Synchytrium endobioticum, tác nhân gây bệnh mụn cơm ở khoai tây

Tóm tắt

Bệnh mụn cơm khoai tây được coi là một trong những dịch hại kiểm dịch quan trọng nhất đối với khoai tây trồng trọt và do nấm chytrid sinh dưỡng bắt buộc gây ra. Synchytrium endobioticum. Tổng quan này tích hợp các quan sát từ nghiên cứu mụn cơm ở khoai tây ban đầu và các nghiên cứu phân tử, di truyền và hệ gen gần đây về mầm bệnh và khoai tây ký chủ của nó. Phân loại, dịch tễ học, bệnh lý học và sự hình thành các loại bệnh mới được thảo luận và một mô hình cho phân tử S. nội sinh–tương tác khoai tây được đề xuất.

Phân loại

Hiện được xếp vào giới: Nấm, ngành: Chytridiomycota, lớp: Chytridiomycetes, bộ: Chytridiales, họ: Synchytriaceae, chi: đồng bộ, giống loài: Synchytrium endobioticum, có sự hỗ trợ phân tử mạnh mẽ để Synchytriaceae được chuyển sang bộ Synchytriales.

Vật chủ và các triệu chứng bệnh

Solanum tuberosum là máy chủ chính cho S. nội sinh nhưng các loài sống đơn độc khác đã được báo cáo là vật chủ thay thế. Người ta không biết liệu những vật chủ thay thế này có đóng một vai trò nào đó trong sự tồn tại của mầm bệnh trong (biên giới của) các cánh đồng bị nhiễm bệnh hay không. Các triệu chứng bệnh trên củ khoai tây được đặc trưng bởi các dị tật giống như bông súp lơ là kết quả của sự mở rộng tế bào và sự nhân lên của tế bào gây ra bởi Mầm bệnh. Mô phân sinh trên củ, ngọn, mắt, mầm và chùm hoa có thể bị nhiễm bệnh trong khi hệ thống rễ khoai tây dường như miễn nhiễm.

Các loại bệnh

Trong cáp S. nội sinh hơn 40 kiểu bệnh, được định nghĩa là các nhóm các chủng phân lập có phản ứng tương tự với một tập hợp các giống khoai tây khác biệt, được mô tả. Các kiểu bệnh 1 (D1), 2 (G1), 6 (O1) và 18 (T1) hiện được coi là phổ biến nhất. Tuy nhiên, với sự khác biệt hiện tại, sự đa dạng mầm bệnh khác phần lớn vẫn chưa được phát hiện.

Tương tác giữa mầm bệnh và vật chủ

Một hiệu ứng duy nhất đã được mô tả cho S. nội sinh (AvrSen1), được công nhận bởi sản phẩm gen kháng Sen1 của khoai tây. Đây cũng là tác nhân đầu tiên đã được mô tả ở Chytridiomycota, cho thấy rằng khả năng kháng phân chia của nấm này cũng phù hợp với khái niệm gen đối với gen. Mặc dù trong thập kỷ qua đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể trong việc lập bản đồ các locus kháng bệnh mụn cơm, nhưng không phải tất cả các kháng thuốc có trong mầm giống khoai tây đều có thể được xác định. Việc sử dụng các giống kháng bệnh đóng một vai trò thiết yếu trong việc quản lý dịch bệnh.

1 GIỚI THIỆU

Năm 1887, Giáo sư Károly Schilberszky của Đại học Budapest đã nhận được củ từ hai cánh đồng khoai tây ở Hornyán (nay là Horňany thuộc Cộng hòa Slovak) mà toàn bộ vụ thu hoạch bị ảnh hưởng bởi dị tật giống mụn cơm. Các nghiên cứu ban đầu không thành công, nhưng vào năm 1896, với những củ bị nhiễm bệnh mới, Schilberszky có thể đưa ra mô tả về tác nhân gây bệnh mụn cơm ở khoai tây: Synchytrium endobioticum (Schilberszky) Percival (Schilberszky, 1896, 1930). Hiện nay nấm Chytridiomycota (chytrid) sinh dưỡng bắt buộc được coi là một trong những loài gây hại kiểm dịch quan trọng nhất đối với khoai tây trồng trên toàn thế giới (Hampson, 1993; Obidiegwu và cộng sự, 2014), và được đưa vào danh sách Tác nhân Chọn của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) và Bộ Y tế và Dịch vụ Nhân sinh (HHS) (Ẩn danh, 2018).

Các nhà nghiên cứu nghiên cứu nấm vào thời kỳ sơ khai của bệnh lý thực vật phải dựa vào các đặc điểm hình thái và hình thái có thể được phân tích dưới kính hiển vi để phân loại, sinh học phát triển và sự tương tác của các loài với môi trường xung quanh. Trong trường hợp S. nội sinh, những quan sát bằng kính hiển vi có từ những năm 1920 vẫn nằm trong số những mô tả chính xác nhất hiện có. Trong những năm qua, một số tài liệu nghiên cứu đã xuất hiện giúp chúng ta hiểu biết thêm về sinh học (bộ gen) của mầm bệnh này và sự tương tác của nó với khoai tây. Trong bài tổng quan này, chúng tôi kết hợp kiến ​​thức từ nghiên cứu S. endobioticum ban đầu với nghiên cứu phân tử gần đây và đưa ra các đề xuất cho nghiên cứu trong tương lai nhằm cải thiện việc quản lý bệnh tật.

2 NGHIÊN CỨU VÀ THUẾ

Chytridiomycota, dòng nấm cơ bản mà S. endobioticum thuộc về, phát sinh từ 1000 đến 1600 triệu năm trước (Heckman và cộng sự, 2001) và được đặc trưng bởi các bào tử trùng roi di động (bào tử động vật) và không có sợi nấm hoặc sợi nấm. Chytrids sống trong môi trường nước và ẩm ướt trên cạn và là sinh vật hoại sinh sống tự do hoặc mầm bệnh cho thực vật và động vật (Barr, 2001; chim sẻ, 1960). Ban đầu, S nội sinh được xếp vào một chi mới được dựng lên theo thứ tự Chytridiales và được đặt tên là Chrysophylyctis endbiotica (Schilberszky, 1896). Dựa trên sự giống nhau về hình thái và tế bào học với các thành viên của chi đồng bộ, nó sau đó đã được đổi tên Synchytrium endobioticum (Curtis, 1921; Percival, 1910).

Chi đồng bộ, được xây dựng vào năm 1865 với mầm bệnh Synchytrium taraxaci sinh dưỡng bắt buộc trên cây bồ công anh như một loại loài, chứa khoảng 200 loài. Trước đây, tất cả đồng bộ spp. được cho là những loài ký sinh cho tảo, rêu, dương xỉ và thực vật có hoa (Karling, 1964). Quan điểm này đã thay đổi với mô tả gần đây về thành viên saprobic đầu tiên của chi, đó là, vi khuẩn Synchytrium JEL517, được phân lập từ một ao có tính axit ở Hancock County, Maine, Hoa Kỳ (Longcore et al., 2016). Các loài trong chi được gán cho một trong sáu chi phụ dựa trên các biến thể trong chu kỳ sống và các đặc điểm hình thái, và S. nội sinh ban đầu được đặt trong nhánh con , vì bào tử nghỉ ngơi được cho là trực tiếp làm phát sinh bào tử động vật. Tuy nhiên, công việc của Kole (1965), sau đó được xác nhận bởi Sharma và Cammack, Lange và Olson, và Hampson (Hampson, 1986; cải xoăn, 1965; Lange & Olson, 1981c; Sharma & Cammack, 1976), cung cấp bằng chứng cho thấy bào tử nghỉ có chức năng như một phôi bào, tức là một túi trong đó túi bào tử được hình thành. Những quan sát này dẫn đến việc chuyển S. nội sinh đến chi con vi đồng bộ.

Dựa trên các nghiên cứu về ánh sáng và kính hiển vi điện tử về cấu trúc siêu vi bào tử động vật, vị trí của chi đồng bộ theo thứ tự Chytridiales được hỏi (Barr, 1980; Lange & Olson, 1978a) và việc phân loại đơn hàng cần sửa đổi. Phát sinh loài phân tử của các loài chytrid dựa trên operon rDNA (18S, 28S và 5.8S) (James và cộng sự, 2006) cho thấy thứ tự Chytridiales là đa dạng, nhưng trình tự rDNA 18S không thể xác nhận hoặc bác bỏ đồng bộ trong đơn đặt hàng Chytridiales (Smith và cộng sự, 2014). Các loài thực vật gần đây dựa trên bộ gen ty thể và hạt nhân của các đại diện của Chytridiomycota ủng hộ mạnh mẽ việc chuyển chi đồng bộ theo thứ tự Synchytriales (van de Vossenberg và cộng sự, 2018, 2019c) (Nhân vật 1). Thiết lập một vị trí phân loại vững chắc là một cột mốc quan trọng vì nó cung cấp bối cảnh tiến hóa chính xác. Điều này đặc biệt liên quan đến S. nội sinh vì nó chỉ có liên quan xa với các mầm bệnh thực vật đã được nghiên cứu kỹ lưỡng ở Ascomycota và Basidiomycota, và do đó nhiều đặc điểm được cho là sẽ khác biệt hoặc tiến hóa độc lập với các loại nấm gây bệnh thực vật khác.

3 CHU KỲ SỐNG

Các loài Synchytrium thay đổi đáng kể về mức độ phức tạp trong chu kỳ sống của chúng, và S. nội sinh thuộc loài chu kỳ dài (Karling, 1964). Vòng đời của S. nội sinh đã được Curtis mô tả chi tiết (1921), và những quan sát của cô ấy ngày nay hầu như không bị phản đối (Hình 2). Trong thời kỳ nghỉ ngơi, trong khi mô ký chủ bị mụn cơm phân hủy và bào tử nghỉ được giải phóng trong đất, một lớp vách bên trong mới được hình thành bên trong bào tử nghỉ, hoạt động như một lớp vỏ. Khi nảy mầm, vách ngoài của bào tử bị vỡ ra và sorus mới hình thành (cũng là động bào tử) được giải phóng, sau đó làm phát sinh nhiều (200–300) bào tử động vật đơn bội đơn bội (Lange & Olson, 1981c). ). Túi bào tử động vật được giải phóng trên thành tế bào vật chủ trong vòng một giờ, sau đó nấm thallus (hoặc tế bào ban đầu, sensu Karling, một cái tên dùng để mô tả cấu trúc nấm khác biệt với sợi nấm) xâm nhập vào thành tế bào vật chủ để lại thành nang bên ngoài ô chủ (Weiss, 1925). Người ta không biết liệu nấm xâm nhập có được bao quanh bởi màng sinh chất của vật chủ, tương tự như haustoria ở nấm và oomycetes hay không (Szabo & Bushnell, 2001), hoặc nếu nó tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất của vật chủ. Một tế bào chủ có thể bị nhiễm bởi một hoặc nhiều bào tử động vật (Lange & Olson, 1981b). Nhân vật chủ mở rộng, trở nên có hình dạng bất thường, và thường được tìm thấy gần giống với nấm đá đang phát triển. 19211921) hoặc bào tử mùa hè. ). Curtis báo cáo rằng trong quá trình nguyên phân lặp đi lặp lại này, các nhiễm sắc thể năm phút có thể được quan sát thấy (Curtis, 1921). Ở giai đoạn này, có thể quan sát sự đổi màu nâu của mô ký chủ bằng kính hiển vi ánh sáng. Sự phát triển phì đại (mở rộng tế bào) được gây ra trong các tế bào xung quanh tế bào chủ bị nhiễm bệnh. Đồng thời, tăng sản (nhân lên tế bào) làm tăng số lượng mô phân sinh, làm tăng cơ hội tái nhiễm của vật chủ (Hampson, 1993). Tế bào vật chủ mở rộng sẽ mở ra và giải phóng các tế bào động vật riêng lẻ, sau đó giải phóng các bào tử động vật, không thể phân biệt được về mặt hình thái với các bào tử động vật xuất hiện từ các bào tử nghỉ. Các bào tử động vật này có thể tái nhiễm vào mô vật chủ và bắt đầu chu kỳ nhân lên vô tính một lần nữa. Ngoài ra, các bào tử động vật cũng có thể hoạt động như các đồng đẳng, hợp nhất để tạo thành hợp tử lưỡng bội lưỡng bội (sensu Curtis) có thể lây nhiễm cho vật chủ theo kiểu tương tự như các bào tử động vật đơn bội (Curtis, 1921). Tuy nhiên, thay vì hình thành bào tử mùa hè, tế bào vật chủ bị nhiễm hợp tử lại tạo ra bào tử nghỉ có vách dày. Bào tử nghỉ ngơi có đường kính 35–80 μm và có thể tồn tại và lây nhiễm trong đất ở độ sâu 50 cm trong nhiều thập kỷ (Przetakiewicz, 2015b). Thành ngoài dày của bào tử nghỉ được cấu tạo bởi phức hợp kitin-protein và bao gồm nguyên sinh chất đã chết của vật chủ và thành tế bào liên kết với thành nấm để tạo ra một cấu trúc tổng hợp vững chắc (Bal et al., 1981; Lange & Olson, 1981a). Ngay cả trong những điều kiện thuận lợi, chỉ có một tỷ lệ nhỏ (tối đa là 10%) bào tử nghỉ được kích thích nảy mầm (Kole, 1965). Tuy nhiên, những tỷ lệ phần trăm thấp này dường như mâu thuẫn với những phát hiện được báo cáo về việc giảm mức độ chất cấy hàng năm, từ 70% đến 99.5% trong quá trình canh tác các loài nonhost (Baayen và cộng sự, 2005). Trong khi sự nhiễm trùng với bào tử động vật gây ra sự phát triển phì đại và tăng sản ở vật chủ, thì điều này không xảy ra đối với các tế bào vật chủ bị nhiễm hợp tử (Karling, 1964).

Curtis đã mô tả sự xuất hiện của karyogamy sau khi hợp nhất các isogamete và phân chia meiotic trước khi nghỉ ngơi nảy mầm của bào tử, nhưng điều này vẫn còn là một chủ đề tranh luận (Karling, 1964). Vẫn chưa rõ liệu phần này của S. nội sinh vòng đời liên quan đến một chu kỳ sinh dục hoặc vô tính. Trong cả hai trường hợp, các đồng phân hợp nhất (plasmogamy) sau đó các nhân hợp nhất (karyogamy) để tạo thành nhân lưỡng bội. Trong đó chu kỳ hữu tính được phối hợp nhiều và liên quan đến sự phân chia cộng sinh, các chu kỳ vô tính tạo ra các giao tử thông qua nguyên phân mà sự tái tổ hợp được giới hạn ở việc thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể do kết quả của quá trình đơn bội (Sidhu, 1983). Các nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử đã không thể cung cấp mô tả siêu cấu trúc của sự dung hợp giao tử hoặc sự phân chia cộng sinh (Lange & Olson, 1981b). Các gen meiosis lõi đã được xác định trong S. nội sinh, nhưng do sự hiện diện và thiếu vắng một số gen và sự vắng mặt của các gen kiểu giao phối trong phân tích bộ gen so sánh của các loài chytrid (van de Vossenberg và cộng sự, 2019c), 3a câu trả lời kết luận về khả năng S. nội sinh để trải qua một chu kỳ tình dục vẫn còn khó nắm bắt, nhưng điều quan trọng là phải hiểu di truyền và chọn lọc quần thể.

S. nội sinh có lối sống sinh dưỡng bắt buộc nghiêm ngặt và quá trình đồng tiến hóa kéo dài với vật chủ có thể làm mất các gen thiết yếu từ bộ gen của nó, dẫn đến sự phụ thuộc vào vật chủ. Các gen trong các con đường thiết yếu, bao gồm cả để tổng hợp GTP, được tìm thấy là không có trong S. nội sinh bộ gen (van de Vossenberg và cộng sự, 2019c). Mất các gen như vậy đánh dấu mối quan hệ chặt chẽ giữa mầm bệnh và vật chủ của nó và có thể giải thích cho lối sống sinh dưỡng bắt buộc.

4 TRIỆU CHỨNG BỆNH VÀ CÂY TRỒNG

Trong khi đó vật chủ thường không bị ảnh hưởng nghiêm trọng do nhiễm đồng bộ spp., đây không phải là trường hợp S. nội sinh trên khoai tây ký chủ chính của nó (Karling, 1964). Các triệu chứng bệnh trên củ khoai tây được đặc trưng bởi các dị tật giống như bông súp lơ là kết quả của sự phì đại và tăng sản tế bào do mầm bệnh gây ra. Mô phân sinh trên củ, ngọn, mắt, mầm và chùm hoa có thể bị nhiễm bệnh trong khi hệ thống rễ khoai tây dường như không nhạy cảm (Karling, 1964; Weiss, 1925).

Các mụn cóc hình thành trên các bộ phận của cây dưới mặt đất là những vết lồi lõm. Ngược lại, các dị tật trên các bộ phận thực vật bị ảnh hưởng trên mặt đất dường như tuân theo hình thái của cơ quan thực vật bị nhiễm bệnh (Hình . 3). Hai loại triệu chứng chính có thể được phân biệt trên các bộ phận của cây bị nhiễm bệnh trên mặt đất, đó là dị dạng lá và dị dạng chồi. Sự phát triển bình thường dường như bị dừng lại trong trường hợp dị dạng lá, trong khi nó ít nhiều tiếp tục trong trường hợp dị dạng chồi. Ngoài ra, sự hình thành rễ trên không được quan sát thấy sau khi chồi bị nhiễm bệnh, điều này có thể cho thấy sự thay đổi trong quá trình vận chuyển auxin (van de Vossenberg và cộng sự, 2019b). Nhiều tác nhân gây bệnh thực vật tổng hợp các hormone thực vật, độc tố và các chất tác động để điều khiển quá trình trao đổi nội tiết tố và tạo điều kiện cho sự lây nhiễm (Ma & Ma, 2016). Các gen S. endobioticum liên quan đến sự phá vỡ hệ thống phytohormone, dẫn đến việc kích thích sự phát triển phì đại và tăng sản, vẫn chưa được xác định. Các báo cáo đầu tiên về proteomics so sánh và transcriptomics giữa các mô bị mụn và chưa được nặn đã xuất hiện (Li et al., 2021; Szajko và cộng sự, 2019), nhưng cần có nghiên cứu bổ sung để hiểu cách mầm bệnh thao túng vật chủ của nó và những con đường và gen nào có liên quan.

Máy chủ có thể bị nhiễm S. nội sinh không bị giới hạn đối với các kiểu gen Solanum tuberosum nhạy cảm. Các loài đơn độc khác như cà gai leo lycopersicum (cà chua), solanum nighthade (vừa đắng vừa ngọt), cà gai leo (bóng đêm đen), Solanum nodiflorum (đồng bộ solanum americanum, American nighthade), Cà gai leo pseudocapsicum (Anh đào Jerusalem), Solanum Villosum (chụp đêm có lông), Kim loại cà độc dược var. fastuosa (kèn của thiên thần), Nicandra vật lý (apple-of-Peru), và Physalis francetii (Đèn lồng Trung Quốc) đã được báo cáo là vật chủ thay thế trong các điều kiện thử nghiệm (Bông, 1916; Hampton, 1976). Ở hầu hết các vật chủ thay thế này, rất ít hoặc không quan sát thấy hiện tượng phì đại, nhưng các bào tử nghỉ ngơi mới hình thành của S. endobioticum được tìm thấy có mặt trong mô bị nhiễm.

Điều thú vị là hệ thống rễ của khoai tây không bị ảnh hưởng bởi mầm bệnh, trong khi rễ được ký sinh ở cà chua (Hampson & Haard, 1980). Hampton (1976) đã thử nghiệm phản ứng của 123 giống cà chua với S. endobioticum bệnh loại 2 (G1) và 8 (F1) và tất cả các tổ hợp thử nghiệm đều dẫn đến lây nhiễm vật chủ (Hampson, 1976, 1979b). Sự xuất hiện của S. nội sinh về các loài cây đơn độc hoang dã đã được báo cáo từ Mexico, nhưng báo cáo này chưa được chính quyền Mexico xác nhận (Obidiegwu et al., 2014).

5 QUẢN LÝ PHÂN BIỆT, TRANH CHẤP VÀ BỆNH

Phân phối 5.1

Hiện nay, S. nội sinh đã được ghi nhận ở tất cả các châu lục nơi trồng khoai tây (EPPO, 2018). Bệnh mụn cơm khoai tây được cho là bắt nguồn từ vùng Andean, nơi nó cùng phát triển với các vật chủ đơn độc của nó (Przetakiewicz, 2008). Căn bệnh này rất có thể đã xuất hiện ở Châu Âu sau nạn đói khoai tây lớn (1845–1849) gây ra bởi Phytophthora infestans, khi người trồng cần khoai tây giống mới (Hampson, 1993). Dựa trên những mô tả trong các báo cáo phi khoa học, bệnh mụn cơm có khả năng xuất hiện sớm nhất là vào năm 1876 (Gough, 1919). Hampson coi sự lây lan từ Vương quốc Anh đến lục địa Châu Âu, Canada, và (qua Ireland) Nam Phi và New Zealand là kịch bản có khả năng xảy ra nhất (Hampson, 1993). Trong những thập kỷ sau khi mô tả về mầm bệnh, các báo cáo dịch bệnh đến từ các quốc gia khác nhau mô tả sự xuất hiện đầu tiên của bệnh mụn cơm ở khoai tây trên lãnh thổ của họ, ví dụ như Đức (1908), Ireland (1908), Canada (1909), Thụy Điển (1912) , Hà Lan (1915), Cộng hòa Séc (1915) và Ba Lan (1917) (Baayen et al., 2006; EPPO, 2018; khó khăn, 1919; Hampton, 1993; Obidiegwu và cộng sự, 2014). Năm 1952, bệnh mụn cơm ở khoai tây được đưa vào Ấn Độ từ khoai tây giống Đan Mạch (Phadtare et al., 1990).

Cả hai cuộc chiến tranh thế giới đều đóng một vai trò trong việc lây lan dịch bệnh trên khắp lục địa Châu Âu. Vào cuối Chiến tranh thế giới thứ nhất, tình trạng thiếu khoai tây giống và khoai tây giống, và khoai tây từ các khu vực bị nhiễm bệnh ở Anh đã được sử dụng làm giống ở các huyện chưa bị dịch bệnh tác động (Gough, 1919). Tương tự, bệnh mụn cơm ở khoai tây được cho là du nhập vào Liên bang Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô Viết (USSR) trước đây với sự di chuyển của quân đội Đức khi Chiến tranh thế giới thứ hai bắt đầu (Hampson, 1979a). Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, buôn bán khoai tây giống bị nhiễm bệnh thường được cho là nguyên nhân lây lan sang các nước khác. Gần đây hơn, căn bệnh này đã được báo cáo lần đầu tiên ở Thổ Nhĩ Kỳ (2003) (Çakır, 2005), Bulgaria (2004) (Dimitrova và cộng sự, 2011), và Georgia (2009) (Gorgiladze và cộng sự, 2014). Ngoài ra, gần đây căn bệnh này bùng phát trở lại ở Đan Mạch (2014), nơi nó được cho là đã được xóa sổ từ năm 1989 (Anonymous, 2014).

5.2 Quản lý dịch bệnh

Các quốc gia trên toàn thế giới đã triển khai các hệ thống kiểm soát để ngăn chặn việc giới thiệu và lây lan S. nội sinh trong luật pháp quốc gia hoặc khu vực. Hướng dẫn cho các hệ thống kiểm soát quy định quốc gia để giám sát, ngăn chặn và ngăn chặn S. nội sinh được cung cấp bởi Tổ chức Bảo vệ Thực vật Châu Âu và Địa Trung Hải (EPPO) trong tiêu chuẩn PM9/005, mô tả (a) các yếu tố của chương trình giám sát cần được thực hiện để phát hiện sự xâm nhiễm mới hoặc khoanh vùng khu vực bị xâm nhiễm; (b) các biện pháp nhằm ngăn chặn dịch hại tại nơi phát hiện; và (c) các biện pháp để khống chế dịch hại nhằm ngăn ngừa sự lây lan thêm trong một quốc gia hoặc sang các nước láng giềng (EPPO, 2017bTóm lại, những cánh đồng có mầm bệnh sẽ được đặt dưới sự kiểm soát chính thức (tức là “được lên kế hoạch”). Không được phép sản xuất khoai tây hoặc sản xuất cây giống để trồng trong thời hạn 20 năm. Một vùng an toàn, hay vùng đệm, được thiết lập và chỉ cho phép trồng các giống khoai tây kháng bệnh trong các khu vực này.EPPO, 2017a, 2017b). Một thửa đất có thể được hủy bỏ một phần kế hoạch canh tác sau một thời gian ngắn hơn (ít nhất 10 năm) để có thể trồng các giống khoai tây thương phẩm kháng lại (các) loại mầm bệnh có trong thửa đất bị nhiễm bệnh.EPPO, 2017a).

Để giảm thiểu hoặc loại trừ mầm bệnh từ đất bị ô nhiễm, một số lượng ấn tượng hơn 600 phương pháp điều trị khác nhau, bao gồm áp dụng hơn 120 chất kiểm soát, đã được thử nghiệm cho đến những năm 1960 (Hampson, 1988). Những phương pháp điều trị này không thành công trong hầu hết các trường hợp, và nếu chúng thành công trong việc tiêu diệt mầm bệnh, thì các chất kiểm soát được sử dụng rất độc hại đến mức làm cho đất đã qua xử lý trở nên cằn cỗi. Việc sử dụng vỏ cua nghiền đã được chứng minh là có tác dụng ngăn chặn bệnh mụn cơm ở những ruộng bị nhiễm bệnh (Hampson & Coombes, 1995), và luân canh cây trồng và xen canh khoai tây với các cây trồng khác như ngô đã được báo cáo là làm giảm số lượng bào tử còn tồn tại trong đất (Obidiegwu et al., 2014). Việc nghiên cứu các biện pháp xử lý hóa học phần lớn đã bị bỏ rơi từ những năm 1960 vì các biện pháp kiểm dịch thực vật và việc sử dụng các giống kháng đã được chứng minh là có thể giảm thiểu hiệu quả sự lây lan của dịch bệnh.

Bông (1916) giả thuyết rằng các vật chủ thay thế, thường được tìm thấy trong và giáp ranh với các ruộng khoai tây, có thể hoạt động như ổ chứa bệnh và do đó thúc đẩy sự tồn tại của mầm bệnh khi chỉ trồng các giống khoai tây kháng thuốc (Bông, 1916; Hampton, 1979b). Vai trò của các vật chủ thay thế để hoạt động như các hồ chứa cho S. nội sinh và tiềm năng của chúng trong việc kéo dài tuổi thọ của mầm bệnh trong điều kiện thực địa vẫn chưa được nghiên cứu và khuyến nghị nên lấp đầy khoảng trống kiến ​​thức này. Người ta đã quan sát thấy rằng sự hiện diện của các loài không phải máy chủ, cà gai leo, và các giống khoai tây kháng bệnh trên các mảnh đất bị nhiễm bệnh không dẫn đến sự tích tụ mầm bệnh (Baayen và cộng sự, 2005).

5.3 Phát tán và theo dõi sự lây lan mầm bệnh

Mặc dù mầm bệnh thường bị hạn chế trong các bộ phận bị nhiễm bệnh của các cánh đồng, nhưng vẫn có thể phát tán tại chỗ và đường dài. Sự lây lan của bệnh do hoạt động của con người đã được công nhận từ rất sớm, và sự di chuyển của hạt giống khoai tây bị nhiễm bệnh, đất và phân chuồng được coi là có đóng góp lớn nhất vào việc lây lan mầm bệnh tại địa phương và đường dài (Gough, 1919). Các bào tử động vật không đóng một vai trò nào trong việc phổ biến trong một khoảng cách dài vì chúng được báo cáo là chủ động di cư chỉ trong khoảng cách nhỏ lên đến 5 cm (Franc, 2007). Hơn nữa, bào tử động vật tồn tại trong thời gian ngắn, điều này sẽ hạn chế hơn nữa vai trò của chúng trong việc phát tán tầm xa. Ngược lại, bào tử nghỉ đã được báo cáo là được vận chuyển theo dòng nước (Weiss, 1925) và gió (Hampson, 1996; Jösting, 1909), tính đến sự phân tán trên khoảng cách lớn hơn. Các khu vực sàn của ô tô, xe tải và xe tải đang được vận hành ở Newfoundland (Canada), nơi mầm bệnh lan rộng, đã được chứng minh là có chứa các bào tử nghỉ lây nhiễm (Hampson & Wood, 1997; Hampson và cộng sự, 1996). Khác vector để vận chuyển đường dài là các bào tử nằm yên trong các mụn cóc khó thấy, khi các củ này được sử dụng làm hạt giống hoặc được chế biến công nghiệp (Hampson, 1993Cuối cùng, chất thải hữu cơ từ quá trình chế biến cần được xử lý khử trùng trước khi có thể sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp, làm vườn hoặc trong các khu vườn tư nhân, ví dụ như bằng phương pháp ủ phân hoặc tiệt trùng.EPPO, 2008). Mặc dù các kỹ thuật này đã được chứng minh là có hiệu quả đối với các loài gây hại thực vật như tuyến trùng nang khoai tây, nhưng chúng hầu như không ảnh hưởng đến các bào tử còn lại của S. nội sinh (Steinmöller và cộng sự, 2012Hơn nữa, việc ủ phân từ vật liệu khoai tây bị nhiễm bệnh là một phần của quá trình chuẩn bị mầm bệnh cho các thí nghiệm Spieckermann (EPPO, 2004). Độ tin cậy và khả năng tái tạo của việc phát hiện mầm bệnh trong vật liệu và đất đã tăng lên khi mô tả các xét nghiệm PCR thời gian thực dựa trên ITS1, ITS2 và tiểu đơn vị ribosom nhỏ 18S, giúp tăng độ nhạy để phát hiện bào tử trong đất và các chất nền khác ( van Gent-Pelzer và cộng sự, 2010; Smith và cộng sự, 2009). Các xét nghiệm phân tử bổ sung cho phép phát hiện cụ thể các bào tử còn sống sẽ tăng cường hơn nữa việc áp dụng các phương pháp phân tử. Ví dụ, phát hiện mầm bệnh sớm kết hợp với theo dõi và truy tìm bằng cách sử dụng đa dạng phân tử sẽ cho phép các cơ quan quản lý thực hiện các biện pháp dựa trên rủi ro và xác định nguồn gốc tiềm ẩn và xác định hoặc loại bỏ các nguồn bùng phát tiềm ẩn. Các mô hình dịch tễ học có thể được sử dụng trong đánh giá rủi ro và dự đoán sự lây lan mầm bệnh trong tương lai để ưu tiên các khu vực cho các cuộc điều tra KDTV, như đã được chứng minh trong một nghiên cứu điển hình cho cộng hòa Georgia (Andersen Onofre et al., 2021).

6 TƯƠNG TÁC TRÊN ĐỊA NGỤC – HOST

Bộ gen của thực vật và các vi sinh vật nhằm mục đích xâm chiếm chúng được định hình bởi quá trình đồng tiến hóa hàng triệu năm (Carella et al., 2018). Một mô hình của phân tử S. nội sinh–tương tác khoai tây (Hình 4) có thể được phác thảo bằng cách kết hợp những hiểu biết sâu sắc dựa trên các nghiên cứu về kính hiển vi ánh sáng và kính hiển vi điện tử về sự tương tác (Cartwright, 1926; Curtis, 1921; Hampton, 1986; Lange & Olson, 1978b, 1981a, 1981b, 1981c), kiến ​​thức chung về tương tác giữa cây nấm và mầm bệnh (được xem xét trong Carella và cộng sự, 2018; Lo Presti và cộng sự, 2015; Selin và cộng sự, 2016; de Wit và cộng sự, 2009), và các nghiên cứu bộ gen gần đây (van de Vossenberg và cộng sự, 2019a, 2019c).

6.1 Xâm nhập máy chủ

Sau khi được giải phóng khỏi bào tử mùa hè hoặc bào tử nghỉ, bào tử động vật của S. nội sinh phải xác định và di chuyển đến một tế bào chủ thích hợp, trên đó chúng đóng băng trước khi thâm nhập. Các bào tử động vật của nấm gây bệnh thực vật và tế bào trứng được biết là chỉ đạo chuyển động của chúng bằng cách phản ứng với các kích thích bên ngoài (Islam & Tahara, 2001). Trong bài đánh giá của họ, Obidiegwu et al. (2014) đề cập đến nghiên cứu được thực hiện bởi Esmarch (1924–1928) về phản ứng của S. nội sinh động bào tử đối với các kích thích hóa học của vật chủ. Thật không may, chúng tôi không thể lấy thêm thông tin về bản chất và tác động của những kích thích này. Từ việc phân tích bộ gen của các chytrid gây bệnh S. nội sinh và Batrachochytrium dendrobatidis, sự mở rộng của các gen liên quan đến điều hòa hóa học đã được quan sát thấy so với các loài chytrid saprobic. Ngoài ra, các gen liên quan đến con đường truyền tín hiệu thụ thể kết hợp với protein G được tìm thấy đã được làm giàu trong S. nội sinh liên quan đến chín loài chytrid khác (van de Vossenberg và cộng sự, 2019c). Các thụ thể kết hợp với protein G liên kết màng cảm nhận các tín hiệu môi trường (Xue và cộng sự, 2008), và trong trường hợp của S. nội sinh chúng có thể tham gia vào việc cảm nhận các tín hiệu có nguồn gốc từ máy chủ cụ thể.

Khi cố gắng bao vây tế bào chủ trước khi xâm nhập, động vật có vú xâm nhập phải trốn tránh và / hoặc ngăn chặn hệ thống miễn dịch bẩm sinh của thực vật. Các thụ thể nhận dạng mô hình liên kết màng thực vật (PRR) kích hoạt hệ thống miễn dịch khi nhận biết các mô hình phân tử liên quan đến mầm bệnh được bảo tồn (PAMP). Phản ứng phòng vệ được kích hoạt bởi PRR được gọi là miễn dịch do PAMP kích hoạt (PTI), và dẫn đến các điều chỉnh hóa học và vật lý để ngăn chặn sự gia tăng mầm bệnh. Những phản ứng như vậy bao gồm sản xuất các loại oxy phản ứng, thay đổi nhanh chóng trong quá trình sinh tổng hợp hormone và củng cố thành tế bào bằng cách lắng đọng callose (Toruño et al., 2016). PTI được coi là có hiệu quả chống lại các vi khuẩn không bị tấn công và thường được coi là lớp đầu tiên của hệ thống bảo vệ thực vật (Lo Presti và cộng sự, 2015; Zipfel, 2008). Các sản phẩm phân hủy của kitin, một thành phần vách tế bào không hòa tan của nấm cũng có trong S. nội sinh, hoạt động như PAMP. Nấm cần tiết ra các protein hiệu ứng che lấp các oligome chitin hoặc ngăn chặn phản ứng miễn dịch của vật chủ tiếp theo. Ở thực vật, một số thụ thể chitin liên kết màng đã được xác định rằng tất cả đều chứa các vùng LysM ngoại bào (Kombrink và cộng sự, 2011). Ở nấm, các tác nhân gây hiệu ứng LysM đã được báo cáo can thiệp bằng cách liên kết với chitin và do đó ngăn chặn các phản ứng miễn dịch do chitin kích hoạt (Bolton và cộng sự, 2008). Trong S. nội sinh, Các protein chứa LysM được tìm thấy được làm giàu so với tất cả chín loài chytrid không gây bệnh được phân tích (van de Vossenberg và cộng sự, 2019c). Các protein chứa LysM này có thể có một chức năng trong việc can thiệp vào khả năng miễn dịch do chitin kích hoạt hoặc bảo vệ chống lại chitinase, hoặc hoạt động như độc tố giết người để chống lại các loại nấm cạnh tranh (Tzelepis & Karlsson, 2019).

Hệ thống miễn dịch bẩm sinh của thực vật không chỉ được kích hoạt bởi các PAMP được bảo tồn. Một số sản phẩm phân hủy thành tế bào thực vật được phân loại là dạng phân tử liên quan đến tổn thương (DAMP) và có thể dẫn đến miễn dịch do DAMP kích hoạt (DTI) (Gust et al., 2017). Giảm hàm lượng enzym phân hủy thành tế bào (CWDE) trước đây đã được tìm thấy trong mầm bệnh giống như tàng hình Zymoseptoria tritici (Goodwin và cộng sự, 2011) và nấm sinh dưỡng và cộng sinh Lacaria nhị sắc (Martin và cộng sự, 2008). Trong các hệ thống vi sinh thực vật này, người ta đã giả thuyết rằng việc giảm thiểu số lượng CWDE có thể ngăn chặn DTI (Choi & Klessig, 2016). Có liên quan đến loài chị em saprobic của nó vi khuẩn S. microbalum, S. nội sinh có một nhóm CWDE giảm và có khả năng là S. nội sinh sử dụng một chiến lược giống như tàng hình để tránh bị phát hiện và thiết lập lối sống sinh dưỡng của nó (van de Vossenberg và cộng sự, 2019c).

6.2 Bên trong tế bào chất của vật chủ

Hiện tại người ta vẫn chưa biết làm thế nào các tác nhân ảnh hưởng đến được tế bào chất của vật chủ. Cần nghiên cứu thêm để xác định xem có tồn tại cơ chế hấp thu hay không, như đã được mô tả đối với các mầm bệnh nấm và oomycete khác. Nhưng sau khi xâm nhập vào vật chủ, nấm thallus có thể tiết ra trực tiếp các protein hiệu ứng vào tế bào vật chủ để điều khiển quá trình trao đổi chất, dẫn đến phì đại và tăng sản mô khoai tây. Trái ngược với các PAMP được bảo tồn cao và các mẫu phân tử liên kết với vi khuẩn, các chất tác động rất đa dạng, thường được chuyên biệt hóa đối với một vật chủ cụ thể và đặc trưng cho loài hoặc thậm chí là dòng cụ thể. Các tác nhân gây hiệu ứng phức tạp của nấm gây bệnh thực vật được cho là ảnh hưởng đến lối sống của nấm và sự chuyên biệt của vật chủ (Lo Presti và cộng sự, 2015). Thực vật đã phản ứng với sự ức chế PTI do tác động gây ra bằng cách phát triển các protein kháng đặc hiệu cao (R). Các thụ thể nội bào này thuộc về siêu họ liên kết nucleotide và vùng lặp lại giàu leucine được bảo tồn (NLR), và có thể tương tác trực tiếp với các tác nhân gây bệnh hoặc gián tiếp liên quan đến các mục tiêu tác động hoặc mô phỏng cấu trúc của các mục tiêu đó (Jones và cộng sự, 2016; Lo Presti và cộng sự, 2015Khi các protein R tương ứng nhận diện các protein gây bệnh, lớp thứ hai của hệ thống phòng vệ thực vật, được gọi là miễn dịch kích hoạt bởi protein gây bệnh (ETI), sẽ được kích hoạt. Tác dụng của ETI là sự cảm ứng các gen liên quan đến bệnh lý và phản ứng quá mẫn cục bộ (HR), biểu hiện bằng sự chết tế bào cục bộ tại vị trí nhiễm bệnh. Các protein gây bệnh được nhận diện bởi protein R được gọi là không gây bệnh (avirulence).AVR) protein. Đối với S. nội sinh, chỉ có một tác nhân duy nhất được mô tả cho đến nay, AvrSen1 (van de Vossenberg và cộng sự, 2019a), phù hợp với khoai tây Sen1 R gen. Đây cũng là tác nhân đầu tiên được mô tả ở Chytridiomycota, điều này cho thấy rằng trong sự phân chia này tính kháng nấm cũng phù hợp với khái niệm gen đối với gen. Các quan sát bằng kính hiển vi cho thấy bào tử động vật xâm nhập vào các giống cây kháng bệnh và cây mẫn cảm tốt như nhau (Cartwright, 1926), do đó, không có sự phân biệt giữa các loại bệnh khác nhau được mong đợi trong kho tác dụng được sử dụng để ngăn chặn miễn dịch do PAMP kích hoạt trong giai đoạn ngoại bào. Tuy nhiên, trong một tương tác không tương thích (ví dụ: AvrSen1 – Sen1), mầm bệnh sẽ chết trong vài giờ sau khi xâm nhập vào vật chủ do kết quả của những gì được mô tả là hoại tử phòng thủ do mầm bệnh gây ra (Cartwright, 1926; Karling, 1964). Hiệu ứng AvrSen1 được cho là sẽ được nhận biết trong tế bào, vì nó kích hoạt HR khi biểu hiện trong tế bào chất của thực vật. Điều này tương ứng với bản địa hóa nội bào của các Sin1 sản phẩm gen, có sự tương đồng với các thụ thể TNL (Prodhomme, 2020).

6.3 Sự phát triển của nỗ lực

Vì ETI là cơ chế chính để kháng bệnh mụn cơm, nên nó đòi hỏi kiến ​​thức về thành phần tác động và sự phân bố trong S quần thể endobioticum, được minh họa bằng sự nhân bản của AvrSen1. Các phân lập Pathotype 1 (D1) được xác định bởi tính ưa thích của chúng trên các cây Sen1. Sự phân biệt này được sử dụng để xác định AvrSen1, được cho là có mặt trong các chủng phân lập kiểu bệnh 1 (D1) nhưng (về mặt chức năng) không có trong "kiểu bệnh cao hơn" (xem phần 7). Năm biến thể AvrSen1 khác nhau đã được tìm thấy ở các kiểu bệnh cao hơn không thể kích hoạt HR ở cây Sen1. Điều này đã cho thấy rằng AvrSen1 đột biến nhiều lần trong quá trình tiến hóa, có lẽ để tránh bị Sen1 phát hiện (van de Vossenberg và cộng sự, 2019a). Trong một số quần thể kiểu bệnh cao hơn, vượt qua được sức đề kháng của Sen1, chức năng AvrSen1 cũng được tìm thấy ở tần số rất thấp bên cạnh các biến thể (van de Vossenberg và cộng sự, 2019a). Rõ ràng, AvrSen1 được duy trì ở mức thấp trong quần thể nấm độc lực, điều này có thể gợi ý một sự chọn lọc cân bằng trong đó AvrSen1 có chức năng về độc lực. Tuy nhiên, chức năng độc lực được đề xuất như vậy không cần thiết trong các chu kỳ nhân giống lặp lại trên Sin1 thực vật thông qua bào tử mùa hè (ví dụ, thử nghiệm Glynne – Lemmerzahl), khiến AvrSen1 trở nên không thể phát hiện được trong quần thể. Đối với nhiều tác nhân gây nấm khác (Lo Presti và cộng sự, 2015), AvrSen1 thiếu các miền chức năng đã xác định hoặc một chức năng được dự đoán. Sự vắng mặt của các tín hiệu địa hóa hạt nhân, ti thể hoặc lục lạp gợi ý một mục tiêu tế bào chất. Trong chủng bệnh Canada 6 (O1) phân lập LEV6574, gen AvrSen1 bị cắt ngắn được biểu hiện trên cơ thể sống (van de Vossenberg và cộng sự, 2019c). Chức năng và tầm quan trọng của AvrSen1 trong quá trình lây nhiễm vẫn chưa được biết. Mặc dù các tác nhân gây hiệu ứng nấm thường được coi là không thể thiếu do dư thừa chức năng, sự cân bằng giữa nhu cầu duy trì một tác nhân hiệu ứng vì nó có vai trò đối với độc lực và nhu cầu tránh sự công nhận của cây chủ có khả năng tồn tại (Sharpee & Trưởng khoa, 2016). Liệu các protein bị cắt ngắn có thể hoạt động như các chất tương đồng chức năng hay không và liệu các chất tương đồng chức năng khác có ở các kiểu bệnh cao hơn hay không là những câu hỏi vẫn cần được giải quyết.

6.4 Lai tạo các giống khoai tây kháng bệnh mới

Các giống khoai tây kháng bệnh mụn cơm ở khoai tây đã được báo cáo sớm nhất là vào năm 1909, và đến năm 1919 các thử nghiệm về khả năng miễn dịch được thực hiện ở Anh, Đức và Mỹ đã dẫn đến việc công bố danh sách với 64 giống khoai tây có khả năng kháng bệnh (Gough, 1919). Điều thú vị là khả năng kháng bệnh mụn cơm ở khoai tây là một trong những đặc điểm đầu tiên ở thực vật được nghiên cứu về sự di truyền Mendelian (Salaman & Lesley, 1923). Nhân giống cổ điển để kháng bệnh đã bắt đầu cách đây khoảng một thế kỷ và đã rất thành công trong việc chọn ra các giống kháng bệnh. Việc sử dụng các giống kháng bệnh và các biện pháp kiểm dịch thực vật nghiêm ngặt đã thành công đến mức việc nhân giống khoai tây kháng bệnh mụn cơm bị mất ưu tiên cho đến khi phát hiện ra các loại mầm bệnh mới gây bệnh cho các giống đã kháng trước đó (Obidiegwu et al., 2015). Sự phá vỡ sức đề kháng này đã phân biệt kiểu bệnh 1 (D1) với các kiểu bệnh cao hơn. Có thể phân biệt một số nguồn thông tin về khả năng kháng bệnh của mụn cơm và phân tích định lượng locus đề kháng (QRL) đã xác định được các vùng gen cung cấp khả năng chống lại (sự kết hợp của) các loại bệnh có tầm quan trọng lớn trên mọi nhiễm sắc thể (Obidiegwu et al., 2015; Prodhomme và cộng sự, 2020a). Trong các nghiên cứu lập bản đồ này, có thể phân biệt các QRL ảnh hưởng lớn và nhỏ. Do đó, một hệ thống đặt tên riêng biệt cho các QRL ảnh hưởng chính và phụ đã được thiết lập. Các QRL chính được gọi là gen Sen (từ S nội sinh), theo sau là một số thứ tự.

Gien R chính chịu trách nhiệm kháng bệnh kiểu 1 (D1) được đặt tên là Sin1 và Hehl và cộng sự. ánh xạ nó vào đầu xa của nhánh trên của nhiễm sắc thể 11 (Hehl và cộng sự, 1999). Các phân tích chức năng và ánh xạ tốt hơn cho thấy rằng Sin1 mã hóa một thụ thể miễn dịch kiểu TNL (Prodhomme et al., 2020a). Sin1 gen phổ biến rộng rãi trong mầm nhân giống khoai tây (Prodhomme et al., 2020a, 2020b) và đã có mặt trong các giống cũ như Pink Fir Apple (1850), Champion (1876) và Belle de Fontenay (1885), điều này cho thấy Sin1 đã có mặt trong vật liệu chăn nuôi ở châu Âu trước khi xuất hiện lần đầu tiên S. nội sinh ở Châu Âu (Prodhomme và cộng sự, 2020b). Sin1, mặc dù là nguồn kháng bệnh kiểu 1 (D1) chính, không giải thích được tất cả sự kháng thuốc kiểu 1 (D1) có trong vật liệu nhân giống khoai tây. Một gen trội độc lập thứ hai cho khả năng kháng bệnh kiểu 1 (D1) (Sen1-4), được lập bản đồ di truyền đến nhánh dài của nhiễm sắc thể số 4, được xác định bởi Brugmans et al. (2006). Sự phân bố của gen này trong vật liệu nhân giống không được nghiên cứu một cách công phu và người ta không biết liệu nó có phải là nguồn quan trọng kháng lại kiểu bệnh 1 (D1) hay bất kỳ kiểu bệnh nào khác hay không.

Khả năng kháng các loại bệnh cao hơn được quan sát thấy ít thường xuyên hơn trong các mầm giống khoai tây và việc xác định các locus cung cấp khả năng kháng một hoặc một số loại bệnh này là rất quan trọng để phát triển các giống kháng mới. Sin2 cung cấp sức đề kháng rộng rãi đối với các loại bệnh 1 (D1), 2 (Ch1), 2 (G1), 3 (M1), 6 (O1), 8 (F1), 18 (T1) và 39 (P1) và đã được lập bản đồ nhiễm sắc thể 11, cách xa khoảng 32 Mb so với Sin1 locus (Plich và cộng sự, 2018). Sin2 được xác định trong một lai phức tạp giữa khoai tây lưỡng bội với nhiều nguồn gốc từ các loài hoang dã và có lẽ chưa được lai tạo trong các giống thương mại (Prodhomme et al., 2020a). Sin3 cũng cung cấp khả năng đề kháng rộng rãi đối với các loại bệnh 1 (D1), 2 (G1), 6 (O1) và 18 (T1) và cư trú tại cùng vị trí như Sin1, trên cánh tay trên của nhiễm sắc thể số 11 (Bartkiewicz và cộng sự, 2018; Obidiegwu và cộng sự, 2015; Prodhomme và cộng sự, 2019). Gen này chủ yếu được tìm thấy trong các giống khoai tây của Đức và Ba Lan có nguồn gốc từ dòng vô tính khoai tây BRA9089, nhà tài trợ duy nhất giả định của Sin3 trong các giống thương mại (Prodhomme et al., 2019, 2020a). Sin4 cung cấp khả năng chống lại các loại bệnh 2 (G1), 6 (O1) và 18 (T1) và đã được ánh xạ vào nhánh dài của nhiễm sắc thể 12. Sin4 chủ yếu được tìm thấy trong các giống tinh bột Hà Lan có nguồn gốc từ dòng giống AM78-3704. Ngoài, Sin4 được tìm thấy trong giống Panda của Đức nhưng có thể từ một nguồn khác với nguyên liệu của Hà Lan (Prodhomme et al., 2020a). Hiện tại, Sin5 là rất hiếm trong nguyên liệu nhân giống khoai tây, chỉ được xác định trong ba giống tinh bột Hà Lan thương mại cho đến nay. Sin5 có thể được bắt nguồn từ tổ tiên chung VE71-105 và có lẽ đã được xâm nhập vào trong việc nhân giống các mầm từ Cà gai leo (Prodhomme và cộng sự, 2020a).

Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong thập kỷ qua trong việc lập bản đồ các locus kháng bệnh mụn cóc, nhưng không phải tất cả các gen kháng bệnh có trong nguồn gen giống khoai tây đều có thể được xác định. Điều này đúng ngay cả đối với các giống trong... EPPO tập hợp khác biệt. Ví dụ, khả năng kháng mạnh với các kiểu bệnh 2(G1), 6(O1), 8(F1) và 18(T1) được quan sát thấy ở giống Belita có thể bắt nguồn từ loài hoang dã. S. verni. Sự kháng cự này khác với Sin5, vì Belita phủ định Sin5 dấu hiệu. Khả năng kháng bệnh từ Belita vẫn cần được xác định về mặt di truyền. Cũng trong EPPO Tuy nhiên, khả năng kháng bệnh được quan sát thấy ở giống Saphir đối với các kiểu bệnh 6(O1), 8(F1) và 18(T1), có thể được thừa hưởng từ dòng lai tạo MPI 44.1016/24, vẫn cần được xác định. Các giống khoai tây khác không mang tất cả các gen Sen được mô tả cho đến nay nhưng lại kháng một hoặc nhiều kiểu bệnh đã được báo cáo (Prodhomme et al., 2020a). Những điều này chỉ ra rằng các nguồn kháng bổ sung đã có trong vốn gen thương mại có thể được đặc trưng và khai thác thêm. Điều thú vị là, việc lập bản đồ của cả QRL có tác dụng phụ và tác dụng phụ chỉ ra rằng chúng phân hóa màu với các cụm thụ thể liên quan đến khả năng miễn dịch bẩm sinh (Hehl et al., 1999). ETI do đó có lẽ là yếu tố quyết định chính đối với khả năng kháng bệnh của mụn cơm. ETI có thể dễ dàng vượt qua khi một tác nhân duy nhất bị mất trong mầm bệnh và người ta thường thừa nhận rằng việc xếp chồng lên nhau của nhiều thụ thể ETI trong các giống cây trồng là bắt buộc để tăng cường độ bền của tính kháng (Luo và cộng sự, 2021).

Trong quá trình lựa chọn kháng bệnh mụn cơm hiệu quả trong các chương trình nhân giống, các QRL ảnh hưởng chính và phụ đã được xếp chồng lên nhau, cho thấy đây có thể là một yêu cầu để kiểm soát hiệu quả mầm bệnh (Prodhomme et al., 2020a). Giống chỉ có một R gen có thể cho thấy sự kháng thuốc không hoàn toàn, đặc biệt là đối với các kiểu bệnh cao hơn mà các chủng phân lập của chúng rất phức tạp về mặt di truyền. Do đó, để nâng cao độ bền của khả năng kháng bệnh mụn cơm ở các giống mới, việc xếp chồng các QRL bệnh mụn cơm có thể là một khía cạnh quan trọng của các chiến lược nhân giống. Trong các sơ đồ xếp chồng như vậy, việc sử dụng Sen Các gen nhận biết một phổ rộng của các dòng phân lập được ưu tiên để giảm số lượng locus được kết hợp.

7 HỆ THỐNG PATHOTYPING

Năm 1931, Köhler tuyên bố rằng mầm bệnh có cấu tạo đồng nhất và sự khác biệt giữa các phân lập của mầm bệnh không được biết đến (Hampson, 1993). Tuy nhiên, vào những năm 1930, các giống khoai tây kháng bệnh từ Vương quốc Anh được trồng ở Newfoundland (Canada) được phát hiện là rất nhạy cảm với chủng địa phương của S. nội sinh (Olsen, 1961), và trong những thập kỷ sau đó, sự tồn tại của các chủng bệnh S. endobioticum khác nhau đã trở nên rõ ràng. Vì S. nội sinh Hơn 40 kiểu bệnh hiện đã được công nhận, được định nghĩa là các nhóm các chủng phân lập có phản ứng tương tự với một tập hợp các giống khoai tây khác biệt. Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, khi lục địa châu Âu bị chia cắt về mặt chính trị ở một phần phía đông và phía tây, các quy ước đặt tên khác nhau đã được thực hiện để xác định các đợt bùng phát nhiễm trùng mới. Ở Đông Âu, các kiểu gây bệnh mới được đặt tên theo nguồn gốc nơi chúng được tìm thấy, nhưng ở Tây Âu, các số thứ tự tiếng Ả Rập được sử dụng để xác định các kiểu gây bệnh mới. Do đó, các kiểu bệnh mới được mô tả chính thức đầu tiên được tìm thấy ở Gießübel và Silberhütte vào năm 1941 được đặt tên là G1 và SB ở phía đông nhưng 2 và 3 ở phía tây, tương ứng. Baayen và cộng sự. (2006) đã đề xuất một sự hài hòa của hệ thống đặt tên kiểu bệnh vào năm 2006, hệ thống này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay (Baayen và cộng sự, 2006). Theo hệ thống này, cả hai quy ước đặt tên được kết hợp, ví dụ 2 (G1) cho chủng phân lập kiểu bệnh 2 được xác định trong Gießübel. Trong những năm sau khi mô tả về kiểu bệnh 2 (G1) và 3 (SB), mới S. nội sinh các loại bệnh được báo cáo từ Đức, Ba Lan, Cộng hòa Séc và Ukraine, dựa trên sự tương tác của chúng với các bảng phân biệt của các giống khoai tây mẫn cảm và kháng bệnh phổ biến tại địa phương. Trong số các kiểu bệnh mới này có kiểu bệnh Đức 6 (O1) (tìm thấy ở Olpe, 1952), 8 (F1) (Fulda, 1954) và 18 (T1) (Trannroda, 1978) (Baayen và cộng sự, 2006). Ban đầu S. nội sinh Loại bệnh ngày nay được gọi là loại bệnh 1 (D1), và các chủng phân lập không thuộc loại bệnh 1 (D1) được gọi chung là loại bệnh cao hơn. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là điều này không có nghĩa là các kiểu bệnh cao hơn là hậu duệ của kiểu bệnh 1 (D1). Các kiểu bệnh 1 (D1), 2 (G1), 6 (O1) và 18 (T1) hiện được coi là phổ biến nhất và có tầm quan trọng lớn. Hai kiểu bệnh mới nhất được mô tả chính thức là 38 (Nevşehir) từ Nevşehir (Thổ Nhĩ Kỳ, 2009) và 39 (P1) từ Piekielnik (Ba Lan, 2015) (Çakır et al., 2009; Przetakiewicz, 2015a). Mặc dù không được công bố trên một tạp chí được bình duyệt, các loại bệnh 40 (BN1) và 41 (P2) đã được báo cáo từ Ba Lan (Ẩn danh, 2015) và Thụy Điển (Björklund & Boberg, 2018).

Trong nhiều năm, nhiều giống kháng bệnh khác nhau, được ưa chuộng tại địa phương, đã được sử dụng để phân loại bệnh. Mãi đến đầu thế kỷ 21, EPPO đã công bố một bộ phân biệt hài hòa các giống khoai tây có thể được sử dụng làm tiêu chuẩn chẩn đoán cho các chủng S. endobioticum (EPPO, 2004Vì lý do đơn giản và khả năng tái tạo, EPPO tập hợp khác biệt khá nhỏ (Baayen et al., 2006; Flath và cộng sự, 2014). Nó được lựa chọn nhờ khả năng phân biệt các loại bệnh có tầm quan trọng trong nông nghiệp. Hai phương pháp chính được sử dụng để đánh giá sự tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh: Spieckermann (Spieckermann, 1924) và Glynne – Lemmerzahl (Glynne, 1925; Lemmerzahl, 1930); cả hai đều dựa trên sự cấy vào củ khoai tây. Trong thử nghiệm Spieckermann, chất cấy bao gồm các bào tử nghỉ ngơi, là kết quả của một chu kỳ hữu tính (para). Ngược lại, mụn cóc tươi có chứa túi bào tử mùa hè, được sản sinh vô tính, được sử dụng làm chất cấy trong xét nghiệm Glynne – Lemmerzahl. Gần đây, một quy trình lây nhiễm mới đã được mô tả dựa trên sự lây nhiễm của các bộ phận thực vật trên mặt đất hoặc các chồi phụ chứng minh rằng gen R được biểu hiện ở cả mầm sống dưới mặt đất và các cơ quan xanh trên mặt đất (van de Vossenberg et al., 2019b). Mặc dù các phương pháp khác nhau, nhưng điểm số kết quả hầu hết đều tương quan tốt mặc dù đôi khi có sự khác biệt nhất quán dường như tồn tại (Prodhomme và cộng sự, 2020b).

7.1 Phân tập nội bộ

Các phân lập S. endobioticum đại diện cho các cộng đồng trong đó nhiều kiểu gen cùng tồn tại. Điều này không chỉ đúng với các kiểu gen ty thể (Hình S1), mà còn đối với các biến thể gen đặc trưng cho loài được mã hóa hạt nhân và các biến thể gen AvrSen1 (van de Vossenberg và cộng sự, 2018, 2019a). Đặc biệt nổi bật là biến thể AvrSen1 được tìm thấy trong các chủng phân lập của các loại bệnh cao hơn. Các phân lập này không còn được công nhận bởi Sin1 gen, dẫn đến sự tương tác tương thích và tăng sinh mầm bệnh. Tuy nhiên, dạng có lợi của gen vẫn được tìm thấy ở tần số thấp ở các dòng phân lập được nhân lên trên giống khoai tây Deodara, vốn nhạy cảm với tất cả các loại bệnh S. endobioticum. Ngược lại, ở kiểu bệnh 1 (D1), các dòng phân lập mang gen AvrSen1 độc hại, các dạng độc lực của gen (tức là mất AvrSen1) đã có mặt (van de Vossenberg và cộng sự, 2019a). Điều này không rõ ràng trực tiếp từ dữ liệu trình tự bộ gen, nhưng hai lần nhân lên của dòng phân lập kiểu bệnh 1 (D1) trên giống khoai tây bán kháng khuẩn Erika đã dẫn đến kiểu hình kiểu bệnh 6 (O1) (van de Vossenberg và cộng sự, 2018). Sự gia tăng độc lực này có thể là kết quả của việc chọn lọc chống lại các kiểu gen S. endobioticum mang gen ưa khí trội. Sự mất gần hoàn toàn của AvrSen1 ở dòng phân lập tạo ra kiểu hình 6 (O1) được xác minh bằng cách khuếch đại gen AvrSen1, sau đó là giải trình tự PacBio SMRT (van de Vossenberg và cộng sự, 2019a). Các phép nhân giống dẫn đến quét chọn lọc quan sát được thực hiện với xét nghiệm sinh học Glynne-Lemmerzahl, trong đó các bào tử động vật sinh sản vô tính từ mụn cóc tươi được sử dụng làm chất cấy, cho thấy rằng sự đa dạng đã có trong chất cấy ban đầu và không cần tái tổ hợp trong một (para) chu kỳ sinh dục.

7.2 Hệ thống phân loại mầm bệnh tiên tiến

Bộ vi sai là không thể thiếu để xác định R gen ghi nhận các kiểu gen trong quần thể mầm bệnh xác định. Các phương pháp định dạng gen mới cung cấp khả năng phân giải cao hơn các cấu trúc quần thể mầm bệnh và tương tự như vậy, các phương pháp định dạng gen mới và thông tin phả hệ của các giống khoai tây cho phép xác định các kiểu gen đơn bội cụ thể mang R gen. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện tính kháng của cây trồng trong việc xác định kiểu bệnh và quản lý bệnh, điều quan trọng là phải thiết lập mối liên hệ minh bạch hơn giữa các giống khoai tây được sử dụng trong tập hợp khác biệt và các giống khoai tây được sử dụng thương mại. Một danh mục của S. nội sinh R các gen trong nguồn giống khoai tây bao gồm EPPO Bộ vi sai đã được mô tả gần đây (Prodhomme et al., 2020a). Các S. nội sinh R Hàm lượng gen cho 141 giống khoai tây thương mại đã được đánh giá, và nó được chỉ ra rằng R gen Sin2, Sin4và Sin5 không được đại diện trong EPPO tập hợp vi phân. Hơn nữa, Sin1 và Sin3 có mặt trong nhiều kết hợp với các kết hợp khác không xác định R gen (Prodhomme và cộng sự, 2020aĐể nâng cao giá trị dự đoán của tập hợp các biến thể khác biệt trong việc chọn giống kháng bệnh và xác định kiểu bệnh, cần phải chọn lọc các giống khoai tây mới cho... EPPO tập hợp khác biệt chứa các tổ hợp đơn lẻ được xác định của R gen và bao gồm tập hợp hoàn chỉnh của các Sen R gen. Một bộ vi sai được tối ưu hóa tương tự cho tính kháng bệnh mốc sương đã được tạo ra bằng cách sử dụng sự kết hợp của các chỉ thị phân tử và phản ứng của bộ tạo hiệu ứng (Zhu et al., 2015). Một hạn chế lớn đối với việc tạo ra các bộ vi sai đáng tin cậy trong khoai tây là R Các gen sẽ hiện diện trong các nền tảng di truyền khác nhau khi được tạo ra thông qua phương pháp lai tạo tứ bội cổ điển. Trong các nền tảng di truyền đa dạng như vậy, có thể có các gen khác nhau hiện diện có tác động tích cực đến phổ kháng bệnh, bao gồm cả các QRL nhỏ nhận biết các yếu tố nhỏ. AVR các protein trong quần thể mầm bệnh. Ngược lại, các gen khác có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của... R gen. Lý tưởng nhất là một tập hợp vi phân được tạo ra trong một nền isogenic. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng chuyển đổi nhân bản R gen thành một giống (Zhu và cộng sự, 2015), hoặc nó có thể đạt được thông qua các dòng lai (Su et al., 2020). Như không có Sen R gen hiện đang được nhân bản và các dòng lai rất khó tạo ra, điều này có thể sẽ vẫn là một khái niệm trong thập kỷ tới. Ngoài ra, điều quan trọng là phải thiết lập một bộ S. nội sinh vật liệu tham chiếu đại diện cho sự đa dạng di truyền có mặt ở các vị trí địa lý khác nhau và được đặc trưng thêm dựa trên kiểu đơn bội của ty thể, cấu hình SSR, đặc điểm phân tử và cấu hình tính hiếu khí.

7.3 Phân loại phân tử như công cụ theo dõi và theo dõi

như EPPO Bộ giống khoai tây khác biệt được thiết kế để phân biệt các chủng gây bệnh có tầm quan trọng lớn trong nông nghiệp, sự đa dạng mầm bệnh khác vẫn chưa được phát hiện (van de Vossenberg et al., 2018). Điều này càng trở nên nổi bật hơn khi một nghiên cứu về dân số châu Âu chứng minh rằng S. nội sinh các sự kiện giới thiệu đã xảy ra, được phản ánh bởi trình tự bộ gen ty thể riêng biệt của chúng. Đáng chú ý, kiểu bệnh 2 (G1) và 6 (O1) xảy ra trong các nền tảng di truyền khác biệt rõ ràng. Vì cấu hình kiểu bệnh là những kiểu hình có thể được chia sẻ bởi nhiều kiểu gen riêng biệt, chúng đại diện cho một hệ thống phân loại vốn không chính xác (van de Vossenberg và cộng sự, 2018). Hơn nữa, sự phân nhóm phân tử của các dòng phân lập dường như nhất quán hơn vì sự phân nhóm tương tự đã được quan sát thấy với trình tự ti thể, trình tự cơ quan nhân và các locus vi sinh vật (Busse và cộng sự, 2017; Gagnon và cộng sự, 2016; van de Vossenberg và cộng sự, 2019a). Do đó, một hệ thống phân loại kiểu bệnh phải dựa trên nhiều dữ liệu hơn là chỉ dựa trên các kiểu hình trên tập hợp khác biệt nhỏ của các giống khoai tây. Tương tự, các chủng phân lập từ một vị trí cụ thể được tìm thấy có nhiều kiểu gen. Dự kiến ​​rằng các nghiên cứu bộ gen kết hợp với xác định bệnh truyền thống bằng cách sử dụng một tập hợp các giống khoai tây khác biệt được cập nhật sẽ cung cấp một hệ thống phân loại bệnh có giá trị cao hơn cho thực hành nông nghiệp. Mặc dù một hệ thống phân loại bệnh chức năng như vậy vẫn cần phải khắc phục những hạn chế về mặt kỹ thuật, nhưng đã có những tiến bộ tốt trong những năm gần đây. Ví dụ, việc xác định đặc điểm bộ gen của các chủng phân lập vẫn còn nhiều thách thức do những khó khăn để có được vật liệu đủ tinh khiết để giải trình tự toàn bộ bộ gen và phân loại bệnh phân tử. Ngoài ra, số lượng tác nhân nấm đã biết phù hợp với gen R của khoai tây vẫn còn hạn chế. Hiện tại nó chỉ có thể cho AvrSen1, nghĩa là, loại bệnh nấm gây hiệu ứng được công nhận bởi Sin1 cây dẫn đến kháng bệnh kiểu 1 (D1) (van de Vossenberg et al., 2019a). Điều này có thể được mở rộng khi có thêm các yếu tố tác động bổ sung hoặc các yếu tố quyết định chức năng khác. Ngoài ra, một phương pháp tiếp cận pangenomic được cải tiến trong đó bộ gen được phân tách thành các bộ phận được bảo tồn và phụ kiện có thể góp phần tạo ra các công cụ phân loại bệnh mới. Phần lõi có thể được khai thác cho các nghiên cứu theo dõi và theo dõi, trong khi phần phụ kiện có thể được nghiên cứu để đa dạng chức năng. Mặc dù vẫn còn trong giai đoạn sơ khai, số lượng bộ gen ngày càng tăng hiện đang được tạo ra có thể mang lại cơ hội cho những phân tích pangenome như vậy.

8 KẾT LUẬN NHẬN XÉT

S. nội sinh, tác nhân gây bệnh mụn cơm ở khoai tây, là một mầm bệnh quan trọng với tình trạng kiểm dịch trên toàn thế giới, được đưa vào danh sách Tác nhân Chọn lọc của USDA và HHS. Mầm bệnh tiếp tục tái xuất hiện như một mối đe dọa đối với sản xuất khoai tây thể hiện qua thông báo về dịch bệnh bùng phát trong những năm gần đây ở các khu vực khác nhau trên thế giới. Bản thân lối sống sinh dưỡng bắt buộc, vị trí phân loại khác biệt và tình trạng cách ly đã cản trở việc nghiên cứu. Tuy nhiên, mầm bệnh và căn bệnh đã được nghiên cứu trong hơn một thế kỷ, và trong thập kỷ qua, chúng ta đã đạt được những tiến bộ đáng kể về S. nội sinh và sự tương tác với khoai tây ký chủ của nó. Việc áp dụng hệ gen đã đóng góp đáng kể vào những tiến bộ này và cho phép đánh giá hàm lượng gen S. endobioticum và vị trí phát sinh loài của nó cũng như xác định các gen đầu tiên AVR gen. Hơn nữa, nó đã mở ra cơ hội để theo dõi và truy tìm các đợt bùng phát mầm bệnh bằng cách sử dụng các xét nghiệm phân tử hoặc phân tích trình tự. Điều này đã tạo ra những hiểu biết mới về sự đa dạng và bệnh lý của S. nội sinh. Tuy nhiên, nhiều khía cạnh của mầm bệnh vẫn chưa được biết đến, bao gồm các phần của vòng đời và tương tác giữa mầm bệnh và vật chủ. Đặc biệt, việc liên kết thông tin bộ gen với di truyền học có thể cung cấp thêm thông tin về sự hiện diện của chu kỳ sinh dục (para) trong S. nội sinh và do đó về tiềm năng tái tổ hợp và chọn lọc cũng như về tính đa dạng trong các dòng phân lập. Về phía vật chủ, đặc điểm phân tử của tính kháng ở khoai tây cho phép xác định các vùng gen mà các locus đề kháng cư trú. Mô tả thêm đặc điểm của các locus đề kháng, bao gồm cả việc nhân bản của vi khuẩn đầu tiên Sen R gen, sẽ là một cột mốc quan trọng để nghiên cứu sự tương tác ở cấp độ phân tử. Hoạt động của con người bao gồm vận chuyển thiết bị và đất, buôn bán sản phẩm và mảnh vụn thực vật, lũ lụt và xói mòn do gió là những phương tiện quan trọng mà mầm bệnh có thể lây lan. Với nhu cầu lương thực toàn cầu ngày càng tăng, nhu cầu nông nghiệp vòng tròn và những thay đổi về khí hậu, những sự kiện này có thể sẽ gia tăng. Cần có các công cụ mới và quản lý bệnh tối ưu dựa trên giám sát và sử dụng các giống khoai tây kháng bệnh để kiểm soát bệnh mụn cơm ở khoai tây trong những thập kỷ tới.

LỜI CẢM ƠN

Các tác giả muốn cảm ơn nhân viên NPPO-NL Johan Meffert đã cung cấp hình ảnh của S. nội sinh bào tử nghỉ ngơi và Sietse van der Linde để xem xét bản thảo này trước khi nộp.

Một nguồn: https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com