25 Июл

ВИРУЛЕНТНОСТЬ ВНУТРИВИДОВЫХ СТРУКТУР ГРИБА PSEUDOPERONOSPORA CUBENSIS (BERK. ET CURT.) ROSTOW




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Гриб Pseudoperonospora cubensis (Berk. et Curt.) Rostow.)  – возбудитель ложной мучнистой росы,  одного из наиболее вредоносных и распространенных заболеваний огурца [1, с. 32–41; 4, с. 3–6; 5, 13, с. 3703]. Благодаря высокому уровню агрессивности и экологической адаптивности патоген паразитирует на широком наборе культурных и диких видов семейства Cucurbitaceae Juss. [9, с. 165–168]. Вариабельность межвидовых и внутрисортовых типов совместимости P. cubensis с растениями-хозяевами способствует формированию стойких очагов инфекции и накоплению вирулентных морфотипов в популяциях гриба, обусловивших планетарную эпифитотию ложной мучнистой росы огурца в середине 90–х годов XX века [4, с. 6–8; 12, с. 337–349]. Учитывая актуальность контроля внутрипопуляционной изменчивости патогена с теоретических позиций, равно как и с практической точки зрения – создания генотипов огурца с идентифицированными генами устойчивости к ложной мучнистой росе, возникает необходимость постоянного мониторинга вирулентности P. cubensis. Для градации физиологических рас используют эмпирический состав тест-сортов, подобранный в соответствии с реакцией на заражение региональными клонами паразита, поскольку международный набор дифференциаторов не создан [1, с. 32–41; 2, с. 58–61; 4, с. 8–12; 8, с. 1–9; 12, с. 337–349]. В популяциях патогена из Израиля, Японии и США выделено 5 патотипов, отличающихся высокой совместимостью с Cucumis sativus и Melo var. reticulate [14, с. 905–907]. Исходя из различий степени восприимчивости к паразиту 18 сортов из 6 родов семейства Cucurbitaceae зафиксировано 2 новые вирулентные расы на дыне в Индии [11, с.178–179]. Популяции гриба в Украине, включающие 19 рас, по уровню вирулентности существенно выше, чем в Болгарии [8, с. 1–9; 10, с. 35–38].

В России анализ вирулентности внутривидовых структур P. cubensis проведен фрагментарно. В 1992г. Э.А.Власова выделила патотипы в структурах ленинградской, московской, майкопской и молдавской популяций патогена [1, с. 32–41]. В 1994–2000гг. на Черноморском побережье Краснодарского края в популяциях паразита нами идентифицировано 12 физиологических рас [2, с. 58 – 61; 4, с. 8–12].

Цель исследований – мониторинг вирулентности популяций P. cubensis на Черноморском побережье Краснодарского края.

Материал и методы

Исследования проводили в 2001–2010гг. на экспериментальной базе Адлерской ОС. Листья с симптомами ложной мучнистой росы отбирали в процессе обследования репродуцируемых нами образцов огурца из геноресурсной коллекции ВИР, а также посадок культуры в тепличных, фермерских и индивидуальных хозяйствах Черноморского побережья Краснодарского края. В соответствии с ранее описанными методиками ежегодно выделяли по 100 изолятов. Для определения рас использовали эмпирический набор дифференциаторов – Дальневосточный 27, Конкурент, Нежинский 12, Lagenaria siceraria, Luffa cylindrica, Cucumis anguria, Sechium edule, которым присваивали бинарный номер от 20 до 26. Нумерацию рас проводили по двоичной системе Хабгуда [2, с. 58–61]. Иммунологическую реакцию сортов на заражение изолятами P. cubensis анализировали на 7–е сут. после инокуляции в баллах [4, с. 8–12]. Конкурентоспособность рас оценивали по индексу агрессивности (Iagr), рассчитанному путем преобразования средних данных балла поражения по шкале: 0…1 – авирулентные (простые); 1,1…2 – средневирулентные (типичные), 2,1…3 – высоковирулентные (сложные). Для дифференциации популяции P. cubensis по уровню вирулентности использовали частоту встречаемости рас в выборках и расчетный индекс разнообразия Шеннона (Н): H= – ∑pi ln pi, где pi – частота i–го морфотипа. Экспериментальные данные обрабатывали стандартными методами статистического анализа с использованием пакета программ Excel и Statistica.

Результаты и обсуждение

Исходя из разнокачественных реакций дифференциаторов на инокуляцию изолятами P. cubensis нами идентифицировано 15 иммунологических комбинаций – рас. Согласно числу совместимых с патогеном тест-сортов, расы обозначили как: авирулентные (простые), средневирулентные (типичные) и высоковирулентные (сложные). Авирулентные расы – 4, 6, 12 и 20 поражали 1–2 сорта. Стабильно во все годы исследований встречалась только раса 6, а другие постепенно элиминировались: 2007г. – 12, 2008г. – 4, 2009г. – 20. Средневирулентные (типичные) расы – 7, 14, 38 и 44 поражали 3 сорта и встречались ежегодно, за исключением 14 – появившейся в выборках с 2005г. Высоковирулентные (сложные) расы – 15, 30, 31, 53, 55, 61 и 63 инфицировали 4–6 сортов. Каждый год регистрировали только расы 61 и 63, а затем наблюдалось постепенное накопление в выборках сложных морфотипов: 2004г. – 30 и 53, 2006г. – 31 и 55, 2008г. – 15 (Рис. 1). Между средней частотой встречаемости рас и индексом разнообразия Шеннона (Н) установлена высокая положительная корреляционная связь (Cr=0,99±0,04; Р<0,001).

Рисунок 1. Частота встречаемости рас P. cubensis по годам выборок

На основании показателей частоты встречаемости и индекса разнообразия Шеннона, выделены доминирующие расы: авирулентные – 6 и 20 (74 и 70 %; Н=2,58 и 2,53), средневирулентные – 7 и 38 (93 и 98 %; Н=3,28 и 3,16), высоковирулентные – 61 и 63 (97 и 96%; Н=3,24 и 3,22) (Рис. 2).    Статистически недостоверными оказались различия (Fф<F0,5) по частоте встречаемости рас 7 и 61, что, вероятно, обусловлено стабильным присутствием их в популяциях патогена не только на всех этапах мониторинга, но и в предыдущие годы исследований [4, с. 8–12]. Полученные данные выявили варьирование конкурентоспособности равнозначных и различающихся по вирулентности рас паразита. Полагают, что выживаемость и отбор рас в популяциях фитопатогенных грибов, наряду с вирулентностью и абиотическими факторами внешней среды, регламентированы степенью их агрессивности [7, с. 161–165].

Рисунок 2. Частота встречаемости и разнообразие рас в популяции P. cubensis

Условные обозначения:  а – частота встречаемости, %; б – критерий Fф суммарной выборки: * – различия недостоверны; в – индекс разнообразия Шеннона (Н)

 

Установлена значительная вариабельность (Cv=54,3%) индекса агрессивности (Iagr) рас, что подтверждает высокая корреляционная связь (Cr = 0,94±0,09; Р<0,001) между средними данными признака (Iagr=1,60±0,08; Iagrmin÷max=0,47÷2,54±0,08) и стандартным отклонением (σ=0,87). Авирулентные расы отличались существенной изменчивостью (Cv=42,8%) и минимальным показателем признака (Iagr=0,56±0,02). Высокое значение Iagr характерно для рас 6 и 20 (Iagr=0,64 – 0,63±0,02), что соотносится с превалированием их по частоте встречаемости в выборках простых морфотипов. Обнаружена значительная изменчивость (Cv=25,8%) признака у средневирулентных рас (Iagr=1,47±0,03), а максимальными показателями отличались 7 и 38 (Iagr=1,60–1,56±0,02), преобладающие по частоте встречаемости среди равноценных морфотипов. Для высоковирулентных рас характерна существенная вариабельность (Cv=29,1%) и максимальное значение  признака агрессивности (Iagr=2,27±0,05). Предельно высоким показателем Iagr отличались расы 61 и 63 (Iagr=2,54 – 2,53±0,05), что соответствует доминированию их среди сложных морфотипов в популяциях паразита.

Итак, для авирулентных, средне – и высоковирулентных рас P. cubensis характерен соответственно низкий, средний и высокий индекс агрессивности (Iagr). Следовательно, конкурентоспособность генетически простых и сложных рас паразита детерминирована их агрессивностью. Достоверность данного вывода не противоречит классическим критериям адаптации и отбора, вирулентных морфотипов в популяциях фитопатогенных грибов [6, с. 211–245; 7, с. 161–165]. Методом попарно–группового кластерного анализа с арифметическим усреднением индексов разнообразия Шеннона (Н) и агрессивности (Iagr) физиологические расы P. cubensis объединены в 3 основных кластера (Рис. 3).

Рисунок 3. Дендрограмма сходства рас P. cubensis

 по индексам Шеннона (Н) и агрессивности (Iagr)

Авирулентные расы сгруппированы в первом кластере, с близким сходством 6 и 20. В гетерогенном втором кластере оказались средне – и высоковирулентные расы, отличающиеся наибольшим значением индекса разнообразия Шеннона. Высокую степень подобия проявили сложные – 61 и 63 и средневирулентные расы 7 и 38. В третьем кластере объединены расы со средним индексом Н, а близким сходством выделялись высоковирулентные морфотипы 15 и 53. Отдельно расположена средневирулентная раса 14, отличающаяся по сравнению с другими морфотипами кластера высоким индексом Шеннона и средним значением Iagr.

Сравнительная оценка суммарных выборок популяций по годам исследований выявила преобладание по частоте встречаемости авирулентных рас с 2001 по 2004гг. включительно (Рис. 4). В дальнейшем доля их снижалась, а возрастало присутствие средневирулентных и сложных рас. Максимальный показатель частоты встречаемости высоковирулентных рас зафиксирован в 2007–2009гг. с незначительным снижением в 2010г.

Рисунок 4. Соотношение и разнообразие рас в популяциях P. cubensis в зависимости от вирулентности

Примечание: Частота встречаемости и индекс разнообразия Шеннона соответственно: а и г – авирулентных –, б и д – средне –, в и е – высоковирулентных рас

Данный вывод подтвержден положительной корреляционной связью между частотой встречаемости и индексом разнообразия Шеннона для простых авирулентных и типичных средневирулентных рас (Cr=0,92±0,13 и Cr=0,91±0,14; Р<0,001), а отрицательной (Cr=–0,78±0,21; Р<0,01) – сложных высоковирулентных морфотипов гриба. Достоверные различия частоты встречаемости рас в выборках 2001 – 2006 гг. включительно (Fф = 69,9 – 67,7 – 96,2 – 122,5 – 29,4 – 8,5 >F0,1 = 11,26) свидетельствуют о низком уровне сходства анализируемых популяций. Вместе с тем, статистическая недостоверность частоты встречаемости рас в выборках 2007 – 2010гг. (Fф= 0,04 – 0,08 – 0,05 – 0,45 < F0,1=11,26) показывает высокую степень подобия тестируемых популяций паразита.

Итак, элиминация сложных рас в 2001–2006гг. и накопление в популяциях авирулентных и средневирулентных морфотипов P. cubensis не противоречит прогностическим сведениям о закономерном депрессивном развитии ложной мучнистой росы до 2003г. [3, с. 44–47; 4, с. 23–39]. Результаты наших исследований согласуются с алгоритмом действующего в природе стабилизирующего отбора. Популяция паразита исключает клоны с «лишними» генами вирулентности, не обязательные для подавления устойчивости выращиваемых генотипов [6, с. 211–245; 7, с.161–165]. Вместе с тем, наблюдаемое превалирование сложных высоковирулентных рас P. cubensis в выборках 2007–2010гг., отчасти, опровергает концепцию стабилизирующего отбора в пользу простых морфотипов. Исходя из полученных нами данных о максимальной агрессивности сложных рас, предположительно «лишние» гены вирулентности могут снизить, равно, как и повысить конкурентоспособность морфотипов [6, с. 211–245; 7, с.161–165]. Нарастание доли агрессивных рас патогена в выборках с 2006г., соотносится с прогнозируемым ранее [3, с.44–47; 4, с. 23–39] прогрессирующим развитием болезни в агроценозе огурца после 2003г. Известно, что темпы микроэволюции P. cubensis по уровню вирулентности, наряду с факторами окружающей среды, регламентированы генотипической гетерогенностью растения-хозяина. Существенное сокращение площадей защищенного грунта и ориентация на выращивание гибридов огурца преимущественно зарубежной селекции в индивидуальных и фермерских хозяйствах, предопределяет снижение полиморфизма растения-хозяина по признаку восприимчивости к паразиту. Вследствие этого закономерно элиминируют менее конкурентоспособные простые расы, учитывая стабильно низкую частоту встречаемости растений-хозяев с генами чувствительности к ним. Начиная с 2012г. ложная мучнистая роса развивается по типу эпифитотии.

Таким образом, анализ внутривидового полиморфизма P. cubensis по признаку вирулентности выявил наличие в структуре региональной популяции Черноморского побережья Краснодарского края 15 физиологических рас, включая 3 новые. Между средней частотой встречаемости рас и индексом разнообразия Шеннона установлена существенная положительная корреляционная связь (Cr=0,99±0,04; Р<0,001). Выявлена значительная вариабельность (Cv=54,3%) индекса агрессивности (Iagr) рас, подтвержденная высокой корреляционной зависимостью (Cr=0,94±0,09; Р<0,001) между средним значением показателя (Iagr =1,60±0,08) и стандартным отклонением (σ=0,87). Конкурентоспособность в популяциях P. cubensis генетически простых и сложных рас детерминирована их агрессивностью. Формообразовательные процессы в популяции патогена обусловливают возникновение и накопление новых морфотипов, расширяющих спектр вирулентных свойств P. cubensis и снижающих устойчивость генотипов огурца к ложной мучнистой росе.

Список литературы

  1. Власова Э. А. Проблема устойчивости огурца к ложной мучнистой росе /Э. А. Власова //Защита раст. от вредителей и болезней в условиях экологизации с. – х. производ.: Сб. науч. тр. С.– Пб. ГАУ. – С.– Пб., 1992. – С. 32 – 41.
  2. Гринько Н. Н. Структура популяций и дифференциация рас Pseudoperonospora cubensis (Berk. et Curt.) Rostow.) по признаку вирулентности / Н. Н. Гринько, В. И. Сидляревич, Т. Н. Жердецкая //Известия Аграрной АН Республики Беларусь. – 1999. – №3. – С.58 – 61.
  3. Гринько Н. Н. Латентная фаза онтогенеза возбудителя ложной мучнистой росы огурца/ Н. Н. Гринько //Вестник РАСХН. – 2000. – №5. – С.44 – 47.
  4. Гринько Н.Н. Ложная мучнистая роса огурца// Н. Н. Гринько. – Сочи: ГУП «СПП». – 2003. – 68с.
  5. Гринько Н.Н. Pseudoperonospora cubensis в агроценозе огурца – URL: https://www.facebook.com/nina.grinko/photos_albums#
  6. Дьяков Ю.Т. Популяционная биология фитопатогенных грибов/ Ю.Т. Дьяков. – М.: «Дом Муравей», 1998. – 383с.
  7. Левитин М. М. Генетические основы изменчивости фитопатогенных грибов/ М. М. Левитин. – Л.: Агропромиздат, 1986. – 208с.
  8. Лесовой М. П. Идентификация рас возбудителя ложной мучнистой росы огурца и определение устойчивости селекционного материала/ М. П. Лесовой, В. И. Лоханская, Н. А. Скрипник: Метод. рекомендации. – Киев, 1992. – 9с.
  9. Новотельнова Н. С. Флора споровых растений СССР. Грибы (3)/ Н. С. Новотельнова, К. А. Пыстина. – Л.: Наука. –1985. –Т. XI. – 363с.
  10. Angelov D. Two races of Pseudoperonospora cubensis (Berk. et Curt.) Rostow. on cucumber in Bulgaria/ D. Angelov // Растениевьд. науки. – 1994. – V. 31, № 7 – 10. – C.35 – 38.
  11. Bains S. S. Two new races of Pseudoperonospora cubensis on muskmelon in Punjab/ S. S. Bains, N. K. Sharma // Indian J. Mycol. and Plant Pathol. – 1986. – Vol. 16, № 2. – P. 178 – 179.
  12. Lebeda A. A set of Cucurbitaceae taxa for differentiation of Pseudoperonospora cubensis pathotypes/ A. Lebeda, M.P. Widrlechner // Z. Pflanzenkrankh. und Pflanzenschutz. – 2003. – Vol. 100, № C. 337–349.
  13. Savory E.A. The cucurbit downy mildew pathogen Pseudoperonospora cubensis/ E.A. Savory, L.L.  Granke, L.M.  Quersada – Ocampo [et al.] // Molecular Plant Pathol. – 2010. – № 10. – P. 3703.
  14. Thomas C. E. Host effect on selection of virulence factors affecting sporulation by  Pseudoperonospora cubensis/ C. E. Thomas, E. L. Jourdain //Plant Disease. – 1992. – Vol. 76, № 9. – C. 905 – 907.
    ВИРУЛЕНТНОСТЬ ВНУТРИВИДОВЫХ СТРУКТУР ГРИБА PSEUDOPERONOSPORA CUBENSIS (BERK. ET CURT.) ROSTOW
    Проведен мониторинг вирулентности изолятов возбудителя ложной мучнистой росы огурца (Pseudoperonospora cubensis (Berk. et Curt.) Rostow.), выделенных на Черноморском побережье Краснодарского края в 2001–2010гг. Дифференцировано 15 физиологических рас, различающихся по частоте встречаемости и агрессивности. Показана изменчивость расового состава популяций по годам исследований.
    Written by: Гринько Нина Николаевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/23/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)
    Available in: Ebook