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
- 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.
- 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.
- Гринько Н. Н. Латентная фаза онтогенеза возбудителя ложной мучнистой росы огурца/ Н. Н. Гринько //Вестник РАСХН. – 2000. – №5. – С.44 – 47.
- Гринько Н.Н. Ложная мучнистая роса огурца// Н. Н. Гринько. – Сочи: ГУП «СПП». – 2003. – 68с.
- Гринько Н.Н. Pseudoperonospora cubensis в агроценозе огурца – URL: https://www.facebook.com/nina.grinko/photos_albums#
- Дьяков Ю.Т. Популяционная биология фитопатогенных грибов/ Ю.Т. Дьяков. – М.: «Дом Муравей», 1998. – 383с.
- Левитин М. М. Генетические основы изменчивости фитопатогенных грибов/ М. М. Левитин. – Л.: Агропромиздат, 1986. – 208с.
- 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.
- Новотельнова Н. С. Флора споровых растений СССР. Грибы (3)/ Н. С. Новотельнова, К. А. Пыстина. – Л.: Наука. –1985. –Т. XI. – 363с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.[schema type=»book» name=»ВИРУЛЕНТНОСТЬ ВНУТРИВИДОВЫХ СТРУКТУР ГРИБА PSEUDOPERONOSPORA CUBENSIS (BERK. ET CURT.) ROSTOW » description=» 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. » author=»Гринько Нина Николаевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-23″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]