S.N. エランスキー、L.Yu。 コカエバ、N.V。 Statsyuk、Yu.T。 ディアコフ
導入
ジャガイモとトマトの最も経済的に重要な病気である晩期枯病の原因物質であるOomycetePhytophthora infestans(Mont。)De Baryは、XNUMX世紀半以上にわたってさまざまな国の研究者の注目を集めてきました。 XNUMX世紀半ばに突然ヨーロッパに出現し、それは何世代にもわたって記憶に残っているジャガイモの流行を引き起こしました。
今までは「アイルランドの飢餓のキノコ」と呼ばれることが多かった。 最初の流行からほぼ1935年後、晩枯病に耐性のある野生のメキシコのジャガイモ種が発見され、それらを栽培ポテトと交配する方法が開発され(Muller、1937)、最初の晩期枯病抵抗性の品種が得られました(Pushkarev、XNUMX)。 しかし、商業栽培が始まって間もなく、耐性品種に強い後期枯病病原体の種族が蓄積した。 そして、野生のメキシコのジャガイモから品種への新しい耐性遺伝子の導入は、急速に効果を失い始めました。
単一遺伝子(垂直)耐性の使用に失敗すると、ブリーダーは非特異的な多遺伝子(水平)耐性を利用するより複雑な方法を探すことを余儀なくされました。 近年、非常に攻撃的な人種が寄生虫の個々の集団に蓄積し始め、非特異的な耐性さえも侵食を引き起こしています。 殺菌剤耐性株の出現は、ジャガイモ保護化学物質の使用に問題を引き起こしました。
化学組成、超構造、代謝における卵菌と真菌の大きな違いのために、殺菌剤、特に多くの真菌性疾患から植物を保護するために使用される全身性のものは、卵菌に対して効果がありません。
したがって、晩期の枯死に対する化学的保護では、広範囲の作用の接触製剤を用いた複数回(季節ごとに最大12回以上)の噴霧が使用された。 革命的なステップは、卵菌に毒性があり、植物に全身に広がるフェニルアミドの使用でした。 しかし、それらが広く使用されると、すぐに真菌集団に耐性菌が蓄積し(Davidse et al。、1981)、植物の保護が著しく複雑になりました。 P. infestansは、実際には温帯の唯一の寄生虫であり、有機農法では、化学的保護手段を使用せずに害を中和することはできません(Van Bruggen、1995)。
上記は、さまざまな国の研究者がP. infestansの個体数、その存在量と遺伝子組成のダイナミクス、および変動性の遺伝的メカニズムの研究に多大な注意を払っていることを説明しています。
R.INFESTANSのライフサイクル
Oomycete Phytophthora infestansは、ジャガイモの葉の内側に吸器を備えた細胞間菌糸を発達させます。 葉の組織を食べて、それは黒い斑点の形成を引き起こし、それは雨天で黒くなり腐敗します。 強い敗北で、葉全体が死にます。 一定期間の給餌の後、成長は菌糸(胞子嚢胞)上に形成され、それは気孔を通って外側に成長します。 雨天時には、葉の下側の斑点の周りに白い花が咲きます。 胞子嚢胞の端にレモン型の遊走子嚢が形成され、それが壊れて雨のしぶきによって運ばれます(図1)。 ジャガイモの葉の表面の水滴に落ちると、スポランジアは6〜8個の遊走子で発芽します。遊走子は、一定期間移動した後、丸みを帯び、殻で覆われ、生殖管で発芽します。 芽は気孔を通って葉の組織に浸透します。 特定の条件下では、胞子嚢は成長管内で葉組織に直接成長する可能性があります。 良好な条件下では、感染から新しい胞子形成の形成までの時間はわずか3〜4日です。
地面に着き、土壌を通してろ過されると、スポランジアは塊茎に感染する可能性があります。 深刻な影響を受けた塊茎は保管中に腐敗します。 影響が弱い場合、感染は次のシーズンまで続く可能性があります。 さらに、晩期枯病の原因物質は、植物の残骸やトマトの種子の土壌に卵胞子(厚壁の休息中の性的胞子)の形で冬に存続する可能性があります。 異なる交配タイプの菌株が過度の水分と出会うと、生きている植物器官に卵胞子が形成されます。 春には、植えられた感染した塊茎と卵胞子のある植物の残留物に無性胞子形成が形成されます。遊走子は土壌に入り、植物の下葉の感染を引き起こします。 場合によっては、菌糸は感染した塊茎から植物の緑色の部分に沿って成長し、通常は茎の上部に現れます。
oomycetesとほとんどの菌類の重要な違いは、ゲームの減数分裂と還元性核分裂を伴わないzygotes(卵胞子)の発芽を伴うライフサイクルにおける外相の優勢にあります。 この機能に加えて、バイセクシュアリティに代わる双極ヘテロタリズムにより、高等真核生物の集団を研究するために開発されたアプローチ(パンミクシアの分析と集団の細分化、集団内および集団間の遺伝子フローなど)を卵母細胞に適用できるように思われます。 ただし、P。infestansの個体数を研究する場合、XNUMXつの要因によってこれらのアプローチを完全に移行することはできません。
1.ハイブリッド卵胞子に加えて、自家受精性および分生子形成性卵胞子が集団で形成され(Fife and Shaw、1992; Anikina et al。、1997a; Savenkova、Cherepnikoba-Anirina、2002; Smirnov、2003)、それらの形成頻度は影響を与えるのに十分である可能性がありますテスト結果について。
2. P. infestansの性的プロセスは、真菌が主に栄養胞子によって繁殖し、栄養培地での従来の方法による交配型の分析結果の90%以上を形成するため、集団サイズのダイナミクスにわずかな貢献をします。 ..。 成長期数世代の無性胞子形成(多周期性疾患の発症)。 卵胞子は、緑の植物がない期間(冬)の生物の保存と苗の最初の感染に重要な役割を果たします。 次に、夏の間、クローンの複製と、性的組換えの結果として生じた個々のクローンの数の増加または逆の減少が発生します。これは主に、より適応したものの選択によって決定されます。 したがって、エピフィトティクスの開始時と終了時の集団内の個々のクローンの比率は完全に異なる可能性があります。
3.記載されているサイクルは、故郷である中央アメリカのP.infestansの先住民の特徴です。 世界の他の地域では、100年以上の間、性的プロセスは知られていませんでした。感染したジャガイモ塊茎の栄養菌は越冬期でした。 ライフサイクルは完全にアガミックであり、広がりは本質的に焦点でした。単一の感染した植えられた塊茎からの感染が葉に渡され、病気の主要な病巣を形成し、病気の大規模な発達中に融合する可能性がありました。
したがって、一部の地域では、性的サイクルと無性的サイクルが交互に起こる可能性がありますが、他の地域では、無性的サイクルのみがあります。
P.INFESTANSの起源
P. infestansは、1991世紀前半の終わりにヨーロッパに出現しました。 ジャガイモは南アメリカ北東部に自生しているので、チリのソルトピーターのブームの間に寄生虫がそこからヨーロッパに運ばれたと推測されました。 しかし、メキシコのトルカバレーにあるロックフェラーセンターのポテトステーションで実施された研究では、この観点を再考する必要がありました(Niederhauser、1993、XNUMX)。
1.トルカ渓谷では、地元の結節性ジャガイモ種(Solanum demissum、S.bulbocastanumなど)は、垂直抵抗の遺伝子セットが異なり、高レベルの非特異的抵抗と組み合わされています。これは、寄生虫との長い共進化を示しています。 作物のジャガイモを含む南アメリカの種は、耐性遺伝子を欠いています。
2.トルカバレーでは、交配型A1およびA2の分離株が見られ、その結果、P。infestansの交配集団が広まっています。 南アメリカの栽培ポテトの故郷では、寄生虫はクローン的に広がります。
3.トルカ渓谷では、毎年深刻な晩期病の流行があります。 そのため、北米の研究者(コーネル大学)の間では、メソアメリカ(中央アメリカ)がジャガイモ植物の発祥の地であるという意見が確立されています(Goodwin et al。、1994)。
南アメリカの研究者はこの意見を共有していません。 彼らは、栽培されたジャガイモとその寄生虫であるP. infestansには、共通の故郷である南アメリカのアンデスがあると信じています。 彼らは、ミトコンドリアゲノム(mtDNA)と核遺伝子RASおよびβ-チューブリンのDNA多型の分析に関する分子研究によって彼らの見解を支持した(Gomez-Alpizar et al。、2007)。 彼らは、世界のさまざまな地域から収集された株が、南アメリカのアンデスで見つかったXNUMXつの異なる祖先の系統(XNUMXつすべて)から派生したことを示しました。 アンデスのハプロタイプはXNUMXつの系統の子孫です。最も古いmtDNA系統の分離株は、エクアドルのAnarrhicomenumセクションの野生のSolanaceaeに見られますが、XNUMX番目の系統の分離株は、ジャガイモ、トマト、野生のナイトシェードによく見られます。 トルカでは、まれなハプロタイプでさえXNUMXつの系統から派生しており、トルカ株の遺伝的多様性(一部の可変部位の対立頻度が低い)は、最近のドリフトによる強力な創始者効果を示唆しています。
さらに、新種のP. andinaがアンデスで発見され、形態学的および遺伝的にP. infestansと類似しており、著者によれば、アンデスはPhytophthora属のスペシエーションのホットスポットであると指摘しています。 最後に、ヨーロッパと米国では、P。infestansの個体群には両方のアンデス系統が含まれていますが、トルカではXNUMXつだけです。
この出版物は、以前に実施された研究を修正するために多くの実験的研究を行ったさまざまな国の研究者のグループからの反応を促しました(Goss et al。、2014)。 この作業では、最初に、より有益なマイクロサテライトDNAシーケンスを使用してDNA多型を研究しました。 第二に、クラスタリング、移行パス、集団の分岐時間などの分析のために。 より高度なモデル(F統計、ベイジアン近似など)が使用され、第2012に、ハイブリッドの性質が確立されたアンデス種P. andina(P。infestans x Phytophthora sp。)だけでなく比較も使用されました。 、しかしまた、メキシコの固有種であるP. mirabilis、P。Ipomoeae、およびPhytophthora phaseoli-同じクレードに属する遺伝的に近いP. infestans(Kroon et al。、300)。 これらの分析の結果、ハイブリッドP. andinaを除いて、研究に取り入れられたPhytophthora属のすべての種の系統樹の根の部分はメキシコの系統に属し、移動の流れはメキシコ-アンデスの方向を持ち、その逆ではなく、その始まりはヨーロッパと一致することが明確に示されました。新世界の植民地化(600-XNUMX年前)。 したがって、ジャガイモの敗北に特化したP. infestans種の出現は、結節性ナイトシェードの形成の二次的な遺伝的中心で発生しました。 中央アメリカで。
P.INFESTANSのゲノム
2009年に、科学者の国際チームが完全なP infestansゲノムのシーケンスを行い(Haas et al、2009)、そのサイズは240MBでした。 これは、密接に関連する種であるP. sojae(95 Mb)の数倍であり、大豆の根腐れを引き起こします。P。Ramorum(65 Mb)は、オーク、ブナなどの貴重な樹種に影響を与えます。 得られたデータは、ゲノムが反復配列の多数のコピーを含むことを示しました-74%。 ゲノムには17797のタンパク質コード遺伝子が含まれており、そのほとんどはDNA複製、タンパク質の転写および翻訳を含む細胞プロセスに関与する遺伝子です。
Phytophthora属のゲノムを比較すると、遺伝子密度が比較的高く、反復配列の含有量が比較的少ない保存遺伝子の配列のブロックと、遺伝子密度が低く反復領域の含有量が多い非保存遺伝子配列を持つ個々の領域からなる、ゲノムの異常な構成が明らかになりました。 保存的ブロックは、すべてのP. infestansタンパク質コード遺伝子の70%(12440)を占めます。 保守的なブロック内では、遺伝子は通常、604bpの平均遺伝子間距離で近接して配置されます。 保守的なブロック間の領域では、繰り返し要素の密度が増加するため、遺伝子間距離が大きくなります(3700bp)。 急速に進化するエフェクター分泌遺伝子は、遺伝子の少ない領域にあります。
P. Infestansゲノムの配列分析は、ゲノムの約XNUMX分のXNUMXが転移可能な要素に属することを示しました。 P. infestansゲノムには、他の既知のゲノムよりも大幅に異なるトランスポゾンファミリーが含まれています。 P. infestansトランスポゾンのほとんどは、ジプシーファミリーに属しています。
P. infestansのゲノムでは、病因に関与する多数の特定の遺伝子ファミリーが同定されています。 それらの重要な部分は、宿主植物の生理機能を変化させ、その感染に寄与するエフェクタータンパク質をコードしています。 それらは、細胞間空間(アポプラスト)で作用するアポプラスチックエフェクターと、ハウストリアを介して細胞に入る細胞質エフェクターの1つの広いカテゴリーに属します。 アポプラスチックエフェクターには、植物細胞を破壊するプロテアーゼ、リパーゼ、グリコシラーゼなどの分泌型加水分解酵素が含まれます。 宿主植物防御酵素の阻害剤;およびNepXNUMX様タンパク質(NPL)やPcf様の小さなシステインリッチタンパク質(SCR)などの壊死性毒素。
P. infestansエフェクター遺伝子は多数あり、通常は非病原性遺伝子よりも大きい。 最も有名なのは細胞質エフェクターRXLRとクリンクラー(CNR)です。 卵菌の典型的な細胞質エフェクターはRXLRタンパク質です。 これまでに発見されたすべてのRXLRエフェクター遺伝子には、アミノ末端基Arg-XLeu-Argが含まれています。ここで、Xはアミノ酸です。 研究の結果、P。infestansゲノムには563個のRXLR遺伝子があり、P。sojaeおよびP. ramorumよりも60%多いことが示唆されました。 P.infestansゲノムのRXLR遺伝子の約半分は種特異的です。 RXLRエフェクターにはさまざまなシーケンスがあります。 その中で、150つの大きな家族とXNUMXの小さな家族が特定されました。 メインのプロテオームとは異なり、RXLRエフェクター遺伝子は通常、ゲノムの遺伝子が少なくリピートが豊富な領域にあります。 これらの領域のダイナミズムを決定する可動要素は、これらの遺伝子の組換えを促進します。
細胞質CRNエフェクターは、植物組織壊死ペプチドをコードするP.infestans転写産物で最初に同定されました。 彼らの発見以来、これらのエフェクターのファミリーについてはほとんど知られていません。 P. Infestansゲノムの分析により、196 CRN遺伝子の巨大なファミリーが明らかになりました。これは、P。sojae(100 CRN)およびP. ramorum(19 CRN)よりもはるかに大きいものです。 RXLRと同様に、CRNはモジュラータンパク質であり、高度に保存されたN末端LFLAKドメイン(50アミノ酸)と、異なる遺伝子を含む隣接するDWLドメインで構成されます。 ほとんどのCRN(60%)はシグナルペプチドを持っています。
様々なCRNが宿主植物の細胞プロセスを破壊する可能性が研究された。 植物壊死の分析では、CRN2タンパク質の除去により、234個のアミノ酸(173〜407位、DXGドメイン)からなり、細胞死を引き起こすC末端領域を特定することが可能になりました。 P. infestans CRN遺伝子の分析により、18つの異なるC末端領域が明らかになり、これも植物内で細胞死を引き起こします。 これらには、新たに特定されたDCドメイン(P. Infestansには49個の遺伝子と2個の疑似遺伝子があります)、およびプロテインキナーゼに類似したD14(43と2)およびDBF(1と255)ドメインが含まれます。 植物で発現するCRNドメインのタンパク質は、植物細胞で保存され(シグナルペプチドの非存在下で)、細胞内メカニズムによって細胞死を刺激します。 CRNドメインを含む別のXNUMXのシーケンスは、遺伝子として機能しない可能性があります。
RXLRおよびCRNエフェクター遺伝子ファミリーの数とサイズの増加は、おそらく非対立遺伝子の相同組換えと遺伝子の重複によるものでした。 ゲノムには多数のアクティブな可動要素が含まれているという事実にもかかわらず、エフェクター遺伝子の転移の直接的な証拠はまだありません。
人口構造の研究で使用される方法
集団の遺伝的構造の研究は、現在、その構成株の純粋な培養物の分析に基づいています。 純粋な培養物を分離せずに集団を分析することも、特定の目的で実行されます。たとえば、集団の攻撃性や、その中の殺菌剤に耐性のある菌株の存在を研究するなどです(Filippov et al。、2004; Derevyagina et al。、1999)。 このタイプの研究には特別な方法の使用が含まれ、その説明はこのレビューの範囲を超えています。 菌株の比較分析には、DNA構造の分析と表現型の発現の研究の両方に基づいて、いくつかの方法が使用されます。 集団の比較分析は、使用される方法に特定の要件を課す多数の分離株を処理する必要があります。 理想的には、次の要件を満たす必要があります(Cooke、Lees、2004、Mueller、Wolfenbarger、1999)。
-安価で、実装が簡単で、多大な時間の支出を必要とせず、一般的に利用可能な技術(PCRなど)に基づいている。
-十分な数の独立した共優勢マーカーフィーチャを生成する必要があります。
-再現性が高い。
-検査する組織の最小量を使用します。
-基質に特異的である(培養物に存在する汚染が結果に影響を与えるべきではない);
-危険な手順や毒性の高い化学物質を使用する必要はありません。
残念ながら、上記のすべてのパラメータに対応するメソッドはありません。 私たちの時代の菌株の比較研究では、表現型の特徴の分析に基づいた方法が使用されます:ジャガイモとトマトの品種(ジャガイモとトマトの種族)に対する毒性、交配の種類、ペプチダーゼイソ酵素とグルコース-6-リン酸イソメラーゼのスペクトル、およびDNA構造の分析:長さ多型制限フラグメント(RFLP)、通常はハイブリダイゼーションプローブRG 57が追加され、マイクロサテライトリピート(SSRおよびInterSSR)の分析、ランダムプライマー(RAPD)による増幅、制限フラグメント(AFLP)の増幅、可動要素のシーケンスに相同なプライマーによる増幅(たとえば、Inter SINE PCR)、ミトコンドリアDNAハプロタイプの決定。
P.Infestansとの作業で使用される菌株の比較研究のための方法の簡単な説明
表現型マーカーの特性
「ポテト」レース
「ポテト」レースは、一般的に研究され、使用されているマーカーです。 「単純なポテト」レースには、ポテトの毒性の遺伝子が1953つ、「複雑な」レースには少なくとも1つあります。 Black et al。(2)は、入手可能なすべてのデータを要約して、フィトフトラ種族がP. infestansの病原性遺伝子/遺伝子に対応する耐性遺伝子/遺伝子を植物に感染させることができることを発見し、植物に感染する種族3、4、1、および2を発見しました。それぞれ遺伝子R3、R4、R5、R6を使用します。 寄生虫と宿主の間の相互作用は、遺伝子原理の遺伝子に従って起こります。 さらに、Blackは、GalleglyとMalcolmsonの参加を得て、耐性遺伝子R7、R8、R9、R10、R11、R1954、R1957、および対応する種族を発見しました(Black、1966; Black&Gallegly、1970; Malcolmson&Black、XNUMX; Malcolmson、XNUMX)。
さまざまな地域の病原体の人種構成に関する広範なデータがあります。 これらのデータを詳細に分析せずに、一般的な傾向のみを示します。新しい耐性遺伝子またはそれらの組み合わせを持つ品種が使用された場合、最初は後期枯死の弱体化がありましたが、その後、対応する毒性遺伝子を持つレースが出現して選択され、後期枯死の発生が再開されました。 最初の4つの耐性遺伝子(R1-R4)に対する特異的な毒性は、これらの遺伝子を持つ品種の栽培に導入される前に収集されたコレクションではめったに観察されませんでしたが、病原体がこれらの遺伝子を持つ品種に寄生すると、毒性株の数が急激に増加しました。 一方、遺伝子5-11は、コレクションでは非常に一般的でした(Shaw、1991)。
1980年代後半に実施された、成長期のさまざまな人種の比率に関する研究では、病気の発症の初期には、攻撃性が低く、毒性遺伝子が1〜2個のクローンが集団で優勢であることが示されました。
さらに、後期枯病の発症に伴い、元のクローンの濃度が低下し、攻撃性の高い「複雑な」レースの数が増加します。 シーズンの終わりまでに後者の発生率は100%に達します。 塊茎を保管する場合、攻撃性が低下し、個々の毒性遺伝子が失われます。 クローン置換のダイナミクスは、さまざまな方法でさまざまな種類で発生する可能性があります(Rybakova&Dyakov、1990)。 しかし、2000年から2010年の私たちの研究では、ジャガイモとトマトの両方から分離された菌株の中で、エピフィトティクスの最初から複雑な人種が見られることが示されました。 これはおそらく、ロシアのP.Infestansの人口の変化によるものです。
1988年から1995年までに、さまざまな地域ですべてまたはほぼすべての毒性遺伝子を持つ「スーパーレース」の発生率は70〜100%に達しました。 この状況は、例えば、ベラルーシ、レニングラードおよびモスクワ地域、北オセチア、およびドイツで指摘された(Ivanyuk et al。、2002a、2002b; Polityko、1994; Schober-Butin et al。、1995)。
「トマト」レース
トマト栽培では、後期枯病に対する耐性の2つの遺伝子のみが見つかりました-Ph1(Gallegly&Marvell、1955)とPh2(Al-Kherb、1988)。 ポテトレースの場合と同様に、トマトとP. infestansの間の相互作用は、遺伝子ごとに発生します。 T0レースは耐性遺伝子を持たない品種(ほとんどの工業的に使用されている品種)に感染し、T1レースはPh1遺伝子(オタワ)に感染し、T2レースはPh2遺伝子に感染します。
ロシアでは、ほぼ例外なくT0がジャガイモで発見されました。 T0はシーズンの初めにトマトを支配していましたが、後にT1レースに置き換えられました(Dyakov et al。、1975)。 1994年以降、多くの集団のジャガイモのT2000は、エピフィトティクスの最初の段階で発生し始めました。 米国では、ジャガイモの系統はトマト、およびレースT1、T0、T1に対して非病原性でしたが、T2とT1はトマトが優勢でした(Vartanian&Endo、2; Goodwin et al。、1985)。
嵌合タイプ
研究を実施するには、既知の交配タイプ(A1およびA2)のテスター(参照)株が必要です。 試験分離株は、オート寒天培地を含むペトリ皿にペアで接種されます。 10日間のインキュベーション後、プレートは、菌株の接触ゾーンの培地に卵胞子が存在するかどうかを調べられます。 4つのオプションがあります:株は、A1テスターで卵胞子を形成する場合はA2嵌合タイプに属し、A2テスターで卵胞子を形成する場合はA1に、両方のテスターで卵胞子を形成する場合はA1A2に、または卵胞子を形成しない場合は無菌(00)に属しますテスターなし(最後のXNUMXつのグループはまれです)。
交配のタイプをより迅速に決定するために、PCRによって交配のタイプを決定するためにそれらをさらに使用することを目的として、交配のタイプに関連するゲノムの領域を特定する試みがなされた。 そのような場所を特定するための最初の成功した実験の1995つは、アメリカの研究者によって行われた(Judelson et al。、16)。 RAPD法を使用して、24つの交配分離株の子孫の交配型に関連するW16領域を特定し、それを増幅する1 bpプライマーのペア(W5-3(16'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-2 ')およびW5-3(1')を設計することができました。 -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-2 ')制限酵素HaeIIIでPCR産物を制限した後、ペアリングタイプAXNUMXとAXNUMXの分離株を分離することができました。
交配のタイプを決定するためのPCRマーカーを取得する別の試みは、韓国の研究者によって行われた(Kim、Lee、2002)。 彼らはAFLP法を使用して特定の製品を特定しました。 その結果、プライマーPHYB-1(フォワード)(5'-GATCGGATTAGTCAGACGAG-3 ')とPHYB-2(5'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-3')のペアが開発され、A2嵌合タイプに関連するゲノム領域の選択的増幅が可能になりました。 その後、彼らはこの作業を継続し、プライマー5'AAGCTATACTGGGACAGGGT-3 '(INF-1、フォワード)および5'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-3'(INF-2)を設計し、交配型の株の特徴であるMat-A1領域の選択的増幅を可能にしました。 A1。 チェコ共和国(Mazakova et al。、2006)、チュニジア(Jmour、Hamada、2006)、およびその他の地域でP. infestansの集団を研究した場合、交配型のPCR診断の使用は良好な結果を示しました。 私たちの研究室(Mytsa、Elansky、未発表)では、ロシアのさまざまな地域(Kostroma、Ryazan、Astrakhan、Moscow地域)の病気のジャガイモとトマトの器官から分離された34のP.infestans株が分析されました。 90%以上の特定のプライマーを使用したPCR分析の結果は、栄養培地での従来の方法による交配のタイプの分析の結果と一致しました。
表1.Sib 1クローン内の耐性の変動性(Elansky et al。、2001)
サンプル収集場所 | 分析された分離株の数 | 敏感な(S)、弱い耐性(SR)および耐性(R)の菌株の数、個(%) | ||
S | SR | R | ||
G.ウラジヴォストク | 10 | 1(10) | 4(40) | 5(50) |
G.知多 | 5 | 0 | 0 | 5(100) |
イルクツク | 9 | 9(100) | 0 | 0 |
G.クラスノヤルスク | 13 | 12(92) | 1(8) | 0 |
イェカテリンブルク市 | 15 | 8(53) | 1(7) | 6(40) |
O.サハリン | 66 | 0 | 0 | 66(100) |
オムスク地域 | 18 | 0 | 0 | 18(100) |
人口マーカーとしてのメタラキシル耐性
1980年代初頭、メタラキシル耐性のP.infestans株によって引き起こされた晩期枯病の強力な発生がさまざまな地域で認められました。 多くの国のジャガイモ農場は重大な損失を被りました(Dowley&O'Sullivan、1981; Davidse et al。、1983; Derevyagina、1991)。 それ以来、世界の多くの国で、P。infestans集団におけるフェニルアミド耐性株の発生の継続的なモニタリングが行われてきました。 フェニルアミド含有薬の使用の見通しの実際的な評価、保護対策のシステムの構築、およびエピフィトティーの予測に加えて、これらの薬に対する耐性は、この病原体の集団の比較分析に広く使用されるマーカー機能の1つになっています。 ただし、比較集団研究でのメタラキシルに対する耐性の使用は、次の事実を考慮して実行する必要があります:2-耐性の遺伝的根拠はまだ正確に決定されていない、3-メタラキシルに対する耐性は選択的に依存する特性であり、フェニルアミドの使用に応じて変化する可能性がある、1-異なるXNUMXつのクローンライン内のメタラキシル株に対する感受性の程度(表XNUMX)。
アイソザイムのスペクトル
アイソザイムマーカーは通常、外部条件に依存せず、メンデル遺伝を示し、共優性であるため、ホモ接合体とヘテロ接合体を区別できます。 遺伝子マーカーとしてタンパク質を使用すると、染色体およびゲノムの変異を含む遺伝物質の大規模な再編成と、単一のアミノ酸置換の両方を識別することができます。
タンパク質の電気泳動研究は、ほとんどの酵素が電気泳動移動度が異なるいくつかの画分の形で生物に存在することを示しています。 これらの画分は、異なる遺伝子座(アイソザイムまたはアイソザイム)または同じ遺伝子座の異なる対立遺伝子(アロザイムまたはアロ酵素)によって複数の形態の酵素をコード化した結果です。 つまり、アイソザイムはXNUMXつの酵素のさまざまな形態です。 異なる形態は同じ触媒活性を持っていますが、ペプチドと担当の単一アミノ酸置換がわずかに異なります。 このような違いは、電気泳動中に明らかになります。
P. infestans株を研究する場合、6つのタンパク質、ペプチダーゼとグルコース-XNUMX-リン酸イソメラーゼのアイソ酵素のスペクトルが使用されます(この酵素はロシアの集団では単形であるため、この研究ではその研究方法は示されていません)。 それらを電場でアイソザイムに分離するために、研究対象の生物から単離されたタンパク質調製物を、電場に置かれたゲルプレートに適用する。 ゲル内の個々のタンパク質の拡散速度は、電荷と分子量に依存します。したがって、電界では、タンパク質の混合物が別々の画分に分離され、特殊な染料を使用して視覚化できます。
ペプチダーゼイソ酵素の研究は、酢酸セルロース、デンプン、またはポリアクリルアミドゲルで実施されます。 最も便利なのは、Helena LaboratoriesInc。によって製造された酢酸セルロースゲルを使用する方法です。 大量の試験材料を必要とせず、両方の酵素遺伝子座の電気泳動後にゲル上に対照的なバンドを得ることができ、その実装には多大な時間と材料コストを必要としません(図2)。
菌糸の小片を1,5mlのマイクロチューブに移し、蒸留水を1〜2滴加えます。 その後、サンプルを均質化し(たとえば、マイクロチューブに適したプラスチック製のアタッチメントを備えた電気ドリルで)、25rpmの遠心分離機で13000秒間沈降させます。 各マイクロチューブから8μl。 上澄みをアプリケータープレートに移す。
酢酸セルロースゲルをバッファー容器から取り出し、2枚の濾紙の間に吸い取り、アプリケーターのプラスチックベースの上に作業層を置いて配置します。 プレートからの溶液は、アプリケーターによってゲル上に4〜XNUMX回移されます。 ゲルは電気泳動チャンバーに移され、
表2.ペプチダーゼイソ酵素の分析で酢酸セルロースゲルを染色するために使用される溶液の組成、一滴の塗料(ブロモフェノールブルー)がゲルの端に置かれます。
TRIS HCl、0,05M、Ph 8,0 2 ml
ペルオキシダーゼ、1000 U / ml5滴
o-ジアニシジン、4 mg / ml8滴
MgCl2、20 mg / ml2滴
Gly-Leu、15 mg / ml10滴
L-アミノ酸オキシダーゼ、20 u / ml2滴
電気泳動は20分間行われます。 電気泳動後、ゲルを塗装テーブルに移し、特殊な塗装溶液で塗装します(表200)。 2%DIFCO寒天10 mlをマイクロ波オーブンで事前に溶かし、1,6°Cに冷却した後、寒天60 mlを塗料混合物と混合し、ゲルに注ぎます。 ストライプは2〜15分以内に表示されます。 溶液を溶融寒天と混合する直前に、L-アミノ酸オキシダーゼ試薬を添加します。
ロシアの人口では、Pep1遺伝子座は遺伝子型100/100および92/100で表されます。 ホモザイゴート92/92は非常にまれです(約0,1%)。 Locus Rehr 2は、100つの遺伝子型100 / 100、112 / 112、および112/3で表され、2003つのバリアントすべてが非常に一般的です(Elanky and Smirnov、2、図XNUMX)。
ゲノム研究
制限フラグメント長多型とその後のハイブリダイゼーション(RFLP-RG 57)
全DNAはEcoR1制限酵素で処理され、DNAフラグメントはアガロースゲルでの電気泳動によって分離されます。 核DNAは非常に大きく、反復配列が多いため、制限酵素の作用によって得られる多数の断片を直接分析することは困難です。 したがって、ゲルで分離されたDNAフラグメントは特殊な膜に転写され、放射性または蛍光標識で標識されたヌクレオチドを含むRG57プローブとのハイブリダイゼーションに使用されます。 このプローブは、反復ゲノム配列とハイブリダイズします(Goodwin et al。、1992、Forbes et al。、1998)。 光または放射性物質でのハイブリダイゼーションの結果を視覚化した後、25〜29個のフラグメントで表される多遺伝子座ハイブリダイゼーションプロファイル(フィンガープリント)が得られます(Forbes et al。、1998)。 無性(クローン)の子孫は同じプロファイルを持ちます。 電気泳動図のバンドの配置により、比較した生物の類似点と相違点を判断します。
ミトコンドリアDNAハプロタイプ
ほとんどの真核生物細胞では、mtDNAは二本鎖環状DNA分子の形で提示されます。これは、真核生物細胞の核染色体とは異なり、半保存的に複製し、タンパク質分子とは関連していません。
P. infestansのミトコンドリアゲノムの配列が決定され、制限フラグメントの長さの分析に多くの研究が費やされました(Carter et al、1990、Goodwin、1991、Gavino、Fry、2002)。 Griffith and Shaw(1998)がmtDNAハプロタイプを決定するための簡単で高速な方法を開発した後、このマーカーはP. Infestansの研究で最も人気のあるものの2つになりました。この方法の本質は、プライマーF2-R4とプライマーF4-R3およびF1-R1(表2)と、制限酵素MspI(4番目のフラグメント)およびEcoR1881(2番目のフラグメント)によるその後の制限。 この方法では、Ia、IIa、Ib、IIbの4つのハプロタイプを識別できます。 タイプIIは、3 bpのインサートが存在し、PXNUMXおよびPXNUMX領域の制限部位の位置が異なる点でタイプIとは異なります(図XNUMX)。
1996年以降、ロシアの領土で収集された菌株のうち、ハプロタイプIaおよびIIaのみが認められました(Elansky et al。、2001)。 それらは、電界中でプライマーF2015-R2を使用して制限生成物を分離した後に識別できます(図2、4)。 mtDNAの種類は、菌株と集団の比較分析に使用されます。 多くの研究で、ある種のミトコンドリアDNAを使用して、クローン系統を分離し、P。infestans分離株をパスポート化しました(Botez et al。、5; Shein et al。、2007)。 PCR-RFLP法を使用して、mtDNAは同じP. infestans株で不均一であると結論付けられました(Elansky and Milyutina、2009)。 増幅条件:2007x(1秒500°C)、94x(40秒30°C、90秒30°C、52秒90°C); 72x(1分5°C)。 反応混合物:(72μl):20 U Taq DNAポリメラーゼ、0,2x 1 mM MgCl2,5-Taqバッファー、各2 mM dNTP、0,2pMプライマーおよび30ngの分析済みDNA、脱イオン水-5μlまで。
PCR生成物の制限は、4°Cの温度で6〜37時間実行されます。 制限混合物(20μl):10x MspI(2μl)、10x制限バッファー(2μl)、脱イオン水(6μl)、PCR生成物(10μl)。
表3.mtDNA多形領域の増幅に使用されるプライマー
軌跡 | プライマー | プライマーの長さと配置 | PCR産物の長さ | 制限する |
---|---|---|---|---|
P2 | F2:5'- TTCCCTTTGTCCTCTACCGAT | 21; 13619-13639 | 1070 | MspI |
R2:5'- TTACGGCGGTTTAGCACATACA | 22; 14688-14667 | |||
P4 | F4:5'- TGGTCATCCAGAGGTTTATGTT | 22; 9329-9350 | 964 | EcoRI |
R4:5-CCGATACCGATACCAGCACCAA | 22; 10292-10271 |
ランダムプライマー増幅(RAPD)
RAPDを実行する場合、GCヌクレオチドの含有量が高く(10%から)、アニーリング温度が低い(約50°C)任意のヌクレオチド配列(通常は長さが35ヌクレオチド)で2つのプライマー(場合によっては同時に複数のプライマー)が使用されます。 このようなプライマーは、ゲノム内の多数の相補的な部位に「着地」します。 増幅後、多数のアンプリコンが得られます。 それらの数は、使用するプライマーと反応条件(MgClXNUMX濃度とアニーリング温度)によって異なります。
アンプリコンの可視化は、ポリアクリルアミドまたはアガロースゲルでの蒸留によって行われます。 RAPD分析を行う場合、分析対象物の純度を注意深く監視する必要があります。 他の生物による汚染は、アーティファクトの数を大幅に増加させる可能性があり、純粋な材料の分析では非常に多くなります(Perez et al、1998)。 P. infestansゲノムの研究におけるこの方法の使用は、多くの研究に反映されています(Judelson、Roberts、1999、Ghimire et al。、2002、Carlisle et al。、2001)。 反応条件とプライマーの選択(51個の10ヌクレオチドプライマーが研究された)は、Abu-El Samen et al。、(2003)による記事に記載されています。
マイクロサテライトリピート分析(SSR)
マイクロサテライトリピート(単純シーケンスリピート、SSR)は、すべての真核生物の核ゲノムに存在する1〜3(場合によっては最大6)ヌクレオチドの短いシーケンスをタンデムに繰り返します。 連続する繰り返しの数は10から100まで変化する可能性があります。マイクロサテライト遺伝子座はかなり高い頻度で発生し、ゲノム全体にほぼ均等に分布しています(Lagercrantz et al。、1993)。 マイクロサテライトシーケンスの多形性は、基本モチーフの繰り返し数の違いに関連しています。 マイクロサテライトマーカーは共優勢であり、集団の構造の分析、血縁関係の決定、遺伝子型の移動経路などに使用することができます。 これらのマーカーの他の利点の中でも、それらの高い多形性、優れた再現性、中性、および自動分析と評価を実行する能力に注意する必要があります。マイクロサテライトリピートの多形性の分析は、マイクロサテライト遺伝子座に隣接する固有の配列に相補的なプライマーを使用したPCR増幅によって実行されます。 最初に、分析は、ポリアクリルアミドゲル上での反応生成物の分離を用いて実施された。 その後、Applied Biosystems社の従業員は、自動レーザー検出器(Diehl et al。、1990)、次に標準の自動DNAシーケンサー(Ziegle et al。、1992)を使用した反応生成物の検出に蛍光標識プライマーを使用することを提案しました。 プライマーをさまざまな蛍光染料で標識すると、XNUMXつのレーンで一度に複数のマーカーを分析できるため、メソッドの生産性が大幅に向上し、分析の精度が向上します。
P. infestansの研究にSSR分析を使用することを目的とした最初の出版物は、2000年代初頭に登場しました。 (Knapova、Gisi、2002年)。 著者によって提案されたすべてのマーカーが十分な程度の多形性を示したわけではありませんが、そのうちの4つ(11BおよびG12)は、Lees et al。(2006)によって提案された2010のSSRマーカーのセットに含まれ、その後Eucablight研究ネットワーク(www.eucablight)で採用されました。 .org)P.infestansの標準として。 数年後、12つのSSRマーカーに基づいてP. infestans DNAを多重分析するためのシステムの作成に関する研究が発表されました(Li et al。、4)。 最後に、以前に提案されたすべてのマーカーを評価し、それらの中で最も有益なものを選択し、プライマー、蛍光標識、および増幅条件を最適化した後、同じグループの著者が、2013個のマーカーを含むワンステップマルチプレックス分析のシステムを提示しました(表XNUMX; Li etal。 、XNUMXa)。 このシステムで使用されるプライマーは、同じラベルを持つプライマーの対立遺伝子サイズの範囲が重複しないように、XNUMXつの蛍光マーカー(FAM、VIC、NED、PET)のいずれかで選択およびラベル付けされました。
著者らは、QIAGENマルチプレックスPCRキットまたはQIAGEN Typeit Microsatellite PCRキットを使用して、PTC200アンプ(MJ Research、USA)で分析を実行しました。 反応混合物の体積は12.5μLであった。 増幅条件は次のとおりです。QIAGENマルチプレックスPCRの場合:95°C(15分)、30x(95°C(20秒)、58°C(90秒)、72°C(60秒)、72°C(20分); QIAGEN Type-itマイクロサテライトPCRの場合: 95°C(5分)、28x(95°C(30秒)、58°C(90秒)、72°C(20秒)、60°C(30分)。
PCR産物の分離と可視化は、ABI3730自動キャピラリーDNAアナライザー(Applied Biosystems)を使用して実行されました。
表4.P. Infestansのジェノタイピングに使用される12の標準SSRマーカーの特性(Li et al。、2013a)
名前 | 対立遺伝子の数 | サイズ範囲 対立遺伝子(bp) | 入門書 |
ピグ11 | 13 | 130-180 | F:NED-TGCTATTTATCAAGCGTGGG R:GTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Pi02 | 4 | 255-275 | F:NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R:GTTTGACCACTTTCCTCGGTTC |
ピンフSSR11 | 4 | 325-360 | F:NED-TTAAGCCACGACATGAGCTG R:GTTTAGACAATTGTTTTGTGGTCGC |
D13 | 16 | 100-185 | F:FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R:GCTCGAATTCATTTTACAGACTTG |
ピンフSSR8 | 4 | 250-275 | F:FAM-AATCTGATCGCAACTGAGGG R:GTTTACAAGATACACACGTCGCTCC |
ピンフSSR4 | 7 | 280-305 | F:FAM-TCTTGTTCGAGTATGCGACG R:GTTTCACTTCGGGAGAAAGGCTTC |
Pi04 | 4 | 160-175 | F:VIC-AGCGGCTTACCGATGG R:GTTTCAGCGGCTGTTTCGAC |
Pi70 | 3 | 185-205 | F:VIC-ATGAAAATACGTCAATGCTCG R:CGTTGGATATTTCTATTTCTTCG |
ピンフSSR6 | 3 | 230-250 | F:GTTTTGGTGGGGCTGAAGTTTT R:VIC-TCGCCACAAGATTTATTCCG |
Pi63 | 3 | 265-280 | F:VIC-ATGACGAAGATGAAAGTGAGG R:CGTATTTTCCTGTTTATCTAACACC |
ピンフSSR2 | 3 | 165-180 | F:PET-CGACTTCTACATCAACCGGC R:GTTTGCTTGGACTGCGTCTTTAGC |
Pi4B | 5 | 200-295 | F:PET-AAAATAAAGCCTTTGGTTCA R:GCAAGCGAGGTTTGTAGATT |
分析結果の視覚化の例を図6に示します。 3.7.結果は、GeneMapper 1ソフトウェアを使用して、取得したデータを既知の分離株のデータと比較することにより分析しました。 分析結果の解釈を容易にするために、各研究に既知の遺伝子型を持つ2〜XNUMXの参照分離株を含める必要があります。
提案された研究方法は、かなりの数のフィールドサンプルでテストされ、その後、著者はXNUMXつの組織、James Hutton Institute(英国)とWageningen University&Research(オランダ)の研究所間でプロトコルの標準化を実施しました。これは、簡素化のために標準のFTAカードを使用する可能性とともにP. infestans DNAサンプルの収集と出荷により、この開発の商用利用の可能性について話すことが可能になりました。 さらに、マルチプレックスSSR分析を使用してP. infestans分離株をジェノタイピングする高速で正確な方法により、この病原体の集団の標準化された研究を世界規模で実施し、Eucablightプロジェクト(www.eucablight.org)の枠組み内で晩期枯病に関する世界データベースを作成することができました。マイクロサテライト分析の結果を含め、世界中の新しい遺伝子型の出現と広がりを追跡することが可能になりました。
増幅された制限フラグメント長多型(AFLP)。 AFLP(増幅断片長多型)は、特定のプライマーを使用してランダムな分子マーカーを生成するための技術です。 AFLPでは、DNAはXNUMXつの制限酵素の組み合わせで処理されます。 特定のアダプターが制限フラグメントの粘着性のある端に結紮されます。
次に、これらのフラグメントは、アダプター配列および制限部位に相補的なプライマーを使用して増幅され、さらにそれらの3 '末端に3つまたは複数のランダムな塩基を運ぶ。 得られるフラグメントのセットは、制限酵素およびプライマーの1995 '末端でランダムに選択されたヌクレオチドに依存します(Vos et al。、XNUMX)。 AFLP-ジェノタイピングは、さまざまな生物の遺伝的変異をすばやく研究するために使用されます。
この方法の詳細な説明は、Mueller、Wolfenbarger、1999、Savelkoul et al。、1999の研究に記載されています。AFLP法とSSR法の解像度を比較する多くの研究が、中国の研究者によって行われています。 中国北部の48つの地域から収集された2008のP.infestans分離株の表現型および遺伝子型の特徴が研究されました。 AFLPスペクトルは、多様性が見られなかったSSR遺伝子型とは対照的に、XNUMXつの異なるDNA遺伝子型を明らかにしました(Guo et al。、XNUMX)。
可動要素の配列に相同なプライマーによる増幅
レトロトランスポゾンの配列に由来するマーカーは、遺伝子マッピング、遺伝子多様性および進化過程の研究に非常に便利です(Schulman、2006)。 特定の可動要素の安定した配列を補完するようにプライマーを作成すると、それらの間にあるゲノム領域を増幅することができます。 晩期枯病の原因物質の研究では、SINE(Short Interspersed Nuclear Elements)レトロパゾンのコア配列に相補的なプライマーを使用してゲノムの一部を増幅する方法がうまく適用されました(Lavrova and Elansky、2003)。 この方法を使用すると、XNUMXつの分離株の無性の子孫でも違いが明らかになりました。 この点で、inter-SINE-PCR法は非常に特異的であり、Phytophthoraゲノム内のSINE要素の移動速度が高いと結論付けられました。
P. infestansのゲノムでは、短いレトロトランスポゾン(SINE)の12のファミリーが特定されています。 短いレトロトランスポゾンの種分布が調査され、P。infestansのみのゲノムに見られる要素(SINE)が特定されました(Lavrova、2004)。
集団研究における菌株の比較研究の方法の適用の特徴
研究を計画する際には、研究が追求する目標を明確に理解し、適切な方法を使用する必要があります。 したがって、いくつかの方法では、多数の独立したマーカーフィーチャを生成できますが、同時に再現性が低く、使用する試薬、反応条件、および調査中の材料の汚染に強く依存します。 したがって、株のグループの各研究では、いくつかの標準(参照)分離株を使用する必要がありますが、この場合でも、いくつかの実験の結果を組み合わせるのは非常に困難です。
このグループのメソッドには、RAPD、AFLP、InterSSR、InterSINEPCRが含まれます。 増幅後、サイズの異なる多数のDNAフラグメントが得られます。 密接に関連する系統(親子、野生型変異体など)間の違いを確立する必要がある場合、または少量のサンプルの詳細な分析が必要な場合は、このような手法を使用することをお勧めします。 したがって、AFLP法は、P。infestansの遺伝子マッピング(van der Lee et al。、1997)および集団内研究(Knapova、Gisi、2002、Cooke et al、2003、Flier et al、2003)で広く使用されています。 このような方法は、系統のデータベースを作成するときに使用するには不適切です。 異なる研究所で分析を行う場合、結果の会計を統一することは事実上不可能です。
一見単純で実行速度が速いように見えますが(良好な精製、増幅、結果の視覚化を伴わないDNA分離)、このグループの方法では、結果を文書化するための特別な方法を使用する必要があります。 従来の臭化エチジウムアガロースゲルイメージングは、一般的にこれらの方法には適していません。 異なるサイズの多数のDNAフラグメントが融合する可能性があります。
それどころか、他の方法では、非常に高い再現性で少数のフィーチャを生成することができます。 このグループには、ミトコンドリアDNAハプロタイプ(ロシアでは2つのハプロタイプIaとIIaのみが記載されています)、交配タイプ(ほとんどの分離株は1つのタイプに細分されます:A2とA1、自家受精SFはめったに見つかりません)、ペプチダーゼアイソザイムスペクトル(2つの遺伝子座Pep6とPepXNUMX)の研究が含まれます、それぞれXNUMXつのアイソザイムで構成されています)およびグルコース-XNUMX-リン酸イソメラーゼ(ロシアでは、この特性に変動はありませんが、世界の他の国では重要な多型が認められています)。 コレクションを分析したり、地域およびグローバルデータベースをコンパイルしたりする場合は、これらの機能を使用することをお勧めします。 ミトコンドリアDNAのアイソザイムとハプロタイプの分析の場合、標準的な菌株なしで行うことが可能ですが、交配型の分析では、既知の交配型を持つXNUMXつの試験分離株が必要です。
反応条件と試薬は、電気泳動図上の製品のコントラストにのみ影響を与える可能性があります。これらのタイプの研究でアーチファクトが現れる可能性はほとんどありません。
現在、ロシアのヨーロッパ地域の人口の大部分は、両方のタイプの交配の株によって表されており(表6)、その中にはミトコンドリアDNAのタイプIaおよびIIaの分離株があります(世界で見つかった他のタイプのmtDNAは1993年以降ロシアでは見つかりませんでした)。 ペプチダーゼアイソザイムのスペクトルは、Pep1遺伝子座の100つの遺伝子型(100 / 92、92 / 92およびヘテロ接合体100/92、および92/0,3遺伝子型は非常にまれ(<2%))およびPep 100遺伝子座の100つの遺伝子型(112/112)で表されます。 、100/112およびヘテロ接合体112/112、遺伝子型100/100はXNUMX/XNUMXよりも少ない頻度で発生しますが、非常に頻繁に発生します)。
6年以降、グルコース-1993-リン酸イソメラーゼのイソ酵素のスペクトルに変動はありませんでした(クローン系統US-1の消失);研究されたすべての分離株は100/100の遺伝子型を持っていました(Elansky and Smirnov、2002)。
メソッドの57番目のグループでは、再現性の高い独立したマーカー機能の十分なグループを取得できます。 現在、このグループには、さまざまなサイズの25〜29個のDNAフラグメントを生成するRFLP-RG57プローブが含まれています。 RFLP-RGXNUMXは、サンプルの分析とデータベースのコンパイルの両方に使用できます。 ただし、この方法は以前の方法よりもはるかに高価であり、時間がかかり、十分に大量の高度に精製されたDNAを必要とします。 したがって、研究者はテストされた材料の量を制限することを余儀なくされています。
前世紀の57年代初頭のRFLP-RG90の開発は、後期枯病の原因物質の集団研究を著しく強化しました。 それが「クローンライン」の選択と分析に基づく方法の基礎となりました(下記参照)。 RFLP-RG57に加えて、交配タイプ、DNAフィンガープリント(RFLP-RG57法)、ペプチダーゼおよびグルコース-6-リン酸イソメラーゼアイソ酵素のスペクトル、およびミトコンドリアDNAタイプを使用してクローン系統を識別します。 彼のおかげで、それは1994年に示され、古い集団が新しい集団に置き換わったこと(Drenth et al。、1993、Sujkowski et al、1994、Goodwin et al、1995a)、そして世界の多くの国で普及しているクローン系統が特定されました。 この方法を使用したロシア株の研究は、ヨーロッパ部の株の高い遺伝子型多型とロシアのアジアおよび極東部の集団の単型性を示した(Elansky et al、2001)。 そして今、この方法はP.infestansの人口研究の主要な方法であり続けています。 しかし、その広い分布は、実行におけるそのかなり高いコストと労働集約度によって妨げられています。
P. infestansの研究ではめったに使用されないもう1995つの有望な手法は、マイクロサテライトリピート(SSR)分析です。 現在、この方法はクローン系統を分離するために広く使用されています。 菌株の分析には、ジャガイモ品種(Avdey、2002、Ivanyuk et al。、2003、Ulanova et al。、1)およびトマトに対する毒性遺伝子の存在などの表現型マーカー特性が広く使用されました(そして引き続き使用されています)。 現在までに、ジャガイモ品種に対する毒性遺伝子は、大多数の分離株に最大(またはそれに近い)数の毒性遺伝子が出現するため、集団研究のマーカー特性としての価値を失っています。 同時に、対応するPh1遺伝子を保有するトマト栽培者のT2003毒性遺伝子は、依然としてマーカー特性として首尾よく使用されています(Lavrova et al。、2003; Ulanova et al。、XNUMX)。
多くの作品では、殺菌剤に対する耐性がマーカー特性として使用されています。 この特性は、メタラキシル(またはメフェノキサム)を含む殺菌剤を野外で適用した後、クローン系統に耐性変異がかなり容易に現れるため、集団研究で使用するのは望ましくありません。 たとえば、耐性レベルの有意差は、Sib1クローンライン内で示されました(Elansky et al。、2001)。
したがって、交配型、ペプチダーゼ等酵素スペクトル、ミトコンドリアDNA型、RFLP-RG57、SSRは、データバンクを作成し、コレクション内の菌株を標識するための好ましいマーカー機能です。 限られたサンプルを比較するために、最大数のマーカー機能を適用する必要がある場合は、AFLP、RAPD、InterSSR、Inter-SINE PCRを使用できます(表5)。 ただし、これらの方法は再現性が低く、個々の実験(増幅電気泳動サイクル)では、いくつかの参照分離株を使用する必要があることを覚えておく必要があります。
表5.菌株のさまざまな研究方法の比較 P.インフェスタンス
基準 | TC | アイソファー警官 | マウントDNA | RFLP-RG57 | RAPD | ISSR | SSR | AFLP | 回転 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
情報量 | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
再現性 | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
アーティファクトの可能性 | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
のコスト | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
労働強度 | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
分析速度** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
注:H-低、C-中、B-高。 НС*-アガロースゲルまたは自動使用時の労働強度は低い
ジェノタイパー、培地-標識プライマーを用いたポリアクリルアミドゲルでの蒸留による、
**-DNA分離のために菌糸を成長させるのに費やされた時間を数えません。
人口構造
クローンライン
組換えがない場合、または集団構造への寄与がわずかである場合、集団は特定の数のクローンで構成され、その間の遺伝子交換は非常にまれです。
このような集団では、個々の遺伝子の頻度ではなく、共通の起源(クローン系統またはクローン系統)を持ち、点の突然変異のみが異なる遺伝子型の頻度を研究する方が有益です。 前世紀の57年代初頭にRFLP-RG90法が登場して以来、後期枯病病原体の集団研究とクローン系統の分析は大幅に加速しています。 RFLP-RG57に加えて、交配タイプ、ペプチダーゼおよびグルコース-6-リン酸イソメラーゼイソ酵素のスペクトル、およびミトコンドリアDNAタイプを使用して、クローン系統を識別します。 最も一般的なクローン系統の特徴を表6に示します。
クローンUS-1は、80年代の終わりまで至る所で人口を支配し、その後、他のクローンに置き換えられ始め、ヨーロッパと北アメリカから姿を消しました。 現在、極東(フィリピン、台湾、中国、日本、韓国、Koh et al。、1994、Mosa et al。、1993)、アフリカ(Uganda、Kenya、Rwanda、Goodwin et al、1994、Vega-Sanchez et al。)で発見されています。 al。、2000; Ochwo et al。、2002)および南アメリカ(エクアドル、ブラジル、ペルー、Forbes et al。、1997、Goodwin et al。、1994)。 US-1系統に属する菌株はオーストラリアだけで確認されていません。 どうやら、P。infestansの分離株は、別の移住の波とともにオーストラリアにやってきた(Goodwin、1997)。
クローンUS-6は、70年代後半にメキシコ北部からカリフォルニアに移動し、32年間無病であった後、ジャガイモとトマトで流行を引き起こしました。 その高い攻撃性のために、それはUS-1クローンに取って代わり、米国の西海岸を支配し始めました(Goodwin et al。、1995a)。
US-7とUS-8の遺伝子型は、1992年に米国で発見され、すでに1994年に米国とカナダに広く分布しました。 あるフィールドシーズン中に、クローンUS-8は、最初に両方のクローンに同じ濃度で感染したポテトプロットでクローンUS-1をほぼ完全に置き換えることができます(Miller and Johnson、2000)。
クローンBC-1からBC-4は、ブリティッシュコロンビア州で、Goodwin et al。、1995b)からの少数の分離株で同定されています。 クローンUS-11は米国で広く普及し、台湾ではUS-1に取って代わりました。 クローンJP-1とEC-1は、クローンUS-1とともに、それぞれ日本とエクアドルで一般的です(Koh et al。、1994; Forbes et al。、1997)。
SIB-1は、モスクワ地域からサハリンまでの広大な領土でロシアに普及したクローンです。 モスクワ地方では、1993年に発見され、一部の野外集団は主にこのクローン系統の菌株で構成され、メタラキシルに非常に耐性がありました。 1993年以降、このクローンの有病率は大幅に減少しました。 1997年から1998年のウラルの外では、カバロフスク地域を除いて、SIB-1がいたるところに発見されました(クローンSIB-2はそこに広まっています)。 異なるタイプの交配を持つクローンの空間的分離は、シベリアと極東での性的プロセスを除外します。 モスクワ地域では、シベリアとは対照的に、人口は多くのクローンによって表されます。 ほとんどすべての分離株は、固有の多遺伝子座遺伝子型を持っています(Elansky et al。、2001)。 この多様性は、輸入された種子材料を用いた世界のさまざまな地域からの真菌株の輸入だけでは説明できません。 両方のタイプの交配が集団で発生するため、その多様性も再結合による可能性があります。 したがって、ブリティッシュコロンビアでは、クローンBC-2015とUS-2のハイブリダイゼーションにより、遺伝子型BC-3、BC-4、およびBC-1の出現が想定されます(Goodwin et al。、6b)。 ハイブリッド株がモスクワの人口に見られる可能性があります。 たとえば、PEP遺伝子座に対してヘテロ接合性のMO-1995、MO-4、およびMO-8株は、A11交配型を有し、PEP遺伝子座の12つの対立遺伝子に対してホモ接合性であるMO-21、MO-22、MO-2株間のハイブリッドである可能性があります。 MO-8、A1嵌合タイプを持ち、遺伝子座の他の対立遺伝子に対してホモ接合性。 そして、これがそうであり、P。infestansの現代の集団では、性的プロセスの役割が増加する傾向がある場合、多遺伝子座クローンの分析の情報価値は減少します(Elansky et al。、2001)。
クローンラインのバリエーション
90世紀の20年代まで、クローンラインUS-1は世界中に広まりました。 野外および地域の人口のほとんどは、US-1遺伝子型の菌株のみで構成されていました。 しかし、分離株間の違いも観察され、おそらく突然変異過程によって引き起こされた。 突然変異は核とミトコンドリアの両方のDNAで発生し、とりわけ、フェニルアミド薬に対する耐性のレベルと毒性遺伝子の数に影響を及ぼしました。 変異によって元の遺伝子型と異なる線は、元の遺伝子型の名前に続くドットの後に追加の番号で示されます(たとえば、クローン線US-1.1のUS-1変異線)。 フィンガープリントDNAラインUS-1.5およびUS-1.6には、異なるサイズのアクセサリラインが含まれています(Goodwin et al。、1995a、1995b)。 クローンラインUS-6.3も、6つのアクセサリラインがUS-1997と異なります(Goodwin、7、表XNUMX)。
ミトコンドリアDNAの研究では、1b型ミトコンドリアDNAのみがクローン系統US-1に見られることがわかった(Carter et al。、1990)。 しかし、ペルーとフィリピンからのこのクローン系統の株の研究では、挿入と欠失の存在下でミトコンドリアDNAタイプが1bとは異なる分離株が見つかりました(Goodwin、1991、Koh et al。、1994)。
表6.いくつかのP.infestansクローン系統の多座遺伝子型
名前 | 嵌合タイプ | イソザイム | DNAフィンガープリント | MtDNAタイプ | |
GPI | PEP | ||||
米国1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011 + 24 | Ib |
米国2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011 + 24 | - |
米国3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011 + 24 | - |
米国4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011 + 24 | - |
米国5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011 + 24 | - |
米国6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011 + 24 | Ⅱb |
米国7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011 + 24 | Ia |
米国8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011 + 24 | Ia |
米国9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
米国10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
米国11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011 + 24 | Ⅱb |
米国12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | - |
米国14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011 + 24 | - |
米国15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ia |
米国16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011 + 24 | - |
米国17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011 + 24 | - |
米国18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ia |
米国19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011 + 24 | Ⅱa |
SIB-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 + 24 | Ⅱa |
SIB-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ⅱa |
SIB-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011 + 24 | Ⅱa |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011 + 24 | Ⅱa |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011 + 24 | Ⅱa |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011 + 24 | Ⅱa |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011 + 24 | Ⅱa |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 + 24 | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011 + 24 | Ⅱa |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011 + 24 | Ⅱa |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011 + 24 | Ⅱa |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011 + 24 | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011 + 24 | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011 + 24 | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011 + 22 | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011 + 23 | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011 + 24 | Ⅱa |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011 + 24 | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011 + 24 | Ⅱa |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ⅱa |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ⅱa |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011 + 24 | Ⅱa |
注:*-データはありません。
表7.多座遺伝子型とその変異株
名前 | 嵌合タイプ | | DNAフィンガープリント(RG57) | 注釈 | |
GPI | PEP-1 | ||||
米国1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | 元の遺伝子型1 |
米国1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | PEPの変異 |
米国1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | RG57の変異 |
米国1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | RG57の変異 |
米国1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | RG57とPEPの変異 |
米国1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | RG57の変異 |
米国6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | 元の遺伝子型2 |
米国6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | PEPの変異 |
米国6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | RG57の変異 |
米国6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | RG57の変異 |
米国6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | RG57とPEPの変異 |
米国6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | RG57の変異 |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | 元の遺伝子型3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | RG57の変異 |
アイソザイムのスペクトルにも変化があります。 原則として、それらは、最初はこの酵素に対してヘテロ接合である生物がホモ接合のものに分解することによって引き起こされます。 1993年に、トマトの果実で、US-1に典型的な特性を持つ株を特定しました:RG57フィンガープリント、ミトコンドリアDNAタイプ、およびグルコース-86-ホスファチゾメラーゼの100/6遺伝子型ですが、最初のペプチダーゼ遺伝子座ではなくホモ接合(100/100)でしたこのクローン系統に典型的な92/100ヘテロ接合体。 この株の遺伝子型をMO-17と名付けました(表6)。 変異株US-1.1およびUS-1.4も、最初のペプチダーゼ遺伝子座での変異がUS-1と異なります(表7)。
ジャガイモとトマトの品種の毒性遺伝子の数の変化につながる変異は非常に一般的です。 それらは、オランダ(Drenth et al。、1)、ペルー(Goodwin et al。、1994a)、ポーランド(Sujkowski et al。、1995)、北アメリカ北部(Goodwin et al。、)からの集団におけるクローン系統US-1991の分離株の中で注目されました。 。、1995b)。 ジャガイモ毒性遺伝子の数の違いは、カナダと米国のクローン系統US-7とUS-8の分離株間(Goodwin et al。、1995a)、ロシアのアジア地域のSIB-1系統の分離株間(Elansky et al。、2001)でも認められました。 )。
フェニルアミド薬に対する耐性のレベルに大きな違いがある分離株が、モノクローナル野外集団で同定され、そのすべてがクローン系統Sib-1に属していた(Elansky et al、2001、表1)。 クローン系統US-1のほぼすべての株はメタラキシルに非常に敏感ですが、この系統の非常に耐性のある分離株はフィリピン(Koh et al。、1994)とアイルランド(Goodwin et al。、1996)で分離されました。
P.infestansの現代の集団
中央アメリカ(メキシコ)
メキシコのP.infestansの個体数は、他の世界の個体数とは著しく異なります。これは主に、その歴史的な位置によるものです。 この集団とクレードPhytophthoraの関連するP.infestans種、およびSolanum属の局所種に関する多数の研究により、メキシコ中央部での病原体の進化は宿主植物の進化とともに起こり、性的組換えに関連しているという結論に至りました(Grünwald、Flier 、2005)。 両方のタイプの交配は、集団内で同じ割合で表され、ジャガイモおよび野生関連のソラナム種の植物および塊茎上の土壌中の卵胞子の存在は、集団における性的プロセスの存在を確認します(Fernández-Pavíaetal。、2002)。 トルカバレーとその周辺(病原体の推定起源の中心)に関する最近の研究により、P。infestansの局所集団の高い遺伝的多様性(134サンプルのサンプル中の176の多遺伝子座遺伝子型)およびこの領域におけるいくつかの分化した亜集団の存在が確認されました(Wang et al。、2017)。 この差別化に寄与する要因は、中央メキシコの高地に特徴的な亜集団の空間的分割、谷や山で使用される栽培条件とジャガイモの品種の違い、および代替宿主として機能できる野生の結節性ソラナム種の存在です(Fry et al 。、2009)。
ただし、メキシコ北部のP. infestansの個体群は、本質的にクローン性が高く、北米の個体群に類似していることに注意する必要があります。これは、これらが新しい遺伝子型であることを示している可能性があります(Fry et al。、2009)。
北米
P. infestansの北米の個体群は常に非常に単純な構造を持っており、それらのクローン特性はマイクロサテライト分析を使用するずっと前に確立されていました。 1987年まで、クローンラインUS-1は米国とカナダで支配的でした(Goodwin et al。、1995)。 70年代半ば、メタラキシルベースの殺菌剤が登場したとき、このクローンは、メキシコから移住した他のより耐性のある遺伝子型に置き換わり始めました(Goodwin et al。、1998)。 90年代の終わりまでに。 US-8遺伝子型は、米国のUS-1遺伝子型を完全に置き換え、ジャガイモの主要なクローン系統になりました(Fry et al。、2009; Fry et al。、2015)。 常にいくつかのクローンラインを含むトマトでは状況が異なり、その組成は年ごとに変化しました(Fry et al。、2009)。
2009年、米国ではトマトで晩期枯病の大規模な流行が発生しました。 このパンデミックの特徴は、米国北東部の多くの場所でほぼ同時に発症したことであり、大規模な園芸用品センターで感染したトマトの苗木の大量販売に関連していることが判明しました(Fry et al。、2013)。 作物の損失は甚大でした。 影響を受けたサンプルのマイクロサテライト分析は、パンデミック株がクローン系統US-22A2タイプの交配に属していることを明らかにしました。 2009年に、P。infestansのアメリカの人口におけるこの遺伝子型のシェアは80%に達しました(Fry et al。、2013)。 その後、攻撃的な遺伝子型US-23(主にトマト)とUS-24(ジャガイモ)の割合は着実に増加しましたが、2011年以降、US-24の検出率は大幅に低下し、現在までに病原体人口の約90%が米国はUS-23遺伝子型で表されます(Fry et al。、2015)。
カナダでは、米国と同様に、90年代の終わりに。 優勢な遺伝子型US-1はUS-8に取って代わられ、その優勢な位置は2008年まで変わりませんでした。2009年から2010年に。 カナダでは、感染したトマトの苗木の販売に関連した深刻な晩期枯病の流行がありましたが、それらは遺伝子型US-23およびUS-8によって引き起こされました(Kalischuk et al。、2012)。 これらの遺伝子型の明確な地理的差異は顕著でした。US-23がカナダの西部州(68%)を支配し、US-8が東部州(83%)を支配しました。 その後、US-23は東部地域に広がりましたが、一般的に、国内での遺伝子型US-22およびUS-24の出現を背景に、人口に占める割合はわずかに減少しました(Peters et al。、2014)。 現在まで、US-23はカナダ全土で支配的な地位を維持しています。 US-8はブリティッシュコロンビアに存在し、US-23とUS-24はオンタリオに存在します(Peters、2017年)。
したがって、P。infestansの北米の人口は、主にクローン系統です。 過去40年間で、検出されたクローン遺伝子型の数は24に達しました。両方のタイプの交配の系統が集団に存在するという事実にもかかわらず、性的組換えの結果として新しい遺伝子型が出現する可能性は非常に低いままです。 それにもかかわらず、過去20年間に、一時的な組換え集団の出現のいくつかのケースが記録されており(Gavino et al。、2000; Danies et al。、2014; Peters et al。、2014)、11つのケースでは、交配の結果は遺伝子型US-2000でした。 、これは長年北米に定着していた(Gavino et al。、2009)。 2009年まで、集団の構造の変化は、以前は優勢だった前任者のその後の移動と移動を伴う、新しい、より攻撃的な遺伝子型の出現と関連していた。 2010年からXNUMX年に何が起こったのか米国とカナダでは、エピフィトティクスが初めて、グローバル化の時代に、感染した植栽材料を販売する際に、病気の発生が新しい遺伝子型の活発な広がりと関連している可能性があることを示しました。
南米
最近まで、P。infestansの南アメリカの人口の研究は定期的でも大規模でもありませんでした。 これらの集団の構造は非常に単純であり、国ごとに1〜5のクローン系統が含まれていることが知られています(Forbes et al。、1998)。 したがって、1998年までに、遺伝子型US-1(ブラジル、チリ)、BR-1(ブラジル、ボリビア、ウルグアイ、パラグアイ)、EC-1(エクアドル、コロンビア、ペルー、ベネズエラ)、AR-1、ARがジャガイモで発見されました。 -2、AR-3、AR-4およびAR-5(アルゼンチン)、PE-3およびPE-7(ペルー南部)。 交配型A2はブラジル、ボリビア、アルゼンチンに存在し、ティティカカ湖の地域でボリビアとペルーの国境を越えて発見されませんでした。その背後では、EC-1A1遺伝子型がアンデスで支配的でした。 トマトでは、US-1が南アメリカ全体で優勢な遺伝子型のままでした。
この状況は2000年代も多かれ少なかれ続いた。 重要な点は、アンデス北部のジャガイモの野生の近縁種(S.brevifoliumおよびS.tetrapetalum)でのA2タイプの新しいクローン系統EC-2の発見でした(Oliva et al。、2010)。 系統発生学的研究は、この系統がP. infestansと完全に同一ではないことを示していますが、これに関連して、それを検討することが提案された、およびアンデスで成長しているトマトの木S.betaceumから分離された別の系統EC-3と密接に関連しています。 P.andinaと呼ばれる新種。 しかし、この種(独立した種またはP. infestansとまだ未知の系統のハイブリッド)の状態はまだ不明です(Delgado et al。、2013)。
現在、P。infestansのすべての南アメリカの人口はクローンです。 両方のタイプの交配が存在するにもかかわらず、組換え集団は同定されていません。 トマトでは、US-1の遺伝子型は遍在しており、明らかに局所的な菌株によってジャガイモから置き換えられていますが、その正確な起源はまだ不明です。 ブラジル、ボリビア、ウルグアイでは、BR-1遺伝子型が存在します。 ペルーでは、US-1およびEC-1とともに、他にもいくつかの局所的な遺伝子型があります。 アンデスでは、支配的な位置はクローンラインEC-1によって保持されており、最近発見されたP.andinaとの関係は不明のままです。 2003年から2013年の期間に唯一の「不安定な」場所。 人口に大きな変化があり、チリになり(Acuñaetal。、2012)、2004年から2005年になりました。 病原体集団は、メタラキシルに対する耐性と新しいミトコンドリアDNAハプロタイプ(以前に存在していたIbの代わりにIa)によって特徴づけられるようになりました。 2006年から2011年人口では、遺伝子型21(SSRによる)が優勢であり、その割合は90%に達し、その後、手のひらは遺伝子型20に移行し、その後67年間の発生頻度は約2015%に保たれました(Acuña、XNUMX年)。
ヨーロッパ
ヨーロッパの歴史の中で、北アメリカからのP. infestansの移動の少なくとも1つの波がありました:1世紀。 (HERB-70)および1世紀初頭(US-XNUMX)。 XNUMX年代のメタラキシル含有殺菌剤の遍在的な分布。 優勢な遺伝子型US-XNUMXの置き換えと、新しい遺伝子型への置き換えにつながりました。 その結果、西ヨーロッパのほとんどの国では、病原体の集団は主にいくつかのクローン系統によって表されていました。
病原体集団の分析にマイクロサテライト分析を使用することで、2005年から2008年に西ヨーロッパで発生した深刻な変化を明らかにすることができました。2005年に、13_A2(または「ブルー13」)と呼ばれ、A2交配タイプを特徴とする新しいクローンラインが英国で発見されました。 、フェニルアミドに対する高い攻撃性と耐性(Shaw et al。、2007)。 同じ遺伝子型が2004年にオランダとフランス北部で収集されたサンプルで見つかりました。これは、おそらくシードポテトとともにヨーロッパ大陸から英国に移動したことを示唆しています(Cooke et al。、2007)。 このクローン系統の代表者のゲノムの研究は、その配列の高度な多型性(2016年までに、そのサブクローン変異の数は340に達した)および遺伝子発現のレベルにおける有意な程度の変異を示した。 植物感染時のエフェクター遺伝子(Cooke et al。、2012; Cooke、2017)。 これらの特徴は、生物栄養段階の期間の増加とともに、13_A2の攻撃性の増加と、晩期の枯死に耐性のあるジャガイモの品種でさえも感染する能力を引き起こす可能性があります。
次の数年で、遺伝子型は北西ヨーロッパの国々(イギリス、アイルランド、フランス、ベルギー、オランダ、ドイツ)に急速に広がり、以前は優勢だった遺伝子型1_A1、2_A1、8_A1が同時に置き換えられました(Montarry et al。、2010; Gisi etal。 、2011; Van den Bosch et al。、2011; Cooke、2015; Cooke、2017)。 ウェブサイトwww.euroblight.netによると、これらの国の人口における13_A2のシェアは60-80%以上に達しました。 この遺伝子型の存在は、東ヨーロッパと南ヨーロッパのいくつかの国でも記録されています。 ただし、2009年から2012年。 13_A2は、イギリスとフランスで支配的な地位を失い、6_A1ライン(アイルランドでは8_A1)になり、オランダとベルギーでは、遺伝子型1_A1、6_A1、33_A2に部分的に置き換えられました(Cooke et al。、2012; Cooke、2017; Stellingwerf、2017)。
現在まで、P。infestansの西ヨーロッパの人口の約70%はモノクローナルです。 ウェブサイトwww.euroblight.netによると、北西ヨーロッパの国々(英国、フランス、
オランダ、ベルギー)は、ほぼ等しい比率で13_A2と6_A1のままです。後者は、指定された地域外では実際には見つかりません(アイルランドを除く)が、すでに少なくとも58のサブクローンがあります(Cooke、2017)。 バリエーション13_A2はドイツで目立った数で存在し、中央および南ヨーロッパの国々でも散発的に観察されます。 遺伝子型1_A1は、ベルギーの人口のかなりの部分を占め、部分的にオランダとフランスを占めています。 ジェノタイプ8_A1は、ヨーロッパの人口で3〜6%のレベルで安定しています。ただし、アイルランドは主導的な地位を維持し、2017つのサブクローンに分割されています(Stellingwerf、2016年)。 最後に、36年に、2年から37年に最初に記録された新しい遺伝子型2_A2013および2014_A2017の発生頻度の増加が認められました。 現在まで、これらの遺伝子型はオランダとベルギー、一部はフランスとドイツ、そしてイギリス南部で見られます(Cooke、20年)。 西ヨーロッパの人口の約30-XNUMX%は、毎年ユニークな遺伝子型によって表されます。
西ヨーロッパとは異なり、13_A2遺伝子型が出現するまでに、北ヨーロッパ(スウェーデン、ノルウェー、デンマーク、フィンランド)の人口は、クローン系統ではなく、多数の固有の遺伝子型によって表されていました(Brurberg et al。、
2011)。 西ヨーロッパで13_A2が活発に普及した時期、スカンジナビアでのこの遺伝子型の存在は、メタラキシル含有物を積極的に使用して主に工業用ジャガイモの品種が栽培されているノースジュットランド(デンマーク)で最初に発見された2011年まで注目されませんでした。殺菌剤(Nielsen et al。、2014)。 www.euroblight.netによると、遺伝子型13_A2は、2014年にノルウェーとデンマークからのいくつかのサンプルで、2016年にいくつかのノルウェーのサンプルでも検出されました。 さらに、2013年には、フィンランドで遺伝子型6_A1の少量の存在が認められました。 スカンジナビアの征服における13_A2および他のクローン系統の失敗の主な理由は、西ヨーロッパの国々とのこの地域の気候の違いであると考えられています。
涼しい夏と寒い冬が栄養菌ではなく卵胞子の生存に寄与するという事実に加えて(Sjöholmetal。、2013)、冬の土壌凍結(通常は西ヨーロッパの温暖な国では発生しません)は卵胞子の発芽と植栽の同期に寄与します。一次感染源としての役割を強化するジャガイモ(Brurberg et al。、2011)。 また、北部の状況では、卵胞子からの感染の発生が結節性感染の発生を上回り、最終的にはさらに攻撃的であるが後に発生したクローン系統の優勢を妨げることにも注意する必要があります(Yuen、2012)。 東ヨーロッパ(ポーランド、バルト諸国)で最も研究されているP. infestansの集団の構造は、スカンジナビアのものと非常に似ています。
両方のタイプの交配もここに存在し、SSR分析によって決定された遺伝子型の大部分は独特です(Chmielarz et al。、2014; Runno-Paurson et al。、2016)。 北ヨーロッパと同様に、クローン系統(主に13_A2遺伝子型)の分布は、病原体の局所集団に実質的に影響を与えませんでした。病原体は、顕著な優勢系統がなく、高レベルの多様性を保持しています。
13_A2の存在は、市販のジャガイモ品種のある畑で時折観察されます。 ロシアでも同様の状況が進んでいます。 2008〜2011年に収集されたP.infestans分離株のマイクロサテライト分析ロシアのヨーロッパ地域の10の異なる地域で、高度な遺伝子型の多様性とヨーロッパのクローン系統との一致の完全な欠如を示しました(Statsyuk et al。、2014)。 数年後、2013年から2014年にレニングラード地域で収集されたP. infestansサンプルの研究では、それらと前の研究で特定されたこの地域の遺伝子型との間に有意差が示されました。 どちらの研究でも、西ヨーロッパの遺伝子型は見つかりませんでした(Beketova et al。、2014; Kuznetsova et al。、2016)。
P. infestansの東ヨーロッパの集団の高い遺伝的多様性と、それらの中に優勢なクローン系統がないことは、いくつかの理由に関連している可能性があります。 まず、北ヨーロッパと同様に、検討対象国の気候条件が、主要な感染源として卵胞子の形成に寄与しています(Ulanova et al。、2010; Chmielarz et al。、2014)。 第二に、これらの国で生産されるジャガイモのかなりの割合は、小さな私有農場で栽培されており、多くの場合、森林や感染性物質の自由な移動に対する他の障害物に囲まれています(Chmielarz et al。、2014)。 原則として、そのような条件下で栽培されたジャガイモは、実際には化学物質で処理されておらず、品種の選択は、それらの晩期の耐病性に基づいています。 13_A2などの耐性遺伝子型から他の遺伝子型よりも優れた利点を奪うメタラキシルに対する攻撃性と耐性に対する選択的な圧力はありません(Chmielarz et al。、2014)。 最後に、土地区画のサイズが小さいため、所有者は通常、作物のローテーションを行わず、同じ場所で何年もの間ジャガイモを栽培します。これは、遺伝的に多様な接種物の蓄積に寄与します(Runno-Paurson et al。、2016; Elansky、2015; Elansky etal。 。、2015)。
アジア
最近まで、アジアのP.infestansの個体群の構造は比較的よく理解されていませんでした。 それは主にクローン系統によって表されることが知られており、新しい遺伝子型の出現に対する性的組換えの影響は非常に小さい。 したがって、たとえば、1997年から1998年に。 ロシアのアジア地域(シベリアと極東)では、病原体の集団は、SIB-1遺伝子型が優勢な2001つの遺伝子型のみで表されていました(Elansky et al。、1994)。 クローン病原体系統の存在は、中国、日本、韓国、フィリピン、台湾などの国で示されています(Koh et al。、2009; Chen et al。、1)。 クローンラインUS-90は、2000年代後半から3年代初頭にかけて、アジアの広い領域を支配していました。 ほとんどすべての場所で他の遺伝子型に置き換えられ始め、それが今度は新しい遺伝子型に取って代わられました。 ほとんどの場合、アジア諸国の人口の構造と構成の変化は、外部からの新しい遺伝子型の移動と関連していた。 したがって、日本では、JP-1遺伝子型を除いて、US-1の後に出現した他のすべての日本の遺伝子型(JP-2、JP-3、JP-2011)は、多かれ少なかれ外部起源であることが証明されています(Akino et al。、2010) ..。 中国では、現在、明確な地理的区分を持つ2013つの主要な病原体集団があります。 これらの集団間には遺伝子の流れがないか、非常に弱い(Guo et al。、13; Li et al。、2b)。 遺伝子型2005_A2007は、2012年から1014年、および2013年から13年に、南部の州(ユンナンと四川)の中国の領土に出現しました。 国の北東部でも見られた(Li et al。、2b)。 インドでは、2015_A2009はおそらく中国と同じ時期に出現し、おそらく感染したシードポテト(Chowdappa et al。、2010)と2014年から2016年に出現しました。 国の南部でトマトに遅発性枯病の深刻なエピフィトティック病を引き起こし、その後それはジャガイモに広がり、XNUMX年に西ベンガルで遅発性枯病の発生を引き起こし、多くの地元の農民の破滅と自殺につながりました(Fry、XNUMX)。
アフリカ
2008〜 2010年までアフリカ諸国におけるP.infestansの体系的な研究は実施されていません。 現在、アフリカのP. infestansの個体数は、XNUMXつのグループに分けることができます。この区分は、ヨーロッパからのシードポテトの輸入という事実と明確に関連しています。
ヨーロッパからシードポテトを積極的に輸入している北アフリカでは、A2交配型がほぼすべての地域で広く見られ、性的組換えの結果として新しい遺伝子型が出現する可能性が理論的に示されています(Corbièreetal。、2010; Rekad et al。、2017)。 さらに、アルジェリアでは、遺伝子型13_A2、2_A1、および23_A1の存在が認められ、最初の遺伝子型が顕著に優勢であり、完全に消失するまで固有の遺伝子型の割合が徐々に減少します(Rekad et al。、2017)。 地域の他の地域とは対照的に、チュニジア(国の北東部を除く)では、病原体の集団は主にA1交配型で表されます(Harbaoui et al。、2014)。
ここではクローンラインNA-01が優勢です。 一般的に、人口に占めるクローン系統の割合はわずか43%です。 種子の輸入量がほとんどない東部と南部のアフリカでは(Fry et al。、2009)、P。infestansは1つのクローンA1タイプの系統、US-1とKE-2012のみで表され、後者は前者をジャガイモで積極的に置き換えます( Pule et al。、2016; Njoroge et al。、XNUMX)。 現在まで、これらの遺伝子型には両方とも、顕著な数のサブクローンのバリエーションがあります。
オーストラリア
オーストラリアでのジャガイモの晩期枯死の最初の報告は1907年にさかのぼり、おそらく夏の大雨によって引き起こされた最初のエピフィトチアは1909年から1911年に発生しました。 (Drenth et al。、2002)。 しかし、一般的に、晩年の荒廃は国にとって重要な経済的重要性を持っていません。 高湿度を提供する気象条件によって引き起こされる晩期枯病の散発的な発生は、5〜7年に1998回以上発生することはなく、主にタスマニア北部とビクトリア州中部に集中しています。 上記に関連して、オーストラリアのP.infestansの個体群の構造の研究に捧げられた出版物は事実上存在しません。 最新の入手可能な情報は2000年から2002年までです。 (Drenth et al。、1.3)。 著者によると、ビクトリア州の人口はクローン系統US-3であり、これは米国からのこの遺伝子型の移動を間接的に確認した。 タスマニアの標本はAU-XNUMXに分類され、当時世界の他の地域に存在していた遺伝子型とは異なりました。
ロシアにおける晩期枯病の発症の特徴
ヨーロッパでは、病気の種子塊茎、土壌で越冬した卵胞子、および昨年の畑で越冬した塊茎から育てられた植物(「ボランティア」植物)またはカリングされたものの山からの風によってもたらされる遊走子嚢によってもたらされる感染症は、ジャガイモの主要な接種材料と見なされます。塊茎の保管のためのブックマーク。 これらのうち、廃棄された塊茎の山で育った植物は、最も危険な感染源と考えられています。 そこに発芽した塊茎の数はしばしば重要であり、遊走子嚢はそれらから長距離にわたって運ばれる可能性があります。 残りのソース(卵胞子、「ボランティア」植物)はそれほど危険ではありません。 同じ分野で3〜4年にXNUMX回以上頻繁に植物を栽培することは習慣的ではありません。 優れた種子品質管理システムにより、罹患した種子塊茎からの感染も最小限に抑えられます。
一般に、ヨーロッパの人口の接種物の量は限られているので、流行の増加はかなり遅く、化学的殺菌剤を使用してうまく制御することができます。 ヨーロッパの状況における主な課題は、感染した植物からの遊走子嚢の大量分散が始まる段階での感染との戦いです。
ロシアでは、状況は根本的に異なります。 ジャガイモとトマトの作物のほとんどは、小さなプライベートガーデンで栽培されています。 それらに対して保護措置が全く実施されていないか、または殺菌処理が不十分な数で実施されており、上部に晩期の枯死が現れた後に開始されます。 その結果、私有の野菜畑が主な感染源として機能し、そこから遊走子嚢が風によって商業植栽に運ばれます。 これは、モスクワ、ブライアンスク、コストロマ、リヤザン地域での直接観察によって確認されています。商業植栽の殺菌剤処理が開始される前でも、プライベートガーデンの植物への損傷が観察されています。 その後、広い分野での流行は殺真菌剤の使用によって抑制されますが、プライベートガーデンでは晩期の枯死が急速に進行しています。
商業植栽の不適切なまたは「予算」の処理の場合、晩期の枯死の病巣が野原に現れます。 その後、彼らは積極的に開発を進め、さらに広い領域をカバーしています(Elansky、2015年)。 プライベートガーデンでの感染は、商業分野での流行に大きな影響を及ぼします。 ロシアのすべてのジャガイモ栽培地域では、プライベートガーデンでジャガイモが占める面積は、大規模な生産者の畑の総面積の数倍です。 このような環境では、私有野菜園は商業分野の世界的な接種資源と見なすことができます。 プライベートガーデンの系統の遺伝子型に特徴的な特性を特定してみましょう。
陶器のジャガイモ、疑わしい外国の生産者から入手したトマトの種子、同じ地域でのジャガイモとトマトの長期栽培、不適切な殺菌剤処理またはそれらの完全な欠如の非種子および検疫管理は、民間部門で深刻なエピフィトティクスにつながり、その結果は無料ですプライベートガーデンでの交配、交配、卵胞子の形成。 その結果、ほとんどすべての菌株がその遺伝子型において独特である場合、病原体の非常に高い遺伝子型の多様性が観察されます(Elansky et al。、2001)。 さまざまな遺伝的起源のシードポテトを植えると、特定の品種を攻撃することに特化したクローン系統が出現する可能性は低くなります。 そのような場合に選択された菌株は、影響を受けた品種に関連するそれらの多様性によって区別され、それらのほとんどは、毒性遺伝子の最大数に近い。 これは、晩期の枯死に対する保護システムが適切に設置されている、農業企業の大規模な分野で一般的な「クローンライン」のシステムとは大きく異なります。 「クローンライン」(フィールド内の晩期枯病病原体のすべての株が2015つまたは複数の遺伝子型で表される場合)は、ジャガイモの栽培が大規模な農場によって独占的に行われている国(米国、オランダ、デンマークなど)に遍在しています。英国、アイルランド、ポーランド、家庭ではジャガイモが育つと、プライベートガーデンでも遺伝子型の多様性が高まります。 20世紀の終わりに、ロシアのアジアと極東の地域で「クローンライン」が広まりました(Elansky et al。、2001)。これは、同じ種類のジャガイモを植栽専用に使用したためと思われます。 最近、これらの地域の状況もまた、集団の遺伝子型の多様性の増加に向けて変化し始めました。
殺真菌剤による集中的な治療の欠如は、別の直接的な結果をもたらします-庭に耐性株の蓄積はありません。 確かに、私たちの結果は、メタラキシル耐性株が商業植栽よりもプライベートガーデンではるかに少ない頻度で発見されることを示しています。
プライベートガーデンに典型的なジャガイモとトマトの植栽が近接しているため、これらの作物間の菌株の移動が促進されます。その結果、過去1年間で、ジャガイモから分離された菌株の中で、以前は「トマト「株。 ほとんどの場合、T1遺伝子を持つ株は、ジャガイモとトマトの両方に対して非常に攻撃的です。
近年、ジャガイモよりも早くトマトの晩期枯病が現れることが多い。 トマトの苗木は、土壌中の卵胞子、またはトマトの種子に存在するか、それらに付着している卵胞子に感染する可能性があります(Rubin et al。、2001)。 過去15年間で、主に輸入された安価なパッケージシードが多数店舗に登場し、小規模生産者のほとんどがそれらの使用に切り替えました。 種子は、それらの成長地域に典型的な遺伝子型を持つ株をもたらすことができます。 将来的には、これらの遺伝子型はプライベートガーデンでの性的プロセスに含まれ、まったく新しい遺伝子型の出現につながります。
このように、プライベートガーデンは、遺伝物質の交換の結果、既存の遺伝子型が処理され、まったく新しい遺伝子型が出現する世界的な「溶解ポット」であると言えます。 さらに、それらの選択は、大規模な農場でジャガイモのために作成されたものとは非常に異なる条件下で行われます:殺真菌プレスの欠如、植栽の品種の均一性、さまざまな形態のウイルスおよび細菌感染によって影響を受ける植物の優勢、トマトと野生のナイトシェードへの近接、活発な交配と卵胞子形成、可能性卵胞子が来年の感染源として機能するために。
これはすべて、裏庭の人口の非常に高い遺伝子型の多様性につながります。 野菜畑のエピフィトティクスの状況では、晩期の枯死は非常に急速に広がり、大量の胞子が放出され、近くの商業植栽に飛んでいきます。 しかし、農業技術と化学的保護の正しいシステムで商業分野に参入したため、到着した胞子は、殺菌剤に耐性があり、栽培品種に特化したクローン系統がないため、現場でエピフィトティクスを開始する機会が事実上ありません。
一次接種源の別の供給源は、市販の苗木に閉じ込められた病気の塊茎である可能性があります。 これらの塊茎は、原則として、優れた農業技術と強力な化学的保護のある分野で栽培されました。 塊茎に感染する分離株の遺伝子型は、それら自身の品種の発達に適応しています。 これらの菌株は、私有の庭に由来する接種物よりも、商業植栽にとって非常に危険です。 私たちの研究の結果もこの仮定を裏付けています。 適切に実施された化学的保護と優れた農業技術を備えた広い分野から隔離された集団は、高い遺伝子型の多様性において違いはありません。 多くの場合、これらは非常に攻撃的ないくつかのクローンラインです。
市販の種子材料からの菌株は、野菜園の集団に入り、そこで起こっているプロセスに関与する可能性があります。 しかし、野菜畑では、商業分野よりも競争力がはるかに低く、まもなくクローンラインの形で存在しなくなりますが、それらの遺伝子は「庭」の集団で使用できます。
収穫中に「ボランティア」植物やカリングされた塊茎の山に発生する感染症は、ロシアにはそれほど関係がありません。 ロシアの主要なジャガイモ栽培地域では、深い冬の土壌凍結が観察され、土壌で越冬した塊茎からの植物はめったに成長しません。 さらに、私たちの実験が示すように、後期枯病病原体は、生存能力を保持している塊茎上でさえ、負の温度では生き残れません。 初期のジャガイモの栽培が行われている乾燥地帯では、乾燥した暑い成長期のため、晩期の枯死は非常にまれです。
したがって、現在、P。infestansの集団が「野外」と「庭」の集団に分割されていることを観察しています。 しかし、近年、これらの集団からの遺伝子型の収束と相互浸透につながるプロセスが観察されています。
その中で、小規模生産者のリテラシーの全般的な増加、手頃な価格のシードポテトの小型パッケージの出現、小型パッケージでの殺菌剤の普及、および人口による「化学」への恐れの喪失に注目することができます。
ある供給業者の活発な活動のおかげで、村全体に同じ種類の種子塊茎が植えられ、同じ農薬の小さなパッケージが提供される状況が発生します。 同じ種類のジャガイモが近くの商業植栽で見つかると推測できます。
一方、一部の農薬商社は「予算」の化学処理計画を推進しています。 この場合、推奨される治療法の数は過小評価されており、最も安価な殺菌剤が提供されており、トップを刈るまでの晩期の枯死の発生を防ぐことではなく、収量を増やすためにエピフィトティの特定の遅延に重点が置かれています。 このようなスキームは、原則として高収量を得ることに疑問の余地がない場合に、低品位の種子材料からウェアポテトを栽培する場合に経済的に正当化されます。 しかし、この場合、庭の人口とは対照的に、ジャガイモの平準化された遺伝的背景は、この品種にとって非常に危険な特定の生理学的人種の選択に貢献します。
一般的に、ジャガイモ生産の「庭」と「野外」の方法の収束に向かう傾向は、私たちにはかなり危険であるように思われます。 家庭部門と商業部門の両方でそれらの悪影響を防ぐために、種子ポテトの品揃えと小さなパッケージで個人所有者に提供される殺菌剤の範囲の両方を管理し、ポテト保護スキームと商業部門での殺菌剤の使用を追跡する必要があります。
民間部門の分野では、晩期病だけでなく、オルタナリアの集中的な開発があります。 プライベートプロットのほとんどの所有者は、アルテルナリアの開発をトップの自然なしおれや後期枯病の発生と間違えて、アルテルナリアから保護するための特別な措置を講じていません。 したがって、影響を受けやすい品種でのアルテルナリアの大規模な開発により、家庭用区画は商業植栽のための接種源として役立つことができます。
変動のメカニズム
突然変異プロセス
突然変異の発生は低頻度で進行するランダムなプロセスであるため、任意の遺伝子座での突然変異の発生は、この遺伝子座の突然変異の頻度と集団のサイズに依存します。 P. infestans株の突然変異の頻度を研究する場合、通常、化学的または物理的突然変異誘発物質で処理した後に選択的栄養培地で成長したコロニーの数が決定されます。 表8に示されているデータからわかるように、異なる場所での同じ株の突然変異頻度は、数桁異なる可能性があります。 メタラキシルに対する耐性の高い頻度の変異は、メタラキシルに耐性のある菌株が自然界に蓄積する理由のXNUMXつである可能性があります。
実験室での実験に基づいて計算された自発的または誘発された突然変異の頻度は、以下の理由により、自然集団で発生するプロセスに常に対応するとは限りません。
1.非同期核分裂では、XNUMX核世代あたりの突然変異の頻度を推定することは不可能です。 したがって、ほとんどの実験では、XNUMXつの変異イベントと有糸分裂後のXNUMXつのイベントを区別せずに、変異の頻度に関する情報のみを直接提供します。
2.シングルステップの突然変異は通常、ゲノムのバランスを低下させます。したがって、新しい特性の獲得とともに、生物の一般的な適応度が低下します。 実験的に得られた突然変異のほとんどは攻撃性が低下しており、自然集団では記録されていません。 したがって、P。infestans変異体のフェニルアミド殺菌剤に対する耐性の程度と人工培地での増殖速度との間の相関係数は平均して(-0,62)、殺菌剤に対する耐性とジャガイモの葉に対する攻撃性(-0,65)でした(Derevyagina etal。 、1993)、これは変異体の適合性が低いことを示しています。 ジメトモルフに対する耐性の変異はまた、生存率の急激な低下を伴った(Bagirova et al。、2001)。
3.自然発生的および誘発された突然変異の大部分は劣性であり、実験では表現型的に現れませんが、自然集団の変動性の隠れた予備を構成します。 実験室での実験で分離された変異株は、優性または半優性の変異を持っています(Kulish and Dyakov、1979)。 明らかに、核の二倍体性は、以前は耐性のある品種に強いUV照射の影響下で変異体を取得する試みが失敗したことを説明しています(McKee、1969)。 著者の計算によると、そのような突然変異は1:500000未満の頻度で発生する可能性があります。 劣性突然変異のホモ接合性の表現型的に発現された状態への移行は、性的または無性的組換えが原因で発生する可能性があります(以下を参照)。 ただし、この場合でも、変異は、セノティック(多核)菌糸の野生型核の優勢な対立遺伝子によってマスクされ、単核遊走子の形成中にのみ表現型的に固定される可能性があります。
表8.ニトロソメチル尿素の作用下での成長阻害物質へのP.infestans変異の頻度(Dolgova、Dyakov、1986; Bagirova et al。、2001)
接続 | 変異頻度 |
オキシテトラサイクリン | 6,9 10 X-8 |
ブラスティシジンS | 7,2 x 10-8 |
ストレプトマイシン | 8,3х10-8 |
トリコテシン | 1,8 10 X-8 |
シクロヘキシミド | 2,1 10 X-8 |
Daaconil | <4 x 10-8 |
ジメトモルフ | 6,3 10 X-7 |
メタラキシル | 6,9 10 X-6 |
個体数の大きさも、自然発生的な変異の発生に決定的な役割を果たします。 細胞数がN> 1 / aであり、aが突然変異率である非常に大きな集団では、突然変異はランダムな現象ではなくなります(Kvitko、1974)。
計算によると、ジャガイモ畑の平均的な蔓延(植物あたり35スポット)では、8ヘクタールで毎日1012x1984の胞子が形成されます(Dyakov and Suprun、10)。 どうやら、そのような集団は、各遺伝子座での交換のタイプによって許可されたすべての突然変異を含んでいます。 9-10の頻度で発生するまれな突然変異でさえ、6ヘクタールのジャガイモ畑に住む数百万人のうちの千人によって獲得されます。 より高い頻度(たとえば、XNUMX-XNUMX)で発生する突然変異の場合、そのような集団では、さまざまなペアの突然変異が毎日(XNUMXつの場所で同時に)発生する可能性があります。 突然変異プロセスが組換えに取って代わります。
移行
P. infestansの場合、XNUMXつの主なタイプの移動が知られています。空気流またはレインスプレーによって遊走子嚢を広げることによって(ジャガイモ畑または隣接する畑内で)距離を近づけることと、塊茎または輸送されたトマト果実を植えることによって長距離に移動することです。 最初の方法は、病気の焦点の拡大を提供し、XNUMX番目の方法は、原発から離れた場所に新しい病巣を作成することです。
トマトの塊茎や果物による感染の拡大は、新しい場所での病気の出現に寄与するだけでなく、集団における遺伝的多様性の主な原因でもあります。 モスクワ地方では、ロシアと西ヨーロッパのさまざまな地域から持ち込まれたジャガイモが栽培されています。 トマトの果実は、ロシア南部の地域(アストラカン地域、クラスノダール地域、北コーカサス)から運ばれます。 感染源としても機能するトマトの種子(Rubin et al。、2001)も、ロシア南部、中国、ヨーロッパ諸国、その他の国々から輸入されています。
E. Mayr(1974)の計算によると、突然変異によって引き起こされる局所集団の遺伝的変化は、遺伝子座あたり10-5を超えることはめったにありませんが、開放集団では、遺伝子の逆流による交換は少なくとも10-3-10-4です。
感染した塊茎の移動は、ヨーロッパへのP. infestansの侵入の原因であり、ジャガイモが栽培されている世界のすべての地域に広がっています。 それらは最も深刻な人口変化を引き起こしました。 ジャガイモの晩年の枯死は、西ヨーロッパでの出現とほぼ同時にロシア帝国の領土に現れました。
この病気はバルト諸国で1846-1847年に最初に発見され、その後数年でベラルーシとロシアの北西部に広がったので、その西ヨーロッパの起源は明らかです。 旧世界における晩期の病気の最初の原因はそれほど明白ではありません。 Fry et al。によって開発された仮説(Fry et al。、1992; Fry、Goodwin、1995、Goodwin et al。、1994)は、寄生虫が最初にメキシコから北アメリカに来て、そこで作物に広がり、次に西ヨーロッパに輸送されたことを示唆している。 (図7)。
繰り返しのドリフト(「ボトルネック」の二重効果)の結果として、単一のクローンがヨーロッパに到着し、その子孫がジャガイモが栽培されている旧世界の領土全体にパンデミックを引き起こしました。 この仮説の証拠として、著者らは、第一に、1つのタイプの交配(A2)のみの遍在的な発生、第二に、異なる領域からの研究された菌株の遺伝子型の均一性を引用しています(それらはすべて、1つのアイソザイム遺伝子座、DNAフィンガープリントパターン、およびミトコンドリアDNAの構造は同一であり、米国で説明されているクローンUS-40に対応します。 しかし、いくつかのデータは、述べられた仮説の規定の少なくともいくつかについて疑問を投げかけています。 1年代の最初のエピフィトティック期間中に感染したハーバリウムポテトサンプルから分離されたP.infestansミトコンドリアDNAの分析は、クローンUS-2001のミトコンドリアDNAの構造が異なることを示しました。したがって、少なくともヨーロッパの唯一の感染源ではありません(Ristaino et al、XNUMX)。
晩年の荒廃の状況は、XX世紀の80年代に再び悪化しました。 次の変更が発生しました。
1)人口の平均的な攻撃性が高まり、特に、最も有害な形態の後期枯病、つまり花弁と茎の損傷が広範囲に広がっています。
2)ジャガイモの晩期枯病の時期は、XNUMX月下旬からXNUMX月上旬、さらにはXNUMX月末までシフトしました。
3)以前は旧世界にはなかったA2嵌合タイプが普及しました。
変化の前に、1980つの出来事がありました。新しい殺菌剤メタラキシルの大量使用(Schwinn and Staub、1993)と、ジャガイモの世界的な輸出国としてのメキシコの出現(Niederhauser、1994)です。 これに応じて、人口変化の1995つの理由が提唱された:メタラキシルの影響下での交配型の転換(Ko、2002)とメキシコからの感染した塊茎による新株の大規模な導入(Fry and Goodwin、1997)。 メタラキシルの影響下での交配型の相互変換は、Koだけでなく、モスクワ州立大学の研究室で行われた研究(Savenkova、Chherepennicova-Anikina、1)でも得られましたが、1980番目の仮説が望ましいです。 1985番目のタイプの交配の出現に加えて、中性遺伝子(アイソザイムおよびRFLP遺伝子座)を含むロシアのP. infestans株の遺伝子型、およびミトコンドリアDNAの構造に深刻な変化が起こりました。 これらの変化の複雑さは、メタラキシルの作用によって説明することはできません。むしろ、メキシコから新しい菌株が大量に輸入され、より攻撃的になり(Kato et al。、1992)、古い菌株(US-1985)に取って代わり、集団で支配的になりました。 ヨーロッパの人口構成の変化は、1994年から1年までの非常に短い時間で起こりました(Fry et al。、1993)。 旧ソ連の領土では、1997年にエストニアからのコレクションで「新株」が発見されました。つまり、ポーランドやドイツよりも早い時期でした(Goodwin et al。、90)。 1998年にモスクワ地域で感染したトマトからロシアの「古い株US-XNUMX」が最後に分離されたとき(Dolgova et al。、XNUMX)。 また、フランスでは、「古い」菌株がXNUMX年代初頭まで、つまりジャガイモで長い間姿を消した後まで、トマトの植栽で発見されました(Leberton and Andrivon、XNUMX)。 P. infestans株の変化は、実用上非常に重要なものを含む多くの特性に影響を及ぼし、晩期の枯死の有害性を高めました。
性的再結合
性的再結合が変動性に寄与するためには、第一に、1:1に近い比率で集団内にXNUMX種類の交配が存在すること、そして第二に、初期集団変動性が存在することが必要です。
交配タイプの比率は、集団によって大きく異なり、9,10つの集団では年によっても異なります(表90、2002)。 集団における交配型の頻度のこのような劇的な変化の理由は不明ですが(たとえば、前世紀のXNUMX年代初頭のロシアやイスラエルなど)、これはより競争力のあるクローンの導入によるものと考えられています(Cohen、XNUMX)。
一部の間接的なデータは、特定の年および特定の地域における性的プロセスの経過を示しています。
1)モスクワ地域の集団の研究では、A13交配型の割合が2%未満の10集団では、0,08つのアイソザイム遺伝子座について計算された総遺伝的多様性は14であり、A2の割合が超過した30集団では0,15%、遺伝的多様性は1999倍高かった(XNUMX)(Elansky et al。、XNUMX)。 したがって、性交の可能性が高いほど、人口の遺伝的多様性は大きくなります。
2)集団における交配型の比率と卵胞子形成の強度との関係は、イスラエル(Cohen et al。、1997)とオランダで観察された。
(Flier et al。、2004)。 私たちの研究では、A2交配型の分離株が62、17、9、および6%を占める集団では、分析されたジャガイモの葉(78つ以上のスポットがある)の50、30、15、および2%でそれぞれ卵胞子が見つかったことが示されています。
2つ以上のスポットがあるサンプルは、1つのスポットがあるサンプルよりもかなり頻繁に卵胞子を含んでいました(それぞれサンプルの32%と14%)(Apryshko et al。、2004)。
卵胞子は、ジャガイモ植物の中層と下層の葉ではるかに一般的でした(Mytsa et al。、2015; Elansky et al。、2016)。
3)一部の地域では、独特の遺伝子型が発見されており、その発生は性的組換えに関連しています。 したがって、1989年のポーランドと1990年のフランスでは、グルコース-6-についてホモ接合性の菌株が
リン酸イソメラーゼ(GPI90 / 90)。 以前は10/90のヘテロ接合体しか100年間遭遇しなかったので、ホモ接合性は性的組換えに起因します(Sujkowski et al。、1994)。 コロンビア(米国)では、A2とGPI 100/110、およびA1とGPI 100/100を組み合わせた分離株が一般的ですが、1994年シーズンの終わり(16月9日と1月100日)に、組換え遺伝子型(A110 GPI 2/100)を持つ株およびA100GPI 1997/XNUMX)(Miller et al。、XNUMX)。
4)ポーランド(Sujkowski et al。、1994)および北コーカサス(Amatkhanova et al。、2004)の一部の集団では、指紋DNA遺伝子座およびアロザイムタンパク質遺伝子座の分布がHardy-Weinberg分布に対応しており、
人口の変動性に対する性的再結合の寄与の高い割合について。 ロシアの他の地域では、集団におけるハーディ-ワインバーグ分布への対応は見られなかったが、連鎖不均衡の存在が示され、クローン複製が優勢であることを示した(Elansky et al。、1999)。
5)異なる交配タイプ(A1およびA2)の株間の遺伝的多様性(GST)は、異なる集団間よりも低く(Sujkowski et al。、1994)、これは間接的に性的交雑を示しています。
同時に、人口の多様性に対する性的再結合の寄与はそれほど高くはあり得ません。 この寄与は、モスクワ地域の人口について計算されました(Elansky et al。、1999)。 Lewontin(1979)の計算によると、「XNUMXつの遺伝子座から、ヘテロ接合性の積を超えない頻度で新しいバリアントを生成できる再結合は、両方の対立遺伝子のヘテロ接合性の値がすでに高い場合にのみ有効になります」。
モスクワ地域で一般的な4種類のペアリングの比率が1:0,25の場合、再結合の頻度は0,01になります。 研究された集団における2つの研究された等接合遺伝子座のうちの177つについて交差した菌株がヘテロ接合である確率は0,25であった(0,02のうち0,02つの菌株)。 したがって、再結合の結果としてダブルヘテロ接合体が発生する確率は、それらの積に交差の確率(10x4xXNUMX)= XNUMX-XNUMXを掛けた値を超えてはなりません。 性的組換え体は通常、研究された菌株のサンプルには分類されません。 これらの計算は、比較的高い変動性を特徴とするモスクワ地域の人口に対して行われました。 シベリアのような単形の集団では、性的プロセスは、たとえそれが個々の集団で起こったとしても、彼らの遺伝的多様性に影響を与えることはできません。
さらに、P。infestansは、減数分裂における頻繁な染色体の不整合を特徴とし、これは異数性を引き起こします(Carter et al。、1999)。 このような違反は、ハイブリッドの肥沃度を低下させます。
パラセクシャル組換え、有糸分裂遺伝子変換
異なる成長阻害剤に対する耐性の変異を有するP.インフェスタンス株の融合に関する実験において、両方の阻害剤に耐性のあるミソレートの出現が見出された(Shattock and Shaw、1975; Dyakov、Kuzovnikova、1974; Kulish、Dyakov、
1979)。 1998つの成長阻害剤に耐性のある菌株は、菌糸の異核化の結果として生じ、この場合、単核遊走子による繁殖中に切断するか(Judelson、Ge Yang、1979)、四倍体(最初の分離株は二倍体であるため)核(K 、1982)。 ヘテロ接合性の二倍体は、半数体化、染色体の非分離、および有糸分裂の交差のために、非常に低い頻度で分離しました(Poedinok et al。、XNUMX)。 これらのプロセスの頻度は、ヘテロ接合性二倍体に対する特定の作用(例えば、発芽胞子のUV照射)の助けを借りて増加させることができます。
二重耐性を有する栄養ハイブリッドの形成は、インビトロだけでなく、変異体の混合物に感染したジャガイモ塊茎でも起こるが(Kulish et al。、1978)、集団における新しい遺伝子型の生成における傍性的組換えの役割を評価することはかなり難しい。 半数体化、染色体の非分離、および特別な効果のない有糸分裂の交差による分離体形成の頻度はごくわずかです(10-3未満)。
ヘテロ接合株のホモ接合分離体の発生は、有糸分裂交差と有糸分裂遺伝子変換の両方に基づくことができ、P。sojaeでは、株に応じて、遺伝子座あたり3 x10-2から5x 10-5の頻度で発生します(Chamnanpunt etal。 、2001)。
ヘテロカリオンとヘテロ接合二倍体の発生頻度は予想外に高い(数十パーセントに達する)ことが判明しましたが、このプロセスは、同じ株から得られた変異体培養物を接合した場合にのみ発生します。 自然から分離された異なる株を使用する場合、栄養の不適合性が存在するため、異核化は発生しません(または非常に低い頻度で発生します)(Poedinok and Dyakov、1981; Anikina et al。、1997b; Cherepennikova-Anikina et al。、2002)。 その結果、パラセクシュアル組換えの役割は、ヘテロ接合核におけるクローン内組換えと、性的プロセスなしでの個々の遺伝子のホモ接合状態への移行にのみ還元することができます。 このプロセスは、劣性または半優性の殺菌剤耐性変異を有する株において疫学的に重要である可能性があります。 パラセクシュアルプロセスによるホモ接合状態への移行は、突然変異の保因者の抵抗力を増加させます(Dolgova、Dyakov、1986)。
遺伝子の侵入
ヘテロサリック種のPhytophthoraは、ハイブリッド卵胞子の形成と交配することができます(Vorob'eva and Gridnev、1983; Sansome et al。、1991; Veld et al。、1998を参照)。 1999つのPhytophthora種の自然なハイブリッドは非常に攻撃的であったため、英国では数千人のアルダーが死亡しました(Brasier et al。、1994)。 P. infestansは、他の属の種(P. erythroseptica、P。nicotianae、P。Cactorumなど)とともに、一般的な宿主植物や土壌で発生する可能性がありますが、種間雑種の可能性に関する情報は文献にほとんどありません。 実験室条件下で、P。infestansとP. Mirabilisの間でハイブリッドが得られました(Goodwin and Fry、XNUMX)。
表9. 2年から1990年までの期間における世界のさまざまな国におけるA2000交配型のP.infestans株の割合(公開されている文献ソースおよびサイトwww.euroblight.net、www.eucablight.orgのデータによる)
国 | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ベラルーシ | 33(12) | 34(29) | |||||||||
ベルギー | 15(49 *) | 6(66) | 20(86) | ||||||||
エクアドル | 0(13) | 0(12) | 0(19) | 0(21) | 12(41) | 25(39) | 15(75) | 22(73) | 25(68) | 0(35) | |
エストニア | 8(12) | ||||||||||
Англия | 4(26) | 3(630) | 9(336) | ||||||||
フィンランド | 0(15) | 19(117) | 12(16) | 21(447) | 6(509) | 9(432) | 43(550) | ||||
フランス | 0(35) | 0(56) | 0(83) | 0(67) | 0(86) | 2(135) | 7(156) | 6(123) | 0(73) | 0(285) | 0(135) |
ハンガリー | 72(32) | ||||||||||
アイルランド | 4(145) | ||||||||||
北。 アイルランド | 10(41) | 9(58) | 1(106) | 0(185) | 0(18) | 0(56) | 0(35) | 0(26) | |||
オランダ | 7(41) | 5(276) | 24(377) | 44(353) | 23(185) | ||||||
ノルウェー | 25(446) | 28(156) | 8(39) | 18(257) | 38(197) | ||||||
ペルー | 0(34、1984 -86) | 0(287、1997-98) | 0(112) | 0(66) | |||||||
ポーランド | 19(180) | 21(142) | 33(256) | 26(149) | 35(70) | ||||||
Шотландия | 25(147) | 11(163) | 22(189) | 5(22) | |||||||
スウェーデン | 25(263) | 62(258) | 49(163) | ||||||||
ウェールズ | 0(16) | 7(97) | 0(48) | 0(25) | |||||||
韓国 | 36(42) | 10(130) | 15(98) | ||||||||
中国 | 20(142、1995-98) | 0(6) | 0(8) | 0(35) | |||||||
コロンビア | 0(40、1994-2000) | ||||||||||
ウルグアイ | 100(25、1998-99) | ||||||||||
モロッコ | 60(108、1997-2000) | 52(25) | 42(40) | ||||||||
セルビア | 76(37) | ||||||||||
メキシコ (トルカ) | 28(292、1988-89) | 50(389、1997-98) |
表10. 2年から2000年までの期間における、世界のさまざまな国におけるA2011交配型のP.infestans株の割合
国 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
オーストリア | 65(83) | ||||||||||
ベラルーシ | 42(78) | ||||||||||
ベルギー | 20(102 *) | 4(32) | 50(14) | 25(16) | 62(13) | 54(26) | 70(54) | 30(23) | 29(35) | 62(71) | 45(49) |
スイス | 89(19) | ||||||||||
チェコ | 35(31) | 54(64) | 38(174) | 12(80) | |||||||
ドイツ | 95(53) | ||||||||||
デンマーク | 48(52) | ||||||||||
エクアドル | 5(178) | 6(108) | 9(121) | 18(94) | 2(44) | 0(66) | 5(47) | ||||
エストニア | 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) | ||||
フィンランド | 47(162) | 12(218) | 42 | ||||||||
フランス | 0(186) | 4(108) | 8(61) | 22(103) | 33(303) | 65(378) | 74(331) | 75(125) | 75(12) | ||
ハンガリー | 48(27) | 48(90) | 9 | 7 | |||||||
北。 アイルランド | 0(38) | 0(58) | 0(40) | 0(24) | 5(54) | 0(18) | 27(578) | 45(239) | 36(213) | 82(60) | 10(80) |
オランダ | 66(24) | 93(15) | 91(11) | ||||||||
ノルウェー | 39(328) | 3(115) | 12(19) | ||||||||
ペルー | 0(36) | ||||||||||
ポーランド | 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) | |||||
スウェーデン | 60(277) | 39(87) | |||||||||
スロバキア | 0(36) | 14(26) | 62(26) | 0(26) | |||||||
ウェールズ | 25(12) | 68(106) | 80(88) | 92(143) | 75(45) | ||||||
韓国 | 46(26) | ||||||||||
ブラジル | 0(49) | 0(30) | |||||||||
中国 | 10(30) | 0(6) | 0(6) | ||||||||
ベトナム | 0(294、2003-04) | ||||||||||
ウガンダ | 0(8) |
集団の遺伝子型構成のダイナミクス
P. infestans集団の遺伝子型組成の変化は、他の地域からの新しいクローンの移動、農業慣行(品種の変更、殺菌剤の適用)、および気象条件の影響下で発生する可能性があります。 外部からの影響は、ライフサイクルのさまざまな段階でクローンにさまざまな影響を及ぼします。したがって、遺伝子のドリフトと選択の支配的な役割の変化により、集団は毎年、選択の対象となる遺伝子の頻度に周期的な変化を経験します。
品種の影響
垂直抵抗に効果的な遺伝子(R遺伝子)を持つ新しい栽培品種は、P。infestans集団で相補的な毒性遺伝子を持つクローンを選択する強力な選択因子です。 病原体集団の成長を阻害するポテト品種に非特異的耐性がない場合、集団内の優勢なクローンを置き換えるプロセスは非常に迅速に発生します。 したがって、R3耐性遺伝子を持つドモデドフスキー品種のモスクワ地域に広がった後、この品種に強いクローンの頻度は、0,2年で0,82から2000に増加しました(Dyakov、Derevjagina、XNUMX)。
しかし、集団における毒性遺伝子(病型)の頻度の変化は、栽培されたジャガイモの品種の影響下だけではありません。 たとえば、1977年までのベラルーシでは、耐性遺伝子R1とR4を持つジャガイモ品種の栽培によって引き起こされた毒性遺伝子1と4を持つクローンが優勢でした(Dorozhkin、Belskaya、1979)。 しかし、XX世紀の70年代の終わりに、クローンは異なる毒性遺伝子とそれらの組み合わせで出現し、相補的な耐性遺伝子はジャガイモの繁殖に使用されませんでした(余分な毒性遺伝子)(Ivanyuk et al。、2002)。 そのようなクローンが出現した理由は、明らかに、ポテト塊茎を伴うメキシコからの感染性物質のヨーロッパへの移動によるものです。 家庭では、これらのクローンは栽培されたジャガイモだけでなく、さまざまな耐性遺伝子を持つ野生種でも発生しました。したがって、これらの条件での生存には、ゲノム内の多くの毒性遺伝子の組み合わせが必要でした。
非特異的耐性を持つ品種に関しては、病原体の繁殖率を低下させることにより、その集団の進化を遅らせます。これは、すでに述べたように、数の関数です。 攻撃性は多遺伝子性であるため、「攻撃性」の遺伝子をより多く含むクローンは、集団サイズが大きくなるほど早く蓄積します。 したがって、非常に攻撃的なレースは、非特異的な耐性を持つ栽培品種への適応の産物ではありませんが、逆に、寄生虫胞子の蓄積物である非常に感受性の高い品種の植栽で検出される可能性が高くなります。
したがって、ロシアでは、P。Infestansの最も攻撃的な集団が、毎年のエピフィトティのゾーン(サハリン、レニングラード、およびブライアンスク地域からの集団)で発見されました。 これらの集団の攻撃性は、メキシコの集団よりも高いことが判明しました(Filippov et al。、2004)。
さらに、耐性のある品種の葉では、感受性のある品種よりも卵胞子が少なくなります(Hanson and Shattock、1998)。つまり、品種の非特異的耐性は、寄生虫の再結合能力と代替の越冬方法の可能性も低下させます。
殺菌剤の影響
殺菌剤は、植物病原性真菌の数を減らすだけではありません。 それらの集団の定量的特性に影響を与えますが、個々の遺伝子型の頻度を変えることもできます。 集団の質的構成に影響を与えます。 殺菌剤の影響下で変化する集団の最も重要な指標には、殺菌剤に対する耐性の変化、攻撃性と毒性の変化、生殖器系の変化があります。
集団の耐性と攻撃性に対する殺菌剤の影響
この影響の程度は、まず、使用する殺菌剤の種類によって決まります。殺菌剤は、条件付きでポリサイト、オリゴサイト、モノサイトに分類できます。
前者にはほとんどの接触殺菌剤が含まれています。 それらに対する耐性は(可能であれば)、非常に弱く発現する多数の遺伝子によって制御されます。 これらの特性は、殺菌剤で処理した後の集団の耐性に目に見える変化がないことを決定します(ただし、一部の実験では、耐性のいくらかの増加が得られました)。 接触殺菌剤を噴霧した後に保存される真菌集団は、XNUMXつのグループの菌株で構成されています。
1)薬剤で処理されていない植物の領域に保存されている菌株。 殺菌剤との接触がなかったので、これらの菌株の攻撃性と耐性は変わりません。
2)殺菌剤と接触している菌株。接触点での濃度が致死量よりも低かった。 上記のように、人口のこの部分の耐性も変化しませんが、真菌細胞の代謝に対する亜致死濃度でも殺菌剤の部分的な損傷効果のために、一般的な適応度とその寄生成分、攻撃性、減少します(Derevyagina and Dyakov、1990)。
したがって、死んでおらず、殺菌剤との接触にさらされていない人口の一部でさえ、攻撃性が弱く、エピフィトティクスの原因となることはできません。 したがって、殺菌剤と接触していない人口の割合を減らす慎重な処理は、保護措置の成功の条件です。 オリゴサイト殺菌剤に対する耐性は、いくつかの添加剤遺伝子によって制御されています。
各遺伝子の変異は耐性のいくらかの増加につながり、耐性の全体的な程度はそのような変異の追加によるものです。 したがって、抵抗の増加は段階的に発生します。 耐性の段階的な増加の例は、晩枯病からジャガイモを保護するために広く使用されている殺菌剤ジメトモルフに対する耐性の変異です。 ジメトモルフ耐性は多遺伝子性で相加的です。 ワンステップミューテーションは抵抗をわずかに増加させます。
後続の各突然変異は、ターゲットサイズを減少させ、その結果、後続の突然変異の頻度を減少させます(Bagirova et al。、2001)。 オリゴサイト殺菌剤による反復治療後の集団の平均耐性の増加は、段階的かつ段階的に起こります。 このプロセスの速度は、少なくともXNUMXつの要因によって決定されます。耐性遺伝子の変異の頻度、耐性係数(感受性株に対する耐性株の致死量の比率)、および耐性遺伝子の変異が適応度に及ぼす影響です。
後続の各突然変異の発生頻度は前の突然変異よりも低いため、プロセスには減衰特性があります(Bagirova et al。、2001)。 ただし、集団で組換えプロセス(性的または準性的)が発生した場合、ハイブリッド株で異なる親の突然変異を組み合わせてプロセスを加速することが可能です。 したがって、パンミックス集団はアガミック集団よりも早く耐性を獲得し、後者では、栄養不適合障壁を持たない集団は、そのような障壁で割った集団よりも早く耐性を獲得します。 この点で、交配の種類が異なる集団に菌株が存在すると、オリゴサイト殺菌剤に対する耐性を獲得するプロセスが加速します。
2001番目と2004番目の要因は、集団におけるジメトモルフ耐性株の急速な蓄積には寄与しません。 その後の各突然変異は、抵抗を約XNUMX倍にしますが、これは重要ではなく、同時に、人工環境での成長速度と攻撃性の両方を低下させます(Bagirova et al。、XNUMX; Stem、Kirk、XNUMX)。 おそらくそれが、ジメトモルフで処理されたジャガイモの植栽から収集されたものでさえ、天然のP.infestans株の中に耐性株が事実上存在しない理由です。
オリゴサイト殺菌剤で治療された集団も、XNUMXつのグループの菌株で構成されます:殺菌剤と接触していないため、初期特性が変化していないものです(このグループに耐性菌が見つかった場合、感受性菌の攻撃性と競争力が高いため、蓄積されません)、致死量以下の殺真菌剤と接触している菌株。 耐性株の蓄積が可能であるのは後者のXNUMXつです。なぜなら、ここでは感受性株よりも利点があるからです。
したがって、オリゴサイト殺菌剤を使用する場合、段階的突然変異誘発では突然変異株の初期耐性が低いため、致死量の数倍の高濃度の薬剤として重要なのはそれほど徹底的な治療ではありません。
最後に、モノサイト殺菌剤に対する耐性の変異は非常に表現力があります。つまり、XNUMXつの変異は、感度が完全に失われるまで、高レベルの耐性を報告する可能性があります。 したがって、集団の抵抗の増加は非常に迅速に発生します。
そのような殺菌剤の例は、最も一般的な殺菌剤であるメタラキシルを含むフェニルアミドである。 それに対する耐性の変異は高頻度で起こり、変異体の耐性の程度は非常に高く、感受性株を1993倍以上上回っています(Derevyagina et al。、1992)。 全身性殺菌剤による感受性株の死を背景に、耐性変異体の増殖速度と攻撃性は低下しますが、耐性集団の数は急速に増加しており、並行してその攻撃性は増加しています。 したがって、殺菌剤を数年間使用した後、耐性株の攻撃性は、感受性株の攻撃性に匹敵するだけでなく、それを超えることもできます(Derevyagina、Dyakov、XNUMX)。
性的再結合への影響
P. infestans集団におけるA2交配型の頻繁な発生は、晩期枯病に対するメタラキシルの集中的な使用と一致したため、メタラキシルは交配型変換を誘発すると推定された。 P.parasiticaでは、クロロネブとメタラキシルの作用下でのそのような変換が実験的に証明された(Ko、1994)。 低濃度のメタラキシルを含む培地での1回の継代により、交配型A2002のメタラキシルに感受性のあるP. infestans株からホモタリック分離株が出現しました(Savenkova and Cherepnikova-Anikina、2)。 高濃度のメタラキシルを含む培地でのその後の継代中に、A2ペアリングタイプの単一の分離株は検出されませんでしたが、ほとんどの分離株は、卵胞子の代わりにA2分離株と交配すると、醜い菌糸の蓄積を形成し、無菌でした。 高濃度のメタラキシルを含む培地上でA1交配型の耐性株を通過させることにより、交配型の変化の1つの形態を検出することができました。2)A2およびA3分離株と交配した場合の完全な無菌性。 2)ホモタリズム(単培養における卵胞子の形成); 1)AXNUMX嵌合タイプからAXNUMXへの変換。 したがって、メタラキシルは、P。infestans集団の交配のタイプに変化を引き起こし、その結果、それらの集団で性的再結合を引き起こす可能性があります。
栄養組換えへの影響
抗生物質耐性のいくつかの遺伝子は、hyphalheterokaryotizationと核二倍体化の頻度を増加させました(Poedinok and Dyakov、1981)。 先に述べたように、P。infestansの異なる株の融合中のhyphaeの異核化は、この真菌の栄養不適合の現象のために非常にまれにしか発生しません。 ただし、一部の抗生物質に対する耐性の遺伝子には、栄養の不適合を克服することで表される副作用があります。 この特性は、1S-1変異ストレプトマイシン耐性遺伝子によって所有されていました。 phytophthoraの野外集団におけるそのような変異体の存在は、系統間の遺伝子の流れを増加させ、集団全体の新しい品種または殺菌剤への適応を加速する可能性があります。
特定の殺菌剤および抗生物質は、有糸分裂組換えの頻度に影響を与える可能性があり、それはまた、集団の遺伝子型頻度を変える可能性があります。 広く使用されている殺菌剤ベノミルは、細胞骨格の微小管が構築されるタンパク質であるベータチューブリンに結合し、それによって有糸分裂のアナフェーズにおける染色体分離のプロセスを混乱させ、有糸分裂組換えの頻度を増加させます(Hastie、1970)。
ニレのオランダの病気を治療するために使用される殺菌剤パラフルオロフェニルアラニンは、同じ特性を持っています。 パラフルオロフェニルアラニンは、ヘテロ接合性二倍体P. infestansの組換えの頻度を増加させた(Poedinok et al。、1982)。
P.infestansのライフサイクルにおける集団の遺伝子型組成の周期的変化
温帯におけるP.infestansの古典的な発達サイクルは、4つの段階で構成されています。
1)短い世代の人口の指数関数的成長の段階(多環式段階)。 このフェーズは通常1,5月に始まり、2〜XNUMXか月続きます。
2)影響を受けていない組織の割合の急激な減少または不利な気象条件の開始により、人口の増加を停止する段階。 収穫前の葉の早期除去を実施する農場のこの段階は、年間サイクルから外れます。
3)塊茎の越冬期は、塊茎の偶発的な感染による集団サイズの大幅な減少、それらの感染の進行の遅れ、塊茎の再感染の欠如、通常の保管条件下での影響を受けた塊茎の腐敗およびカリングを伴う。
4)土壌および苗木の発達が遅い段階(単環期)で、生成期間がXNUMXか月以上に達する可能性があります(XNUMX月下旬からXNUMX月上旬)。 通常、現時点では、特別な観察を行っても、病気の葉を検出することは困難です。
指数関数的な人口増加の段階(多環式段階)
多数の観察結果(Pshedetskaya、Kozubova、1969; Borisenok、1969; Osh、1969; Dyakov、Suprun、1984; Rybakova、Dyakov、1990)は、エピフィトティの開始時に、低毒性でわずかに攻撃的なクローンが優勢であり、その後、より毒性が高く攻撃的なクローンに置き換わることを示しました。集団の攻撃性の成長率が高いほど、宿主植物の多様性に対する耐性は低くなります。
人口が増えるにつれて、市販の品種に導入された選択的に重要な遺伝子(R1-R4)と選択的に中性(R5-R11)の両方の濃度が増加します。 したがって、1993年のモスクワ近郊の人口では、8,2月下旬から9,4月中旬までの平均毒性が5から31に増加し、選択的に中性の毒性遺伝子R86(毒性クローンの1996からXNUMX%)で最大の増加が観察されました(Smirnov、XNUMX )。
集団の成長率の低下は、集団の寄生活動の低下を伴います。 したがって、憂鬱な年には、レースの総数と非常に毒性の高いレースの割合の両方が、エピフィトティックなレースよりも低くなります(Borisenok、1969)。 エピフィトティックな気象条件の最盛期に、晩期の枯死に不利に変化し、ジャガイモの蔓延が減少すると、非常に毒性が高く攻撃的なクローンの濃度も減少します(Rybakova et al。、1987)。
集団の毒性と攻撃性に影響を与える遺伝子の頻度の増加は、混合集団におけるより毒性が高く攻撃的なクローンの選択に起因する可能性があります。 選択を実証するために、中性突然変異の分析方法が開発され、酵母のケモスタット集団(Adams et al。、1985)およびFusarium graminearum(Wiebe et al。、1995)で首尾よく使用されました。
P. infestansの野外集団におけるブラスチシジンSに耐性のある変異体の頻度は、集団の攻撃性の成長と並行して減少しました。これは、集団の成長中の優勢なクローンの変化を示しています(Rybakova et al。、1987)。
塊茎の越冬期
ジャガイモ塊茎の越冬中、P。infestans株の毒性と攻撃性は低下し、毒性の低下は攻撃性よりもゆっくりと起こります(Rybakova and Dyakov、1990)。 明らかに、人口の急速な増加(r-selection)を助長する条件下では、「余分な」毒性遺伝子と高い攻撃性が有用であるため、エピフィトティクスの開発には、最も毒性が高く攻撃的なクローンの選択が伴います。 環境が飽和状態では、再生速度ではなく、不利な条件での存在の持続(K選択)が重要な役割を果たし、毒性と攻撃性の「余分な」遺伝子がフィットネスを低下させ、これらの遺伝子を持つクローンが最初に消滅するため、平均的な攻撃性と人口の毒性は低下しています。
土壌の植生期
この段階はライフサイクルの中で最も神秘的です(Andrivon、1995)。 その存在は、ジャガイモの苗の出現からそれらの病気の最初のスポットの出現まで、長期間(時には1960ヶ月以上)にわたって病原体に何が起こるかについての情報が不足しているため、純粋に推測的に仮定されました。 観察と実験に基づいて、この人生の期間における真菌の行動が再構築された(Hirst and Stedman、1976; Boguslavskaya、Filippov、XNUMX)。
真菌の胞子形成は、土壌中の感染した塊茎に形成される可能性があります。 得られた胞子はhyphaeで発芽し、hyphaeは土壌中で長期間植生する可能性があります。 一次(塊茎上に形成)および二次(土壌中の菌糸上)の胞子は毛細管電流によって土壌表面に上昇しますが、下葉が下降して土壌表面に接触した後にのみジャガイモに感染する能力を獲得します。 そのような葉(すなわち、病気の最初のスポットがそれらに見られる)はすぐには形成されませんが、ポテトトップの長期の成長と発達の後に形成されます。
したがって、腐敗性植生期は、P。infestansのライフサイクルにも存在する可能性があります。 ライフサイクルの寄生段階で攻撃性がフィットネスの最も重要な要素である場合、いくつかの植物病原性真菌で実験的に示されているように、腐敗段階での選択は寄生特性の低減を目的としています(Carson、1993を参照)。 したがって、サイクルのこのフェーズでは、攻撃的なプロパティが最も集中的に失われる必要があります。 しかし、これまでのところ、上記の仮定を確認するための直接的な実験は行われていません。
季節変化は、P。infestansの病原性だけでなく、多環式期(エピフィトティー中)に成長し、冬の貯蔵中に減少する殺菌剤に対する耐性にも影響を及ぼします(Derevyagina et al。、1991; Kadish and Cohen、1992)。 影響を受けた塊茎を植えてから野外で病気の最初の斑点が現れるまでの期間に、メタラキシルに対する耐性の特に激しい低下が観察された。
種内専門化とその進化
P. infestansは、XNUMXつの商業的に重要な作物、ジャガイモとトマトで流行を引き起こしています。 ジャガイモのエピフィトシーは、真菌が新しい領域に入った直後に始まりました。 トマトの敗北は、ジャガイモへの感染が現れた直後にも見られましたが、トマトのエピフィトシーは、わずかXNUMX年後のXNUMX世紀半ばに見られました。 これがハレグリとニーダーハウザーがアメリカでのトマトの敗北について書いていることです
(1962):「100年の深刻なエピフィトティの後の約1845年間、耐性のある品種のトマトを入手する試みはほとんど、あるいはほとんど行われていませんでした。 晩枯病は早くも1848年にトマトで記録されましたが、1946年にこの病気が強く発生するまで、この植物の育種家の深刻な注目の対象にはなりませんでした。 ロシアの領土では、60世紀にトマトの後期枯病が登録されました。 「この病気は重大な経済的損害を引き起こさなかったため、長い間、研究者はこの病気に注意を払っていませんでした。 しかし、70年代と1979年代に。 ソビエト連邦、主にボルガ川下流域、ウクライナ、北コーカサス、モルドバでも、XX世紀のトマトの後期枯病のエピフィトティーが観察されています...」(Balashova、XNUMX)。
それ以来、晩期の枯死によるトマトの枯死は毎年発生し、工業および家庭栽培の全領域に広がり、この作物に甚大な経済的損害をもたらしています。 どうした? なぜジャガイモの寄生虫の最初の出現とこの作物の表皮病変がほぼ同時に起こったのか、そしてなぜ表皮がトマトに現れるのにXNUMX世紀かかったのか? これらの違いは、南アメリカの感染源ではなくメキシコの感染源を支持しています。 ソラナム属のメキシコの結核を有する種の寄生虫としてPhytophthorainfestans種が形成された場合、メキシコ種と同じ属のセクションに属する栽培ポテトがそれほど強く影響を受けた理由は理解できますが、寄生虫との共進化がなく、特異的および非特異的耐性のメカニズムを発達させなかったためです。
トマトは属の異なるセクションに属しており、その交換の種類は結核種とは大きく異なります。したがって、トマトはP. infestansの食品専門分野の外ではないという事実にもかかわらず、その敗北の強さは深刻な経済的損失には不十分でした。
トマトのエピフィトティーの出現は、寄生虫の深刻な遺伝的変化によるものであり、寄生虫の適応性(病原性)が増加しました。 トマトの寄生に特化した新しい形態は、M。Galleglyによって記述されたT1レースであり、さまざまなチェリートマト(Red Cherry、Ottawa)に影響を及ぼし、ジャガイモで広く見られるT0レース(Gallegly、1952)に耐性があると考えています。 どうやら、T0レースをT1レースに変え、トマトを倒すのに高度に適応したクローンの出現につながった突然変異(または一連の突然変異)。 よくあることですが、ある宿主への病原性の増加は、別の宿主への病原性の減少を伴いました。つまり、ジャガイモ(レースT0)とトマト(レースT1)への最初のまだ完全ではない種内特殊化が起こりました。
この仮定の証拠は何ですか?
- ジャガイモとトマトの発生。 トマトの葉ではT1レースが優勢ですが、ポテトの葉ではまれです。 S.F.BagirovaとT.A.によると1991年から1992年のモスクワ地方のオレションコバ(未発表)では、ジャガイモの植栽でのT1レースの発生率は0%で、トマトの植栽では100%でした。 1993- 1995年-それぞれ33%と90%; 2001年-0%および67%。 同様のデータがイスラエルでも得られました(Cohen、2002)。 T1レースの分離株および分離株T0とT1の混合物によるジャガイモ塊茎の感染の実験は、T1レースの分離株が塊茎で保存が不十分であり、T0レースの分離株に置き換わっていることを示した(Dyakov et al。、1975; Rybakova、1988)。
2)トマト植栽におけるレースT1のダイナミクス。 トマトの葉の一次感染は、葉に形成された最初のスポットでの感染の分析で支配的なT0レースの分離株によって実行されます。 これは、寄生虫の移動の一般的に受け入れられているスキームを確認します。ジャガイモからの感染の主な塊はT0レースで構成されていますが、ジャガイモに保存された少数のT1クローンは、一度トマトに入ると、T0レースに置き換わり、エピフィトティック期間の終わりに向かって蓄積します。 T1レースでは、トマトの葉の感染源が他にもある可能性があります。これは、ジャガイモの塊茎や葉ほど強力ではありませんが、一定です。 したがって、この発生源はトマトに感染する集団の遺伝的構造に弱い影響を及ぼしますが、その後、T1レースの蓄積を決定します(Rybakova、1988; Dyakov et al。、1994)。
3)ジャガイモやトマトへの攻撃性。 種族T0およびT1の分離株によるトマトおよびジャガイモの葉の人工感染は、前者がトマトよりもジャガイモに対してより攻撃的であり、後者がジャガイモよりもトマトに対してより攻撃的であることを示した。 これらの違いは、温室内の葉の通過中の混合集団からの非「自分の」種族の分離株の移動(D'yakov et al。、1975)および野外プロット(Leberton et al。、1999)に現れます。 最小感染負荷、潜伏期間、感染スポットのサイズ、および胞子産生の違い(Rybakova、1988; Dyakov et al。、1994; Legard et al。、1995; Forbes et al。、1997; Oyarzun et al。、1998; Leberton et al。 al。、1999; Vega-Sanchez et al。、2000; Knapova、Gisi、2002; Sussuna et al。、2004)。
耐性遺伝子を欠くトマト品種に対するT1レースの分離株の攻撃性は非常に高いため、これらの分離株は、感染組織を壊死させることなく、栄養培地と同様に葉に胞子を形成します(Dyakov et al。、1975; Vega-Sanchez et al。、2000)。
4)ジャガイモとトマトの毒性。 T1レースは、Ph1耐性遺伝子を持つチェリートマトの品種に影響を与えますが、T0レースは、これらの品種に感染することはできません。 毒性が狭い。 差別化要因に関連して
ジャガイモのR遺伝子は反比例の関係にあります。 トマトの葉から分離された菌株は、「ジャガイモ」菌株よりも毒性が低い(表11)。
5)ニュートラルマーカー。 ジャガイモとトマトに寄生するP.infestansの集団における中性マーカーの分析も、多方向の種内選択を証明しています。 P. infestansのブラジルの集団では、トマトの葉の分離株はクローン系統US-1に属し、ジャガイモの葉からの分離株はBR-1系統に属していました(Suassuna et al。、2004)。 フロリダ(米国)では、1994年以来、クローンUS-90がジャガイモで優勢になり始め(8%以上の発生)、クローンUS-11とUS-17はトマトで優勢になり、後者の分離株はジャガイモよりもトマトに対して攻撃的です(Weingartner 、Tombolato、2004)。 ジャガイモとトマトの分離株における遺伝子型頻度(DNAフィンガープリント)の有意差は、1200年から1989年に米国で収集された1995 P. infestans株で確立されました(Deahl et al。、1995)。
AFLP法を使用することにより、74年から1996年にジャガイモとトマトの葉から収集された1997株を分離することが可能になりました。 フランスとスイスで、7つのグループで。 ジャガイモとトマトの系統は明確に分岐していませんでしたが、「ジャガイモ」の系統は「トマト」の系統よりも遺伝的に多様でした。 前者は2002つのクラスターすべてで検出され、後者はXNUMXつのみで検出されました。これは、後者のより特殊なゲノムを示しています(Knapova and Gisi、XNUMX)。
6)分離のメカニズム。 1984つの宿主植物種の寄生虫の集団が、それらの「自身の」宿主への特殊化の狭まりに向かって進化する場合、集団間の遺伝子交換を妨げるさまざまな減数分裂前および減数分裂後のメカニズムが生じる(Dyakov and Lekomtseva、XNUMX)。
いくつかの研究は、ハイブリダイゼーションの効率に対する親株の供給源の影響を調査しました。 ソラナム属の異なる種から分離された菌株がエクアドルで交配されたとき(Oliva et al。、2002)、野生のナイトシェード(クローン系統EC-2)からのA2交配型の菌株がトマトからの菌株(系統EC)と最悪の交配であることがわかった。 -3)、そして最も効果的にジャガイモ株(EC-1)と交配した。
すべてのハイブリッドは非病原性であることがわかりました。 著者らは、ハイブリッドにおけるハイブリダイゼーションの割合が低く、病原性が低下しているのは、集団の生殖隔離の減数分裂後のメカニズムによるものであると考えています。
Bagirova et al。(1998)の実験では、多数のジャガイモとトマトの系統がT0とT1の種族の特性と交配されました。 最も肥沃なのはトマトから分離されたT1xT1株の交配であり(顕微鏡視野で36個の卵胞子、卵胞子発芽の44%)、最も効果が低かったのは異なる宿主から分離されたT0xT1種族の交配でした(発育中および発芽中の卵胞子の数が少なく、不稔性および未発育の卵胞子の割合が高い) ..。 ジャガイモから分離されたT0レースの分離株間の交配の効率は中程度でした。 T0レースの系統の本体はジャガイモに影響を与えるため、越冬の信頼できる供給源であるジャガイモ塊茎があり、その結果、ジャガイモの個体群の越冬感染ユニットとしての卵胞子の重要性は低くなります。 適応された「トマトの形」は、卵胞子の形でトマトの上で越冬することができ(以下を参照)、したがって、性的プロセスのより高い生産性を保持します。 T1は肥沃度が高いため、トマトの一次感染の独立した可能性を獲得します。 Knapova et al。(Knapova et al。、2002)によって得られた結果は、同じように解釈することができます。 ジャガイモから分離された菌株とトマトからの菌株との交配は、卵胞子の数が最も多く、13,8平方メートルあたり5でした。 中程度(19〜6,3の広がり)および卵胞子の発芽の中間の割合(0〜24の広がりで7,6)。 トマトから分離された菌株の交配は、卵胞子の割合が最も低く(4、広がりは12〜10,8)、発芽の割合が最も高かった(8,6)。 ジャガイモから分離された菌株間の交配により、中程度の数の卵胞子(0、データのばらつきが大きい-30〜2,7)と卵胞子の発芽率が最も低かった(90)。 したがって、ジャガイモの菌株はトマトの菌株よりも肥沃ではありませんが、集団間の交配は集団内の交配よりも悪い結果をもたらしませんでした。 Bagirovaらによる上記のデータとの違いは可能性があります。 ロシアの研究者は90世紀初頭に分離された株を扱い、スイスの研究者はXNUMX年代後半に分離された株を扱ったという事実によって説明されます。
低受精率の根拠は、菌株の異倍数性である可能性があります。 性的過程と卵胞子子孫による一次感染が規則的であるメキシコの集団では、P。Infestansの研究された株のほとんどが二倍体であり、旧世界の国々では倍数性の集団内多型が観察されます(二倍体、三倍体、四倍体株、および異倍数体核を持つ異核菌株) 、および異なるタイプの交配を有する株、すなわち相互に肥沃で、核の倍数性が異なる(Therrien et al。、1989、1990; Whittaker et al。、1992; Ritch、Daggett、1995)。 アンセリディアとウーゴニアの核の多様性は、低受精率の理由である可能性があります。
吻合中のハイファ間の核交換に関しては、これは、無性集団を多くの遺伝的に単離されたクローンに分解する栄養不適合によって防止されます(Poedinok and Dyakov、1987; Gorbunova et al。、1989; Anikina et al。、1997b)。
7)人口の収束。 上記のデータは、「ポテト」と「トマト」のP.infestans株間のハイブリダイゼーションが可能であることを示しています。 攻撃性は低下しますが、異なるホストの相互再感染も可能です。
1993年の隣接するジャガイモとトマト畑からの分離株の集団マーカーの研究は、トマトの葉から分離された分離株の約1997分の1995が隣接するジャガイモ畑から移されたことを示した(Dolgova et al。、1998)。 理論的には、特に卵胞子が植物の残骸に残る可能性があるため、2001つの宿主での集団の発散が増加し、特殊な種内形態(f.sp.ポテトおよびf.sp.トマト)の出現につながると想定できます(Drenth et al。、XNUMX ; Bagirova、Dyakov、XNUMX)およびトマトの種子(Rubin et al。、XNUMX)。 その結果、トマトは現在、ジャガイモの塊茎とは無関係に春の再生の源を持っています。
しかし、すべてが異なって起こりました。 卵胞子との越冬により、寄生虫はそのライフサイクルの最も狭い段階、つまり寄生特性が低下する土壌中の植物の単環段階を回避することができ、夏の多環相で徐々に回復します。
表11.P.infestans株におけるジャガイモ分化因子品種に対する毒性遺伝子の頻度
国 | 年 | 菌株における毒性遺伝子の平均数 | 著者 | |
ジャガイモから | トマトから | |||
フランス | 1995 | 4.4 | 3.3 | Leberton et al。、1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | Leberton、Andrivon、1998年 | |
フランス、スイス | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | Knapova、Gisi、2002年 |
アメリカ | 1989-94 | 5 | 4.8 | Goodwin et al。、1995 |
アメリカ、ザップ。 ワシントン | 1996 | 4.6 | 5 | Dorrance et al。、1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
エクアドル | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun et al。、1998 |
イスラエル | 1998 | 7 | 4.8 | コーエン、2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
ロシア、モスク。 領域 | 1993 | 8.9 | 6.7 | スミルノフ、1996年 |
ロシア、さまざまな地域 | 1995 | 9.4 | 8 | コズロフスカヤほか。 |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
卵胞子を発芽させる原発性遊走子嚢および遊走子は、特に卵胞子が反対のタイプの交配を有する株のフェロモンの影響下で分生子形成的に形成された場合、高度の寄生活性を有する。 したがって、卵胞子に感染した種子から育てられたトマト苗の感染性物質は、トマトとジャガイモの両方に対して非常に病原性が高い。
これらの変化は、疫学的観点から以下の重要な変化で表される、別の集団の再構築につながりました。
- 感染したトマトの苗木は、ジャガイモの一次感染の重要な原因になっています(Filippov、Ivanyuk、個人的なメッセージ)。
- ジャガイモのエピフィトシーは、通常より約XNUMXか月早く、早くもXNUMX月に観察され始めました。
- ジャガイモの植え付けでは、T1レースの割合が増加しましたが、これは以前はわずかな量でしか発生していませんでした(Ulanova et al。、2003)。
- トマトの葉から分離された菌株は、毒性遺伝子のジャガイモ分化因子の毒性においてポテト菌株との違いがなくなり、トマトだけでなくジャガイモに対しても攻撃性において「ジャガイモ」菌株を上回り始めた(Lavrova et al。、2003; Ulanova etal。 、2003)。
したがって、発散の代わりに、集団の収束、両方の種に対する高い毒性と攻撃性を備えたXNUMXつの宿主植物上の単一の集団の出現がありました。
まとめ
したがって、P。infestansの150年以上の集中的な研究にもかかわらず、栽培されたソラナス植物の最も重要な病気のこの原因物質の集団生物学を含む生物学において、多くは不明のままです。 ライフサイクルの個々の段階の経過が集団の構造にどのように影響するか、攻撃性と毒性の運河化された変動性の遺伝的メカニズムは何か、自然集団における生殖とクローンの繁殖システムの比率は何か、植物の不適合性はどのように受け継がれるか、これらの作物の一次感染におけるジャガイモとトマトの役割は何か、寄生虫集団の構造に対するそれらの影響は何ですか。 これまでのところ、寄生虫の攻撃性を変化させるための遺伝的メカニズムや非特異的なジャガイモ耐性の侵食などの重要な実際的な問題は解決されていません。 ジャガイモの晩生病に関する研究の深化と拡大に伴い、寄生虫は研究者に新たな課題をもたらしています。 しかし、実験能力の向上、遺伝子やタンパク質を使った操作への新しい方法論的アプローチの出現により、提起された質問の成功した解決を期待することができます。
ジャーナル「ポテトプロテクション」(3年第2017号)に掲載されました