S.N. Elansky ، L.Yu. كوكيفا ، ن. Statsyuk ، Yu.T. دياكوف
مقدمة
اجتذب Oomycete Phytophthora infestans (Mont.) De Bary ، العامل المسبب لمرض اللفحة المتأخرة ، وهو المرض الأكثر أهمية اقتصاديًا للبطاطس والطماطم ، اهتمامًا وثيقًا من الباحثين من مختلف البلدان لأكثر من قرن ونصف. ظهر فجأة في أوروبا في منتصف القرن التاسع عشر ، تسبب في وباء البطاطا الذي ظل في ذاكرة أجيال عديدة.
حتى الآن ، يطلق عليه غالبًا "فطر الجوع الأيرلندي". بعد مرور ما يقرب من مائة عام على ظهور الأوبئة الأولى ، تم اكتشاف أنواع من البطاطس المكسيكية البرية المقاومة للفحة المتأخرة ، وتم تطوير طرق لتهجينها مع البطاطس المزروعة (مولر ، 1935) ، وتم الحصول على أول أصناف مقاومة للآفات المتأخرة (بوشكاريف ، 1937). ومع ذلك ، بعد وقت قصير من بدء زراعتهم التجارية ، تراكمت سلالات من مسبب مرض اللفحة المتأخرة التي كانت خبيثة لأصناف مقاومة. وبدأ إدخال جينات مقاومة جديدة من البطاطس المكسيكية البرية إلى الأصناف يفقد فعاليتها بسرعة.
أجبرت حالات الفشل في استخدام المقاومة أحادية الجين (الرأسية) المربين على البحث عن طرق أكثر تعقيدًا لاستغلال المقاومة متعددة الجينات (الأفقية) غير النوعية. في السنوات الأخيرة ، بدأت الأجناس شديدة العدوانية في التراكم في التجمعات الفردية للطفيلي ، مما تسبب في تآكل حتى المقاومة غير المحددة. تسبب ظهور السلالات المقاومة لمبيدات الفطريات في حدوث مشكلات في استخدام المواد الكيميائية لحماية البطاطس.
نظرًا للاختلافات الكبيرة بين الفطريات الفطرية والفطريات في التركيب الكيميائي ، والبنية التحتية الدقيقة ، والتمثيل الغذائي ، فإن مبيدات الفطريات ، خاصة تلك الجهازية المستخدمة لحماية النباتات من العديد من الأمراض الفطرية ، غير فعالة ضد الفطريات.
لذلك ، في الحماية الكيميائية ضد اللفحة المتأخرة ، تم استخدام الرش المتعدد (حتى 12 مرة في الموسم أو أكثر) باستخدام مستحضرات ملامسة لمجموعة واسعة من الإجراءات. تمثلت خطوة ثورية في استخدام الفينيلاميدات ، وهي مواد سامة للبيوتيات وتنتشر بشكل منتظم في النباتات. ومع ذلك ، أدى استخدامها على نطاق واسع بسرعة إلى تراكم سلالات مقاومة في مجموعات الفطريات (Davidse et al. ، 1981) ، مما أدى إلى تعقيد حماية النبات بشكل كبير. يعتبر P. infestans هو الطفيلي الوحيد في المنطقة المعتدلة ، والذي لا يمكن تحييد الضرر الناتج عنه في الزراعة العضوية دون استخدام وسائل الحماية الكيميائية (Van Bruggen ، 1995).
يوضح ما ورد أعلاه الاهتمام الهائل الذي يوليه الباحثون من مختلف البلدان لدراسة تجمعات P. infestans ، وديناميكيات وفرتها وتكوينها الجيني ، فضلاً عن الآليات الجينية للتنوع.
دورة حياة R. INFESTANS
يقوم Oomycete Phytophthora infestans بتطوير أفطورة بين الخلايا مع وجود haustoria داخل أوراق البطاطس. تتغذى على أنسجة الأوراق ، وتتسبب في تكوين بقع داكنة تتحول إلى اللون الأسود وتتعفن في الطقس الرطب. مع هزيمة قوية ، تموت الورقة بأكملها. بعد فترة من التغذية ، تتشكل نواتج نمو على الميسليوم - sporangiophores - والتي تنمو للخارج من خلال الثغور. في الطقس الرطب ، تشكل زهرة بيضاء حول البقع الموجودة على الجانب السفلي من الأوراق. في نهايات sporangiophores ، تتشكل zoosporangia على شكل الليمون ، والتي تنفصل وتحمل بواسطة رذاذ المطر (الشكل 1). عند الوقوع في قطرات الماء على سطح ورقة البطاطس ، تنبت sporangia بـ 6-8 أبواغ حيوانية ، والتي ، بعد فترة من الحركة ، تكون مستديرة ومغطاة بقشرة وتنبت بأنبوب تنبت. البرعم يخترق الثغور في أنسجة الأوراق. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تنمو البوغات في أنبوب النمو مباشرة إلى أنسجة الأوراق. في ظل ظروف مواتية ، يكون الوقت من الإصابة إلى تكوين الأبواغ الجديدة 3-4 أيام فقط.
بمجرد وصولها إلى الأرض وترشيحها من خلال التربة ، تكون البوغات قادرة على إصابة الدرنات. تتعفن الدرنات المصابة بشدة أثناء التخزين ؛ في المصابين بشكل ضعيف ، قد تستمر العدوى حتى الموسم التالي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يستمر العامل المسبب لمرض اللفحة المتأخرة في الشتاء على شكل أبواغ (جراثيم جنسية مستريحة سميكة الجدران) في التربة على بقايا النبات وعلى بذور الطماطم. تتشكل الأبواغ على الأعضاء الحية للنباتات عندما تلتقي سلالات من أنواع مختلفة من التزاوج برطوبة زائدة. في الربيع ، يتم تكوين الأبواغ اللاجنسي على الدرنات المصابة المزروعة وعلى بقايا النباتات مع الأبواغ ؛ تدخل الأبواغ الحيوانية التربة وتسبب إصابة الأوراق السفلية للنباتات. في بعض الحالات ، يمكن أن تنمو الفطريات من الدرنة المصابة على طول الجزء الأخضر من النبات وعادة ما تظهر في الجزء العلوي من الساق.
يكمن الاختلاف الكبير بين الفطريات الفطرية ومعظم الفطريات في غلبة المرحلة المزدوجة في دورة حياتها مع الانقسام الاختزالي المشيجي وإنبات البويضات دون الانشطار النووي الاختزالي. يبدو أن هذه الميزة ، بالإضافة إلى عدم التجانس ثنائي القطب الذي يحل محل الازدواجية ، تجعل من الممكن تطبيق الأساليب التي تم تطويرها لدراسة تجمعات حقيقيات النوى الأعلى (تحليل بانميكسيا وتقسيم المجموعات السكانية ، وتدفقات الجينات داخل السكان ، وما إلى ذلك). ومع ذلك ، هناك ثلاثة عوامل لا تسمح بنقل هذه الأساليب تمامًا عند دراسة تجمعات P. infestans.
1. إلى جانب الأبواغ الهجينة ، تتشكل البويضات ذاتية الخصوبة والتوالد العذري في التجمعات (Fife and Shaw ، 1992 ؛ Anikina et al. ، 1997a ؛ Savenkova ، Cherepnikoba-Anirina ، 2002 ؛ Smirnov ، 2003) ، وقد يكون تواتر تكوينها كافياً للتأثير على نتائج الاختبار.
2. تقدم العملية الجنسية في P. infestans مساهمة ضئيلة في ديناميكيات حجم العشيرة ، لأن الفطريات تتكاثر بشكل رئيسي عن طريق الأبواغ الخضرية ، وتشكل أكثر من 90٪ من نتائج تحليل نوع التزاوج بالطريقة التقليدية على وسط غذائي ... موسم النمو هو عدة أجيال من التبويض اللاجنسي (تطور المرض متعدد الحلقات). تلعب Oospores دورًا مهمًا في الحفاظ على الكائن الحي خلال الفترة التي لا توجد فيها نباتات خضراء (في الشتاء) وفي العدوى الأولية للشتلات. ثم ، خلال فصل الصيف ، يحدث التكاثر النسيلي وزيادة أو ، على العكس من ذلك ، انخفاض في عدد الحيوانات المستنسخة الفردية التي نشأت نتيجة لإعادة التركيب الجنسي ، والتي يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال اختيار الأكثر تكيفًا. لذلك ، يمكن أن تكون نسبة الحيوانات المستنسخة الفردية في مجموعة سكانية في بداية ونهاية المشاع مختلفة تمامًا.
3. تعتبر الدورة الموصوفة سمة من سمات السكان الأصليين لـ P. infestans في وطنهم ، أمريكا الوسطى. في مناطق أخرى من العالم ، لم تكن العملية الجنسية معروفة منذ أكثر من 100 عام ؛ كانت الفطريات النباتية في درنات البطاطس المصابة هي مرحلة الشتاء. كانت دورة الحياة متقلبة تمامًا ، وكان الانتشار محوريًا في الطبيعة: فالعدوى من درنات مزروعة واحدة مصابة تنتقل إلى الأوراق ، وتشكل بؤرًا أولية للمرض ، والتي يمكن أن تندمج مع التطور الهائل للمرض.
وبالتالي ، في بعض المناطق قد يكون هناك تناوب في الدورات الجنسية واللاجنسية ، بينما في مناطق أخرى - فقط دورة اللاجنسي.
أصل P. INFESTANS
ظهرت P. infestans في أوروبا في نهاية النصف الأول من القرن التاسع عشر. نظرًا لأن البطاطس موطنها الأصلي شمال شرق أمريكا الجنوبية ، فقد كان من المفترض أن الطفيلي تم إحضاره من هناك إلى أوروبا خلال طفرة الملح الصخري التشيلي. ومع ذلك ، فإن الدراسات التي أجريت في محطة البطاطس في مركز روكفلر في وادي تولوكا ، المكسيك أجبرت هذا الرأي على المراجعة (Niederhauser 1991 ، 1993).
1. في وادي تولوكا ، تمتلك أنواع البطاطس الدرنية المحلية (Solanum demissum و S. bulbocastanum وما إلى ذلك) مجموعات مختلفة من الجينات للمقاومة الرأسية جنبًا إلى جنب مع مستوى عالٍ من المقاومة غير النوعية ، مما يشير إلى تطور مشترك طويل مع الطفيل. تفتقر أنواع أمريكا الجنوبية ، بما في ذلك محاصيل البطاطس ، إلى جينات المقاومة.
2. في وادي تولوكا ، تم العثور على عزلات من التزاوج من النوعين A1 و A2 ، ونتيجة لذلك ينتشر تزاوج P. infestans على نطاق واسع. بينما في موطن البطاطا المزروعة ، أمريكا الجنوبية ، ينتشر الطفيل بشكل نسلي.
3. في وادي تولوكا ، هناك أوبئة سنوية حادة من اللفحة المتأخرة. لذلك ، بين الباحثين في أمريكا الشمالية (جامعة كورنيل) ، تم إثبات الرأي حول أمريكا الوسطى (أمريكا الوسطى) كمكان ولادة نباتات البطاطس النباتية (Goodwin et al. ، 1994).
لا يشارك باحثو أمريكا الجنوبية هذا الرأي. وهم يعتقدون أن البطاطس المزروعة وطفيلي P. infestans لها موطن مشترك - جبال الأنديز في أمريكا الجنوبية. لقد دعموا وجهة نظرهم من خلال الدراسات الجزيئية حول تحليل تعدد أشكال الحمض النووي لجينوم الميتوكوندريا (mtDNA) والجينات النووية RAS و β-tubulin (Gomez-Alpizar et al. ، 2007). أظهروا أن السلالات التي تم جمعها من أجزاء مختلفة من العالم تنحدر من ثلاثة سلالات أسلاف متباينة (الثلاثة) توجد في جبال الأنديز بأمريكا الجنوبية. الأنماط الفردانية في الأنديز تنحدر من سطرين: تم العثور على عزلات من أقدم سلالة mtDNA في Solanaceae البرية التي تنمو من قسم Anarrhicomenum في الإكوادور ، في حين أن عزلات السطر الثاني شائعة في البطاطس والطماطم والنباتات البرية. في تولوكا ، حتى الأنماط الفردانية النادرة تنحدر من سلالة واحدة فقط ، مع التباين الجيني لسلالات تولوكا (التردد الأليلي المنخفض لبعض المواقع المتغيرة) يشير إلى تأثير مؤسس قوي بسبب الانجراف الأخير.
بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على نوع جديد من P. andina في جبال الأنديز ، يشبه من الناحية الشكلية والوراثية P. infestans ، والذي يشير ، وفقًا للمؤلفين ، إلى جبال الأنديز على أنها بقعة ساخنة لانتواع جنس Phytophthora. أخيرًا ، في أوروبا والولايات المتحدة ، تضم مجموعات P. Infestans سلالتي الأنديز ، بينما في تولوكا واحدة فقط.
أثار هذا المنشور استجابة من مجموعة من الباحثين من مختلف البلدان ، الذين قاموا بالكثير من العمل التجريبي لمراجعة الدراسة التي تم إجراؤها مسبقًا (Goss et al. ، 2014). في هذا العمل ، أولاً ، تم استخدام تسلسلات DNA للأقمار الصناعية الدقيقة المفيدة لدراسة تعدد أشكال الحمض النووي. ثانيًا ، لتحليل التجمعات ومسارات الهجرة والتباين الزمني للسكان ، إلخ. تم استخدام نماذج أكثر تقدمًا (إحصائيات F ، وتقديرات Bayesian ، وما إلى ذلك) ، وثالثًا ، تم استخدام مقارنة ليس فقط مع أنواع الأنديز P. andina ، حيث تم إنشاء طبيعة هجينة (P. infestans x Phytophthora sp.) ولكن أيضًا مع الأنواع المكسيكية المستوطنة P. mirabilis و P. Ipomoeae و Phytophthora phaseoli ، وهي قريبة وراثيًا من P. infestans المدرجة في نفس الفرع (Kroon et al. ، 2012). نتيجة لهذه التحليلات ، تبين بشكل لا لبس فيه أن الجزء الجذر من شجرة النشوء والتطور لجميع أنواع جنس Phytophthora المأخوذ في الدراسة ، باستثناء الهجين P. andina ، ينتمي إلى السلالات المكسيكية ، وتدفق الهجرة له اتجاه المكسيك - الأنديز ، وليس العكس ، وبدايته تتزامن مع الأوروبي استعمار العالم الجديد (قبل 300-600 سنة). وهكذا ، فإن ظهور أنواع P. infestans ، المتخصصة في هزيمة البطاطس ، حدث في المركز الجيني الثانوي لتكوين الباذنجان الدرني ، أي في أمريكا الوسطى.
جينوم P. INFESTANS
في عام 2009 ، قام فريق دولي من العلماء بتسلسل جينوم P infestans الكامل (Haas et al ، 2009) ، وكان حجمه 240 ميغابايت. هذا أكثر بعدة مرات من الأنواع ذات الصلة الوثيقة P. sojae (95 ميجا بايت) ، والتي تسبب تعفن جذور فول الصويا ، و P. Ramorum (65 ميجا بايت) ، مما يؤثر على أنواع الأشجار القيمة مثل البلوط والزان وبعض الأنواع الأخرى. أظهرت البيانات التي تم الحصول عليها أن الجينوم يحتوي على عدد كبير من نسخ التسلسلات المتكررة - 74٪. يحتوي الجينوم على 17797 من الجينات المشفرة للبروتين ، والجزء الأكبر منها عبارة عن جينات تشارك في العمليات الخلوية ، بما في ذلك تكرار الحمض النووي ونسخ البروتينات وترجمتها.
كشفت مقارنة جينومات جنس Phytophthora عن تنظيم غير عادي للجينوم ، يتكون من كتل من تسلسلات الجينات المحفوظة ، حيث تكون كثافة الجينات عالية نسبيًا ومحتوى التسلسلات المتكررة منخفض نسبيًا ، ومناطق فردية ذات تسلسلات جينية غير محفوظة ، مع كثافة جينية منخفضة ومحتوى مرتفع من مناطق التكرار. تمثل الكتل المحافظة 70٪ (12440) من جميع جينات ترميز البروتين P. infestans. داخل الكتل المحافظة ، عادة ما تكون الجينات متباعدة عن كثب بمتوسط مسافة بين الجينات 604 نقطة أساس. في المناطق الواقعة بين الكتل المحافظة ، تكون المسافة بين الجينات أكبر (3700 نقطة أساس) بسبب زيادة كثافة العناصر المكررة. توجد الجينات الإفرازية المستجيبة سريعة التطور في المناطق الفقيرة بالجينات.
أظهر تحليل تسلسل جينوم P. Infestans أن ما يقرب من ثلث الجينوم ينتمي إلى عناصر قابلة للنقل. يحتوي جينوم P. infestans على عائلات مختلفة من الينقولات بشكل ملحوظ أكثر من الجينومات المعروفة الأخرى. تنتمي معظم أنواع الينقولات P. infestans إلى عائلة الغجر.
تم تحديد عدد كبير من عائلات الجينات المحددة المشاركة في التسبب في المرض في جينوم P. infestans. جزء كبير منها يشفر البروتينات المستجيبة التي تغير فسيولوجيا النبات المضيف وتساهم في إصابته. تنقسم إلى فئتين عريضتين: المؤثرات السكتة الدماغية ، التي تعمل في الفراغات بين الخلايا (الأبوبلاست) ، والمؤثرات السيتوبلازمية ، التي تدخل الخلايا عبر haustoria. تشتمل المؤثرات اللاصقة للأبوبلاستيك على إنزيمات تحلل مائي مُفرزة مثل البروتياز والليباز والجليكوزيلات التي تدمر الخلايا النباتية ؛ مثبطات إنزيمات دفاع النبات المضيف ؛ والسموم الناخر مثل البروتينات الشبيهة بـ Nep1 (NPLs) والبروتينات الصغيرة الغنية بالسيستين الشبيهة بـ Pcf (SCRs).
جينات المستجيب P. infestans عديدة وعادة ما تكون أكبر من الجينات غير المسببة للأمراض. أشهرها المؤثرات السيتوبلازمية RXLR و Crinkler (CNR). المؤثرات السيتوبلازمية النموذجية للفطريات البيض هي بروتينات RXLR. تحتوي جميع جينات المستجيب RXLR المكتشفة حتى الآن على المجموعة الأمينية الطرفية Arg-XLeu-Arg ، حيث X هو حمض أميني. نتيجة للدراسة ، تم اقتراح وجود 563 جينة RXLR في جينوم P. infestans ، وهو ما يزيد بنسبة 60٪ عن جينوم P. sojae و P. ramorum. ما يقرب من نصف جينات RXLR في جينوم P. infestans خاصة بالأنواع. مؤثرات RXLR لها مجموعة متنوعة من التسلسلات. من بينهم ، تم تحديد عائلة واحدة كبيرة و 150 عائلة صغيرة. على عكس البروتين الرئيسي ، عادة ما توجد جينات المستجيب RXLR في مناطق الجينوم الفقيرة والمكررة الغنية. تسهل العناصر المتحركة التي تحدد ديناميكية هذه المناطق إعادة التركيب في هذه الجينات.
تم تحديد مؤثرات CRN السيتوبلازمية في الأصل في نسخ P. infestans المشفرة لببتيدات نخر الأنسجة النباتية. منذ اكتشافهم ، لم يُعرف سوى القليل عن عائلة هذه المؤثرات. كشف تحليل جينوم P. Infestans عن عائلة ضخمة من 196 جينًا من CRN ، وهي أكبر بكثير من جينوم P. sojae (100 CRN) و P. ramorum (19 CRN). مثل RXLRs ، فإن CRNs عبارة عن بروتينات معيارية وتتكون من مجال LFLAK N-terminal شديد الحفظ (50 حمض أميني) ومجال DWL مجاور يحتوي على جينات مختلفة. تمتلك معظم CRNs (60 ٪) إشارة ببتيد.
تمت دراسة إمكانية العديد من CRNs لتعطيل العمليات الخلوية للنبات المضيف. عند تحليل نخر النبات ، مكنت إزالة بروتينات CRN2 من تحديد المنطقة الطرفية C التي تتكون من 234 من الأحماض الأمينية (المواضع 173-407 ، مجال DXG) وتسبب في موت الخلية. كشف تحليل جينات P. infestans CRN عن أربع مناطق طرفية مختلفة ، والتي تسبب أيضًا موت الخلايا داخل النبات. وتشمل هذه المجالات DC التي تم تحديدها حديثًا (P. Infestans لديها 18 جينًا و 49 جينًا خادعًا) ، بالإضافة إلى مجالات D2 (14 و 43) و DBF (2 و 1) التي تشبه كينازات البروتين. يتم حفظ بروتينات نطاقات CRN المعبر عنها في النبات (في حالة عدم وجود ببتيدات الإشارة) في خلية نباتية وتحفيز موت الخلية بواسطة آلية داخل الخلايا. من المرجح ألا تعمل 255 سلسلة أخرى تحتوي على مجالات CRN كجينات.
يُفترض أن الزيادة في عدد وحجم عائلات الجينات المؤثرة RXLR و CRN ترجع إلى إعادة التركيب المتماثل غير الأليلي وتكرار الجينات. على الرغم من حقيقة أن الجينوم يحتوي على عدد كبير من العناصر المتحركة النشطة ، فلا يوجد حتى الآن دليل مباشر على نقل جينات المستجيب.
الأساليب المستخدمة في دراسة التركيب السكاني
تعتمد دراسة التركيب الجيني للسكان حاليًا على تحليل الثقافات النقية للسلالات المكونة لها. يتم أيضًا إجراء تحليل التجمعات دون عزل المحاصيل النقية لأغراض محددة ، مثل ، على سبيل المثال ، دراسة عدوانية السكان أو وجود سلالات مقاومة لمبيدات الفطريات فيها (Filippov et al. ، 2004 ؛ Derevyagina et al. ، 1999). يتضمن هذا النوع من البحث استخدام طرق خاصة ، وصفها خارج نطاق هذه المراجعة. من أجل التحليل المقارن للسلالات ، يتم استخدام عدد من الطرق بناءً على تحليل بنية الحمض النووي وعلى دراسة مظاهر النمط الظاهري. يجب أن يتعامل التحليل المقارن للسكان مع عدد كبير من العزلات ، مما يفرض متطلبات معينة على الأساليب المستخدمة. من الناحية المثالية ، يجب أن تفي بالمتطلبات التالية (Cooke، Lees، 2004، Mueller، Wolfenbarger، 1999):
- تكون رخيصة وسهلة التنفيذ ولا تتطلب نفقات كبيرة للوقت ، وتعتمد على التقنيات المتاحة بشكل عام (على سبيل المثال ، PCR) ؛
- يجب أن يولد عددًا كبيرًا بما يكفي من سمات الواسمات المستقلة ؛
- لديها قابلية عالية للتكاثر ؛
- استخدام الحد الأدنى من الأنسجة لفحصها ؛
- أن تكون محددة على الركيزة (يجب ألا يؤثر التلوث الموجود في الثقافة على النتائج) ؛
- لا تتطلب استخدام إجراءات خطرة ومواد كيماوية شديدة السمية.
لسوء الحظ ، لا توجد طرق تتوافق مع جميع المعلمات المذكورة أعلاه. لإجراء دراسة مقارنة للسلالات في عصرنا ، يتم استخدام الأساليب بناءً على تحليل السمات المظهرية: ضراوة أصناف البطاطس والطماطم (سلالات البطاطس والطماطم) ، ونوع التزاوج ، وأطياف الببتيداز وأنزيمات إيزوميراز الجلوكوز 6 فوسفات ، وعلى تحليل بنية الحمض النووي: تعدد الأشكال جزء التقييد (RFLP) ، والذي يُستكمل عادةً بمسبار تهجين RG 57 ، وتحليل تكرار الأقمار الصناعية الصغيرة (SSR و InterSSR) ، والتضخيم باستخدام الاشعال العشوائي (RAPD) ، وتضخيم شظايا التقييد (AFLP) ، والتضخيم باستخدام البادئات المتماثلة مع تسلسل العناصر المتنقلة (على سبيل المثال ، Inter SINE PCR) ، تحديد الأنماط الفردانية للحمض النووي في الميتوكوندريا.
وصف موجز لطرق الدراسة المقارنة للسلالات المستخدمة في العمل مع P. Infestans
سمات علامة النمط الظاهري
سباقات "البطاطس"
تعتبر سلالات "البطاطس" من العلامات التي يتم البحث عنها واستخدامها بشكل شائع. تمتلك سلالات "البطاطس البسيطة" جينًا واحدًا لفوعة البطاطس ، وجين "معقد" - اثنان على الأقل. وجد Black et al. (1953) ، الذي يلخص جميع البيانات المتاحة لهم ، أن سلالة النبات قادرة على إصابة النباتات بجين / جينات المقاومة المقابلة لجين / جينات الفوعة P. infestans ، ووجدت السلالات 1 و 2 و 3 و 4 التي تصيب النباتات مع الجينات R1 و R2 و R3 و R4 ، على التوالي ، أي يحدث التفاعل بين الطفيلي والمضيف وفقًا لجين مبدأ الجين. علاوة على ذلك ، اكتشف بلاك ، بمشاركة جاليجلي ومالكولمسون ، جينات المقاومة R5 و R6 و R7 و R8 و R9 و R10 و R11 بالإضافة إلى الأجناس المقابلة (Black ، 1954 ؛ Black & Gallegly ، 1957 ؛ Malcolmson & Black ، 1966 ؛ Malcolmson ، 1970).
هناك مجموعة كبيرة من البيانات حول التركيب العرقي للعامل الممرض من مناطق مختلفة. بدون تحليل هذه البيانات بالتفصيل ، سنشير فقط إلى اتجاه عام: حيث تم استخدام أصناف ذات جينات مقاومة جديدة أو مجموعاتها ، في البداية كان هناك بعض الضعف في اللفحة المتأخرة ، ولكن بعد ذلك ظهرت الأجناس التي تحمل جينات الفوعة المقابلة وتم اختيارها واستؤنفت فاشيات اللفحة المتأخرة. نادرًا ما لوحظت ضراوة محددة ضد الجينات الأربعة الأولى المقاومة (R4-R1) في المجموعات التي تم جمعها قبل إدخال زراعة الأصناف بهذه الجينات ، لكن عدد السلالات الخبيثة زاد بشكل حاد عندما تم تطفل العامل الممرض على الأصناف التي تحمل هذه الجينات. من ناحية أخرى ، كانت الجينات 4-5 شائعة جدًا في المجموعات (Shaw ، 11).
أظهرت دراسة لنسبة الأجناس المختلفة خلال موسم النمو ، أجريت في أواخر الثمانينيات ، أنه في بداية تطور المرض ، تسود الحيوانات المستنسخة ذات العدوانية المنخفضة و 1980-1 جينات الفوعة في السكان.
علاوة على ذلك ، مع تطور اللفحة المتأخرة ، ينخفض تركيز الحيوانات المستنسخة الأولية ويزداد عدد الأجناس "المعقدة" ذات العدوانية العالية. وتصل نسبة حدوث الأخير بنهاية الموسم إلى 100٪. عند تخزين الدرنات ، هناك انخفاض في العدوانية وفقدان جينات الفوعة الفردية. يمكن أن تحدث ديناميات استبدال الاستنساخ بأشكال مختلفة بطرق مختلفة (Rybakova & Dyakov ، 1990). ومع ذلك ، أظهرت دراساتنا في الفترة 2000-2010 أن السلالات المعقدة وجدت منذ بداية نباتات المشاع بين السلالات المعزولة من كل من البطاطس والطماطم. ربما يرجع هذا إلى التغيرات في أعداد P. Infestans في روسيا.
بحلول عام 1988-1995 ، بلغ حدوث "السلالات الفائقة" مع كل جينات الفوعة أو جميعها تقريبًا في مناطق مختلفة 70-100٪. لوحظ هذا الوضع ، على سبيل المثال ، في بيلاروسيا ، في منطقتي لينينغراد وموسكو ، في أوسيتيا الشمالية وألمانيا (Ivanyuk et al.، 2002a، 2002b؛ Polityko، 1994؛ Schober-Butin et al.، 1995).
سباقات "الطماطم"
في أصناف الطماطم ، تم العثور على جينين فقط لمقاومة اللفحة المتأخرة - Ph2 (Gallegly & Marvell ، 1) و Ph1955 (Al-Kherb ، 2). كما في حالة سلالات البطاطس ، يحدث التفاعل بين الطماطم و P. infestans على أساس جين تلو الآخر. يصيب سباق T1988 الأصناف التي لا تحتوي على جينات مقاومة (معظم الأصناف المستخدمة صناعيًا) ، ويصيب سباق T0 أصنافًا بجين Ph1 (أوتاوا) ، ويصيب سباق T1 الأنواع المختلفة بجين Ph2.
في روسيا ، تم العثور على T0 بشكل حصري تقريبًا على البطاطس ؛ ساد T0 على الطماطم في بداية الموسم ، ولكن تم استبداله لاحقًا بسباق T1 (Dyakov et al. ، 1975 ، 1994). بعد عام 2000 ، بدأ ظهور T1 على البطاطس في العديد من المجموعات السكانية في بداية ظهور نباتات المشاشية. في الولايات المتحدة ، كانت سلالات البطاطس غير مُمْرِضة للطماطم ، وكذلك السلالات T0 و T1 و T2 ، بينما سادت T1 و T2 على الطماطم (Vartanian & Endo ، 1985 ؛ Goodwin et al. ، 1995).
نوع التزاوج
لإجراء الدراسة ، يلزم وجود سلالات اختبار (مرجعية) مع أنواع التزاوج المعروفة - A1 و A2. يتم تلقيح عزلة الاختبار معهم في أزواج في أطباق بتري مع وسط أجار الشوفان. بعد فترة الحضانة لمدة 10 أيام ، يتم فحص الصفائح لوجود أو عدم وجود أبواغ في الوسط في منطقة التلامس للسلالات. هناك 4 خيارات: تنتمي السلالة إلى نوع التزاوج A1 ، إذا كانت تشكل أبواغًا مع اختبار A2 ، إلى A2 ، إذا كانت تشكل أبواغًا مع اختبار A1 ، إلى A1A2 ، إذا كانت تشكل أبواغًا مع كلا المختبرين ، أو كانت عقيمة (00) ، إذا كانت لا تشكل البويضات مع عدم وجود اختبار (المجموعتان الأخيرتان نادرتان).
لتحديد أنواع التزاوج بشكل أسرع ، جرت محاولات لتحديد مناطق الجينوم المرتبطة بنوع التزاوج ، بهدف استخدامها مرة أخرى لتحديد نوع التزاوج بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل. واحدة من أولى التجارب الناجحة لتحديد مثل هذا الموقع أجراها باحثون أمريكيون (Judelson et al. ، 1995). باستخدام طريقة RAPD ، تمكنوا من تحديد منطقة W16 المرتبطة بنوع التزاوج في نسل المعزولين المتقاطعين ، وتصميم زوج من البادئات 24-bp لتضخيمها (W16-1 (5'-AACACGCACAAGGCATATAAATGTA-3 ') و W16-2 (5') -GCGTAATGTAGCGTAACAGCTCTC-3 ') بعد تقييد منتج PCR مع إنزيم التقييد HaeIII ، كان من الممكن فصل العزلات بنوعي الاقتران A1 و A2.
محاولة أخرى للحصول على علامات PCR لتحديد أنواع التزاوج قام بها باحثون كوريون (Kim، Lee، 2002). حددوا منتجات محددة باستخدام طريقة AFLP. نتيجة لذلك ، تم تطوير زوج من البادئات PHYB-1 (للأمام) (5'-GATCGATTAGTCAGACGAG-3 ') و PHYB-2 (5'-GCGTCTGCAAGGCGCATTTT-3') ، مما يسمح بالتضخيم الانتقائي لمنطقة الجينوم المرتبطة بنوع التزاوج A2. بعد ذلك ، واصلوا هذا العمل وصمموا البادئات 5 'AAGCTATACTGGGACAGGGT-3' (INF-1 ، للأمام) و 5'-GCGTTCTTTCGTATTACCAC-3 '(INF-2) ، مما يسمح بالتضخيم الانتقائي لمنطقة Mat-A1 ، المميزة للسلالات بنوع التزاوج أ 1. أظهر استخدام تشخيص تفاعل البوليميراز المتسلسل لأنواع التزاوج نتائج جيدة عند دراسة تجمعات P. infestans في جمهورية التشيك (Mazakova et al.، 2006) وتونس (Jmour، Hamada، 2006) ومناطق أخرى. في مختبرنا (Mytsa ، Elansky ، غير منشور) ، تم تحليل 34 سلالة من P. infestans معزولة من أعضاء البطاطس والطماطم المريضة في مناطق مختلفة من روسيا (مناطق Kostroma و Ryazan و Astrakhan وموسكو). تزامنت نتائج تحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام بادئات معينة أكثر من 90٪ مع نتائج تحليل نوع التزاوج بالطريقة التقليدية على وسط غذائي.
الجدول 1. تقلب المقاومة داخل استنساخ Sib 1 (Elansky et al. ، 2001)
مكان جمع العينات | عدد العزلات التي تم تحليلها | عدد السلالات الحساسة (S) ، ضعيفة المقاومة (SR) والمقاومة (R) ، أجهزة الكمبيوتر (٪) | ||
S | SR | R | ||
G. فلاديفوستوك | 10 | 1 (10) | 4 (40) | 5 (50) |
جي تشيتا | 5 | 0 | 0 | 5 (100) |
ايركوتسك | 9 | 9 (100) | 0 | 0 |
جي كراسنويارسك | 13 | 12 (92) | 1 (8) | 0 |
مدينة يكاترينبورغ | 15 | 8 (53) | 1 (7) | 6 (40) |
يا سخالين | 66 | 0 | 0 | 66 (100) |
منطقة أومسك | 18 | 0 | 0 | 18 (100) |
مقاومة ميتالاكسيل كمؤشر سكاني
في أوائل الثمانينيات ، لوحظت فاشيات قوية من اللفحة المتأخرة التي تسببها سلالات P. infestans المقاومة للميتالاكسيل في مناطق مختلفة. تعرضت مزارع البطاطس في العديد من البلدان لخسائر كبيرة (Dowley & O'Sullivan، 1980؛ Davidse et al.، 1981؛ Derevyagina، 1983). منذ ذلك الحين ، في العديد من دول العالم ، تم إجراء مراقبة مستمرة لحدوث السلالات المقاومة للفينيلاميد في تجمعات P. infestans. بالإضافة إلى التقييم العملي لآفاق استخدام العقاقير المحتوية على فينيلاميد ، وبناء نظام من التدابير الوقائية والتنبؤ بنوع المشاة ، أصبحت مقاومة هذه الأدوية إحدى السمات الواسمة المستخدمة على نطاق واسع في التحليل المقارن لمجموعات هذا العامل الممرض. ومع ذلك ، ينبغي إجراء استخدام مقاومة ميتالاكسيل في الدراسات السكانية المقارنة مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن: 1991 - الأساس الجيني للمقاومة لم يتم تحديده بدقة بعد ، 1 - مقاومة ميتالاكسيل هي سمة تعتمد بشكل انتقائي يمكن أن تتغير اعتمادًا على استخدام الفينيلاميدات ، 2 - مختلفة درجة الحساسية لسلالات ميتالاكسيل داخل خط نسيلي واحد (الجدول 3).
أطياف الانزيمات
عادة ما تكون علامات Isozyme مستقلة عن الظروف الخارجية ، وتُظهر الميراث المندلي وهي سائدة ، مما يسمح بالتمييز بين متماثل الزيجوت ومتغاير الزيجوت. إن استخدام البروتينات كواسمات جينية يجعل من الممكن تحديد كل من عمليات إعادة التنظيم الكبيرة للمادة الجينية ، بما في ذلك الطفرات الصبغية والجينية ، واستبدالات الأحماض الأمينية الفردية.
أظهرت الدراسات الكهربية للبروتينات أن معظم الإنزيمات توجد في الكائنات الحية في شكل عدة كسور تختلف في التنقل الكهربي. هذه الكسور هي نتيجة ترميز أشكال متعددة من الإنزيمات بواسطة مواضع مختلفة (إيزوزيمات أو إيزوزيمات) أو أليلات مختلفة من نفس المكان (ألوزيمات أو ألوينزيمات). أي أن الإنزيمات هي أشكال مختلفة من إنزيم واحد. الأشكال المختلفة لها نفس النشاط التحفيزي ، ولكنها تختلف قليلاً في بدائل الأحماض الأمينية الفردية في الببتيد والمسؤولة. تم الكشف عن هذه الاختلافات أثناء الرحلان الكهربائي.
في دراسة سلالات P. infestans ، يتم استخدام أطياف الإنزيمات المتشابهة لبروتينين ، الببتيداز و الجلوكوز 6-فوسفات أيزوميراز (هذا الإنزيم أحادي الشكل في السكان الروس ، لذلك لم يتم تقديم طرق دراسته في هذا العمل). لفصلها إلى أنزيمات في مجال كهربائي ، يتم تطبيق مستحضرات البروتين المعزولة من الكائنات الحية المدروسة على صفيحة هلامية موضوعة في مجال كهربائي. يعتمد معدل انتشار البروتينات الفردية في الهلام على الشحنة والوزن الجزيئي ؛ لذلك ، في مجال كهربائي ، يتم فصل خليط البروتينات إلى أجزاء منفصلة ، والتي يمكن تصورها باستخدام أصباغ خاصة.
يتم إجراء دراسة إنزيمات الببتيداز على أسيتات السليلوز أو النشا أو البولي أكريلاميد. الطريقة الأكثر ملاءمة هي الطريقة التي تعتمد على استخدام مواد هلامية أسيتات السليلوز المصنعة من قبل شركة Helena Laboratories Inc. لا يتطلب كميات كبيرة من مواد الاختبار ، فهو يسمح للشخص بالحصول على نطاقات متناقضة على الهلام بعد الرحلان الكهربائي لكل من مواضع الإنزيم ، ولا يتطلب تنفيذه وقتًا كبيرًا وتكاليف مادية كبيرة (الشكل 2).
يتم نقل قطعة صغيرة من الأفطورة إلى أنبوب دقيق سعة 1,5 مل ، وتضاف إليه قطرتان من الماء المقطر. بعد ذلك ، يتم تجانس العينة (على سبيل المثال ، باستخدام مثقاب كهربائي مع ملحق بلاستيكي مناسب لأنبوب دقيق) وترسب لمدة 1 ثانية على جهاز طرد مركزي عند 2 دورة في الدقيقة. 25 ميكرولتر من كل أنبوب دقيق. يتم نقل المادة الطافية إلى لوحة التطبيق.
تتم إزالة جل أسيتات السليلوز من حاوية العازلة ، ويتم مسحه بين ورقتين من ورق الترشيح ووضعه مع طبقة العمل أعلى القاعدة البلاستيكية للقضيب. يتم نقل المحلول من اللوحة بواسطة قضيب على الجل 2-4 مرات. يتم نقل الجل إلى غرفة التفريد ،
الجدول 2. يتم وضع تركيبة المحلول المستخدم لتلوين هلام أسيتات السليلوز في تحليل أنزيمات الببتيداز ، قطرة من الطلاء (أزرق بروموفينول) على حافة الجل.
TRIS HCl ، 0,05 م ، فتاه 8,0 2 مل
بيروكسيداز ، 1000 وحدة / مل 5 قطرات
o-dianisidine 4 مجم / مل 8 قطرات
MgCl2 ، 20 مجم / مل 2 نقط
Gly-Leu ، 15 مجم / مل 10 قطرات
L-amino-acid oxidase، 20 u / ml 2 قطرات
يتم إجراء الرحلان الكهربائي لمدة 20 دقيقة. عند 200 فولت. بعد الرحلان الكهربائي ، يتم نقل الجل إلى طاولة طلاء وتلطيخه بمحلول طلاء خاص (الجدول 2). يتم صهر 10 مل من أجار DIFCO بنسبة 1,6٪ في فرن ميكروويف ، ويتم تبريده إلى 60 درجة مئوية ، وبعد ذلك يتم خلط 2 مل من أجار مع خليط دهان ويصب على الجل. تظهر الخطوط في غضون 15-20 دقيقة. يضاف كاشف L-amino-acid oxidase قبل خلط المحلول مع أجار مصهور.
في السكان الروس ، يتم تمثيل موضع Pep 1 بالأنماط الجينية 100/100 و 92/100. الزيجوت المتماثل 92/92 نادر للغاية (حوالي 0,1٪). يتم تمثيل Locus Rehr 2 بثلاثة أنماط وراثية 100/100 و 100/112 و 112/112 ، وجميع المتغيرات الثلاثة شائعة جدًا (Elanky and Smirnov ، 3 ، الشكل 2003).
أبحاث الجينوم
تعدد أشكال طول جزء التقييد مع التهجين اللاحق (RFLP-RG 57)
يتم التعامل مع إجمالي الحمض النووي باستخدام إنزيم التقييد Eco R1 ، ويتم فصل أجزاء الحمض النووي عن طريق الرحلان الكهربائي في هلام الاغاروز. الحمض النووي كبير جدًا وله العديد من التسلسلات المتكررة ؛ لذلك ، من الصعب تحليل الشظايا العديدة التي تم الحصول عليها عن طريق عمل إنزيمات التقييد بشكل مباشر. لذلك ، يتم نقل شظايا الحمض النووي المنفصلة في الهلام إلى غشاء خاص واستخدامها للتهجين باستخدام مسبار RG 57 ، والذي يتضمن نيوكليوتيدات موسومة بملصقات مشعة أو فلورية. يتم تهجين هذا المسبار باستخدام التسلسلات الجينية المتكررة (Goodwin et al. ، 1992 ، Forbes et al. ، 1998). بعد تصور نتائج التهجين على مادة ضوئية أو مشعة ، يتم الحصول على ملف تعريف تهجين متعدد المواضع (بصمات الأصابع) ، يمثله 25-29 شظية (Forbes et al. ، 1998). النسل اللاجنسي (النسيلي) سيكون له نفس الملفات الشخصية. من خلال ترتيب العصابات على الرسم الكهربائي ، يتم الحكم على أوجه التشابه والاختلاف بين الكائنات الحية المقارنة.
الأنماط الفردانية للحمض النووي للميتوكوندريا
في معظم الخلايا حقيقية النواة ، يتم تقديم mtDNA في شكل جزيء DNA دائري مزدوج الشريطة ، والذي ، على عكس الكروموسومات النووية للخلايا حقيقية النواة ، يتكاثر بشكل شبه متحفظ ولا يرتبط بجزيئات البروتين.
تم تسلسل جينوم الميتوكوندريا لـ P. infestans ، وتم تخصيص عدد من الأعمال لتحليل أطوال أجزاء التقييد (Carter et al ، 1990 ، Goodwin ، 1991 ، Gavino ، Fry ، 2002). بعد أن طور Griffith and Shaw (1998) طريقة بسيطة وسريعة لتحديد الأنماط الفردانية لـ mtDNA ، أصبحت هذه العلامة واحدة من أكثر الدراسات شيوعًا في دراسات P. Infestans. يتكون جوهر الطريقة من تضخيم متسلسل لجزئين من الحمض النووي للميتوكوندريا (من الجينوم المشترك) باستخدام البادئات F2-R2 و F4-R4 (الجدول 3) وتقييدها اللاحق باستخدام إنزيمات التقييد MspI (الجزء الأول) و EcoR1 (الجزء الثاني). تسمح لك الطريقة بتحديد 1 أنماط فردانية: Ia ، IIa ، Ib ، IIb. النوع الثاني يختلف عن النوع الأول بوجود إدخال بحجم 2 نقطة أساس وبسبب موقع مختلف لمواقع التقييد في المنطقتين P4 و P1881 (الشكل 2).
منذ عام 1996 ، من بين السلالات التي تم جمعها على أراضي روسيا ، لوحظ فقط النمط الفرداني Ia و IIa (Elansky et al. ، 2001 ، 2015). يمكن التعرف عليها بعد فصل منتجات التقييد باستخدام التمهيدي F2-R2 في مجال كهربائي (الشكل 4 ، 5). تستخدم أنواع mtDNA في التحليل المقارن للسلالات والسكان. في عدد من الأعمال ، تم استخدام أنواع من الحمض النووي للميتوكوندريا لعزل السلالات النسيليّة وجواز سفر عزلات P. infestans (Botez et al. ، 2007 ؛ Shein et al. ، 2009). باستخدام طريقة PCR-RFLP ، تم استنتاج أن mtDNA غير متجانس في نفس سلالة P. infestans (Elansky and Milyutina ، 2007). شروط التضخيم: 1x (500 ثانية 94 درجة مئوية) ، 40 × (30 ثانية. 90 درجة مئوية ، 30 ثانية. 52 درجة مئوية ، 90 ثانية. 72 درجة مئوية) ؛ 1x (5 دقائق 72 درجة مئوية). خليط التفاعل: (20 ميكرولتر): 0,2 U Taq DNA polymerase ، 1x 2,5 mM MgCl2-Taq buffer ، 0,2 ملي مولار لكل dNTP ، 30 ميكرولتر تمهيدي و 5 نانوغرام من الحمض النووي المحلل ، ماء منزوع الأيونات - حتى 20 ميكرولتر.
يتم تنفيذ تقييد منتج PCR لمدة 4-6 ساعات عند درجة حرارة 37 درجة مئوية. خليط التقييد (20 ميكرولتر): 10x MspI (2 ميكرولتر) ، 10x عازلة تقييد (2 ميكرولتر) ، ماء منزوع الأيونات (6 ميكرولتر) ، منتج PCR (10 ميكرولتر).
الجدول 3. الاشعال المستخدمة لتضخيم المناطق متعددة الأشكال mtDNA
مكان | كتاب تمهيدي | طول التمهيدي وموضعه | طول المنتج PCR | تقييد |
---|---|---|---|---|
P2 | F2: 5'- تكككتتجتككتكتاككجات | 21. 13619-13639 | 1070 | MspI |
R2: 5'- TTACGGCGGTTAGCACATACA | 22. 14688-14667 | |||
P4 | F4: 5'- TGGTCATCCAGAGGTTATGTT | 22. 9329-9350 | 964 | ايكو ارى |
R4:5 - كجاتاككجاتاككاجكاكا | 22. 10292-10271 |
التضخيم العشوائي التمهيدي (RAPD)
عند تنفيذ RAPD ، يتم استخدام أساس واحد (أحيانًا عدة بادئات في وقت واحد) مع تسلسل نيوكليوتيد عشوائي ، عادةً 10 نيوكليوتيدات في الطول ، مع محتوى عالٍ (من 50٪) من نيوكليوتيدات GC ودرجة حرارة صلبة منخفضة (حوالي 35 درجة مئوية). هذه البادئات "تهبط" على العديد من المواقع التكميلية في الجينوم. بعد التضخيم ، يتم الحصول على عدد كبير من الأمبليكون. عددهم يعتمد على التمهيدي (ق) المستخدمة وظروف التفاعل (تركيز MgCl2 ودرجة حرارة التلدين).
يتم تصور الأمبليكون عن طريق التقطير في بولي أكريلاميد أو هلام الاغاروز. عند إجراء تحليل RAPD ، من الضروري مراقبة نقاء المواد التي تم تحليلها بعناية ، منذ ذلك الحين يمكن أن يتسبب التلوث بالكائنات الحية الأخرى في زيادة كبيرة في عدد القطع الأثرية ، والتي تكون عديدة جدًا حتى في تحليل المواد النقية (بيريز وآخرون ، 1998) ينعكس استخدام هذه الطريقة في دراسة جينوم P. infestans في العديد من الأعمال (Judelson، Roberts، 1999، Ghimire et al.، 2002، Carlisle et al.، 2001). تم تحديد اختيار ظروف التفاعل والبادئات (تم دراسة 51 من 10 نيوكليوتيد بادئات) في مقال أبو السمن وآخرون (2003).
تحليل تكرار الأقمار الصناعية الصغيرة (SSR)
تكرار الأقمار الصناعية الصغيرة (تكرار التسلسل البسيط ، SSR) يكرر بالترادف تسلسلات قصيرة من 1-3 (أحيانًا تصل إلى 6) نيوكليوتيدات موجودة في الجينومات النووية لجميع حقيقيات النوى. يمكن أن يختلف عدد التكرارات المتتالية من 10 إلى 100. تحدث مواضع الأقمار الصناعية الصغيرة بتردد عالٍ إلى حد ما ويتم توزيعها بشكل أو بآخر بالتساوي في جميع أنحاء الجينوم (لاجيررانتز وآخرون ، 1993). يرتبط تعدد الأشكال لتسلسلات الأقمار الصناعية الصغيرة بالاختلافات في عدد مرات تكرار الفكرة الأساسية. تُعد علامات الأقمار الصناعية الدقيقة من العلامات المشفرة ، مما يجعل من الممكن استخدامها لتحليل بنية السكان ، وتحديد القرابة ، ومسارات الهجرة للأنماط الجينية ، وما إلى ذلك. من بين المزايا الأخرى لهذه العلامات ، ينبغي للمرء أن يلاحظ تعدد الأشكال العالي ، والتكاثر الجيد ، والحياد ، والقدرة على إجراء التحليل والتقييم الأوتوماتيكي. يتم إجراء تحليل تعدد الأشكال لتكرارات الأقمار الصناعية الدقيقة عن طريق تضخيم PCR باستخدام بادئات مكملة للتسلسلات الفريدة التي تحيط بموقع الأقمار الصناعية الصغيرة. في البداية ، تم إجراء التحليل بفصل نواتج التفاعل على هلام بولي أكريلاميد. لاحقًا ، اقترح موظفو شركة Applied Biosystems استخدام مواد أولية تحمل علامات الفلورسنت مع الكشف عن منتجات التفاعل باستخدام كاشف ليزر آلي (Diehl et al. ، 1990) ، ثم مُتتابِعات الحمض النووي الأوتوماتيكية القياسية (Ziegle et al. ، 1992). إن وضع العلامات على البادئات بأصباغ فلورية مختلفة يجعل من الممكن تحليل عدة علامات في وقت واحد على حارة واحدة ، وبالتالي زيادة إنتاجية الطريقة بشكل كبير وزيادة دقة التحليل.
ظهرت المنشورات الأولى المخصصة لاستخدام تحليل SSR لدراسة P. infestans في أوائل القرن الحادي والعشرين. (كنابوفا ، جيسي ، 2000). لم تظهر جميع العلامات التي اقترحها المؤلفون درجة كافية من تعدد الأشكال ، ومع ذلك ، تم تضمين اثنتين منها (2002B و G4) في مجموعة من 11 علامة SSR اقترحها Lees et al. (12) وتم اعتمادها لاحقًا في شبكة أبحاث Eucablight (www.eucablight .org) كمعيار لـ P. infestans. بعد بضع سنوات ، نُشرت دراسة حول إنشاء نظام للتحليل المتعدد لـ P. infestans DNA استنادًا إلى ثماني علامات SSR (Li et al. ، 2006). أخيرًا ، بعد تقييم جميع العلامات المقترحة سابقًا واختيار أكثرها إفادة ، بالإضافة إلى تحسين الاشعال والتسميات الفلورية وظروف التضخيم ، قدمت نفس المجموعة من المؤلفين نظامًا لتحليل تعدد الإرسال بخطوة واحدة ، بما في ذلك 2010 علامة (الجدول 12 ؛ Li et al. ، 4 أ). تم اختيار المواد الأولية المستخدمة في هذا النظام وتمييزها بواحدة من أربع علامات فلورية (FAM ، VIC ، NED ، PET) بحيث لا تتداخل نطاقات أحجام أليل البادئات ذات الملصقات نفسها.
أجرى المؤلفون التحليل على مضخم PTC200 (MJ Research ، الولايات المتحدة الأمريكية) باستخدام مجموعات PCR متعددة الإرسال QIAGEN أو مجموعات PCR QIAGEN Typeit للأقمار الصناعية الدقيقة. كان حجم خليط التفاعل 12.5 ميكرولتر. كانت ظروف التضخيم كما يلي: بالنسبة لـ QIAGEN متعدد الإرسال PCR: 95 درجة مئوية (15 دقيقة) ، 30 × (95 درجة مئوية (20 ثانية) ، 58 درجة مئوية (90 ثانية) ، 72 درجة مئوية (60 ثانية) ، 72 درجة مئوية (20 دقيقة) ؛ لـ QIAGEN Type-it Microsatellite PCR: 95 درجة مئوية (5 دقائق) ، 28 × (95 درجة مئوية (30 ثانية) ، 58 درجة مئوية (90 ثانية) ، 72 درجة مئوية (20 ثانية) ، 60 درجة مئوية (30 دقيقة).
تم إجراء فصل وتصور منتجات PCR باستخدام محلل DNA الشعري الآلي ABI3730 (Applied Biosystems).
الجدول 4. خصائص 12 علامة قياسية من علامات SSR المستخدمة في التنميط الجيني لـ P. Infestans (Li et al.، 2013a)
الاسم | عدد الأليلات | نطاق الحجم الأليلات (BP) | الاشعال |
PiG11 | 13 | 130-180 | F: NED-TGCTATTATCAAGCGTGGG R: GTTTCAATCTGCAGCCGTAAGA |
Pi02 | 4 | 255-275 | F: NED-ACTTGCAGAACTACCGCCC R: GTTGACCACTTTCCTCGGTTC |
بينفSSR11 | 4 | 325-360 | F: NED-TTAAGCCACGACATGAGCTG R: GTTAGACAATTGTTTTGTGGTCGC |
D13 | 16 | 100-185 | F: FAM-TGCCCCCTGCTCACTC R: GCTCGAATTCATTTACAGACTTG |
بينفSSR8 | 4 | 250-275 | FAM-AATCTGATCGCAACTGAGGG R: GTTTACAAGATACACACGTCGCTCC |
بينفSSR4 | 7 | 280-305 | FAM-TCTTGTTCGAGTATGGCGACG R: GTTTCACTTCGGGAGAAAGGCTTC |
Pi04 | 4 | 160-175 | F: VIC-AGCGGCTTTACCGATGG R: GTTTCAGCGGCTGTTTCGAC |
Pi70 | 3 | 185-205 | F: VIC-ATGAAATACGTCAATGCTCG R: CGTGATTTCTATTCTTCG |
بينفSSR6 | 3 | 230-250 | F: GTTTGGTGGGCTGAAGTTTT R: VIC-TCGCCACAAGATTATTCCG |
Pi63 | 3 | 265-280 | F: فيك-أتجاكاجاتجااجتجاج R: كجاتاتتكككتجتتاتكتاكاكك |
بينفSSR2 | 3 | 165-180 | F: PET-CGACTTCTACATCAACCGGC R: GTTGCTTGGACTGCGTCTTTAGC |
بي4ب | 5 | 200-295 | F: PET-AAAATAAAGCCTTTGGTTCA R: GCAAGCGAGGTTGTAGATT |
يظهر مثال لتصور نتائج التحليل في الشكل. 6. تم تحليل النتائج باستخدام برنامج GeneMapper 3.7 من خلال مقارنة البيانات التي تم الحصول عليها مع بيانات العزلات المعروفة. لتسهيل تفسير نتائج التحليل ، من الضروري تضمين 1-2 عزلة مرجعية بنمط وراثي معروف في كل دراسة.
تم اختبار طريقة البحث المقترحة على عدد كبير من العينات الميدانية ، وبعد ذلك قام المؤلفون بتوحيد البروتوكولات بين مختبرات منظمتين ، معهد جيمس هوتون (المملكة المتحدة) وجامعة وأبحاث Wageningen (هولندا) ، والتي ، إلى جانب إمكانية استخدام بطاقات FTA القياسية لتبسيط جمع وشحن عينات الحمض النووي لـ P. infestans أتاح الحديث عن إمكانية الاستخدام التجاري لهذا التطور. بالإضافة إلى ذلك ، أتاحت طريقة سريعة ودقيقة للتنميط الجيني لعزلات P. infestans باستخدام تحليل SSR متعدد الإرسال إجراء دراسات موحدة لمجموعات هذا العامل الممرض على نطاق عالمي ، وإنشاء قاعدة بيانات عالمية حول اللفحة المتأخرة في إطار مشروع Eucablight (www.eucablight.org) ، بما في ذلك ، بما في ذلك نتائج تحليل الأقمار الصناعية الصغيرة ، مما جعل من الممكن تتبع ظهور وانتشار أنماط وراثية جديدة في جميع أنحاء العالم.
تضخيم طول جزء تقييد تعدد الأشكال (AFLP). AFLP (تضخيم تعدد الأشكال لطول الجزء) هي تقنية لتوليد علامات جزيئية عشوائية باستخدام بادئات محددة. في AFLP ، يتم التعامل مع الحمض النووي بمزيج من اثنين من الإنزيمات المقيدة. يتم ربط محولات معينة بالأطراف اللاصقة لأجزاء التقييد.
يتم بعد ذلك تضخيم هذه الأجزاء باستخدام بادئات مكملة لتسلسل المحول وموقع التقييد ، بالإضافة إلى حمل قاعدة عشوائية واحدة أو أكثر في نهاياتها الثلاثة. تعتمد مجموعة الشظايا التي تم الحصول عليها على إنزيمات التقييد والنيوكليوتيدات المختارة عشوائياً في الأطراف 3'-من الاشعال (Vos et al. ، 3). AFLP - يستخدم التنميط الجيني لدراسة الاختلاف الجيني للكائنات الحية المختلفة بسرعة.
تم تقديم وصف تفصيلي للطريقة في أعمال Mueller، Wolfenbarger، 1999، Savelkoul et al.، 1999. قام باحثون صينيون بالكثير من العمل لمقارنة تحليل أساليب AFLP و SSR. تمت دراسة الخصائص المظهرية والوراثية لـ 48 عزلة من P. infestans جمعت من خمس مناطق في شمال الصين. كشفت أطياف AFLP عن ثمانية أنماط وراثية مختلفة للحمض النووي ، على عكس الأنماط الجينية لـ SSR ، والتي لم يتم العثور على تنوع لها (Guo et al. ، 2008).
التضخيم باستخدام بادئات متطابقة مع تسلسل العناصر المتحركة
الواسمات المشتقة من تسلسل الينقولات العكسية ملائمة جدًا لرسم الخرائط الجينية ، ودراسة التنوع الجيني والعمليات التطورية (شولمان ، 2006). إذا تم تصنيع البادئات لاستكمال التسلسلات الثابتة لعناصر متحركة معينة ، فمن الممكن تضخيم مناطق الجينوم الموجودة بينها. في دراسات العامل المسبب لمرض اللفحة المتأخرة ، تم تطبيق طريقة تضخيم أجزاء من الجينوم باستخدام أساس تمهيدي مكمل للتسلسل الأساسي لـ retropazone SINE (العناصر النووية القصيرة المنتشرة) بنجاح (Lavrova and Elansky ، 2003). باستخدام هذه الطريقة ، تم الكشف عن الاختلافات حتى في النسل اللاجنسي لعزلة واحدة. في هذا الصدد ، تم استنتاج أن طريقة inter-SINE-PCR محددة للغاية وأن معدل حركة عناصر SINE في جينوم Phytophthora مرتفع.
في جينوم P. infestans ، تم تحديد 12 عائلة من الينقولات القصيرة (SINEs). تم دراسة توزيع الأنواع من الينقولات القصيرة ، وتم تحديد العناصر (SINEs) الموجودة في جينوم P. infestans فقط (Lavrova ، 2004).
ملامح تطبيق طرق الدراسة المقارنة للسلالات في الدراسات السكانية
عند التخطيط لدراسة ما ، يجب على المرء أن يفهم بوضوح الأهداف التي تسعى وراءها واستخدام الأساليب المناسبة. وبالتالي ، فإن بعض الطرق تجعل من الممكن توليد عدد كبير من علامات الواسم المستقلة ، ولكن في نفس الوقت يكون لها قابلية استنساخ منخفضة وتعتمد بشدة على الكواشف المستخدمة ، وظروف التفاعل ، وتلوث مادة الاختبار. لذلك ، في كل دراسة لمجموعة من السلالات ، من الضروري استخدام عدة عزلات قياسية (مرجعية) ، ولكن حتى في هذه الحالة ، يصعب الجمع بين نتائج العديد من التجارب.
تتضمن هذه المجموعة من الطرق RAPD و AFLP و InterSSR و InterSINE PCR. بعد التضخيم ، يتم الحصول على عدد كبير من أجزاء الحمض النووي بأحجام مختلفة. يُنصح باستخدام مثل هذه التقنيات إذا كان من الضروري تحديد الاختلافات بين السلالات وثيقة الصلة (الأبناء ، النسل من النوع البري ، إلخ) ، أو في الحالات التي تتطلب تحليلًا مفصلاً لعينة صغيرة. وهكذا ، تُستخدم طريقة AFLP على نطاق واسع في رسم الخرائط الجينية لـ P. infestans (van der Lee et al. ، 1997) وفي دراسات التكاثر (Knapova، Gisi، 2002، Cooke et al، 2003، Flier et al، 2003). هذه الأساليب غير مناسبة لاستخدامها عند إنشاء قواعد بيانات من السلالات ، لأن من المستحيل عمليا توحيد محاسبة النتائج عند إجراء التحليلات في المختبرات المختلفة.
على الرغم من البساطة الظاهرة وسرعة التنفيذ (عزل الحمض النووي دون تنقية جيدة ، أو تضخيم ، أو تصور للنتائج) ، تتطلب هذه المجموعة من الطرق استخدام طريقة خاصة لتوثيق النتائج: التقطير في هلام بولي أكريلاميد باستخدام مواد أولية (مشعة أو مضيئة) وإضاءة لاحقة للضوء أو المواد المشعة. التصوير بهلام الاغاروز التقليدي ببروميد الإيثيديوم غير مناسب بشكل عام لهذه الطرق بسبب يمكن أن يندمج عدد كبير من أجزاء الحمض النووي ذات الأحجام المختلفة.
على العكس من ذلك ، تسمح الطرق الأخرى بإنشاء عدد صغير من الميزات بإمكانية استنساخها العالية جدًا. تشمل هذه المجموعة دراسة الأنماط الفردانية للحمض النووي للميتوكوندريا (لوحظ فقط نمطين فرديين Ia و IIa في روسيا) ، نوع التزاوج (تنقسم معظم العزلات إلى نوعين: A2 و A1 ، ونادراً ما توجد SF ذاتية الخصوبة) وأطياف إيزوزيم الببتيداز (اثنان موضعي Pep2 و Pep1 ، تتكون من اثنين من isozymes لكل منهما) و glucose-2-phosphate isomerase (في روسيا لا يوجد تباين في هذه الصفة ، على الرغم من وجود تعدد أشكال كبير في بلدان أخرى من العالم). يُنصح باستخدام هذه الميزات عند تحليل المجموعات وتجميع قواعد البيانات الإقليمية والعالمية. في حالة تحليل الإنزيمات والأنماط الفردانية للحمض النووي للميتوكوندريا ، فمن الممكن الاستغناء عن السلالات القياسية على الإطلاق ، بينما في تحليل أنواع التزاوج ، يلزم عزلان اختبار مع أنواع التزاوج المعروفة.
يمكن أن تؤثر ظروف التفاعل والكواشف فقط على تباين المنتج على مخطط التحويل الكهربائي ؛ من غير المحتمل ظهور المصنوعات في هذه الأنواع من الدراسات.
حاليًا ، يتم تمثيل غالبية السكان في الجزء الأوروبي من روسيا بواسطة سلالات من كلا النوعين من التزاوج (الجدول 6) ، من بينها عزلات من النوعين Ia و IIa من الحمض النووي للميتوكوندريا (لم يتم العثور على أنواع أخرى من mtDNA الموجودة في العالم في روسيا بعد 1993). يتم تمثيل أطياف إنزيمات الببتيداز بنوعين وراثيين في موضع Pep1 (100/100 و 92/92 و heterozygote 92/100 ، والنمط الجيني 92/92 نادر للغاية (<0,3٪)) ونوعين وراثيين في موضع Pep 2 (100/100) ، 112/112 وزيجوت متغاير الزيجوت 100/112 ، مع النمط الجيني 112/112 الذي يحدث بشكل أقل من 100/100 ، ولكن أيضًا في كثير من الأحيان).
لم يكن هناك تباين في طيف إنزيمات إيزوميراز الجلوكوز 6-فوسفات بعد عام 1993 (اختفاء الخط النسيلي US-1) ؛ جميع العزلات المدروسة لديها النمط الوراثي 100/100 (Elansky and Smirnov ، 2002).
تتيح المجموعة الثالثة من الأساليب الحصول على مجموعة كافية من أحرف العلامة المستقلة ذات قابلية استنساخ عالية. اليوم ، تضم هذه المجموعة مسبار RFLP-RG57 ، الذي ينتج 25-29 شظية من الحمض النووي بأحجام مختلفة. يمكن استخدام RFLP-RG57 عند تحليل العينات وتجميع قواعد البيانات. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة أغلى بكثير من الطرق السابقة ، فهي تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب كمية كبيرة بدرجة كافية من الحمض النووي عالي النقاء. لذلك ، يضطر الباحث إلى الحد من حجم المادة المختبرة.
أدى تطوير RFLP-RG57 في أوائل التسعينيات من القرن الماضي إلى تكثيف الدراسات السكانية بشكل كبير للعامل المسبب لمرض اللفحة المتأخرة. أصبح أساس الطريقة القائمة على اختيار وتحليل "خطوط Clonal" (انظر أدناه). إلى جانب RFLP-RG90 ، يتم استخدام نوع التزاوج وبصمة الحمض النووي (طريقة RFLP-RG57) وأطياف إنزيمات إيزوميراز الجلوكوز 57 فوسفات وأطياف إنزيمات الجلوكوز 6 فوسفات ونوع الحمض النووي للميتوكوندريا لتحديد الخطوط النسيليّة. بفضله ، تم عرضه على الآخرين ، 1994) ، تم تحديد السلالات المستنسخة السائدة في العديد من بلدان العالم (Drenth et al ، 1993 ، Sujkowski et al ، 1994 ، Goodwin et al ، 1995a). أظهرت الدراسات التي أجريت على السلالات الروسية باستخدام هذه الطريقة تعدد الأشكال الوراثي العالي لسلالات الجزء الأوروبي وأحادية الشكل لسكان الأجزاء الآسيوية والشرق الأقصى من روسيا (Elansky et al ، 2001). والآن تظل هذه الطريقة هي الطريقة الرئيسية في الدراسات السكانية لـ P. infestans. ومع ذلك ، فإن توزيعه على نطاق واسع يعوقه ارتفاع تكلفته وكثافة العمالة في التنفيذ.
أسلوب آخر واعد نادرًا ما يستخدم في دراسات P. infestans هو تحليل تكرار الأقمار الصناعية الصغيرة (SSR). حاليًا ، تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع لعزل السلالات النسيليّة. لتحليل السلالات ، تم استخدام سمات الواسمات المظهرية مثل وجود جينات الفوعة لأصناف البطاطس (Avdey ، 1995 ، Ivanyuk et al. ، 2002 ، Ulanova et al. ، 2003) والطماطم على نطاق واسع (واستمر استخدامها). حتى الآن ، فقدت جينات الفوعة لأصناف البطاطس قيمتها كسمات واسمية لدراسات السكان بسبب ظهور العدد الأقصى (أو القريب منه) من جينات الفوعة في الغالبية العظمى من العزلات. في الوقت نفسه ، لا يزال جين الفوعة T1 لأصناف الطماطم التي تحمل الجين المقابل Ph1 يُستخدم بنجاح كصفة علامة (Lavrova et al. ، 2003 ؛ Ulanova et al. ، 2003).
في العديد من الأعمال ، تُستخدم مقاومة مبيدات الفطريات كسمة علامة. هذه السمة غير مرغوب فيها لاستخدامها في الدراسات السكانية بسبب المظهر السهل إلى حد ما لطفرات المقاومة في السلالات النسيليّة بعد تطبيق ميتالاكسيل- (أو ميفينوكسام-) المحتوي على مبيدات الفطريات في الحقل. على سبيل المثال ، تم عرض اختلافات كبيرة في مستوى المقاومة داخل خط Sib1 clonal (Elansky et al. ، 2001).
وبالتالي ، فإن نوع التزاوج ، طيف إنزيم الببتيداز ، نوع الحمض النووي للميتوكوندريا ، RFLP-RG57 ، SSR هي ميزات العلامة المفضلة لإنشاء بنوك البيانات وتمييز السلالات في المجموعات. لمقارنة عينات محدودة ، إذا كان من الضروري تطبيق الحد الأقصى لعدد ميزات العلامة ، يمكنك استخدام AFLP و RAPD و InterSSR و Inter-SINE PCR (الجدول 5). ومع ذلك ، يجب أن نتذكر أن هذه الأساليب قابلة للتكرار بشكل سيئ ، وفي كل تجربة فردية (دورة التفريد الكهربائي للتضخيم) ، يجب استخدام عدة عزلات مرجعية.
الجدول 5. مقارنة بين طرق البحث المختلفة للسلالات P. إنفستان
معيار | TC | شرطة Isofer | متدنا | RFLP-RG57 | رابد | ISSR | SSR | AFLP | تزيد السرعة |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
كمية المعلومات | Н | Н | Н | С | В | В | С | В | В |
قابلية اعادة الأنتاج | В | В | В | В | Н | Н | С | С | С |
إمكانية التحف | Н | Н | Н | Н | В | С | Н | С | В |
تكلفة | Н | С | Н | В | Н | Н | Н | С | Н |
كثافة العمل | Н | Н | Н | В | NS * | NS * | Н | С | NS * |
سرعة التحليل ** | В | Н | Н | С | Н | Н | Н | Н | Н |
ملاحظة: H - منخفض ، C - متوسط ، B - مرتفع ؛ НС * - كثافة اليد العاملة منخفضة عند استخدام هلام الاغاروز أو الأوتوماتيكي
جينوتيبر ، متوسط - عن طريق التقطير في هلام بولي أكريلاميد مع بادئات مميزة ،
** - عدم احتساب الوقت الذي يقضيه في زراعة الفطريات لعزل الحمض النووي.
البنية السكانية
خطوط كلونال
في حالة عدم وجود إعادة التركيب أو مساهمته الضئيلة في التركيب السكاني ، يتكون السكان من عدد معين من الحيوانات المستنسخة ، التبادلات الجينية نادرة للغاية.
في مثل هذه المجموعات السكانية ، من المفيد دراسة ليس تكرارات الجينات الفردية ، ولكن تكرارات الأنماط الجينية التي لها أصل مشترك (الخطوط النسيليّة أو الأنساب النسيليّة) والتي تختلف فقط في الطفرات النقطية. تسارعت الدراسات السكانية لمُمرِض اللفحة المتأخرة وتحليل السلالات النسيليّة بشكل ملحوظ منذ ظهور طريقة RFLP-RG57 في أوائل التسعينيات من القرن الماضي. جنبا إلى جنب مع RFLP-RG90 ، يتم استخدام نوع التزاوج وأطياف الببتيداز وأيزوميراز الجلوكوز 57-فوسفات ، ونوع الحمض النووي للميتوكوندريا لتحديد الخطوط النسيليّة. تظهر خصائص الخطوط النسيليّة الأكثر شيوعًا في الجدول 6.
سيطر Clone US-1 على السكان في كل مكان حتى نهاية الثمانينيات ، وبعد ذلك بدأ استبداله بنسخ أخرى واختفى من أوروبا وأمريكا الشمالية. يوجد الآن في الشرق الأقصى (الفلبين ، تايوان ، الصين ، اليابان ، كوريا ، كوه وآخرون ، 80 ، Mosa وآخرون ، 1994) ، في إفريقيا (أوغندا ، كينيا ، رواندا ، Goodwin et al ، 1993 ، Vega-Sanchez et al.، 1994؛ Ochwo et al.، 2000) وفي أمريكا الجنوبية (إكوادور ، البرازيل ، بيرو ، Forbes et al. ، 2002 ، Goodwin et al. ، 1997). لم يتم تحديد أي سلالات تنتمي إلى خط US-1994 في أستراليا وحدها. على ما يبدو ، جاءت عزلات P. infestans إلى أستراليا مع موجة أخرى من الهجرة (Goodwin ، 1).
هاجر استنساخ US-6 من شمال المكسيك إلى كاليفورنيا في أواخر السبعينيات وتسبب في انتشار وباء في البطاطس والطماطم بعد 70 عامًا من خلوها من الأمراض. نظرًا لعدوانيتها الشديدة ، فقد حلت محل استنساخ US-32 وبدأت في السيطرة على الساحل الغربي للولايات المتحدة (Goodwin et al. ، 1a).
تم اكتشاف الأنماط الجينية US-7 و US-8 في الولايات المتحدة في عام 1992 وتم بالفعل في عام 1994 توزيعها على نطاق واسع في الولايات المتحدة وكندا. خلال موسم ميداني واحد ، يكون استنساخ US-8 قادرًا على إزاحة استنساخ US-1 بالكامل تقريبًا في قطع البطاطس المصابة في البداية بكلتا النسختين بتركيز متساوٍ (Miller and Johnson ، 2000).
تم التعرف على الحيوانات المستنسخة من BC-1 إلى BC-4 في كولومبيا البريطانية في عدد صغير من العزلات من Goodwin et al. ، 1995b). انتشر استنساخ US-11 على نطاق واسع في الولايات المتحدة وحل محل US-1 في تايوان. تعد الحيوانات المستنسخة JP-1 و EC-1 ، جنبًا إلى جنب مع استنساخ US-1 ، شائعة في اليابان والإكوادور ، على التوالي (Koh et al. ، 1994 ؛ Forbes et al. ، 1997).
SIB-1 هي نسخة سادت في روسيا على مساحة شاسعة من منطقة موسكو إلى سخالين. في منطقة موسكو ، تم اكتشافه في عام 1993 ، وتألفت بعض مجموعات الحقول بشكل أساسي من سلالات من هذا الخط النسيلي ، شديد المقاومة لميتالاكسيل. بعد عام 1993 ، انخفض انتشار هذا الاستنساخ بشكل ملحوظ. خارج جبال الأورال في 1997-1998 ، تم العثور على SIB-1 في كل مكان ، باستثناء إقليم خاباروفسك (استنساخ SIB-2 منتشر هناك). يستثني الفصل المكاني للحيوانات المستنسخة بأنواع مختلفة من التزاوج العملية الجنسية في سيبيريا والشرق الأقصى. في منطقة موسكو ، على عكس سيبيريا ، يمثل السكان العديد من الحيوانات المستنسخة ؛ تحتوي كل عزلة تقريبًا على نمط وراثي فريد متعدد البؤرة (Elansky et al. ، 2001 ، 2015). لا يمكن تفسير هذا التنوع فقط من خلال استيراد سلالات فطرية من أجزاء مختلفة من العالم بمواد بذور مستوردة. نظرًا لأن كلا النوعين من التزاوج يحدثان في السكان ، فمن الممكن أن يكون تنوعه أيضًا بسبب إعادة التركيب. وهكذا ، في كولومبيا البريطانية ، يُفترض ظهور الأنماط الجينية BC-2 و BC-3 و BC-4 بسبب تهجين الحيوانات المستنسخة BC-1 و US-6 (Goodwin et al. ، 1995b). من الممكن أن توجد سلالات هجينة في تجمعات موسكو. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون سلالات MO-4 و MO-8 و MO-11 متغايرة الزيجوت لموضع PEP هجينة بين سلالات MO-12 و MO-21 و MO-22 ، ولها نوع التزاوج A2 ومتماثل الزيجوت لأليل واحد من موضع PEP والسلالة MO-8 ، له نوع التزاوج A1 ومتماثل الزيجوت لأليل آخر من الموضع. وإذا كان هذا هو الحال ، وفي المجموعات الحديثة من P. infestans ، هناك ميل إلى زيادة دور العملية الجنسية ، فإن قيمة المعلومات لتحليل الحيوانات المستنسخة متعددة التركيز ستنخفض (Elansky et al.، 2001، 2015).
الاختلاف في خطوط نسيلي
حتى التسعينيات من القرن العشرين ، كان الخط النسيلي US-90 واسع الانتشار في العالم. تألفت معظم المجموعات الميدانية والإقليمية حصريًا من سلالات ذات النمط الجيني US-20. ومع ذلك ، لوحظت أيضًا اختلافات بين العزلات ، على الأرجح ناتجة عن عملية طفرة. حدثت الطفرات في كل من الحمض النووي النووي والميتوكوندريا وأثرت ، من بين أمور أخرى ، على مستوى مقاومة أدوية الفينيلاميد وعدد جينات الفوعة. يشار إلى الخطوط التي تختلف عن الأنماط الجينية الأصلية من خلال الطفرات بأرقام إضافية بعد النقطة التي تتبع اسم النمط الجيني الأصلي (على سبيل المثال ، خط متحولة US-1 من السطر النسيلي US-1). تحتوي سلالات البصمات DNA US-1.1 و US-1 على خطوط ملحقات بأحجام مختلفة (Goodwin et al. ، 1.5a ، 1.6b) ؛ يختلف خط clonal US-1995 أيضًا عن US-1995 في خط ملحق واحد (Goodwin ، 6.3 ، الجدول 6).
في دراسة الحمض النووي للميتوكوندريا ، وجد أنه في الخط النسيلي US-1 يوجد فقط النوع 1 ب من الحمض النووي للميتوكوندريا (كارتر وآخرون ، 1990). ومع ذلك ، في دراسة سلالات هذا النسب النسيلي من بيرو والفلبين ، تم العثور على عزلات تختلف أنواع الحمض النووي الخاصة بها في الميتوكوندريا عن 1 ب من خلال وجود عمليات الإدخال والحذف (Goodwin ، 1991 ، Koh et al. ، 1994).
الجدول 6. الأنماط الجينية متعددة البؤرة لبعض السلالات النسيليّة من P. infestans
الاسم | نوع التزاوج | الأيزوزيمات | بصمات الحمض النووي | نوع MtDNA | |
مؤشر التكافؤ بين الجنسين | PEP | ||||
US-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010110011E + 24 | Ib |
US-2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111010010011E + 24 | - |
US-3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1.0111000000011E + 24 | - |
US-4 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0111010010011E + 24 | - |
US-5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111010010011E + 24 | - |
US-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0111110010011E + 24 | بنك الاستثمار الدولي |
US-7 | A2 | 100/111 | 100/100 | 1.0011000010011E + 24 | Ia |
US-8 | A2 | 100/111/122 | 100/100 | 1.0011000010011E + 24 | Ia |
US-9 | A1 | 100/100 | 83/100 | * | - |
US-10 | A2 | 111/122 | 100/100 | - | - |
US-11 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0101110010011E + 24 | بنك الاستثمار الدولي |
US-12 | A1 | 100/111 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | - |
US-14 | A2 | 100/122 | 100/100 | 1.0000000000011E + 24 | - |
US-15 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
US-16 | A1 | 100/111 | 100/100 | 1.0001100010011E + 24 | - |
US-17 | A1 | 100/122 | 100/100 | 1.0100010000011E + 24 | - |
US-18 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
US-19 | A2 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010000011E + 24 | Ia |
EC-1 | A1 | 90/100 | 96/100 | 1.1111010010011E + 24 | IIa |
سي بي-1 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
سي بي-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011E + 24 | IIa |
سي بي-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.1001010100011E + 24 | IIa |
MO-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
MO-2 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000010011E + 24 | Ia |
MO-3 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101000010011E + 24 | IIa |
MO-4 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101110110011E + 24 | IIa |
MO-5 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001010010011E + 24 | IIa |
MO-6 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-7 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000110011E + 24 | IIa |
MO-8 | A1 | 100/100 | 92/92 | 1.0101100010011E + 24 | IIa |
MO-9 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0001000010011E + 24 | IIa |
MO-10 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101100000011E + 24 | Ia |
MO-11 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-12 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010010011E + 24 | Ia |
MO-13 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | Ia |
MO-14 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.01010010011E + 22 | Ia |
MO-15 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.101110010011E + 23 | Ia |
MO-16 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0001000000011E + 24 | IIa |
MO-17 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1.0101010110011E + 24 | Ib |
MO-18 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101110010011E + 24 | IIa |
MO-19 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
MO-20 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
MO-21 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1.0101010000011E + 24 | IIa |
ملاحظة: * - لا توجد بيانات.
الجدول 7. الأنماط الجينية متعددة التركيز وخطوطها الطافرة
الاسم | نوع التزاوج | | بصمات الحمض النووي (RG57) | الملاحظات | |
مؤشر التكافؤ بين الجنسين | بيب-1 | ||||
US-1 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101000110011 | النمط الجيني الأصلي 1 |
US-1.1 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101011001101000110011 | طفرة في PEP |
US-1.2 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101010001101000110011 | طفرة في RG57 |
US-1.3 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101001001101000110011 | طفرة في RG57 |
US-1.4 | A1 | 86/100 | 100/100 | 1011101010001101000110011 | طفرة في RG57 و PEP |
US-1.5 | A1 | 86/100 | 92/100 | 1011101011001101010110011 | طفرة في RG57 |
US-6 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010110011 | النمط الجيني الأصلي 2 |
US-6.1 | A1 | 100/100 | 92 /92 | 1011111001001100010110011 | طفرة في PEP |
US-6.2 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011101001001100010110011 | طفرة في RG57 |
US-6.3 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001011100010110011 | طفرة في RG57 |
US-6.4 | A1 | 100/100 | 100/100 | 1011011001001100010110011 | طفرة في RG57 و PEP |
US-6.5 | A1 | 100/100 | 92/100 | 1011111001001100010010011 | طفرة في RG57 |
BR-1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1011101000001100001111011 | النمط الجيني الأصلي 3 |
BR-1.1 | A2 | 100/100 | 100/100 | 1010101000001100001110011 | طفرة في RG57 |
هناك أيضا تغييرات في أطياف الانزيمات. كقاعدة عامة ، تحدث بسبب انهيار كائن حي متغاير الزيجوت في البداية لهذا الإنزيم إلى متماثل الزيجوت. في عام 1993 ، على ثمار الطماطم ، حددنا سلالة ذات خصائص مميزة لـ US-1: بصمة RG57 ، نوع الحمض النووي للميتوكوندريا ، والنمط الجيني 86/100 للجلوكوز 6-فوسفاتي-أيزوميراز ، لكنها كانت متماثلة اللواقح (100/100) لأول موضع ببتيداز بدلاً من زيجوت متغاير 92/100 نموذجي لهذا الخط النسيلي. قمنا بتسمية النمط الجيني لهذه السلالة MO-17 (الجدول 6). السلالات المتحولة US-1.1 و US-1.4 تختلف أيضًا عن US-1 من خلال الطفرات في موضع الببتيداز الأول (الجدول 7).
الطفرات التي تؤدي إلى تغييرات في عدد جينات الفوعة لأصناف البطاطا والطماطم شائعة جدًا. وقد لوحظت بين عزلات الخط النسيلي US-1 في مجموعات من هولندا (درينث وآخرون ، 1994) ، وبيرو (جودوين وآخرون ، 1995 أ) ، وبولندا (سوجكوفسكي وآخرون ، 1991) ، شمال أمريكا (جودوين وآخرون ، . ، 1995 ب). لوحظت أيضًا اختلافات في عدد جينات فوعة البطاطس بين عزلات السلالات النسيليّة US-7 و US-8 في كندا والولايات المتحدة (Goodwin et al. ، 1995a) ، بين عزلات خط SIB-1 في الجزء الآسيوي من روسيا (Elansky et al ، 2001 ).
تم تحديد العزلات ذات الاختلافات القوية في مستويات المقاومة لعقاقير الفينيلاميد في مجموعات الحقول وحيدة النسيلة ، وكلها تنتمي إلى الخط النسيلي Sib-1 (Elansky et al ، 2001 ، الجدول 1). تقريبًا جميع سلالات الخط النسيلي US-1 شديدة الحساسية للميتالاكسيل ؛ ومع ذلك ، تم عزل عزلات عالية المقاومة من هذا الخط في الفلبين (Koh et al. ، 1994) وفي أيرلندا (Goodwin et al. ، 1996).
التجمعات الحديثة من P. infestans
أمريكا الوسطى (المكسيك)
يختلف تعداد P. infestans في المكسيك اختلافًا ملحوظًا عن سكان العالم الآخرين ، ويرجع ذلك أساسًا إلى موقعها التاريخي. أدت العديد من الدراسات التي أجريت على هذه المجموعة وأنواع P. infestans ذات الصلة من clade Phytophthora ، وكذلك الأنواع المحلية من جنس Solanum ، إلى استنتاج مفاده أن تطور العامل الممرض في الجزء الأوسط من المكسيك حدث جنبًا إلى جنب مع تطور النباتات المضيفة وكان مرتبطًا بإعادة التركيب الجنسي (Grünwald، Flier ، 2005). يتم تمثيل كلا النوعين من التزاوج في السكان ، وبنسب متساوية ، ووجود الأبواغ في التربة ، على نباتات ودرنات البطاطس والأنواع البرية ذات الصلة Solanum يؤكد وجود عملية جنسية في السكان (Fernández-Pavía et al. ، 2002). أكدت الدراسات الحديثة لوادي تولوكا وضواحيه (المركز الافتراضي لأصل العامل الممرض) التنوع الجيني العالي للسكان المحليين من P. infestans (134 نمطًا وراثيًا متعدد التركيز في عينة من 176 عينة) ووجود العديد من المجموعات السكانية الفرعية المتباينة في المنطقة (Wang et al. ، 2017). العوامل المساهمة في هذا التمايز هي التقسيم المكاني للمجموعات السكانية الفرعية المميزة للمرتفعات في وسط المكسيك ، والاختلافات في ظروف الزراعة وأنواع البطاطا المستخدمة في الوديان والجبال ، ووجود أنواع Solanum الدرنية البرية التي يمكن أن تعمل كمضيف بديل (فراي وآخرون ، 2009).
ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن تجمعات P. infestans في شمال المكسيك هي أكثر استنساخًا بطبيعتها وتشابهها أكثر مع سكان أمريكا الشمالية ، مما قد يشير إلى أن هذه هي الأنماط الجينية الجديدة (Fry et al. ، 2009).
امريكا الشمالية
لطالما كان لمجموعات P. infestans في أمريكا الشمالية بنية بسيطة جدًا وقد تم تأسيس طابعها النسيلي قبل وقت طويل من استخدام تحليل الأقمار الصناعية الدقيقة. حتى عام 1987 ، ساد الخط النسيلي US-1 في الولايات المتحدة وكندا (Goodwin et al. ، 1995). في منتصف السبعينيات ، عندما ظهرت مبيدات الفطريات القائمة على ميتالاكسيل ، بدأ استبدال هذا المستنسخ بأنماط وراثية أخرى أكثر مقاومة هاجرت من المكسيك (جودوين وآخرون ، 70). بحلول نهاية التسعينيات. استبدل النمط الجيني US-1998 تمامًا النمط الجيني US-90 في الولايات المتحدة وأصبح الخط النسيلي السائد على البطاطس (Fry et al. ، 8 ؛ Fry et al. ، 1). كان الوضع مختلفًا مع الطماطم ، التي احتوت باستمرار على العديد من السلالات النسيلية ، وتغير تكوينها من سنة إلى أخرى (فراي وآخرون ، 2009).
في عام 2009 ، تفشى وباء اللفحة المتأخرة على نطاق واسع في الولايات المتحدة على الطماطم. كانت إحدى سمات هذا الوباء ظهوره المتزامن تقريبًا في العديد من الأماكن في شمال شرق الولايات المتحدة ، واتضح أنه مرتبط بالمبيعات الضخمة لشتلات الطماطم المصابة في مراكز الحدائق الكبيرة (Fry et al. ، 2013). كانت خسائر المحاصيل هائلة. كشف تحليل الأقمار الصناعية الدقيقة للعينات المصابة أن السلالة الوبائية تنتمي إلى التزاوج النسيلي من النوع US-22 A2. في عام 2009 ، بلغت حصة هذا النمط الوراثي في السكان الأمريكيين من P. infestans 80٪ (فراي وآخرون ، 2013). في السنوات اللاحقة ، زادت نسبة الأنماط الجينية العدوانية US-23 (بشكل رئيسي على الطماطم) و US-24 (على البطاطس) بشكل مطرد في السكان ، ومع ذلك ، بعد عام 2011 ، انخفض معدل اكتشاف US-24 بشكل كبير ، وحتى الآن ، حوالي 90 ٪ من السكان الممرض في يتم تمثيل الولايات المتحدة بالنمط الجيني US-23 (Fry et al. ، 2015).
في كندا ، كما في الولايات المتحدة ، في نهاية التسعينيات. تم استبدال النمط الجيني السائد US-90 بواسطة US-1 ، والذي ظل مركزه المهيمن دون تغيير حتى عام 8. في 2008-2009. في كندا ، كانت هناك أوبئة خطيرة في أواخر اللفحة مرتبطة ببيع شتلات الطماطم المصابة ، لكنها كانت ناجمة عن الأنماط الجينية US-2010 و US-23 (Kalischuk et al. ، 8). كان التمايز الجغرافي الواضح لهذه الطرز الجينية ملحوظًا: فقد سيطرت الولايات المتحدة 2012 على المقاطعات الغربية لكندا (23٪) ، بينما سيطرت الولايات المتحدة 68 على المقاطعات الشرقية (8٪). في السنوات اللاحقة ، انتشرت US-83 إلى المناطق الشرقية ؛ ومع ذلك ، بشكل عام ، انخفضت حصتها في السكان بشكل طفيف على خلفية ظهور الأنماط الجينية US-23 و US-22 في البلاد (Peters et al. ، 24). حتى الآن ، تحتفظ US-2014 بموقع مهيمن في جميع أنحاء كندا ؛ US-23 موجود في كولومبيا البريطانية ، بينما يوجد US-8 و US-23 في أونتاريو (Peters ، 24).
وبالتالي ، فإن تجمعات P. infestans في أمريكا الشمالية هي سلالات نسيلية بشكل رئيسي. على مدى السنوات الأربعين الماضية ، وصل عدد الأنماط الجينية المستنسخة المكتشفة إلى 40. على الرغم من حقيقة وجود سلالات من كلا النوعين من التزاوج في السكان ، فإن احتمال ظهور أنماط جينية جديدة نتيجة إعادة التركيب الجنسي لا يزال منخفضًا للغاية. ومع ذلك ، في السنوات العشرين الماضية ، تم تسجيل عدة حالات لظهور مجموعات مؤتلفة سريعة الزوال (Gavino et al. ، 24 ؛ Danies et al. ، 20 ؛ Peters et al. ، 2000) ، وفي حالة واحدة ، كانت نتيجة العبور هي النمط الجيني US-2014 ، والتي كانت راسخة في أمريكا الشمالية لسنوات عديدة (Gavino et al. ، 2014). حتى عام 11 ، ارتبطت التغييرات في بنية السكان بظهور أنماط وراثية جديدة أكثر عدوانية مع هجرتها اللاحقة وتهجير أسلافها المهيمنة سابقًا. ما حدث في 2000-2009 في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا ، أظهرت نباتات المشاع لأول مرة أنه في عصر العولمة ، قد يرتبط تفشي المرض بالانتشار النشط للأنماط الجينية الجديدة عند بيع مواد الزراعة المصابة.
أمريكا الجنوبية
حتى وقت قريب ، لم تكن الدراسات التي أجريت على تجمعات P. infestans في أمريكا الجنوبية منتظمة ولا واسعة النطاق. من المعروف أن بنية هذه المجموعات بسيطة للغاية وتتضمن 1-5 سلالات نسيليّة لكل بلد (Forbes et al.، 1998). لذلك ، بحلول عام 1998 ، الأنماط الجينية US-1 (البرازيل ، تشيلي) BR-1 (البرازيل ، بوليفيا ، أوروغواي ، باراغواي) ، EC-1 (إكوادور ، كولومبيا ، بيرو وفنزويلا) ، AR-1 ، AR -2 ، AR-3 ، AR-4 و AR-5 (الأرجنتين) ، PE-3 و PE-7 (جنوب بيرو). كان التزاوج من النوع A2 موجودًا في البرازيل وبوليفيا والأرجنتين ولم يتم العثور عليه خارج الحدود البوليفية - البيروفية في منطقة بحيرة تيتيكاكا ، حيث سيطر النمط الجيني EC-1 A1 في جبال الأنديز. على الطماطم ، ظلت US-1 هي النمط الجيني السائد في جميع أنحاء أمريكا الجنوبية.
استمر الوضع إلى حد ما في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. نقطة مهمة كانت اكتشاف خط نسيلي جديد EC-2000 من النوع A2 على الأقارب البرية للبطاطس (S. brevifolium و S. tetrapetalum) في جبال الأنديز الشمالية (Oliva et al. ، 2). أظهرت دراسات علم الوراثة أن هذا الخط ليس مطابقًا تمامًا لـ P. infestans ، على الرغم من ارتباطه الوثيق به ، في هذا الصدد ، تم اقتراح اعتباره ، وكذلك سلالة أخرى ، EC-2010 ، معزولة عن شجرة الطماطم S. betaceum التي تنمو في جبال الأنديز ، نوع جديد يسمى P. andina ؛ ومع ذلك ، لا تزال حالة هذا النوع (نوع مستقل أو هجين من P. infestans مع بعض السلالات غير المعروفة) غير واضحة (Delgado et al. ، 3).
حاليًا ، جميع سكان أمريكا الجنوبية من P. infestans هم نسيليون. على الرغم من وجود كلا النوعين من التزاوج ، لم يتم تحديد أي تجمعات مؤتلفة. في الطماطم ، يكون النمط الجيني US-1 موجودًا في كل مكان ، ويبدو أنه تم إزاحته من البطاطس بواسطة السلالات المحلية ، والتي لا يزال أصلها غير معروف. في البرازيل وبوليفيا وأوروغواي ، يوجد النمط الجيني BR-1 ؛ في بيرو ، إلى جانب US-1 و EC-1 ، هناك العديد من الأنماط الجينية المحلية الأخرى. في جبال الأنديز ، يتم الاحتفاظ بالموقع المهيمن بواسطة الخط النسيلي EC-1 ، والذي تظل علاقته مع P. andina المكتشفة مؤخرًا غير مستكشفة. المكان الوحيد "غير المستقر" حيث للفترة 2003-2013. كانت هناك تغيرات كبيرة في عدد السكان ، أصبحت تشيلي (Acuña et al. ، 2012) ، حيث في 2004-2005. أصبحت مجموعة مسببات الأمراض تتميز بمقاومة ميتالاكسيل ونمط فرداني جديد من الحمض النووي للميتوكوندريا (Ia بدلاً من Ib الموجود سابقًا). من 2006 إلى 2011 في السكان ، سيطر النمط الجيني 21 (وفقًا لـ SSR) ، حيث وصلت حصته إلى 90 ٪ ، وبعد ذلك انتقل النخيل إلى النمط الجيني 20 ، حيث تم الاحتفاظ بتكرار حدوثه في العامين المقبلين عند حوالي 67 ٪ (Acuña ، 2015).
أوروبا
في تاريخ أوروبا ، كانت هناك موجتان على الأقل من هجرة P. infestans من أمريكا الشمالية: في القرن التاسع عشر. (HERB-1) وأوائل القرن العشرين (الولايات المتحدة -1). التوزيع في كل مكان لمبيدات الفطريات المحتوية على ميتالاكسيل في السبعينيات. أدى إلى إزاحة النمط الجيني السائد US-70 واستبداله بأنماط وراثية جديدة. نتيجة لذلك ، في معظم بلدان أوروبا الغربية ، تم تمثيل سكان العامل الممرض بشكل رئيسي من خلال عدة سلالات نسيلية.
أتاح استخدام تحليل السواتل الدقيقة لتحليل مجموعات مسببات الأمراض إمكانية الكشف عن التغيرات الخطيرة التي حدثت في أوروبا الغربية في 2005-2008. وفي عام 2005 ، تم اكتشاف خط نسيلي جديد في المملكة المتحدة ، يسمى 13_A2 (أو "الأزرق 13") وتميز بنوع التزاوج A2 ، عدوانية عالية ومقاومة للفينيلاميدات (شو وآخرون ، 2007). تم العثور على نفس النمط الجيني في العينات التي تم جمعها في عام 2004 في هولندا وشمال فرنسا ، مما يشير إلى أنها هاجرت إلى المملكة المتحدة من قارة أوروبا ، ربما باستخدام بذور البطاطس (Cooke et al. ، 2007). أظهرت دراسة الجينوم لممثلي هذا الخط النسيلي درجة عالية من تعدد الأشكال لتسلسله (بحلول عام 2016 ، وصل عدد الاختلافات الفرعية إلى 340) ودرجة كبيرة من التباين في مستوى التعبير الجيني ، بما في ذلك. جينات المستجيب أثناء إصابة النبات (Cooke et al. ، 2012 ؛ Cooke ، 2017). هذه الميزات ، إلى جانب زيادة مدة مرحلة التغذية الحيوية ، يمكن أن تتسبب في زيادة عدوانية 13_A2 وقدرتها على إصابة أصناف البطاطس المقاومة للآفة المتأخرة.
في السنوات القليلة التالية ، انتشر النمط الجيني بسرعة عبر بلدان شمال غرب أوروبا (بريطانيا العظمى ، أيرلندا ، فرنسا ، بلجيكا ، هولندا ، ألمانيا) مع الإزاحة المتزامنة للأنماط الجينية السائدة سابقًا 1_A1 ، 2_A1 ، 8_A1 (مونتاري وآخرون ، 2010 ؛ جيسي وآخرون. ، 2011 ؛ Van den Bosch et al. ، 2011 ؛ Cooke ، 2015 ؛ Cooke ، 2017). وفقًا لموقع www.euroblight.net ، بلغت حصة 13_A2 في سكان هذه البلدان 60-80٪ وأكثر ؛ كما تم تسجيل وجود هذا النمط الجيني في بعض دول شرق وجنوب أوروبا. ومع ذلك ، في 2009-2012. 13_A2 خسر موقعه المهيمن في بريطانيا العظمى وفرنسا ، حيث خسر خط 6_A1 (8_A1 في أيرلندا) ، وفي هولندا وبلجيكا تم استبداله جزئيًا بالأنماط الجينية 1_A1 ، 6_A1 ، و 33_A2 (Cooke et al. ، 2012 ؛ Cooke ، 2017 ؛ Stellingwerf ، 2017).
حتى الآن ، حوالي 70٪ من سكان أوروبا الغربية من P. infestans وحيدة النسيلة. وفقًا لموقع www.euroblight.net ، فإن الأنماط الجينية السائدة في بلدان شمال غرب أوروبا (المملكة المتحدة ، فرنسا ،
هولندا ، بلجيكا) ، بنسب متساوية تقريبًا ، 13_A2 و 6_A1 ، والأخيرة لا تحدث عمليًا خارج المنطقة المحددة (باستثناء أيرلندا) ، ولكن لديها بالفعل 58 نسلًا فرعيًا على الأقل (Cooke ، 2017). الاختلافات 13_A2 موجودة بأعداد ملحوظة في ألمانيا ، ويتم ملاحظتها أيضًا بشكل متقطع في بلدان وسط وجنوب أوروبا. يشكل النمط الجيني 1_A1 جزءًا كبيرًا من سكان بلجيكا وجزئيًا هولندا وفرنسا. استقر النمط الوراثي 8_A1 في عدد السكان الأوروبيين عند مستوى 3-6٪ ، باستثناء أيرلندا ، حيث يحتفظ بمكانته الرائدة وينقسم إلى نوعين فرعيين (Stellingwerf ، 2017). أخيرًا ، في عام 2016 ، لوحظت زيادة في وتيرة حدوث طرز وراثية جديدة 36_A2 و 37_A2 ، تم تسجيلها لأول مرة في 2013-2014 ؛ حتى الآن ، توجد هذه الأنماط الجينية في هولندا وبلجيكا وجزئيًا في فرنسا وألمانيا ، وكذلك في الجزء الجنوبي من بريطانيا العظمى (Cooke ، 2017). يتم تمثيل ما يقرب من 20-30 ٪ من سكان أوروبا الغربية بأنماط وراثية فريدة كل عام.
على عكس أوروبا الغربية ، بحلول الوقت الذي ظهر فيه النمط الجيني 13_A2 ، لم يتم تمثيل سكان شمال أوروبا (السويد والنرويج والدنمارك وفنلندا) بخطوط استنساخ ، ولكن بعدد كبير من الأنماط الجينية الفريدة (Brurberg et al. ،
2011). خلال فترة الانتشار النشط لـ 13_A2 في أوروبا الغربية ، لم يُلاحظ وجود هذا النمط الجيني في الدول الاسكندنافية حتى عام 2011 ، عندما تم اكتشافه لأول مرة في شمال جوتلاند (الدنمارك) ، حيث تُزرع أصناف البطاطس الصناعية بشكل أساسي مع الاستخدام النشط المحتوي على ميتالاكسيل مبيدات الفطريات (نيلسن وآخرون ، 2014). وفقًا لموقع www.euroblight.net ، تم اكتشاف النمط الجيني 13_A2 أيضًا في عدة عينات من النرويج والدنمارك في عام 2014 وفي عدة عينات نرويجية في عام 2016 ؛ بالإضافة إلى ذلك ، في عام 2013 ، لوحظ وجود النمط الجيني 6_A1 بكمية صغيرة في فنلندا. يعتبر السبب الرئيسي لفشل 13_A2 وخطوط نسيليّة أخرى في غزو الدول الاسكندنافية هو الاختلافات المناخية لهذه المنطقة من دول أوروبا الغربية.
بالإضافة إلى حقيقة أن فصول الصيف الباردة والشتاء البارد يساهمان في بقاء الأبواغ بدلاً من الفطريات النباتية (Sjöholm et al. ، 2013) ، فإن تجميد التربة في الشتاء (والذي لا يحدث عادة في البلدان الأكثر دفئًا في أوروبا الغربية) يساهم في تزامن إنبات البويضات وزراعتها. البطاطس ، مما يعزز دورها كمصدر للعدوى الأولية (Brurberg et al. ، 2011). وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في الظروف الشمالية ، فإن تطور العدوى من الأبواغ يفوق تطور العدوى الدرنية ، والتي تمنع في النهاية هيمنة سلالات نسيليّة أكثر عدوانية ، ولكن تم تطويرها لاحقًا (يوين ، 2012). إن بنية التجمعات الأكثر دراسة من P. infestans في أوروبا الشرقية (بولندا ودول البلطيق) مشابهة جدًا لتلك الموجودة في الدول الاسكندنافية.
كلا النوعين من التزاوج موجودان هنا أيضًا ، والغالبية العظمى من الأنماط الجينية التي يحددها تحليل SSR فريدة (Chmielarz et al. ، 2014 ؛ Runno-Paurson et al. ، 2016). كما هو الحال في شمال أوروبا ، لم يؤثر توزيع السلالات النسيليّة (بشكل أساسي من النمط الجيني 13_A2) عمليًا على السكان المحليين للعامل الممرض ، الذين يحتفظون بمستوى عالٍ من التنوع مع عدم وجود خطوط سائدة واضحة.
لوحظ وجود 13_A2 من حين لآخر في الحقول ذات أصناف البطاطس التجارية. الوضع في روسيا يتطور بطريقة مماثلة. تم جمع تحليل السواتل الدقيقة لعزلات P. infestans في 2008-2011 في 10 مناطق مختلفة من الجزء الأوروبي من روسيا ، أظهروا درجة عالية من التنوع الوراثي ونقصًا تامًا في التطابق مع السلالات النسيليّة الأوروبية (Statsyuk et al. ، 2014). بعد عدة سنوات ، أظهرت دراسة لعينات P. infestans التي تم جمعها في منطقة لينينغراد في 2013-2014 اختلافات كبيرة بينها وبين الأنماط الجينية من هذه المنطقة المحددة في الدراسة السابقة. في كلتا الدراستين ، لم يتم العثور على الأنماط الجينية لأوروبا الغربية (Beketova et al. ، 2014 ؛ Kuznetsova et al. ، 2016).
قد يكون التنوع الجيني العالي لسكان أوروبا الشرقية من P. infestans وغياب سلالات نسيلية سائدة فيها بسبب عدة أسباب. أولاً ، كما هو الحال في شمال أوروبا ، تساهم الظروف المناخية للبلدان المدروسة في تكوين الأبواغ كمصدر رئيسي للعدوى (Ulanova et al. ، 2010 ؛ Chmielarz et al. ، 2014). ثانيًا ، تُزرع نسبة كبيرة من البطاطس المنتجة في هذه البلدان في مزارع خاصة صغيرة ، غالبًا ما تكون محاطة بالغابات أو غيرها من العوائق التي تحول دون حرية حركة المواد المعدية (Chmielarz et al.، 2014). كقاعدة عامة ، لا تتم معالجة البطاطس المزروعة في مثل هذه الظروف عمليًا بالمواد الكيميائية ، ويعتمد اختيار الأصناف على مقاومة الآفة المتأخرة ، أي لا يوجد ضغط انتقائي للعدوانية ومقاومة ميتالاكسيل ، مما يحرم الأنماط الجينية المقاومة ، مثل 13_A2 ، من المزايا التي تتفوق على الأنماط الجينية الأخرى (Chmielarz et al. ، 2014). أخيرًا ، نظرًا لصغر حجم قطع الأراضي ، لا يمارس أصحابها عادةً تناوب المحاصيل ، وزراعة البطاطس في نفس المكان لسنوات ، مما يساهم في تراكم لقاح متنوع وراثيًا (Runno-Paurson et al. ، 2016 ؛ Elansky ، 2015 ؛ Elansky et al. . ، 2015).
آسيا
حتى وقت قريب ، ظلت بنية جمهرة P. infestans في آسيا غير مفهومة نسبيًا. كان من المعروف أنه يتم تمثيله بشكل أساسي بواسطة سلالات نسيليّة ، وتأثير إعادة التركيب الجنسي على ظهور أنماط وراثية جديدة ضئيل جدًا. لذلك ، على سبيل المثال ، في 1997-1998. في الجزء الآسيوي من روسيا (سيبيريا والشرق الأقصى) ، تم تمثيل السكان الممرضين فقط بثلاثة أنماط وراثية مع غلبة النمط الجيني SIB-1 (Elansky et al. ، 2001). تم إظهار وجود سلالات ممرضة نسيلي في دول مثل الصين واليابان وكوريا والفلبين وتايوان (Koh et al. ، 1994 ؛ Chen et al. ، 2009). سيطر السلالة المستنسخة US-1 على مساحة كبيرة من آسيا في أواخر التسعينيات - أوائل القرن الحادي والعشرين. في كل مكان تقريبًا بدأ يتم استبداله بأنماط وراثية أخرى ، والتي بدورها أفسحت المجال لأنماط جينية جديدة. في معظم الحالات ، ارتبطت التغييرات في هيكل وتركيب السكان في البلدان الآسيوية بهجرة أنماط وراثية جديدة من الخارج. وهكذا ، في اليابان ، باستثناء النمط الجيني JP-90 ، فإن جميع الأنماط الجينية اليابانية الأخرى التي ظهرت بعد US-2000 (JP-3 ، JP-1 ، JP-1) لها أصل خارجي مثبت بشكل أو بآخر (Akino et al. ، 2) ... يوجد حاليًا ثلاث مجموعات مسببة للأمراض الرئيسية في الصين ، مع تقسيم جغرافي واضح ؛ لا يوجد تدفق جيني أو ضعيف جدًا بين هؤلاء السكان (Guo et al. ، 3 ؛ Li et al. ، 2011b). ظهر النمط الجيني 2010_A2013 على أراضي الصين في مقاطعاتها الجنوبية (يونان وسيشوان) في 13-2 ، وفي 2005-2007. شوهد أيضًا في شمال شرق البلاد (Li et al. ، 2012b). في الهند ، من المفترض ظهور 1014_A2013 في نفس الوقت كما في الصين ، وعلى الأرجح مع بذور البطاطس المصابة (Chowdappa et al. ، 13) ، وفي 2-2015. تسبب مرض اللفحة المتأخرة الخطير على الطماطم في جنوب البلاد ، وانتشر بعد ذلك إلى البطاطس وفي عام 2009 تسبب في اندلاع اللفحة المتأخرة في غرب البنغال ، مما أدى إلى تدمير وانتحار العديد من المزارعين المحليين (فراي ، 2010).
أفريقيا
حتى 2008-2010 لم يتم إجراء دراسات منهجية عن P. infestans في البلدان الأفريقية. في الوقت الحالي ، يمكن تقسيم التجمعات الأفريقية من P. infestans إلى مجموعتين ، ويرتبط هذا التقسيم بوضوح بحقيقة استيراد بذور البطاطس من أوروبا.
في شمال إفريقيا ، التي تستورد بطاطس البذور بنشاط من أوروبا ، يتم تمثيل نوع التزاوج A2 على نطاق واسع في جميع المناطق تقريبًا ، مما يوفر إمكانية نظرية لظهور أنماط وراثية جديدة نتيجة إعادة التركيب الجنسي (Corbière et al. ، 2010 ؛ Rekad et al. ، 2017). بالإضافة إلى ذلك ، في الجزائر ، لوحظ وجود الأنماط الجينية 13_A2 و 2_A1 و 23_A1 مع هيمنة واضحة على أولها ، فضلاً عن انخفاض تدريجي في نسبة الأنماط الجينية الفريدة إلى الاختفاء الكامل (Rekad et al. ، 2017). على عكس بقية المنطقة ، في تونس (باستثناء شمال شرق البلاد) ، يتم تمثيل السكان الممرض بشكل أساسي بنوع التزاوج A1 (Harbaoui et al.، 2014).
الخط النسيلي NA-01 هو السائد هنا. بشكل عام ، تبلغ نسبة السلالات النسيليّة في السكان 43٪ فقط. في شرق وجنوب إفريقيا ، حيث يتلاشى حجم واردات البذور بشكل متلاشي (فراي وآخرون ، 2009) ، يتم تمثيل P. infestans بواسطة سطرين نسيليين من النوع A1 فقط ، US-1 و KE-1 ، والأخير يزيح الأول بنشاط على البطاطس ( Pule et al.، 2012؛ Njoroge et al.، 2016). حتى الآن ، كل من هذه الأنماط الجينية لديها عدد ملحوظ من الاختلافات subclonal.
أستراليا
يعود أول تقرير عن مرض اللفحة المتأخرة على البطاطس في أستراليا إلى عام 1907 ، وحدثت أول إصابة بالنباتات ، التي يُفترض أنها ناجمة عن الأمطار الغزيرة في أشهر الصيف ، في 1909-1911. (درينث وآخرون ، 2002). بشكل عام ، ومع ذلك ، اللفحة المتأخرة ليس لها أهمية اقتصادية كبيرة للبلاد. الفاشيات المتفرقة من اللفحة المتأخرة ، الناجمة عن الظروف الجوية التي توفر رطوبة عالية ، لا تحدث أكثر من مرة كل 5-7 سنوات وتتركز بشكل رئيسي في شمال تسمانيا ووسط فيكتوريا. فيما يتعلق بما ورد أعلاه ، فإن المنشورات المخصصة لدراسة هيكل السكان الأستراليين من P. infestans غائبة عمليًا. أحدث المعلومات المتاحة هي من 1998-2000. (درينث وآخرون ، 2002). وفقًا للمؤلفين ، كان سكان ولاية فيكتوريا من النسب النسيلي الأمريكي 1.3 ، مما أكد بشكل غير مباشر هجرة هذا النمط الجيني من الولايات المتحدة. تم تصنيف عينات تسمانيا على أنها AU-3 ، تختلف عن الأنماط الجينية التي كانت موجودة في ذلك الوقت في أجزاء أخرى من العالم.
ملامح تطور اللفحة المتأخرة في روسيا
في أوروبا ، تعتبر العدوى التي تم إدخالها مع درنات البذور المريضة ، أو الأبواغ التي تفرط في الشتاء في التربة ، وكذلك زوسبورانجيا التي جلبتها الرياح من النباتات المزروعة من درنات شتوية في حقول العام الماضي (نباتات "متطوعة") ، أو على أكوام من البذور المستبعدة ، اللقاح الأساسي على البطاطس. المرجعية لتخزين الدرنات. من بين هؤلاء ، تعتبر النباتات التي تزرع على أكوام من الدرنات المهملة أخطر مصدر للعدوى. هناك ، غالبًا ما يكون عدد الدرنات المنبثقة كبيرًا ، ويمكن حمل zoosporangia منها لمسافات طويلة. بقية المصادر (oospores ، نباتات "تطوعية") ليست خطيرة للغاية ، لأن ليس من المعتاد زراعة النباتات في نفس الحقول أكثر من مرة كل 3-4 سنوات. العدوى من درنات البذور المريضة ضئيلة أيضًا بسبب وجود نظام جيد لمراقبة جودة البذور.
بشكل عام ، كمية اللقاح في السكان الأوروبيين محدودة ، وبالتالي فإن نمو الوباء بطيء نوعًا ما ويمكن السيطرة عليه بنجاح باستخدام مستحضرات مبيدات الفطريات الكيميائية. تتمثل المهمة الرئيسية في الظروف الأوروبية في مكافحة العدوى في المرحلة التي يبدأ فيها الانتشار الجماعي لحيوانات الحيوانات الأليفة من النباتات المصابة.
الوضع في روسيا مختلف جذرياً. تتم زراعة معظم محاصيل البطاطس والطماطم في حدائق خاصة صغيرة ؛ لا يتم تنفيذ التدابير الوقائية عليهم على الإطلاق ، أو يتم إجراء علاجات مبيدات الفطريات بكميات غير كافية وتبدأ بعد ظهور اللفحة المتأخرة على الأسطح. نتيجة لذلك ، تعمل حدائق الخضروات الخاصة كمصدر رئيسي للعدوى ، والتي تنتقل منها الرياح إلى المزارع التجارية. تم تأكيد ذلك من خلال ملاحظاتنا المباشرة في مناطق موسكو ، بريانسك ، كوستروما ، ريازان: لوحظ تلف النباتات في الحدائق الخاصة حتى قبل بدء معالجة مبيدات الفطريات في المزارع التجارية. بعد ذلك ، يتم تقييد الوباء في الحقول الكبيرة باستخدام مستحضرات مبيدات الفطريات ، بينما يوجد في الحدائق الخاصة تطور سريع للآفة المتأخرة.
في حالة المعالجات غير الملائمة أو "المتعلقة بالميزانية" للمزارع التجارية ، تظهر أيضًا بؤر اللفحة المتأخرة في الحقول ؛ فيما بعد يتطورون بنشاط ، ويغطيون مناطق أكبر (Elansky ، 2015). للعدوى في الحدائق الخاصة تأثير كبير على الأوبئة في المجالات التجارية. في جميع مناطق زراعة البطاطس في روسيا ، المساحة التي تشغلها البطاطس في الحدائق الخاصة أكبر بعدة مرات من المساحة الإجمالية لحقول كبار المنتجين. في مثل هذه البيئة ، يمكن النظر إلى حدائق الخضروات الخاصة على أنها مصدر لقاح عالمي للحقول التجارية. دعنا نحاول تحديد تلك الخصائص التي تميز الأنماط الجينية للسلالات في الحدائق الخاصة.
إن زراعة البطاطس غير البذرية والمراقبة في الحجر الصحي ، وبذور الطماطم التي تم الحصول عليها من منتجين أجانب مشكوك فيهم ، وزراعة البطاطس والطماطم على المدى الطويل في نفس المناطق ، والمعالجات غير الصحيحة لمبيدات الفطريات أو غيابها الكامل تؤدي إلى ظهور نباتات مشاشية شديدة في القطاع الخاص ، والنتيجة مجانية عبور وتهجين وتشكيل البويضات في الحدائق الخاصة. نتيجة لذلك ، لوحظ وجود تنوع وراثي كبير جدًا للعامل الممرض ، عندما تكون كل سلالة تقريبًا فريدة في التركيب الوراثي (Elansky et al. ، 2001 ، 2015). إن زراعة بذور البطاطس من أصول وراثية مختلفة تجعل من غير المحتمل ظهور سلالات نسلية متخصصة لمهاجمة صنف معين. تتميز السلالات المختارة في مثل هذه الحالة بتعدد استخداماتها فيما يتعلق بالأصناف المصابة ، ومعظمها لديها ما يقرب من الحد الأقصى لعدد جينات الفوعة. هذا يختلف تمامًا عن نظام "الخطوط النسيليّة" النموذجي للحقول الكبيرة للمؤسسات الزراعية مع نظام حماية مثبت بشكل صحيح ضد اللفحة المتأخرة. "السلالات النسيليّة" (عندما يتم تمثيل جميع سلالات مرض اللفحة المتأخرة في الحقل بنمط وراثي واحد أو أكثر) موجودة في كل مكان في البلدان التي تتم فيها زراعة البطاطس حصريًا بواسطة مزارع كبيرة: الولايات المتحدة الأمريكية ، هولندا ، الدنمارك ، إلخ. في إنجلترا ، أيرلندا ، بولندا ، حيث تنتشر قطع الأراضي المنزلية بشكل تقليدي أيضًا زراعة البطاطس ، هناك أيضًا تنوع وراثي أعلى في الحدائق الخاصة. في نهاية القرن العشرين ، كانت "السلالات النسيليّة" منتشرة على نطاق واسع في الأجزاء الآسيوية والشرق الأقصى من روسيا (Elansky et al. ، 20) ، والذي يبدو أنه بسبب استخدام نفس أنواع البطاطس حصريًا للزراعة. في الآونة الأخيرة ، بدأ الوضع في هذه المناطق أيضًا يتغير نحو زيادة التنوع الوراثي للسكان.
إن عدم وجود علاجات مكثفة بمستحضرات مبيدات الفطريات له نتيجة مباشرة أخرى - لا يوجد تراكم للسلالات المقاومة في الحدائق. في الواقع ، تظهر نتائجنا أن السلالات المقاومة للمعدن أكسيل توجد بشكل أقل تكرارًا في الحدائق الخاصة مقارنة بالمزارع التجارية.
إن القرب الشديد من زراعة البطاطس والطماطم ، وهو أمر نموذجي للحدائق الخاصة ، يسهل انتقال السلالات بين هذه المحاصيل ، ونتيجة لذلك ، في العقد الماضي ، من بين السلالات المعزولة من البطاطس ، كانت نسبة السلالات التي تحمل الجين لمقاومة أصناف طماطم الكرز (T1) ، كانت مميزة في السابق فقط " سلالات الطماطم ". تعتبر السلالات التي تحمل الجين T1 في معظم الحالات شديدة العدوانية تجاه البطاطس والطماطم.
في السنوات الأخيرة ، بدأت اللفحة المتأخرة على الطماطم في الظهور في كثير من الحالات قبل البطاطس. يمكن أن تصاب شتلات الطماطم بالبويضات الموجودة في التربة ، أو الأبواغ الموجودة في بذور الطماطم أو تلتصق بها (روبين وآخرون ، 2001). في السنوات الخمس عشرة الماضية ، ظهر في المتاجر عدد كبير من البذور المعبأة الرخيصة ، المستوردة بشكل رئيسي ، وتحول معظم صغار المنتجين إلى استخدامها. قد تحتوي البذور على سلالات ذات أنماط وراثية نموذجية لمناطق زراعتها. في المستقبل ، يتم تضمين هذه الأنماط الجينية في العملية الجنسية في الحدائق الخاصة ، مما يؤدي إلى ظهور أنماط وراثية جديدة تمامًا.
وبالتالي ، يمكن القول أن الحدائق الخاصة هي "بوتقة انصهار" عالمية ، حيث تتم معالجة الأنماط الجينية الموجودة وتظهر أنماط جديدة تمامًا نتيجة لتبادل المواد الجينية. في الوقت نفسه ، يتم اختيارهم في ظروف مختلفة تمامًا عن تلك التي تم إنشاؤها للبطاطس في المزارع الكبيرة: عدم وجود مكبس مبيد للفطريات ، وتوحيد الأصناف المزروعة ، وهيمنة النباتات المتأثرة بأشكال مختلفة من العدوى الفيروسية والبكتيرية ، والقرب من الطماطم والحيوانات الليلية البرية ، والعبور النشط وتكوين البويضات ، وإمكانية حتى تعمل الأبواغ كمصدر للعدوى للعام المقبل.
كل هذا يؤدي إلى تنوع وراثي مرتفع للغاية لسكان الفناء الخلفي. في ظروف نباتات المشاتل في حدائق الخضروات ، تنتشر الآفة المتأخرة بسرعة كبيرة ويتم إطلاق كميات هائلة من الجراثيم ، وتطير إلى المزارع التجارية القريبة. ومع ذلك ، بعد أن دخلت المجالات التجارية مع النظام الصحيح للتكنولوجيا الزراعية والحماية الكيميائية ، فإن الجراثيم التي وصلت ليس لديها أي فرصة عمليًا لبدء نباتات المشاع في هذا المجال ، ويرجع ذلك إلى عدم وجود سلالات استنساخية مقاومة لمبيدات الفطريات ومتخصصة للصنف المزروع.
قد يكون مصدر آخر من اللقاح الأولي هو الدرنات المريضة المحاصرة في الشتلات التجارية. نمت هذه الدرنات ، كقاعدة عامة ، في مجالات ذات تقنية زراعية جيدة وحماية كيميائية مكثفة. تتكيف الأنماط الجينية للعزلات التي تصيب الدرنات مع تطور صنفها. تعتبر هذه السلالات أكثر خطورة بالنسبة للزراعة التجارية من اللقاح الناشئ عن الحدائق الخاصة. نتائج بحثنا تدعم هذا الافتراض أيضًا. السكان المعزولون من الحقول الكبيرة مع الحماية الكيميائية التي أجريت بشكل صحيح والتكنولوجيا الزراعية الجيدة لا يختلفون في التنوع الوراثي العالي. غالبًا ما تكون هذه عدة سلالات نسيلية شديدة العدوانية.
يمكن أن تدخل سلالات من مادة البذور التجارية إلى التجمعات السكانية في حدائق الخضروات وأن تشارك في العمليات الجارية فيها. ومع ذلك ، في حديقة الخضروات ، ستكون قدرتها التنافسية أقل بكثير مما هي عليه في المجال التجاري ، وسرعان ما ستتوقف عن الوجود في شكل خط نسيلي ، ولكن يمكن استخدام جيناتها في مجتمع "الحديقة".
إن العدوى التي تظهر على النباتات "التطوعية" وعلى أكوام من الدرنات المستبعدة أثناء الحصاد ليست ذات صلة بالنسبة لروسيا ، لأن في مناطق زراعة البطاطس الرئيسية في روسيا ، لوحظ تجميد التربة الشتوي العميق ، ونادراً ما تتطور النباتات من الدرنات التي فصلت الشتاء في التربة. علاوة على ذلك ، كما أظهرت تجاربنا ، لا يعيش مُمْرِض اللفحة المتأخرة في درجات حرارة سالبة حتى على الدرنات التي احتفظت بقابليتها للحياة. في المنطقة القاحلة ، حيث تمارس زراعة البطاطس المبكرة ، تعد اللفحة المتأخرة نادرة جدًا بسبب موسم النمو الجاف والحار.
وبالتالي ، فإننا نلاحظ حاليًا تقسيم تجمعات P. infestans إلى تجمعات "حقلية" و "حدائق". ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، لوحظت عمليات تؤدي إلى التقارب والتغلغل بين الأنماط الجينية من هؤلاء السكان.
من بينها ، يمكن للمرء أن يلاحظ زيادة عامة في معرفة القراءة والكتابة لدى صغار المنتجين ، وظهور عبوات صغيرة بأسعار معقولة من بذور البطاطس ، وانتشار مستحضرات مبيدات الفطريات في عبوات صغيرة ، وفقدان الخوف من "الكيمياء" من قبل السكان.
تنشأ المواقف عندما تزرع قرى بأكملها بدرنات بذور من نفس الصنف ، بفضل النشاط النشط لمورد واحد ، ويتم تزويدها بحزم صغيرة من نفس المبيدات. يمكن الافتراض أنه سيتم العثور على البطاطس من نفس الصنف في المزارع التجارية القريبة.
ومن ناحية أخرى ، تعمل بعض شركات تجارة المبيدات على الترويج لخطط معالجة كيميائية "خاصة بالميزانية". في هذه الحالة ، يتم التقليل من عدد العلاجات الموصى بها ويتم تقديم أرخص مبيدات الفطريات ، ولا ينصب التركيز على منع تطور اللفحة المتأخرة حتى قص القمم ، ولكن على تأخير معين في الزرع من أجل زيادة العائد. هذه المخططات لها ما يبررها اقتصاديًا عند زراعة البطاطس من مادة بذور منخفضة الدرجة ، في حين أنه من حيث المبدأ ليس هناك شك في الحصول على عائد مرتفع. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، على عكس مجموعات الحدائق ، تساهم الخلفية الجينية للبطاطس في اختيار سلالات فسيولوجية معينة ، والتي تشكل خطورة كبيرة على هذا التنوع.
بشكل عام ، فإن الميول نحو التقارب بين طرق "الحديقة" و "الحقل" لإنتاج البطاطس تبدو لنا خطيرة إلى حد ما. لمنع عواقبها السلبية ، في كل من القطاعين المنزلي والتجاري ، سيكون من الضروري التحكم في كل من تشكيلة بذور البطاطس ومجموعة مبيدات الفطريات المقدمة لأصحاب القطاع الخاص في عبوات صغيرة ، وكذلك تتبع خطط حماية البطاطس واستخدام مبيدات الفطريات في القطاع التجاري.
في مجالات القطاع الخاص ، هناك تطور مكثف ليس فقط للآفة المتأخرة ، ولكن أيضًا Alternaria. لا يتخذ معظم مالكي الأراضي الخاصة تدابير خاصة للحماية من Alternaria ، حيث يخطئون في تطوير Alternaria من أجل الذبول الطبيعي للقمم أو تطور اللفحة المتأخرة. لذلك ، مع التطور الهائل لـ Alternaria على الأصناف الحساسة ، يمكن أن تكون قطع الأراضي المنزلية بمثابة مصدر لقاح للمزارع التجارية.
آليات التباين
عملية الطفرة
نظرًا لأن حدوث الطفرات هو عملية عشوائية تجري بتردد منخفض ، فإن حدوث الطفرات في أي مكان يعتمد على تواتر طفرة هذا الموقع وحجم السكان. عند دراسة تواتر طفرات سلالات P. infestans ، عادة ما يتم تحديد عدد الطوائف التي تنمو على وسط مغذي انتقائي بعد المعالجة بالمطفرات الكيميائية أو الفيزيائية. كما يتضح من البيانات الواردة في الجدول 8 ، يمكن أن يختلف تواتر الطفرة لنفس السلالة في مواضع مختلفة بعدة أوامر من حيث الحجم. قد يكون التردد العالي للطفرات في مقاومة ميتالاكسيل أحد أسباب تراكم السلالات المقاومة له في الطبيعة.
إن تواتر الطفرات العفوية أو المستحثة ، المحسوبة على أساس التجارب المعملية ، لا تتوافق دائمًا مع العمليات التي تحدث في التجمعات الطبيعية ، للأسباب التالية:
1. مع الانشطار النووي غير المتزامن ، من المستحيل تقدير وتيرة الطفرات لكل جيل نووي واحد. لذلك ، توفر معظم التجارب معلومات مباشرة فقط حول تواتر الطفرات ، دون التمييز بين حدثين طفريين وحدث واحد بعد الانقسام.
2. عادةً ما تقلل الطفرات أحادية الخطوة من توازن الجينوم ، وبالتالي ، جنبًا إلى جنب مع اكتساب خاصية جديدة ، تتناقص اللياقة العامة للكائن الحي. معظم الطفرات التي تم الحصول عليها تجريبياً لها عدوانية منخفضة ولا يتم تسجيلها في التجمعات الطبيعية. وبالتالي ، كان معامل الارتباط بين درجة مقاومة طفرات P. infestans لمبيدات الفطريات الفينيلاميد ومعدل النمو في بيئة اصطناعية في المتوسط (-0,62) ، ومقاومة مبيدات الفطريات والعدوانية على أوراق البطاطس (-0,65) (Derevyagina et al. ، 1993) ، مما يشير إلى تدني لياقة الطفرات. كما ترافق طفرات المقاومة للديمثومورف بانخفاض حاد في قابلية البقاء (باجيروفا وآخرون ، 2001).
3. معظم الطفرات العفوية والمستحثة متنحية ولا تتجلى بشكل ظاهري في التجارب ، ولكنها تشكل احتياطيًا خفيًا من التباين في التجمعات الطبيعية. تحمل السلالات المتحولة المعزولة في التجارب المعملية طفرات سائدة أو شبه سائدة (Kulish and Dyakov ، 1979). على ما يبدو ، تشرح ثنائية الصبغيات النووية المحاولات الفاشلة للحصول على طفرات تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية التي تكون ضارة على الأصناف المقاومة سابقًا (ماكي ، 1969) وفقًا لحسابات المؤلف ، يمكن أن تحدث مثل هذه الطفرات بتردد أقل من 1: 500000. يمكن أن يحدث انتقال الطفرات المتنحية إلى حالة متماثلة اللواقح ، معبرًا عن النمط الظاهري بسبب إعادة التركيب الجنسي أو اللاجنسي (انظر أدناه). ومع ذلك ، حتى في هذه الحالة ، يمكن إخفاء الطفرة عن طريق الأليلات السائدة للنواة من النوع البري في الفطريات الفطرية (متعددة النوى) ويتم تثبيتها ظاهريًا فقط أثناء تكوين الأبواغ الحيوانية أحادية النواة.
الجدول 8. تواتر طفرات P. infestans إلى مواد مثبطة للنمو تحت تأثير nitrosomethylurea (Dolgova، Dyakov، 1986؛ Bagirova et al.، 2001)
صلة | تردد الطفرة |
أوكسي تتراسيكلين | 6,9 10 س-8 |
بلاستيدين إس | 7,2 س 10-8 |
الستربتومايسين | 8,3 х10-8 |
تريكوثيسين | 1,8 10 س-8 |
سيكلوهيكسيميد | 2,1 10 س-8 |
داكونيل | <4 × 10-8 |
ديميثومورف | 6,3 10 س-7 |
ميتالاكسيل | 6,9 10 س-6 |
تلعب أحجام السكان أيضًا دورًا حاسمًا في حدوث الطفرات العفوية. في التجمعات السكانية الكبيرة جدًا ، حيث عدد الخلايا N> 1 / a ، حيث يمثل معدل الطفرة ، تتوقف الطفرة عن أن تكون ظاهرة عشوائية (Kvitko ، 1974).
تظهر الحسابات أنه مع متوسط الإصابة في حقل البطاطس (35 بقعة لكل نبات) ، يتم تكوين 8x1012 جراثيم يوميًا على هكتار واحد (Dyakov and Suprun ، 1984). على ما يبدو ، تحتوي هذه المجموعات السكانية على جميع الطفرات التي يسمح بها نوع التبادل في كل موقع. حتى الطفرة النادرة ، التي تحدث بمعدل 10-9 ، سيكتسبها ألف فرد من بين الملايين الذين يعيشون على هكتار واحد من حقل البطاطس. بالنسبة للطفرات التي تحدث بتردد أعلى (على سبيل المثال ، 10-6) ، في مثل هذا المجتمع ، يمكن أن تحدث طفرات مقترنة مختلفة يوميًا (في وقت واحد في موقعين) ، أي سوف تحل عملية الطفرة محل إعادة التركيب.
الهجرات
بالنسبة إلى P. infestans ، يُعرف نوعان رئيسيان من الهجرة: الاقتراب من المسافات (داخل حقل البطاطس أو الحقول المجاورة) عن طريق نشر zoosporangia عن طريق التيارات الهوائية أو رذاذ المطر ، وإلى مسافات طويلة - مع زراعة الدرنات أو نقل ثمار الطماطم. توفر الطريقة الأولى لتوسيع نطاق تركيز المرض ، والثانية - إنشاء بؤر جديدة في أماكن بعيدة عن المرحلة الابتدائية.
لا يساهم انتشار العدوى بدرنات الطماطم والفواكه في ظهور المرض في أماكن جديدة فحسب ، بل إنه يمثل أيضًا المصدر الرئيسي للتنوع الجيني في السكان. في منطقة موسكو ، تزرع البطاطس ، ويتم جلبها من مناطق مختلفة من روسيا وأوروبا الغربية. يتم جلب ثمار الطماطم من المناطق الجنوبية من روسيا (منطقة أستراخان ، منطقة كراسنودار ، شمال القوقاز). يتم أيضًا استيراد بذور الطماطم ، التي يمكن أن تكون أيضًا مصادر للعدوى (Rubin et al. ، 2001) ، من المناطق الجنوبية لروسيا والصين والدول الأوروبية ودول أخرى.
وفقًا لحسابات E.Mayr (1974) ، نادرًا ما تتجاوز التغيرات الجينية في السكان المحليين بسبب الطفرات 10-5 لكل موضع ، بينما في التجمعات المفتوحة ، يكون التبادل بسبب التدفق العكسي للجينات 10-3-10-4 على الأقل.
تعتبر هجرة الدرنات المصابة مسؤولة عن دخول P. infestans إلى أوروبا ، وانتشارها إلى جميع مناطق العالم التي تزرع فيها البطاطس ؛ تسببوا في أخطر التغيرات السكانية. ظهرت آفة متأخرة على البطاطس على أراضي الإمبراطورية الروسية في نفس الوقت تقريبًا مع ظهورها في أوروبا الغربية.
منذ أن لوحظ المرض لأول مرة في 1846-1847 في دول البلطيق وانتشر في السنوات اللاحقة فقط في بيلاروسيا والمناطق الشمالية الغربية من روسيا ، أصبح أصله في أوروبا الغربية واضحًا. المصدر الأول للآفة المتأخرة في العالم القديم ليس واضحًا تمامًا. تشير الفرضية التي وضعها فراي وآخرون (فراي وآخرون ، 1992 ؛ فراي ، جودوين ، 1995 ، جودوين وآخرون ، 1994) إلى أن الطفيل جاء أولاً من المكسيك إلى أمريكا الشمالية ، حيث انتشر من خلال المحاصيل ، ثم تم نقله إلى أوروبا الغربية (الشكل 7).
نتيجة للانحراف المتكرر (التأثير المزدوج لـ "عنق الزجاجة") ، وصلت الحيوانات المستنسخة المفردة إلى أوروبا ، وتسبب نسلها في انتشار وباء في جميع أنحاء إقليم العالم القديم حيث تزرع البطاطس. كدليل على هذه الفرضية ، يستشهد المؤلفون ، أولاً ، بانتشار نوع واحد فقط من التزاوج (A1) ، وثانيًا ، تجانس الأنماط الجينية للسلالات المدروسة من مناطق مختلفة (كلها تستند إلى علامات جزيئية ، بما في ذلك 2 isozyme loci ، وأنماط بصمات الحمض النووي ، و بنية الحمض النووي للميتوكوندريا متطابقة وتتوافق مع النسخة المستنسخة US-1 الموصوفة في الولايات المتحدة). ومع ذلك ، فإن بعض البيانات تثير الشكوك حول بعض أحكام الفرضية المذكورة على الأقل. أظهر تحليل الحمض النووي للميتوكوندريا P. infestans المعزول من عينات البطاطس المعشبة المصابة خلال فترة المشاشية الأولى من أربعينيات القرن التاسع عشر أنها تختلف في بنية الحمض النووي للميتوكوندريا عن استنساخ US-40 ، والذي كان بالتالي على الأقل. ليس المصدر الوحيد للعدوى في أوروبا (Ristaino et al ، 1).
ساءت حالة الآفة المتأخرة مرة أخرى في الثمانينيات من القرن العشرين. حدثت التغييرات التالية:
1) زاد متوسط عدوانية السكان ، مما أدى ، على وجه الخصوص ، إلى انتشار واسع النطاق لأكثر أشكال اللفحة المتأخرة ضررًا - الأضرار التي لحقت بالأعناق والسيقان.
2) كان هناك تحول في وقت اللفحة المتأخرة على البطاطس - من أواخر يوليو إلى أوائل يوليو وحتى نهاية يونيو.
3) أصبح نوع التزاوج A2 ، الذي كان غائبًا في السابق في العالم القديم ، في كل مكان.
وقد سبقت التغييرات حدثان: الاستخدام المكثف لمبيد الفطريات الجديد ميتالاكسيل (Schwinn and Staub ، 1980) وظهور المكسيك كمصدر عالمي للبطاطس (Niederhauser ، 1993). وفقًا لهذا ، تم طرح سببين للتغيرات السكانية: تحويل نوع التزاوج تحت تأثير ميتالاكسيل (كو ، 1994) والإدخال المكثف لسلالات جديدة مع درنات مصابة من المكسيك (فراي وغودوين ، 1995). على الرغم من أن التداخلات بين أنواع التزاوج تحت تأثير ميتالاكسيل تم الحصول عليها ليس فقط من قبل كو ، ولكن أيضًا في الأعمال التي أجريت في مختبر جامعة موسكو الحكومية (Savenkova ، Chherepennicova-Anikina ، 2002) ، فإن الفرضية الثانية هي الأفضل. إلى جانب ظهور النوع الثاني من التزاوج ، حدثت تغييرات خطيرة في الأنماط الجينية لسلالات P. infestans الروسية ، بما في ذلك الجينات المحايدة (isozyme و RFLP loci) ، وكذلك في بنية الحمض النووي للميتوكوندريا. لا يمكن تفسير تعقيد هذه التغييرات من خلال عمل ميتالاكسيل ؛ بدلاً من ذلك ، كان هناك استيراد هائل لسلالات جديدة من المكسيك ، والتي ، كونها أكثر عدوانية (Kato et al. ، 1997) ، أزاحت السلالات القديمة (US-1) ، لتصبح سائدة في السكان. حدث التغيير في تكوين السكان الأوروبيين في وقت قصير جدًا - من 1980 إلى 1985 (Fry et al. ، 1992). على أراضي الاتحاد السوفياتي السابق ، تم العثور على "سلالات جديدة" في مجموعات من إستونيا في عام 1985 ، أي قبل بولندا وألمانيا (Goodwin et al. ، 1994). آخر مرة تم فيها عزل "السلالة القديمة US-1" في روسيا من طماطم مصابة في منطقة موسكو عام 1993 (Dolgova et al. ، 1997). أيضًا في فرنسا ، تم العثور على سلالات "قديمة" في زراعة الطماطم حتى أوائل التسعينيات ، أي بعد أن اختفت لفترة طويلة على البطاطس (ليبرتون وأندريفون ، 90). أثرت التغييرات في سلالات P. infestans على العديد من السمات ، بما في ذلك تلك ذات الأهمية العملية الكبيرة ، وزادت من ضرر اللفحة المتأخرة.
إعادة التركيب الجنسي
من أجل المساهمة في إعادة التركيب الجنسي في التباين ، من الضروري ، أولاً ، وجود نوعين من التزاوج في السكان بنسبة قريبة من 1: 1 ، وثانيًا ، وجود تقلبات سكانية أولية.
تختلف نسبة أنواع التزاوج اختلافًا كبيرًا في مجموعات سكانية مختلفة وحتى في سنوات مختلفة في مجتمع واحد (الجدول 9,10 ، 90). أسباب مثل هذه التغييرات الجذرية في ترددات أنواع التزاوج بين السكان (على سبيل المثال ، في روسيا أو في إسرائيل في أوائل التسعينيات من القرن الماضي) غير معروفة ، ولكن يُعتقد أن هذا يرجع إلى إدخال استنساخ أكثر تنافسية (كوهين ، 2002).
تشير بعض البيانات غير المباشرة إلى مسار العملية الجنسية في سنوات معينة وفي مناطق معينة:
1) أظهرت الدراسات التي أجريت على السكان من منطقة موسكو أنه في 13 مجموعة كانت نسبة التزاوج فيها أقل من 2٪ ، كان إجمالي التنوع الجيني المحسوب لثلاثة مواضع متجانسة 10 ، وفي 0,08 مجموعة تجاوزت فيها نسبة A14 2٪ ، كان التنوع الجيني أعلى بمرتين (30) (Elansky et al. ، 0,15). وبالتالي ، كلما زادت احتمالية الجماع ، زاد التنوع الجيني للسكان.
2) لوحظت العلاقة بين نسبة أنواع التزاوج في السكان وكثافة تكوين البويضات في إسرائيل (Cohen et al. ، 1997) وفي هولندا
(فلير وآخرون ، 2004). أظهرت دراساتنا أنه في التجمعات السكانية التي تمثل فيها العزلات من النوع A2 نسبة 62 و 17 و 9 و 6٪ ، تم العثور على البويضات في 78 و 50 و 30 و 15٪ من أوراق البطاطس التي تم تحليلها (بها نقطتان أو أكثر) على التوالي.
غالبًا ما احتوت العينات التي تحتوي على نقطتين أو أكثر على بويضات أكثر من العينات التي تحتوي على بقعة واحدة (2 و 1 ٪ من العينات ، على التوالي) (Apryshko et al. ، 32).
كانت Oospores أكثر شيوعًا في أوراق الطبقة الوسطى والسفلية من نبات البطاطس (Mytsa et al. ، 2015 ؛ Elansky et al. ، 2016).
3) في بعض المناطق ، تم اكتشاف أنماط وراثية فريدة يرتبط حدوثها بإعادة التركيب الجنسي. وهكذا ، في بولندا في عام 1989 وفي فرنسا في عام 1990 ، سلالات متماثلة اللواقح للجلوكوز 6-
ايزوميراز الفوسفات (GPI 90/90). منذ أن تمت مصادفة 10/90 من الزيجوت متغاير الزيجوت في السابق لمدة 100 سنوات ، يُعزى التماثل الزيجوت إلى إعادة التركيب الجنسي (Sujkowski et al. ، 1994). في كولومبيا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، تكون العزلات التي تجمع بين A2 و GPI 100/110 و A1 مع GPI 100/100 شائعة ، ولكن في نهاية موسم 1994 (16 أغسطس و 9 سبتمبر) ، سلالات مع الأنماط الجينية المؤتلفة (A1 GPI 100/110 و A2 GPI 100/100) (ميلر وآخرون ، 1997).
4) في بعض السكان من بولندا (Sujkowski et al. ، 1994) وشمال القوقاز (Amatkhanova et al. ، 2004) ، يتوافق توزيع مواقع DNA لبصمات الأصابع ومواضع بروتين allozyme مع توزيع Hardy-Weinberg ، مما يشير
حول الحصة العالية من مساهمة إعادة التركيب الجنسي في تقلب السكان. في مناطق أخرى من روسيا ، لم يتم العثور على مراسلات لتوزيع هاردي-واينبرغ في السكان ، ولكن تم إظهار وجود عدم توازن في الارتباط ، مما يشير إلى غلبة التكاثر النسيلي (Elansky et al. ، 1999).
5) كان التنوع الجيني (GST) بين السلالات ذات أنواع التزاوج المختلفة (A1 و A2) أقل منه بين المجموعات السكانية المختلفة (Sujkowski et al. ، 1994) ، مما يشير بشكل غير مباشر إلى التهجين الجنسي.
في الوقت نفسه ، لا يمكن أن تكون مساهمة إعادة التركيب الجنسي في التنوع السكاني عالية جدًا. تم حساب هذه المساهمة لسكان منطقة موسكو (Elansky et al. ، 1999). وفقًا لحسابات Lewontin (1979) "إعادة التركيب ، التي يمكن أن تنتج متغيرات جديدة من موقعين بتردد لا يتجاوز ناتج تغاير الزيجوت ، تصبح فعالة فقط إذا كانت قيم تغاير الزيجوت لكلا الأليلين مرتفعة بالفعل".
مع نسبة نوعي الاقتران ، وهو نموذجي لمنطقة موسكو ، تساوي 4: 1 ، سيكون تردد إعادة التركيب 0,25. كان احتمال أن تكون السلالات المتصالبة متغايرة الزيجوت لاثنين من المواقع المتساوية الثلاث المدروسة في المجموعات السكانية المدروسة 0,01 (سلالتان من 2). وبالتالي ، فإن احتمال حدوث تغاير الزيجوت المزدوج نتيجة إعادة التركيب يجب ألا يتجاوز ناتجها مضروبًا في احتمال العبور (177 × 0,25 × 0,02) = 0,02-10 ، أي لا تندرج المؤتلفات الجنسية عادة في عينة السلالات المدروسة. تم إجراء هذه الحسابات للسكان من منطقة موسكو ، والتي تتميز بتقلبات عالية نسبيًا. في التجمعات أحادية الشكل مثل مجموعات سيبيريا ، لا يمكن للعملية الجنسية ، حتى لو حدثت في مجموعات فردية ، أن تؤثر على تنوعها الجيني.
بالإضافة إلى ذلك ، يتميز P. infestans باختلال الكروموسومات المتكرر في الانقسام الاختزالي ، مما يؤدي إلى اختلال الصيغة الصبغية (Carter et al. ، 1999). مثل هذه الانتهاكات تقلل من خصوبة الهجينة.
إعادة التركيب المتماثل ، تحويل الجينات الانقسامية
في التجارب التي أجريت على تضفير سلالات P. infestans مع طفرات مقاومة لمثبطات النمو المختلفة ، تم العثور على ظهور ميسولات مقاومة لكلا المثبطين (Shattock and Shaw ، 1975 ؛ Dyakov ، Kuzovnikova ، 1974 ؛ Kulish ، Dyakov ،
1979). نشأت السلالات المقاومة لاثنين من مثبطات النمو نتيجة تغاير النواة في الفطريات ، وفي هذه الحالة تشققت أثناء التكاثر عن طريق الأبواغ الحيوانية أحادية النواة (جودلسون ، جي يانغ ، 1998) ، أو لم تنشطر في نسل أحادي البؤرة ، لأن لديهم نوى رباعي الصبغيات (لأن العزلات الأولية ثنائية الصبغيات) ، 1979). ثنائية الزيجوت متغايرة الزيجوت منفصلة بتردد منخفض للغاية بسبب التفرد ، وعدم انفصال الكروموسومات ، والعبور الانقسامي (Poedinok et al. ، 1982). يمكن زيادة تواتر هذه العمليات بمساعدة بعض التأثيرات على مضاعفات الزيجوت غير المتجانسة (على سبيل المثال ، التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية للجراثيم النابتة).
على الرغم من أن تكوين الهجينة الخضرية ذات المقاومة المزدوجة لا يحدث فقط في المختبر ، ولكن أيضًا في درنات البطاطس المصابة بمزيج من الطفرات (Kulish et al. ، 1978) ، فمن الصعب إلى حد ما تقييم دور إعادة التركيب الجنسي في توليد أنماط وراثية جديدة في السكان. إن تواتر تكوين الفصل بسبب التفرد ، وعدم انفصال الكروموسومات والعبور الانقسامي دون تأثيرات خاصة لا يكاد يذكر (أقل من 10-3).
يمكن أن يعتمد حدوث الفصل المتماثل للسلالات غير المتجانسة على كل من العبور الانقسامي وتحويل الجين الانقسامي ، والذي يحدث في P. sojae بتردد 3 × 10-2 إلى 5 × 10-5 لكل موضع ، اعتمادًا على السلالة (Chamnanpunt et al. ، 2001).
على الرغم من أن تكرار حدوث heterokaryons و ثنائي الزيجوت متغاير الزيجوت كان مرتفعًا بشكل غير متوقع (يصل إلى عشرات بالمائة) ، فإن هذه العملية تحدث فقط عندما يتم تقطيع الثقافات الطافرة التي تم الحصول عليها من نفس السلالة. عند استخدام سلالات مختلفة معزولة عن الطبيعة ، لا يحدث تغاير النواة (أو يحدث بتردد منخفض جدًا) بسبب وجود عدم توافق نباتي (Poedinok and Dyakov ، 1981 ؛ Anikina et al. ، 1997b ؛ Cherepennikova-Anikina et al. ، 2002). وبالتالي ، لا يمكن تقليص دور إعادة التركيب اللاإرادي إلا إلى إعادة التركيب داخل النسيلة في نوى متغايرة الزيجوت وانتقال الجينات الفردية إلى حالة متماثلة اللواقح بدون عملية جنسية. يمكن أن تكون هذه العملية ذات أهمية وبائية في السلالات ذات الطفرات المتنحية أو شبه السائدة المقاومة لمبيدات الفطريات. سوف يؤدي انتقالها إلى حالة متماثلة اللواقح بسبب عملية التطفل الجنسي إلى زيادة مقاومة حامل الطفرة (Dolgova ، Dyakov ، 1986).
إدخال الجينات
الأنواع غير المتجانسة Phytophthora قادرة على التزاوج مع تكوين الأبواغ الهجينة (انظر Vorob'eva and Gridnev ، 1983 ؛ Sansome et al. ، 1991 ؛ Veld et al. ، 1998). كان التهجين الطبيعي لنوعين من نباتات الفيتوفثورا عدوانيًا لدرجة أنه قتل الآلاف من نباتات الآلدر في المملكة المتحدة (Brasier et al. يمكن أن تحدث P. infestans مع الأنواع الأخرى من الجنس (P. erythroseptica ، P. nicotianae ، P. Cactorum ، إلخ) على النباتات المضيفة الشائعة وفي التربة ، ولكن هناك القليل من المعلومات في الأدبيات حول إمكانية وجود أنواع هجينة بين الأنواع. تم الحصول على هجن في ظروف معملية بين P. infestans و P. Mirabilis (Goodwin and Fry، 1999).
الجدول 9. نسبة سلالات P. infestans مع نوع التزاوج A2 في بلدان مختلفة من العالم في الفترة من 1990 إلى 2000 (وفقًا لبيانات مصادر الأدبيات المفتوحة والمواقع www.euroblight.net ، www.eucablight.org)
بلد | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
روسيا البيضاء | 33 (12) | 34 (29) | |||||||||
بلجيكا | 15 (49 *) | 6 (66) | 20 (86) | ||||||||
الاكوادور | 0 (13) | 0 (12) | 0 (19) | 0 (21) | 12 (41) | 25 (39) | 15 (75) | 22 (73) | 25 (68) | 0 (35) | |
استونيا | 8 (12) | ||||||||||
إنجلترا | 4 (26) | 3 (630) | 9 (336) | ||||||||
فنلندا | 0 (15) | 19 (117) | 12 (16) | 21 (447) | 6 (509) | 9 (432) | 43 (550) | ||||
فرنسا | 0 (35) | 0 (56) | 0 (83) | 0 (67) | 0 (86) | 2 (135) | 7 (156) | 6 (123) | 0 (73) | 0 (285) | 0 (135) |
هنغاريا | 72 (32) | ||||||||||
أيرلندا | 4 (145) | ||||||||||
شمال. أيرلندا | 10 (41) | 9 (58) | 1 (106) | 0 (185) | 0 (18) | 0 (56) | 0 (35) | 0 (26) | |||
هولندا | 7 (41) | 5 (276) | 24 (377) | 44 (353) | 23 (185) | ||||||
النرويج | 25 (446) | 28 (156) | 8 (39) | 18 (257) | 38 (197) | ||||||
بيرو | 0 (34 ، 1984-86) | 0 (287، 1997-98) | 0 (112) | 0 (66) | |||||||
بولندا | 19 (180) | 21 (142) | 33 (256) | 26 (149) | 35 (70) | ||||||
أسكتلندا | 25 (147) | 11 (163) | 22 (189) | 5 (22) | |||||||
السويد | 25 (263) | 62 (258) | 49 (163) | ||||||||
ويلز | 0 (16) | 7 (97) | 0 (48) | 0 (25) | |||||||
كوريا | 36 (42) | 10 (130) | 15 (98) | ||||||||
الصين | 20 (142، 1995-98) | 0 (6) | 0 (8) | 0 (35) | |||||||
كولومبيا | 0 (40، 1994-2000) | ||||||||||
أوروغواي | 100 (25، 1998-99) | ||||||||||
المغرب | 60 (108، 1997-2000) | 52 (25) | 42 (40) | ||||||||
صربيا | 76 (37) | ||||||||||
المكسيك (تولوكا) | 28 (292، 1988-89) | 50 (389، 1997-98) |
الجدول 10. نسبة سلالات P. infestans مع نوع التزاوج A2 في بلدان مختلفة من العالم في الفترة من 2000 إلى 2011
بلد | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
النمسا | 65 (83) | ||||||||||
روسيا البيضاء | 42 (78) | ||||||||||
بلجيكا | 20 (102 *) | 4 (32) | 50 (14) | 25 (16) | 62 (13) | 54 (26) | 70 (54) | 30 (23) | 29 (35) | 62 (71) | 45 (49) |
سويسرا | 89 (19) | ||||||||||
جمهورية التشيك | 35 (31) | 54 (64) | 38 (174) | 12 (80) | |||||||
ألمانيا | 95 (53) | ||||||||||
الدنمارك | 48 (52) | ||||||||||
الاكوادور | 5 (178) | 6 (108) | 9 (121) | 18 (94) | 2 (44) | 0 (66) | 5 (47) | ||||
استونيا | 54 (25) | 0 (24) | 33 (62) | 45 (140) | 25 (100) | 12 (103) | |||||
إنجلترا | 4 (47) | 10 (96) | 31 (55) | 55 (790) | 68 (862) | 70 (552) | 68 (299) | ||||
فنلندا | 47 (162) | 12 (218) | 42 | ||||||||
فرنسا | 0 (186) | 4 (108) | 8 (61) | 22 (103) | 33 (303) | 65 (378) | 74 (331) | 75 (125) | 75 (12) | ||
هنغاريا | 48 (27) | 48 (90) | 9 | 7 | |||||||
شمال. أيرلندا | 0 (38) | 0 (58) | 0 (40) | 0 (24) | 5 (54) | 0 (18) | 27 (578) | 45 (239) | 36 (213) | 82 (60) | 10 (80) |
هولندا | 66 (24) | 93 (15) | 91 (11) | ||||||||
النرويج | 39 (328) | 3 (115) | 12 (19) | ||||||||
بيرو | 0 (36) | ||||||||||
بولندا | 25 (46) | 10 (30) | 85 (20) | 38 (44) | 75 (66) | 55 (56) | 65 (35) | 72 (81) | 85 (21) | ||
أسكتلندا | 3 (213) | 2 (474) | 24 (135) | 86 (337) | 88 (386) | 74 (172) | |||||
السويد | 60 (277) | 39 (87) | |||||||||
سلوفاكيا | 0 (36) | 14 (26) | 62 (26) | 0 (26) | |||||||
ويلز | 25 (12) | 68 (106) | 80 (88) | 92 (143) | 75 (45) | ||||||
كوريا | 46 (26) | ||||||||||
البرازيل | 0 (49) | 0 (30) | |||||||||
الصين | 10 (30) | 0 (6) | 0 (6) | ||||||||
فيتنام | 0 (294، 2003-04) | ||||||||||
أوغندا | 0 (8) |
ديناميات التركيب الجيني للسكان
يمكن أن تحدث التغيرات في التركيب الجيني لمجموعات P. infestans تحت تأثير هجرة الحيوانات المستنسخة الجديدة من مناطق أخرى ، والممارسات الزراعية (تغيير الأصناف ، واستخدام مبيدات الفطريات) ، والظروف الجوية. تؤثر التأثيرات الخارجية بشكل مختلف على الحيوانات المستنسخة في مراحل مختلفة من دورة الحياة ؛ لذلك ، يعاني السكان سنويًا من تغيرات دورية في ترددات الجينات الخاضعة للاختيار ، بسبب التغيير في الدور السائد لانحراف الجينات والانتقاء.
تأثير الصنف
تعتبر الأصناف الجديدة ذات الجينات الفعالة للمقاومة الرأسية (جينات R) عاملاً انتقائيًا قويًا يختار الحيوانات المستنسخة ذات جينات الفوعة التكميلية في جمهرات P. infestans. في حالة عدم وجود مقاومة غير محددة في صنف البطاطس التي تمنع نمو السكان الممرض ، فإن عملية استبدال الحيوانات المستنسخة السائدة في السكان تحدث بسرعة كبيرة. لذلك ، بعد انتشار صنف Domodedovsky في منطقة موسكو ، والذي يحتوي على جين المقاومة R3 ، زاد تواتر الحيوانات المستنسخة الخبيثة لهذا الصنف من 0,2 إلى 0,82 في عام واحد (Dyakov ، Derevjagina ، 2000).
ومع ذلك ، فإن التغيير في تواتر جينات الفوعة (الأنماط المرضية) في السكان لا يحدث فقط تحت تأثير أصناف البطاطس المزروعة. على سبيل المثال ، في بيلاروسيا حتى عام 1977 ، كانت الحيوانات المستنسخة ذات الجينات الفوعة 1 و 4 هي السائدة ، والتي نتجت عن زراعة أصناف من البطاطس مع جينات المقاومة R1 و R4 (Dorozhkin ، Belskaya ، 1979). ومع ذلك ، في نهاية السبعينيات من القرن العشرين ، ظهرت الحيوانات المستنسخة مع جينات الفوعة المختلفة ومجموعاتها ، ولم تستخدم جينات المقاومة التكميلية مطلقًا في تربية البطاطس (جينات الفوعة الزائدة) (إيفانيوك وآخرون ، 70). يبدو أن سبب ظهور مثل هذه الحيوانات المستنسخة يرجع إلى هجرة المواد المعدية من المكسيك مع درنات البطاطس إلى أوروبا. في المنزل ، تم تطوير هذه الحيوانات المستنسخة ليس فقط على البطاطس المزروعة ، ولكن أيضًا على الأنواع البرية التي تحمل مجموعة متنوعة من جينات المقاومة ؛ لذلك ، كان الجمع بين العديد من جينات الفوعة في الجينوم ضروريًا للبقاء في تلك الظروف.
أما بالنسبة للأصناف ذات المقاومة غير النوعية ، فهي ، من خلال تقليل معدل تكاثر العامل الممرض ، تؤخر تطور مجموعاتها ، والتي ، كما ذكرنا سابقًا ، دالة على العدد. نظرًا لأن العدوانية متعددة الجينات ، فإن الحيوانات المستنسخة التي تحتوي على عدد أكبر من الجينات "العدوانية" تتراكم بشكل أسرع كلما زاد حجم السكان. لذلك ، فإن الأجناس شديدة العدوانية ليست نتاجًا للتكيف مع الأصناف المزروعة ذات المقاومة غير النوعية ، ولكن على العكس من ذلك ، فمن المرجح أن يتم اكتشافها في مزارع الأصناف شديدة التأثر والتي تكون مراكم لجراثيم الطفيليات.
وهكذا ، في روسيا ، تم العثور على أكثر التجمعات عدوانية من P. Infestans في مناطق نباتات المشاة السنوية (مجموعات من مناطق سخالين ولينينغراد وبريانسك). تبين أن عدوانية هؤلاء السكان أعلى من عدوانية السكان المكسيكيين (Filippov et al. ، 2004).
بالإضافة إلى ذلك ، يتشكل عدد أقل من البويضات في أوراق الأصناف المقاومة مقارنة بالأصناف الحساسة (Hanson and Shattock ، 1998) ، أي أن المقاومة غير النوعية للصنف تقلل أيضًا من قدرات إعادة التركيب للطفيلي وإمكانية طرق الشتاء البديلة.
تأثير مبيدات الفطريات
لا تقلل مبيدات الفطريات فقط من عدد الفطريات الممرضة للنبات ، أي تؤثر على الخصائص الكمية لسكانها ، لكن يمكنهم أيضًا تغيير تواتر الأنماط الجينية الفردية ، أي تؤثر على التركيب النوعي للسكان. من بين أهم مؤشرات التغير السكاني تحت تأثير مبيدات الفطريات ما يلي: التغيرات في مقاومة مبيدات الفطريات ، والتغيرات في العدوانية والفوعة ، والتغيرات في النظم التناسلية.
تأثير مبيدات الفطريات على المقاومة وعدوانية السكان
يتم تحديد درجة هذا التأثير ، أولاً وقبل كل شيء ، من خلال نوع مبيد الفطريات المستخدم ، والذي يمكن تقسيمه بشكل مشروط إلى polysite و oligosite و monosite.
الأول يشمل معظم مبيدات الفطريات الملامسة. يتم التحكم في المقاومة ضدهم (إذا كان ذلك ممكنًا على الإطلاق) بواسطة عدد كبير من الجينات المعبرة بشكل ضعيف جدًا. تحدد هذه الخصائص عدم وجود تغييرات مرئية في مقاومة السكان بعد العلاج بمبيدات الفطريات (على الرغم من أنه في بعض التجارب ، تم الحصول على بعض الزيادة في المقاومة). تتكون مجموعة الفطريات المحفوظة بعد الرش بمبيدات الفطريات الملامسة من مجموعتين من السلالات:
1) السلالات المحفوظة في مناطق النباتات غير المعالجة بالدواء. نظرًا لعدم وجود اتصال مع مبيد الفطريات ، فإن عدوانية ومقاومة هذه السلالات لا تتغير.
2) سلالات ملامسة لمبيد الفطريات التي يكون تركيزها عند نقاط الاتصال أقل من القاتل. كما ذكرنا أعلاه ، فإن مقاومة هذا الجزء من السكان لا تتغير أيضًا ، بسبب التأثير الضار الجزئي لمبيد الفطريات حتى في التركيز شبه المميت على استقلاب الخلية الفطرية ، واللياقة العامة ومكونها الطفيلي ، والعدوانية ، وانخفاض (Derevyagina and Dyakov ، 1990).
وبالتالي ، حتى جزء من السكان الذي لم يمت ، تعرض للتلامس مع مبيد الفطريات ، لديه عدوانية ضعيفة ولا يمكن أن يكون مصدرًا للنباتات. لذلك ، فإن المعالجة الدقيقة ، التي تقلل من تواتر نسبة السكان غير الملامسة لمبيد الفطريات ، هي شرط لنجاح تدابير الحماية. يتم التحكم في مقاومة مبيدات الفطريات oligosite بواسطة عدة جينات مضافة.
يؤدي تحور كل جين إلى بعض الزيادة في المقاومة ، وترجع درجة المقاومة الإجمالية إلى إضافة مثل هذه الطفرات. لذلك ، تحدث الزيادة في المقاومة على مراحل. من الأمثلة على الزيادة التدريجية في المقاومة الطفرات في مقاومة مبيد الفطريات dimethomorph ، والذي يستخدم على نطاق واسع لحماية البطاطس من اللفحة المتأخرة. مقاومة ديميثومورف متعددة الجينات والمواد المضافة. تزيد الطفرة من خطوة واحدة المقاومة بشكل طفيف.
كل طفرة لاحقة تقلل من حجم الهدف ، وبالتالي تواتر الطفرات اللاحقة (باجيروفا وآخرون ، 2001). تحدث الزيادة في متوسط المقاومة للسكان بعد علاجات متعددة بمبيد الفطريات القلة بشكل تدريجي وتدريجي. يتم تحديد معدل هذه العملية من خلال ثلاثة عوامل على الأقل: تواتر طفرة جينات المقاومة ، ومعامل المقاومة (نسبة الجرعة المميتة من سلالة مقاومة بالنسبة للجرعة الحساسة) وتأثير الطفرات في جينات المقاومة على اللياقة.
تواتر حدوث كل طفرة لاحقة أقل من السابق ؛ لذلك ، فإن العملية لها طابع التخميد (Bagirova et al. ، 2001). ومع ذلك ، إذا حدثت عمليات إعادة التركيب (الجنسية أو التطفلية الجنسية) في مجموعة سكانية ، فمن الممكن الجمع بين الطفرات الأبوية المختلفة في سلالة هجينة وتسريع العملية. لذلك ، تكتسب مجموعات panmix المقاومة بشكل أسرع من المجموعات الغامضة ، وفي الأخير ، السكان الذين ليس لديهم حواجز عدم التوافق الخضري أسرع من المجموعات السكانية المقسمة بواسطة هذه الحواجز. في هذا الصدد ، فإن وجود سلالات في التجمعات التي تختلف في أنواع التزاوج يسرع عملية اكتساب مقاومة لمبيدات الفطريات القلة.
لا يساهم العاملان الثاني والثالث في التراكم السريع للسلالات المقاومة للدي ميثومورف في التجمعات السكانية. تضاعف كل طفرة لاحقة المقاومة تقريبًا ، وهو أمر ضئيل ، وفي نفس الوقت يقلل من معدل النمو في بيئة اصطناعية والعدوانية (Bagirova et al. ، 2001 ؛ Stem ، Kirk ، 2004). ربما هذا هو السبب في عدم وجود سلالات مقاومة عمليًا بين سلالات P. infestans الطبيعية ، حتى تلك التي تم جمعها من مزارع البطاطس المعالجة بالديمثومورف.
ستتألف المجموعة التي تم علاجها بمبيد فطري أوليجوسيت أيضًا من مجموعتين من السلالات: تلك التي لم تكن على اتصال بمبيد الفطريات ، وبالتالي لم تغير الصفات الأولية (إذا تم العثور على سلالات مقاومة بين هذه المجموعة ، فلن تتراكم بسبب العدوانية العالية والقدرة التنافسية للسلالات الحساسة) والسلالات التي تتلامس مع التركيزات شبه المميتة لمبيد الفطريات. ومن بين هذه الأخيرة ، من الممكن تراكم السلالات المقاومة ، لأن لها مزايا هنا على السلالات الحساسة.
لذلك ، عند استخدام مبيدات الفطريات oligosite ، فإنه ليس علاجًا شاملاً بقدر ما هو مهم مثل التركيز العالي للدواء ، أعلى عدة مرات من الجرعة المميتة ، لأنه مع الطفرات التدريجية ، تكون المقاومة الأولية للسلالات المتحولة منخفضة.
أخيرًا ، الطفرات في مقاومة مبيدات الفطريات الأحادية معبرة للغاية ، أي أن طفرة واحدة يمكنها الإبلاغ عن مستوى عالٍ من المقاومة ، حتى فقدان الحساسية الكامل. لذلك ، فإن الزيادة في مقاومة السكان تحدث بسرعة كبيرة.
من الأمثلة على مبيدات الفطريات هذه الفينيلاميدات ، بما في ذلك مبيدات الفطريات الأكثر شيوعًا ، ميتالاكسيل. تنشأ طفرات المقاومة لها بتردد عالٍ ، ودرجة المقاومة في المسوخ عالية جدًا - فهي تتجاوز السلالة الحساسة بعامل ألف أو أكثر (Derevyagina et al. ، 1993). على الرغم من أن معدل النمو والعدوانية للطفرات المقاومة يتناقصان على خلفية موت السلالات الحساسة من مبيد فطري جهازي ، فإن عدد السكان المقاومين ينمو بسرعة ، وبالتوازي مع ازدياد عدوانيتها. لذلك ، بعد عدة سنوات من استخدام مبيد الفطريات ، لا يمكن أن تساوي عدوانية السلالات المقاومة عدوانية السلالات الحساسة فحسب ، بل تتجاوزها أيضًا (Derevyagina and Dyakov ، 1992).
التأثير على إعادة التركيب الجنسي
نظرًا لأن التكرار المتكرر لنوع التزاوج A2 في تجمعات P. infestans يتزامن مع الاستخدام المكثف للميتالاكسيل ضد اللفحة المتأخرة ، فقد اقترح أن metalaxyl تحفز تحويل نوع التزاوج. في P. بارسيتيكا ، تم إثبات هذا التحويل تجريبيًا تحت تأثير الكلورونب والميتالاكسيل (كو ، 1994). أدى ممر واحد على وسيط بتركيز منخفض من ميتالاكسيل إلى ظهور عزلات متجانسة من سلالة من P. infestans حساسة للميتالاكسيل مع التزاوج من النوع A1 (Savenkova and Cherepnikova-Anikina ، 2002). خلال الممرات اللاحقة على الوسائط ذات التركيز العالي من ميتالاكسيل ، لم يتم الكشف عن عزلة واحدة من نوع الاقتران A2 ، ومع ذلك ، فإن معظم العزلات ، عند تهجينها مع عزلات A2 ، بدلاً من الأبواغ ، شكلت تراكمات قبيحة من الفطريات وكانت معقمة. سمحت لنا ممرات سلالة مقاومة لها نوع التزاوج A2 على وسط مع تركيز عالٍ من ميتالاكسيل باكتشاف ثلاثة أشكال من التغييرات في نوع التزاوج: 1) عقم كامل عند عبورها مع عزلات A1 و A2 ؛ 2) homotallism (تكوين البويضات في زراعة أحادية) ؛ 3) تحويل نوع التزاوج A2 إلى A1. وبالتالي ، يمكن أن يسبب ميتالاكسيل تغيرات في أنواع التزاوج في تجمعات P. infestans ، وبالتالي حدوث إعادة التركيب الجنسي فيها.
التأثير على إعادة التركيب الخضري
أدت بعض الجينات المقاومة للمضادات الحيوية إلى زيادة تواتر تغاير الخلايا في الغدة النخامية وتضاعف الصبغة النووية (Poedinok and Dyakov ، 1981). كما لوحظ سابقًا ، نادرًا ما يحدث تغاير نوى الخيوط أثناء اندماج سلالات مختلفة من P. infestans بسبب ظاهرة عدم التوافق الخضري في هذه الفطريات. ومع ذلك ، يمكن أن يكون للجينات المقاومة لبعض المضادات الحيوية آثار جانبية ، يتم التعبير عنها في التغلب على عدم التوافق الخضري. تم امتلاك هذه الخاصية بواسطة جين مقاومة الستربتومايسين الطافرة 1S-1. يمكن أن يؤدي وجود مثل هذه الطفرات في المجموعات الميدانية للنباتات إلى زيادة تدفق الجينات بين السلالات وتسريع تكيف السكان بالكامل مع أنواع جديدة أو مبيدات الفطريات.
يمكن أن تؤثر بعض مبيدات الفطريات والمضادات الحيوية على وتيرة إعادة التركيب الانقسامي ، والتي يمكن أن تغير أيضًا ترددات النمط الجيني في السكان. يرتبط مبيد الفطريات المستخدم على نطاق واسع بينوميل بيتا توبيولين ، وهو بروتين تُبنى منه الأنابيب الدقيقة للهيكل الخلوي ، وبالتالي يعطل عمليات فصل الكروموسوم في طور الانقسام ، مما يزيد من تكرار إعادة التركيب الانقسامي (Hastie ، 1970).
وللمبيد الفطري بارا فلوروفينيل ألانين ، المستخدم في علاج الداء الهولندي ، نفس الخاصية. زاد بارا-فلوروفينيل ألانين من تكرار إعادة التركيب في ثنائي الزيجوت ثنائي الزيجوت المتغاير P. infestans (Poedinok et al. ، 1982).
التغيرات الدورية في التركيب الوراثي للسكان في دورة حياة P. infestans
تتكون الدورة التنموية التقليدية لفصيلة P. infestans في المنطقة المعتدلة من 4 مراحل.
1) مرحلة النمو الأسي للسكان (مرحلة متعددة الحلقات) بأجيال قصيرة. تبدأ هذه المرحلة عادة في يوليو وتستمر من 1,5 إلى شهرين.
2) مرحلة وقف النمو السكاني بسبب الانخفاض الحاد في نسبة الأنسجة السليمة أو بداية الظروف الجوية غير المواتية. هذه المرحلة في المزارع التي تقوم بإزالة الأوراق في وقت مبكر قبل الحصاد تسقط من الدورة السنوية.
3) مرحلة فصل الشتاء في الدرنات ، مصحوبة بانخفاض كبير في حجم السكان بسبب الإصابة العرضية للدرنات ، وبطء تطور العدوى فيها ، وعدم إعادة إصابة الدرنات ، والتعفن ، وإعدام الدرنات المصابة في ظروف التخزين العادية.
4) مرحلة التطور البطيء في التربة والشتلات (مرحلة أحادية الحلقة) ، حيث يمكن أن تصل مدة التوليد إلى شهر أو أكثر (أواخر مايو - أوائل يوليو). عادة في هذا الوقت ، يصعب اكتشاف الأوراق المريضة ، حتى مع الملاحظات الخاصة.
مرحلة النمو السكاني الأسي (المرحلة متعددة الحلقات)
أظهرت العديد من الملاحظات (Pshedetskaya ، Kozubova ، 1969 ؛ Borisenok ، 1969 ؛ Osh ، 1969 ؛ Dyakov ، Suprun ، 1984 ؛ Rybakova ، Dyakov ، 1990) أنه في بداية النشوة ، تسود الحيوانات المستنسخة منخفضة الضراوة والعدوانية قليلاً ، والتي يتم استبدالها لاحقًا بأخرى أكثر ضراوة. معدل نمو عدوانية السكان هو أعلى ، وأقل مقاومة لمجموعة متنوعة من النبات المضيف.
مع نمو السكان ، يزداد تركيز كل من الجينات المهمة بشكل انتقائي التي يتم إدخالها في الأصناف التجارية (R1-R4) والمحايدة الانتقائية (R5-R11). لذلك ، في التجمعات السكانية بالقرب من موسكو في عام 1993 ، زاد متوسط الفوعة من أواخر يوليو إلى منتصف أغسطس من 8,2 إلى 9,4 ، ولوحظت أكبر زيادة في جين الضراوة المحايد انتقائيًا R5 (من 31 إلى 86 ٪ من الحيوانات المستنسخة الخبيثة) (سميرنوف ، 1996 ).
يصاحب انخفاض معدل نمو السكان انخفاض في النشاط الطفيلي للسكان. لذلك ، في سنوات الاكتئاب ، يكون كل من العدد الإجمالي للأجناس ونسبة السلالات شديدة الضراوة أقل مما هو عليه في السلالات المشبعة (Borisenok ، 1969). إذا تغيرت الظروف الجوية في ذروة النوبات إلى غير مواتية للفحة المتأخرة وانتشار البطاطس ، ينخفض أيضًا تركيز الحيوانات المستنسخة شديدة الضراوة والعدوانية (Rybakova et al. ، 1987).
قد تكون الزيادة في تكرارات الجينات التي تؤثر على فوعة وعدوانية السكان بسبب اختيار الحيوانات المستنسخة الأكثر ضراوة وعدوانية في المجتمع المختلط. لإثبات الاختيار ، تم تطوير طريقة لتحليل الطفرات المحايدة ، والتي تم استخدامها بنجاح في مجموعات ناظم كيميائي من الخميرة (Adams et al. ، 1985) و Fusarium graminearum (Wiebe et al. ، 1995).
انخفض تواتر الطفرات المقاومة لـ blasticidin S في المجموعة الميدانية لـ P. infestans بالتوازي مع النمو في عدوانية السكان ، مما يشير إلى تغير في الحيوانات المستنسخة السائدة في عملية النمو السكاني (Rybakova et al. ، 1987).
مرحلة فصل الشتاء في الدرنات
خلال فصل الشتاء في درنات البطاطس ، تقل ضراوة وعدوانية سلالات P. infestans ، ويحدث انخفاض الفوعة بشكل أبطأ من العدوانية (Rybakova and Dyakov ، 1990). على ما يبدو ، في ظل ظروف مواتية للنمو السريع للسكان (الانتقاء r) ، فإن جينات الفوعة "الإضافية" والعدوانية العالية مفيدة ، وبالتالي فإن تطوير المشاعيات يكون مصحوبًا باختيار الحيوانات المستنسخة الأكثر ضراوة وعدوانية. في ظروف تشبع البيئة ، عندما لا يكون معدل التكاثر ، ولكن استمرار الوجود في ظروف غير مواتية (اختيار K) يلعب دورًا مهمًا ، فإن الجينات "الإضافية" من الفوعة والعدوانية تقلل من اللياقة ، وتكون الحيوانات المستنسخة بهذه الجينات هي أول من يموت ، بحيث يكون متوسط العدوانية و ضراوة السكان آخذ في الانخفاض.
مرحلة الغطاء النباتي في التربة
هذه المرحلة هي الأكثر غموضًا في دورة الحياة (Andrivon ، 1995). تم افتراض وجوده بشكل تخميني بحت - بسبب نقص المعلومات حول ما يحدث للممرض على مدى فترة طويلة (أحيانًا أكثر من شهر) - من ظهور شتلات البطاطس إلى ظهور البقع الأولى للمرض عليها. على أساس الملاحظات والتجارب ، أعيد بناء سلوك الفطر في هذه الفترة من الحياة (Hirst and Stedman ، 1960 ؛ Boguslavskaya ، Filippov ، 1976).
يمكن أن تتكون الأبواغ الفطرية على الدرنات المصابة في التربة. تنبت الجراثيم الناتجة مع خيوط ، والتي يمكن أن تنبت لفترة طويلة في التربة. ترتفع الأبواغ الأولية (المتكونة على الدرنات) والثانوية (على الفطريات في التربة) إلى سطح التربة عن طريق التيارات الشعرية ، ولكنها تكتسب القدرة على إصابة البطاطس فقط بعد نزول أوراقها السفلية والتلامس مع سطح التربة. لا تتشكل هذه الأوراق (أي البقع الأولى للمرض عليها) على الفور ، ولكن بعد نمو وتطور قمم البطاطس لفترة طويلة.
وبالتالي ، يمكن أن توجد أيضًا مرحلة الغطاء النباتي السابروتروفي في دورة حياة P. infestans. إذا كانت العدوانية في المرحلة الطفيلية من دورة الحياة هي العنصر الأكثر أهمية في اللياقة ، فعندئذ في المرحلة التغذوية يهدف اختيار المرحلة إلى تقليل الخصائص الطفيلية ، كما هو موضح تجريبياً لبعض الفطريات المسببة للأمراض النباتية (انظر كارسون ، 1993). لذلك ، في هذه المرحلة من الدورة ، يجب فقدان الخصائص العدوانية بشكل مكثف. ولكن حتى الآن لم يتم إجراء تجارب مباشرة لتأكيد الافتراضات المذكورة أعلاه.
لا تؤثر التغيرات الموسمية على الخواص المسببة للأمراض من P. infestans فحسب ، بل تؤثر أيضًا على مقاومة مبيدات الفطريات ، التي تنمو في المرحلة متعددة الحلقات (أثناء النباتات المشعة) ، وتنخفض أثناء التخزين الشتوي (Derevyagina et al. ، 1991 ؛ Kadish and Cohen ، 1992). لوحظ انخفاض شديد في مقاومة ميتالاكسيل بشكل خاص بين زراعة الدرنات المصابة وظهور البقع الأولى للمرض في الحقل.
التخصص غير المحدد وتطوره
تسبب P. infestans أوبئة في محصولين مهمين تجاريًا ، البطاطس والطماطم. بدأت النباتات على البطاطس بعد فترة وجيزة من دخول الفطر مناطق جديدة. كما لوحظت هزيمة الطماطم بعد فترة وجيزة من ظهور العدوى على البطاطس ، ولكن لوحظ وجود نباتات نباتية على الطماطم بعد مائة عام فقط - في منتصف القرن العشرين. إليكم ما كتبه هاليجلي ونيدرهاوزر عن هزيمة الطماطم في الولايات المتحدة
(1962): "لمدة 100 عام تقريبًا بعد الإصابة بالملح الشديد عام 1845 ، لم تُبذل محاولات قليلة أو لم تُبذل أية محاولات تقريبًا للحصول على أصناف مقاومة من الطماطم. على الرغم من تسجيل اللفحة المتأخرة لأول مرة على الطماطم في وقت مبكر من عام 1848 ، إلا أنها لم تصبح موضع اهتمام جاد من قبل المربين على هذا النبات حتى تفشي المرض بقوة في عام 1946. تم تسجيل آفة الطماطم المتأخرة على أراضي روسيا في القرن التاسع عشر. ولفترة طويلة لم ينتبه الباحثون لهذا المرض لأنه لم يتسبب في أضرار اقتصادية كبيرة. لكن في الستينيات والسبعينيات. لوحظت حالات الإصابة بالآفة المتأخرة على الطماطم في القرن العشرين في الاتحاد السوفيتي ، ولا سيما في منطقة الفولغا السفلى ، وأوكرانيا ، وشمال القوقاز ، ومولدوفا ... "(Balashova ، 60).
منذ ذلك الحين ، أصبحت آفة الطماطم بحلول أواخر اللفحة سنوية ، وانتشرت في جميع أنحاء أراضي الزراعة الصناعية والمنزلية وتسبب في أضرار اقتصادية هائلة لهذا المحصول. ماذا حدث؟ لماذا ظهر الطفيلي لأول مرة على البطاطس والآفة المشبعة لهذا المحصول في وقت واحد تقريبًا ، ولماذا استغرق الأمر قرنًا حتى يظهر نبات المشاشية على الطماطم؟ تدعم هذه الاختلافات مصدرًا للعدوى مكسيكيًا وليس أمريكيًا جنوبيًا. إذا تشكلت الأنواع Phytophthora infestans كطفيلي من الأنواع الحاملة للدرنات المكسيكية من جنس Solanum ، فمن المفهوم لماذا تأثرت بشدة البطاطس المزروعة التي تنتمي إلى نفس القسم من الجنس مثل الأنواع المكسيكية ، ولكن بسبب عدم وجود تطور مشترك مع الطفيلي ، والذي لم يطور آليات مقاومة محددة وغير محددة.
تنتمي الطماطم إلى قسم مختلف من الجنس ، نوع تبادلها له اختلافات كبيرة عن الأنواع الدرنية ، لذلك ، على الرغم من حقيقة أن الطماطم ليست خارج التخصص الغذائي لـ P. infestans ، إلا أن شدة ضررها لم تكن كافية للخسائر الاقتصادية الجسيمة.
يرجع ظهور نبات المشاتل على الطماطم إلى التغيرات الجينية الخطيرة في الطفيل ، مما زاد من لياقته (الإمراضية) أثناء التطفل. نعتقد أن الشكل الجديد المخصص لتطفل الطماطم هو سلالة T1 التي وصفها M. Gallegly ، والتي تؤثر على أنواع مختلفة من طماطم الكرز (Red Cherry ، أوتاوا) ، والمقاومة لسباق T0 المنتشر على البطاطس (Gallegly ، 1952). من الواضح أن طفرة (أو سلسلة من الطفرات) حولت سباق T0 إلى سباق T1 وأدت إلى ظهور حيوانات مستنسخة تكيفت بشكل كبير لهزيمة الطماطم. كما يحدث في كثير من الأحيان ، كانت الزيادة في الإمراضية لمضيف واحد مصحوبة بانخفاضها إلى مضيف آخر ، أي ، نشأ تخصص أولي غير كامل بعد - للبطاطس (العرق T0) والطماطم (العرق T1).
ما هو الدليل على هذا الافتراض؟
- تحدث على البطاطس والطماطم. على أوراق الطماطم ، يسود سباق T1 ، بينما نادر على أوراق البطاطس. وفقًا لـ S.F Bagirova و T.A. Oreshonkova (غير منشورة) في منطقة موسكو في 1991-1992 ، كان حدوث سباق T1 في زراعة البطاطس 0 ٪ ، وفي زراعة الطماطم - 100 ٪ ؛ في 1993-1995 - 33٪ و 90٪ على التوالي ؛ في عام 2001 - 0٪ و 67٪. تم الحصول على بيانات مماثلة في إسرائيل (كوهين ، 2002). أظهرت التجارب على إصابة درنات البطاطس بعزلات من السلالة T1 ومزيج من العزلات T0 و T1 أن عزلات السلالة T1 لا يتم حفظها بشكل جيد في الدرنات ويتم استبدالها بعزلات من السلالة T0 (Dyakov et al.، 1975؛ Rybakova، 1988).
2) ديناميات سباق T1 في زراعة الطماطم. يتم إجراء العدوى الأولية لأوراق الطماطم بواسطة عزلات من سلالة T0 ، والتي تهيمن على تحليل العدوى في البقع الأولى التي تكونت على الأوراق. هذا يؤكد المخطط المقبول عمومًا لهجرة الطفيلي: الكتلة الرئيسية للعدوى من البطاطس تصنعها سلالة T0 ، ومع ذلك ، فإن عددًا صغيرًا من الحيوانات المستنسخة T1 المحفوظة في البطاطس ، بمجرد وجودها على الطماطم ، تزيح سلالة T0 وتتراكم في نهاية فترة epiphytotic. من الممكن أيضًا أن يكون هناك مصدر بديل لعدوى أوراق الطماطم مع سلالة T1 ، وهي ليست قوية مثل درنات وأوراق البطاطس ، ولكنها ثابتة. لذلك ، فإن هذا المصدر له تأثير ضعيف على التركيب الجيني للسكان الذين يصيبون الطماطم ، ولكنه يحدد لاحقًا تراكم سلالة T1 (Rybakova ، 1988 ؛ Dyakov et al. ، 1994).
3) العدوانية على البطاطس والطماطم. أظهرت الإصابة الاصطناعية لأوراق الطماطم والبطاطس بعزلات من السلالات T0 و T1 أن الأولى أكثر عدوانية للبطاطس من الطماطم ، والأخيرة أكثر عدوانية بالنسبة للطماطم مقارنة بالبطاطس. تتجلى هذه الاختلافات في إزاحة العزلات من سلالة غير "خاصة" من مجموعة سكانية مختلطة أثناء ممرات الأوراق في صوبة زراعية (D'yakov et al. ، 1975) وفي قطع الأرض (Leberton et al. ، 1999) ؛ الاختلافات في الحد الأدنى للحمل المعدي ، وفترة الكمون ، وحجم البقع المعدية وإنتاج البوغ (Rybakova ، 1988 ؛ Dyakov et al. ، 1994 ؛ Legard et al. ، 1995 ؛ Forbes et al. ، 1997 ؛ Oyarzun et al. ، 1998 ؛ Leberton et al. آل ، 1999 ؛ Vega-Sanchez et al. ، 2000 ؛ Knapova ، Gisi ، 2002 ؛ Sussuna et al. ، 2004).
إن عدوانية عزلات سلالة T1 على أصناف الطماطم التي تفتقر إلى جينات المقاومة عالية جدًا لدرجة أن هذه العزلات تتكاثر على الأوراق كما هي على وسط مغذي دون نخر الأنسجة المصابة (Dyakov et al. ، 1975 ؛ Vega-Sanchez et al. ، 2000).
4) ضراوة البطاطس والطماطم. يؤثر سباق T1 على أصناف طماطم الكرز التي تحتوي على جين المقاومة Ph1 ، في حين أن سباق T0 غير قادر على إصابة هذه الأصناف ، أي لديه ضراوة أضيق. فيما يتعلق بالمفرقين
ترتبط جينات البطاطس عكسيًا ، أي السلالات المعزولة من أوراق الطماطم أقل ضراوة من سلالات "البطاطس" (الجدول 11).
5) علامات محايدة. يشهد تحليل الواسمات المحايدة في تجمعات P. infestans التي تتطفل على البطاطس والطماطم أيضًا على الانتقاء داخل النوع متعدد الاتجاهات. في التجمعات البرازيلية من P. infestans ، تنتمي عزلات أوراق الطماطم إلى السلالة النسيليّة US-1 ، وتلك من أوراق البطاطس تنتمي إلى السلالة BR-1 (Suassuna et al.، 2004). في ولاية فلوريدا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، منذ عام 1994 ، بدأ استنساخ US-90 بالسيطرة على البطاطس (مع حدوث أكثر من 8٪) ، واستنساخ الولايات المتحدة -11 و الولايات المتحدة -17 على الطماطم ، والعزلات الأخيرة أكثر عدوانية بالنسبة للطماطم مقارنة بالبطاطس (Weingartner ، تومبولاتو ، 2004). تم تحديد فروق ذات دلالة إحصائية في ترددات النمط الجيني (بصمات الحمض النووي) في عزلات البطاطس والطماطم لـ 1200 سلالة من P. infestans تم جمعها في الولايات المتحدة من 1989 إلى 1995 (Deahl et al.
أتاح استخدام طريقة AFLP فصل 74 سلالة تم جمعها من أوراق البطاطس والطماطم في 1996-1997. في فرنسا وسويسرا ، في 7 مجموعات. لم تختلف سلالتا البطاطا والطماطم بشكل واضح ، لكن سلالات "البطاطا" كانت أكثر تنوعًا وراثيًا من سلالات "الطماطم". تم العثور على الأول في جميع المجموعات السبع ، والأخيرة ، في أربع مجموعات فقط ، مما يشير إلى جينوم أكثر تخصصًا للأخيرة (Knapova and Gisi ، 2002).
6) آليات العزل. إذا تطورت تجمعات الطفيلي في نوعين من النباتات المضيفة باتجاه تضييق التخصص تجاه مضيفها "الخاص" ، عندئذ تنشأ آليات مختلفة قبل الانقسام وما بعده تمنع التبادل الجيني للتكاثر السكاني (Dyakov and Lekomtseva ، 1984).
لقد حققت العديد من الدراسات في تأثير مصدر سلالات الوالدين على كفاءة التهجين. عند عبور السلالات المعزولة من أنواع مختلفة من جنس Solanum في الإكوادور (Oliva et al. ، 2002) ، وجد أن السلالات مع التزاوج من النوع A2 من Solanaceae البري (الخط النسيلي EC-2) هي الأسوأ مع سلالات من الطماطم (الخط EC-3) -1) ، والأكثر فاعلية مع سلالة البطاطس (EC-XNUMX).
تم العثور على جميع الهجينة لتكون غير ممرضة. يعتقد المؤلفون أن النسبة المنخفضة من التهجين وتقليل الإمراضية في الهجينة ترجع إلى آليات ما بعد الانقسام للعزلة الإنجابية للسكان.
في تجارب Bagirova et al. (1998) ، تم تهجين عدد كبير من سلالات البطاطس والطماطم مع خصائص سلالات T0 و T1. أكثر التهجينات خصوبة لسلالات T1xT1 المعزولة من الطماطم (36 بويضات في مجال الرؤية المجهرية ، 44٪ من إنبات البويضات) ، والأقل فاعلية كانت تهجينات سلالات T0xT1 المعزولة من مضيفات مختلفة (عدد قليل من البويضات النامية والنابتة ، ونسبة عالية من البويضات الفاشلة وغير المتطورة) ... كانت كفاءة التهجينات بين عزلات سلالة T0 المعزولة من البطاطس متوسطة. نظرًا لأن الجسم الرئيسي لسلالات T0 يؤثر على البطاطس ، فإن لديها مصدرًا موثوقًا لفصل الشتاء - درنات البطاطس ، ونتيجة لذلك فإن أهمية البويضات كوحدات معدية للشتاء من البطاطس منخفضة. "شكل الطماطم" المتكيف قادر على الشتاء على الطماطم في شكل أبواغ (انظر أدناه) وبالتالي يحتفظ بإنتاجية أعلى للعملية الجنسية. نظرًا لخصوبته العالية ، يكتسب T1 إمكانية مستقلة للعدوى الأولية في الطماطم. النتائج التي حصل عليها Knapova وآخرون (Knapova وآخرون ، 2002) يمكن تفسيرها بنفس الطريقة. أعطت هجن السلالات المعزولة من البطاطس مع سلالات الطماطم أعلى عدد من الأبواغ - 13,8 لكل مم 5. متوسط (مع انتشار 19-6,3) ونسبة متوسطة من إنبات البويضات (0 مع انتشار 24-7,6). أعطت عبور السلالات المعزولة من البندورة أقل نسبة من البويضات (4 مع انتشار 12-10,8) مع أعلى نسبة إنبات (8,6). أعطت التهجينات بين السلالات المعزولة من البطاطس عددًا متوسطًا من الأبواغ (0 مع انتشار عالي للبيانات - 30-2,7) وأقل نسبة إنبات للبويضات (90). وبالتالي ، فإن سلالات البطاطس أقل خصوبة من تلك الموجودة في الطماطم ، لكن تهجينات التهجين السكاني لم تعط نتائج أسوأ من التهجين الداخلي. من الممكن أن تكون الاختلافات مع البيانات المذكورة أعلاه من قبل Bagirova et al. من خلال حقيقة أن الباحثين الروس عملوا مع سلالات معزولة في أوائل التسعينيات من القرن العشرين ، والباحثين السويسريين - مع سلالات معزولة في أواخر التسعينيات.
قد يكون أساس الخصوبة المنخفضة هو الصبغيات غير المتجانسة في السلالات. إذا كانت معظم السلالات المدروسة من P. Infestans في السكان المكسيكيين ، حيث تكون العملية الجنسية والعدوى الأولية مع ذرية البويضات منتظمة ، تكون ثنائية الصبغيات ، ففي بلدان العالم القديم ، لوحظ تعدد الأشكال من ploidy (سلالات ثنائية وثلاثية ورباعية الصبغيات ، بالإضافة إلى سلالات متغايرة النواة مع نواة غير متجانسة) والسلالات التي لها أنواع مختلفة من التزاوج ، أي متبادل الخصب ، يختلف في ploidy النووي (Therrien et al. ، 1989 ، 1990 ؛ Whittaker et al. ، 1992 ؛ Ritch ، Daggett ، 1995). يمكن أن يكون تنوع النوى في antheridia و oogonia سبب انخفاض الخصوبة.
أما بالنسبة للتبادلات النووية بين الخيوط أثناء المفاغرة ، فإن عدم التوافق الخضري يمنع ذلك من خلال تفتيت المجموعات اللاجنسية إلى العديد من الحيوانات المستنسخة المعزولة وراثيًا (Poedinok and Dyakov ، 1987 ؛ Gorbunova et al. ، 1989 ؛ Anikina et al. ، 1997b).
7) تقارب السكان. تشير البيانات أعلاه إلى إمكانية التهجين بين سلالات P. infestans "البطاطس" و "الطماطم". من الممكن أيضًا إعادة العدوى المتبادلة لمضيفات مختلفة ، وإن كان ذلك مع تقليل العدوانية.
أظهرت دراسة لواسمات السكان في عزلات من حقول البطاطس والطماطم المجاورة في عام 1993 أن حوالي ربع العزلات المعزولة من أوراق الطماطم قد تم نقلها من حقل بطاطس مجاور (Dolgova et al. ، 1997). من الناحية النظرية ، يمكن الافتراض أن تباين المجموعات السكانية على مضيفين سيزداد ويؤدي إلى ظهور أشكال متخصصة داخل النوعية (f.sp. البطاطس و f.sp. الطماطم) ، خاصة وأن الأبواغ يمكن أن تبقى في حطام النبات (Drenth et al. ، 1995 ؛ Bagirova ، Dyakov ، 1998) وبذور الطماطم (Rubin et al. ، 2001). وبالتالي ، تمتلك الطماطم حاليًا مصدرًا لتجديد الربيع مستقلًا عن درنات البطاطس.
ومع ذلك ، حدث كل شيء بشكل مختلف. سمح الشتاء مع الأبواغ الطفيلي بتجنب أضيق مرحلة في دورة حياته - المرحلة أحادية الحلقة من الغطاء النباتي في التربة ، والتي تنخفض خلالها الخصائص الطفيلية ، والتي يتم استعادتها تدريجياً في المرحلة متعددة الحلقات في الصيف.
الجدول 11. تكرارات جينات الفوعة إلى أصناف مختلفة من البطاطس في سلالات P. infestans
بلد | عام | متوسط عدد جينات الفوعة في السلالات | مؤلف | |
من البطاطس | من الطماطم | |||
فرنسا | 1995 | 4.4 | 3.3 | ليبرتون وآخرون ، 1999 |
1996 | 4.8 | 3.6 | ليبرتون ، أندريفون ، 1998 | |
فرنسا ، سويسرا | 1996-97 | 6.8 | 2.9 | كنابوفا ، جيسي ، 2002 |
الولايات المتحدة الأمريكية | 1989-94 | 5 | 4.8 | جودوين وآخرون ، 1995 |
الولايات المتحدة الأمريكية ، زاب. واشنطن | 1996 | 4.6 | 5 | دورانس وآخرون ، 1999 |
1997 | 6.3 | 3.5 | " | |
الاكوادور | 1993-95 | 7.1 | 1.3 | Oyarzun وآخرون ، 1998 |
إسرائيل | 1998 | 7 | 4.8 | كوهين ، 2002 |
1999 | 6 | 5.7 | " | |
2000 | 6.7 | 6.1 | " | |
روسيا ، موسك. منطقة | 1993 | 8.9 | 6.7 | سميرنوف ، 1996 |
روسيا ، مناطق مختلفة | 1995 | 9.4 | 8 | كوزلوفسكايا وغيرها. |
1997 | 9.2 | 9.2 | " | |
2000 | 8.7 | 4.8 | " |
تتمتع الأبواغ الحيوانية والأبواغ الحيوانية الأولية ، التي تنبت البويضات ، بدرجة عالية من النشاط الطفيلي ، خاصةً إذا كانت الأبواغ قد تشكلت بالتكاثر الوراثي تحت تأثير الفيرومونات من سلالة مع النوع المعاكس من التزاوج. لذلك ، فإن المواد المعدية الموجودة في شتلات الطماطم المزروعة من البذور المصابة بالبويضات شديدة العدوى لكل من الطماطم والبطاطس.
أدت هذه التغييرات إلى إعادة هيكلة سكانية أخرى ، تم التعبير عنها في التغييرات المهمة التالية من وجهة نظر وبائية:
- أصبحت شتلات الطماطم المصابة مصدرًا مهمًا للعدوى الأولية للبطاطس (Filippov ، Ivanyuk ، الرسائل الشخصية).
- بدأت ملاحظة نباتات نباتية على البطاطس في وقت مبكر من شهر يونيو ، أي قبل شهر من المعتاد.
- في زراعة البطاطا ، زادت نسبة السلالة T1 ، والتي وجدت سابقًا بكمية ضئيلة (Ulanova et al. ، 2003).
- لم تعد السلالات المعزولة من أوراق الطماطم تختلف عن سلالات البطاطس في ضراوتها على تمايز البطاطس لجينات الفوعة وبدأت في تجاوز سلالات "البطاطس" في العدوانية ليس فقط على الطماطم ، ولكن أيضًا على البطاطس (Lavrova et al.، 2003؛ Ulanova et al. ، 2003).
وهكذا ، بدلاً من الاختلاف ، كان هناك تقارب في المجموعات السكانية ، وظهور مجموعة واحدة على نباتين مضيفين مع ضراوة عالية وعدوانية لكلا النوعين.
اختتام
لذلك ، على الرغم من أكثر من 150 عامًا من الدراسة المكثفة لـ P. infestans ، في علم الأحياء ، بما في ذلك البيولوجيا السكانية لهذا العامل المسبب لأهم أمراض النباتات الباذنجانية المزروعة ، لا يزال هناك الكثير غير معروف. ليس من الواضح كيف يؤثر مرور المراحل الفردية من دورة الحياة على بنية السكان ، وما هي الآليات الجينية للتغير القنيوي للعدوانية والفوعة ، وما هي نسبة الجهاز التناسلي والتناسل النسلي في المجموعات الطبيعية ، وكيف يتم توريث عدم التوافق الخضري ، وما هو دور البطاطس والطماطم في الإصابة الأولية لهذه المحاصيل وفي ما هو تأثيرها على بنية مجموعات الطفيليات. حتى الآن ، لم يتم حل مثل هذه القضايا العملية الهامة مثل الآليات الجينية لتغيير عدوانية الطفيلي أو تآكل مقاومة البطاطس غير المحددة. مع تعميق وتوسيع الأبحاث حول اللفحة المتأخرة في البطاطس ، يفرض الطفيل تحديات جديدة على الباحثين. ومع ذلك ، فإن تحسين القدرات التجريبية ، وظهور مناهج منهجية جديدة للتلاعب بالجينات والبروتينات تسمح لنا بالأمل في حل ناجح للأسئلة المطروحة.
نُشر المقال في مجلة "حماية البطاطس" (العدد 3 ، 2017).