ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SERIES OF BIOLOGICAL AND MEDICAL
ISSN 2224-5308
Volume 6, Number 318 (2016), 145 – 150
N. T. Amirkhanova, A. S. Rsaliyev, Zh. U. Pakhratdinova Research Institute for Biological Safety Problems, Kazakhstan.
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
VIRULENCE OF KAZAKHSTANI PSEUDOPERONOSPORA CUBENSIS
sativus и Cucumis melo) [2, 3]. В Индии и Израиле гриб был зарегистрирован на 13 видах и под- видах из 7 родов, а в Чехии патоген был обнаружен на 9 видах Cucumis. В России Ps. cubensis был зарегистрирован на 20 видах семейства Cucurbitaceae. Из 25 тестированных видов низким уровнем чувствительности отличался только Sechium edule [2, 4].
Возбудитель Ps. cubensis отличается избирательной способностью по отношению к культурам, а вариабельность внутрисортовых и внутривидовых типов совместимости с растениями-хозяевами способствует формированию стойких очагов инфекции и накоплению вирулентных морфотипов в популяциях гриба, вызывая эпифитотию болезни. При проблеме контроля внутрипопуляционной изменчивости патогена и появлением новых вирулентных рас в природной популяции возбудителя переноспороза возникает необходимость постоянного мониторинга вирулентности [4].
В последнее время вирулентность популяций Ps. cubensis возрастает. Новые расы патогена более вирулентны и способны преодолевать устойчивость районированных сортов и гибридов. Об этом свидетельствует 100 % поражение относительно устойчивых сортов огурца к переноспорозу [5]. Также вирулентность возбудителя в различных эколого-географических регионах сильно раз- личается. Например, уровень вирулентности популяций Ps. cubensis на Дальнем Востоке и на Украине выше, чем в Болгарии и Белоруссии [6]. На Черноморском побережье Краснодарского края по признаку вирулентности зарегистрировано 15 физиологических рас, но по региональной структуре семейства ежегодно встречались только 5 рас [4].
В 1987 году в результате тестирования изолятов патогена, собранных в США, Израиле и Япо- нии, выделили 5 рас. Позже, в 2003 году с использованием нового разработанного теста-набора выявили 13 рас из 22 изолятов патогена Ps. cubensis, поступивших из 4 европейских стран [1].
Также ученые установили, что североамериканские и европейские расы возбудителя являются близкородственными, но сильно отличаются от азиатских рас. Устойчивые сорта и гибриды, со- зданные в США и Польше, не всегда устойчивы к азиатским расам или наоборот [7].
В борьбе с переноспорозом огурца химические способы не всегда обеспечивают эффективную защиту и имеют ряд негативных последствий. Многократное применение фунгицидов способст- вует развитию резистентных популяций патогена и приводит к ускорению возникновения новых высоковирулентных рас патогена [3].
Несмотря на большое количество зарубежных работ по изучению специализации гриба, проб- лема контроля над накоплением и появлением новых вирулентных рас в природной популяции возбудителя переноспороза огурца в Казахстане до сих пор эта проблема не изучена. При обосно- вании стратегии использования исходного материала в селекционных программах на иммунитет к переноспорозу целесообразно учитывать особенности изолятов в популяциях Ps. cubensis. Также перед допуском новых устойчивых сортов и гибридов огурца к производству необходимо про- водить испытание на устойчивость к расам возбудителя.
Цель работы – изучение вирулентности популяций Ps. cubensis, выделенного из разных образцов огурца, собранных на юго-востоке Казахстана.
Материалы и методы. Во время обследований посевов огурца в хозяйствах Алматинской и Жамбылской области были отобраны образцы, пораженные переноспорозом для определения вирулентности рас гриба. Использовали пораженные образцы из Алматинской области: сорта Гра- вина (к/х «Сингербаев»), Аякс (к/х «Бубихан Апа»), Аякс (к/х «Задиев 1»), Аякс (к/х «Задиев 2»), Маша (к/х «Асхат»), Криспина (к/х «Есхожа»), Апрельский F1 и селекционные материалы 1-93, 1-56, 1-60, 1-95 (КазНИИКО), а также сорта и гибриды из Жамбылской области: Гураиль, С-02, Индий- ский местный, ЗБ-33 F1, Nefes F1 (НИИПББ), Артист (к/х «Бегалиев») и Кустовой (к/х «Кайнар»).
В исследованиях для градации физиологических рас возбудителя Ps. cubensis использовали набор тест-сортов [8]. Эмпирический набор тест-сортов состоит из универсально восприимчивого сорта Нежинский 12 (Россия), относительно устойчивого – Дальневосточный 27 (Россия), Конку- рент (Россия), Lagenaria siceraria (Бутан), Luffa aegyptica (Индия), Cucumis anguria и генетически устойчивого образца Sechium edule.
Тест-сорта выращивали в теплице до фазы 3-4 настоящих листьев, затем срезали 3 и 4-й лист, из которого делали диски диаметром 14 мм. Каждый генотип по 5 дисков в трех повторностях помещали верхней стороной вниз в чашки Петри на влажную камеру с добавлением 0,4% бензи- мидазола. Микроманипулятором на листья наносили по 2 капли суспензии зооспорангиев плот-
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 ностью 5102–5105 зооспорангиев/мл и равномерно распределяли по поверхности. После иноку- ляции листья инкубировали под светоустановкой при освещении 5 тыс.лк. В течение всего срока инкубации поддерживалась температура 23–25 С и 100 % влажность воздуха.
Иммунологические реакции сортов-дифференциаторов на заражение клонами Ps. cubensis установливали на 7-е сутки по шкале оценки патогенности: R – устойчивый, пятна отсутствуют или при реакции сверхчувствительности они единичные, некротические, визуально спороношение не наблюдается; S – восприимчивый, пятна крупные, сливающиеся, со спороношением, ткань отмирает (таблица 1) [4].
Таблица 1 – Шкала оценки патогенности изолятов Ps. Cubensis
Симптомы поражения Балл Тип совместимости Морфотип изолята Единичные некротические пятна 5 мм,
визуально спороношения отсутствует 0,1…1 Высокая устойчивость (R) Авирулентный (простой) Хлоротичные пятна до 20 мм,
слабое спороношение 1,1…2 Средняя восприимчивость (S) Средневирулентный (типичный)
Крупные сливающиеся хлоротичные пятна,
мацерация ткани листа и обильное спороношение 2,1…3 Сильная восприимчивость (S) Высоковирулентный (сложный)
Номера расам присваивали по системе Хабгуда [9]. Сорта-дифференциаторы располагали в строго определенном порядке, присваивая каждому бинарный номер от 2о до 26. Номер расы определяли суммированием числа бинарных номеров сортов, проявивших реакцию восприим- чивости к расам.
Для анализа структуры популяций по вирулентности использовали показатель частоты встре- чаемости рас Ps. cubensis в выборках, а также расчетный индекс разнообразия Шеннона (Н) [10]:
H = – Ʃpilnpi, (1) где pi – частота морфотипа.
Результаты исследований и обсуждение
Вирулентность как степень патогенности является ключевым понятием для возбудителей инфекционных заболеваний. Вирулентность определяется как относительная способность патогена и от восприимчивости растений-хозяина [11].
Исследования по определению вирулентности отдельных рас гриба Ps. cubensis проводилась на тест-дифференциаторах, состоящих из разных генотипов с хорошей дифференцирующей спо- собностью.
Результаты исследований показали, что вирулентность возбудителя Ps. cubensis варьирует в значительной степени в пределах одного и того же рода Cucumis, т.е. одна и та же раса на разных видах растений обладает различной вирулентностью. Варьирование по типу совместимости с пато- геном тест-дифференциаторов обозначали как: авирулентные, средневирулентные и высокови- рулентные.
По показателям разнокачественной реакции изолятов на тест-сортах нами идентифицировано 15 иммунологических комбинаций. Наибольшее заражение наблюдалось при температуре 23 °С, которое совпадает с оптимальной температурой роста этого гриба; при этом продолжительность инкубационного периода также зависела от температуры и влажности среды являющейся опти- мальной для гриба. Состояние самого растения также имело значение при заражении его грибами.
Изменение вирулентности гриба как в сторону усиления, так и ослабления является его спо- собностью адаптироваться к организму растения-хозяина. Чем сильнее выражена эта способность, тем больше вероятность развития инфекции. Эта особенность способствует формированию очагов инфекции и накоплению вирулентных морфотипов в популяциях гриба Ps. cubensis.
Изучение структуры казахстанской популяции переноспороза огурца показало, что физиоло- гические расы отличаются значительным генетическим разнообразием и вирулентностью. Наи- большей вирулентностью обладали расы 39, 53 и 54 при оптимальных условиях своего развития.
Доля вирулентности этих рас к сортам дифференциаторам составила 57,1 %, с поражением 2,0 балла выделенных с сорта Аякс, собранных в Алматинской области. Раса 55, выделенная с сорта Аякс и гибрида Апрельский (Алматинская область), обладает высокой вирулентностью (71,4 %) к тест-сортам с поражением 2,5-3 балла. Средней вирулентностью среди образцов обладают расы 7, 21, 22, 35, 38, 52 и 98 (42,9 %), которые выделены из разных образцов: Гураиль, Индийский местный, Nefes F1, Гравина, Криспина и Кустовой. Некоторые расы 3, 5 и 33 показали слабую вирулентность из образцов С-02, ЗБ-33 F1 (Жамбылская область) и Маша (Алматинская область), доля их вирулентности составляет 28,6 %. Низкий процент вирулентности (14,3 %) проявила раса с номером 4 из селекционных материалов. Дифференциация рас возбудителя переноспороза огурца (Ps. cubensis) представлена в таблице 2 и на рисунке 1.
Таблица 2 – Расы Ps. cubensis и их определение на сортах-дифференциаторах
Номер расы
Тест сорта и их бинарные номера Дальневосточный 27
20 = 1
Конкурент 21 = 2
Нежинский 12 22 = 4
Lagenaria siceraria
23 = 8
Luffa aegyptica
24 = 16
Cucumis anguria
25 = 32
Sechium edule 26 = 64
3 S S R R R R R
4 R R S R R R R
5 S R S R R R R
7 S S S R R R R
21 S R S R S R R
22 R S S R S R R
33 S R R R R S R
35 S S R R R S R
38 R S S R R S R
39 S S S R R S R
52 R R S R S S R
53 S R S R S S R
54 R S S R S S R
55 S S S R S S R
98 R S R R R S S
Рисунок 1 – Вирулентность рас Ps. cubensis на юго-востоке Казахстана
В результате исследований по вирулентности рас Ps. cubensis, а также по частоте встречае- мости и индексу разнообразия Шеннона на юго-востоке Казахстана в популяциях в основном доминировало средневирулентные – 7, 21, 22, 35, 38, 52, 98 (20 %; Н=3,63) расы. А авирулентные – 4, 3, 5 и 33 (6.0 и 13.3 %; Н=2,77 и 3.57) и высоковирулентные – 39, 53, 54 и 55 (26,6 и 33,3 %;
Н=3,19 и 2,39) расы встречались средней степени (рисунок 2).
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016
Рисунок 2 – Частота встречаемости рас в популяциях гриба Ps. cubensis
Полученные данные выявили варьирование конкурентоспособности возбудителя Ps. Cubensis, различающиеся по вирулентности и частоте встречаемости. Между средней частотой встречае- мости изолятов и индексом разнообразия Шеннона (Н=5,08) установлена высокая положительная корреляционная связь (Cr=3,03).
Выводы. Таким образом, в результате исследований гриба Ps. cubensis по признаку виру- лентности и частоте встречаемости в популяциях юга-востока Казахстана выявлено 15 иммуно- логических комбинаций. В основном доминировали средневирулентные расы Ps. cubensis: 7, 21, 22, 35, 38, 52, 98. Между средней частотой встречаемости изолятов и индексом разнообразия Шен- нона (Н=5,08) установлена высокая положительная корреляционная связь (Cr=3.03). Варьирование состава и повышение в популяциях Ps. cubensis средне- и высоковирулентных изолятов объяс- няется возникновением и накоплением новых морфотипов, снижающих устойчивость сортообраз- цов огурца к болезни. В результате исследований на тест-сортах были получены сведения о расовом составе возбудителя переноспороза огурца циркулирующие на юга-востоке Казахстана, которые можно использовать при создании инфекционных фонов для оценки и отбора селекцион- ного материала, а также защиты культуры видов семейства Cucurbitaceae от переноспороза.
Источник финансирования исследований. Работа выполнена при финансовой поддержке Минис- терства образования и науки Республики Казахстан в рамках программы грантового финансирования на 2015-2017 гг. (грант № 1134/ГФ4-15-ОТ).
ЛИТЕРАТУРА
[1] Лесовой М.П., Лоханская В.И., Скрипник А. Идентификация рас возбудителя ложной мучнистой росы огурца и определение устойчивости селекционного материала // Метод. рекомендации. – Киев, 1992. – 9 с.
[2] Lebeda A. Screening of wild Cucumis species against downy mildew (Pseudoperonospora cubensis) isolates from cucumbers. // Phytoparasitica. – 1992. – Vol. 20, N 3. – C. 203-210.
[3] Thomas C.E., Jourdain E.L. Host effect on selection of virulence factors affecting sporulation by Pseudoperonospora cubensis. // Plant Disease. – 1992. – Vol. 76. – P. 905-907.
[4] Гринько Н.Н. Внутривидовой полиморфизм возбудителя ложной мучнистой росы огурца (Pseudoperonospora cubensis (Berk. Et Curt.) Rostow) по признаку вирулентности/ Сборник научных трудов. – Минск, 2011. – Вып. 35. – С. 99-101.
[5] Алексеева К.Л., Деревщюков К.Л., Малеванная Н.Н. Экологически безопасная система защиты огурца от переноспороза. // Докл. ТСХА. – М., 2005. – Вып. 277. – С. 608-613.
[6] Thomas C.E., Inaba T., Cohen Y. Physiological specialization in Pseudoperonospora cubensis // Phytopathology. – 1987. – Vol. 77. – P. 1621-1624.
[7] Lebeda A., Widrlechner M.P. A set of Cucurbitaceae taxa for differentiation of Pseudoperonospora cubensis pathotypes // Z. Pflanzenkrankh und Pflanzenschutz. – 2003. – Vol. 100. – P. 337-349.
[8] Гринько Н.Н., Сидляревич В.И., Жердецкая Т. Структура популяций и дифференциация рас Pseudoperonospora cubensis (Berk. Et Curt.) Rostow.) по признаку вирулентности // Известия Аграрной Республики Беларусь. – 1999. – № 3. – С. 58-61.
[9] Habgood R.M. Designation of physiological rases of plant pathogens. // Nature. –1970. – Vol. 227. – P. 1268-1269.
[10] Shannon С.E. The mathematical theory of communication. // Bell Syst. Techn. J. 1948. – Vol. 27. – P. 379-423, 623-656.
[11] Гринько Н.Н. Вирулентность внутривидовых структур гриба Pseudoperonospora cubensis (Berk. Et Curt.) Rostow. // Евразийский Союз Ученых. – 2015. – № 7(16). – С. 106-108.
REFERENCES
[1] Lesovoy M.P. Identification races of the pathogen of cucumber downy mildew and determining the stability of breeding material. Skrypnyk: Method. recommendations. Kyiv, 1992, 9. (In Russ.).
[2] Lebeda A. Screening of wild Cucumis species against downy mildew (Pseudoperonospora cubensis) isolates from cucumbers. Phytoparasitica. 1992, 20, 203-210.
[3] Thomas C.E., Jourdain E.L. Host effect on selection of virulence factors affecting sporulation by Pseudoperonospora cubensis. Plant Disease. 1992, 76, 905-907.
[4] Grinko N. Intraspecific polymorphism of the causative agent of cucumber downy mildew (Pseudoperonospora cubensis (Berk. Et Curt.) Rostow) on the basis of virulence. Collection of scientific works. Minsk, 2011, 35, 99-101. (In Russ.).
[5] Alekseeva K.L., Derevschyukov K.L., Malevannaya N.N. Environmentally friendly protection system of cucumber perenosporoza. Dokl. TAA. 2005, 277, 608-613. (In Russ.).
[6] Thomas C.E., Inaba T., Cohen Y. Physiological specialization in Pseudoperonospora cubensis. Phytopathology. 1987, 77, 1621-1624.
[7] Lebeda A., Widrlechner M.P. A set of Cucurbitaceae taxa for differentiation of Pseudoperonospora cubensis pathotypes. Z. Pflanzenkrankh und Pflanzenschutz. 2003, 100, 337-349.
[8] Grinko N., Sidlyarevich V.I., Zherdetskaya T. The structure of the population and the differentiation of races Pseudo- peronospora cubensis (Berk. Et Curt.) Rostow.) on the basis of virulence. Math. Agricultural Belarus. 1999, 3, 58-61. (In Russ.).
[9] Habgood R.M. Designation of physiological rases of plant pathogens. Nature. 1970, 227, 1268-1269.
[10] Shannon С.E. The mathematical theory of communication. Bell Syst.Techn. J. 1948, 27, 379-423.
[11] Grinko N. Virulence intraspecific structures of the fungus Pseudoperonospora cubensis (Berk. Et Curt.) Rostow.
Eurasian Union of Scientists. 2015, 7 (16), 106-108. (In Russ.).
Н. Т. Амирханова, А. С. Рсалиев, Ж. У. Пахратдинова
Биологиялық қауіпсіздік проблемаларының ғылыми-зерттеу институты, Алматы, Қазақстан PSEUDOPERONOSPORA CUBENSIS ROSTOWZ САҢЫРАУҚҰЛАҒЫНЫҢ
ҚАЗАҚСТАНДЫҚ ПОПУЛЯЦИЯСЫНЫҢ ВИРУЛЕНТТІЛІГІ
Аннотация. Мақалада оңтүстік-шығыс Қазақстанның əртүрлі аудандарынан жинап алынған үлгілерден қияр переноспорозы ауру қоздырғышы (Ps. cubensis) изоляттарының вируленттілігі бойынша нəтижелер көрсетілген. Зерттеу нəтижесінде саңырауқұлақтың жеке расаларының кездесу жиілігі жəне агрессивтілігі бойынша ерекшеленетін вирулентті 15 физиологиялық расалар жіктелінді. Популяция құрылымын зерттеу барысында физиологиялық расалар генетикалық əртүрлігімен жəне вируленттілігімен айтарлықтай ерек- шеленді. 39, 53, 54 жəне 55 расалары өздерінің қолайлы даму жағдайында жоғары вируленттілікті көрсетті.
Ps. cubensis саңырауқұлағы популяциясында кездесу жиілігі жəне Шеннонның əртүрлілік индексі бойынша негізінен орташа вирулентті расалар басым болды – 7, 21, 22, 35, 38, 52, 98 (20 %; Н = 3,63).
Түйін сөздер: переноспороз, Ps. сubensis саңырауқұлағы, тест-сорттар, физиологиялық раса, вирулент- тілік, кездесу жиілігі.
ISSN 2224-5308 Серия биологическая и медицинская. № 6. 2016 N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SERIES OF BIOLOGICAL AND MEDICAL
ISSN 2224-5308
Volume 6, Number 318 (2016), 151 – 156
A. S. Myrkasimova
Institute of Zoology, GS MRS RK, Almaty, Kazakhstan.
E-mail: [email protected]