S.N. Elansky, L.Yu. Kokaeva, N.V. Statsyuk, Yu.T. Dyakov
Paraqitje
Oomycete Phytophthora infestans (Mont.) De Bary, agjenti shkaktar i sëmundjes së vonë, sëmundja më e rëndësishme ekonomikisht e patateve dhe domateve, ka tërhequr vëmendjen e hulumtuesve nga vende të ndryshme për më shumë se një shekull e gjysmë. Papritmas duke u shfaqur në Evropë në mes të shekullit të XNUMX-të, ajo shkaktoi një epidemi patate që ka mbetur në kujtesën e shumë brezave.
Deri tani, shpesh quhet "kërpudha e urisë irlandeze". Pothuajse njëqind vjet pas epidemive të para, u zbuluan specie të egra me patate meksikane rezistente ndaj sëmundjes së vonë, u zhvilluan metodat e kryqëzimit të tyre me patate të kultivuara (Muller, 1935) dhe u morën varietetet e para të rezistueshme ndaj sëmundjes (Pushkarev, 1937). Sidoqoftë, shpejt pas fillimit të kultivimit të tyre tregtar, u grumbulluan racat e patogjenit të sëmundjes së vonë, të cilat ishin virulente ndaj varieteteve rezistente. dhe futja e gjeneve të reja të rezistencës nga patatet e egra meksikane në varietete filluan të humbin me shpejtësi efektivitetin.
Dështimet në përdorimin e rezistencës monogjene (vertikale) i detyruan mbarështuesit të kërkojnë mënyra më komplekse të shfrytëzimit të rezistencës jo specifike poligjenike (horizontale). Në vitet e fundit, gara shumë agresive kanë filluar të grumbullohen në popullata individuale të parazitit, duke shkaktuar erozion edhe të rezistencës jospecifike. Ardhja e llojeve rezistente ndaj fungicideve ka shkaktuar probleme në përdorimin e kimikateve mbrojtëse të patates.
Për shkak të ndryshimeve të rëndësishme midis oomycetes dhe kërpudhave në përbërjen kimike, ultrastrukturën dhe metabolizmin, fungicidet, veçanërisht ato sistemikë që përdoren për të mbrojtur bimët nga shumë sëmundje kërpudhore, janë joefektive ndaj oomycetes.
Prandaj, në mbrojtjen kimike kundër sëmundjes së vonë, u përdor spërkatje e shumëfishtë (deri në 12 herë në sezon ose më shumë) me përgatitjet e kontaktit të një spektri të gjerë veprimi. Një hap revolucionar ishte përdorimi i fenilamideve, të cilat janë toksike për oomycetes dhe përhapen sistematikisht në bimë. Sidoqoftë, përdorimi i tyre i përhapur shpejt çoi në akumulimin e shtameve rezistente në popullatat e kërpudhave (Davidse et al., 1981), gjë që ndërlikoi ndjeshëm mbrojtjen e bimëve. P. infestans është praktikisht i vetmi parazit i zonës së butë, dëmi nga i cili në bujqësinë organike nuk mund të neutralizohet pa përdorimin e mjeteve kimike të mbrojtjes (Van Bruggen, 1995).
Më lart shpjegon vëmendjen e madhe që studiuesit nga vende të ndryshme i kushtojnë studimit të popullatave të P. infestans, dinamikën e bollëkut dhe përbërjes gjenetike të tyre, si dhe mekanizmat gjenetikë të ndryshueshmërisë.
Cikli jetësor i R. INFESTANS
Oomycete Phytophthora infestans zhvillon një micelium ndërqelizor me haustori brenda gjetheve të patates. Duke u ushqyer në indet e gjetheve, kjo shkakton formimin e njollave të errëta, të cilat bëhen të zeza dhe kalbëzohen në mot të lagësht. Me një humbje të fortë, e gjithë fleta vdes. Pas një periudhe të ushqyerjes, formohen rezultate në micelium - sporangiophores - të cilat rriten jashtë përmes stomave. Në mot të lagësht, ata formojnë një lulëzim të bardhë rreth njollave në pjesën e poshtme të gjetheve. Në skajet e sporangiophores, formohen zoosporangia në formë limoni, të cilat prishen dhe barten nga spërkatja e shiut (Fig. 1). Duke u futur në pika uji në sipërfaqen e një gjethe patate, sporangia mbin me 6-8 zoospore, të cilat, pas një periudhe lëvizjeje, rrumbullakohen, mbulohen me një guaskë dhe mbijnë me një tub filiz. Filizi depërton në indin e gjetheve përmes stomave. Nën kushte të caktuara, sporangia mund të rritet në një tub rritës direkt në indet e gjetheve. Në kushte të favorshme, koha nga infektimi deri në formimin e sporulimit të ri është vetëm 3-4 ditë.
Pasi të jenë në tokë dhe të filtrohen nëpër tokë, sporangjitë janë të afta të infektojnë zhardhokët. Zhardhokët e prekur rëndë kalben gjatë ruajtjes; në të prekurit dobët, infeksioni mund të vazhdojë deri në sezonin e ardhshëm. Përveç kësaj, agjenti shkaktar i sëmundjes së vonë mund të vazhdojë në dimër në formën e oosporeve (spore seksuale të pushuara me mure të trasha) në tokë në mbeturinat e bimëve dhe në farat e domates. Oosporet formohen në organet e gjalla të bimëve kur llojet e llojeve të ndryshme të çiftëzimit takohen me lagështi të tepruar. Në pranverë, sporulimi aseksual formohet në zhardhokët e infektuar të mbjellë dhe në mbetjet e bimëve me oospore; zoosporet hyjnë në tokë dhe shkaktojnë infeksion të gjetheve të poshtme të bimëve. Në disa raste, miceli mund të rritet nga zhardhoku i infektuar përgjatë pjesës së gjelbër të bimës dhe zakonisht shfaqet në pjesën e sipërme të kërcellit.
Një ndryshim i rëndësishëm midis oomycetes dhe shumicës së kërpudhave qëndron në mbizotërimin e diplofazës në ciklin e tyre jetësor me meiozë gametike dhe mbirjes së zigoteve (oosporeve) pa ndarje bërthamore reduktive. Kjo karakteristikë, plus heterotalizmi dipolar që zëvendëson biseksualitetin, do të duket se bën të mundur zbatimin në oomycetes të qasjeve të zhvilluara për studimin e popullatave të eukariotave më të larta (analiza e panmixia dhe nënndarja e popullatave, rrjedhat e gjeneve brenda dhe ndërpopullimi, etj.). Sidoqoftë, tre faktorë nuk lejojnë transferimin e plotë të këtyre qasjeve kur studioni popullatat e P. infestans.
1. Së bashku me oosporet hibride, oosporet vetë-pjellore dhe parthenogjenetike formohen në popullata (Fife and Shaw, 1992; Anikina et al., 1997a; Savenkova, Cherepnikoba-Anirina, 2002; Smirnov, 2003), dhe frekuenca e formimit të tyre mund të jetë e mjaftueshme për të ndikuar në rezultatet e testit.
2. Procesi seksual në P. infestans jep një kontribut të parëndësishëm në dinamikën e madhësisë së popullatës, sepse kërpudhat riprodhohen kryesisht nga sporet vegjetative, duke formuar për më shumë se 90% të rezultateve të analizës së llojit të çiftëzimit me metodën tradicionale në një lëndë ushqyese ... sezoni i rritjes është disa breza të sporulimit aseksual (zhvillimi i sëmundjes policiklike). Oosporet luajnë një rol të rëndësishëm në ruajtjen e organizmit gjatë periudhës kur nuk ka bimë të gjelbërta (në dimër) dhe në infeksionin primar të fidanëve. Pastaj, gjatë verës, ndodh riprodhimi klonal dhe një rritje ose, anasjelltas, një rënie në numrin e kloneve individuale që kanë lindur si rezultat i rekombinimit seksual, i cili përcaktohet kryesisht nga zgjedhja e më të përshtaturve. Prandaj, raporti i kloneve individuale në një popullatë në fillim dhe në fund të epifitotikëve mund të jetë krejtësisht i ndryshëm.
3. Cikli i përshkruar është karakteristikë e popullatave vendase të P. infestans në atdheun e tyre, Amerikën Qendrore. Në zona të tjera të botës, procesi seksual nuk ishte i njohur për më shumë se 100 vjet; miceli vegjetativ në zhardhokët e patates së infektuar ishte faza e dimërimit. Cikli jetësor ishte krejtësisht agamik, dhe përhapja ishte nga natyra fokale: infeksioni nga zhardhokët e vetëm të infektuar të mbjellë kaloi në gjethe, duke formuar vatra primare të sëmundjes, të cilat mund të shkriheshin gjatë zhvillimit masiv të sëmundjes.
Kështu, në disa rajone mund të ketë një alternim të cikleve seksuale dhe aseksuale, ndërsa në të tjerët - vetëm cikël aseksual.
Origjina e P. INFESTANS
P. infestans u shfaqën në Evropë në fund të gjysmës së parë të shekullit të 1991-të. Meqenëse patatja është vendase në Amerikën Verilindore të Jugut, u supozua se paraziti u soll prej andej në Evropë gjatë lulëzimit të kripës kiliane. Sidoqoftë, studimet e kryera në stacionin e patateve Rockefeller Center në Luginën Toluca, Meksikë detyruan që kjo pikëpamje të rishikohej (Niederhauser 1993, XNUMX).
1. Në Luginën e Toluca, speciet lokale patate tuberoze (Solanum demissum, S. bulbocastanum, etj.) Kanë grupe të ndryshme gjenesh për rezistencë vertikale të kombinuara me një nivel të lartë të rezistencës jospecifike, e cila tregon një bashkë-evolucion të gjatë me parazitin. Speciet e Amerikës së Jugut, përfshirë patatet e kulturave, nuk kanë gjene rezistente.
2. Në Luginën e Toluca, ka izolime me lloje çiftëzimi A1 dhe A2, si rezultat i të cilave është përhapur popullsia ndër-racore e P. infestans; ndërsa në atdheun e patates së kultivuar, Amerikën e Jugut, paraziti përhapet në mënyrë klonale.
3. Në Luginën e Toluca, ka çdo vit epidemi të rënda të sëmundjes së vonë. Prandaj, midis studiuesve të Amerikës së Veriut (Universiteti Cornell), vendoset mendimi rreth Mesoamerica (Amerika Qendrore) si vendlindja e fitoftores së patates (Goodwin et al., 1994).
Studiuesit e Amerikës së Jugut nuk e ndajnë këtë mendim. Ata besojnë se patatja e kultivuar dhe paraziti i saj P. infestans kanë një atdhe të përbashkët - Andet e Amerikës së Jugut. Ata mbështetën këndvështrimin e tyre nga studimet molekulare mbi analizën e polimorfizmave të ADN-së të gjenomës mitokondriale (mtDNA) dhe gjeneve bërthamore RAS dhe β-tubulin (Gomez-Alpizar et al., 2007). Ata treguan se llojet e mbledhura nga pjesë të ndryshme të botës rrjedhin nga tre linja divergjente stërgjyshore që (të tre) gjenden në Andet e Amerikës së Jugut. Hplotipet andeane janë pasardhës të dy linjave: izolimet e prejardhjes më të vjetër të mtDNA gjenden në Solanaceae të egra nga seksioni Anarrhicomenum në Ekuador, ndërsa izolimet e linjës së dytë janë të zakonshme në patate, domate dhe në natën e egër. Në Toluca, edhe haplotipet e rralla vijnë nga vetëm një prejardhje, me ndryshueshmërinë gjenetike të shtameve Toluca (frekuencë e ulët alerike e disa vendeve të ndryshueshme) sugjeron një efekt themelor të fortë për shkak të domethënies së fundit.
Për më tepër, një specie e re P. andina u gjet në Ande, morfologjikisht dhe gjenetikisht e ngjashme me P. infestans, e cila, sipas autorëve, tregon për Andet si një pikë e nxehtë speciale në gjininë Phytophthora. Më në fund, në Evropë dhe Shtetet e Bashkuara, popullatat e P. Infestans përfshijnë të dy prejardhjet Andean, ndërsa në Toluca vetëm një.
Ky botim nxiti një përgjigje nga një grup studiuesish nga vende të ndryshme, të cilët bënë shumë punë eksperimentale për të rishikuar studimin e kryer më parë (Goss et al., 2014). Në këtë punë, së pari, sekuencat më informuese të mikrosatelitit të ADN-së u përdorën për të studiuar polimorfizmat e ADN-së; së dyti, për analizën e grupeve, rrugëve të migrimit, kohës së divergjencës së popullatave, etj. u përdorën modele më të përparuara (statistikat F, përafrimet Bayesian, etj.) dhe, së treti, u përdor një krahasim jo vetëm me speciet andeane P. andina, në të cilën u krijua një natyrë hibride (P. infestans x Phytophthora sp.) , por edhe me speciet endemike meksikane P. mirabilis, P. Ipomoeae dhe Phytophthora phaseoli - mbyllur gjenetikisht P. infestans që i përkasin të njëjtës klade (Kroon et al., 2012). Si rezultat i këtyre analizave, u tregua qartë se pjesa rrënjësore e pemës filogjenetike të të gjitha llojeve të gjinisë Phytophthora e marrë në studim, përveç hibridit P. andina, i përket shtameve meksikane dhe rrjedha e migrimit ka drejtimin Meksikë - Ande, dhe jo anasjelltas, dhe fillimi i saj përkon me Evropën kolonizimi i Botës së Re (300-600 vjet më parë). Kështu, shfaqja e specieve P. infestans, e specializuar për disfatën e patateve, ndodhi në qendrën sekondare gjenetike të formimit të hijeve tuberoze, d.m.th. në Amerikën Qendrore.
Genomi i P. INFESTANS
Në vitin 2009, një ekip ndërkombëtar i shkencëtarëve renditi gjenomën e plotë të P infestans (Haas et al, 2009), madhësia e së cilës ishte 240 MB. Kjo është disa herë më shumë sesa në speciet e lidhura ngushtë P. sojae (95 Mb), të cilat shkaktojnë kalbjen e rrënjëve të sojës dhe P. Ramorum (65 Mb), duke prekur specie të tilla të vlefshme pemësh si lisi, ahu dhe disa të tjerë. Të dhënat e marra treguan se gjenomi përmban një numër të madh të kopjeve të sekuencave të përsëritura - 74%. Genomi përmban 17797 gjene të kodifikimit të proteinave, shumica e të cilave janë gjene të përfshira në proceset qelizore, duke përfshirë replikimin e ADN-së, transkriptimin dhe përkthimin e proteinave.
Një krahasim i gjenomeve të gjinisë Phytophthora zbuloi një organizim të pazakontë të gjenomit, i përbërë nga blloqe të sekuencave të gjeneve të konservuara, në të cilat dendësia e gjenit është relativisht e lartë dhe përmbajtja e sekuencave të përsëritura është relativisht e ulët, dhe rajone individuale me sekuenca gjenesh jo të konservuara, me një dendësi të ulët gjenesh dhe një përmbajtje të lartë të rajoneve përsëritëse. Blloqet konservatore zënë 70% (12440) të të gjitha gjeneve të kodimit të proteinave të P. infestans. Brenda blloqeve konservatore, gjenet zakonisht janë të ndara ngushtë me një distancë mesatare intergenike prej 604 bp. Në zonat midis blloqeve konservatore, distanca ndërgjenike është më e madhe (3700 bp) për shkak të një rritje në dendësinë e elementeve përsëritës. Gjenet sekretore të efektit në zhvillim të shpejtë ndodhen në rajone të varfra me gjen.
Analiza e sekuencës së gjenomës P. Infestans tregoi se afërsisht një e treta e gjenomit i përket elementeve të transportueshëm. Genoma e P. infestans përmban dukshëm më shumë familje të ndryshme të transposoneve sesa gjenomet e tjera të njohura. Shumica e transposoneve të P. infestans i përkasin familjes cigane.
Një numër i madh i familjeve specifike të gjeneve të përfshira në patogjenezë janë identifikuar në gjenomën e P. infestans. Një pjesë e konsiderueshme e tyre kodifikojnë proteina efektore që ndryshojnë fiziologjinë e bimës pritëse dhe kontribuojnë në infektimin e saj. Ato u përkasin dy kategorive të gjera: efektorë apoplastikë, të cilët veprojnë në hapësirat ndërqelizore (apoplaste) dhe efektorë citoplazmikë, të cilët hyjnë në qeliza përmes haustorisë. Efektorët apoplastikë përfshijnë enzimat hidrolitike të sekretuara si proteazat, lipazat dhe glikozilazat që shkatërrojnë qelizat bimore; frenuesit e enzimeve të mbrojtjes së bimëve bujtëse; dhe toksinat nekrotizuese si proteina të ngjashme me Nep1 (NPLs) dhe proteina të vogla të pasura me cisteinë të ngjashme me Pcf (SCR).
Gjenet efektore të P. infestans janë të shumta dhe zakonisht më të mëdha se gjenet jopatogjene. Më të njohurit janë efektet citoplazmike RXLR dhe Crinkler (CNR). Efektorët tipikë citoplazmikë të oomicetave janë proteinat RXLR. Të gjithë gjenet e efektit RXLR të zbuluara deri më tani përmbajnë grupin amino-terminal Arg-XLeu-Arg, ku X është një aminoacid. Si rezultat i studimit, u sugjerua që ekzistojnë 563 gjene RXLR në gjenomën e P. infestans, që është 60% më shumë se në P. sojae dhe P. ramorum. Përafërsisht gjysma e gjeneve RXLR në gjenomën e P. infestans janë specie specifike. Efektorët RXLR kanë një larmi të gjerë të sekuencave. Midis tyre, një familje e madhe dhe 150 familje të vogla u identifikuan. Ndryshe nga proteoma kryesore, gjenet e efektit RXLR zakonisht ndodhen në rajone të varfra me gjen dhe të pasura me përsëritje të gjenomit. Elementet e lëvizshëm që përcaktojnë dinamizmin e këtyre rajoneve lehtësojnë rekombinimin në këto gjene.
Efektorët citoplazmatikë të CRN-së u identifikuan fillimisht në transkriptimet e P. infestans që kodifikojnë peptidet e nekrozës së indeve bimore. Që nga zbulimi i tyre, pak dihet për familjen e këtyre efektorëve. Analiza e gjenomës së P. Infestans zbuloi një familje të madhe prej 196 gjenesh CRN, e cila është dukshëm më e madhe se në P. sojae (100 CRN) dhe P. ramorum (19 CRN). Ashtu si RXLR-të, CRN-të janë proteina modulare dhe përbëhen nga një fushë shumë e konservuar N-terminale LFLAK (50 aminoacide) dhe një fushë ngjitur DWL që përmban gjene të ndryshme. Shumica e CRN (60%) posedojnë një peptid sinjali.
Theshtë studiuar mundësia e CRN-ve të ndryshme për të prishur proceset qelizore të bimës pritëse. Në analizën e nekrozës bimore, heqja e proteinave CRN2 bëri të mundur identifikimin e rajonit terminal C i përbërë nga 234 aminoacide (pozicionet 173-407, fusha DXG) dhe shkaktimin e vdekjes së qelizave. Analiza e gjeneve CRN të P. infestans zbuloi katër rajone të ndryshme C-terminale, të cilat gjithashtu shkaktojnë vdekjen e qelizave brenda bimës. Këto përfshijnë domenet e sapo identifikuara DC (P. Infestans ka 18 gjene dhe 49 pseudogjene), si dhe fushat D2 (14 dhe 43) dhe DBF (2 dhe 1) që janë të ngjashme me kinazat e proteinave. Proteinat e domeneve CRN të shprehura në një bimë konservohen (në mungesë të peptideve të sinjalit) në një qelizë bimore dhe stimulojnë vdekjen e qelizave nga një mekanizëm brendaqelizor. 255 sekuenca të tjera që përmbajnë fusha CRN ka shumë të ngjarë të mos funksionojnë si gjene.
Rritja e numrit dhe madhësisë së familjeve të gjeneve efektore RXLR dhe CRN me sa duket ishte për shkak të rekombinimit homolog joalletik dhe dyfishimit të gjeneve. Përkundër faktit se gjenomi përmban një numër të madh të elementeve aktive të lëvizshëm, ende nuk ka prova të drejtpërdrejta të transferimit të gjeneve efektorë.
Metodat e përdorura në studimin e strukturës së popullsisë
Studimi i strukturës gjenetike të popullatave aktualisht bazohet në analizën e kulturave të pastra të shtameve përbërëse të saj. Analiza e popullatave pa izoluar kultura të pastra kryhet gjithashtu për qëllime specifike, të tilla si, për shembull, studimi i agresivitetit të një popullsie ose prania e shtameve rezistente ndaj fungicideve në të (Filippov et al., 2004; Derevyagina et al., 1999). Ky lloj i hulumtimit përfshin përdorimin e metodave të veçanta, përshkrimi i të cilave është përtej qëllimit të këtij rishikimi. Për analizën krahasuese të shtameve, përdoren një numër metodash, bazuar në analizën e strukturës së ADN-së dhe në studimin e manifestimeve fenotipike. Analiza krahasuese e popullatave ka të bëjë me një numër të madh të izolimeve, gjë që imponon kërkesa të caktuara për metodat e përdorura. Në mënyrë ideale, ata duhet të plotësojnë kërkesat e mëposhtme (Cooke, Lees, 2004, Mueller, Wolfenbarger, 1999):
- të jetë i lirë, i lehtë për t'u zbatuar, nuk kërkon shpenzime të konsiderueshme kohore, të bazohet në teknologji përgjithësisht të disponueshme (për shembull, PCR);
- duhet të gjenerojë një numër mjaft të madh të veçorive të shënjuesve të pavarur kodominantë;
- kanë riprodhueshmëri të lartë;
- përdorni sasinë minimale të indeve që do të ekzaminohen;
- të jetë specifik për substratin (ndotja e pranishme në kulturë nuk duhet të ndikojë në rezultatet);
- nuk kërkojnë përdorimin e procedurave të rrezikshme dhe kimikateve shumë toksike.
Fatkeqësisht, nuk ka metoda që korrespondojnë me të gjithë parametrat e mësipërm. Për një studim krahasues të shtameve në kohën tonë, përdoren metoda të bazuara në analizën e tipareve fenotipike: virulenca ndaj varieteteve të patates dhe domates (racat e patates dhe domates), lloji i çiftëzimit, spektrat e izoenzimeve peptidase dhe izomerazë glukozë-6-fosfat, dhe në analizën e strukturës së ADN-së: polimorfizmi i gjatësisë fragment kufizues (RFLP), i cili zakonisht plotësohet me një sondë hibridizimi RG 57, analizë e përsëritjeve mikroselitare (SSR dhe InterSSR), amplifikim me abetare të rastësishme (RAPD), amplifikim i fragmenteve kufizuese (AFLP), amplifikim me abetare homologe të sekuencave të elementeve të lëvizshëm (për shembull, Inter SINE PCR), përcaktimi i haplotipeve të ADN mitokondriale.
Përshkrime të shkurtra të metodave të studimit krahasues të llojeve të përdorura në punën me P. Infestans
Tiparet e shënjuesve fenotipikë
Garat "patate"
Garat "Patate" janë një shënues i hulumtuar dhe i përdorur zakonisht. Garat "patate të thjeshta" kanë një gjen për virulencën e patates, ato "komplekse" - të paktën dy. Black et al. (1953), duke përmbledhur të gjitha të dhënat në dispozicion të tyre, zbuloi se raca fitoftora është e aftë të infektojë bimët me gjenin / gjenin e rezistencës që korrespondon me gjenin / gjenin virulent të P. infestans, dhe gjeti racat 1, 2, 3 dhe 4 që infektojnë bimët përkatësisht me gjenet R1, R2, R3 dhe R4, d.m.th. bashkëveprimi midis parazitit dhe nikoqirit ndodh sipas parimit të gjenit për gjenin. Më tej, Black, me pjesëmarrjen e Gallegly dhe Malcolmson, zbuloi gjenet e rezistencës R5, R6, R7, R8, R9, R10 dhe R11, si dhe racat përkatëse (Black, 1954; Black & Gallegly, 1957; Malcolmson & Black, 1966; Malcolmson, 1970).
Ekziston një grup i gjerë i të dhënave për përbërjen racore të patogjenit nga rajone të ndryshme. Pa i analizuar këto të dhëna në detaje, ne do të tregojmë vetëm një prirje të përgjithshme: ku u përdorën varietete me gjen të ri rezistencë ose kombinimet e tyre, në fillim kishte një dobësim të sëmundjes së vonë, por më pas u shfaqën racat me gjenet përkatëse të virulencës dhe u zgjodhën dhe shpërthimet e sëmundjes së vonë të rinisën. Virulenca specifike ndaj 4 gjeneve të para të rezistencës (R1-R4) rrallë u vërejt në koleksionet e mbledhura para futjes në kultivimin e varieteteve me këto gjene, por numri i shtameve virulente u rrit ndjeshëm kur patogjeni parazitoi në varietetet që mbartin këto gjene. Nga ana tjetër, gjenet 5-11, ishin mjaft të zakonshëm në koleksione (Shaw, 1991).
Një studim i raportit të racave të ndryshme gjatë sezonit në rritje, i kryer në fund të viteve 1980, tregoi se në fillim të zhvillimit të sëmundjes, klonet me agresivitet të ulët dhe gjenet 1-2 virulente mbizotërojnë në popullatë.
Më tej, me zhvillimin e sëmundjes së vonë, përqendrimi i kloneve origjinale zvogëlohet dhe numri i racave "komplekse" me agresivitet të lartë rritet. Ndodhja e kësaj të fundit deri në fund të sezonit arrin 100%. Kur ruhen zhardhokët, ka një rënie të agresivitetit dhe humbjes së gjeneve individuale të virulencës. Dinamika e zëvendësimit të klonit mund të ndodhë në varietete të ndryshme në mënyra të ndryshme (Rybakova & Dyakov, 1990). Sidoqoftë, studimet tona në vitet 2000-2010 treguan se gara komplekse gjenden që nga fillimi i epifitotikëve midis llojeve të izoluara si nga patatet ashtu edhe nga domatet. Kjo ndoshta është për shkak të një ndryshimi në popullatat e P. Infestans në Rusi.
Deri në vitet 1988-1995, shfaqja e "superracesive" me të gjitha ose pothuajse të gjitha gjenet e virulencës në rajone të ndryshme arriti në 70-100%. Kjo situatë u vu re, për shembull, në Bjellorusi, në rajonet e Leningradit dhe Moskës, në Osetinë e Veriut dhe në Gjermani (Ivanyuk et al., 2002a, 2002b; Polityko, 1994; Schober-Butin et al., 1995).
Garat "domate"
Në kultivarët e domates, u gjetën vetëm 2 gjene të rezistencës ndaj sëmundjes së vonë - Ph1 (Gallegly & Marvell, 1955) dhe Ph2 (Al-Kherb, 1988). Ashtu si në rastin e racave të patates, bashkëveprimi midis domateve dhe P. infestans ndodh në bazë gjen-për-gjen. Gara T0 infekton varietetet që nuk kanë gjen të rezistencës (shumica e varieteteve të përdorura në mënyrë industriale), raca T1 infekton varietete me gjenin Ph1 (Ottawa) dhe raca T2 infekton varietete me gjenin Ph2.
Në Rusi, pothuajse ekskluzivisht T0 u gjet në patate; T0 mbizotëronte te domatet në fillim të sezonit, por më vonë ajo u zëvendësua nga gara T1 (Dyakov et al., 1975, 1994). Pas vitit 2000, T1 në patate në shumë popullata filloi të ndodhte në fillim të periudhës epifitotike. Në Shtetet e Bashkuara, llojet e patates ishin jo-patogjene ndaj domates, si dhe racat T0, T1 dhe T2, ndërsa T1 dhe T2 mbizotëruan mbi domatet (Vartanian & Endo, 1985; Goodwin et al., 1995).
Lloji i çiftëzimit
Për të kryer studimin, kërkohen lloje testues (referues) me lloje të njohura të çiftëzimit - A1 dhe A2. Izolimi i provës inokulohet me to në çifte në enët Petri me mjedisin e agarit të tërshërës. Pas inkubacionit për 10 ditë, pllakat shqyrtohen për praninë ose mungesën e oosporeve në mjedis në zonën e kontaktit të llojeve. Ekzistojnë 4 opsione: lloji i përket llojit të çiftëzimit A1, nëse formon oospore me testuesin A2, tek A2, nëse formon oospore me testuesin A1, në A1A2, nëse formon oospore me të dy testuesit ose është steril (00), nëse nuk formon oospore pa kontrollues (dy grupet e fundit janë të rralla).
Për të përcaktuar më shpejt llojet e çiftëzimit, u bënë përpjekje për të identifikuar rajonet e gjenomit të shoqëruara me llojin e çiftëzimit, me qëllim të përdorimit të tyre të mëtejshëm për të përcaktuar llojin e çiftëzimit me PCR. Një nga eksperimentet e para të suksesshme për të identifikuar një sit të tillë u krye nga studiuesit amerikanë (Judelson et al., 1995). Duke përdorur metodën RAPD, ata ishin në gjendje të identifikonin rajonin W16 të lidhur me llojin e çiftëzimit në pasardhësit e dy izolimeve të kryqëzuara dhe të krijonin një palë abetare 24-bp për ta amplifikuar atë (W16-1 (5'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-3 ') dhe W16-2 (5') -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-3 ') Pas kufizimit të produktit PCR me enzimën kufizuese HaeIII, ishte e mundur të ndahen izolat me llojet e çiftimit A1 dhe A2.
Një përpjekje tjetër për të marrë shënjues PCR për të përcaktuar llojet e çiftëzimit u ndërmor nga studiuesit koreanë (Kim, Lee, 2002). Ata identifikuan produkte specifike duke përdorur metodën AFLP. Si rezultat, u krijuan një palë abetare PHYB-1 (përpara) (5'-GATCGGATTAGTCAGACGAG-3 ') dhe PHYB-2 (5'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-3'), duke lejuar amplifikimin selektiv të rajonit të gjenomit të lidhur me llojin e bashkimit A2. Më pas, ata vazhduan këtë punë dhe krijuan abetaret 5 'AAGCTATACTGGGACAGGGT-3' (INF-1, përpara) dhe 5'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-3 '(INF-2), duke lejuar amplifikimin selektiv të rajonit Mat-A1, karakteristikë e shtameve me llojin e çiftëzimit A1 Përdorimi i diagnostikimit PCR të llojeve të çiftëzimit tregoi rezultate të mira kur studionin popullatat e P. infestans në Republikën Çeke (Mazakova et al., 2006), Tunizi (Jmour, Hamada, 2006) dhe rajone të tjera. Në laboratorin tonë (Mytsa, Elansky, e pabotuar), u analizuan 34 lloje P. infestans të izoluara nga patatet e sëmura dhe organet e domates në rajone të ndryshme të Rusisë (rajone Kostroma, Ryazan, Astrakhan dhe Moskë). Rezultatet e analizës PCR duke përdorur abetare specifike më shumë se 90% përkuan me rezultatet e analizës së llojit të çiftëzimit me metodën tradicionale në një mjedis ushqyes.
Tabela 1. Ndryshueshmëria e rezistencës brenda klonit Sib 1 (Elansky et al., 2001)
Vendndodhja e mbledhjes së mostrës | Numri i izolimeve të analizuara | Numri i llojeve të ndjeshëm (S), rezistent të dobët (SR) dhe rezistent (R), copë (%) | ||
S | SR | R | ||
G. Vladivostok | 10 | 1 (10) | 4 (40) | 5 (50) |
G. Chita | 5 | 0 | 0 | 5 (100) |
Irkutsk | 9 | 9 (100) | 0 | 0 |
G. Krasnoyarsk | 13 | 12 (92) | 1 (8) | 0 |
Qyteti Yekaterinburg | 15 | 8 (53) | 1 (7) | 6 (40) |
O. Sakhalin | 66 | 0 | 0 | 66 (100) |
Rajoni i Omsk | 18 | 0 | 0 | 18 (100) |
Rezistenca e metalaksilit si shënues i popullatës
Në fillimin e viteve 1980, shpërthime të fuqishme të sëmundjes së vonë të shkaktuar nga shtamet rezistente ndaj metalaksilit P. infestans u shënuan në rajone të ndryshme. Fermat e patates në shumë vende kanë pësuar humbje të konsiderueshme (Dowley & O'Sullivan, 1981; Davidse et al., 1983; Derevyagina, 1991). Që nga ajo kohë, në shumë vende të botës, është kryer monitorim i vazhdueshëm i shfaqjes së shtameve rezistente ndaj fenilamideve në popullatat e P. infestans. Përveç një vlerësimi praktik të perspektivave për përdorimin e barnave që përmbajnë fenilamide, ndërtimi i një sistemi masash mbrojtëse dhe parashikimi i epifitotive, rezistenca ndaj këtyre barnave është bërë një nga tiparet e shënjuesve që përdoret gjerësisht për analizën krahasuese të popullatave të këtij patogjeni. Sidoqoftë, përdorimi i rezistencës ndaj metalaksil në studimet krahasuese të popullsisë duhet të kryhet duke marrë parasysh faktin se: 1 - baza gjenetike e rezistencës nuk është përcaktuar ende saktësisht, 2 - rezistenca ndaj metalaksil është një tipar i varur në mënyrë selektive që mund të ndryshojë në varësi të përdorimit të fenilamideve, 3 - të ndryshme shkalla e ndjeshmërisë ndaj sforcimeve metalaksil brenda një linje klonale (tabela. 1).
Spektrat e izozimeve
Shënuesit e izoizmës zakonisht janë të pavarur nga kushtet e jashtme, tregojnë trashëgiminë Mendeliane dhe janë kodominuese, duke lejuar që të bëhet dallimi midis homo- dhe heterozigotëve. Përdorimi i proteinave si shënjues gjenesh bën të mundur identifikimin e riorganizimeve të mëdha të materialit gjenetik, përfshirë mutacionet kromozomale dhe gjenomike, dhe zëvendësimet e vetme të aminoacideve.
Studimet elektroforetike të proteinave kanë treguar se shumica e enzimave ekzistojnë në organizma në formën e disa fraksioneve që ndryshojnë në lëvizshmërinë elektroforetike. Këto fraksione janë rezultat i kodifikimit të formave të shumta të enzimave nga loci të ndryshme (izozime ose izozime) ose nga alele të ndryshme të të njëjtit vend (alozima ose aloenzime). Kjo është, izozimet janë forma të ndryshme të një enzime. Forma të ndryshme kanë të njëjtën aktivitet katalitik, por ndryshojnë pak në zëvendësimet e vetme të aminoacideve në peptid dhe në ngarkim. Dallime të tilla zbulohen gjatë elektroforezës.
Kur studiojnë llojet e P. infestans, përdoren spektrat e izoenzimave të dy proteinave, peptidaza dhe glukozë-6-fosfat izomeraza (kjo enzimë është monomorfe në popullatat ruse, prandaj metodat e studimit të saj nuk paraqiten në këtë vepër). Për t'i ndarë ato në izozime në një fushë elektrike, përgatitjet e proteinave të izoluara nga organizmat e studiuar aplikohen në një pllakë xheli të vendosur në një fushë elektrike. Shkalla e difuzionit të proteinave individuale në xhel varet nga ngarkesa dhe pesha molekulare; prandaj, në një fushë elektrike, përzierja e proteinave ndahet në fraksione të veçanta, të cilat mund të vizualizohen duke përdorur ngjyra të veçanta.
Studimi i izoenzimeve të peptidazës kryhet në xhel celulozë-acetat, niseshte ose poliakrilamid. Më e përshtatshme është metoda e bazuar në përdorimin e xhelave të acetatit të celulozës të prodhuara nga Helena Laboratories Inc. Nuk kërkon sasi të mëdha të materialeve provë, lejon që të merren banda të kundërta në xhel pas elektroforezës për të dy vendet e enzimës, zbatimi i tij nuk kërkon kohë të madhe dhe kosto materiale (Fig. 2).
Një pjesë e vogël e miceliumit transferohet në një mikrotub 1,5 ml, 1-2 pika ujë të distiluar shtohen në të. Pas kësaj, kampioni homogjenizohet (për shembull, me një stërvitje elektrike me një shtojcë plastike të përshtatshme për një mikrotub) dhe sedimentohet për 25 sekonda në një centrifugë në 13000 rpm. 8 μl nga secili mikrotub. supernatanti transferohet në pllakën e aplikuesit.
Xheli i acetatit të celulozës hiqet nga ena e tamponit, shlyhet midis dy fletëve të letrës filtruese dhe vendoset me shtresën e punës mbi bazën plastike të aplikuesit. Solucioni nga pllaka transferohet nga aplikuesi në xhel 2-4 herë. Xheli transferohet në një dhomë elektroforeze,
Tabela 2. Përbërja e tretësirës së përdorur për ngjyrosjen e xhelit të acetatit të celulozës në analizën e izoenzimeve të peptidazës, një pikë bojë (blu bromofenoli) vendoset në buzë të xhelit.
TRIS HCl, 0,05M, Ph 8,0 2 ml
Peroksidaza, 1000 U / ml 5 pika
o-dianisidinë, 4 mg / ml 8 pika
MgCl2, 20 mg / ml 2 pika
Gly-Leu, 15 mg / ml 10 pika
Oksidaza L-amino-acid, 20 u / ml 2 pika
Elektroforeza kryhet për 20 minuta. në 200 V. Pas elektroforezës, xheli transferohet në një tryezë pikture dhe pikturohet me një tretësirë speciale për pikturim (Tabela 2). 10 ml agar 1,6% DIFCO shkrihet paraprakisht në një furrë me mikrovalë, ftohet në 60 ° C, pas së cilës 2 ml agar përzihet me një përzierje bojë dhe derdhet mbi xhel. Shiritat shfaqen brenda 15-20 minutash. Reagensi i oksidazës së amino-acidit shtohet pak para përzierjes së tretësirës me agarin e shkrirë.
Në popullatat ruse, lokusi Pep 1 përfaqësohet nga gjenotipet 100/100 dhe 92/100. Homozigota 92/92 është jashtëzakonisht e rrallë (rreth 0,1%). Locus Rehr 2 përfaqësohet nga tre gjenotipi 100/100, 100/112 dhe 112/112, dhe të tre variantet janë mjaft të zakonshme (Elanky dhe Smirnov, 3, Fig. 2003).
Hulumtimi i gjenomit
Polimorfizmi i gjatësisë së fragmentit kufizues me hibridizimin pasues (RFLP-RG 57)
ADN-ja totale trajtohet me enzimë kufizuese Eco R1, fragmentet e ADN-së ndahen me elektroforezë në xhel agarozë. ADN-ja bërthamore është shumë e madhe dhe ka shumë sekuenca të përsëritura, gjë që e bën të vështirë për të analizuar drejtpërdrejt fragmentet e shumta të marra nga veprimi i enzimave kufizuese. Prandaj, fragmentet e ADN-së të ndara në xhel transferohen në një membranë të veçantë dhe përdoren për hibridizimin me sondën RG 57, e cila përfshin nukleotide të etiketuara me etiketa radioaktive ose fluoreshente. Kjo sondë hibridizohet me sekuenca gjenomike të përsëritura (Goodwin et al., 1992, Forbes et al., 1998). Pas vizualizimit të rezultateve të hibridizimit në një material dritë ose radioaktiv, merret një profil hibridizimi me shumë vendndodhje (gjurmët e gishtave), i përfaqësuar nga 25-29 fragmente (Forbes et al., 1998). Pasardhësit aseksualë (klonalë) do të kenë të njëjtët profile. Sipas rregullimit të brezave në elektroforetogram, gjykohen ngjashmëritë dhe ndryshimet e organizmave të krahasuar.
Haplotipet e ADN-së mitokondriale
Në shumicën e qelizave eukariote, mtDNA paraqitet në formën e një molekule rrethore me dy fije rrethore të ADN-së, e cila, ndryshe nga kromozomet bërthamore të qelizave eukariote, replikohet gjysëm-konservatore dhe nuk shoqërohet me molekulat e proteinave.
Gjenoma mitokondriale e P. infestans u sekuencua dhe një numër punimesh iu kushtuan analizës së gjatësisë së fragmenteve kufizuese (Carter et al, 1990, Goodwin, 1991, Gavino, Fry, 2002). Pasi Griffith dhe Shaw (1998) zhvilluan një metodë të thjeshtë dhe të shpejtë për përcaktimin e haplotipeve të mtDNA, ky shënues u bë një nga më të njohurit në studimet e P. Infestans. Thelbi i metodës konsiston në amplifikimin vijues të dy fragmenteve të ADN-së mitokondriale (nga gjenomi i zakonshëm) me abetaret F2-R2 dhe F4-R4 (Tabela 3) dhe kufizimi i tyre pasues me enzimat kufizuese MspI (fragmenti i parë) dhe EcoR1 (fragmenti i dytë). Metoda ju lejon të identifikoni 1 haplotipi: Ia, IIa, Ib, IIb. Tipi II ndryshon nga tipi I nga prania e një inserti 2 bp në madhësi dhe nga një vendndodhje tjetër e vendeve të kufizimit në rajonet P4 dhe P1881 (Fig. 2).
Që nga viti 1996, midis llojeve të mbledhura në territorin e Rusisë, u shënuan vetëm haplotipet Ia dhe IIa (Elansky et al., 2001, 2015). Ato mund të identifikohen pas ndarjes së produkteve kufizuese me abetaren F2-R2 në një fushë elektrike (Fig. 4, 5). Llojet e mtDNA përdoren në analizën krahasuese të shtameve dhe popullatave. Në një numër studimesh, llojet e ADN-së mitokondriale u përdorën për të izoluar linjat klonale dhe për të pasaportuar izolatet e P. infestans (Botez et al., 2007; Shein et al., 2009). Duke përdorur metodën PCR-RFLP, u konkludua se mtDNA është heterogjene në të njëjtin tip P. infestans (Elansky dhe Milyutina, 2007). Kushtet e amplifikimit: 1x (500 sek. 94 ° C), 40x (30 sek. 90 ° C, 30 sek. 52 ° C, 90 sek. 72 ° C); 1x (5 min. 72 ° C). Përzierja e reagimit: (20 μl): 0,2 U Taq ADN polimeraza, 1x 2,5 mM buffer MgCl2-Taq, 0,2 mM secili dNTP, 30 pM abetare dhe 5 ng i ADN-së së analizuar, ujë i deionizuar - deri në 20 μl.
Kufizimi i produktit PCR kryhet për 4-6 orë në një temperaturë prej 37 ° C. Përzierje kufizuese (20 μl): 10x MspI (2 μl), 10x tampon kufizues (2 μl), ujë i deionizuar (6 μl), produkt PCR (10 μl).
Tabela 3. Abetaret e përdorura për amplifikimin e rajoneve polimorfike të mtDNA
Lokusi | Abetare | Gjatësia dhe vendosja e abetares | Gjatësia e produktit PCR | Kufizo |
---|---|---|---|---|
P2 | F2: 5'- TTCCCTTTGTCCTCTACCGAT | 21; 13619-13639 | 1070 | MSPI |
R2: 5'- TTACGGCGGTTAGCACATACA | 22; 14688-14667 | |||
P4 | F4: 5'- TGGTCATCCAGAGGTTTATGTT | 22; 9329-9350 | 964 | EcoRI |
R4:5 - CCGATACCGATACCAGCACCAA | 22; 10292-10271 |
Përforcimi i abetares së rastësishme (RAPD)
Gjatë kryerjes së RAPD, përdoret një abetar (nganjëherë disa abetarë njëkohësisht) me një sekuencë arbitrare nukleotide, zakonisht 10 nukleotide në gjatësi, me një përmbajtje të lartë (nga 50%) të nukleotideve GC dhe një temperaturë të ulët pjekjeje (rreth 35 ° C). Abetaret e tilla "zbarkojnë" në zona të shumta plotësuese në gjenom. Pas amplifikimit, merret një numër i madh i amplikoneve. Numri i tyre varet nga abetarja (t) e përdorur dhe kushtet e reagimit (përqendrimi i MgCl2 dhe temperatura e pjekjes).
Vizualizimi i ampliconeve kryhet me distilim në xhel poliakrilamid ose agarozë. Gjatë kryerjes së analizës RAPD, është e nevojshme të monitorohet me kujdes pastërtia e materialit të analizuar, sepse ndotja me objekte të tjera të gjalla mund të shkaktojë një rritje të konsiderueshme të numrit të objekteve, të cilat janë mjaft të shumta edhe në analizën e materialit të pastër (Perez et al, 1998). Përdorimi i kësaj metode në studimin e gjenomës së P. infestans reflektohet në shumë punime (Judelson, Roberts, 1999, Ghimire et al., 2002, Carlisle et al., 2001). Përzgjedhja e kushteve të reagimit dhe abetareve (51 abetare 10-nukleotide u studiuan) janë dhënë në artikullin nga Abu-El Samen et al., (2003).
Analiza e përsëritjes mikrosatelitare (SSR)
Përsëritjet mikrosatelitare (përsëritjet e thjeshta të sekuencave, SSR) janë sekuenca të shkurtra të përsëritura në mënyrë tandeme prej 1-3 (ndonjëherë deri në 6) nukleotidesh të pranishme në gjenomet bërthamore të të gjithë eukariotëve. Numri i përsëritjeve të njëpasnjëshme mund të ndryshojë nga 10 në 100. Vendndodhjet mikroselitare ndodhin me një frekuencë mjaft të lartë dhe shpërndahen pak a shumë në mënyrë të barabartë në të gjithë gjenomin (Lagercrantz et al., 1993). Polimorfizmi i sekuencave mikrosatelitare shoqërohet me ndryshime në numrin e përsëritjeve të motivit bazë. Markuesit mikrosatelitë janë kodinantë, gjë që bën të mundur përdorimin e tyre për të analizuar strukturën e popullsisë, përcaktimin e farefisnisë, rrugët e migrimit të gjenotipit, etj. Ndër avantazhet e tjera të këtyre shënjuesve, duhet të theksohet polimorfizmi i tyre i lartë, riprodhueshmëria e mirë, neutraliteti dhe aftësia për të kryer analiza dhe vlerësime automatike. Analiza e polimorfizmit të përsëritjeve mikroselitare kryhet me amplifikim PCR duke përdorur abetare plotësuese të sekuencave unike që i përkasin pozicioneve mikroselitare. Fillimisht, analiza u krye me ndarjen e produkteve të reagimit në një xhel poliakrilamid. Më vonë, punonjësit e ndërmarrjes Applied Biosystems propozuan që të përdoren abetare të etiketuara në mënyrë fluoreshente me zbulimin e produkteve të reagimit duke përdorur një detektor automatik të lazerit (Diehl et al., 1990), dhe më pas sekuencorë standardë automatikë të ADN-së (Ziegle et al., 1992). Etiketimi i abetareve me ngjyra të ndryshme fluoreshente ju lejon të analizoni disa shënjues në të njëjtën kohë në një korsi dhe, në përputhje me rrethanat, të rrisni ndjeshëm produktivitetin e metodës dhe të rrisni saktësinë e analizës.
Publikimet e para kushtuar përdorimit të analizës SSR për studimin e P. infestans u shfaqën në fillim të viteve 2000. (Knapova, Gisi, 2002). Jo të gjithë shënuesit e propozuar nga autorët treguan një shkallë të mjaftueshme të polimorfizmit, megjithatë, dy prej tyre (4B dhe G11) u përfshinë në grupin e 12 shënuesve SSR të propozuar nga Lees et al. (2006) dhe më pas të miratuara në rrjetin kërkimor Eucablight (www.eucablight .org) si standard për P. infestans. Disa vjet më vonë, u botua një studim për krijimin e një sistemi për analizën multipleks të ADN-së së P. infestans bazuar në tetë shënues SSR (Li et al., 2010). Më në fund, pasi vlerësuan të gjithë shënuesit e propozuar më parë dhe përzgjedhën më informuesin e tyre, si dhe optimizuan abetaret, etiketat fluoreshente dhe kushtet e amplifikimit, i njëjti grup autorësh paraqiti një sistem të analizës së multipleksit me një hap, duke përfshirë 12 shënjues (Tabela 4; Li et al. , 2013a). Abetaret e përdorura në këtë sistem u zgjodhën dhe u etiketuan me një nga katër shënuesit fluoreshente (FAM, VIC, NED, PET) në mënyrë që diapazonin e madhësive të aleleve të abetareve me të njëjtat etiketa të mos mbivendoseshin.
Autorët kryen analizën në një përforcues PTC200 (MJ Research, SHBA) duke përdorur komplete PCR multiplex QIAGEN ose komplete PCR QIAGEN Typeit Mikrosatelit. Vëllimi i përzierjes së reaksionit ishte 12.5 μL. Kushtet e amplifikimit ishin si më poshtë: për multiplex PCR QIAGEN: 95 ° C (15 min), 30x (95 ° C (20 s), 58 ° C (90 s), 72 ° C (60 s), 72 ° C (20 min); për QIAGEN Type-it Mikrosatelit PCR: 95 ° C (5 min), 28x (95 ° C (30 sek), 58 ° C (90 sek), 72 ° C (20 sek), 60 ° C (30 min)
Ndarja dhe vizualizimi i produkteve PCR u krye duke përdorur një analizues automatik ABI3730 të kapilarit të ADN-së (Applied Biosystems).
Tabela 4. Karakteristikat e 12 shënuesve standardë SSR të përdorur për gjenotipizimin e P. Infestans (Li et al., 2013a)
Emër | Numri i aleleve | Diapazoni i madhësisë alele (bp) | Abetaret |
PiG11 | 13 | 130-180 | F: NED-TGCTATTTATCAAGCGTGGG R: GTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Ft02 | 4 | 255-275 | F: NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R: GTTTGACCACTTCTCTCGGTTC |
PinfSSR11 | 4 | 325-360 | F: NED-TTAAGCCACGACATGAGCTG R: GTTTAGACAATTGTTTTTGTGGTCGC |
D13 | 16 | 100-185 | FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R: GCTCGAATTCATTTTCAGACTTG |
PinfSSR8 | 4 | 250-275 | F: FAM-AATCTGATCGCAACTGAGGG R: GTTTACAAGATACACACGGGGGCCCC |
PinfSSR4 | 7 | 280-305 | F: FAM-TCTTGTTCGAGTATGCGACG R: GTTTCACTTCGGGGAGAAAGGCTTC |
Ft04 | 4 | 160-175 | F: VIC-AGCGGCTTTTACCGATGG R: GTTTCAGCGGCTGTTTCGAC |
Ft70 | 3 | 185-205 | F: VIC-ATGAAATACGTCAATGCTCG R: CGTTGGATATTTCTATTTCTTCG |
PinfSSR6 | 3 | 230-250 | F: GTTTTGGTGGGGCTGAAGTTTT R: VIC-TCGCCACAAGATTTATTCCG |
Ft63 | 3 | 265-280 | F: VIC-ATGACGAAGATGAAAGTGAGG R: CGTATTTTCCTGTTTATCTACACACC |
PinfSSR2 | 3 | 165-180 | F: PET-CGACTTCTACATCAACCGGC R: GTTGCTTGGACTGCGTCTTTAGC |
Pi4B | 5 | 200-295 | F: PET-AAAATAAAGCCTTTGGTTCA R: GCAAGCGAGGTTGTAGATT |
Një shembull i vizualizimit të rezultateve të analizës është treguar në Fig. 6. Rezultatet u analizuan duke përdorur programin GeneMapper 3.7 duke krahasuar të dhënat e marra me të dhënat e izolimeve të njohura. Për të lehtësuar interpretimin e rezultateve të analizës, është e nevojshme të përfshihen 1-2 izolate referimi me një gjenotip të njohur në secilin studim.
Metoda e propozuar e hulumtimit u testua në një numër të konsiderueshëm të mostrave në terren, pas së cilës autorët protokolluan të standardizuar midis laboratorëve të dy organizatave, The James Hutton Institute (MB) dhe Wageningen University & Research (Holland), e cila, së bashku me mundësinë e përdorimit të kartave standarde FTA për të thjeshtuar mbledhja dhe dërgesa e mostrave të ADN-së P. infestans bëri të mundur që të flitet për mundësinë e përdorimit komercial të këtij zhvillimi. Përveç kësaj, një metodë e shpejtë dhe e saktë e gjenotipimit të izolimeve të P. infestans duke përdorur analizën SSR të multipleksit bëri të mundur kryerjen e studimeve të standardizuara të popullatave të këtij patogjeni në një shkallë globale dhe krijimin e një baze të të dhënave botërore për sëmundjen e vonë në kuadrin e projektit Eucablight (www.eucablight.org), përfshirë , duke përfshirë rezultatet e analizave mikrosatelitare, bënë të mundur ndjekjen e shfaqjes dhe përhapjes së gjenotipeve të reja nëpër botë.
Polimorfizmi i gjatësisë së fragmentit kufizues të përforcuar (AFLP). AFLP (polimorfizmi i gjatësisë së fragmentit të amplifikuar) është një teknologji për gjenerimin e shënjuesve molekularë të rastësishëm duke përdorur abetare specifike. Në AFLP, ADN trajtohet me një kombinim të dy enzimave kufizuese. Përshtatës të veçantë lidhen në skajet ngjitëse të fragmenteve kufizuese.
Këto fragmente më pas përforcohen duke përdorur abetare plotësuese të sekuencës së adaptorit dhe vendit të kufizimit dhe përveç kësaj mbartin një ose më shumë baza të rastësishme në skajet e tyre 3 '. Grupi i fragmenteve të marra varet nga enzimat kufizuese dhe nukleotidet e zgjedhura rastësisht në skajet 3'të abetareve (Vos et al., 1995). AFLP - gjenotipizimi përdoret për të studiuar shpejt ndryshimin gjenetik të organizmave të ndryshëm.
Një përshkrim i hollësishëm i metodës është dhënë në punimet e Mueller, Wolfenbarger, 1999, Savelkoul et al., 1999. Shumë punë duke krahasuar rezolucionin e metodave AFLP dhe SSR është kryer nga studiuesit kinezë. U studiuan karakteristikat fenotipike dhe gjenotipike të izolimeve të 48 P. infestans të mbledhura nga pesë rajone të Kinës Veriore. Spektri AFLP zbuloi tetë gjenotipi të ndryshëm të ADN-së, në ndryshim nga gjenotipet SSR, për të cilat nuk u gjet asnjë larmi (Guo et al., 2008).
Përforcimi me abetare homologe me sekuencat e elementeve të lëvizshëm
Shënuesit që rrjedhin nga sekuencat e retrotransposoneve janë shumë të përshtatshëm për hartëzimin gjenetik, studimin e larmisë gjenetike dhe proceset evolucionare (Schulman, 2006). Nëse abetaret bëhen për të plotësuar sekuencat e qëndrueshme të disa elementeve të lëvizshëm, është e mundur të amplifikohen rajonet e gjenomit të vendosura midis tyre. Në studimet e agjentit shkaktar të sëmundjes së vonë, u përdor me sukses metoda e amplifikimit të rajoneve të gjenomit duke përdorur një abetare plotësuese të sekuencës thelbësore të retroazonit SINE (Elemente Bërthamore të Ndërprera të Shkurtra) (Lavrova dhe Elansky, 2003). Duke përdorur këtë metodë, dallimet u zbuluan edhe në pasardhësit aseksualë të një izolimi. Në këtë drejtim, u konkludua se metoda inter - SINE - PCR është shumë specifike dhe shkalla e lëvizjes së elementeve SINE në gjenomën Phytophthora është e lartë.
Në gjenomën e P. infestans, janë identifikuar 12 familje të retrotransposoneve të shkurtra (SINE); u hetua shpërndarja e specieve të retrotransposoneve të shkurtra, u identifikuan elemente (SINE) që gjenden në gjenomën e vetëm P. infestans (Lavrova, 2004).
Karakteristikat e aplikimit të metodave të studimit krahasues të llojeve në studimet e popullsisë
Kur planifikoni një studim, është e nevojshme të kuptoni qartë qëllimet që ndjek dhe të përdorni metodat e duhura. Kështu, disa metoda bëjnë të mundur gjenerimin e një numri të madh të shenjave të pavarura të shënuesve, por në të njëjtën kohë kanë riprodhueshmëri të ulët dhe varen fuqimisht nga reagensët e përdorur, kushtet e reagimit dhe ndotja e materialit provë. Prandaj, në secilin studim të një grupi shtameve, është e nevojshme të përdoren disa izolime standarde (referuese), por edhe në këtë rast, rezultatet e disa eksperimenteve janë shumë të vështira për t'u kombinuar.
Ky grup i metodave përfshin RAPD, AFLP, InterSSR, InterSINE PCR. Pas amplifikimit, merren një numër i madh i fragmenteve të ADN-së me madhësi të ndryshme. Shtë e këshillueshme që të përdoren teknika të tilla kur është e nevojshme të vendosen ndryshime midis llojeve të lidhura ngushtë (pasardhës prindër, mutantë të tipit të egër, etj.), Ose në rastet kur kërkohet një analizë e hollësishme e një mostre të vogël. Kështu, metoda AFLP përdoret gjerësisht në hartëzimin gjenetik të P. infestans (van der Lee et al., 1997) dhe në studimet e intrapopulimit (Knapova, Gisi, 2002, Cooke et al, 2003, Flier et al, 2003). Metoda të tilla janë të papërshtatshme për t'u përdorur kur krijohen baza të të dhënave të llojeve, sepse është praktikisht e pamundur të unifikosh llogaritjen e rezultateve kur kryen analiza në laboratorë të ndryshëm.
Pavarësisht nga thjeshtësia dhe shpejtësia në dukje e ekzekutimit (izolimi i ADN-së pa pastrim të mirë, përforcim, vizualizim i rezultateve), ky grup metodash kërkon përdorimin e një metode të veçantë për dokumentimin e rezultateve: distilim në xhel poliakrilamid me abetare të etiketuara (radioaktive ose lumineshente) dhe ekspozim pasues ndaj dritës ose materialit radioaktiv. Imazhi konvencional i xhel agarozës së etidium bromurit zakonisht nuk është i përshtatshëm për këto metoda sepse një numër i madh i fragmenteve të ADN-së me madhësi të ndryshme mund të shkrihen.
Përkundrazi, metoda të tjera bëjnë të mundur gjenerimin e një numri të vogël veçorish me riprodhueshmërinë e tyre shumë të lartë. Ky grup përfshin studimin e haplotipeve të ADN mitokondriale (vetëm dy haplotipa Ia dhe IIa shënohen në Rusi), lloji i çiftëzimit (shumica e izolimeve ndahen në 2 lloje: A1 dhe A2, SF vetë-pjellore gjenden rrallë) dhe spektrat e izozimit të peptidazës (dy lokus Pep1 dhe Pep2 , i përbërë nga dy izozima secila) dhe izomeraza glukozë-6-fosfat (në Rusi nuk ka ndryshueshmëri në këtë tipar, megjithëse polimorfizmi i rëndësishëm vërehet në vendet e tjera të botës). Këshillohet të përdorni këto karakteristika kur analizoni koleksionet, përpiloni bazat e të dhënave rajonale dhe globale. Në rastin e analizës së izozimeve dhe haplotipeve të ADN mitokondriale, është e mundur të bëhet fare pa shtame standarde, ndërsa në analizën e llojeve të çiftëzimit, kërkohen dy izolate provë me llojet e njohura të çiftëzimit.
Kushtet e reagimit dhe reagensët mund të ndikojnë vetëm në kontrastin e produktit në elektroforetogram; shfaqja e objekteve në këto lloje studimesh nuk ka gjasa.
Aktualisht, shumica e popullsive në pjesën evropiane të Rusisë përfaqësohen nga llojet e të dy llojeve të çiftëzimit (Tabela 6), midis tyre ka izolime me llojet Ia dhe IIa të ADN mitokondriale (llojet e tjera të mtDNA të gjetura në botë nuk janë gjetur në Rusi pas 1993) Spektrat e izozimeve të peptidazës përfaqësohen nga dy gjenotipi në vendndodhjen Pep1 (100/100, 92/92 dhe heterozigoti 92/100, dhe gjenotipi 92/92 është jashtëzakonisht i rrallë (<0,3%)) dhe dy gjenotipi në vendndodhjen Pep 2 (100/100 , 112/112 dhe heterozigot 100/112, me gjenotipin 112/112 që ndodh më rrallë se 100/100, por gjithashtu mjaft shpesh).
Nuk kishte asnjë ndryshueshmëri në spektrin e izoenzimeve të izomerazës glukozë-6-fosfate pas 1993 (zhdukja e linjës klonale US-1); të gjitha izolat e studiuar kishin gjenotipin 100/100 (Elansky dhe Smirnov, 2002).
Grupi i tretë i metodave lejon marrjen e një grupi të mjaftueshëm të veçorive të shënjuesve të pavarur me riprodhueshmëri të lartë. Sot, ky grup përfshin sondën RFLP-RG57, e cila prodhon 25-29 fragmente të ADN-së me madhësi të ndryshme. RFLP-RG57 mund të përdoret si gjatë analizimit të mostrave ashtu edhe gjatë përpilimit të bazave të të dhënave. Sidoqoftë, kjo metodë është shumë më e shtrenjtë se ato të mëparshme, është kohë dhe kërkon një sasi mjaft të madhe të ADN-së shumë të pastruar. Prandaj, studiuesi është i detyruar të kufizojë vëllimin e materialit të testuar.
Zhvillimi i RFLP-RG57 në fillimin e viteve '90 të shekullit të kaluar intensifikoi ndjeshëm studimet e popullsisë të agjentit shkaktar të sëmundjes së vonë. Ai u bë baza e metodës bazuar në zgjedhjen dhe analizën e "Linjave Klonale" (shih më poshtë). Së bashku me RFLP-RG57, lloji i çiftëzimit, gjurmët e gishtave të ADN-së (metoda RFLP-RG57), spektrat e izoenzimeve të peptidazës dhe izomerazës glukozë-6-fosfat dhe lloji i ADN-së mitokondriale përdoren për të identifikuar linjat klonale. Falë tij, u tregua al., 1994), u identifikuan zëvendësimet e popullatave të vjetra nga ato të reja (Drenth et al, 1993, Sujkowski et al, 1994, Goodwin et al, 1995a) dhe linjat klonale që mbizotërojnë në shumë vende të botës. Studimet e shtameve ruse duke përdorur këtë metodë treguan një polimorfizëm të lartë gjenotipik të shtameve të pjesës evropiane dhe monomorfizëm të popullatave të pjesëve aziatike dhe të Lindjes së Largët të Rusisë (Elansky et al, 2001). Dhe tani kjo metodë mbetet ajo kryesore në studimet e popullsisë së P. infestans. Sidoqoftë, shpërndarja e gjerë e tij pengohet nga kostoja mjaft e lartë dhe intensiteti i punës në ekzekutim.
Një teknikë tjetër premtuese që përdoret rrallë në studimet e P. infestans është analiza e përsëritjes mikroselitare (SSR). Aktualisht, kjo metodë përdoret gjerësisht për të izoluar linjat klonale. Për analizën e shtameve, tipare të tilla shënjash fenotipike si prania e gjeneve virulencë tek varietetet e patates (Avdey, 1995, Ivanyuk et al., 2002, Ulanova et al., 2003) dhe domate u përdorën gjerësisht (dhe vazhdojnë të përdoren). Deri më tani, gjenet e virulencës ndaj varieteteve të patates kanë humbur vlerën e tyre si tipare shënjuese për studimet e popullatës për shkak të shfaqjes së numrit maksimal (ose afër tij) të gjeneve virulencë në shumicën dërrmuese të izolimeve. Në të njëjtën kohë, gjeni i virulencës T1 për kultivarët e domates që mbartin gjenin përkatës Ph1 përdoret akoma me sukses si tipar shënues (Lavrova et al., 2003; Ulanova et al., 2003).
Në shumë vepra, rezistenca ndaj fungicideve përdoret si tipar shënues. Kjo tipar është e padëshirueshme për t'u përdorur në studimet e popullatës për shkak të shfaqjes mjaft të lehtë të mutacioneve të rezistencës në linjat klonale pas aplikimit të fungicideve që përmbajnë metalaksil- (ose mefenoxam-) në terren. Për shembull, ndryshime të konsiderueshme në nivelin e rezistencës u treguan brenda vijës klonale Sib1 (Elansky et al., 2001).
Kështu, lloji i çiftëzimit, spektri izozimik i peptidazës, lloji i ADN-së mitokondriale, RFLP-RG57, SSR janë shënjuesit e preferuar për krijimin e bankave të të dhënave dhe etiketimet e llojeve në koleksione. Për të krahasuar mostrat e kufizuara, nëse është e nevojshme të përdorni numrin maksimal të veçorive të shënjuesve, mund të përdorni AFLP, RAPD, InterSSR, Inter-SINE PCR (Tabela 5). Sidoqoftë, duhet të mbahet mend se këto metoda janë dobët të riprodhueshme, dhe në secilin eksperiment individual (cikli i elektroforezës së amplifikimit) është e nevojshme të përdoren disa izolate referimi.
Tabela 5. Krahasimi i metodave të ndryshme të hulumtimit të llojeve P. infestans
Kriteri | TS | Policët Isofer | MtADN | RFLP-RG57 | RAPD | BRSS | RSS | AFLP | i jap supërxhiro |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Sasia e informacionit | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
Riprodhueshmëria | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
Mundësia e objekteve | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
Kosto | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
Intensiteti i punës | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
Shpejtësia e analizës ** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
Shënim: H - i ulët, C - mesatar, B - i lartë; НС * - intensiteti i punës është i ulët kur përdorni xhel agaroze ose automatik
gjenotip, mesatar - me distilim në xhel poliakrilamid me abetare të etiketuara,
** - duke mos llogaritur kohën e kaluar në rritjen e miceliumit për izolimin e ADN-së.
Struktura e popullsisë
Linjat klonale
Në mungesë të rekombinimit ose kontributit të tij të parëndësishëm në strukturën e popullsisë, popullata përbëhet nga një numër i caktuar klonesh, shkëmbime gjenetike midis të cilave janë jashtëzakonisht të rralla.
Në popullata të tilla, është më informuese të studiosh jo frekuencat e gjeneve individuale, por frekuencat e gjenotipave që kanë një origjinë të përbashkët (linjat klonale ose linjat klonale) dhe ndryshojnë vetëm në mutacionet në pikë. Studimet e popullsisë së patogjenit të sëmundjes së vonë dhe analiza e linjave klonale janë përshpejtuar ndjeshëm që nga ardhja e metodës RFLP-RG57 në fillimin e viteve 90 të shekullit të kaluar. Së bashku me RFLP-RG57, lloji i çiftëzimit, spektrat e izoenzimeve të izomerazës së peptidazës dhe glukozë-6-fosfatit dhe llojit të ADN-së mitokondriale përdoren për të identifikuar linjat klonale. Karakteristikat e linjave më të zakonshme klonale tregohen në Tabelën 6.
Kloni SHBA-1 mbizotëronte popullata kudo deri në fund të viteve 80, pas së cilës filloi të zëvendësohej nga klone të tjera dhe u zhduk nga Evropa dhe Amerika e Veriut. Tani gjendet në Lindjen e Largët (Filipinet, Tajvani, Kina, Japonia, Korea, Koh et al., 1994, Mosa et al, 1993), në Afrikë (Uganda, Kenia, Ruanda, Goodwin et al, 1994, Vega-Sanchez et al., 2000; Ochwo et al., 2002) dhe në Amerikën e Jugut (Ekuador, Brazil, Peru, Forbes et al., 1997, Goodwin et al., 1994). Asnjë forcë që i përket linjës US-1 nuk është identifikuar vetëm në Australi. Me sa duket, izoluesit e P. infestans erdhën në Australi me një tjetër valë migrimi (Goodwin, 1997).
Kloni US-6 migroi nga Meksika veriore në Kaliforni në fund të viteve 70 dhe shkaktoi një epidemi në patate dhe domate pas 32 vitesh pa sëmundje. Për shkak të agresivitetit të tij të lartë, ajo zëvendësoi klonin US-1 dhe filloi të mbizotërojë në bregun perëndimor të Shteteve të Bashkuara (Goodwin et al., 1995a).
Genotipet US-7 dhe US-8 u zbuluan në Shtetet e Bashkuara në 1992 dhe tashmë në 1994 u shpërndanë gjerësisht në Shtetet e Bashkuara dhe Kanada. Gjatë një sezoni fushor, kloni US-8 është në gjendje të zhvendosë pothuajse plotësisht klonin US-1 në parcela patate të infektuara fillimisht me të dy klonet në një përqendrim të barabartë (Miller dhe Johnson, 2000).
Klonët BC-1 deri BC-4 janë identifikuar në British Columbia në një numër të vogël izolatash nga Goodwin et al., 1995b). Kloni US-11 u përhap gjerësisht në Shtetet e Bashkuara dhe zëvendësoi US-1 në Tajvan. Klonet JP-1 dhe EC-1, së bashku me klonin US-1, janë përkatësisht të zakonshme në Japoni dhe Ekuador (Koh et al., 1994; Forbes et al., 1997).
SIB-1 është një klon që mbizotëroi në Rusi mbi një territor të gjerë nga rajoni i Moskës në Sakhalin. Në rajonin e Moskës, u zbulua në vitin 1993, dhe disa popullata në terren përbëheshin kryesisht nga shtame të kësaj linje klonale, shumë rezistente ndaj metalaksilit. Pas vitit 1993, prevalenca e këtij kloni u ul ndjeshëm. Jashtë Uraleve në 1997-1998, SIB-1 u gjet kudo, me përjashtim të Territorit të Khabarovsk (kloni SIB-2 është i përhapur atje). Ndarja hapësinore e kloneve me lloje të ndryshme të çiftëzimit përjashton procesin seksual në Siberi dhe Lindjen e Largët. Në rajonin e Moskës, në kontrast me Siberinë, popullsia përfaqësohet nga shumë klone; pothuajse çdo izolim ka një gjenotip unik multilokus (Elansky et al., 2001, 2015). Ky larmi nuk mund të shpjegohet vetëm me importimin e llojeve të kërpudhave nga pjesë të ndryshme të botës me material farë të importuar. Meqenëse të dy llojet e çiftëzimit ndodhin në popullatë, është e mundur që larmia e saj të jetë gjithashtu për shkak të rekombinimit. Kështu, në Kolumbinë Britanike, shfaqja e gjenotipeve BC-2, BC-3 dhe BC-4 supozohet për shkak të hibridizimit të kloneve BC-1 dhe US-6 (Goodwin et al., 1995b). Possibleshtë e mundur që llojet hibride të gjenden në popullatat e Moskës. Për shembull, shtamet MO-4, MO-8 dhe MO-11 heterozigotë për lokusin PEP mund të jenë hibride ndërmjet shtameve MO-12, MO-21, MO-22, që kanë tipin çiftëzues A2 dhe homozigot për një alel të lokusit PEP dhe tendosjes MO-8, që ka llojin e çiftëzimit A1 dhe homozigot për alelin tjetër të lokusit. Dhe nëse është kështu, dhe në popullatat moderne të P. infestans ka një tendencë për një rritje të rolit të procesit seksual, atëherë vlera e informacionit e analizës së kloneve me shumë fokus do të ulet (Elansky et al., 2001, 2015).
Ndryshimi në linjat klonale
Deri në vitet 90 të shekullit të 20-të, linja klonale US-1 ishte e përhapur në botë. Shumica e popullatave në terren dhe rajonal përbëheshin ekskluzivisht nga shtame me gjenotipin US-1. Sidoqoftë, gjithashtu u vërejtën ndryshime midis izoluesve, me shumë gjasa të shkaktuara nga një proces mutacioni. Mutacionet ndodhën si në ADN-në nukleare ashtu edhe në atë mitokondriale dhe ndikuan, ndër të tjera, në nivelin e rezistencës ndaj ilaçeve fenilamide dhe numrin e gjeneve virulencë. Linjat që ndryshojnë nga gjenotipet origjinale me mutacione tregohen me numra shtesë pas pikës që ndjek emrin e gjenotipit origjinal (për shembull, linja mutante US-1.1 e vijës klonale US-1). Linjat e ADN-së për gjurmët e gishtave US-1.5 dhe US-1.6 përmbajnë linja aksesore me madhësi të ndryshme (Goodwin et al., 1995a, 1995b); linja klonale US-6.3 gjithashtu ndryshon nga US-6 nga një linjë aksesore (Goodwin, 1997, Tabela 7).
Në studimin e ADN-së mitokondriale, u zbulua se në vijën klonale US-1 gjendet vetëm lloji 1b i ADN-së mitokondriale (Carter et al., 1990). Sidoqoftë, në studimin e shtameve të kësaj linje klonale nga Peruja dhe Filipinet, u gjetën izolate, tipet mitokondriale të ADN-së të të cilave ndryshonin nga 1b në prani të futjeve dhe fshirjeve (Goodwin, 1991, Koh et al., 1994).
Tabela 6. Genotipet e multilokut të disa linjave klonale të P. infestans
Emër | Lloji i çiftëzimit | Izozimet | Gjurmët e gishtave të ADN-së | Lloji i MtDNA | |
GPI | PEP | ||||
SHBA-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011E + 24 | Ib |
SHBA-2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011E + 24 | - |
SHBA-3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011E + 24 | - |
SHBA-4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011E + 24 | - |
SHBA-5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011E + 24 | - |
SHBA-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011E + 24 | IIb |
SHBA-7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011E + 24 | Ia |
SHBA-8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011E + 24 | Ia |
SHBA-9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
SHBA-10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
SHBA-11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011E + 24 | IIb |
SHBA-12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | - |
SHBA-14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011E + 24 | - |
SHBA-15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
SHBA-16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011E + 24 | - |
SHBA-17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011E + 24 | - |
SHBA-18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
SHBA-19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011E + 24 | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011E + 24 | IIa |
SIB-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
SIB-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011E + 24 | IIa |
SIB-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011E + 24 | IIa |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011E + 24 | IIa |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011E + 24 | IIa |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011E + 24 | IIa |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011E + 24 | IIa |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | IIa |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011E + 24 | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011E + 22 | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011E + 23 | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011E + 24 | IIa |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011E + 24 | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011E + 24 | IIa |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
Shënim: * - nuk ka të dhëna.
Tabela 7. Genotipet e multilokusit dhe linjat e tyre mutante
Emër | Lloji i çiftëzimit | | Gjurmët e gishtave të ADN-së (RG57) | Shënimet | |
GPI | PEP-1 | ||||
SHBA-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | Genotipi origjinal 1 |
SHBA-1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | Mutacioni në PEP |
SHBA-1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | Mutacion në RG57 |
SHBA-1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | Mutacion në RG57 |
SHBA-1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | Mutacion në RG57 dhe PEP |
SHBA-1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | Mutacion në RG57 |
SHBA-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | Genotipi origjinal 2 |
SHBA-6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | Mutacioni në PEP |
SHBA-6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | Mutacion në RG57 |
SHBA-6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | Mutacion në RG57 |
SHBA-6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | Mutacion në RG57 dhe PEP |
SHBA-6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | Mutacion në RG57 |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | Genotipi origjinal 3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | Mutacion në RG57 |
Ka edhe ndryshime në spektrin e izozimeve. Si rregull, ato shkaktohen nga shpërbërja e një organizmi fillimisht heterozigot për këtë enzimë në homozigot. Në vitin 1993, në frutat e domates, ne identifikuam një shtam me karakteristikat karakteristike të US-1: gjurmët e gishtave RG57, lloji i ADN mitokondriale dhe gjenotipi 86/100 për glukozë-6-fosfati-izomerazë, por ishte homozigot (100/100) për vendndodhjen e parë të peptidazës në vend të një heterozigotë 92/100 tipike e kësaj linje klonale. Ne emëruam gjenotipin e këtij lloji MO-17 (Tabela 6). Linjat mutante US-1.1 dhe US-1.4 gjithashtu ndryshojnë nga US-1 me mutacione në lokusin e parë të peptidazës (Tabela 7).
Mutacionet që çojnë në ndryshime në numrin e gjeneve virulencë për varietetet e patates dhe domates janë mjaft të zakonshme. Ato u shënuan në izolat e linjës klonale US-1 në popullata nga Hollanda (Drenth et al., 1994), Peru (Goodwin et al., 1995a), Poloni (Sujkowski et al., 1991), Amerika Veriore Veriore (Goodwin et al., ., 1995b). Diferencat në numrin e gjeneve të virulencës së patates u vunë re gjithashtu midis izolateve të linjave klonale US-7 dhe US-8 në Kanada dhe Shtetet e Bashkuara (Goodwin et al., 1995a), midis izolatave të linjës SIB-1 në pjesën aziatike të Rusisë (Elansky et al, 2001 )
Izolimet me ndryshime të forta në nivelet e rezistencës ndaj ilaçeve fenilamide u identifikuan në popullatat e fushës monoklonale, të gjitha i përkisnin linjës klonale Sib-1 (Elansky et al, 2001, Tabela 1). Pothuajse të gjitha llojet e linjës klonale US-1 janë shumë të ndjeshëm ndaj metalaksil; megjithatë, izolat shumë rezistentë të kësaj linje u izoluan në Filipine (Koh et al., 1994) dhe në Irlandë (Goodwin et al., 1996).
Popullsitë moderne të P. infestans
Amerika Qendrore (Meksikë)
Popullsia e P. infestans në Meksikë ndryshon dukshëm nga popullatat e tjera të botës, e cila është kryesisht për shkak të pozitës së saj historike. Studime të shumta për këtë popullatë dhe speciet e lidhura me P. infestans të klades Phytophthora, si dhe speciet lokale të gjinisë Solanum, çuan në përfundimin se evolucioni i patogjenit në pjesën qendrore të Meksikës ndodhi së bashku me evolucionin e bimëve pritëse dhe u shoqërua me rekombinimin seksual (Grünwald, Flier , 2005). Të dy llojet e çiftëzimit përfaqësohen në popullatë, dhe në përmasa të barabarta, dhe prania e oosporeve në tokë, në bimë dhe zhardhokë të patateve dhe specieve të lidhura me rritjen e egër Solanum konfirmon praninë e një procesi seksual në popullatë (Fernández-Pavía et al., 2002). Studimet e fundit të Luginës së Toluca dhe rrethinave të saj (qendra e supozuar e origjinës së patogjenit) konfirmuan shumëllojshmërinë e lartë gjenetike të popullatës lokale të P. infestans (134 gjenotipe multilocus në një mostër prej 176 mostrave) dhe praninë e disa nën-popullatave të diferencuara në rajon (Wang et al., 2017) Faktorët që kontribuojnë në këtë diferencim janë ndarja hapësinore e nën-popullatave karakteristike për malësitë e Meksikës qendrore, ndryshimet në kushtet e kultivimit dhe varieteteve të patates që përdoren në lugina dhe male, dhe prania e specieve të egra tuberoze Solanum që mund të veprojnë si mikpritës alternative (Fry et al. ., 2009).
Sidoqoftë, duhet të theksohet se popullatat e P. infestans në Meksikën veriore janë mjaft klonale dhe më të ngjashme me popullatat e Amerikës së Veriut, gjë që mund të tregojë se këto janë gjenotipet e reja (Fry et al., 2009).
Amerikën e Veriut
Popullatat e Amerikës së Veriut të P. infestans gjithmonë kanë pasur një strukturë shumë të thjeshtë dhe karakteri i tyre klonal është vendosur shumë kohë para përdorimit të analizës mikrosatelitore. Deri në vitin 1987, linja klonale US-1 dominoi në Shtetet e Bashkuara dhe Kanada (Goodwin et al., 1995). Në mesin e viteve 70, kur u shfaqën fungicidet me bazë metalaksil, ky klon filloi të zëvendësohej nga gjenotipë të tjerë më rezistentë që migruan nga Meksika (Goodwin et al., 1998). Nga fundi i viteve 90-të. gjenotipi US-8 zëvendësoi plotësisht gjenotipin US-1 në Shtetet e Bashkuara dhe u bë linja dominuese klonale mbi patatet (Fry et al., 2009; Fry et al., 2015). Situata ishte e ndryshme me domatet, të cilat vazhdimisht përmbanin disa vija klonale, dhe përbërja e tyre ndryshonte nga viti në vit (Fry et al., 2009).
Në vitin 2009, një epidemi në shkallë të gjerë e sëmundjes së vonë të domateve shpërtheu në Shtetet e Bashkuara. Një tipar i kësaj pandemie ishte fillimi i saj pothuajse i njëkohshëm në shumë vende në verilindje të Shteteve të Bashkuara dhe doli se shoqërohej me shitje masive të fidanëve të domates së infektuar në qendrat e mëdha të kopshtit (Fry et al., 2013). Humbjet e të korrave ishin të mëdha. Analiza mikroselitare e mostrave të prekura zbuloi se tendosja pandemike i përkiste çiftëzimit të tipit linear klonal US-22 A2. Në vitin 2009, përqindja e këtij gjenotipi në popullatën amerikane të P. infestans arriti në 80% (Fry et al., 2013). Në vitet pasuese, përqindja e gjenotipeve agresive US-23 (kryesisht në domate) dhe US-24 (në patate) u rrit në mënyrë të qëndrueshme në popullatë, megjithatë, pas vitit 2011, shkalla e zbulimit të US-24 u ul ndjeshëm, dhe deri më sot, rreth 90% e popullatës patogjene në Shtetet e Bashkuara përfaqësohen nga gjenotipi US-23 (Fry et al., 2015).
Në Kanada, si në Shtetet e Bashkuara, në fund të viteve '90. gjenotipi dominues US-1 u zëvendësua nga US-8, pozicioni dominues i të cilit mbeti i pandryshuar deri në vitin 2008. Në Kanada, kishte epidemi serioze të sëmundjes së vonë të shoqëruara me shitjen e fidanëve të domates së infektuar, por ato u shkaktuan nga gjenotipet US-2009 dhe US-2010 (Kalischuk et al., 23). Diferencimi i qartë gjeografik i këtyre gjenotipeve ishte i jashtëzakonshëm: US-8 mbizotëronin provincat perëndimore të Kanadasë (2012%), ndërsa SH.B.A.-23 mbizotëronin provincat lindore (68%). Në vitet pasuese, SH.B.A.-8 u përhap në rajonet lindore; megjithatë, në përgjithësi, pjesa e saj në popullsi u zvogëlua pak përkundër sfondit të shfaqjes së gjenotipeve US-83 dhe US-23 në vend (Peters et al., 22). Deri më sot, US-24 mban një pozitë dominuese në të gjithë Kanadanë; US-2014 është i pranishëm në British Columbia, ndërsa US-23 dhe US-8 janë të pranishëm në Ontario (Peters, 23).
Kështu, popullatat e Amerikës së Veriut të P. infestans janë kryesisht linja klonale. Gjatë 40 viteve të kaluara, numri i gjenotipeve klonale të zbuluara ka arritur në 24. Pavarësisht nga fakti se llojet e të dy llojeve të çiftëzimit janë të pranishme në popullatë, probabiliteti i shfaqjes së gjenotipeve të rinj si rezultat i rekombinimit seksual mbetet mjaft i ulët. Sidoqoftë, në 20 vitet e fundit, janë regjistruar disa raste të shfaqjes së popullatave efemera rekombinante (Gavino et al., 2000; Danish et al., 2014; Peters et al., 2014), dhe në një rast, rezultati i kryqëzimit ishte gjenotipi US-11 , e cila ishte ngulitur në Amerikën e Veriut për shumë vite (Gavino et al., 2000). Deri në vitin 2009, ndryshimet në strukturën e popullatave shoqëroheshin me shfaqjen e gjenotipeve të reja, më agresive me migrimin e tyre pasues dhe zhvendosjen e paraardhësve më parë dominues. Çfarë ndodhi në 2009-2010 Në SH.B.A. dhe Kanada, epifitotikët për herë të parë treguan se në epokën e globalizimit, shpërthimet e sëmundjes mund të shoqërohen me përhapjen aktive të gjenotipave të rinj gjatë shitjes së materialit mbjellës të infektuar.
Amerikë Jugore
Deri kohët e fundit, studimet e popullsisë së Amerikës së Jugut të P. infestans nuk ishin as të rregullta dhe as në shkallë të gjerë. Dihet që struktura e këtyre popullatave është mjaft e thjeshtë dhe përfshin 1-5 prejardhje klonale për çdo vend (Forbes et al., 1998). Pra, deri në vitin 1998, gjenotipet US-1 (Brazil, Kili) BR-1 (Brazil, Bolivi, Uruguaj, Paraguai), EC-1 (Ekuador, Kolumbi, Peru dhe Venezuelë), AR-1, AR -2, AR-3, AR-4 dhe AR-5 (Argjentinë), PE-3 dhe PE-7 (jug i Perusë). Çiftimi i tipit A2 ishte i pranishëm në Brazil, Bolivi dhe Argjentinë dhe nuk u gjet përtej kufirit Bolivian-Peruan në zonën e Liqenit Titicaca, prapa së cilës gjenotipi EC-1 A1 mbizotëroi në Ande. Në domate, US-1 mbeti gjenotipi dominant në të gjithë Amerikën e Jugut.
Situata pak a shumë vazhdoi në vitet 2000. Një pikë e rëndësishme ishte zbulimi i një linje të re klonale EC-2 të llojit A2 në të afërmit e egër të patateve (S. brevifolium dhe S. tetrapetalum) në Andet Veriore (Oliva et al., 2010). Studimet filogjenetike kanë treguar se kjo linjë nuk është plotësisht identike me P. infestans, megjithëse është e lidhur ngushtë me të, në lidhje me të cilën u propozua ta konsideronte, si dhe një linjë tjetër, EC-3, e izoluar nga pema e domates S. betaceum që rritet në Ande, një specie e re e quajtur P. andina; megjithatë, statusi i kësaj specie (një specie e pavarur ose një hibrid i P. infestans me disa vija akoma të panjohura) është ende i paqartë (Delgado et al., 2013).
Aktualisht, të gjitha popullatat e Amerikës së Jugut të P. infestans janë klonale. Pavarësisht nga prania e të dy llojeve të çiftëzimit, nuk janë identifikuar popullata rekombinante. Në domate, gjenotipi US-1 është i kudondodhur, siç duket është zhvendosur nga patatet nga shtamet lokale, origjina e saktë e së cilës është ende e panjohur. Në Brazil, Bolivi dhe Uruguaj gjenotipi BR-1 është i pranishëm; në Peru, së bashku me US-1 dhe EC-1, ka disa gjenotipe të tjerë lokalë. Në Ande, pozicioni dominues ruhet nga vija klonale EC-1, marrëdhënia e së cilës me P. andina e zbuluar së fundmi mbetet e panjohur. I vetmi vend "i paqëndrueshëm" ku për periudhën 2003-2013. ka pasur ndryshime të konsiderueshme në popullsi, u bë Kili (Acuña et al., 2012), ku në 2004-2005. popullata e patogjenit u karakterizua nga rezistenca ndaj metalaksilit dhe një haplotipi i ri i ADN-së mitokondriale (Ia në vend të Ib të pranishëm më parë). 2006 deri në 2011 Në popullatë, dominonte gjenotipi 21 (sipas SSR), pjesa e të cilit arriti 90%, pas së cilës pëllëmba kaloi në gjenotipin 20, frekuenca e shfaqjes së së cilës në dy vitet e ardhshme u mbajt në rreth 67% (Acuña, 2015).
Evropë
Në historinë e Evropës, ka pasur të paktën dy valë migrimi të P. infestans nga Amerika e Veriut: në shekullin e 1-të. (BIMB-1) dhe fillimi i shekullit të 70-të (SH.B.A.-1). Shpërndarja e kudondodhur e fungicideve që përmbajnë metalaksil në vitet 'XNUMX. çoi në zhvendosjen e gjenotipit dominant US-XNUMX dhe zëvendësimin e tij me gjenotipet e reja. Si rezultat, në shumicën e vendeve të Evropës Perëndimore, popullatat e patogjenit përfaqësoheshin kryesisht nga disa linja klonale.
Përdorimi i analizës mikrosatelitare për analizën e popullatave patogjene bëri të mundur identifikimin e ndryshimeve serioze që ndodhën në Evropën Perëndimore në 2005-2008. Në 2005, u zbulua një linjë e re klonale në MB, e quajtur 13_A2 (ose "Blue 13") dhe e karakterizuar nga lloji i bashkimit A2 , agresivitet dhe rezistencë e lartë ndaj fenilamideve (Shaw et al., 2007). I njëjti gjenotip u gjet në mostrat e mbledhura në 2004 në Hollandë dhe në Francën Veriore, e cila sugjeroi se ai migroi në MB nga Evropa kontinentale, ndoshta me patate farë (Cooke et al., 2007). Studimi i gjenomit të përfaqësuesve të kësaj linje klonale tregoi një shkallë të lartë të polimorfizmit të sekuencës së saj (deri në vitin 2016, numri i variacioneve të tij nënkonale arriti në 340) dhe një shkallë të konsiderueshme të ndryshimit në nivelin e shprehjes së gjenit, përfshirë. gjenet e efektshme gjatë infeksionit të bimëve (Cooke et al., 2012; Cooke, 2017). Këto karakteristika, së bashku me kohëzgjatjen e rritur të fazës biotrofike, mund të shkaktojnë një agresivitet të shtuar prej 13_A2 dhe aftësinë e tij për të infektuar edhe varietete patate rezistente ndaj sëmundjes së vonë.
Në vitet e ardhshme, gjenotipi u përhap me shpejtësi në të gjithë vendet e Evropës Veriperëndimore (Britania e Madhe, Irlanda, Franca, Belgjika, Hollanda, Gjermania) me zhvendosjen e njëkohshme të gjenotipeve më parë dominuese 1_A1, 2_A1, 8_A1 (Montarry et al., 2010; Gisi et al. , 2011; Van den Bosch et al., 2011; Cooke, 2015; Cooke, 2017). Sipas faqes së internetit www.euroblight.net, pjesëmarrja e 13_A2 në popullatat e këtyre vendeve arriti në 60-80% dhe më shumë; prania e këtij gjenotipi është regjistruar gjithashtu në disa vende të Evropës Lindore dhe Jugore. Sidoqoftë, në 2009-2012. 13_A2 humbi pozicionet e tij dominuese në Britaninë e Madhe dhe Francë, duke iu nënshtruar linjës 6_A1 (8_A1 në Irlandë) dhe në Hollandë dhe Belgjikë u zëvendësua pjesërisht nga gjenotipet 1_A1, 6_A1 dhe 33_A2 (Cooke et al., 2012; Cooke, 2017; Stellingwerf, 2017).
Deri më sot, rreth 70% e popullsisë së Evropës Perëndimore të P. infestans është monoklonale. Sipas faqes në internet www.euroblight.net, gjenotipet dominuese në vendet e Evropës Veri-Perëndimore (MB, Francë,
Hollanda, Belgjika) mbeten, përafërsisht në përmasa të barabarta, 13_A2 dhe 6_A1, kjo e fundit praktikisht nuk gjendet jashtë rajonit të specifikuar (me përjashtim të Irlandës), por tashmë ka të paktën 58 nënklone (Cooke, 2017). Ndryshimet 13_A2 janë të pranishme në sasi të dukshme në Gjermani, dhe gjithashtu vërehen në mënyrë sporadike në vendet e Evropës Qendrore dhe Jugore. Genotipi 1_A1 përbën një pjesë të konsiderueshme të popullsisë së Belgjikës dhe pjesërisht Hollandës dhe Francës. Genotipi 8_A1 është stabilizuar në popullatën evropiane në nivelin 3-6%, me përjashtim të Irlandës, ku ruan pozicionin e saj udhëheqës dhe është i ndarë në dy nënklasa (Stellingwerf, 2017). Më në fund, në 2016, u vu re një rritje e frekuencës së shfaqjes së gjenotipave të rinj 36_A2 dhe 37_A2, e regjistruar për herë të parë në 2013-2014; deri më sot, këto gjenotipa gjenden në Hollandë dhe Belgjikë dhe pjesërisht në Francë dhe Gjermani, si dhe në pjesën jugore të Britanisë së Madhe (Cooke, 2017). Përafërsisht 20-30% e popullsisë së Evropës Perëndimore përfaqësohet nga gjenotipet unike çdo vit.
Ndryshe nga Evropa Perëndimore, në kohën kur u shfaq gjenotipi 13_A2, popullatat e Evropës Veriore (Suedia, Norvegjia, Danimarka, Finlanda) përfaqësoheshin jo nga linjat klonale, por nga një numër i madh gjenotipesh unikë (Brurberg et al.,
2011) Gjatë periudhës së përhapjes aktive të 13_A2 në Evropën Perëndimore, prania e këtij gjenotipi në Skandinavi nuk u vu re deri në vitin 2011, kur u zbulua për herë të parë në Jutlandin e Veriut (Danimarkë), ku kryesisht varietetet industriale të patates rriten me përdorimin aktiv të metalaksilit që përmban fungicide (Nielsen et al., 2014). Sipas www.euroblight.net, gjenotipi 13_A2 u zbulua gjithashtu në disa mostra nga Norvegjia dhe Danimarka në 2014 dhe në disa mostra Norvegjeze në 2016; përveç kësaj, në vitin 2013, prania e gjenotipit 6_A1 në një sasi të vogël u vërejt në Finlandë. Arsyeja kryesore e dështimit të 13_A2 dhe linjave të tjera klonale në pushtimin e Skandinavisë konsiderohet të jenë ndryshimet klimatike të këtij rajoni nga vendet e Evropës Perëndimore.
Përveç faktit që verërat e freskëta dhe dimrat e ftohtë kontribuojnë në mbijetesën e oosporeve në vend të miceliumit vegjetativ (Sjöholm et al., 2013), ngrirja e tokës në dimër (e cila zakonisht nuk ndodh në vendet e ngrohta të Evropës Perëndimore) kontribuon në sinkronizimin e mbirjes dhe mbjelljes së oosporeve. patate, e cila rrit rolin e tyre si burim i infeksionit primar (Brurberg et al., 2011). Duhet gjithashtu të theksohet se, në kushtet veriore, zhvillimi i infeksionit nga oosporet tejkalon zhvillimin e infeksionit tuberoz, i cili në fund të fundit parandalon dominimin e linjave klonale edhe më agresive, por të zhvilluara më vonë (Yuen, 2012). Struktura e popullatave më të studiuara të P. infestans në Evropën Lindore (Polonia, Shtetet Balltike) është shumë e ngjashme me atë në Skandinavi.
Të dy llojet e çiftëzimit janë gjithashtu të pranishëm këtu, dhe shumica dërrmuese e gjenotipeve të përcaktuara nga analiza SSR janë unike (Chmielarz et al., 2014; Runno-Paurson et al., 2016). Ashtu si në Evropën Veriore, përhapja e linjave klonale (kryesisht e gjenotipit 13_A2) praktikisht nuk ndikoi në popullatat lokale të patogjenit, të cilat mbajnë një nivel të lartë të diversitetit me mungesën e linjave të theksuara dominuese.
Prania e 13_A2 herë pas here vërehet në fushat me varietete komerciale të patates. Në Rusi, situata po zhvillohet në një mënyrë të ngjashme. Analiza mikroselitare e izolimeve të P. infestans të mbledhura në 2008-2011 në 10 rajone të ndryshme të pjesës evropiane të Rusisë, tregoi një shkallë të lartë të larmisë gjenotipike dhe një mungesë të plotë të rastësive me linjat klonale evropiane (Statsyuk et al., 2014). Disa vjet më vonë, një studim i mostrave të P. infestans të mbledhura në rajonin e Leningradit në 2013-2014 tregoi ndryshime të konsiderueshme midis tyre dhe gjenotipeve nga ky rajon i identifikuar në studimin e mëparshëm. Në të dy studimet, nuk u gjet asnjë gjenotip i Evropës Perëndimore (Beketova et al., 2014; Kuznetsova et al., 2016).
Diversiteti i lartë gjenetik i popullatave të Evropës Lindore të P. infestans dhe mungesa e linjave dominuese klonale në to mund të lidhen me disa arsye. Së pari, si në Evropën Veriore, kushtet klimatike të vendeve të konsideruara kontribuojnë në formimin e oosporeve si një burim kryesor i infeksionit (Ulanova et al., 2010; Chmielarz et al., 2014). Së dyti, një pjesë e konsiderueshme e patateve të prodhuara në këto vende rriten në ferma të vogla private, shpesh të rrethuara nga pyje ose pengesa të tjera për lëvizjen e lirë të materialit infektiv (Chmielarz et al., 2014). Si rregull, patatet e rritura në kushte të tilla praktikisht nuk trajtohen me kimikate, dhe zgjedhja e varieteteve bazohet në rezistencën e tyre të vonesës, d.m.th. nuk ka presion selektiv për agresivitetin dhe rezistencën ndaj metalaksilit, i cili privon gjenotipet rezistente, siç është 13_A2, nga avantazhet ndaj gjenotipave të tjerë (Chmielarz et al., 2014). Më në fund, për shkak të madhësisë së vogël të parcelave të tokës, pronarët e tyre zakonisht nuk praktikojnë rotacionin e të korrave, duke rritur patate në të njëjtin vend për vite me rradhë, gjë që kontribuon në akumulimin e një inokulumi të larmishëm gjenetikisht (Runno-Paurson et al., 2016; Elansky, 2015; Elansky et al. ., 2015).
Azi
Deri vonë, struktura e popullatave të P. infestans në Azi mbeti relativisht e kuptuar dobët. Dihej që përfaqësohet kryesisht nga linjat klonale dhe efekti i rekombinimit seksual në shfaqjen e gjenotipave të rinj është shumë i vogël. Kështu, për shembull, në 1997-1998. Në pjesën aziatike të Rusisë (Siberia dhe Lindja e Largët), popullata patogjene përfaqësohej nga vetëm tre gjenotipi me mbizotërim të gjenotipit SIB-1 (Elansky et al., 2001). Prania e linjave patogjene klonale është treguar në vende të tilla si Kina, Japonia, Korea, Filipinet dhe Tajvani (Koh et al., 1994; Chen et al., 2009). Linja klonale US-1 dominoi mbi një territor të madh të Azisë në fund të viteve 90 - fillimi i viteve 2000. pothuajse kudo filluan të zëvendësohen nga gjenotipet e tjera, të cilat, nga ana tjetër, u dhanë vendin gjenerive të reja. Në shumicën e rasteve, ndryshimet në strukturën dhe përbërjen e popullatave në vendet aziatike u shoqëruan me migrimin e gjenotipeve të reja nga jashtë. Kështu, në Japoni, me përjashtim të gjenotipit JP-3, të gjithë gjenotipet e tjera japoneze që u shfaqën pas US-1 (JP-1, JP-2, JP-3) kanë pak a shumë origjinë të jashtme të provuar (Akino et al., 2011) ... Tani ekzistojnë tre popullata kryesore të patogjenëve në Kinë, të cilat kanë një ndarje të qartë gjeografike; Nuk ka fluks gjenesh shumë të dobëta ndërmjet këtyre popullatave (Guo et al., 2010; Li et al., 2013b). Genotipi 13_A2 u shfaq në territorin e Kinës në provincat e saj jugore (Yunnan dhe Sichuan) në 2005-2007, dhe në 2012-1014. u pa gjithashtu në verilindje të vendit (Li et al., 2013b). Në Indi, 13_A2 u shfaq me sa duket në të njëjtën kohë si në Kinë, ka shumë të ngjarë me patate farë të infektuara (Chowdappa et al., 2015), dhe në 2009-2010. shkaktoi një sëmundje serioze epifitotike të dëmtimit të vonë të domates në jug të vendit, pas së cilës ajo u përhap në patate dhe në 2014 shkaktoi një shpërthim të sëmundjes së vonë në Bengalin Perëndimor, i cili çoi në shkatërrim dhe vetëvrasje të shumë fermerëve vendas (Fry, 2016).
Afrika
Deri në 2008-2010 studimet sistematike të P. infestans në vendet afrikane nuk janë kryer. Për momentin, popullatat afrikane të P. infestans mund të ndahen në dy grupe, dhe kjo ndarje shoqërohet qartë me faktin e importit të farës së patates nga Evropa.
Në Afrikën e Veriut, e cila importon në mënyrë aktive farë patate nga Evropa, lloji i bashkimit A2 përfaqësohet gjerësisht në pothuajse të gjitha rajonet, gjë që siguron një mundësi teorike të shfaqjes së gjenotipave të rinj si rezultat i rekombinimit seksual (Corbière et al., 2010; Rekad et al., 2017). Përveç kësaj, në Algjeri, prania e gjenotipave 13_A2, 2_A1 dhe 23_A1 shënohet me një dominim të theksuar të të parëve prej tyre, si dhe një rënie graduale në përqindjen e gjenotipeve unike deri në zhdukjen e plotë (Rekad et al., 2017). Në ndryshim nga pjesa tjetër e rajonit, në Tunizi (me përjashtim të verilindjes së vendit), popullata patogjene përfaqësohet kryesisht nga lloji i bashkimit A1 (Harbaoui et al., 2014).
Linja klonale NA-01 është dominuese këtu. Në përgjithësi, përqindja e linjave klonale në popullsi është vetëm 43%. Në Afrikën Lindore dhe Jugore, ku vëllimi i importeve të farës është shumë i vogël (Fry et al., 2009), P. infestans përfaqësohet nga vetëm dy linja klonale të tipit A1, US-1 dhe KE-1, dhe kjo e fundit zhvendos në mënyrë aktive të parën në patate ( Pule et al., 2012; Njoroge et al., 2016). Deri më sot, të dy këta gjenotipë kanë një numër të dukshëm të variacioneve nën-klonale.
Australi
Raporti i parë i sëmundjes së vonë të patateve në Australi daton që nga viti 1907 dhe epifitotia e parë, me sa duket e shkaktuar nga shira të mëdha në muajt e verës, ndodhi në vitet 1909-1911. (Drenth et al., 2002). Në përgjithësi, megjithatë, sëmundja e vonë nuk ka ndonjë rëndësi të konsiderueshme ekonomike për vendin. Shpërthimet sporadike të sëmundjes së vonë, të provokuara nga kushtet e motit që sigurojnë lagështi të lartë, ndodhin jo më shumë se një herë në 5-7 vjet dhe lokalizohen kryesisht në Tasmaninë veriore dhe Victoria qendrore. Në lidhje me sa më sipër, botimet kushtuar studimit të strukturës së popullsisë Australiane të P. infestans praktikisht mungojnë. Informacioni i fundit i disponueshëm është nga 1998-2000. (Drenth et al., 2002). Sipas autorëve, popullsia e shtetit të Victoria ishte një prejardhje klonale US-1.3, e cila indirekt konfirmoi migrimin e këtij gjenotipi nga Shtetet e Bashkuara. Mostrat Tasmaniane u klasifikuan si AU-3, të ndryshme nga gjenotipet që ishin të pranishëm në atë kohë në pjesë të tjera të botës.
Karakteristikat e zhvillimit të sëmundjes së vonë në Rusi
Në Evropë, një infeksion i futur me zhardhokë farëra të sëmurë, oospore që dimëruan në tokë, si dhe zoosporangia të sjellë nga era nga bimët e rritura nga zhardhokët e dimëruar në fushat e vitit të kaluar (bimë "vullnetare"), ose në grumbuj të atyre të vrara, konsiderohen si inokulimi kryesor në patate. faqeshënues për ruajtjen e zhardhokëve. Nga këto, bimët e rritura në grumbuj të zhardhokëve të hedhur konsiderohen burimi më i rrezikshëm i infeksionit. atje, numri i zhardhokëve të mbirë është shpesh i rëndësishëm, dhe zoosporangia mund të bartet prej tyre në distanca të gjata. Pjesa tjetër e burimeve (oosporet, bimët "vullnetare") nuk janë aq të rrezikshme, sepse nuk është zakon që të rriten bimë në të njëjtat fusha më shpesh se një herë në 3-4 vjet. Infeksioni nga zhardhokët e farës së sëmurë është gjithashtu minimal për shkak të një sistemi të mirë të kontrollit të cilësisë së farës.
Në përgjithësi, sasia e inokulit në popullatat evropiane është e kufizuar, dhe për këtë arsye rritja e epidemisë është mjaft e ngadaltë dhe mund të kontrollohet me sukses duke përdorur përgatitjet kimike fungicide. Detyra kryesore në kushtet evropiane është lufta kundër infeksionit në fazën kur fillon shpërndarja masive e zoosporangia nga bimët e prekura.
Në Rusi, situata është rrënjësisht e ndryshme. Shumica e të korrave të patates dhe domates rritet në kopshte të vegjël privatë; masat mbrojtëse ose nuk kryhen fare, ose trajtimet fungicide kryhen në një numër të pamjaftueshëm dhe fillojnë pas shfaqjes së sëmundjes së vonë në majat. Si rezultat, kopshtet private të perimeve veprojnë si burimi kryesor i infeksionit, nga i cili zoosporangia bartet nga era në mbjelljet tregtare. Kjo është konfirmuar nga vëzhgimet tona të drejtpërdrejta në rajonet e Moskës, Bryansk, Kostroma, Ryazan: dëmtimi i bimëve në kopshte private vërehet edhe para fillimit të trajtimeve të fungicideve të mbjelljeve tregtare. Më pas, epidemia në fusha të mëdha është e përmbajtur nga përdorimi i përgatitjeve fungicide, ndërsa në kopshtet private ka një zhvillim të shpejtë të sëmundjes së vonë.
Në rastin e trajtimeve të pahijshme ose "buxhetore" të mbjelljeve tregtare, vatra të sëmundjes së vonë gjithashtu shfaqen në fusha; më vonë ato janë duke u zhvilluar në mënyrë aktive, duke mbuluar zona gjithnjë e më të mëdha (Elansky, 2015). Infeksioni në kopshte private ka një ndikim të rëndësishëm në epidemitë në fushat tregtare. Në të gjitha rajonet e kultivimit të patateve të Rusisë, zona e zënë nga patatet në kopshte private është disa herë më e madhe se sipërfaqja e përgjithshme e fushave të prodhuesve të mëdhenj. Në një mjedis të tillë, kopshtet private të perimeve mund të shihen si një burim global i inokulit për fushat tregtare. Le të përpiqemi të identifikojmë ato prona që janë karakteristike për gjenotipet e llojeve në kopshtet private.
Mbjellja e kontrollit jo farë dhe karantinë e patateve të ndërgjegjshme, fara domate të marra nga prodhues të dyshimtë të huaj, kultivimi afatgjatë i patateve dhe domateve në të njëjtat zona, trajtime të pahijshme të fungicideve ose mungesa e tyre e plotë çojnë në epifitizma të rënda në sektorin privat, rezultati i të cilave është falas kryqëzimi, hibridizimi dhe formimi i oosporeve në kopshte private. Si rezultat, vërehet një larmi shumë e lartë gjenotipike e patogjenit, kur pothuajse çdo lloj është unik në gjenotipin e tij (Elansky et al., 2001, 2015). Mbjellja e patateve me farë me origjinë të ndryshme gjenetike e bën të pamundur që të shfaqen linja klonale të specializuara për të sulmuar një varietet të veçantë. Shtamet e zgjedhura në një rast të tillë dallohen nga shkathtësia e tyre në lidhje me varietetet e prekura, shumica e tyre kanë afër numrin maksimal të gjeneve virulente. Ky është shumë i ndryshëm nga sistemi i "linjave klonale" tipike për fushat e mëdha të ndërmarrjeve bujqësore me një sistem të instaluar siç duhet të mbrojtjes kundër sëmundjes së vonë. "Linjat klonale" (kur të gjitha llojet e patogjenit të sëmundjes së vonë në fushë përfaqësohen nga një ose më shumë gjenotipi) janë kudo në vendet ku rritja e patates kryhet ekskluzivisht nga ferma të mëdha: SH.B.A., Hollanda, Danimarka, etj. Në Angli, Irlandë, Poloni, ku komplotet shtëpiake janë gjithashtu përhapur tradicionalisht patate në rritje, ekziston edhe një larmi më e lartë gjenotipike në kopshtet private. Në fund të shekullit të 20-të, "linjat klonale" ishin përhapur në pjesët Aziatike dhe Lindjen e Largët të Rusisë (Elansky et al., 2001), e cila duket se është për shkak të përdorimit të të njëjtave varietete të patateve ekskluzivisht për mbjellje. Kohët e fundit, situata në këto rajone gjithashtu filloi të ndryshojë drejt një rritje në larminë gjenotipike të popullatave.
Mungesa e trajtimeve intensive me përgatitjet fungicide ka një pasojë tjetër, të drejtpërdrejtë - nuk ka akumulim të llojeve rezistente në kopshte. Në të vërtetë, rezultatet tona tregojnë se llojet rezistente ndaj metalaksilit gjenden shumë më rrallë në kopshte private sesa në mbjelljet tregtare.
Afërsia e mbjelljeve të patates dhe domates, tipike për kopshtet private, lehtëson migrimin e llojeve midis këtyre kulturave, si rezultat i së cilës, në dekadën e fundit, midis llojeve të izoluar nga patatet, përqindja e shtameve që mbartin gjenin për rezistencën ndaj varieteteve të domates së qershisë (T1), më parë karakteristike vetëm për " domate "tendosje. Tensionet me gjenin T1 në shumicën e rasteve janë tepër agresive si ndaj patateve ashtu edhe ndaj domateve.
Në vitet e fundit, dëmtimi i vonë i domates filloi të shfaqej në shumë raste më herët sesa te patatet. Fidanët e domates mund të infektohen me oospore në tokë, ose oospore të pranishme në farat e domates ose që i përmbahen atyre (Rubin et al., 2001). Në 15 vitet e fundit, një numër i madh i farërave të paketuara të lira, kryesisht të importuara, janë shfaqur në dyqane, dhe shumica e prodhuesve të vegjël kanë kaluar në përdorimin e tyre. Farat mund të sjellin lloje me gjenotipë tipikë për rajonet e rritjes së tyre. Në të ardhmen, këto gjenotipi përfshihen në procesin seksual në kopshte private, gjë që çon në shfaqjen e gjenotipeve krejtësisht të reja.
Kështu, mund të thuhet se kopshtet private janë një "tenxhere e shkrirjes" globale në të cilën, si rezultat i shkëmbimit të materialit gjenetik, përpunohen gjenotipet ekzistuese dhe shfaqen krejtësisht të reja. Për më tepër, përzgjedhja e tyre bëhet në kushte shumë të ndryshme nga ato të krijuara për patatet në fermat e mëdha: mungesa e shtypjes fungicide, uniformiteti i varieteteve të mbjelljeve, mbizotërimi i bimëve të prekura nga forma të ndryshme të infeksionit viral dhe bakterial, afërsia me domate dhe natën e egër, kalimi aktiv dhe formimi i oosporeve, që oosporet të veprojnë si një burim infeksioni për vitin e ardhshëm.
E gjithë kjo çon në një larmi shumë të lartë gjenotipike të popullatave në oborrin e shtëpisë. Në kushtet e epifitotikëve në kopshtet e perimeve, sëmundja e vonë përhapet shumë shpejt dhe sasi të mëdha spore lëshohen, duke fluturuar në mbjelljet komerciale aty pranë. Sidoqoftë, pasi kanë hyrë në fushat tregtare me sistemin korrekt të teknologjisë bujqësore dhe mbrojtjes kimike, sporet që kanë mbërritur nuk kanë praktikisht asnjë mundësi për të filluar epifitotikë në terren, e cila është për shkak të mungesës së linjave klonale që janë rezistente ndaj fungicideve dhe të specializuara për varietetin e kultivuar.
Një burim tjetër i inokulit primar mund të jenë zhardhokët e sëmurë të bllokuar në fidanë komercialë. Këto zhardhokë u rritën, si rregull, në fusha me teknologji të mirë bujqësore dhe mbrojtje kimike intensive. Genotipet e izolimeve që infektojnë zhardhokët janë përshtatur për zhvillimin e varietetit të tyre. Këto lloje janë dukshëm më të rrezikshme për mbjelljen komerciale sesa inokulimi me origjinë nga kopshtet private. Ky supozim mbështetet nga rezultatet e hulumtimit tonë. Popullatat e izoluara nga fusha të mëdha me mbrojtje kimike të kryer siç duhet dhe teknologji të mirë bujqësore nuk ndryshojnë në larminë e lartë gjenotipike. Shpesh këto janë disa linja klonale që janë shumë agresive.
Tensionet nga materiali komercial i farës mund të hyjnë në popullatat në kopshtet e perimeve dhe të përfshihen në proceset që ndodhin në to. Sidoqoftë, në një kopsht perimesh, konkurrenca e tyre do të jetë shumë më e ulët sesa në një fushë tregtare dhe së shpejti ata do të pushojnë së ekzistuari në formën e një linje klonale, por gjenet e tyre mund të përdoren në popullatën "kopsht".
Infeksioni që zhvillohet në bimë "vullnetare" dhe në grumbuj të zhardhokëve të mbledhur gjatë korrjes nuk është aq i rëndësishëm për Rusinë, sepse Në rajonet kryesore të rritjes së patates në Rusi, vërehet ngrirja e thellë e tokës në dimër dhe bimët nga zhardhokët që kanë dimëruar në tokë rrallë zhvillohen. Për më tepër, siç tregojnë eksperimentet tona, patogjeni i sëmundjes së vonë nuk mbijeton në temperatura negative edhe në zhardhokët që kanë ruajtur qëndrueshmërinë e tyre. Në zonën e thatë, ku praktikohet kultivimi i patateve të hershme, sëmundja e vonë është mjaft e rrallë për shkak të sezonit të thatë dhe të nxehtë të rritjes.
Kështu, aktualisht jemi duke vëzhguar ndarjen e popullatave të P. infestans në popullsi "fushore" dhe "kopsht". Sidoqoftë, në vitet e fundit, janë vërejtur procese që çojnë në konvergjencë dhe ndër-depërtim të gjenotipeve nga këto popullata.
Midis tyre, mund të vërehet një rritje e përgjithshme e shkrim-leximit të prodhuesve të vegjël, shfaqja e paketave të vogla të përballueshme me farë patate, përhapja e përgatitjeve fungicide në pako të vogla dhe humbja e frikës nga "kimia" nga popullata.
Situatat lindin kur, në sajë të aktivitetit të fuqishëm të një furnizuesi, fshatra të tërë mbillen me zhardhokë farë të së njëjtës varietet dhe pajisen me pako të vogla me të njëjtat pesticide. Mund të supozohet se patatet e së njëjtës varietet do të gjenden në mbjelljet komerciale afër.
Nga ana tjetër, disa kompani të tregtisë së pesticideve po promovojnë skema të trajtimit kimik "buxhetor". Në këtë rast, numri i trajtimeve të rekomanduara nënvlerësohet dhe ofrohen fungicidet më të lira, dhe theksi nuk është në parandalimin e zhvillimit të sëmundjes së vonë të sëmundjes deri në kositjen e majave, por në një vonesë të caktuar në epifitoti në mënyrë që të rritet rendimenti. Skema të tilla janë të justifikuara ekonomikisht kur rriten patate të ndërgjegjshme nga materiali i farës së gradës së ulët, kur në parim nuk bëhet fjalë për të marrë një rendiment të lartë. Sidoqoftë, në këtë rast, në ndryshim nga popullatat e kopshtit, sfondi gjenetik i niveluar i patates kontribuon në zgjedhjen e racave specifike fiziologjike, të cilat janë shumë të rrezikshme për këtë larmi.
Në përgjithësi, tendencat drejt konvergjencës së metodave "kopsht" dhe "fushë" të prodhimit të patates na duken mjaft të rrezikshme. Për të parandaluar pasojat e tyre negative, si në sektorin shtëpiak ashtu edhe në atë komercial, do të jetë e nevojshme të kontrollohet si shumëllojshmëria e farës së patates, ashtu edhe diapazoni i fungicideve që u ofrohen pronarëve privatë në paketim të vogël, si dhe gjurmimi i skemave të mbrojtjes së patates dhe përdorimi i preparateve fungicide në sektorin tregtar.
Në zonat e sektorit privat, ka një zhvillim intensiv të sëmundjes jo vetëm të vonë, por edhe të Alternarisë. Shumica e pronarëve të parcelave private nuk marrin masa të veçanta për të mbrojtur nga Alternaria, duke gabuar zhvillimin e Alternaria për vyshkjen natyrore të majave ose zhvillimin e sëmundjes së vonë. Prandaj, me zhvillimin masiv të Alternaria në varietetet e ndjeshme, parcelat shtëpiake mund të shërbejnë si burim i inokulit për mbjelljet tregtare.
Mekanizmat e ndryshueshmërisë
Procesi i mutacionit
Meqenëse ndodhja e mutacioneve është një proces i rastësishëm që vazhdon me një frekuencë të ulët, ndodhja e mutacioneve në çdo vend varet nga frekuenca e mutacionit të këtij lokusi dhe madhësia e popullatës. Kur studioni frekuencën e mutacioneve të shtameve të P. infestans, zakonisht përcaktohet numri i kolonive të rritura në media ushqyese selektive pas trajtimit me mutagjenë kimikë ose fizikë. Siç mund të shihet nga të dhënat e paraqitura në Tabelën 8, frekuenca e mutacionit të të njëjtit sforcim në vendndodhje të ndryshme mund të ndryshojë me disa renditje të madhësisë. Frekuenca e lartë e mutacioneve në rezistencën ndaj metalaksilit mund të jetë një nga arsyet e akumulimit të shtameve rezistente ndaj tij në natyrë.
Frekuenca e mutacioneve spontane ose të induktuara, e llogaritur në bazë të eksperimenteve laboratorike, jo gjithmonë korrespondon me proceset që ndodhin në popullatat natyrore, për arsyet e mëposhtme:
1. Me ndarjet bërthamore asinkrone, është e pamundur të vlerësohet frekuenca e mutacioneve për një gjeneratë bërthamore. Prandaj, shumica e eksperimenteve japin informacion vetëm drejtpërdrejt në lidhje me frekuencën e mutacioneve, pa bërë dallimin midis dy ngjarjeve mutacionale dhe një ngjarje pas mitozës.
2. mutacionet me një hap zakonisht zvogëlojnë ekuilibrin e gjenomit, prandaj, së bashku me fitimin e një veti të re, aftësia e përgjithshme e organizmit zvogëlohet. Shumica e mutacioneve të marra eksperimentalisht kanë një agresivitet të zvogëluar dhe nuk janë regjistruar në popullatat natyrore. Kështu, koeficienti i korrelacionit midis shkallës së rezistencës së mutantëve të P. infestans ndaj fungicideve fenilamide dhe ritmit të rritjes në një mjedis artificial ishte mesatarisht (-0,62), dhe rezistencës ndaj fungicideve dhe agresivitetit në gjethet e patates (-0,65) (Derevyagina et al. , 1993), e cila tregon aftësinë e ulët të mutantëve. Mutacionet e rezistencës ndaj dimethomorph u shoqëruan gjithashtu me një rënie të mprehtë të qëndrueshmërisë (Bagirova et al., 2001).
3. Shumica e mutacioneve spontane dhe të induktuara janë recesive dhe nuk shfaqen fenotipikisht në eksperimente, por përbëjnë një rezervë të fshehur të ndryshueshmërisë në popullatat natyrore. Shtamet mutante të izoluara në eksperimentet laboratorike mbajnë mutacione dominante ose gjysmë-dominante (Kulish dhe Dyakov, 1979). Me sa duket, diploidia bërthamore shpjegon përpjekjet e pasuksesshme për të marrë mutantë nën ndikimin e rrezatimit UV që janë virulente ndaj varieteteve më parë rezistente (McKee, 1969). Sipas llogaritjeve të autorit, mutacione të tilla mund të ndodhin me një frekuencë më të vogël se 1: 500000. Kalimi i mutacioneve recesive në një gjendje homozigote, të shprehur fenotipikisht mund të ndodhë për shkak të rekombinimit seksual ose aseksual (shih më poshtë). Sidoqoftë, edhe në këtë rast, mutacioni mund të maskohet nga alelet dominante të bërthamave të tipit të egër në miceliumin cenotik (shumëbërthamor) dhe i fiksuar në mënyrë fenotipike vetëm gjatë formimit të zoosporeve mononukleare.
Tabela 8. Frekuenca e mutacioneve të P. infestans në substancat që frenojnë rritjen nën veprimin e nitrosomethylurea (Dolgova, Dyakov, 1986; Bagirova et al., 2001)
E përbërë | Frekuenca e mutacionit |
Oksitetracycline | 6,9 10 x-8 |
Blasticidin S | 7,2 10 x-8 |
Streptomicina | 8,3 x10-8 |
Trikotecina | 1,8 10 x-8 |
Cikloheksimid | 2,1 10 x-8 |
Daaconil | <4 x 10-8 |
Dimethomorfi | 6,3 10 x-7 |
Metalaksil | 6,9 10 x-6 |
Madhësitë e popullsisë gjithashtu luajnë një rol vendimtar në shfaqjen e mutacioneve spontane. Në popullata shumë të mëdha, në të cilat numri i qelizave N> 1 / a, ku a është shpejtësia e mutacionit, mutacioni pushon të jetë një fenomen i rastësishëm (Kvitko, 1974).
Llogaritjet tregojnë se me një infektim mesatar të një fushe patate (35 njolla për bimë), 8x1012 spore formohen çdo ditë në një hektar (Dyakov dhe Suprun, 1984). Me sa duket, popullata të tilla përmbajnë të gjitha mutacionet e lejuara nga lloji i shkëmbimit në secilin vend. Edhe një mutacion i rrallë, që ndodh me një frekuencë 10-9, do të fitohet nga një mijë individë nga miliona që jetojnë në një hektar të një fushe patate. Për mutacionet që ndodhin me një frekuencë më të lartë (për shembull, 10-6), në një popullatë të tillë, mutacione të ndryshme të çiftëzuara mund të ndodhin çdo ditë (njëkohësisht në dy lokacione), d.m.th. procesi i mutacionit do të zëvendësojë rekombinimin.
Migrimet
Për P. infestans, njihen dy lloje kryesore të migrimit: mbyllja e distancave (brenda një fushe patate ose fusha fqinje) duke përhapur zoosporangji nga rrymat e ajrit ose spërkatja e shiut dhe në distanca të gjata - me mbjelljen e zhardhokëve ose frutave të domates së transportuar. Metoda e parë parashikon zgjerimin e fokusit të sëmundjes, e dyta - krijimin e vatrave të reja në vende të largëta nga ato primare.
Përhapja e infeksionit me zhardhokë dhe fruta domate jo vetëm që kontribuon në shfaqjen e sëmundjes në vende të reja, por është gjithashtu burimi kryesor i diversitetit gjenetik në popullata. Në rajonin e Moskës, patatet rriten, të sjella nga rajone të ndryshme të Rusisë dhe Evropës Perëndimore. Frutat e domates sillen nga rajonet jugore të Rusisë (Rajoni Astrakhan, Territori i Krasnodarit, Kaukazi i Veriut). Farat e domates, të cilat mund të shërbejnë gjithashtu si burime infeksioni (Rubin et al., 2001), importohen gjithashtu nga rajonet jugore të Rusisë, Kinës, vendeve evropiane dhe vendeve të tjera.
Sipas llogaritjeve nga E. Mayr (1974), ndryshimet gjenetike në një popullatë lokale të shkaktuar nga mutacione rrallë tejkalojnë 10-5 për lokus, ndërsa në popullata të hapura, shkëmbimi për shkak të rrjedhës së kundërt të gjeneve është të paktën 10-3 - 10-4.
Migrimi në zhardhokët e infektuar është përgjegjës për hyrjen e P. infestans në Evropë, duke u përhapur në të gjitha rajonet e botës ku kultivohen patatet; ato shkaktuan ndryshimet më serioze të popullsisë. Ndotja e vonë e patateve u shfaq në territorin e Perandorisë Ruse pothuajse njëkohësisht me shfaqjen e saj në Evropën Perëndimore.
Meqenëse sëmundja u shënua për herë të parë në vitet 1846-1847 në Shtetet Balltike dhe vetëm në vitet pasuese u përhap në Bjellorusi dhe rajonet veriperëndimore të Rusisë, origjina e saj Evropiane Perëndimore është e dukshme. Burimi i parë i sëmundjes së vonë në Botën e Vjetër nuk është aq i dukshëm. Hipoteza e zhvilluar nga Fry et al. (Fry et al., 1992; Fry, Goodwin, 1995, Goodwin et al., 1994) sugjeron që paraziti së pari erdhi nga Meksika në Amerikën e Veriut, ku u përhap nëpër të korra, dhe më pas u transportua në Evropën Perëndimore (fig. 7).
Si rezultat i lëvizjes së përsëritur (efekti i dyfishtë i "ngushticës"), klone të vetme arritën në Evropë, pasardhësit e të cilave shkaktuan një pandemi në të gjithë territorin e Botës së Vjetër, ku kultivohen patatet. Si dëshmi për këtë hipotezë, autorët përmendin, së pari, shfaqjen e kudondodhur të vetëm një lloji të çiftëzimit (A1) dhe, së dyti, homogjenitetin e gjenotipeve të shtameve të studiuara nga rajone të ndryshme (të gjithë ata bazohen në shënjues molekularë, duke përfshirë 2 vendndodhje izozime, modele të gjurmëve të gishtave të ADN-së dhe struktura e ADN-së mitokondriale janë identike dhe korrespondojnë me klonin US-1 të përshkruar në SH.B.A.). Sidoqoftë, disa të dhëna hedhin dyshime në të paktën disa nga dispozitat e hipotezës. Analiza e ADN mitokondriale të P. infestans të izoluar nga mostrat e patates herbarium të infektuar gjatë periudhës së parë epifitotike në vitet 40 tregoi se ato ndryshojnë në strukturën e ADN mitokondriale nga kloni US-1, i cili, pra, ishte të paktën jo burimi i vetëm i infeksionit në Evropë (Ristaino et al, 2001).
Situata e vonë e sëmundjes u përkeqësua përsëri në vitet 80 të shekullit XX. Ndryshimet e mëposhtme kanë ndodhur:
1) Agresiviteti mesatar i popullsisë është rritur, gjë që ka çuar, në veçanti, në përhapjen e përhapur të formës më të dëmshme të sëmundjes së vonë - dëmtimin e petioles dhe rrjedh.
2) Kishte një zhvendosje në kohën e sëmundjes së vonë të patateve - nga fundi i korrikut në fillim të korrikut dhe madje deri në fund të qershorit.
3) Lloji i çiftëzimit A2, i cili më parë mungonte në Botën e Vjetër, është bërë i kudondodhur.
Ndryshimet u paraprinë nga dy ngjarje: përdorimi masiv i fungicidit të ri metalaksil (Schwinn dhe Staub, 1980) dhe shfaqja e Meksikës si një eksportues botëror i patateve (Niederhauser, 1993). Në përputhje me këtë, u paraqitën dy arsye për ndryshimet e popullsisë - shndërrimi i llojit të çiftëzimit nën ndikimin e metalaksil (Ko, 1994) dhe futja masive e shtameve të reja me zhardhokët e infektuar nga Meksika (Fry dhe Goodwin, 1995). Megjithëse ndërveprimet e llojeve të çiftëzimit nën ndikimin e metalaksilit u morën jo vetëm nga Ko, por edhe në punimet e kryera në laboratorin e Universitetit Shtetëror të Moskës (Savenkova, Chherepennicova-Anikina, 2002), hipoteza e dytë është e preferueshme. Së bashku me shfaqjen e llojit të dytë të çiftëzimit, ndodhën ndryshime serioze në gjenotipet e shtameve ruse P. infestans, përfshirë gjenet neutrale (izozima dhe vendet e RFLP), si dhe në strukturën e ADN-së mitokondriale. Kompleksi i këtyre ndryshimeve nuk mund të shpjegohet me veprimin e metalaksil; përkundrazi, kishte një import masiv të shtameve të reja nga Meksika, të cilat, duke qenë më agresive (Kato et al., 1997), zhvendosën shtame të vjetra (SH.B.A.), duke u bërë dominuese në popullatat. Ndryshimi në përbërjen e popullsive evropiane ndodhi në një kohë shumë të shkurtër - nga 1 në 1980 (Fry et al., 1985). Në territorin e ish-BRSS, "lloje të reja" u gjetën në koleksionet nga Estonia në 1992, domethënë më herët sesa në Poloni dhe Gjermani (Goodwin et al., 1985). Herën e fundit "lloji i vjetër US-1994" në Rusi ishte izoluar nga një domate e infektuar në rajonin e Moskës në 1 (Dolgova et al., 1993). Gjithashtu në Francë, shtame "të vjetra" u gjetën në mbjelljet e domateve deri në fillim të viteve '1997, domethënë pasi ishin zhdukur prej kohësh në patate (Leberton dhe Andrivon, 90) Ndryshimet në tendosjet e P. infestans ndikuan në shumë tipare, përfshirë ato me rëndësi të madhe praktike, dhe rritën dëmshmërinë e sëmundjes së vonë.
Rikombinimi seksual
Në mënyrë që rekombinimi seksual të kontribuojë në ndryshueshmërinë, është e nevojshme, së pari, prania e dy llojeve të çiftëzimit në popullatë në një raport afër 1: 1, dhe, së dyti, prania e ndryshueshmërisë fillestare të popullsisë.
Raporti i llojeve të çiftëzimit ndryshon shumë në popullata të ndryshme dhe madje në vite të ndryshme në një popullsi (Tabela 9,10, 90). Arsyet për ndryshime të tilla drastike në frekuencën e llojeve të çiftëzimit në popullata (si, për shembull, në Rusi ose në Izrael në fillim të viteve '2002 të shekullit të kaluar) janë të panjohura, por besohet se kjo është për shkak të futjes së kloneve më konkurruese (Cohen, XNUMX).
Disa të dhëna indirekte tregojnë rrjedhën e procesit seksual në vite të caktuara dhe në rajone të caktuara:
1) Studimet e popullatave nga rajoni i Moskës treguan se në 13 popullata në të cilat përqindja e llojit të bashkimit A2 ishte më pak se 10%, larmia totale gjenetike e llogaritur për tre vënde izozime ishte 0,08 dhe në 14 popullata në të cilat përqindja e A2 tejkaluar 30%, larmia gjenetike ishte dy herë më e lartë (0,15) (Elansky et al., 1999). Kështu, sa më e lartë të jetë gjasat e marrëdhënieve seksuale, aq më e madhe është larmia gjenetike e popullatës.
2) Lidhja midis raportit të llojeve të çiftëzimit në popullata dhe intensitetit të formimit të oosporeve u vu re në Izrael (Cohen et al., 1997) dhe në Hollandë
(Flier et al., 2004). Studimet tona kanë treguar se, në popullatat në të cilat izolat me llojin e bashkimit A2 përbënin 62, 17, 9 dhe 6%, oosporet u gjetën në 78, 50, 30 dhe 15% të gjetheve të analizuara të patates (që kishin 2 ose më shumë njolla), përkatësisht.
Mostrat me 2 ose më shumë njolla dukshëm më shpesh përmbajnë oospore sesa mostrat me 1 vend (respektivisht 32 dhe 14% të mostrave) (Apryshko et al., 2004).
Oosporet ishin shumë më të zakonshëm në gjethet e shtresës së mesme dhe të poshtme të bimës së patates (Mytsa et al., 2015; Elansky et al., 2016).
3) Në disa rajone, janë zbuluar gjenotipi unik, shfaqja e të cilave shoqërohet me rekombinimin seksual. Kështu, në Poloni në 1989 dhe në Francë në 1990, shtame homozigote për glukozë-6-
izomeraza e fosfatit (GPI 90/90). Meqenëse më parë vetëm 10/90 heterozigotë ishin hasur për 100 vjet, homozigositeti i atribuohet rekombinimit seksual (Sujkowski et al., 1994). Në Kolumbi (SHBA), izolimet që kombinojnë A2 me GPI 100/110 dhe A1 me GPI 100/100 janë të zakonshme, megjithatë, në fund të sezonit 1994 (16 gusht dhe 9 shtator), llojet me gjenotipë rekombinant (A1 GPI 100/110 dhe A2 GPI 100/100) (Miller et al., 1997).
4) Në disa popullata nga Polonia (Sujkowski et al., 1994) dhe Kaukazi i Veriut (Amatkhanova et al., 2004), shpërndarja e vendndodhjeve të ADN-së së gjurmëve të gishtave dhe lokuseve të proteinave alozime korrespondon me shpërndarjen Hardy-Weinberg, e cila tregon
në lidhje me pjesën e lartë të kontributit të rekombinimit seksual në ndryshueshmërinë e popullatave. Në rajone të tjera të Rusisë, nuk u gjet asnjë korrespondencë me shpërndarjen Hardy-Weinberg në popullata, por u tregua prania e disekuilibrit të lidhjeve, duke treguar mbizotërimin e riprodhimit klonal (Elansky et al., 1999).
5) Diversiteti gjenetik (GST) midis shtameve me lloje të ndryshme çiftëzimi (A1 dhe A2) ishte më i ulët sesa midis popullatave të ndryshme (Sujkowski et al., 1994), që indirekt tregon kryqëzime seksuale.
Në të njëjtën kohë, kontributi i rekombinimit seksual në larminë e popullsisë nuk mund të jetë shumë i lartë. Ky kontribut është llogaritur për popullatat e rajonit të Moskës (Elansky et al., 1999). Sipas llogaritjeve të Lewontin (1979) "rekombinimi, i cili mund të prodhojë variante të reja nga dy loci me një frekuencë që nuk tejkalon produktin e heterozigositetit të tyre, bëhet efektive vetëm nëse vlerat e heterozigositetit për të dy alelet janë tashmë të larta".
Me raportin e dy llojeve të çiftëzimit, i cili është tipik për rajonin e Moskës, i barabartë me 4: 1, frekuenca e rekombinimit do të jetë 0,25. Probabiliteti që shtamet e kryqëzuara do të jenë heterozigotë për dy nga tre vendet e studuara izozigotë në popullatat e studiuara ishte 0,01 (2 shtame nga 177). Si pasojë, probabiliteti i shfaqjes së heterozigotave të dyfishta si rezultat i rekombinimit nuk duhet të tejkalojë produktin e tyre shumëzuar me probabilitetin e kalimit (0,25x0,02x0,02) = 10-4, d.m.th. rekombinantët seksualë zakonisht nuk bien në mostrën e studiuar të llojeve. Këto llogaritje janë bërë për popullatat nga rajoni i Moskës karakterizuar nga një ndryshueshmëri relativisht e lartë. Në popullatat monomorfe si ato Siberiane, procesi seksual, edhe nëse ndodh në popullata individuale, nuk mund të ndikojë në larminë e tyre gjenetike.
Për më tepër, P. infestans karakterizohet nga keqvendosje e shpeshtë e kromozomeve në mejozë, e cila çon në aneuploidi (Carter et al., 1999). Shkeljet e tilla zvogëlojnë pjellorinë e hibrideve.
Rekombinimi paraseksual, shndërrimi i gjenit mitotik
Në eksperimentet mbi bashkimin e shtameve të P. infestans me mutacione të rezistencës ndaj frenuesve të ndryshëm të rritjes, u gjet shfaqja e misolates rezistente ndaj të dy frenuesve (Shattock dhe Shaw, 1975; Dyakov, Kuzovnikova, 1974; Kulish, Dyakov,
1979) Strukturat rezistente ndaj dy frenuesve të rritjes u ngritën si rezultat i heterokariotizimit të micelit, dhe në këtë rast ato u copëtuan gjatë riprodhimit nga zoosporet mononukleare (Judelson, Ge Yang, 1998), ose nuk u çanë në pasardhës monozoosporozë, sepse ata kishin tetraploid (meqenëse izolat fillestarë janë bërthama) , 1979). Diploidet heterozigote të ndara në një frekuencë shumë të ulët për shkak të haploidizimit, mosndarjes së kromozomeve dhe kalimit mitotik (Poedinok et al., 1982). Frekuenca e këtyre proceseve mund të rritet me ndihmën e veprimeve të caktuara mbi diploidet heterozigote (për shembull, rrezatimi UV i sporeve mbirëse).
Megjithëse formimi i hibrideve vegjetative me rezistencë të dyfishtë ndodh jo vetëm in vitro, por edhe në zhardhokët e patates të infektuar me një përzierje mutantësh (Kulish et al., 1978), është mjaft e vështirë të vlerësohet roli i rekombinimit paraseksual në gjenerimin e gjenotipeve të reja në popullata. Frekuenca e formimit të segregantëve për shkak të haploidizimit, mosndarjes së kromozomeve dhe kalimit mitotik pa efekte speciale është e papërfillshme (më pak se 10-3).
Shfaqja e segregantëve homozigotë të shtameve heterozigote mund të bazohet si në kalimin mitotik ashtu edhe në shndërrimin e gjenit mitotik, i cili në P. sojae ndodh me një frekuencë prej 3 x 10-2 në 5 x 10-5 për lokus, në varësi të llojit (Chamnanpunt et al. , 2001).
Megjithëse frekuenca e shfaqjes së heterokaryoneve dhe diploideve heterozigote rezultoi të ishte papritur e lartë (duke arritur në dhjetëra përqind), ky proces ndodh vetëm kur bashkohen kulturat mutante të marra nga i njëjti farë. Kur përdorni shtame të ndryshme të izoluara nga natyra, heterokariotizimi nuk ndodh (ose ndodh me një frekuencë shumë të ulët) për shkak të pranisë së papajtueshmërisë vegjetative (Poedinok dhe Dyakov, 1981; Anikina et al., 1997b; Cherepennikova-Anikina et al., 2002). Si pasojë, roli i rekombinimit paraseksual mund të reduktohet vetëm në rekombinimin intraklonal në bërthamat heterozigote dhe kalimin e gjeneve individuale në një gjendje homozigote pa një proces seksual. Ky proces mund të jetë me rëndësi epidemiologjike në shtame me mutacione rezistente ndaj fungicideve recesive ose gjysmë-dominante. Kalimi i tij në një gjendje homozigote për shkak të procesit paraseksual do të rrisë rezistencën e bartësit të mutacionit (Dolgova, Dyakov, 1986).
Kontrolli i gjeneve
Speciet heterotalike Phytophthora janë të afta të ndërthuren me formimin e oosporeve hibride (shih Vorob'eva dhe Gridnev, 1983; Sansome et al., 1991; Veld et al., 1998). Hibridi natyror i dy specieve Phytophthora ishte aq agresiv saqë vrau mijëra aldera në MB (Brasier et al., 1999). P. infestans mund të ndodhë me specie të tjera të gjinisë (P. erythroseptica, P. nicotianae, P. Cactorum, etj.) Në bimët e zakonshme pritëse dhe në tokë, por ka pak informacion në literaturë në lidhje me mundësinë e hibrideve ndër-specifike. Nën kushte laboratorike, u morën hibride midis P. infestans dhe P. Mirabilis (Goodwin dhe Fry, 1994).
Tabela 9. Përqindja e llojeve të P. infestans me llojin e çiftëzimit A2 në vende të ndryshme të botës në periudhën 1990 - 2000 (sipas të dhënave të burimeve të hapura të literaturës dhe faqeve www.euroblight.net, www.eucablight.org)
Vend | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bjellorusia | 33 (12) | 34 (29) | |||||||||
Belgjikë | 15 (49 *) | 6 (66) | 20 (86) | ||||||||
Эквадор | 0 (13) | 0 (12) | 0 (19) | 0 (21) | 12 (41) | 25 (39) | 15 (75) | 22 (73) | 25 (68) | 0 (35) | |
Estoni | 8 (12) | ||||||||||
Англия | 4 (26) | 3 (630) | 9 (336) | ||||||||
Finlandë | 0 (15) | 19 (117) | 12 (16) | 21 (447) | 6 (509) | 9 (432) | 43 (550) | ||||
Francë | 0 (35) | 0 (56) | 0 (83) | 0 (67) | 0 (86) | 2 (135) | 7 (156) | 6 (123) | 0 (73) | 0 (285) | 0 (135) |
Hungari | 72 (32) | ||||||||||
Irlandë | 4 (145) | ||||||||||
Në veri. Irlanda | 10 (41) | 9 (58) | 1 (106) | 0 (185) | 0 (18) | 0 (56) | 0 (35) | 0 (26) | |||
Holandë | 7 (41) | 5 (276) | 24 (377) | 44 (353) | 23 (185) | ||||||
Норвегия | 25 (446) | 28 (156) | 8 (39) | 18 (257) | 38 (197) | ||||||
Peru | 0 (34, 1984 -86) | 0 (287, 1997-98) | 0 (112) | 0 (66) | |||||||
Poloni | 19 (180) | 21 (142) | 33 (256) | 26 (149) | 35 (70) | ||||||
Шотландия | 25 (147) | 11 (163) | 22 (189) | 5 (22) | |||||||
Швеция | 25 (263) | 62 (258) | 49 (163) | ||||||||
Уэльс | 0 (16) | 7 (97) | 0 (48) | 0 (25) | |||||||
Korea | 36 (42) | 10 (130) | 15 (98) | ||||||||
Kinë | 20 (142, 1995-98) | 0 (6) | 0 (8) | 0 (35) | |||||||
Колумбия | 0 (40, 1994-2000) | ||||||||||
Уругвай | 100 (25, 1998-99) | ||||||||||
Марокко | 60 (108, 1997-2000) | 52 (25) | 42 (40) | ||||||||
Сербия | 76 (37) | ||||||||||
Мексика (Toluca) | 28 (292, 1988-89) | 50 (389, 1997-98) |
Tabela 10. Përqindja e llojeve të P. infestans me lloj bashkimi A2 në vende të ndryshme të botës në periudhën 2000 - 2011
Vend | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Австрия | 65 (83) | ||||||||||
Bjellorusia | 42 (78) | ||||||||||
Belgjikë | 20 (102 *) | 4 (32) | 50 (14) | 25 (16) | 62 (13) | 54 (26) | 70 (54) | 30 (23) | 29 (35) | 62 (71) | 45 (49) |
Zvicra | 89 (19) | ||||||||||
Чехия | 35 (31) | 54 (64) | 38 (174) | 12 (80) | |||||||
Gjermani | 95 (53) | ||||||||||
Danimarkë | 48 (52) | ||||||||||
Эквадор | 5 (178) | 6 (108) | 9 (121) | 18 (94) | 2 (44) | 0 (66) | 5 (47) | ||||
Estoni | 54 (25) | 0 (24) | 33 (62) | 45 (140) | 25 (100) | 12 (103) | |||||
Англия | 4 (47) | 10 (96) | 31 (55) | 55 (790) | 68 (862) | 70 (552) | 68 (299) | ||||
Finlandë | 47 (162) | 12 (218) | 42 | ||||||||
Francë | 0 (186) | 4 (108) | 8 (61) | 22 (103) | 33 (303) | 65 (378) | 74 (331) | 75 (125) | 75 (12) | ||
Hungari | 48 (27) | 48 (90) | 9 | 7 | |||||||
Në veri. Irlanda | 0 (38) | 0 (58) | 0 (40) | 0 (24) | 5 (54) | 0 (18) | 27 (578) | 45 (239) | 36 (213) | 82 (60) | 10 (80) |
Holandë | 66 (24) | 93 (15) | 91 (11) | ||||||||
Норвегия | 39 (328) | 3 (115) | 12 (19) | ||||||||
Peru | 0 (36) | ||||||||||
Poloni | 25 (46) | 10 (30) | 85 (20) | 38 (44) | 75 (66) | 55 (56) | 65 (35) | 72 (81) | 85 (21) | ||
Шотландия | 3 (213) | 2 (474) | 24 (135) | 86 (337) | 88 (386) | 74 (172) | |||||
Швеция | 60 (277) | 39 (87) | |||||||||
Sllovakia | 0 (36) | 14 (26) | 62 (26) | 0 (26) | |||||||
Уэльс | 25 (12) | 68 (106) | 80 (88) | 92 (143) | 75 (45) | ||||||
Korea | 46 (26) | ||||||||||
Brazil | 0 (49) | 0 (30) | |||||||||
Kinë | 10 (30) | 0 (6) | 0 (6) | ||||||||
Вьетнам | 0 (294, 2003-04) | ||||||||||
Уганда | 0 (8) |
Dinamika e përbërjes gjenotipike të popullatave
Ndryshimet në përbërjen gjenotipike të popullatave të P. infestans mund të ndodhin nën ndikimin e migrimit të kloneve të reja nga rajone të tjera, praktikave bujqësore (ndryshimi i varieteteve, aplikimi i fungicideve) dhe kushteve të motit. Ndikimet e jashtme ndikojnë në klone të ndryshme në faza të ndryshme të ciklit jetësor; prandaj, popullatat çdo vit përjetojnë ndryshime ciklike në frekuencat e gjeneve që i nënshtrohen përzgjedhjes, për shkak të një ndryshimi në rolin mbizotërues të shtrirjes dhe përzgjedhjes së gjeneve.
Ndikimi i varietetit
Kultivarët e rinj me gjene efektive për rezistencë vertikale (gjenet R) janë një faktor i fuqishëm selektiv që zgjedh klonet me gjenet plotësuese të virulencës në popullatat e P. infestans. Në mungesë të rezistencës jospecifike në varietetin e patates që pengon rritjen e popullatës patogjene, procesi i zëvendësimit të kloneve dominuese në popullatë ndodh shumë shpejt. Pra, pas përhapjes në rajonin e Moskës të varietetit Domodedovsky, i cili ka gjenin e rezistencës R3, frekuenca e kloneve virulente për këtë varietet u rrit nga 0,2 në 0,82 në një vit (Dyakov, Derevjagina, 2000).
Sidoqoftë, ndryshimi në frekuencat e gjeneve virulente (patotipet) në popullata ndodh jo vetëm nën ndikimin e varieteteve të kultivuara të patates. Për shembull, në Bjellorusi deri në vitin 1977, dominuan klonet me gjen virulencë 1 dhe 4, gjë që u shkaktua nga kultivimi i varieteteve të patates me gjenet e rezistencës R1 dhe R4 (Dorozhkin, Belskaya, 1979). Sidoqoftë, në fund të viteve 70 të shekullit XX, klone u shfaqën me gjene të ndryshme virulencë dhe kombinimet e tyre, dhe gjenet plotësuese të rezistencës nuk u përdorën kurrë në mbarështimin e patates (gjenet ekstra virulencë) (Ivanyuk et al., 2002). Arsyeja për shfaqjen e kloneve të tilla, me sa duket, është për shkak të migrimit në Evropë të materialit infektiv nga Meksika me zhardhokët e patates. Në shtëpi, këto klone u zhvilluan jo vetëm në patatet e kultivuara, por edhe në speciet e egra që mbartin një larmi gjenesh rezistence; prandaj, kombinimi i shumë gjeneve virulente në gjenom ishte i domosdoshëm për mbijetesë në ato kushte.
Sa i përket varieteteve me rezistencë jospecifike, ato, duke ulur shkallën e riprodhimit të patogjenit, vonojnë evolucionin e popullatave të tij, e cila, siç është përmendur tashmë, është një funksion i numrit. Meqenëse agresiviteti është poligjenik, klonet që përmbajnë një numër më të madh gjenesh për "agresivitet" grumbullohen sa më shpejt aq më e madhe është madhësia e popullsisë. Prandaj, racat tepër agresive nuk janë produkt i përshtatjes ndaj varieteteve të kultivuara me rezistencë jospecifike, por, përkundrazi, ka më shumë të ngjarë të zbulohen në mbjelljet e varieteteve shumë të ndjeshme që janë akumulues të sporeve të parazitëve.
Kështu, në Rusi popullatat më agresive të P. Infestans u gjetën në zonat e epifitotive vjetore (popullata nga rajonet Sakhalin, Leningrad dhe Bryansk). Agresiviteti i këtyre popullsive doli të ishte më i lartë se ai i Meksikës (Filippov et al., 2004).
Përveç kësaj, më pak oospore formohen në gjethet e varieteteve rezistente sesa në ato të ndjeshme (Hanson dhe Shattock, 1998), domethënë rezistenca jospecifike e varietetit gjithashtu zvogëlon aftësitë e rekombinimit të parazitit dhe mundësinë e metodave alternative të dimërimit.
Ndikimi i fungicideve
Kërpudhat jo vetëm që zvogëlojnë numrin e kërpudhave fitopatogjene, d.m.th. ndikojnë në karakteristikat sasiore të popullatave të tyre, por ato gjithashtu mund të ndryshojnë frekuencat e gjenotipeve individuale, d.m.th. ndikojnë në përbërjen cilësore të popullatave. Ndër treguesit më të rëndësishëm të popullatave që ndryshojnë nën ndikimin e fungicideve janë këto: ndryshimet në rezistencën ndaj fungicideve, ndryshimet në agresivitet dhe virulencën dhe ndryshimet në sistemet riprodhuese.
Ndikimi i fungicideve në rezistencën dhe agresivitetin e popullatave
Shkalla e një ndikimi të tillë përcaktohet, para së gjithash, nga lloji i fungicidit të përdorur, i cili mund të ndahet me kusht në polisit, oligozit dhe monozit.
E para përfshin shumicën e fungicideve të kontaktit. Rezistenca ndaj tyre (nëse është e mundur fare) kontrollohet nga një numër i madh i gjeneve shprehës shumë të dobët. Këto veti përcaktojnë mungesën e ndryshimeve të dukshme në rezistencën e popullatës pas trajtimit me fungicide (edhe pse në disa eksperimente, u mor një rritje e rezistencës). Popullsia e kërpudhave e ruajtur pas spërkatjes me fungicide kontakti përbëhet nga dy grupe të llojeve:
1) Sforcimet e ruajtura në zonat e bimëve që nuk trajtohen me ilaç. Meqenëse nuk kishte asnjë kontakt me fungicidin, agresiviteti dhe rezistenca e këtyre llojeve nuk ndryshon.
2) Sforcimet në kontakt me fungicidin, përqendrimi i të cilave në pikat e kontaktit ishte më i ulët se vdekjeprurës. Siç u përmend më lart, rezistenca e kësaj pjese të popullsisë gjithashtu nuk ndryshon, megjithatë, për shkak të efektit të pjesshëm dëmtues të fungicidit edhe në përqendrimin nën-vdekje në metabolizmin e qelizës kërpudhore, gjendjen e përgjithshme dhe përbërësin e saj parazitar, agresivitetin, uljen (Derevyagina dhe Dyakov, 1990)
Kështu, edhe një pjesë e popullsisë që nuk ka vdekur, e ekspozuar ndaj kontaktit me fungicidin, ka një agresivitet të dobët dhe nuk mund të jetë burim i epifitotikëve. Prandaj, përpunimi i kujdesshëm, i cili zvogëlon frekuencën e përqindjes së popullsisë që nuk është në kontakt me fungicidin, është një kusht për suksesin e masave mbrojtëse. Rezistenca ndaj fungicideve oligozite kontrollohet nga disa gjene shtesë.
Mutacioni i secilit gjen çon në një farë rritje të rezistencës, dhe shkalla e përgjithshme e rezistencës është për shkak të shtimit të mutacioneve të tilla. Prandaj, rritja e rezistencës ndodh në hapa. Një shembull i një rritje shkallore të rezistencës janë mutacionet e rezistencës ndaj dimetomomfit të fungicidit, i cili përdoret gjerësisht për të mbrojtur patatet nga sëmundja e vonë. Rezistenca e dimethomorfit është poligjenike dhe shtuese. Mutacioni me një hap rrit pak rezistencën.
Çdo mutacion pasues zvogëlon madhësinë e synuar dhe, rrjedhimisht, frekuencën e mutacioneve pasuese (Bagirova et al., 2001). Rritja e rezistencës mesatare të popullatës pas trajtimeve të përsëritura me fungicid oligozit ndodh hap pas hapi dhe gradualisht. Shkalla e këtij procesi përcaktohet nga të paktën tre faktorë: frekuenca e mutacionit të gjeneve të rezistencës, koeficienti i rezistencës (raporti i dozës vdekjeprurëse të një lloji rezistent në lidhje me një të ndjeshëm) dhe efekti i mutacioneve në gjenet e rezistencës në palestër.
Frekuenca e ndodhjes së secilit mutacion pasues është më e ulët se e mëparshmja; prandaj, procesi ka një karakter amortizues (Bagirova et al., 2001). Sidoqoftë, nëse në popullatë ndodhin procese rekombinimi (seksuale ose paraseksuale), atëherë është e mundur të kombinohen mutacione të ndryshme të prindërve në një tendosje hibride dhe të përshpejtohet procesi. Prandaj, popullatat panmix fitojnë rezistencë më shpejt se ato agamike, dhe në këtë të fundit, popullatat që nuk kanë barriera të papajtueshmërisë vegjetative më shpejt sesa popullatat e ndara nga barriera të tilla. Në këtë drejtim, prania e shtameve në popullata që ndryshojnë në llojet e çiftëzimit përshpejton procesin e marrjes së rezistencës ndaj fungicideve oligozite.
Faktorët e dytë dhe të tretë nuk kontribuojnë në akumulimin e shpejtë të shtameve rezistente ndaj dimethomorfit në popullata. Çdo mutacion pasues afërsisht dyfishon rezistencën, e cila është e parëndësishme, dhe në të njëjtën kohë zvogëlon si shkallën e rritjes në një mjedis artificial ashtu edhe agresivitetin (Bagirova et al., 2001; Stem, Kirk, 2004). Ndoshta kjo është arsyeja pse nuk ka praktikisht asnjë shtam rezistent midis shtameve natyrore P. infestans, madje edhe ato të mbledhura nga mbjelljet e patates të trajtuara me dimetomomf.
Një popullatë e trajtuar me një fungicid oligozit gjithashtu do të përbëhet nga dy grupe të llojeve: ata që nuk kanë qenë në kontakt me fungicidin, dhe për këtë arsye nuk kanë ndryshuar tiparet origjinale (nëse në këtë grup gjenden lloje rezistente, ato nuk do të grumbullohen për shkak të agresivitetit dhe konkurrencës më të lartë të shtameve të ndjeshme), dhe llojet në kontakt me përqendrimet nën-vdekjeprurëse të fungicidit. Amongshtë midis këtyre të fundit që akumulimi i shtameve rezistente është i mundur, sepse këtu ato kanë përparësi ndaj atyre të ndjeshme.
Prandaj, kur përdorni fungicide oligozite, nuk është aq i rëndësishëm një trajtim i plotë sa një përqendrim i lartë i ilaçit, disa herë më i lartë se doza vdekjeprurëse, sepse me mutagenezën hap pas hapi, rezistenca fillestare e shtameve të mutuara është e ulët.
Së fundmi, mutacionet në rezistencën ndaj fungicideve monosite janë shumë ekspresive, domethënë, një mutacion i vetëm mund të raportojë një nivel të lartë të rezistencës deri në humbjen e plotë të ndjeshmërisë. Prandaj, rritja e rezistencës së popullatave ndodh shumë shpejt.
Një shembull i fungicideve të tilla janë fenilamidet, duke përfshirë fungicidin më të zakonshëm, metalaksilin. Mutacionet e rezistencës ndaj tij lindin me një frekuencë të lartë, dhe shkalla e rezistencës në mutantë është shumë e lartë - tejkalon tendosjen e ndjeshme me një faktor prej një mijë ose më shumë (Derevyagina et al., 1993). Megjithëse shkalla e rritjes dhe agresiviteti i mutantëve rezistentë zvogëlohet në sfondin e vdekjes së llojeve të ndjeshëm nga një fungicid sistemik, numri i popullsisë rezistente po rritet me shpejtësi dhe, paralelisht, agresiviteti i saj po rritet. Prandaj, pas disa viteve të përdorimit të fungicidit, agresiviteti i shtameve rezistente jo vetëm që mund të barazohet me agresivitetin e atyre të ndjeshëm, por edhe ta tejkalojë atë (Derevyagina, Dyakov, 1992).
Ndikimi në rekombinimin seksual
Meqenëse ndodhja e shpeshtë e llojit të çiftëzimit A2 në popullatat e P. infestans përkoi me përdorimin intensiv të metalaksilit kundër sëmundjes së vonë, supozohej se metalaksili shkakton shndërrimin e llojit të çiftëzimit. Në P. parasitica, një konvertim i tillë nën veprimin e kloronebit dhe metalaksilit u provua eksperimentalisht (Ko, 1994). Një kalim i vetëm në një medium me një përqendrim të ulët të metalaksilit çoi në shfaqjen e izolates homotalike nga një farë P. infestans e ndjeshme ndaj metalaksil me llojin e bashkimit A1 (Savenkova dhe Cherepnikova-Anikina, 2002). Gjatë kalimeve të mëvonshme në media me një përqendrim më të lartë të metalaksilit, nuk u zbulua një izolim i vetëm i llojit të çiftëzimit A2, megjithatë, shumica e izolateve, kur kryqëzohen me izolatet A2, në vend të oosporeve, formuan akumulime të shëmtuara të miceliumit dhe ishin sterile. Kalimet e një lloji rezistent që kanë llojin e çiftëzimit A2 në media me një përqendrim të lartë të metalaksilit na lejuan të zbulojmë tre forma të ndryshimeve të llojit të çiftëzimit: 1) sterilitet i plotë kur kryqëzohet me izolues A1 dhe A2; 2) homotalizmi (formimi i oosporeve në një monokulturë); 3) shndërrimi i llojit të bashkimit A2 në A1. Kështu, metalaksili mund të shkaktojë ndryshime në llojet e çiftëzimit në popullatat e P. infestans dhe, për pasojë, rekombinim seksual në to.
Ndikimi në rekombinimin vegjetativ
Disa gjene të rezistencës ndaj antibiotikëve rritën frekuencën e heterokariotizimit hipal dhe diploidizimit bërthamor (Poedinok dhe Dyakov, 1981). Siç u përmend më herët, heterokariotizimi i hifeve gjatë bashkimit të shtameve të ndryshme të P. infestans ndodh shumë rrallë për shkak të fenomenit të papajtueshmërisë vegjetative në këtë kërpudhat. Sidoqoftë, gjenet për rezistencë ndaj disa antibiotikëve mund të kenë efekte anësore, të shprehura në tejkalimin e papajtueshmërisë vegjetative. Kjo pronë ishte e zotëruar nga gjeni i rezistencës ndaj streptomicinës mutante 1S-1. Prania e mutantëve të tillë në popullatat në terren të fitoftores mund të rrisë rrjedhën e gjeneve midis shtameve dhe të përshpejtojë përshtatjen e të gjithë popullatës ndaj varieteteve të reja ose fungicideve.
Disa fungicide dhe antibiotikë mund të ndikojnë në frekuencën e rekombinimit mitotik, i cili gjithashtu mund të ndryshojë frekuencat e gjenotipit në popullata. Funomicidi benomil i përdorur gjerësisht lidhet me beta-tubulin, një proteinë nga e cila ndërtohen mikrotubulat e citoskeletit dhe në këtë mënyrë prish proceset e ndarjes së kromozomeve në anafazën e mitozës, duke rritur frekuencën e rekombinimit mitotik (Hastie, 1970).
Fungicidi para-fluorofenilalaninë, i përdorur për të trajtuar sëmundjen holandeze në elms, ka të njëjtën veti. Para-fluorofenilalanina rriti frekuencën e rekombinimit në diploidet heterozigot P. infestans (Poedinok et al., 1982).
Ndryshimet ciklike në përbërjen gjenotipike të popullatave në ciklin jetësor të P. infestans
Cikli klasik i zhvillimit të P. infestans në zonën e butë përbëhet nga 4 faza.
1) Faza e rritjes eksponenciale të popullsisë (faza policiklike) me breza të shkurtër. Kjo fazë zakonisht fillon në korrik dhe zgjat 1,5-2 muaj.
2) Faza e ndalimit të rritjes së popullsisë për shkak të një rënie të mprehtë në proporcionin e indeve të paprekura ose fillimit të kushteve të pafavorshme të motit. Kjo fazë në fermat që kryejnë heqjen e hershme të gjetheve para vjeljes del nga cikli vjetor.
3) Faza e dimërimit në zhardhokët, shoqëruar me një rënie të ndjeshme të madhësisë së popullsisë për shkak të infeksionit aksidental të zhardhokëve, zhvillimit të ngadaltë të infeksionit në to, mungesës së ri-infektimit të zhardhokëve, kalbjes dhe heqjes së zhardhokëve të prekur në kushte normale të ruajtjes.
4) Faza e zhvillimit të ngadaltë në tokë dhe në fidanë (faza monociklike), në të cilën kohëzgjatja e gjenerimit mund të arrijë një muaj ose më shumë (fundi i majit - fillimi i korrikut). Zakonisht në këtë kohë, gjethet e sëmura janë të vështira për t'u zbuluar edhe me vëzhgime të veçanta.
Faza e rritjes eksponenciale të popullsisë (faza policiklike)
Vëzhgime të shumta (Pshedetskaya, Kozubova, 1969; Borisenok, 1969; Osh, 1969; Dyakov, Suprun, 1984; Rybakova, Dyakov, 1990) treguan se në fillim të epifitotisë mbizotërojnë klone të ulta virulente dhe pak agresive, të cilat më pas zëvendësohen nga më virulente dhe agresive. shkalla e rritjes së agresivitetit të popullsisë është më e lartë, aq më pak rezistente larmia e bimës pritëse.
Ndërsa popullata rritet, përqendrimi i të dy gjeneve me rëndësi selektive të futura në varietetet tregtare (R1-R4) dhe selektivisht neutral (R5-R11) rritet. Pra, në popullatat pranë Moskës në vitin 1993, virulenca mesatare nga fundi i korrikut deri në mes të gushtit u rrit nga 8,2 në 9,4 dhe rritja më e madhe u vu re për gjenin e virulencës selektive neutrale R5 (nga 31 në 86% të kloneve virulente) (Smirnov, 1996 )
Një rënie në ritmin e rritjes së një popullsie shoqërohet me një rënie të aktivitetit parazitar të popullatës. Prandaj, në vitet depresive, si numri i përgjithshëm i racave ashtu edhe përqindja e racave shumë virulente janë më të ulëta se në ato epifitotike (Borisenok, 1969). Nëse në kulmin e kushteve epifitoze të motit ndryshojnë në të pafavorshme për sëmundjen e vonë dhe infektimi i patates zvogëlohet, përqendrimi i kloneve shumë virulente dhe agresive gjithashtu zvogëlohet (Rybakova et al., 1987).
Rritja e frekuencave të gjeneve që ndikojnë në virulencën dhe agresivitetin e popullatës mund të jetë për shkak të zgjedhjes së kloneve më virulente dhe agresive në popullatën e përzier. Për të demonstruar përzgjedhjen, u zhvillua një metodë për analizën e mutacioneve neutrale, e cila u përdor me sukses në popullatat chemostat të majave (Adams et al., 1985) dhe Fusarium graminearum (Wiebe et al., 1995).
Frekuenca e mutantëve rezistentë ndaj blasticidin S në popullatën fushore të P. infestans u ul paralelisht me rritjen e agresivitetit të popullsisë, gjë që tregon një ndryshim në klonet dominuese në procesin e rritjes së popullsisë (Rybakova et al., 1987).
Faza e dimërimit në zhardhokë
Gjatë dimërimit në zhardhokët e patates, virulenca dhe agresiviteti i llojeve të P. infestans zvogëlohen dhe ulja e virulencës ndodh më ngadalë sesa agresiviteti (Rybakova dhe Dyakov, 1990). Me sa duket, në kushte të favorshme për rritjen e shpejtë të madhësisë së popullatës (zgjedhja r), gjenet e virulencës "ekstra" dhe agresiviteti i lartë janë të dobishëm, prandaj zhvillimi i epifitotikëve shoqërohet me zgjedhjen e kloneve më virulente dhe agresive. Në kushtet e ngopjes së mjedisit, kur jo shkalla e riprodhimit, por qëndrueshmëria e ekzistencës në kushte të pafavorshme (zgjedhja K) luan një rol të rëndësishëm, gjenet "ekstra" të virulencës dhe agresivitetit zvogëlojnë aftësinë, dhe klonet me këto gjene janë të parët që vdesin, në mënyrë që agresiviteti mesatar dhe virulenca e popullsisë po bie.
Faza e vegjetacionit në tokë
Kjo fazë është më misteriozja në ciklin jetësor (Andrivon, 1995). Ekzistenca e tij u postulua thjesht spekulative - për shkak të mungesës së informacionit në lidhje me atë që ndodh me patogjenin për një periudhë të gjatë (ndonjëherë më shumë se një muaj) - nga shfaqja e fidanëve të patates në shfaqjen e njollave të para të sëmundjes mbi to. Mbi bazën e vëzhgimeve dhe eksperimenteve, sjellja e kërpudhave në këtë periudhë të jetës u rindërtua (Hirst dhe Stedman, 1960; Boguslavskaya, Filippov, 1976).
Sporulimi i kërpudhave mund të formohet në zhardhokët e infektuar në tokë. Sporet që rezultojnë mbijnë me hifa, të cilat mund të vegjetojnë për një kohë të gjatë në tokë. Sporet primare (të formuara në zhardhokë) dhe sekondare (në micelium në tokë) rriten në sipërfaqen e tokës nga rrymat kapilare, por fitojnë aftësinë për të infektuar patatet vetëm pasi gjethet e saj të poshtme zbresin dhe vijnë në kontakt me sipërfaqen e tokës. Gjethe të tilla (domethënë, pikat e para të sëmundjes gjenden në to) nuk formohen menjëherë, por pas rritjes dhe zhvillimit të zgjatur të majave të patates.
Kështu, në ciklin jetësor të P. infestans, faza e vegjetacionit saprotrofik mund të ekzistojë gjithashtu. Nëse në fazën parazitare të ciklit jetësor agresiviteti është përbërësi më i rëndësishëm i fitnesit, atëherë në fazën saprotrofike përzgjedhja synon zvogëlimin e vetive parazitare, siç është treguar eksperimentalisht për disa kërpudha fitopatogjene (shih Carson, 1993). Prandaj, në këtë fazë të ciklit, vetitë agresive duhet të humbin më intensivisht. Por deri më tani nuk janë kryer asnjë eksperiment i drejtpërdrejtë për të konfirmuar supozimet e mësipërme.
Ndryshimet sezonale ndikojnë jo vetëm në vetitë patogjene të P. infestans, por edhe në rezistencën ndaj fungicideve, e cila rritet në fazën policiklike (gjatë epifitotive) dhe zvogëlohet gjatë ruajtjes së dimrit (Derevyagina et al., 1991; Kadish dhe Cohen, 1992). Një rënie veçanërisht e fortë e rezistencës ndaj metalaksilit u vu re në periudhën midis mbjelljes së zhardhokëve të prekur dhe shfaqjes së njollave të para të sëmundjes në fushë.
Specializimi ndër specifik dhe evolucioni i tij
P. infestans po shkakton epidemi në dy kultura të rëndësishme komerciale, patate dhe domate. Epifitotitë mbi patatet filluan shpejt pasi kërpudhat hynë në zona të reja. Disfata e domates u shënua gjithashtu menjëherë pas shfaqjes së infeksionit në patate, por epifitotitë në domate u shënuan vetëm njëqind vjet më vonë - në mes të shekullit të XNUMX-të. Ja çfarë shkruajnë Hallegli dhe Niederhauser për disfatën e domateve në SHBA
(1962): “Për rreth 100 vjet pas epifitologjisë së rëndë të vitit 1845, u bënë pak ose pothuajse asnjë përpjekje për të marrë varietete rezistente të domates. Edhe pse sëmundja e vonë u regjistrua për herë të parë në domate që në 1848, ajo nuk u bë objekt i vëmendjes serioze të mbarështuesve në këtë fabrikë deri në një shpërthim të fortë të sëmundjes në 1946. Në territorin e Rusisë dëmtimi i vonë i domates u regjistrua në shekullin e 60-të. “Për një kohë të gjatë, studiuesit nuk i kushtuan vëmendje kësaj sëmundjeje, pasi ajo nuk shkaktoi dëme të konsiderueshme ekonomike. Por në vitet 70 dhe 1979. Epifitotitë e sëmundjes së vonë të domates në shekullin XX janë vërejtur në Bashkimin Sovjetik, kryesisht në rajonin e Vollgës së Poshtme, Ukrainë, Kaukazin e Veriut, Moldavinë ... ”(Balashova, XNUMX).
Që nga ajo kohë, sëmundja e domates nga sëmundja e vonë është bërë e përvitshme, e përhapur në të gjithë territorin e kultivimit industrial dhe shtëpiak dhe shkakton dëme të mëdha ekonomike në këtë kulturë. Cfare ndodhi? Pse shfaqja e parë e parazitit në patate dhe dëmtimi epifitotik i kësaj kulture ndodhi pothuajse njëkohësisht dhe pse u desh një shekull që epifitotiku të shfaqej në domate? Këto ndryshime mbështesin një burim meksikan sesa një burim të infeksionit në Amerikën e Jugut. Nëse speciet Phytophthora infestans u zhvilluan si një parazit i specieve meksikane tuber-mbajtëse të gjinisë Solanum, atëherë është e kuptueshme pse patatet e kultivuara që i përkasin të njëjtit sektor të gjinisë si speciet meksikane u prekën aq fort, por për shkak të mungesës së bashkëevolucionit me parazitin, i cili nuk zhvilloi mekanizma të rezistencës specifike dhe jospecifike.
Domatja i përket një seksioni tjetër të gjinisë, lloji i shkëmbimit të saj ka ndryshime të konsiderueshme nga speciet tuberoze, prandaj, përkundër faktit se domatja nuk është jashtë specializimit ushqimor të P. infestans, intensiteti i humbjes së tij ishte i pamjaftueshëm për humbje serioze ekonomike.
Shfaqja e epifitotive në domate është për shkak të ndryshimeve serioze gjenetike në parazit, të cilat rritën përshtatshmërinë (patogjenicitetin) e tij kur parazitohet. Ne besojmë se forma e re e specializuar për parazitimin e domates është raca T1 e përshkruar nga M. Gallegly, duke prekur varietetet e domates së qershisë (Red Cherry, Ottawa), rezistente ndaj garës T0 të përhapur në patate (Gallegly, 1952). Me sa duket, një mutacion (ose një seri mutacionesh) që e ktheu garën T0 në garën T1 dhe çoi në shfaqjen e kloneve shumë të përshtatura për të mposhtur domate. Siç ndodh shpesh, një rritje e patogjenitetit tek një mikpritës u shoqërua me zvogëlimin e saj në tjetrin, domethënë, u krijua një specializim fillestar, ende jo i plotë, specifik - te patatet (raca T0) dhe tek domatja (raca T1).
Cilat janë provat për këtë supozim?
- Ndodhja në patate dhe domate. Në gjethet e domates, mbizotëron raca T1, ndërsa në gjethet e patates është e rrallë. Sipas S.F.Bagirova dhe T.A. Oreshonkova (e pabotuar) në rajonin e Moskës në 1991-1992, ndodhja e garës T1 në mbjelljet e patates ishte 0%, dhe në mbjelljet e domateve - 100%; në 1993-1995 - përkatësisht 33% dhe 90%; në vitin 2001 - 0% dhe 67%. Të dhëna të ngjashme u morën në Izrael (Cohen, 2002). Eksperimentet me infeksionin e zhardhokëve të patates me izolime të racës T1 dhe një përzierje të izolateve T0 dhe T1 treguan që izolat e racës T1 ruhen dobët në zhardhokë dhe zëvendësohen nga izolat të racës T0 (Dyakov et al., 1975; Rybakova, 1988)
2) Dinamika e garës T1 në mbjelljet e domateve. Infeksioni primar i gjetheve të domates kryhet nga izolatet e racës T0, të cilat dominojnë në analizën e infeksionit në pikat e para të formuara në gjethe. Kjo konfirmon skemën e pranuar përgjithësisht të migrimit të parazitëve: Masa kryesore e infeksionit nga patatet përbëhet nga raca T0, megjithatë, një numër i vogël i kloneve T1 të ruajtura në patate, një herë në domate, zhvendosin garën T0 dhe grumbullohen drejt fundit të periudhës epifitotike. Alsoshtë gjithashtu e mundur që ekziston një burim alternativ i infektimit të gjetheve të domates me garën T1, jo aq i fuqishëm sa zhardhokët dhe gjethet e patates, por i vazhdueshëm. Prandaj, ky burim ka një efekt të dobët në strukturën gjenetike të popullatës që infekton domate, por më pas përcakton akumulimin e racës T1 (Rybakova, 1988; Dyakov et al., 1994).
3) Agresiviteti ndaj patateve dhe domateve. Infeksioni artificial i gjetheve të domates dhe patates me izolime të racave T0 dhe T1 tregoi se të parat janë më agresive për patatet sesa për domatet, dhe të dytat janë më agresive për domaten sesa për pataten. Këto ndryshime manifestohen në zhvendosjen e izoluesve të një race jo "vetanake" nga një popullatë e përzier gjatë kalimeve në gjethe në një serë (Dyakov et al., 1975) dhe në parcelat fushore (Leberton et al., 1999); ndryshimet në ngarkesën minimale infektive, periudhën e latente, madhësinë e njollave infektive dhe prodhimin e sporeve (Rybakova, 1988; Dyakov et al., 1994; Legard et al., 1995; Forbes et al., 1997; Oyarzun et al., 1998; Leberton et al., 1999; Vega-Sanchez et al., 2000; Knapova, Gisi, 2002; Sussuna et al., 2004).
Agresiviteti i izoluesve të racës T1 ndaj varieteteve të domateve që nuk kanë gjen të rezistencës është aq e lartë sa që këto izolime spore në gjethe si në një lëndë ushqyese pa nekrotizuar indin e infektuar (Dyakov et al., 1975; Vega-Sanchez et al., 2000).
4) Virulencë për patatet dhe domatet. Gara T1 prek varietetet e domates qershi me gjenin e rezistencës Ph1, ndërsa raca T0 nuk është e aftë të infektojë këto varietete, d.m.th. ka një virulencë më të ngushtë. Në lidhje me diferencuesit
Gjenet R të patateve kanë lidhje të kundërt, d.m.th. llojet e izoluara nga gjethet e domates janë më pak virulente sesa llojet "patate" (Tabela 11).
5) Shënues neutralë. Analiza e shënuesve neutralë në popullatat e P. infestans që parazitojnë në patate dhe domate dëshmon gjithashtu për përzgjedhjen multidirekcionale brenda specifikës. Në popullatat braziliane të P. infestans, izolimet e gjetheve të domates i përkisnin vijës klonale US-1, dhe ato nga gjethet e patates i përkisnin linjës BR-1 (Suassuna et al., 2004). Në Florida (SHBA), që nga viti 1994, kloni US-90 filloi të mbizotërojë në patate (me një dukuri prej më shumë se 8%), dhe klonet US-11 dhe US-17 në domate, dhe izolimet e kësaj të fundit janë më agresive për domate sesa për patate (Weingartner , Tombolato, 2004). Diferenca të konsiderueshme në frekuencat e gjenotipit (gjurmët e gishtave të ADN-së) në izolimet e patates dhe domates u vendosën për 1200 lloje P. infestans të mbledhura në Shtetet e Bashkuara nga 1989 në 1995 (Deahl et al., 1995).
Përdorimi i metodës AFLP bëri të mundur ndarjen e 74 llojeve të mbledhura nga gjethet e patates dhe domates në vitet 1996-1997. në Francë dhe Zvicër, në 7 grupe. Tensionet e patates dhe domates nuk ndryshonin qartë, por sforcimet "patate" ishin gjenetikisht më të larmishme se ato "domate". Të parët u gjetën në të shtatë grupet, dhe të dytët, vetëm në katër, gjë që tregon një gjenomë më të specializuar të kësaj të fundit (Knapova dhe Gisi, 2002).
6) Mekanizmat e izolimit. Nëse popullatat e parazitit në dy lloje të bimëve pritëse evoluojnë drejt ngushtimit të specializimit në nikoqirin e tyre "vetjak", atëherë lindin mekanizma të ndryshëm para dhe postmeiotikë që parandalojnë shkëmbimet gjenetike të ndërpopullimit (Dyakov dhe Lekomtseva, 1984).
Disa studime kanë hetuar efektin e burimit të shtameve prindërore në efikasitetin e hibridizimit. Kur llojet e izoluara nga specie të ndryshme të gjinisë Solanum u kryqëzuan në Ekuador (Oliva et al., 2002), u zbulua se llojet me llojin e bashkimit A2 nga hijet e natës të egër (vija klonale EC-2) kaluan më keq me shtamet nga domatja (linja EC -3), dhe në mënyrë më efektive kryqëzohet me sforcimin e patates (EC-1).
Të gjithë hibridet u zbuluan se nuk ishin patogjene. Autorët besojnë se përqindja e ulët e hibridizimit dhe zvogëlimi i patogjenicitetit në hibride janë për shkak të mekanizmave postmeiotikë të izolimit riprodhues të popullatave.
Në eksperimentet e Bagirova et al. (1998), një numër i madh i llojeve të patates dhe domates u kryqëzuan me vetitë e racave T0 dhe T1. Kryqëzimet më pjellore ishin kryqet e shtameve T1xT1 të izoluara nga domatja (36 oospore në fushën e mikroskopit, 44% e mbirjes së oosporeve), më pak të efektshmet ishin kryqëzimet e racave T0xT1 të izoluara nga mikpritës të ndryshëm (një numër i ulët i oosporeve në zhvillim dhe të mbirë, një pjesë e lartë e oosporeve abortive dhe të pazhvilluara) ... Efikasiteti i kryqëzimeve midis izoluesve të racës T0 të izoluar nga patatet ishte i ndërmjetëm. Meqenëse trupi kryesor i shtameve të racës T0 prek patatet, ajo ka një burim të besueshëm dimërimi - zhardhokët e patates, si rezultat i së cilës rëndësia e oosporeve si njësi infektive dimëruese për popullatat nga patatet është e ulët. "Forma e domates" e adaptuar është në gjendje të dimërojë në domate në formën e oosporeve (shih më poshtë) dhe për këtë arsye ruan një produktivitet më të lartë të procesit seksual. Për shkak të pjellorisë së tij të lartë, T1 fiton një potencial të pavarur për infeksion primar në domate. Rezultatet e marra nga Knapova et al. (Knapova et al., 2002) mund të interpretohen në të njëjtën mënyrë. Kryqet e shtameve të izoluara nga patatet me tendosjet e domates dhanë numrin më të lartë të oosporeve - 13,8 për sq.mm. mesatare (me një përhapje prej 5-19) dhe një përqindje të ndërmjetme të mbirjes së oosporeve (6,3 me një përhapje prej 0-24). Kalimet e shtameve të izoluara nga domatja dhanë përqindjen më të ulët të oosporeve (7,6 me një përhapje prej 4-12) me përqindjen më të lartë të mbirjes së tyre (10,8). Kryqëzimet ndërmjet shtameve të izoluara nga patatet dhanë një numër të ndërmjetëm oosporësh (8,6 me një shpërndarje të lartë të të dhënave - 0-30) dhe përqindjen më të ulët të mbirjes së oosporeve (2,7). Kështu, llojet e patateve janë më pak pjellore sesa ato të domates, por kryqëzimet e ndërpopullimit nuk dhanë rezultate më të këqija sesa ato të intrapopullimit. Possibleshtë e mundur që ndryshimet me të dhënat e mësipërme nga Bagirova et al. shpjegohen me faktin se studiuesit rusë kanë punuar me shtame të izoluara në fillimin e viteve 90 të shekullit XX, dhe studiuesit zviceranë - me lloje të izoluar në fund të viteve 90.
Baza për pjellori të ulët mund të jetë heteroploidia e llojeve. Nëse në popullatat meksikane, ku procesi seksual dhe infeksioni primar me pasardhësit e oosporeve janë të rregullta, shumica e llojeve të studiuara të P. Infestans janë diploide, atëherë në vendet e Botës së Vjetër vërehet polimorfizmi i ploidisë (shtame di-, tri- dhe tetraploid, si dhe shtame heterokariote me nukleus heteroploid) , dhe llojet që kanë lloje të ndryshme të çiftëzimit, d.m.th. reciprokisht pjellore, ndryshojnë në ploidinë bërthamore (Therrien et al., 1989, 1990; Whittaker et al., 1992; Ritch, Daggett, 1995). Diversiteti i bërthamave në antheridia dhe oogonia mund të jetë arsyeja për pjellori të ulët.
Sa i përket shkëmbimeve bërthamore midis hipeve gjatë anastomozave, kjo parandalohet nga papajtueshmëria vegjetative, e cila ndan popullatat aseksuale në shumë klone të izoluara gjenetikisht (Poedinok dhe Dyakov, 1987; Gorbunova et al., 1989; Anikina et al., 1997b).
7) Konvergjenca e popullatave. Të dhënat e mësipërme tregojnë se është i mundur hibridizimi midis llojeve të "patates" dhe "domates" së P. infestans. Ri-infeksioni reciprok i nikoqirëve të ndryshëm është gjithashtu i mundur, megjithëse me agresivitet të zvogëluar.
Një studim i shënuesve të popullatës në izolime nga fushat fqinje të patates dhe domates në 1993 tregoi se rreth një e katërta e izolimeve të izoluara nga gjethet e domates u transferuan nga një fushë patate fqinje (Dolgova et al., 1997). Teorikisht, mund të supozohet se divergjenca e popullatave në dy strehues do të rritet dhe do të çojë në shfaqjen e formave të specializuara intraspecifik (f.sp. patate dhe f.sp. domate), veçanërisht pasi oosporet mund të vazhdojnë në mbeturinat e bimëve (Drenth et al., 1995 ; Bagirova, Dyakov, 1998) dhe farat e domates (Rubin et al., 2001). Si pasojë, domatet aktualisht kanë një burim të rigjenerimit të pranverës, të pavarur nga zhardhokët e patates.
Sidoqoftë, gjithçka ndodhi ndryshe. Dimërimi me oospore lejoi parazitin të shmangte fazën më të ngushtë në ciklin e tij të jetës - fazën monociklike të bimësisë në tokë, gjatë së cilës zvogëlohen vetitë parazitare, të cilat rivendosen gradualisht në fazën policiklike në verë.
Tabela 11. Frekuencat e gjeneve virulencë ndaj varieteteve diferencuese të patates në sojet e P. infestans
Vend | Vit | Numri mesatar i gjeneve të virulencës në shtame | Autor | |
nga patatet | nga domatja | |||
Francë | 1995 | 4.4 | 3.3 | Leberton et al., 1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | Leberton, Andrivon, 1998 | |
Franca, Zvicra | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | Knapova, Gisi, 2002 |
SHBA | 1989-94 | 5 | 4.8 | Goodwin et al., 1995 |
SHBA, Zap. Вашингтон | 1996 | 4.6 | 5 | Dorrance et al., 1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
Эквадор | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun et al., 1998 |
Izrael | 1998 | 7 | 4.8 | Cohen, 2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
Rusia, Mosk. Rajon | 1993 | 8.9 | 6.7 | Smirnov, 1996 |
Rusia, rajone të ndryshme | 1995 | 9.4 | 8 | Kozlovskaya dhe të tjerët. |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
Zoosporangia primare dhe zoosporet, të cilat mbijnë oosporet, kanë një shkallë të lartë të aktivitetit parazitar, veçanërisht nëse oosporet janë formuar partenogjenetikisht nën ndikimin e feromoneve të një shtame me llojin e kundërt të çiftëzimit. Prandaj, materiali infektiv në fidanët e domates të rritur nga farat e infektuara me oospore është shumë patogjen si për domate ashtu edhe për patate.
Këto ndryshime çuan në një ristrukturim tjetër të popullsisë, i shprehur në ndryshimet e mëposhtme të rëndësishme nga pikëpamja epidemiologjike:
- Fidanët e domates së infektuar janë bërë një burim i rëndësishëm i infeksionit primar të patateve (Filippov, Ivanyuk, mesazhe personale).
- Epifitotitë mbi patatet filluan të vërehen qysh në qershor, rreth një muaj më herët se zakonisht.
- Në mbjelljet e patates, përqindja e garës T1 u rrit, e cila më parë ishte gjetur atje në një sasi të parëndësishme (Ulanova et al., 2003).
- Tensionet e izoluara nga gjethet e domates nuk ndryshojnë më nga tendosjet e patates në virulencën në diferencuesit e patateve të gjeneve virulencë dhe filluan të tejkalojnë llojet e "patates" në agresivitet jo vetëm në domate, por edhe në patate (Lavrova et al., 2003; Ulanova et al. , 2003).
Kështu, në vend të divergjencës, kishte një konvergjencë të popullatave, shfaqjen e një popullate të vetme në dy bimë pritëse me virulencë të lartë dhe agresivitet ndaj të dy specieve.
Përfundim
Pra, përkundër më shumë se 150 vjet studimi intensiv të P. infestans, në biologji, përfshirë biologjinë e popullatës të këtij agjenti shkaktar të sëmundjeve më të rëndësishme të bimëve solanace të kultivuara, shumë mbetet e panjohur. Nuk është e qartë se si ndikimi i kalimit të fazave individuale të ciklit jetësor në strukturën e popullatave, cilat janë mekanizmat gjenetikë të ndryshueshmërisë së kanalizuar të agresivitetit dhe virulencës, cili është raporti i sistemeve riprodhuese dhe riprodhuese klonale në popullatat natyrore, si trashëgohet papajtueshmëria vegjetative, cili është roli i patateve dhe domateve në infeksionin primar të këtyre kulturave dhe në cili është efekti i tyre në strukturën e popullatës së parazitit. Deri më tani, çështje kaq të rëndësishme praktike, siç janë mekanizmat gjenetikë për ndryshimin e agresivitetit të parazitit ose erozionit të rezistencës jospecifike të patates nuk janë zgjidhur. Me thellimin dhe zgjerimin e kërkimit mbi sëmundjen e vonë të patates, paraziti paraqet sfida të reja për studiuesit. Sidoqoftë, përmirësimi i aftësive eksperimentale, shfaqja e qasjeve të reja metodologjike për manipulimin me gjenet dhe proteinat na lejojnë të shpresojmë për një zgjidhje të suksesshme të pyetjeve të shtruara.
Artikulli u botua në revistën "Mbrojtja e Patates" (Nr. 3, 2017)