 | TC | Isofer警察 | 脱氧核糖核酸 | RFLP-RG57 | RAPD | 固态继电器 | SSR | 空军基地 | 启 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
信息量 | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
重现性 | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
文物的可能性 | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
成本 | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
劳动强度 | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
分析速度** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
注意:H-低,C-中,B-高; НС*-使用琼脂糖凝胶或自动时劳动强度低
基因型鉴定仪,中等-通过在聚丙烯酰胺凝胶中用标记的引物蒸馏,
**-不计算用于分离DNA的菌丝体生长所花费的时间。
人口结构
克隆系
在没有重组或其对种群结构的微不足道的贡献的情况下,种群由一定数量的克隆组成,它们之间的遗传交换极为罕见。
在这类人群中,研究单个基因的频率而不是研究具有共同起源(克隆系或克隆谱系)且仅在点突变上有所不同的基因型的频率更有意义。 自从上世纪57年代初RFLP-RG90方法问世以来,晚疫病病原体的种群研究和克隆系分析已大大加快。 与RFLP-RG57一起使用的是交配类型,肽酶和6-磷酸葡萄糖异构酶同工酶谱以及线粒体DNA类型,以鉴定克隆系。 表6显示了最常见的克隆系的特征。
克隆US-1一直统治着世界各地的人口,直到80年代末,此后它开始被其他克隆所取代,并从欧洲和北美消失了。 现在在非洲的远东地区(菲律宾,台湾,中国,日本,韩国,Koh等人,1994,Mosa等人,1993),非洲(乌干达,肯尼亚,卢旺达,Goodwin等人,1994,Vega-Sanchez等人)发现了它。等人,2000; Ochwo等人,2002)和南美(厄瓜多尔,巴西,秘鲁,福布斯等人,1997; Goodwin等人,1994)。 仅在澳大利亚没有发现属于US-1品系的菌株。 显然,致病疫霉的分离株是另一波移民潮来到澳大利亚的(Goodwin,1997)。
克隆US-6在70年代末从墨西哥北部迁移到加利福尼亚,并在32年无病后在马铃薯和西红柿中引起流行。 由于它的高侵略性,它取代了US-1克隆并开始在美国西海岸占主导地位(Goodwin等,1995a)。
基因型US-7和US-8于1992年在美国发现,1994年已经在美国和加拿大广泛分布。 在一个田间季节中,克隆US-8能够几乎完全取代克隆US-1在最初以相同浓度感染了两个克隆的马铃薯田中(Miller and Johnson,2000)。
BC-1至BC-4克隆已在不列颠哥伦比亚省的Goodwin等人,1995b)的少量分离物中鉴定出来。 克隆US-11在美国广泛传播,并在台湾取代US-1。 JP-1和EC-1克隆以及US-1克隆分别在日本和厄瓜多尔很常见(Koh等,1994; Forbes等,1997)。
SIB-1是在俄罗斯从莫斯科地区到萨哈林岛的广阔领土上盛行的克隆。 在莫斯科地区,它于1993年被发现,一些田间种群主要由该克隆系的菌株组成,对甲霜灵具有高度抗性。 1993年之后,该克隆的患病率显着下降。 在1997年至1998年的乌拉尔山脉以外,除哈巴罗夫斯克地区(在当地广泛分布有SIB-1克隆)外,随处可见SIB-2。 不同交配类型的克隆在空间上的分离排除了西伯利亚和远东地区的有性繁殖过程。 与西伯利亚相比,在莫斯科地区,人口众多。 几乎每个分离株都有独特的多基因座基因型(Elansky等,2001,2015)。 这种多样性不能仅用进口种子材料从世界不同地区进口真菌菌株来解释。 由于两种交配都在种群中发生,因此其多样性也可能是由于重组造成的。 因此,在不列颠哥伦比亚省,由于克隆BC-2和US-3的杂交,推测基因型BC-4,BC-1和BC-6的出现(Goodwin等,1995b)。 在莫斯科人群中可能会发现杂种菌株。 例如,PEP基因座的杂合株MO-4,MO-8和MO-11可以是具有A12配对类型且PEP基因座的一个等位基因是纯合的菌株MO-21,MO-22,MO-2之间的杂种。 MO-8,具有A1交配类型,并且对于该基因座的另一个等位基因是纯合的。 而且如果是这种情况,并且在现代感染无疫杆菌中有增加性过程作用的趋势,那么多基因座克隆分析的信息价值将下降(Elansky et al。,2001,2015)。
克隆系的变异
直到90世纪20年代,无性系US-1才在世界范围内普及。 大多数田间和地区人口仅由具有US-1基因型的菌株组成。 但是,还观察到分离株之间的差异,很可能是由突变过程引起的。 核DNA和线粒体DNA均发生突变,并且除其他因素外,还影响了对苯酰胺药物的抗药性水平和毒力基因的数量。 在原始基因型名称之后的点后的其他数字表示通过突变与原始基因型不同的品系(例如,US-1.1克隆品系的US-1突变体品系)。 指纹图谱US-1.5和US-1.6包含大小不同的辅助线(Goodwin等,1995a,1995b); 克隆系US-6.3在一条附属系中也与US-6不同(Goodwin,1997,表7)。
在研究线粒体DNA时,发现在克隆系US-1中仅发现1b型线粒体DNA(Carter等人,1990)。 但是,在秘鲁和菲律宾的这种克隆谱系的菌株研究中,发现存在插入和缺失的情况下,线粒体DNA类型不同于1b的分离株(Goodwin,1991,Koh等,1994)。
表6.一些P. infestans克隆系的多基因座基因型
名称 | 配合类型 | 同工酶 | DNA指纹 | MtDNA类型 | |
GPI | PEP | ||||
美国1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011 + 24 | Ib |
美国2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011 + 24 | - |
美国3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011 + 24 | - |
美国4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011 + 24 | - |
美国5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011 + 24 | - |
美国6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011 + 24 | 乙 |
美国7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011 + 24 | Ia |
美国8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011 + 24 | Ia |
美国9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
美国10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
美国11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011 + 24 | 乙 |
美国12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | - |
美国14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011 + 24 | - |
美国15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ia |
美国16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011 + 24 | - |
美国17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011 + 24 | - |
美国18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ia |
美国19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011 + 24 | a |
SIB-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 + 24 | a |
SIB-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 + 24 | a |
SIB-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011 + 24 | a |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 + 24 | a |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011 + 24 | a |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011 + 24 | a |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011 + 24 | a |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 + 24 | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011 + 24 | a |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011 + 24 | a |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | a |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011 + 24 | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011 + 24 | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 + 24 | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011 + 22 | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011 + 23 | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011 + 24 | a |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011 + 24 | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011 + 24 | a |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | a |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | a |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | a |
注意:*-无数据。
表7.多基因座基因型及其突变株
名称 | 配合类型 | | DNA指纹(RG57) | 笔记 | |
GPI | PEP-1 | ||||
美国1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | 原始基因型1 |
美国1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | PEP突变 |
美国1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | RG57中的突变 |
美国1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | RG57中的突变 |
美国1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | RG57和PEP中的突变 |
美国1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | RG57中的突变 |
美国6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | 原始基因型2 |
美国6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | PEP突变 |
美国6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | RG57中的突变 |
美国6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | RG57中的突变 |
美国6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | RG57和PEP中的突变 |
美国6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | RG57中的突变 |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | 原始基因型3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | RG57中的突变 |
同工酶谱也有变化。 通常,它们是由最初对该酶杂合的生物体分解为纯合的生物体引起的。 在1993年,我们在番茄果实上鉴定了一种具有US-1特征的菌株:RG57指纹图谱,线粒体DNA类型和葡萄糖-86-磷酸异构酶的100/6基因型,但第一个肽酶基因座是纯合的(100/100),而不是该克隆系典型的92/100杂合子。 我们命名了该菌株MO-17的基因型(表6)。 突变株US-1.1和US-1.4在第一肽酶基因座处的突变也与US-1不同(表7)。
导致马铃薯和番茄品种毒力基因数量改变的突变是很普遍的。 在荷兰(Drenth等,1),秘鲁(Goodwin等,1994a),波兰(Sujkowski等,1995),北美北部(Goodwin等,, 1991)的种群的克隆系US-1995中被发现。 (7年)。 在加拿大和美国的克隆品系US-8和US-1995中,马铃薯毒力基因的数量也有差异(Goodwin等,1a),在俄罗斯亚洲部分的SIB-2001品系中也有差异(Elansky等,XNUMX)。 )。
在单克隆田间种群中鉴定出对苯酰胺类药物的抗药性差异很大的分离株,所有这些菌株均属于克隆系Sib-1(Elansky等,2001,表1)。 几乎所有克隆品系US-1都对甲霜灵高度敏感;但是,在菲律宾(Koh等,1994)和爱尔兰(Goodwin等,1996)分离出该品系的高抗性分离株。
致病疫霉的现代种群
中美洲(墨西哥)
墨西哥的疫病菌种群与其他世界种群明显不同,这主要是由于其历史地位。 对该种群和疫霉属(Phytophthora)进化枝相关致病菌物种以及茄属(Solanum)属的本地物种的大量研究得出的结论是,病原体在墨西哥中部的进化与宿主植物的进化同时发生,并且与有性重组有关(Grünwald,Flier ,2005)。 两种交配都以相同的比例出现在种群中,并且在土壤中的卵孢子存在于马铃薯和与野生相关的茄属植物的马铃薯和块茎上,这证实了种群中存在性过程(Fernández-Pavía等,2002)。 托卢卡河谷及其周围环境(病原体的推测起源中心)的最新研究证实了致病疫霉的本地种群具有高遗传多样性(在134个样本中有176个多基因座基因型),并且在该地区存在着几个不同的亚群(Wang等人,2017)。 造成这种分化的因素包括墨西哥中部高地的亚群空间分布,在山谷和山区使用的栽培条件和马铃薯品种的差异以及存在可以作为替代寄主的马铃薯块茎(Fry et al。 (2009年)。
但是,应该指出的是,墨西哥北部的疫病菌种群在本质上更具有克隆性,与北美种群更相似,这可能表明这些是新的基因型(Fry等人,2009)。
北美
北美感染致病菌的种群一直具有非常简单的结构,其克隆特性在使用微卫星分析之前就已经建立。 直到1987年,US-1克隆系在美国和加拿大占主导地位(Goodwin等,1995)。 70年代中期,当基于甲霜灵的杀真菌剂出现时,该克隆开始被从墨西哥迁移过来的其他更具抗性的基因型所取代(Goodwin等,1998)。 到90年代末。 在美国,US-8基因型完全取代了US-1基因型,成为马铃薯上的优势克隆系(Fry等,2009; Fry等,2015)。 番茄的情况有所不同,番茄经常包含多个克隆系,其组成每年都在变化(Fry等,2009)。
2009年,美国爆发了一场晚疫病大规模流行,原因是西红柿。 这种大流行的一个特征是在美国东北部的许多地方几乎同时发作,并且与大花园中心大量感染番茄幼苗的销售有关(Fry等人,2013)。 庄稼损失巨大。 对受影响样品的微卫星分析表明,该大流行菌株属于克隆系US-22 A2型交配。 2009年,该基因型在美国感染不动杆菌中的比例达到80%(Fry等人,2013)。 在随后的几年中,侵略性基因型US-23(主要在番茄上)和US-24(在马铃薯上)的比例稳步增加,但是,在2011年之后,US-24的检出频率显着下降,目前约占90%。美国以US-23基因型为代表(Fry等人,2015)。
在加拿大,就像在美国一样,在90年代末。 优势基因型US-1被US-8取代,其优势地位一直保持到2008年。 在加拿大,有严重的晚疫病流行与出售受感染的番茄幼苗有关,但它们是由基因型US-2009和US-2010引起的(Kalischuk等人,23)。 这些基因型在地理上的明显区别是显着的:US-8主导了加拿大的西部省份(2012%),而US-23主导了东部省份(68%)。 在随后的几年中,US-8传播到东部地区;但是,总体上,在该国出现US-83和US-23基因型的背景下,其在人口中的份额略有下降(Peters等,22)。 迄今为止,US-24在整个加拿大都保持着主导地位。 US-2014位于不列颠哥伦比亚省,而US-23和US-8位于安大略省(Peters,23)。
因此,北美疫霉的种群主要是克隆系。 在过去的40年中,检测到的克隆基因型数量已达到24种。尽管人口中存在两种交配菌株,但由于性重组而出现新基因型的可能性仍然很低。 然而,在过去的20年中,已经记录了几例短暂的重组群体出现的情况(Gavino等,2000; Danies等,2014; Peters等,2014),在一种情况下,杂交的结果是基因型US-11。 ,这在北美已经根深蒂固了很多年(Gavino等,2000)。 直到2009年,人口结构的变化与新的,更具侵略性的基因型的出现有关,这些基因型随后又迁移了先前占主导地位的前任。 2009-2010年发生了什么在美国和加拿大,附生植物首次表明,在全球化时代,该病的暴发与出售受感染的种植材料时新基因型的活跃传播有关。
南美洲
直到最近,对南美感染疫病菌的研究还没有进行常规或大规模的研究。 众所周知,这些种群的结构非常简单,每个国家包括1-5个克隆世系(Forbes等,1998)。 因此,到1998年,基因型US-1(巴西,智利)BR-1(巴西,玻利维亚,乌拉圭,巴拉圭),EC-1(厄瓜多尔,哥伦比亚,秘鲁和委内瑞拉),AR-1,AR -2,AR-3,AR-4和AR-5(阿根廷),PE-3和PE-7(秘鲁南部)。 A2型交配存在于巴西,玻利维亚和阿根廷,在喀喀湖地区的玻利维亚-秘鲁边界外未发现,其后EC-1 A1基因型在安第斯山脉占主导地位。 在西红柿上,US-1仍然是整个南美地区的主要基因型。
这种情况在2000年代或多或少一直存在。 重要的一点是在安第斯山脉北部的马铃薯野生近缘亲缘种(S. brevifolium和S.tetrapetalum)上发现了一种新的A2型EC-2克隆系(Oliva等,2010)。 系统发育研究表明,该品系与致病疫霉并不完全相同,尽管与之密切相关,因此,建议将其与从安第斯山脉生长的番茄S.ceceum分离得到的另一种品系EC-3一起考虑,一个新的物种叫做P. andina; 然而,该物种的状态(一个独立的物种或病虫害的杂种,还有一些尚不清楚的系)的状态仍不清楚(Delgado等,2013)。
当前,南美感染疫霉菌的所有种群都是克隆的。 尽管存在两种类型的交配,但尚未鉴定出重组种群。 在番茄上,US-1基因型无处不在,显然是由本地菌株取代了马铃薯,确切的起源尚不清楚。 在巴西,玻利维亚和乌拉圭,存在BR-1基因型。 在秘鲁,除了US-1和EC-1,还有其他几种本地基因型。 在安第斯山脉,优势地位被克隆系EC-1保留,其与最近发现的P. andina的关系仍然未知。 2003-2013年期间唯一的“不稳定”地方。 人口发生了重大变化,成为了智利(Acuña等,2012),2004-2005年。 病原体种群的特征在于对甲霜灵的抗性和新的线粒体DNA单倍型(Ia代替了以前的Ib)。 2006至2011 在人口中,基因型21(根据SSR)占主导地位,其份额达到90%,此后棕榈变为基因型20,其在未来两年内的发生频率保持在约67%(Acuña,2015)。
欧洲
在欧洲的历史上,至少有两次波日疫病菌从北美迁徙的浪潮是在1世纪。 (HERB-1)和70世纪初(US-1)。 含甲霜灵的杀菌剂在XNUMX年代无处不在。 导致优势基因型US-XNUMX的置换并被新的基因型替代。 结果,在西欧的大多数国家中,病原体的种群主要由几种克隆系代表。
使用微卫星分析法对病原体种群进行分析可以揭示2005-2008年在西欧发生的严重变化,2005年在英国发现了一种新的克隆系,称为13_A2(或“ Blue 13”),其特征是A2交配类型,具有很高的侵略性和对苯甲酰胺的抗性(Shaw等人,2007)。 2004年在荷兰和法国北部收集的样本中发现了相同的基因型,这表明它是从欧洲大陆迁移到英国的,可能是用种土豆迁移的(Cooke等,2007)。 对该克隆系代表基因组的研究表明其序列具有高度的多态性(到2016年,其亚克隆变异数达到340个),并且基因表达水平的显着程度变异,包括植物感染期间的效应子基因(Cooke等人,2012; Cooke,2017)。 这些特征以及生物营养期的持续时间增加,可能会导致13_A2的侵略性增强,甚至感染抗晚疫病的马铃薯品种。
在接下来的几年中,该基因型在西北欧洲国家(英国,爱尔兰,法国,比利时,荷兰,德国)迅速传播,同时取代了以前占优势的基因型1_A1、2_A1、8_A1(Montarry等,2010; Gisi等。 ,2011; Van den Bosch等人,2011;库克,2015;库克,2017)。 根据网站www.euroblight.net的数据,在这些国家的人口中13_A2的比例达到60-80%甚至更高; 在东欧和南欧的一些国家也记录了这种基因型的存在。 但是,在2009-2012年。 13_A2在大不列颠和法国失去了统治地位,屈服于6_A1品系(爱尔兰为8_A1),在荷兰和比利时则部分被基因型1_A1、6_A1和33_A2取代(Cooke等人,2012; Cooke,2017; Stellingwerf,2017)。
迄今为止,西欧感染致病菌的约70%是单克隆的。 根据网站www.euroblight.net的数据,在西北欧洲国家(英国,法国,
荷兰,比利时)的比例大致相同,分别为13_A2和6_A1,后者实际上不在指定区域之外(爱尔兰除外),但已经至少有58个亚克隆(Cooke,2017年)。 在德国,变异13_A2的数量非常可观,在中欧和南欧国家也偶尔发现。 基因型1_A1占比利时人口的很大一部分,部分是荷兰和法国。 基因型8_A1在欧洲人口中稳定在3-6%的水平,爱尔兰除外,它保持领先地位并分为两个亚克隆(Stellingwerf,2017)。 最后,在2016年,注意到36-2年首次记录的新基因型37_A2和2013_A2014的出现频率增加; 迄今为止,这些基因型存在于荷兰和比利时,部分存在于法国和德国以及英国南部(Cooke,2017)。 每年约有20-30%的西欧人口具有独特的基因型。
与西欧不同,到13_A2基因型出现时,北欧(瑞典,挪威,丹麦,芬兰)的人口并不以克隆系为代表,而是以大量独特的基因型代表(Brurberg等,
2011)。 在西欧的13_A2活跃传播时期,直到2011年才在北欧北部发现这种基因型,当时它首先在北日德兰半岛(丹麦)被发现,那里主要生产工业马铃薯品种,并积极使用含甲霜灵的玉米。杀菌剂(Nielsen et al。,2014)。 根据www.euroblight.net的数据,13年在挪威和丹麦的数个样本中以及2年在挪威的数个样本中也检测到了2014_A2016基因型。 此外,2013年,芬兰发现了少量的6_A1基因型。 征服斯堪的纳维亚半岛的13_A2和其他克隆系失败的主要原因被认为是该地区与西欧国家的气候差异。
夏季凉爽和冬季寒冷不仅促进了卵菌丝的生长,而且促进了营养菌丝体的存活(Sjöholm等,2013),冬季的土壤冻结(通常在西欧较温暖的国家不发生这种情况)也有助于卵孢子的萌发和种植同步化。马铃薯,增强了它们作为原发感染源的作用(Brurberg等,2011)。 还应注意,在北部条件下,由卵子引起的感染的发展超过了结节性感染的发展,这最终阻止了更具侵略性但后来发展的克隆系的统治(Yuen,2012)。 在东欧国家(波兰,波罗的海诸州)中,对疫病菌进行研究最多的种群结构与斯堪的纳维亚半岛非常相似。
两种交配类型也都存在于此,通过SSR分析确定的绝大多数基因型是独特的(Chmielarz等,2014; Runno-Paurson等,2016)。 像在北欧一样,克隆系(主要是13_A2基因型)的分布实际上并不影响病原体的本地种群,在没有明显的显性系的情况下,病原体保持了较高的多样性。
在商业化马铃薯品种的田间偶尔观察到13_A2的存在。 在俄罗斯,情况正在以类似的方式发展。 2008-2011年收集的致病疫霉菌的微卫星分析在俄罗斯欧洲部分的10个不同区域中,显示出高度的基因型多样性,并且完全缺乏与欧洲克隆系的重合(Statsyuk等,2014)。 几年后,一项对2013-2014年在列宁格勒地区采集的致病疫霉样本的研究表明,它们与先前研究中鉴定的该地区的基因型之间存在显着差异。 在两项研究中均未发现西欧基因型(Beketova等,2014; Kuznetsova等,2016)。
东欧疫霉菌种群的高度遗传多样性以及其中缺乏优势克隆系可能与多种原因有关。 首先,与北欧一样,所考虑的国家的气候条件也导致卵孢子的形成是主要的感染源(Ulanova等,2010; Chmielarz等,2014)。 其次,这些国家生产的马铃薯中有很大一部分是在小型私人农场上种植的,这些农场通常被森林或其他阻碍传染物质自由流动的障碍所包围(Chmielarz等,2014)。 通常,在这种条件下种植的马铃薯实际上不经过化学处理,品种的选择基于其晚疫病抗性,即抗性。 对甲霜灵的侵略性和抗药性没有选择压力,剥夺了抗性基因型(例如13_A2)优于其他基因型的优势(Chmielarz等人,2014)。 最后,由于土地面积小,他们的所有者通常不进行作物轮作,在同一地方多年种植马铃薯,这有助于遗传多样性接种物的积累(Runno-Paurson等人,2016; Elansky,2015; Elansky等人。 。,2015)。
亚洲
直到最近,对亚洲疫霉菌的种群结构仍知之甚少。 已知它主要由克隆系代表,并且性重组对新基因型出现的影响很小。 因此,例如在1997-1998年。 在俄罗斯的亚洲部分(西伯利亚和远东地区),病原体种群仅以三种基因型为代表,其中SIB-1基因型占优势(Elansky等,2001)。 在中国,日本,韩国,菲律宾和台湾等国家已经显示出克隆病原体系的存在(Koh等,1994; Chen等,2009)。 1年代末-90年代初,无性系US-2000在亚洲大部分地区占主导地位。 几乎所有地方都开始被其他基因型所取代,而其他基因型又被新的基因型所取代。 在大多数情况下,亚洲国家人口结构和组成的变化与新基因型从外部的迁徙有关。 因此,在日本,除了JP-3基因型,在US-1之后出现的所有其他日本基因型(JP-1,JP-2,JP-3)或多或少地具有被证明的外部起源(Akino等,2011)。 ... 在中国,目前有三个主要的病原体种群,地理区域清晰; 这些人群之间没有基因流或基因流非常弱(Guo等,2010; Li等,2013b)。 基因型13_A2分别于2005-2007年和2012-1014年在中国南部省份(云南和四川)出现。 在该国的东北部也可见到(Li等,2013b)。 在印度,13_A2大概与中国同时出现,最有可能是受感染的种薯(Chowdappa等,2015),以及2009-2010年。 在该国南部的番茄上造成了严重的晚疫病附生病,然后蔓延至马铃薯,并在2014年在西孟加拉邦爆发了晚疫病,导致许多当地农民破产和自杀(Fry,2016)。
非洲
直到2008-2010 尚未对非洲国家的致病疫霉进行系统的研究。 目前,非洲疫霉菌的非洲种群可分为两类,这种分化显然与从欧洲进口种薯的事实有关。
在积极从欧洲进口种薯的北非,A2交配类型在几乎所有地区都得到广泛代表,这为通过性重组而出现新基因型提供了理论上的可能性(Corbière等人,2010; Rekad等人,2017)。 此外,在阿尔及利亚,注意到基因型13_A2、2_A1和23_A1的存在,其中第一个显着占优势,并且独特基因型的比例逐渐减少以完全消失(Rekad et al。,2017)。 与该地区其他地区相反,在突尼斯(该国东北部除外),病原体种群主要由A1交配类型代表(Harbaoui等人,2014)。
克隆系NA-01在这里占主导地位。 通常,克隆系在人群中的比例仅为43%。 在东部和南部非洲,种子进口量几乎很少(Fry et al。,2009),疫病疫霉仅由两个克隆的A1型品系US-1和KE-1代表,后者积极地将前者取代在马铃薯上( Pule等人,2012; Njoroge等人,2016)。 迄今为止,这两种基因型均具有大量的亚克隆变异。
澳大利亚
在澳大利亚,关于马铃薯晚疫病的第一份报告可追溯到1907年,第一批附生病大概是在夏季的大雨造成的,发生于1909-1911年。 (Drenth等,2002)。 但总的来说,晚疫病对该国没有重大的经济意义。 由提供高湿度的天气条件引起的晚疫病偶发性爆发每隔5-7年发生一次的频率不高,并且主要分布在塔斯马尼亚州北部和维多利亚州中部。 鉴于上述情况,实际上缺少专门研究澳大利亚感染性致病菌结构的出版物。 最新的可用信息是从1998-2000。 (Drenth等,2002)。 这组作者说,维多利亚州的人口是美国-1.3的无性系,这间接证实了该基因型从美国的迁徙。 塔斯马尼亚标本被归类为AU-3,与当时世界其他地区的基因型不同。
俄罗斯晚疫病发展的特征
在欧洲,感染是由有病的种子块茎,在土壤中越冬的卵孢子以及去年田间从过冬的块茎生长的植物(“志愿”植物)或被淘汰的风吹来的风引起的游动孢子虫引起的。存放块茎的书签。 其中,生长在废弃块茎堆上的植物被认为是最危险的感染源。 在那儿,发芽的块茎的数量通常很可观,并且可以长距离携带孢子囊。 其余来源(卵子,“志愿”植物)并不那么危险,因为通常不习惯每隔3-4年在同一田间种植一次植物。 由于良好的种子质量控制系统,患病种子块茎的感染也极少。
通常,欧洲人口的接种量是有限的,因此流行病的增长相当缓慢,并且可以使用化学杀真菌制剂成功控制。 欧洲条件下的主要任务是在受感染植物中的游动孢子虫大规模扩散开始的阶段,抗击感染。
在俄罗斯,情况截然不同。 大部分马铃薯和番茄作物都在小型私人花园中种植。 要么根本不采取保护措施,要么进行的杀菌处理数量不足,并且要在顶部出现晚疫病之后才开始。 结果,私人菜园成为主要的感染源,风中的游动孢子虫被带到商业种植园。 我们在莫斯科,布良斯克,科斯特罗马和梁赞地区的直接观察证实了这一点:甚至在开始对商业种植进行杀真菌剂处理之前,就已经观察到私人花园中的植物遭到破坏。 随后,大面积流行病被杀真菌剂的使用所限制,而在私家花园中,晚疫病迅速发展。
在对商业种植进行不当或“预算”处理的情况下,晚疫病灶也出现在田间。 后来他们积极发展,覆盖范围越来越大(Elansky,2015年)。 私家花园中的感染对商业领域的流行病具有重大影响。 在俄罗斯所有马铃薯种植区中,私人花园中土豆所占的面积比大型生产者的田地总面积大数倍。 在这种环境下,私人菜园可被视为商业领域的全球接种物资源。 让我们尝试确定那些私家花园中菌株基因型特征的特性。
对商品马铃薯,从可疑的外国生产商那里获得的番茄种子进行非种子和检疫控制,在同一地区长期种植马铃薯和西红柿,不适当的杀真菌剂处理或完全不使用会导致私营部门的严重附生,结果是免费的私家花园中的杂交,杂交和卵孢子的形成。 结果,当几乎每个菌株的基因型都是独特的时,观察到了病原体的非常高的基因型多样性(Elansky等,2001,2015)。 种植具有各种遗传起源的种薯使得专门针对特定品种的克隆系不太可能出现。 在这种情况下选择的菌株以其相对于受影响品种的多功能性而著称,其中大多数具有接近最大毒力基因的数量。 这与农业企业大领域典型的“克隆株系”系统有很大不同,“克隆株系”系统已正确安装了防止晚疫病的系统。 “克隆系”(当田间所有晚疫病病原菌株均以一种或多种基因型表示时)在仅由大型农场进行马铃薯种植的国家中无处不在:美国,荷兰,丹麦等。在英格兰,爱尔兰,波兰,传统上也有家庭地块马铃薯种植,私家花园也有更高的基因型多样性。 在20世纪末,“无性系”在俄罗斯的亚洲和远东地区很普遍(Elansky等,2001),这显然是由于使用了专门用于种植的相同品种的马铃薯。 最近,这些地区的情况也开始朝着人口基因型多样性增加的方向变化。
缺乏使用杀真菌剂的强化治疗的另一个直接后果是,花园中没有抗药性菌株的积累。 实际上,我们的结果表明,在私人花园中发现抗甲霜灵的菌株的频率明显低于在商业种植中。
私人花园中典型的马铃薯和番茄种植非常接近,有利于这些作物之间的菌株迁移,因此,在最近十年中,从马铃薯中分离出的菌株中,携带对樱桃番茄品种(T1)具有抗性的基因的菌株的比例(以前仅具有番茄“菌株。 在大多数情况下,带有T1基因的菌株对土豆和西红柿都具有高度的侵害性。
近年来,在许多情况下,晚疫病开始早于马铃薯。 番茄幼苗可能会受到土壤中的卵孢子或存在于番茄种子中或粘附在它们上的卵孢子的侵害(Rubin等,2001)。 在过去的15年中,大量廉价的包装种子(主要是进口的)已经出现在商店中,并且大多数小型生产商已开始使用它们。 种子可以带来具有其生长区域典型基因型的菌株。 将来,这些基因型被包括在私家花园的性过程中,这导致了全新基因型的出现。
因此,可以说私人花园是一个全球性的“熔炉”,通过遗传材料的交换,加工了已有的基因型,并出现了全新的基因型。 而且,它们的选择是在与大型农场为马铃薯创造的条件非常不同的条件下进行的:没有杀真菌压榨,种植品种的均一性,受各种形式的病毒和细菌感染影响的植物占优势,靠近西红柿和野生茄属植物,活跃的杂交和卵孢子形成,可能性让卵子在明年成为感染源。
所有这些导致了后院种群的非常高的基因型多样性。 在菜园的附生植物条件下,晚疫病迅速蔓延,大量孢子被释放,飞到附近的商业种植园。 但是,由于使用了正确的农业技术和化学保护体系进入了商业领域,因此流入的孢子实际上无法在该领域引发附生植物,这是由于缺乏对杀菌剂具有抗性且专门针对栽培品种的克隆系的缘故。
原发接种物的另一个来源可能是被困在商品苗中的有病块茎。 这些块茎通常生长在农业技术优良,化学保护强度高的田地上。 影响块茎的分离株的基因型适合于其自身品种的发展。 这些菌株对商业种植的危害要比源自私人花园的接种菌更为危险。 我们的研究结果也支持这一假设。 从大田中隔离出来的,经过适当化学保护和良好农业技术的种群在高基因型多样性方面没有差异。 通常,这些是一些具有高度侵略性的克隆系。
来自商业种子材料的菌株可以进入菜园中的种群,并参与其中正在进行的过程。 但是,在菜园里,它们的竞争力将大大低于商业领域,不久它们将不再以克隆系的形式存在,但是它们的基因可以在“花园”人群中使用。
在俄罗斯收割期间,在“志愿”植物和大量块茎上发展的感染与俄罗斯无关,因为在俄罗斯主要的马铃薯种植区,观察到冬季土壤深冻,很少有块茎在土壤中越冬。 此外,正如我们的实验所示,晚疫病病原体即使在保留其生存能力的块茎上也无法在负温度下存活。 在干旱地区,种植早马铃薯,由于干燥和炎热的生长季节,晚疫病很少见。
因此,我们目前正在观察无疫杆菌种群分为“田间”种群和“花园”种群。 然而,近年来,已观察到导致这些人群的基因型融合和互穿的过程。
其中,可以注意到小型生产者的素养普遍提高,价格实惠的小包装种薯的出现,杀真菌剂在小包装中的传播,以及人们对“化学”的恐惧的减少。
当由于一个供应商的积极活动,整个村庄都种植了相同品种的块茎,并提供了小包装的相同农药的情况出现。 可以假设在附近的商业种植园中会发现相同品种的马铃薯。
另一方面,一些农药贸易公司正在推广“预算”化学处理方案。 在这种情况下,推荐的治疗方法的数量被低估了,并且提供了最便宜的杀真菌剂,并且重点不是防止晚疫病发展到割草,而是为了增加产量而延缓附生。 当从低品位的种子材料中种植商品马铃薯时,这种方案在经济上是合理的,但原则上不存在获得高产量的问题。 但是,在这种情况下,与花园种群相反,马铃薯遗传背景的水平有助于特定生理小种的选择,这对于该品种非常危险。
总的来说,马铃薯生产的“花园”和“田间”方法趋于融合的趋势在我们看来是相当危险的。 为了防止其在家庭和商业领域的负面影响,有必要控制种薯的种类和以小包装形式提供给私人所有人的杀真菌剂的范围,以及追踪马铃薯保护计划和在商业领域使用杀真菌剂。
在私营部门的地区,不仅晚疫病而且交链孢菌也有密集的发展。 大多数私人家庭用地的所有者没有采取特殊措施来预防交链孢菌,将交链孢菌的发展误认为是山顶的自然枯萎或晚疫病的发展。 因此,随着对易感品种的链格孢菌的大规模开发,家庭土地可作为商业种植的接种源。
变异机制
变异过程
由于突变的发生是一个频率较低的随机过程,因此在任何位点发生的突变都取决于该位点的突变频率和种群数量。 当研究致病疫霉菌株的突变频率时,通常确定在用化学或物理诱变剂处理后在选择性营养培养基上生长的菌落数。 从表8中的数据可以看出,同一菌株在不同位点的突变频率可以相差几个数量级。 对甲霜灵的抗性突变的高频率可能是自然界中对其产生抗性的菌株积累的原因之一。
根据实验室实验,自发或诱发突变的频率并不总是与自然种群中发生的过程相对应,原因如下:
1.在异步核裂变中,不可能估计每一核一代的突变频率。 因此,大多数实验仅直接提供有关突变频率的信息,而没有区分两个突变事件和有丝分裂后的一个事件。
2.单步突变通常会降低基因组的平衡,因此,随着新特性的获得,生物体的总体适应性也会降低。 通过实验获得的大多数突变具有降低的攻击性,并且未在自然种群中记录。 因此,致病疫霉突变体对苯酰胺类杀菌剂的抵抗程度与在人工培养基上的生长速率之间的相关系数平均为(-0,62),而对马铃薯叶片对杀菌剂的抵抗性和侵略性则为(-0,65)(Derevyagina et al。 (1993),表明突变体的适应性低。 对甲吗啉抗性的突变还伴随着生存能力的急剧下降(Bagirova等,2001)。
3.大多数自发和诱发突变是隐性的,在实验中并不表现出表型,而是在自然种群中构成了隐藏的可变性储备。 在实验室实验中分离出的突变株带有显性或半显性突变(Kulish and Dyakov,1979)。 显然,核二倍体解释了在紫外线辐射的影响下获得突变体的不成功尝试,这些突变体对先前具有抗性的品种具有毒性(McKee,1969)。 根据作者的计算,此类突变的发生频率可能小于1:500000。 隐性突变向纯合表型表达状态的转变可能是由于有性或无性重组引起的(见下文)。 但是,即使在这种情况下,该突变也可以被野生型(多核)菌丝体中的核的优势等位基因掩盖,并且仅在单核游动孢子形成过程中表型固定。
表8.在亚硝基甲基脲的作用下,致病疫霉突变成生长抑制物质的频率(Dolgova,Dyakov,1986; Bagriova等,2001)
复合 | 变异频率 |
土霉素 | 6,9 10 x-8 |
弹力蛋白S | 7,2 x 10-8 |
链霉素 | 8,3х10-8 |
毛霉素 | 1,8 10 x-8 |
环己酰亚胺 | 2,1 10 x-8 |
达科尼尔 | <4 x 10-8 |
二甲吗啡 | 6,3 10 x-7 |
甲霜灵 | 6,9 10 x-6 |
人口规模在自发突变的发生中也起着决定性的作用。 在非常大的种群中,其中细胞数量N> 1 / a,其中a是突变率,突变不再是一种随机现象(Kvitko,1974)。
计算表明,平均侵染马铃薯田地(每株植物有35个斑点),每天在一公顷土地上形成8x1012孢子(Dyakov和Suprun,1984)。 显然,这些种群包含每个位点交换类型所允许的所有突变。 即使是罕见的突变,其发生频率为10-9,也将被居住在一公顷马铃薯田的数百万人口中的一千个个体所捕获。 对于以较高频率(例如10-6)发生的突变,在这样的种群中,每天可能会发生各种成对的突变(同时在两个基因座处),即突变过程将取代重组。
移居
对于致病疫霉,两种主要的迁徙类型是已知的:通过气流或雨水喷雾传播游动孢子虫来关闭距离(在马铃薯田或邻近田地内),以及通过种植块茎或运输番茄果实到远距离。 第一种方法可以扩大疾病的范围,第二种方法可以在远离原发灶的地方创建新病灶。
番茄块茎和水果的感染传播不仅导致该病在新地方的出现,而且还是人口遗传多样性的主要来源。 在莫斯科地区,从俄罗斯和西欧的不同地区种植马铃薯。 番茄果实来自俄罗斯的南部地区(阿斯特拉罕地区,克拉斯诺达尔地区,北高加索地区)。 番茄种子也可以作为感染源(Rubin等,2001),也从俄罗斯,中国,欧洲国家和其他国家的南部地区进口。
根据E. Mayr(1974)的计算,由突变引起的局部种群的遗传变化每个位点很少超过10-5,而在开放种群中,由于基因逆向流动引起的交换至少为10-3-10-4。
感染块茎的迁徙导致致病疫霉进入欧洲,并蔓延到种植马铃薯的世界所有地区。 他们造成了最严重的人口变化。 对马铃薯的晚疫病几乎与它在西欧的出现同时出现在俄罗斯帝国的领土上。
自从该病于1846年至1847年在波罗的海国家首次发现,并仅在随后的几年中蔓延到白俄罗斯和俄罗斯的西北地区,其西欧血统才显而易见。 旧世界晚疫病的第一个来源并不那么明显。 Fry et al。(Fry et al。,1992; Fry,Goodwin,1995,Goodwin et al。,1994)提出的假说表明,该寄生虫首先从墨西哥来到北美,然后在整个作物上传播,然后被运到西欧。 (图7)。
由于反复漂泊(“瓶颈”的双重影响),单个克隆进入了欧洲,其后代在整个马铃薯种植的旧大陆整个地区引起了大流行。 作为该假设的证据,作者首先列举了仅一种类型的交配(A1)普遍存在,其次列举了来自不同地区的研究菌株的基因型的同质性(它们均基于分子标记,包括2个同工酶基因座,DNA指纹图谱和线粒体DNA的结构是相同的,并且对应于美国描述的克隆US-1。 但是,一些数据引起了对所述假设的至少某些规定的怀疑。 从40年代第一个附生期感染的植物标本室马铃薯样品中分离的致病疫霉线粒体DNA的分析表明,它们与克隆US-1的线粒体DNA结构不同,因此,至少是并非欧洲唯一的感染源(Ristaino等,2001)。
80世纪XNUMX年代后期,疫情再次恶化。 发生了以下更改:
1)人口的平均侵略性有所提高,尤其导致了最有害形式的晚疫病的广泛传播-对叶柄和茎的损害。
2)马铃薯晚疫病的时间有所变化-从XNUMX月下旬到XNUMX月初,甚至到XNUMX月底。
3)以前在旧世界中不存在的A2交配类型已经无处不在。
发生变化之前发生了两件大事:大量使用新型杀菌剂甲霜灵(Schwinn和Staub,1980年)和墨西哥崛起为世界马铃薯出口国(Niederhauser,1993年)。 据此,提出了引起种群变化的两个原因:在甲霜灵的影响下交配型的转化(Ko,1994)和从墨西哥引进带有受感染的块茎的新菌株(Fry and Goodwin,1995)。 尽管不仅在Ko的影响下,而且在莫斯科国立大学的实验室中进行的工作(在Savenkova,Chherepennicova-Anikina,2002年)中,都获得了甲霜灵影响下交配类型的相互转化,但第二个假设是可取的。 随着第二种交配方式的出现,俄罗斯感染病原菌菌株的基因型发生了重大变化,包括中性基因(同工酶和RFLP基因座)以及线粒体DNA的结构发生了重大变化。 这些变化的复杂性不能通过甲霜灵的作用来解释;相反,从墨西哥大量进口新菌株,这些新菌株更具侵略性(Kato et al。,1997),取代了旧菌株(US-1),在种群中占主导地位。 欧洲人口组成的变化发生在很短的时间内-从1980年到1985年(Fry等,1992)。 在前苏联领土上,1985年在爱沙尼亚的收藏物中发现了“新毒株”,比波兰和德国早(Goodwin等,1994)。 俄罗斯上次在1年从莫斯科地区一个受感染的番茄中分离出“旧菌株US-1993”(Dolgova等,1997)。 同样在法国,直到90年代初,即在马铃薯上早已消失的番茄种植中,才发现“老”菌株(Leberton和Andrivon,1998年)。 P. infestans菌株的变化影响了许多特性,包括极具实践意义的特性,并增加了晚疫病的危害。
性重组
为了使性重组有助于变异,首先,必须以接近1:1的比例在种群中存在两种交配方式,其次是初始种群变异性。
不同种群甚至一个种群在不同年份的交配类型比率差异很大(表9,10、90)。 人口中交配类型发生如此剧烈变化的原因尚不清楚(例如,上世纪2002年代初在俄罗斯或以色列),但据信这是由于引入了更具竞争性的克隆(Cohen,XNUMX)。
一些间接数据表明在某些年份和某些地区性过程的过程:
1)对莫斯科地区人群的研究表明,在13个A2交配类型的份额低于10%的人群中,三个同工酶基因座的总遗传多样性为0,08,在14个A2份额超过的人群中30%的遗传多样性是后者的两倍(0,15)(Elansky等,1999)。 因此,性交的可能性越高,人口的遗传多样性就越大。
2)在以色列(Cohen等,1997)和荷兰观察到种群中交配类型的比率与卵孢子形成强度之间的关系。
(Flier等,2004)。 我们的研究表明,在具有A2交配类型的分离株分别占62%,17%,9%和6%的种群中,分别在78%,50%,30%和15%的被分析马铃薯叶(具有2个或更多斑点)中发现了卵孢子。
具有2个或更多斑点的样品比具有1个斑点的样品(分别占样品的32%和14%)含有孢子的频率更高(Apryshko等,2004)。
卵形孢子在马铃薯植株的中下部叶片中更为常见(Mytsa等,2015; Elansky等,2016)。
3)在某些地区,已发现独特的基因型,其发生与性重组有关。 因此,在1989年的波兰和1990年的法国,葡萄糖6-
磷酸异构酶(GPI 90/90)。 由于以前只有10/90杂合子存在100年,因此纯合性归因于性重组(Sujkowski等,1994)。 在哥伦比亚(美国),常见的是将A2与GPI 100/110和A1与GPI 100/100结合的分离株很常见,但在1994季末(16月9日和1月100日),菌株具有重组基因型(A110 GPI 2/100)和A100 GPI 1997/XNUMX)(Miller等,XNUMX)。
4)在波兰(Sujkowski等,1994)和北高加索地区(Amatkhanova等,2004)的一些种群中,指纹DNA基因座和同工酶蛋白基因座的分布与Hardy-Weinberg分布相对应,这表明
关于性重组对人口变异性贡献的高份额。 在俄罗斯其他地区,没有发现与哈代-温伯格人口分布相对应的信息,但是显示了连锁不平衡的存在,表明克隆繁殖的优势(Elansky等,1999)。
5)不同交配类型(A1和A2)的菌株之间的遗传多样性(GST)低于不同种群之间的遗传多样性(Sujkowski等,1994),这间接表明存在性杂交。
同时,性重组对人口多样性的贡献不能很高。 该贡献是针对莫斯科地区的人口计算的(Elansky等,1999)。 根据Lewontin(1979)的计算,``重组可以从两个基因座产生频率不超过其杂合子乘积的新变体,仅当两个等位基因的杂合子值已经很高时才有效。
两种配对类型的比率(对于莫斯科地区而言典型)等于4:1,重组频率为0,25。 在研究群体中,三个研究同工酶基因座中有两个杂交菌株成为杂合子的可能性为0,01(2个菌株中有177个)。 因此,重组产生双杂合子的概率不应超过其乘积乘以交叉的概率(0,25x0,02x0,02)= 10-4,即。 有性重组体通常不属于所研究的菌株样本。 这些计算是针对具有较大变异性的莫斯科地区人口进行的。 在像西伯利亚这样的单态种群中,性过程,即使它发生在单个种群中,也不能影响其遗传多样性。
另外,致病疫霉的特征在于减数分裂中频繁的染色体错位,其导致非整倍性(Carter等,1999)。 这种侵犯降低了杂交种的繁殖力。
副性重组,有丝分裂基因转化
在对具有不同生长抑制剂抗性突变的致病疫霉菌株进行剪接的实验中,发现了对两种抑制剂都有抗性的杂酚油的出现(Shattock和Shaw,1975; Dyakov,Kuzovnikova,1974; Kulish,Dyakov,
1979)。 由于菌丝体的异核生物作用,产生了对两种生长抑制剂具有抗性的菌株,在这种情况下,它们在繁殖过程中被单核游动孢子裂解(Judelson,Ge Yang,1998),或者在单孢子后代中不裂解,因为它们具有四倍体(因为最初的分离物是二倍体)核(K)。 (1979年)。 由于单倍体化,染色体不分离和有丝分裂交叉,杂合二倍体以非常低的频率分离(Poedinok等,1982)。 这些过程的频率可以借助对杂合二倍体的某些影响(例如,发芽孢子的紫外线照射)而增加。
尽管具有双重抗性的营养杂种的形成不仅发生在体外,而且还发生在被突变体混合物感染的马铃薯块茎中(Kulish et al。,1978),但是很难评估无性生殖重组在种群中产生新基因型的作用。 由于单倍体化,染色体不分离和有丝分裂交叉而没有特殊影响的分离子形成的频率可以忽略不计(小于10-3)。
杂合菌株纯合子分离子的出现可能是基于有丝分裂穿越和有丝分裂基因转换,在大豆疫霉中,每个位点的发生频率为3 x 10-2至5 x 10-5(取决于菌株)(Chamnanpunt等人。 ,2001)。
尽管发现杂核和杂合二倍体的发生频率出乎意料的高(达到百分之几十),但仅当从相同菌株获得的突变培养物被剪接时才会发生此过程。 当使用从自然界中分离出的不同菌株时,由于营养不相容的存在,不会发生(或发生频率非常低)异核化(Poedinok and Dyakov,1981; Anikina等,1997b; Cherepennikova-Anikina等,2002)。 因此,只能将杂性重组的作用降低为杂合核中的克隆内重组,并且将单个基因过渡到无性过程的纯合状态。 在具有隐性或半显性杀菌剂抗性突变的菌株中,此过程可能具有流行病学意义。 由于双性恋过程,其向纯合状态的转变将增加突变载体的抵抗力(Dolgova,Dyakov,1986)。
基因渗入
杂藻疫霉能够与杂种卵孢子杂交(见Vorob'eva和Gridnev,1983; Sansome等,1991; Veld等,1998)。 这两种疫霉菌的天然杂种极具侵略性,以致在英国杀死了成千上万的ders木(Brasier等,1999)。 致病疫霉可与普通属植物和土壤中的其他物种(红杆菌,烟草,仙人掌等)一起发生,但文献中关于种间杂种可能性的信息很少。 在实验室条件下,获得了致病疫霉和紫茉莉疫霉之间的杂种(Goodwin and Fry,1994)。
表9. 2年至1990年期间,世界不同国家的A2000交配型致病疫霉的比例(根据公开文献来源和网站www.euroblight.net,www.eucablight.org的数据)
国家 | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
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白俄罗斯 | 33(12) | 34(29) | |||||||||
比利时 | 15(49 *) | 6(66) | 20(86) | ||||||||
厄瓜多尔 | 0(13) | 0(12) | 0(19) | 0(21) | 12(41) | 25(39) | 15(75) | 22(73) | 25(68) | 0(35) | |
爱沙尼亚 | 8(12) | ||||||||||
英国 | 4(26) | 3(630) | 9(336) | ||||||||
芬兰 | 0(15) | 19(117) | 12(16) | 21(447) | 6(509) | 9(432) | 43(550) | ||||
法国 | 0(35) | 0(56) | 0(83) | 0(67) | 0(86) | 2(135) | 7(156) | 6(123) | 0(73) | 0(285) | 0(135) |
匈牙利 | 72(32) | ||||||||||
爱尔兰 | 4(145) | ||||||||||
北。 爱尔兰 | 10(41) | 9(58) | 1(106) | 0(185) | 0(18) | 0(56) | 0(35) | 0(26) | |||
荷兰 | 7(41) | 5(276) | 24(377) | 44(353) | 23(185) | ||||||
挪威 | 25(446) | 28(156) | 8(39) | 18(257) | 38(197) | ||||||
秘鲁 | 0(34,1984 -86) | 0(287,1997-98) | 0(112) | 0(66) | |||||||
波兰 | 19(180) | 21(142) | 33(256) | 26(149) | 35(70) | ||||||
苏格兰 | 25(147) | 11(163) | 22(189) | 5(22) | |||||||
瑞典 | 25(263) | 62(258) | 49(163) | ||||||||
威尔士 | 0(16) | 7(97) | 0(48) | 0(25) | |||||||
韩国 | 36(42) | 10(130) | 15(98) | ||||||||
中国 | 20(142,1995-98) | 0(6) | 0(8) | 0(35) | |||||||
哥伦比亚 | 0(40,1994-2000) | ||||||||||
乌拉圭 | 100(25,1998-99) | ||||||||||
摩洛哥 | 60(108,1997-2000) | 52(25) | 42(40) | ||||||||
塞尔维亚 | 76(37) | ||||||||||
墨西哥 (托卢卡) | 28(292,1988-89) | 50(389,1997-98) |
表10. 2年至2000年期间世界不同国家中A2011交配型致病疫霉的比例
国家 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
奥地利 | 65(83) | ||||||||||
白俄罗斯 | 42(78) | ||||||||||
比利时 | 20(102 *) | 4(32) | 50(14) | 25(16) | 62(13) | 54(26) | 70(54) | 30(23) | 29(35) | 62(71) | 45(49) |
瑞士 | 89(19) | ||||||||||
捷克共和国 | 35(31) | 54(64) | 38(174) | 12(80) | |||||||
德国 | 95(53) | ||||||||||
丹麦 | 48(52) | ||||||||||
厄瓜多尔 | 5(178) | 6(108) | 9(121) | 18(94) | 2(44) | 0(66) | 5(47) | ||||
爱沙尼亚 | 54(25) | 0(24) | 33(62) | 45(140) | 25(100) | 12(103) | |||||
英国 | 4(47) | 10(96) | 31(55) | 55(790) | 68(862) | 70(552) | 68(299) | ||||
芬兰 | 47(162) | 12(218) | 42 | ||||||||
法国 | 0(186) | 4(108) | 8(61) | 22(103) | 33(303) | 65(378) | 74(331) | 75(125) | 75(12) | ||
匈牙利 | 48(27) | 48(90) | 9 | 7 | |||||||
北。 爱尔兰 | 0(38) | 0(58) | 0(40) | 0(24) | 5(54) | 0(18) | 27(578) | 45(239) | 36(213) | 82(60) | 10(80) |
荷兰 | 66(24) | 93(15) | 91(11) | ||||||||
挪威 | 39(328) | 3(115) | 12(19) | ||||||||
秘鲁 | 0(36) | ||||||||||
波兰 | 25(46) | 10(30) | 85(20) | 38(44) | 75(66) | 55(56) | 65(35) | 72(81) | 85(21) | ||
苏格兰 | 3(213) | 2(474) | 24(135) | 86(337) | 88(386) | 74(172) | |||||
瑞典 | 60(277) | 39(87) | |||||||||
斯洛伐克 | 0(36) | 14(26) | 62(26) | 0(26) | |||||||
威尔士 | 25(12) | 68(106) | 80(88) | 92(143) | 75(45) | ||||||
韩国 | 46(26) | ||||||||||
巴西 | 0(49) | 0(30) | |||||||||
中国 | 10(30) | 0(6) | 0(6) | ||||||||
越南 | 0(294,2003-04) | ||||||||||
乌干达 | 0(8) |
人口基因型组成的动态
在其他地区新克隆的迁徙,农业实践(品种的改变,杀真菌剂的应用)和天气条件的影响下,感染晚疫病菌的基因型组成可能发生变化。 外部影响在生命周期的不同阶段对克隆的影响不同;因此,由于基因漂移和选择的主导作用发生了变化,种群每年经历的基因选择频率周期性变化。
品种的影响
具有垂直抗性有效基因的新品种(R基因)是一个强大的选择因子,可在致病疫霉种群中选择具有互补毒力基因的克隆。 在马铃薯品种中不存在抑制病原体种群生长的非特异性抗性的情况下,替换种群中优势克隆的过程非常迅速。 因此,在具有R3抗性基因的多莫杰多夫斯基品种在莫斯科地区传播之后,对该品种有毒力的克隆的频率在一年内从0,2增加到0,82(Dyakov,Derevjagina,2000)。
但是,种群中毒力基因(致病型)频率的变化不仅发生在栽培马铃薯品种的影响下。 例如,在白俄罗斯,直到1977年,毒力基因1和4的克隆占主导地位,这是由种植具有抗性基因R1和R4的马铃薯品种引起的(Dorozhkin,Belskaya,1979)。 然而,在70世纪2002年代末,出现了具有不同毒力基因及其组合的克隆,并且互补抗性基因从未在马铃薯育种中使用(额外毒力基因)(Ivanyuk等,XNUMX)。 出现这种克隆的原因显然是由于马铃薯块茎将传染性物质从墨西哥迁移到欧洲。 在家里,这些克隆不仅在栽培的马铃薯上生长,而且在带有多种抗性基因的野生物种上发育;因此,基因组中许多毒力基因的结合对于在这些条件下生存是必需的。
至于具有非特异性抗性的品种,它们通过降低病原体的繁殖速度来延缓其种群的进化,正如已经提到的,这是数量的函数。 由于侵略性是多基因的,因此包含更多用于“侵略性”的基因的克隆积累的越快,种群规模越大。 因此,高侵略性种族不是适应具有非特异性抗性的栽培品种的产物,相反,在寄生虫孢子积累的高度易感品种的种植中更有可能被发现。
因此,在俄罗斯,一年生附生区(萨哈林州,列宁格勒州和布良斯克州的人口)发现了侵染性最强的疫霉菌种群。 事实证明,这些人口的侵略性高于墨西哥人(Filippov等,2004)。
此外,抗性品种的叶片中形成的卵孢子少于易感品种中的卵孢子(Hanson和Shattock,1998),也就是说,该品种的非特异性抗性也降低了寄生虫的重组能力和替代性越冬方法的可能性。
杀菌剂的影响
杀菌剂不仅减少了植物致病真菌的数量,即影响其种群的数量特征,但它们也可以改变单个基因型的频率,即影响人口的定性构成。 人口在杀真菌剂影响下变化的最重要指标包括:对杀真菌剂的抗性变化,侵略性和毒力的变化以及生殖系统的变化。
杀菌剂对种群抗性和侵略性的影响
这种影响的程度首先取决于所使用的杀菌剂的类型,可以有条件地将其分为多部位,低部位和单部位。
前者包括大多数接触杀菌剂。 对它们的抗性(如果可能的话)由大量非常弱表达的基因控制。 这些特性决定了用杀菌剂处理后种群抗药性没有明显变化(尽管在某些实验中,抗药性有所提高)。 喷洒接触性杀菌剂后保存的真菌种群由两组菌株组成:
1)菌株保存在未经药物处理的植物区域。 由于没有与杀菌剂接触,因此这些菌株的侵略性和耐药性不会改变。
2)与杀菌剂接触的菌株,其在接触点的浓度低于致死性。 如上所述,这部分人群的抵抗力也没有改变,但是由于杀真菌剂即使在亚致死浓度下对真菌细胞的代谢也有部分破坏作用,总体适应性及其寄生成分,侵略性降低(Derevyagina and Dyakov,1990)。
因此,即使是尚未死亡的一部分人口,暴露于与杀真菌剂的接触下,攻击力也很弱,不能成为附生植物的来源。 因此,谨慎的处理(减少不与杀真菌剂接触的人群比例的频率)是成功采取保护措施的条件。 对寡聚体杀真菌剂的抗性由几个加性基因控制。
每个基因的突变都会导致耐药性的增加,而总体耐药性则归因于此类突变的添加。 因此,电阻的增加是逐步发生的。 抗性逐步增加的一个例子是对杀真菌剂二甲基吗啡的抗性突变,其广泛用于保护马铃薯免于晚疫病。 耐甲吗啉是多基因的和加性的。 一步突变会稍微增加抵抗力。
每个后续突变都会降低目标大小,从而降低后续突变的频率(Bagirova等,2001)。 在经过寡聚体杀真菌剂多次处理后,种群的平均抗药性增加是逐步发生的。 该过程的发生率至少由三个因素决定:抗性基因的突变频率,抗性系数(抗性菌株的致死剂量与敏感菌株的比值)和抗性基因突变对适应性的影响。
每个后续突变的发生率均低于前一个突变,因此该过程具有阻尼特性(Bagirova等,2001)。 但是,如果群体中发生重组过程(性或同性伴侣),则有可能在杂种菌株中合并不同的亲本突变,并加速这一过程。 因此,panmix种群获得的抵抗力比无菌种群更快,在后者中,没有植物性不相容性障碍的种群比被这种障碍划分的种群更快。 在这方面,在交配类型不同的种群中存在菌株会加速获得对寡聚体杀真菌剂的抗性的过程。
第二和第三因素对人群中耐甲氧吗啡菌株的迅速积累没有贡献。 每个随后的突变使抗性几乎加倍,这是微不足道的,同时降低了人工环境中的生长速率和侵略性(Bagirova等,2001; Stem,Kirk,2004)。 也许这就是为什么在天然疫霉菌中几乎没有抗性菌株的原因,即使是从用二甲吗啡处理过的马铃薯种植中收集到的也没有。
用寡聚体杀真菌剂治疗的人群也将由两组菌株组成:未与杀真菌剂接触,因此没有改变其初始特征的菌株(如果在这一组中发现抗药性菌株,由于敏感菌株的较高的侵略性和竞争力,它们将不会积累),与致死浓度以下的杀菌剂接触的菌株。 在后者之中,抗性菌株的积累是可能的,因为在这里它们比敏感菌株更具优势。
因此,当使用寡聚体杀真菌剂时,作为高浓度的药物而不是致命剂量的高倍数,重要的不是彻底的治疗,因为在逐步诱变中,突变菌株的初始耐药性较低。
最后,对单部位杀真菌剂的抗性突变具有很高的表达力,即一个突变可以报告高水平的抗性,直至完全丧失敏感性。 因此,种群抵抗力的增加非常迅速地发生。
这种杀真菌剂的例子是苯酰胺,包括最常见的杀真菌剂甲霜灵。 对它的抗性突变以高频率出现,并且突变体中的抗性程度很高-它比敏感菌株高出一千倍甚至更多(Derevyagina等人,1993)。 尽管抗性突变体的生长速率和攻击性在系统性杀菌剂导致敏感菌株死亡的背景下降低,但抗性种群的数量却在迅速增长,其攻击性也在平行增长。 因此,在使用杀真菌剂几年之后,抗性菌株的侵略性不仅可以等同于敏感菌株的侵略性,而且还可以超过它(Derevyagina,Dyakov,1992)。
对性重组的影响
由于在致病疫霉种群中A2交配类型的频繁发生与甲霜灵对抗晚疫病的大量使用相吻合,因此可以认为甲霜灵诱导了交配类型的转化。 在寄生性疟原虫中,在氯酮和甲霜灵的作用下这种转化被实验证明(Ko,1994)。 在甲霜灵浓度低的培养基上单次通过导致出现了对对甲霜灵敏感的,具有A1交配型的致病疫霉的同型分离株的出现(Savenkova和Cherepnikova-Anikina,2002年)。 在具有较高甲霜灵浓度的培养基上进行后续传代过程中,未检测到A2配对类型的单个分离株,但是,大多数分离株与A2分离株而不是卵孢子杂交时,会形成难看的菌丝体积聚并且是无菌的。 在甲霜灵浓度高的培养基上具有A2交配型的抗性菌株的传代使我们能够检测到三种形式的交配型变化:1)与A1和A2分离株杂交时完全无菌。 2)同种异教(单培养中卵孢子的形成); 3)将A2配对类型转换为A1。 因此,甲霜灵会导致感染晚疫病菌种群的交配类型发生变化,从而导致它们发生性重组。
对营养重组的影响
一些对抗生素具有抗性的基因增加了菌丝异核和核二倍体化的频率(Poedinok和Dyakov,1981)。 如前所述,由于这种真菌的营养不相容现象,很少有不同疫霉菌融合过程中菌丝的异核转化。 但是,对某些抗生素具有抗性的基因可能会产生副作用,以克服植物不相容性来表达。 1S-1突变型链霉素抗性基因具有此特性。 疫霉菌田间种群中此类突变体的存在可以增加菌株之间的基因流动,并加快整个种群对新品种或杀菌剂的适应性。
某些杀真菌剂和抗生素会影响有丝分裂重组的频率,这也会改变人群的基因型频率。 广泛使用的杀真菌剂苯菌灵与β-微管蛋白结合,后者是一种从中构建细胞骨架微管的蛋白质,从而破坏了有丝分裂后期的染色体分离过程,从而增加了有丝分裂重组的频率(Hastie,1970)。
用于治疗榆树荷兰病的杀菌剂对氟苯丙氨酸具有相同的特性。 对氟苯丙氨酸增加了杂合二倍体致病疫霉中重组的频率(Poedinok等,1982)。
致病疫霉生命周期中种群基因型组成的周期性变化
温带地区晚疫病的经典发育周期包括四个阶段。
1)世代较短的人口的指数增长阶段(多环阶段)。 此阶段通常在1,5月开始,持续2-XNUMX个月。
2)由于未受影响的组织比例急剧下降或天气条件不利而停止人口增长的阶段。 在农场进行早期收获前摘叶的这一阶段从年度周期中退出。
3)块茎越冬阶段,由于块茎的意外感染,感染的发展缓慢,没有块茎的再次感染,在正常储存条件下受影响的块茎的腐烂和扑杀而导致种群数量显着减少。
4)在土壤和幼苗上缓慢发育的阶段(单环阶段),其中生成的时间可以达到一个月或更长(XNUMX月下旬至XNUMX月初)。 通常在这个时候,即使有特殊观察,病叶也很难被发现。
人口指数增长阶段(多环阶段)
大量观察(Pshedetskaya,Kozubova,1969; Borisenok,1969; Osh,1969; Dyakov,Suprun,1984; Rybakova,Dyakov,1990)表明,在附生开始时,低毒力和侵略性强的克隆占主导地位,随后被更具毒性和侵略性的克隆取代。种群侵略性的增长速率越高,寄主植物的抗性就越差。
随着种群的增长,引入商业品种(R1-R4)和选择性中性(R5-R11)的选择性重要基因的浓度均增加。 因此,在1993年莫斯科附近的人群中,从8,2月下旬到9,4月中旬的平均毒力从5增加到31,并且观察到选择性中性毒力基因R86的最大毒力(毒力克隆的1996%至XNUMX%)(Smirnov,XNUMX年) )。
人口增长率的降低伴随着人口寄生活性的降低。 因此,在抑郁期,种族总数和高毒性种族的比例都低于附生种族(Borisenok,1969)。 如果在附生气候的高峰期条件变得不利于晚疫病并且马铃薯侵染减少,那么高毒力和侵略性克隆的浓度也会降低(Rybakova等,1987)。
影响种群毒性和侵略性的基因频率增加可能是由于在混合种群中选择了更具毒性和侵略性的克隆。 为了证明这一选择,开发了一种用于分析中性突变的方法,该方法已成功用于酵母(Adams等,1985)和禾谷镰刀菌(Wiebe等,1995)的化肥种群中。
在野外疫霉的田间种群中,对杀稻瘟菌素S具有抗性的突变体的频率与种群侵略性的增长同时下降,这表明种群增长期间优势克隆发生了变化(Rybakova et al。,1987)。
块茎越冬阶段
在马铃薯块茎越冬期间,致病疫霉菌株的毒力和侵袭性降低,并且毒力的降低发生的速度比侵袭性更慢(Rybakova and Dyakov,1990)。 显然,在有利于种群快速增长(r选择)的条件下,“额外”毒力基因和高侵略性是有用的,因此附生植物的发展伴随着对最强毒和侵略性克隆的选择。 在环境饱和的条件下,当不是繁殖速度而是在不利条件下的持久存在(K选择)起着重要作用时,毒力和攻击性的“额外”基因会降低适应性,并且带有这些基因的克隆会首先消失,因此平均攻击性和人口的毒性正在下降。
土壤植被阶段
这个阶段是生命周期中最神秘的阶段(Andrivon,1995年)。 它的存在纯粹是推测性的-由于缺乏长期(有时超过一个月)病原体会发生什么的信息-从马铃薯苗的出现到疾病初发的出现。 在观察和实验的基础上,重建了真菌在这一生命周期中的行为(Hirst和Stedman,1960; Boguslavskaya,Filippov,1976)。
真菌的孢子形成可以在土壤中被感染的块茎上形成。 产生的孢子与菌丝一起发芽,该菌丝可以在土壤中长期生长。 初级(在块茎上形成)和次级(在土壤中的菌丝体上)孢子通过毛细管电流上升到土壤表面,但是只有在马铃薯的下部叶片下降并与土壤表面接触后才具有感染马铃薯的能力。 这样的叶子(即在其上发现该病的第一点)不是立即形成的,而是在马铃薯表皮的长期生长和发育之后形成的。
因此,腐生植被阶段也可以存在于晚疫病的生命周期中。 如果在生命周期的寄生阶段,侵略性是适应性的最重要组成部分,那么在腐生阶段,选择的目的是降低寄生特性,如某些植物病原真菌的实验证明(见Carson,1993)。 因此,在循环的此阶段,应最强烈地丧失侵蚀性。 但是到目前为止,还没有进行直接的实验来证实上述假设。
季节性变化不仅影响致病疫霉的致病特性,而且还影响其对杀菌剂的抗性,杀菌剂在多环期(附生植物)生长,在冬季贮藏期间降低(Derevyagina等,1991; Kadish和Cohen,1992)。 在受影响的块茎的播种与田间疾病首发出现之间,人们对甲霜灵的抗药性下降特别明显。
种内专业化及其发展
致病疫霉正在导致两种重要的商业作物马铃薯和番茄的流行。 真菌进入新区域后不久,马铃薯的附生开始。 在马铃薯受到感染后不久,番茄也被击败,但是番茄的附生植物仅在一百年后即在XNUMX世纪中叶就被注意到。 这是Hallegli和Niederhauser写的关于西红柿在美国失败的书
(1962年):“在100年发生严重附生后约1845年间,很少或几乎没有尝试获得抗性番茄品种。 尽管早于1848年就在番茄上记录了晚疫病,但直到1946年该病暴发之后,它才成为育种者对该植物认真关注的对象。 在俄罗斯境内,番茄的晚疫病在60世纪被发现。 “很长一段时间以来,研究人员一直没有注意到这种疾病,因为它并未造成重大的经济损失。 但是在70年代和1979年代。 在苏联,也有二十世纪晚疫病番茄的附生植物,主要在下伏尔加河地区,乌克兰,北高加索地区,摩尔多瓦……(Balashova,XNUMX)。
从那时起,晚疫病已成为番茄的一年病,遍及工业和家庭种植的整个领域,并对该作物造成巨大的经济损失。 发生了什么? 为什么寄生虫在马铃薯上的首次出现和这种作物的附生病害几乎同时发生,为什么附生菌要花一个世纪才能出现在番茄上? 这些差异支持墨西哥而不是南美的传染源。 如果疫霉疫霉菌是茄属茄属墨西哥块茎菌种的寄生虫,那么可以理解为什么与墨西哥种属于马铃薯属的同一部分的栽培马铃薯受到如此强烈的影响,但是由于没有与寄生虫共进化,因此没有建立特异性和非特异性抗药性的机制。
番茄属于该属的另一部分,其交换类型与块茎种类有显着差异,因此,尽管番茄并非在疫病原虫的食物特化范围内,但其失败的强度不足以造成严重的经济损失。
番茄上附生植物的出现是由于寄生虫发生了严重的遗传变化,从而在寄生期间增加了其适应性(致病性)。 我们认为,专门用于番茄寄生的新形式是M. Gallegly所描述的T1种族,它影响了樱桃番茄(Red Cherry,渥太华)的品种,对马铃薯上普遍存在的T0种族具有抵抗力(Gallegly,1952年)。 显然,一个突变(或一系列突变)将T0种族变成T1种族,并导致出现了高度适合打败番茄的克隆。 通常,对一个宿主的致病性增加伴随着对另一个宿主的致病性降低,也就是说,对马铃薯(种族T0)和番茄(种族T1)产生了初始的,尚未完全的种内特异性。
这种假设的证据是什么?
- 发生在土豆和西红柿上。 在番茄叶片上,T1族占主导地位,而在马铃薯叶片上,则很少见。 根据S.F. Bagirova和T.A. 1991年至1992年在莫斯科地区的Oreshonkova(未出版),T1种族在马铃薯种植中的发生率为0%,在番茄种植中为100%; 在1993-1995年-分别为33%和90%; 在2001年-0%和67%。 在以色列也获得了类似的数据(Cohen,2002)。 用T1分离株以及T0和T1分离株的混合物感染马铃薯块茎的实验表明,T1分离株在块茎中的保存较差,并被T0分离株所替代(Dyakov等,1975; Rybakova,1988)。
2)番茄种植中T1种族的动态。 番茄叶片的初次感染是通过T0小种的分离株进行的,这些分离株在叶片上最初斑点的感染分析中占主导地位。 这证实了寄生虫迁移的普遍接受的方案:马铃薯的主要感染群是由T0种族造成的,但是,一旦保存在番茄上,少量保存在马铃薯中的T1克隆就会取代T0种族并在附生期结束时积累。 T1种族也可能是番茄叶片感染的另一种来源,它不像马铃薯块茎和叶片那么强大,但是持续不断。 因此,该来源对感染番茄的种群的遗传结构影响不大,但随后决定了T1族的积累(Rybakova,1988; Dyakov等,1994)。
3)对土豆和西红柿的攻击性。 T0和T1族分离株对番茄和马铃薯叶片的人工感染表明,前者对马铃薯的侵害性强于番茄,而后者对番茄的侵害性强于马铃薯。 这些差异表现为在温室中的叶传代过程中从混合种群中分离出的非“自己”种族的分离株(D'yakov等,1975)和田间样地(Leberton等,1999)。 最小感染量,潜伏期,感染点大小和孢子产生的差异(Rybakova,1988; Dyakov等,1994; Legard等,1995; Forbes等,1997; Oyarzun等,1998; Leberton等。等人,1999; Vega-Sanchez等人,2000; Knapova,Gisi,2002; Sussuna等人,2004)。
T1种族分离株对缺乏抗性基因的番茄品种的侵袭性很高,以至于这些分离株在叶子上和在营养培养基上的芽孢都不会破坏被感染的组织(Dyakov等,1975; Vega-Sanchez等,2000)。
4)土豆和西红柿的毒性。 T1种族影响具有Ph1抗性基因的樱桃番茄品种,而T0种族无法感染这些品种,即毒力较窄。 关于差异化因素
马铃薯的R基因是反向相关的,即从番茄叶片中分离出的菌株比“马铃薯”菌株的毒性低(表11)。
5)中性标记。 对寄生在马铃薯和西红柿上的致病疫霉种群中中性标记的分析也证明了多向种内选择。 在巴西致病疫霉菌种群中,番茄叶分离株属于克隆系US-1,而马铃薯叶分离株属于BR-1系(Suassuna等人,2004)。 自1994年以来,在美国佛罗里达州,US-90克隆开始在马铃薯上占主导地位(发生率超过8%),而在番茄上克隆US-11和US-17,后者的分离株对番茄的侵害性比对马铃薯的侵害性(Weingartner ,Tombolato,2004)。 1200年至1989年在美国收集的1995个P. infestans菌株在马铃薯和番茄分离株的基因型频率(DNA指纹图谱)上存在显着差异(Deahl等,1995)。
使用AFLP方法可以分离74-1996年从马铃薯和番茄叶片中收集的1997个菌株。 在法国和瑞士分成7组。 马铃薯和番茄菌株没有明显的差异,但是“马铃薯”菌株在遗传上比“番茄”菌株更多样化。 前者在所有七个簇中均被发现,后者仅在四个簇中被发现,这表明后者的基因组更加专业化(Knapova和Gisi,2002)。
6)隔离机制。 如果两个寄主植物物种上的寄生虫种群向其“寄主”寄主分化,那么各种减数分裂前和减数分裂后的机制就会出现,从而阻止种群间的遗传交换(Dyakov和Lekomtseva,1984)。
几项研究已经研究了亲本菌株来源对杂交效率的影响。 当越过从厄瓜多尔茄属不同物种分离的菌株时(Oliva等人,2002),发现野生茄科(克隆系EC-2)的A2交配型菌株与番茄菌株(EC系)杂交最差-3),并且最有效地与马铃薯菌株(EC-1)杂交。
发现所有杂种均非致病性。 作者认为杂交率低和杂交体的致病性降低归因于种群生殖分离的减数分裂后机制。
在Bagirova等人(1998年)的实验中,大量的马铃薯和番茄菌株与T0和T1小种的特性杂交。 从番茄中分离出的T1xT1菌株的繁殖力最高(在显微镜视野中为36卵形孢子,占孢子萌发的44%),效果最差的是从不同宿主分离出的T0xT1菌种的杂交(发育和发芽的卵孢子数量少,流产和未发育的卵子比例高) ... 从马铃薯中分离出的T0族分离株之间的杂交效率是中等的。 由于T0族菌株的主体影响马铃薯,因此它具有可靠的越冬来源-马铃薯块茎,因此,卵子作为越冬感染单位对马铃薯种群的重要性不高。 经过改编的“番茄形式”能够以卵形孢子的形式在番茄上过冬(见下文),因此保留了较高的有性生产力。 由于其高生育力,T1在番茄中具有获得原发感染的独立潜力。 Knapova等人(Knapova等人,2002)获得的结果可以用相同的方式解释。 从马铃薯中分离出的菌株与番茄中的菌株杂交得到的卵孢子数量最高,为每平方毫米13,8。 中等(散度为5-19)和中等比例的卵孢子萌发(6,3为散度为0-24)。 从番茄分离的菌株杂交产生的卵孢子百分比最低(7,6,传播4-12),发芽率最高(10,8)。 从马铃薯中分离的菌株之间的杂交产生中等数量的卵孢子(8,6,具有很高的数据散布度(0-30))和最低的卵孢子发芽率(2,7)。 因此,来自马铃薯的菌株的繁殖力不及来自番茄的菌株,但是种群间杂交的结果并不比种群内杂交的结果差。 Bagirova等人可能与上述数据存在差异。 可以这样解释:俄罗斯研究人员使用的是90世纪90年代初分离出的菌株,瑞士研究人员使用的是XNUMX年代后期分离出的菌株。
低繁殖力的基础可能是菌株的异倍性。 如果在墨西哥人口中,卵子后代的性过程和原发性感染是正常的,则大多数研究的致病疫霉菌都是二倍体,那么在旧世界的国家中观察到倍性的种群内多态性(二倍体,三倍体和四倍体菌株,以及具有异倍体核的异核菌株)。以及具有不同交配类型的菌株,即相互繁殖,核倍性不同(Therrien等,1989,1990; Whittaker等,1992; Ritch,Daggett,1995)。 花粉和卵原细胞核的多样性可能是低生育力的原因。
至于在吻合过程中菌丝之间的核交换,可以通过营养不相容性来防止,这会将无性种群分解为许多遗传分离的克隆(Poedinok和Dyakov,1987; Gorbunova等,1989; Anikina等,1997b)。
7)人口趋同。 以上数据表明“马铃薯”和“番茄”致病毕赤酵母菌株之间的杂交是可能的。 尽管降低了侵略性,但是也可以相互感染不同的宿主。
1993年对邻近马铃薯和番茄田间分离株的种群标记进行的研究表明,从番茄叶片分离出的分离株中约有四分之一是从邻近马铃薯田转移的(Dolgova等,1997)。 从理论上讲,可以假设两个宿主上种群的差异会增加,并导致出现特殊的种内形式(马铃薯马铃薯和番茄番茄),特别是因为卵孢子可以在植物残骸中持续存在(Drenth等,1995)。 ; Bagirova,Dyakov,1998)和番茄种子(Rubin等,2001)。 因此,西红柿目前具有独立于马铃薯块茎的春季再生来源。
但是,一切都不同。 卵孢子越冬使寄生虫避免了其生命周期中最窄的阶段-土壤中植被的单周期阶段,在此期间寄生特性降低,并在夏季的多环阶段逐渐恢复。
表11.致病疫霉菌株中毒力基因对马铃薯分化子品种的频率
国家 | 年 | 菌株中毒力基因的平均数量 | 作者 | |
从土豆 | 从番茄 | |||
法国 | 1995 | 4.4 | 3.3 | Leberton等,1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | 莱伯顿,安德里翁,1998年 | |
法国,瑞士 | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | 吉纳·纳纳波娃,2002年 |
美国 | 1989-94 | 5 | 4.8 | Goodwin等人,1995年 |
美国,Zap。 华盛顿 | 1996 | 4.6 | 5 | Dorrance等,1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
厄瓜多尔 | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun等,1998 |
以色列 | 1998 | 7 | 4.8 | 科恩,2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
俄罗斯,莫斯科。 地区 | 1993 | 8.9 | 6.7 | 斯米尔诺夫,1996年 |
俄罗斯,不同地区 | 1995 | 9.4 | 8 | Kozlovskaya等。 |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
萌发的卵菌的初级游动孢子虫和游动孢子具有很高的寄生活性,尤其是如果卵菌是在具有相反交配类型的菌株的信息素的影响下单性发生的。 因此,从被卵孢子感染的种子生长的番茄幼苗上的传染性物质对于番茄和马铃薯都是高度致病的。
这些变化导致了另一个人口结构调整,从流行病学的角度来看,表现为以下重要变化:
- 受感染的番茄幼苗已成为马铃薯主要感染的重要来源(Filippov,Ivanyuk,个人信息)。
- 早在XNUMX月就开始观察到马铃薯的附生植物,比平时早了一个月。
- 在马铃薯种植中,T1种的百分比增加了,以前在那里遇到的数量微不足道(Ulanova等,2003)。
- 从番茄叶片分离的菌株在致病力基因的马铃薯分化子上的致病力不再与马铃薯菌株不同,不仅在番茄上而且在马铃薯上的侵略性也开始超过“马铃薯”菌株(Lavrova等,2003; Ulanova等。 ,2003)。
因此,种群之间趋于一致,而不是发散,而是在两个寄主植物上出现了单个种群,这些寄主植物对两个物种都具有高毒力和侵略性。
结论
因此,尽管对致病疫霉进行了150多年的深入研究,但在生物学上,包括栽培茄科植物最重要疾病的致病因子的种群生物学,包括许多生物学领域,仍然未知。 目前尚不清楚生命周期的各个阶段的变化如何影响种群结构,侵略性和毒力的渠道变异性的遗传机制是什么,自然种群中生殖和克隆生殖系统的比率是什么,植物不相容性如何遗传,马铃薯和番茄在这些作物的主要感染中的作用是什么以及它们对寄生虫的种群结构有什么影响。 迄今为止,诸如改变寄生虫侵袭性的遗传机制或非特异性马铃薯抗性的侵蚀等重要的实际问题尚未得到解决。 随着马铃薯晚疫病研究的深入和扩展,该寄生虫对研究人员提出了新的挑战。 但是,实验能力的提高,新的基因和蛋白质操纵方法的出现使我们希望成功解决所提出的问题。
该文章发表在《马铃薯保护》杂志上(3年第2017期)