الملخص
يعتبر مرض ثؤلول البطاطس من أهم الآفات الحجرية للبطاطس المزروعة وينتج عن فطر شيتريد ذو التغذية الحيوية. Synchytrium endobioticum. تدمج هذه المراجعة الملاحظات من أبحاث ثؤلول البطاطس المبكرة والدراسات الجزيئية والجينية والجينومية الحديثة للعامل الممرض والبطاطس المضيفة. تمت مناقشة التصنيف وعلم الأوبئة وعلم الأمراض وتشكيل أنماط مرضية جديدة ونموذج للجزيئات S. إندوبيوتيكوم-تم اقتراح تفاعل البطاطس.
التصنيف
مصنفة حاليًا على أنها مملكة: الفطريات ، الشعبة: Chytridiomycota ، الفئة: Chytridiomycetes ، الترتيب: Chytridiales ، الأسرة: Synchytriaceae ، جنس: سينكيتريوم، أنواع: Synchytrium endobioticum، هناك دعم جزيئي قوي لـ Synchytriaceae ليتم نقله إلى الترتيب Synchytriales.
العوائل وأعراض المرض
مغد نبات البطاطس هو المضيف الرئيسي لـ S. إندوبيوتيكوم ولكن تم الإبلاغ عن الأنواع الأخرى الباذنجانية كمضيف بديل. من غير المعروف ما إذا كانت هذه العوائل البديلة تلعب دورًا في بقاء العامل الممرض في (حدود) الحقول المصابة. تتميز أعراض المرض على درنات البطاطس بالتشوهات الثؤلولية الشبيهة بالقرنبيط الناتجة عن تضخم الخلايا وتكاثر الخلايا الناجم عن العوامل الممرضة. يمكن أن تصاب الأنسجة البائسة على الدرنات ، والعينين ، والبراعم ، والنورات بينما يبدو أن نظام جذر البطاطس محصن.
الأنماط المرضية
في عمل S. إندوبيوتيكوم تم وصف أكثر من 40 نمطًا مرضيًا ، والتي يتم تعريفها على أنها مجموعات من العزلات ذات استجابة مماثلة لمجموعة من أصناف البطاطس التفاضلية. تعتبر الأنماط المرضية 1 (D1) و 2 (G1) و 6 (O1) و 18 (T1) الأكثر انتشارًا حاليًا. ومع ذلك ، مع المجموعة التفاضلية الحالية ، يظل تنوع العوامل الممرضة الأخرى غير مكتشفة إلى حد كبير.
تفاعل العامل الممرض مع المضيف
تم وصف مؤثر واحد ل S. إندوبيوتيكوم (AvrSen1) ، الذي يتعرف عليه منتج الجين المقاوم للبطاطس Sen1. هذا أيضًا هو المستجيب الأول الذي تم وصفه في Chytridiomycota ، مما يدل على أن مقاومة الانقسام الفطري تتناسب أيضًا مع مفهوم الجين مقابل الجين. على الرغم من التقدم الكبير الذي تم إحرازه في العقد الماضي في رسم خرائط مواقع مقاومة مرض الثؤلول ، لم يمكن تحديد جميع المقاومات الموجودة في البلازما الجرثومية لتربية البطاطس. يلعب استخدام الأصناف المقاومة دورًا أساسيًا في إدارة المرض.
مقدمة 1
في عام 1887 ، تلقى البروفيسور كارولي شيلبيرزكي من جامعة بودابست درنات من حقلي بطاطا في هورنيان (الآن هوراني في جمهورية سلوفاكيا) تأثر محصولهما بأكمله بتشوهات تشبه الثآليل. كانت الدراسات الأولية دون نجاح ، ولكن في عام 1896 ، مع درنات مصابة جديدة ، استطاع شيلبيرزكي إنتاج وصف للعامل المسبب لمرض ثؤلول البطاطس: Synchytrium endobioticum (شيلبيرزكي) بيرسيفال (شيلبيرزكي ، 1896, 1930). يعتبر فطر Chytridiomycota (chytrid) الملزم بيولوجي التغذية حاليًا أحد أهم الآفات الحجرية للبطاطس المزروعة في جميع أنحاء العالم (Hampson، 1993؛ Obidiegwu وآخرون 2014) ، ومُدرج في قائمة وكلاء تحديد وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) ووزارة الصحة والخدمات البشرية (HHS) (مجهول ، 2018).
كان على الباحثين الذين درسوا الفطريات في فجر علم أمراض النبات الاعتماد على الخصائص المورفولوجية والشكلية التي يمكن تحليلها تحت المجهر لتصنيفها وعلم الأحياء التطوري وتفاعل الأنواع مع محيطها. في حالة S. إندوبيوتيكوم، لا تزال الملاحظات المجهرية التي يعود تاريخها إلى عشرينيات القرن الماضي من بين أكثر الأوصاف المتوفرة دقة. في السنوات الأخيرة ، ظهرت العديد من الأوراق البحثية التي زادت بشكل كبير من معرفتنا ببيولوجيا (الجينوم) لهذا العامل الممرض وتفاعله مع البطاطس. في ورقة المراجعة هذه ، نقوم بدمج المعرفة من أبحاث S. endobioticum المبكرة مع الأعمال الجزيئية الحديثة وتقديم اقتراحات للأبحاث المستقبلية لتحسين إدارة المرض.
2 علم الأمراض وعلم الضرائب
نشأ Chytridiomycota ، السلالة الفطرية القاعدية التي تنتمي إليها S. endobioticum ، منذ 1000 إلى 1600 مليون سنة (Heckman et al. ، 2001) وتتميز بأبواغها المتحركة (الأبواغ الحيوانية) وغياب الخيوط أو الفطريات. تعيش Chytrids في البيئات المائية والأرضية الرطبة وهي نباتات رملية حرة المعيشة أو مسببات الأمراض للنباتات والحيوانات (Barr ، 2001؛ عصفور، 1960). بدءًا، S endobioticum تم وضعه في جنس تم إنشاؤه حديثًا في ترتيب Chytridiales وتم تسميته كريسوفيليكتيس إندوبيوتيكا (شيلبيرزكي ، 1896). بناء على التشابه المورفولوجي والخلوي لأعضاء الجنس سينكيتريوم، تمت إعادة تسميته لاحقًا Synchytrium endobioticum (كورتيس ، 1921؛ بيرسيفال 1910).
الجنس سينكيتريوم، التي أقيمت في عام 1865 مع العامل الممرض Synchytrium taraxaci الملزم حيويًا على الهندباء كنوع من الأنواع ، يحتوي على ما يقرب من 200 نوع. سابقا ، كل شيء سينكيتريوم النيابة. يُعتقد أنها أنواع طفيلية للطحالب والطحالب والسراخس والنباتات المزهرة (Karling ، 1964). تغير هذا الرأي مع الوصف الأخير لأول عضو سابروبيك من الجنس ، أي ، ميكروبال سينشيتريوم JEL517 ، الذي تم عزله من بركة حمضية في مقاطعة هانكوك ، مين ، الولايات المتحدة الأمريكية (Longcore et al. ، 2016). يتم تعيين الأنواع داخل الجنس إلى واحد من ستة أجيال فرعية بناءً على الاختلافات في دورة الحياة والسمات المورفولوجية ، و S. إندوبيوتيكوم تم وضعه في الأصل في subgenus , حيث يعتقد أن جراثيم الراحة تؤدي إلى ظهور الأبواغ الحيوانية مباشرة. ومع ذلك ، فإن عمل Kole (1965) ، والذي تم تأكيده لاحقًا بواسطة شارما وكاماك ، لانج وأولسون ، وهامبسون (هامبسون ، 1986؛ كول ، 1965؛ لانج وأولسون ، 1981c؛ شارما وكاماك 1976) ، قدم دليلًا على أن جراثيم الراحة تعمل كالبروسوروس ، أي الحويصلة التي تتشكل فيها الأبواغ. أدت هذه الملاحظات في نقل S. إندوبيوتيكوم للجنس الفرعي ميكروسينشيتريوم.
بناءً على دراسات الفحص المجهري الضوئي والإلكتروني للبنية التحتية الزوسبورية الدقيقة ، موضع الجنس سينكيتريوم في ترتيب استجواب Chytridiales (Barr ، 1980؛ لانج وأولسون ، 1978a) وتصنيف الطلب يحتاج إلى مراجعة. السلالات الجزيئية لأنواع chytrid على أساس مشغل rDNA (18S ، 28S ، و 5.8S) (James et al. ، 2006) أظهر أن ترتيب Chytridiales كان متعدد الخلايا ، لكن متواليات 18S rDNA لم تستطع تأكيد أو دحض سينكيتريوم ضمن ترتيب Chytridiales (سميث وآخرون ، 2014). السلالات الحديثة المستندة إلى الجينومات الميتوكوندريا والنووية لممثلي Chytridiomycota تدعم بقوة نقل الجنس سينكيتريوم إلى ترتيب Synchytriales (van de Vossenberg et al. ، 2018, 2019c) (الشكل 1). يعد إنشاء موقف تصنيفي قوي علامة فارقة مهمة لأنه يوفر السياق التطوري الصحيح. هذا مهم بشكل خاص ل S. إندوبيوتيكوم نظرًا لأنه لا يرتبط إلا بعيدًا بمسببات الأمراض النباتية المدروسة جيدًا في Ascomycota و Basidiomycota ، وبالتالي من المتوقع أن تكون العديد من الميزات متميزة أو تتطور بشكل مستقل عن الفطريات المسببة للأمراض النباتية الأخرى.
3 دورة الحياة
تختلف الأنواع السنكيتريوم اختلافًا كبيرًا في تعقيد دورات حياتها ، و S. إندوبيوتيكوم ينتمي إلى الأنواع ذات الدورة الطويلة (Karling ، 1964). دورة حياة S. إندوبيوتيكوم تم وصفه بالتفصيل من قبل كورتيس (1921) ، وملاحظاتها اليوم بلا منازع إلى حد كبير (الشكل 2). خلال فترة الراحة ، بينما يتحلل نسيج العائل الثآليل ويتم إطلاق جراثيم الراحة في التربة ، يتم تكوين طبقة جدار داخلية جديدة داخل بوغ الراحة ، والتي تعمل بمثابة بروسوروس. عند الإنبات ، يتمزق جدار البوغ الخارجي ويتحرر الجور المشكل حديثًا (أيضًا zoosporangium) والذي يؤدي لاحقًا إلى ظهور العديد من الأبواغ الحيوانية أحادية النواة أحادية النواة (200-300) (Lange & Olson ، 1981c). ). يتم تشفير الأبواغ الحيوانية المنبعثة على جدار الخلية المضيفة في غضون ساعة ، وبعدها يخترق الثاليوس الفطري (أو الخلية الأولية ، بمعنى كارلينج ، وهو الاسم المستخدم لوصف هذا التركيب الفطري المتميز عن الواصلة) جدار الخلية المضيفة تاركًا جدار الكيس خارج الخلية المضيفة (فايس ، 1925). من غير المعروف ما إذا كان الثور الفطري المخترق محاطًا بغشاء البلازما المضيف ، على غرار haustoria في الفطريات والأوميسيتات (Szabo & Bushnell ، 2001) ، أو إذا كان على اتصال مباشر مع السيتوبلازم المضيف. يمكن أن تصاب الخلية المضيفة بواسطة أبواغ حيوانية مفردة أو متعددة (Lange & Olson ، 1981b). تتضخم النواة المضيفة ، وتصبح غير منتظمة الشكل ، وغالبًا ما يتم العثور عليها بشكل وثيق في الثاليوس الفطرية النامية. 19211921) أو جراثيم الصيف. ). ذكر كورتيس أنه خلال هذا الانقسام المتكرر ، يمكن ملاحظة الكروموسومات لمدة خمس دقائق (كورتيس ، 1921). في هذه المرحلة ، يمكن ملاحظة تغير اللون البني للأنسجة المضيفة بواسطة الفحص المجهري الضوئي. يحدث النمو الضخامي (تضخم الخلية) في الخلايا المحيطة بالخلية المضيفة المصابة. في الوقت نفسه ، يزيد فرط التنسج (تكاثر الخلايا) من كمية الأنسجة البائسة ، مما يعزز فرصة عودة العدوى للمضيف (هامبسون ، 1993). تنفجر الخلايا المضيفة المتضخمة وتطلق سراح zoosporangia الفردية ، والتي بدورها تطلق الأبواغ الحيوانية ، والتي لا يمكن تمييزها شكليًا عن الأبواغ الحيوانية التي تنشأ من جراثيم الراحة. يمكن لهذه الأبواغ الحيوانية أن تعيد إصابة الأنسجة المضيفة وتبدأ دورة النسخ اللاجنسي من جديد. وبدلاً من ذلك ، قد تعمل الأبواغ الحيوانية أيضًا مثل isogametes ، وتندمج لتشكيل زيجوت ثنائي الصبغيات (سينسو كورتيس) يمكن أن تصيب المضيف بطريقة مماثلة للأبواغ الحيوانية أحادية الصيغة الصبغية (كورتيس ، 1921). ومع ذلك ، بدلاً من تكوين جراثيم الصيف ، فإن الخلايا المضيفة المصابة باللقاحات تؤدي إلى ظهور جراثيم الراحة ذات الجدران السميكة. يبلغ قطر أبواغ الراحة 35-80 ميكرومتر ويمكن أن تظل قابلة للحياة ومعدية في التربة على عمق 50 سم لعقود (Przetakiewicz، 2015b). يتكون الجدار الخارجي السميك لبوغ الراحة من مركب بروتين الكيتين ويتكون من البروتوبلازم الميت وجدار الخلية الذي يتحد مع جدار الفطريات لإنشاء بنية مركبة قوية (Bal et al. ، 1981؛ لانج وأولسون ، 1981a). حتى في ظل الظروف المواتية ، يتم تحفيز إنبات نسب صغيرة فقط (10٪ كحد أقصى) من جراثيم الراحة (Kole ، 1965). ومع ذلك ، يبدو أن هذه النسب المنخفضة تتعارض مع النتائج المبلغ عنها في الانخفاض السنوي لمستويات اللقاح التي تتراوح من 70٪ إلى 99.5٪ أثناء زراعة الأنواع غير المضيفة (Baayen et al. ، 2005). في حين أن العدوى مع الأبواغ الحيوانية تسبب نموًا ضخاميًا وتضخمًا في العائل ، فإن هذا ليس هو الحال بالنسبة للخلايا المضيفة المصابة بالحيوانات الملقحة (Karling ، 1964).
وصف كورتيس حدوث karyogamy بعد اندماج الانقسامات المتساوية والانقسام الانتصافي قبل إنبات البوغ ، لكن هذا كان موضوعًا للنقاش (Karling ، 1964). يبقى من غير الواضح ما إذا كان هذا الجزء من S. إندوبيوتيكوم تتضمن دورة الحياة دورة جنسية أو دورة جنسية. في كلتا الحالتين ، تندمج isogametes (plasmogamy) وبعد ذلك تندمج النوى (karyogamy) لتشكيل نواة ثنائية الصبغيات. عندما تكون الدورة الجنسية منسقة بدرجة عالية وتتضمن انقسامات انتصافية ، فإن دورات التطفل الجنسي تنتج الأمشاج من خلال الانقسام حيث يقتصر إعادة التركيب على إعادة خلط الكروموسومات نتيجة التفرد (Sidhu ، 1983). لم تكن دراسات المجهر الإلكتروني قادرة على توفير وصف البنية التحتية للانصهار المشيج أو الانقسامات الانتصافية (Lange & Olson ، 1981b). تم تحديد جينات الانقسام الاختزالي الأساسية في S. إندوبيوتيكوم، ولكن بسبب الوجود غير المكتمل وغياب بعض الجينات وغياب جينات نوع التزاوج في التحليل الجيني المقارن لأنواع chytrid (van de Vossenberg et al. ، 2019c) ، 3 أ إجابة قاطعة عن قدرة S. إندوبيوتيكوم الخضوع لدورة جنسية لا يزال بعيد المنال ، ولكنه مهم لفهم علم الوراثة والاختيار السكاني.
S. إندوبيوتيكوم لديه أسلوب حياة تغذية حيوي ملزم بشكل صارم وقد يؤدي التطور المشترك المطول مع المضيف إلى فقدان الجينات الأساسية من الجينوم الخاص به مما يؤدي إلى الاعتماد على المضيف. تم العثور على الجينات في المسارات الأساسية ، بما في ذلك تخليق GTP ، لتكون غائبة من S. إندوبيوتيكوم الجينوم (فان دي فوسينبيرج وآخرون ، 2019c). إن فقدان مثل هذه الجينات يميز العلاقة الوثيقة بين العامل الممرض ومضيفه ويمكن أن يفسر نمط الحياة التغذوي الحيوي الملزم.
4 أعراض المرض والنباتات المضيفة
في حين أن المضيف غالبًا لا يتأثر بشدة بالعدوى سينكيتريوم spp. ، ليس هذا هو الحال بالنسبة لـ S. إندوبيوتيكوم على البطاطس الرئيسية المضيفة (Karling ، 1964). تتميز أعراض المرض على درنات البطاطس بالتشوهات الثؤلولية الشبيهة بالقرنبيط والتي تنتج عن تضخم وتضخم الخلايا الناجم عن العامل الممرض. يمكن أن تصاب الأنسجة البائسة على الدرنات ، والعينين ، والبراعم ، والنورات بينما يبدو أن نظام جذر البطاطس غير حساس (كارلينج ، 1964. فايس، 1925).
الثآليل المتكونة على أجزاء النبات تحت الأرض هي نتوءات مدمجة. في المقابل ، يبدو أن التشوهات في أجزاء النبات المصابة فوق سطح الأرض تتبع مورفولوجيا العضو النباتي المصاب (الشكل . 3). يمكن التمييز بين نوعين رئيسيين من الأعراض على أجزاء النبات المصابة فوق الأرض ، أي تشوه الأوراق وتشوهات النبتة. يبدو أن التطور الطبيعي يتوقف في حالة تشوه الأوراق ، في حين أنه يستمر إلى حد ما في حالة تشوه الأوراق. أيضًا ، لوحظ تكوين جذر جوي بعد إصابة البراعم ، مما قد يشير إلى حدوث تغيير في نقل الأوكسين (van de Vossenberg et al. ، 2019b). تصنع العديد من مسببات الأمراض النباتية هرمونات النبات والسموم والمؤثرات للتلاعب بالتهورمون المتقاطع وتسهيل العدوى (Ma & Ma ، 2016). لا يزال يتعين تحديد جينات S. endobioticum المتورطة في تعطيل نظام الهرمونات النباتية ، مما يؤدي إلى تحفيز النمو الضخامي وتضخم التنسج. ظهرت التقارير الأولى عن البروتينات المقارنة ونسخ النسخ بين الأنسجة الباهتة وغير المتآكلة (Li et al. ، 2021؛ Szajko وآخرون 2019) ، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم كيفية تعامل العامل الممرض مع مضيفه وما هي المسارات والجينات المعنية.
المضيفات التي يمكن أن تصاب ب S. إندوبيوتيكوم لا تقتصر على الأنماط الجينية الحساسة من Solanum tuberosum. الأنواع الباذنجانية الأخرى مثل Solanum (طماطم)، Solanum dulcamara (حلو ومر) ، مغد أسود (الباذنجان الأسود) ، سولانوم نوديفلوروم (اصطناعي. سولانوم أمريكانوم، الباذنجان الأمريكي) ، الفليفلة الكاذبة (كرز القدس) ، الزغبي (الباذنجان المشعر) ، داتورة ميتيل هناك. فاستوزا (بوق الملاك) ، نيكاندرا فيزالودس (تفاح بيرو) ، و فيزاليس فرانشيتي (الفانوس الصيني) كمضيف بديل في ظل ظروف تجريبية (قطن ، 1916؛ هامبسون ، 1976). في معظم هذه العوائل البديلة ، لوحظ تضخم ضئيل جدًا أو معدوم ، ولكن تم العثور على جراثيم الراحة المتكونة حديثًا من S. endobioticum في الأنسجة المصابة.
ومن المثير للاهتمام أن نظام جذر البطاطس لا يتأثر بالعوامل الممرضة ، بينما الجذور مستعمرة في الطماطم (هامبسون وهارد ، 1980). هامبسون (1976) اختبرت تفاعل 123 صنفًا من الطماطم مع النوعين S. endobioticum pathotypes 2 (G1) و 8 (F1) وجميع التوليفات المختبرة أدت إلى إصابة العائل (Hampson، 1976, 1979b). حدوث S. إندوبيوتيكوم على الأنواع الباذنجانية البرية من المكسيك ، ولكن لم يتم تأكيد هذا التقرير من قبل السلطات المكسيكية (Obidiegwu et al.، 2014).
5 التوزيع والتوزيع وإدارة الأمراض
توزيع 5.1
حاليا، S. إندوبيوتيكوم وقد تم الإبلاغ عن ذلك في جميع القارات التي تُزرع فيها البطاطس (EPPO, 2018). يُعتقد أن مرض ثؤلول البطاطس ينشأ من منطقة الأنديز ، حيث تطور بشكل مشترك مع مضيفيه الباذنجان (Przetakiewicz، 2008). ظهر المرض على الأرجح في أوروبا بعد مجاعة البطاطس الكبرى (1845-1849) التي تسببت فيها Phytophthora infestans، عندما كان المزارعون بحاجة إلى بذور بطاطس جديدة (هامبسون ، 1993). استنادًا إلى الأوصاف الواردة في التقارير غير العلمية ، من المحتمل أن يكون مرض الثؤلول موجودًا منذ عام 1876 (غوف ، 1919). اعتبر هامبسون أن الانتشار من المملكة المتحدة إلى البر الرئيسي الأوروبي ، وكندا ، و (عبر أيرلندا) جنوب إفريقيا ونيوزيلندا هو السيناريو الأكثر ترجيحًا (هامبسون ، 1993). في العقود التي تلت وصف العامل الممرض ، وردت تقارير المرض من بلدان مختلفة تصف أول ظهور لمرض ثؤلول البطاطس على أراضيها ، على سبيل المثال ، ألمانيا (1908) ، أيرلندا (1908) ، كندا (1909) ، السويد (1912) وهولندا (1915) وجمهورية التشيك (1915) وبولندا (1917) (باين وآخرون ، 2006; EPPO, 2018؛ غوف ، 1919؛ هامبسون ، 1993؛ Obidiegwu وآخرون 2014). في عام 1952 ، ظهر مرض ثؤلول البطاطس في الهند من بذور البطاطس الدنماركية (Phadtare et al.، 1990).
لعبت كلتا الحربين العالميتين دورًا في انتشار المرض عبر القارة الأوروبية. في نهاية الحرب العالمية الأولى ، كان هناك نقص في السلع والبطاطس ، واستخدمت البطاطس من المناطق المصابة في المملكة المتحدة كبذور في المناطق التي لم يمسها المرض (غوف ، 1919). وبالمثل ، يُعتقد أن مرض ثؤلول البطاطس قد ظهر في الاتحاد السوفياتي السابق مع حركة القوات الألمانية في بداية الحرب العالمية الثانية (هامبسون ، 1979a). بعد الحرب العالمية الثانية ، غالبًا ما يُعتقد أن تجارة بذور البطاطس المصابة هي سبب انتشار المرض إلى بلدان أخرى. في الآونة الأخيرة ، تم الإبلاغ عن المرض لأول مرة في تركيا (2003) (Çakır، 2005) ، بلغاريا (2004) (ديميتروفا وآخرون ، 2011) ، وجورجيا (2009) (Gorgiladze et al. ، 2014). أيضًا ، ظهر المرض مرة أخرى مؤخرًا في الدنمارك (2014) ، حيث كان يُعتقد أنه تم القضاء عليه منذ عام 1989 (مجهول ، 2014).
5.2 إدارة المرض
نفذت البلدان في جميع أنحاء العالم أنظمة التحكم لمنع دخول وانتشار S. إندوبيوتيكوم في التشريعات الوطنية أو الإقليمية. مبادئ توجيهية لأنظمة الرقابة التنظيمية الوطنية لرصد واحتواء وقمع S. إندوبيوتيكوم يتم توفيرها من قبل المنظمة الأوروبية والمتوسطية لحماية النباتات (EPPO) في المعيار PM9/005، الذي يصف (أ) عناصر برنامج الرصد التي ينبغي إجراؤها للكشف عن إصابة جديدة أو لتحديد منطقة مصابة؛ (ب) التدابير التي تهدف إلى قمع الآفة حيثما وُجدت؛ و(ج) التدابير اللازمة لاحتواء الآفة لمنع انتشارها أكثر في بلد ما أو إلى البلدان المجاورة (EPPO, 2017bباختصار، تُوضع الحقول التي يُعثر فيها على العامل الممرض تحت رقابة رسمية (أي "مُجدولة"). ويُمنع إنتاج البطاطس أو زراعة الشتلات لمدة 20 عامًا. وتُنشأ منطقة أمان، أو منطقة عازلة، ويُسمح فيها بزراعة أصناف البطاطس المقاومة فقط.EPPO, 2017a, 2017bيمكن إلغاء جدولة قطعة أرض جزئياً بعد فترة أقصر (10 سنوات على الأقل) بحيث يمكن زراعة أصناف بطاطس مقاومة للنمط (الأنماط) المرضية الموجودة في قطعة الأرض المصابة.EPPO, 2017a).
لتقليل أو القضاء على العوامل الممرضة من التربة المصابة ، تم اختبار عدد مذهل من أكثر من 600 علاج مختلف ، بما في ذلك تطبيق أكثر من 120 عامل تحكم ، حتى الستينيات (هامبسون ، 1988). كانت هذه العلاجات غير ناجحة في معظم الحالات ، وإذا نجحت في القضاء على العامل الممرض ، فإن عوامل التحكم المستخدمة كانت شديدة السمية لدرجة أنها جعلت التربة المعالجة قاحلة. تبين أن استخدام قشرة السلطعون يقمع مرض الثؤلول في الحقول الموبوءة (Hampson & Coombes، 1995) ، وتم الإبلاغ عن تناوب المحاصيل وزراعة البطاطس مع محاصيل أخرى مثل الذرة لتقليل عدد الأبواغ الباقية الصالحة للحياة في التربة (Obidiegwu et al. ، 2014). تم التخلي عن أبحاث المعالجات الكيميائية إلى حد كبير منذ الستينيات حيث أثبتت تدابير الصحة النباتية واستخدام الأصناف المقاومة أنها تقلل بشكل فعال من انتشار المرض.
قطن (1916) يفترض أن العوائل البديلة ، التي توجد بشكل متكرر داخل حقول البطاطس المجاورة لها ، يمكن أن تكون بمثابة مستودعات للمرض وبالتالي تعزز بقاء العامل الممرض عند زراعة أصناف البطاطا المقاومة فقط (القطن ، 1916؛ هامبسون ، 1979b). دور المضيف البديل ليكون بمثابة خزانات ل S. إندوبيوتيكوم ولم يتم دراسة قدرتها على إطالة عمر العامل الممرض في ظل الظروف الميدانية ويوصى بسد هذه الفجوة المعرفية. وقد لوحظ وجود أنواع غير مضيفة ، مغد أسود، وأن أصناف البطاطس المقاومة في المناطق المصابة لا تؤدي إلى تراكم لقاح الممرض (Baayen et al.، 2005).
5.3 تشتت وتتبع انتشار مسببات الأمراض
على الرغم من أن العامل الممرض يظل عادةً مقيدًا بالأجزاء المصابة من الحقول ، إلا أنه يتم مواجهة التشتت المحلي والمسافات الطويلة. تم التعرف على انتشار المرض عن طريق النشاط البشري في وقت مبكر ، واعتُبر أن حركة بذور البطاطس المصابة والتربة والسماد لها أكبر مساهمة في انتشار العامل الممرض محليًا وبعيدًا (غوف ، 1919). لا تلعب Zoospores دورًا في الانتشار عبر مسافات طويلة حيث تم الإبلاغ عن أنها تهاجر بنشاط عبر مسافات صغيرة فقط تصل إلى 5 سم (فرنك ، 2007). علاوة على ذلك ، فإن الأبواغ الحيوانية قصيرة العمر ، مما سيحد من دورها في التشتت بعيد المدى. في المقابل ، تم الإبلاغ عن نقل جراثيم الراحة عن طريق التيارات المائية (فايس ، 1925) والرياح (هامبسون ، 1996؛ يوستينغ ، 1909) ، وهو ما يمثل التشتت على مسافات أكبر. تم إثبات أن مناطق أرضية السيارات والشاحنات الصغيرة والشاحنات التي يتم تشغيلها في نيوفاوندلاند (كندا) ، حيث ينتشر العامل الممرض على نطاق واسع ، تؤوي جراثيم الراحة المعدية (Hampson & Wood ، 1997؛ هامبسون وآخرون 1996). آخر vector للنقل لمسافات طويلة يتم وضع الجراثيم في ثآليل غير واضحة، عندما تستخدم هذه الدرنات كبذور أو تتم معالجتها صناعيا (هامبسون، 1993وأخيرًا، يجب تعقيم النفايات العضوية الناتجة عن المعالجة قبل استخدامها كسماد في الزراعة أو البستنة أو الحدائق الخاصة، على سبيل المثال عن طريق التسميد أو البسترة.EPPO, 2008). في حين أن هذه التقنيات قد أثبتت فعاليتها ضد الآفات النباتية مثل نيماتودا كيس البطاطس ، فإن تأثيرها ضئيل أو معدوم على sporangia الباقية من S. إندوبيوتيكوم (شتاينمولر وآخرون ، 2012علاوة على ذلك، يُعدّ تحويل مواد البطاطس المصابة إلى سماد جزءًا من تحضير اللقاح لاختبارات سبيكرمان (EPPO, 2004). زادت موثوقية واستنساخ اكتشاف العوامل الممرضة في المواد والتربة مع وصف اختبارات تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي استنادًا إلى ITS1 و ITS2 ووحدة الريبوسوم الصغيرة 18S ، والتي توفر حساسية متزايدة للكشف عن الجراثيم في التربة والمصفوفات الأخرى ( فان جينت بيلزر وآخرون 2010. سميث وآخرون ، 2009). من شأن الاختبارات الجزيئية الإضافية التي من شأنها أن تسمح بالكشف المحدد عن جراثيم الراحة القابلة للحياة أن تعزز تطبيق الأساليب الجزيئية. سيتيح الكشف المبكر عن مسببات الأمراض جنبًا إلى جنب مع التتبع والتعقب باستخدام ، على سبيل المثال ، التنوع الميتوجيني ، للهيئات التنظيمية اتخاذ تدابير قائمة على المخاطر وتحديد الأصول المحتملة وتحديد مصادر التفشي المحتملة أو استبعادها. يمكن استخدام النماذج الوبائية في تقييم المخاطر والتنبؤ بانتشار العوامل الممرضة في المستقبل لإعطاء الأولوية للمناطق لمسوح الصحة النباتية ، كما تم توضيحه في دراسة حالة لجمهورية جورجيا (Andersen Onofre et al. ، 2021).
6 الجزيئية باثوجين - تستضيف التفاعل
تتشكل جينومات النباتات والكائنات الدقيقة التي تهدف إلى استعمارها من خلال ملايين السنين من التطور المشترك (Carella et al. ، 2018). نموذج الجزيئي S. إندوبيوتيكوم-تفاعل البطاطس (الشكل 4) يمكن رسمها من خلال الجمع بين الرؤى المستندة إلى دراسات المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني حول التفاعل (كارترايت ، 1926؛ كورتيس ، 1921؛ هامبسون ، 1986؛ لانج وأولسون ، 1978b, 1981a, 1981b, 1981c) ، والمعرفة العامة للتفاعلات بين النباتات الفطرية ومسببات الأمراض (تمت مراجعتها في Carella et al. ، 2018؛ Lo Presti et al. ، 2015؛ سيلين وآخرون 2016؛ de Wit et al. ، 2009) ، والدراسات الجينومية الحديثة (فان دي فوسينبيرج وآخرون. ، 2019a, 2019c).
6.1 غزو المضيف
بعد إطلاق سراحه من جراثيم الصيف أو جراثيم الراحة ، تكون الأبواغ الحيوانية S. إندوبيوتيكوم يجب تحديد خلية مضيفة مناسبة والانتقال إليها ، حيث يتم تحفيزها قبل الاختراق. من المعروف أن الأبواغ الحيوانية للفطريات الممرضة للنبات والفطريات الفطرية توجه حركتها من خلال الاستجابة للمنبهات الخارجية (الإسلام والطهارة ، 2001). في مراجعتهم ، Obidiegwu et al. (2014) ذكر البحث الذي أجراه Esmarch (1924-1928) حول استجابة S. إندوبيوتيكوم الأبواغ الحيوانية إلى المنبهات الكيميائية للمضيف. لسوء الحظ ، لم نتمكن من استرداد معلومات إضافية حول طبيعة وتأثيرات هذه المحفزات. من تحليل الجينوم للكيتريد الممرض S. إندوبيوتيكوم و باتراخوتشيتريوم dendrobatidis، لوحظ توسع في الجينات المرتبطة بالانجذاب الكيميائي بالنسبة لأنواع chytrid السابروبيك. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على الجينات المشاركة في مسار إشارات مستقبلات البروتين المقترن بـ G غنية فيها S. إندوبيوتيكوم بالنسبة إلى تسعة أنواع أخرى من chytrid (van de Vossenberg et al. ، 2019c). تستشعر المستقبلات المقترنة بالبروتين G المرتبطة بالغشاء الإشارات البيئية (Xue et al. ، 2008) ، وفي حالة S. إندوبيوتيكوم يمكن أن يشاركوا في استشعار إشارات مشتقة من المضيف.
عند محاولة التحفيز على الخلية المضيفة قبل الاختراق ، يجب على zoospore الغازي التهرب و / أو قمع الجهاز المناعي الفطري للنبات. تعمل مستقبلات التعرف على الأنماط المرتبطة بغشاء النبات (PRRs) على تشغيل الجهاز المناعي عند التعرف على الأنماط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة المحفوظة (PAMPs). تسمى الاستجابة الدفاعية التي تسببها PRR بالمناعة التي تسببها PAMP (PTI) ، وتؤدي إلى تعديلات كيميائية وفيزيائية توقف انتشار العوامل الممرضة. تتضمن هذه الاستجابات إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ، والتغيرات السريعة في التخليق الحيوي للهرمونات ، وتقوية جدار الخلية عن طريق ترسيب الكالوز (Toruño et al. ، 2016). يعتبر PTI فعالاً ضد الميكروبات غير المعدلة ، ويُنظر إليه عمومًا على أنه الطبقة الأولى من نظام دفاع النبات (Lo Presti et al. ، 2015؛ زيبفيل ، 2008). نواتج تحلل الكيتين ، وهو مكون جدار خلوي غير قابل للذوبان من الفطريات موجود أيضًا في S. إندوبيوتيكوم، بمثابة PAMPs. يحتاج الفطر إلى إفراز البروتينات المستجيبة التي إما تخفي أوليغومرات الكيتين أو تكبح الاستجابة المناعية اللاحقة للمضيف. في النباتات ، تم تحديد العديد من مستقبلات الكيتين المرتبطة بالغشاء والتي تحتوي جميعها على مجالات LysM خارج الخلية (Kombrink et al. ، 2011). في الفطريات ، تم الإبلاغ عن مؤثرات LysM التي تتداخل عن طريق الارتباط بالكيتين وبالتالي تمنع الاستجابات المناعية التي يسببها الكيتين (Bolton et al. ، 2008). في S. إندوبيوتيكوم، تم العثور على البروتينات المحتوية على LysM مخصبة بالنسبة لجميع الأنواع التسعة غير النباتية الممرضة التي تم تحليلها (van de Vossenberg et al. ، 2019c). يمكن أن يكون لهذه البروتينات المحتوية على LysM وظيفة في تداخل المناعة التي يسببها الكيتين أو الحماية من الكيتينازات ، أو تعمل كسموم قاتلة لمكافحة الفطريات المنافسة (Tzelepis & Karlsson ، 2019).
لا يتم تشغيل الجهاز المناعي الفطري للنبات فقط عن طريق PAMPs المحفوظة. يتم تصنيف العديد من منتجات تدهور جدار الخلية النباتية على أنها أنماط جزيئية مرتبطة بالتلف (DAMPs) ويمكن أن تؤدي إلى مناعة تثيرها DAMP (DTI) (Gust et al. ، 2017). تم العثور سابقًا على محتوى إنزيم مخفض لجدار الخلية (CWDE) في مسببات الأمراض التي تشبه التخفي زيموسيبتوريا تريتيسي (جودوين وآخرون ، 2011) وفطر التغذية الحيوية والتكافل لاكاريا ذو لونين (مارتن وآخرون ، 2008). في أنظمة الميكروبات النباتية هذه ، تم الافتراض بأن ذخيرة CWDE المخفضة قد تمنع DTI (Choi & Klessig ، 2016). نسبة إلى الأنواع الشقيقة الصابروبية S. ميكروبالوم, S. إندوبيوتيكوم لديها مجموعة منخفضة من CWDEs ، ومن المحتمل أن S. إندوبيوتيكوم تستخدم استراتيجية شبيهة بالتخفي لتفادي الاكتشاف وتأسيس نمط حياتها ذات التغذية الحيوية (van de Vossenberg et al. ، 2019c).
6.2 داخل السيتوبلازم المضيف
لا يُعرف حاليًا كيف تصل المؤثرات إلى السيتوبلازم المضيف. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لتحديد ما إذا كانت آلية الامتصاص موجودة ، كما تم وصفه لمسببات الأمراض الفطرية والفطرية الأخرى. ولكن بعد تغلغل العائل ، يمكن للثالث الفطري أن يفرز مباشرة بروتينات المستجيب في الخلية المضيفة لمعالجة التمثيل الغذائي ، مما يؤدي إلى تضخم وتضخم في أنسجة البطاطس. على النقيض من PAMPs المحفوظة بشكل كبير والأنماط الجزيئية المرتبطة بالميكروبات ، فإن المستجيبات متنوعة للغاية ، وغالبًا ما تكون متخصصة تجاه مضيف معين ، وأنواع محددة أو حتى سلالة معينة. يُعتقد أن ذخيرة المؤثرات المعقدة للفطريات المسببة للأمراض النباتية تؤثر على نمط الحياة الفطرية وتخصص المضيف (Lo Presti et al. ، 2015). استجابت النباتات للقمع الناجم عن المستجيب لـ PTI من خلال تطوير بروتينات مقاومة عالية النوعية (R). تنتمي هذه المستقبلات داخل الخلايا إلى العائلة الفائقة التي تحتوي على مجال متكرر غني بالنيوكليوتيدات (NLR) ، ويمكن أن تتفاعل بشكل مباشر مع المؤثرات المسببة للأمراض أو تتضمن بشكل غير مباشر أهداف المستجيب أو المحاكاة الهيكلية لهذه الأهداف (جونز وآخرون ، 2016؛ Lo Presti et al. ، 2015عند تعرف بروتينات المقاومة (R) على البروتينات المؤثرة، يتم تنشيط الطبقة الثانية من نظام الدفاع النباتي، والتي تُسمى المناعة المُحفزة بالبروتينات المؤثرة (ETI). وتتمثل آثار هذه المناعة في تحفيز الجينات المرتبطة بالإمراضية واستجابة فرط الحساسية الموضعية (HR)، والتي تظهر على شكل موت موضعي للخلايا في موقع الإصابة. وتُعرف البروتينات المؤثرة التي تتعرف عليها بروتينات المقاومة (R) باسم عوامل الضراوة.AVR) البروتينات. لـ S. إندوبيوتيكوم، تم وصف مؤثر واحد فقط حتى الآن ، AvrSen1 (van de Vossenberg et al. ، 2019a) الذي يطابق البطاطس سين1 ر الجين. هذا أيضًا هو المستجيب الأول الذي تم وصفه في Chytridiomycota ، والذي يوضح أنه في هذا التقسيم لمقاومة الفطريات تتناسب أيضًا مع مفهوم الجين مقابل الجين. أظهرت الملاحظات المجهرية أن الأبواغ الحيوانية تخترق الأصناف المقاومة والنباتات الحساسة بشكل متساوٍ (كارترايت ، 1926) ، لذلك لا يُتوقع أي تمايز بين الأنماط المرضية المختلفة في ذخيرة المستجيب المستخدم لقمع المناعة التي تسببها PAMP في المرحلة خارج الخلية. ومع ذلك ، في تفاعل غير متوافق (على سبيل المثال ، AvrSen1 – Sen1) يموت العامل الممرض في غضون ساعات قليلة بعد اختراق العائل نتيجة لما تم وصفه بالنخر الدفاعي الناجم عن العوامل الممرضة (كارترايت ، 1926؛ كارلينج ، 1964). من المتوقع أن يتم التعرف على مؤثر AvrSen1 داخل الخلايا ، حيث إنه يطلق معدل ضربات القلب عند التعبير في السيتوبلازم النباتي. هذا يتوافق مع توطين الخلايا المفترضة سين 1 منتج الجين ، الذي له تماثل مع مستقبلات TNL (Prodhomme ، 2020).
6.3 تطور المستجيب
نظرًا لأن ETI هي آلية رئيسية لمقاومة مرض الثؤلول ، فإنه يتطلب معرفة تكوين المستجيب وتوزيعه في S مجموعات endobioticum ، يتضح من استنساخ AvrSen1. يتم تحديد عزلات Pathotype 1 (D1) من خلال ضراوتها على نباتات Sen1. تم استخدام هذا التمييز لتحديد AvrSen1، والذي كان يُفترض أنه موجود في عزلات من النوع 1 (D1) ولكنه (وظيفيًا) غائب في "الأنماط المرضية الأعلى" (انظر القسم 7). تم العثور على خمسة متغيرات مختلفة من AvrSen1 في الأنماط المرضية الأعلى التي لا يمكن أن تؤدي إلى HR في نباتات Sen1. هذا أظهر ذلك AvrSen1 تحور عدة مرات أثناء التطور ، من المفترض أن يتجنب الاكتشاف بواسطة Sen1 (van de Vossenberg et al. ، 2019a). في العديد من مجموعات النمط المرضي الأعلى ، والتي تغلبت على مقاومة Sen1 ، تكون وظيفية AvrSen1 تم العثور عليه أيضًا عند ترددات منخفضة جدًا بجانب المتغيرات (van de Vossenberg et al. ، 2019a). على ما يبدو ، يتم الحفاظ على AvrSen1 عند مستويات منخفضة في مجموعة الفطريات الخبيثة ، مما قد يشير إلى اختيار متوازن حيث يكون لـ AvrSen1 وظيفة في الفوعة. ومع ذلك ، فإن وظيفة الفوعة المقترحة هذه ليست ضرورية في دورات التكاثر المتكررة سين 1 النباتات من خلال جراثيم الصيف (مثل مقايسة جلين - ليميرزال) ، مما تسبب في أن يصبح AvrSen1 غير قابل للكشف بين السكان. كما هو الحال بالنسبة للعديد من المؤثرات الفطرية الأخرى (Lo Presti et al. ، 2015) ، يفتقر AvrSen1 إلى مجالات وظيفية محددة أو وظيفة متوقعة. يشير غياب إشارات التوطين النووية أو الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء إلى هدف السيتوبلازم. في النمط الكندي 6 (O1) المعزول LEV6574 ، يتم التعبير عن جين AvrSen1 المقطوع في الجسم الحي (van de Vossenberg et al. ، 2019c). وظيفة وأهمية AvrSen1 أثناء الإصابة غير معروفين بعد. على الرغم من أنه غالبًا ما يُنظر إلى المؤثرات الفطرية على أنها يمكن الاستغناء عنها بسبب التكرار الوظيفي ، إلا أنه من المحتمل وجود مفاضلة بين الحاجة إلى الحفاظ على المستجيب لأنه يلعب دورًا في الفوعة والحاجة إلى تجنب التعرف عليه من قبل النبات المضيف (Sharpee & عميد، 2016). ما إذا كانت البروتينات المقطوعة يمكن أن تعمل كمتناظرات وظيفية وما إذا كانت متجانسات وظيفية أخرى موجودة في أنماط مرضية أعلى هي أسئلة لا يزال يتعين معالجتها.
6.4 استنباط أصناف جديدة من البطاطس المقاومة
تم الإبلاغ عن أصناف البطاطس المقاومة لمرض ثؤلول البطاطس في وقت مبكر من عام 1909 ، وبحلول عام 1919 ، أدت تجارب المناعة التي أجريت في المملكة المتحدة وألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية إلى نشر قائمة تضم 64 نوعًا من البطاطس المقاومة للمرض (غوف ، 1919). ومن المثير للاهتمام أن مقاومة مرض ثؤلول البطاطس كانت واحدة من الصفات الأولى في النباتات التي تمت دراستها من أجل الوراثة المندلية (سالامان وليزلي ، 1923). بدأ التكاثر الكلاسيكي للمقاومة منذ حوالي قرن من الزمان وكان ناجحًا للغاية في اختيار أصناف مقاومة للمرض. كان استخدام الأصناف المقاومة وتدابير الصحة النباتية الصارمة ناجحًا للغاية لدرجة أن التربية من أجل مقاومة ثؤلول البطاطس فقدت الأولوية حتى اكتشاف أنماط مرضية جديدة تسببت في المرض في أصناف مقاومة سابقًا (Obidiegwu et al. ، 2015). هذا الانهيار المقاوم للمقاومة يميز النمط المرضي 1 (D1) عن الأنماط المرضية الأعلى. يمكن التمييز بين العديد من الموارد لمقاومة مرض الثؤلول ، وتحليلات موضع المقاومة الكمية (QRL) حددت المناطق الجينومية التي توفر مقاومة (مجموعات من) الأنماط المرضية ذات الأهمية الكبرى في كل كروموسوم (Obidiegwu et al. ، 2015؛ Prodhomme وآخرون 2020a). في دراسات الخرائط هذه ، يمكن تمييز QRLs ذات التأثير الكبير والثانوي. لذلك تم إنشاء نظام تسمية متميز لـ QRLs ذات التأثير الكبير والثانوي. يشار إلى QRLs الرئيسية باسم جينات Sen (من S endobioticum) ، متبوعًا برقم تسلسلي.
تم تسمية الجين الرئيسي R المسؤول عن مقاومة النمط المرضي 1 (D1) سين 1 وهيل وآخرون. تعيينه إلى النهاية البعيدة للذراع العلوي للكروموسوم 11 (Hehl et al.، 1999). أظهر المزيد من الخرائط الدقيقة والتحليلات الوظيفية ذلك سين 1 يشفر مستقبل مناعي من نوع TNL (Prodhomme et al. ، 2020a). سين 1 ينتشر الجين في الأصول الوراثية لتربية البطاطس (Prodhomme et al. ، 2020a, 2020b) وكان موجودًا بالفعل في الأصناف القديمة مثل Pink Fir Apple (1850) و Champion (1876) و Belle de Fontenay (1885) ، مما يشير إلى سين 1 كانت موجودة في مواد التربية الأوروبية قبل الإدخال الأول لـ S. إندوبيوتيكوم في أوروبا (Prodhomme et al.، 2020b). سين 1على الرغم من كونه مصدر المقاومة الرئيسي للنوع 1 (D1) ، إلا أنه لا يفسر كل مقاومة النمط المرضي 1 (D1) الموجودة في مادة تربية البطاطس. جين مهيمن ومستقل ثان لمقاومة النمط المرضي 1 (D1) (سين1-4) ، التي تم تعيينها وراثيًا على الذراع الطويلة للكروموسوم 4 ، تم تحديدها بواسطة Brugmans et al. (2006). لم يتم دراسة توزيع هذا الجين في مادة التربية بشكل متعمق ومن غير المعروف ما إذا كان مصدرًا مهمًا لمقاومة النمط المرضي 1 (D1) أو أي نمط مرضي آخر.
تُلاحظ المقاومة للأنماط المرضية الأعلى بشكل أقل تواترًا في البلازما الجرثومية لتربية البطاطس ، كما أن تحديد المواقع التي توفر مقاومة لواحد أو أكثر من هذه الأنماط المرضية أمر بالغ الأهمية لتطوير أصناف مقاومة جديدة. سين 2 يوفر مقاومة واسعة للأنماط المرضية 1 (D1) و 2 (Ch1) و 2 (G1) و 3 (M1) و 6 (O1) و 8 (F1) و 18 (T1) و 39 (P1) وتم تعيينه على كروموسوم 11 ، على بعد 32 ميجا بايت تقريبًا من سين 1 موضع (بليش وآخرون ، 2018). سين 2 تم التعرف عليه في هجين بطاطس ثنائي الصبغة معقد مع أصول أنواع برية متعددة وربما لم يتم إدخاله بعد في الأصناف التجارية (Prodhomme et al. ، 2020a). سين 3 يوفر أيضًا مقاومة واسعة للأنماط المرضية 1 (D1) و 2 (G1) و 6 (O1) و 18 (T1) ويقيم في نفس المكان مثل سين 1، على الذراع العلوي للكروموسوم 11 (Bartkiewicz et al. ، 2018؛ Obidiegwu وآخرون 2015؛ Prodhomme وآخرون 2019). يوجد هذا الجين بشكل أساسي في أصناف البطاطس الألمانية والبولندية المنحدرة من استنساخ البطاطس BRA9089 ، المتبرع الفريد المفترض لـ سين 3 في الأصناف التجارية (Prodhomme et al. ، 2019, 2020a). سين 4 يوفر مقاومة للأنماط المرضية 2 (G1) و 6 (O1) و 18 (T1) وقد تم تعيينه على الذراع الطويلة للكروموسوم 12. سين 4 يوجد بشكل رئيسي في أصناف النشا الهولندية التي تنحدر من استنساخ التكاثر AM78-3704. فضلاً عن ذلك، سين 4 تم العثور عليها في الصنف الألماني Panda ولكن ربما من مصدر مختلف عن المادة الهولندية (Prodhomme et al.، 2020a). حالياً، سين 5 نادر جدًا في مادة تربية البطاطس ، حيث تم تحديده في ثلاثة أصناف نشا هولندية تجارية فقط حتى الآن. سين 5 يمكن إرجاعه إلى السلف المشترك VE71-105 وربما تم إدخاله في تربية الأصول الوراثية من سولانوم فيرني (برودوم وآخرون ، 2020a).
على الرغم من التقدم الكبير الذي أُحرز في العقد الماضي في تحديد مواقع جينات مقاومة مرض الثآليل، إلا أنه لم يتسنَّ تحديد جميع أنواع المقاومة الموجودة في بلازما بذور البطاطا المستخدمة في التربية. وينطبق هذا حتى على الأصناف الموجودة في EPPO مجموعة تفاضلية. على سبيل المثال، من المحتمل أن تكون المقاومة الشديدة للأنماط المرضية 2(G1) و6(O1) و8(F1) و18(T1) التي لوحظت في صنف بيليتا ناتجة عن الأنواع البرية. إس. فيرني. هذه المقاومة تختلف عن سين 5، حيث أن Belita سلبي لـ سين 5 المؤشرات. لا تزال مقاومة بيليتا بحاجة إلى تحديد خصائصها الجينية. كذلك في EPPO لا تزال مقاومة صنف البطاطا "سافير" للأنماط المرضية 6(O1) و8(F1) و18(T1)، والتي يُحتمل أنها موروثة من السلالة المُهجنة MPI 44.1016/24، غير معروفة. وقد تم الإبلاغ عن أصناف أخرى من البطاطا خالية من جميع جينات Sen الموصوفة حتى الآن، ولكنها مقاومة لنمط مرضي واحد أو أكثر (Prodhomme et al.). 2020a). تشير هذه إلى أن مصادر المقاومة الإضافية الموجودة بالفعل في مجموعة الجينات التجارية يمكن توصيفها واستغلالها بشكل أكبر. ومن المثير للاهتمام ، أن تخطيط كل من QRLs ذات التأثير الكبير والثانوي يشير إلى أنها تتحد مع مجموعات من المستقبلات المشاركة في المناعة الفطرية (Hehl et al. ، 1999). لذلك من المحتمل أن يكون ETI هو المحدد الرئيسي لمقاومة مرض الثؤلول. يمكن التغلب على ETI بسهولة عند فقد مؤثر واحد في العامل الممرض ومن المسلم به عمومًا أن تكديس العديد من مستقبلات ETI في أصناف المحاصيل أمر إلزامي لتعزيز متانة المقاومة (Luo et al. ، 2021).
في عملية اختيار المقاومة الفعالة لمرض الثؤلول في برامج التربية ، تم تكديس QRLs ذات التأثير الكبير والثانوي ، مما يشير إلى أن هذا قد يكون شرطًا للتحكم الفعال في العامل الممرض (Prodhomme et al. ، 2020a). أصناف مع واحد فقط R قد يُظهر الجين مقاومة غير كاملة ، خاصةً للأنماط المرضية الأعلى التي تكون عزلاتها معقدة جينيًا. من أجل تعزيز متانة مقاومة الثؤلول في الأصناف الجديدة ، قد يكون تكديس QRLs لمرض الثؤلول جانبًا مهمًا من استراتيجيات التربية. في مخططات التراص هذه ، يتم استخدام سين يفضل الجينات التي تتعرف على مجموعة واسعة من العزلات من أجل تقليل عدد المواقع المراد دمجها.
7 أنظمة التنميط
في عام 1931 ، ذكر كولر أن العامل الممرض له تركيبة موحدة وأن الاختلافات بين عزلات العامل الممرض غير معروفة (هامبسون ، 1993). ومع ذلك ، في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تبين أن أصناف البطاطس المقاومة من المملكة المتحدة المزروعة في نيوفاوندلاند (كندا) شديدة التأثر بالسلالة المحلية من S. إندوبيوتيكوم (أولسن ، 1961) ، وفي العقود التي تلت ذلك ، أصبح من الواضح وجود أنواع مختلفة من S. endobioticum. ل S. إندوبيوتيكوم يتم التعرف حاليًا على أكثر من 40 نوعًا مرضيًا ، والتي يتم تعريفها على أنها مجموعات من العزلات ذات استجابة مماثلة لمجموعة من أصناف البطاطس التفاضلية. بعد الحرب العالمية الثانية ، عندما انقسمت القارة الأوروبية سياسيًا إلى قسمين شرقي وغربي ، تم تطبيق اصطلاحات تسمية مختلفة لتحديد حالات تفشي العدوى الجديدة. في أوروبا الشرقية ، تم تسمية الأنماط المرضية الجديدة على اسم الأصل الذي وُجدت فيه ، ولكن في أوروبا الغربية تم استخدام الأرقام العربية المتسلسلة لتحديد الأنماط المرضية الجديدة. نتيجة لذلك ، تم تسمية النوع الأول الجديد الموصوف رسميًا والذي تم العثور عليه في Gießübel و Silberhütte في عام 1941 G1 و SB في الشرق ولكن 2 و 3 في الغرب ، على التوالي. باين وآخرون (2006) اقترح تنسيق نظام تسمية النمط المرضي في عام 2006 ، والذي لا يزال مستخدمًا حتى اليوم (Baayen et al.، 2006). في ظل هذا النظام ، يتم الجمع بين كل من اصطلاحات التسمية ، على سبيل المثال 2 (G1) لعزل النمط المرضي 2 المحدد في Gießübel. في السنوات التي أعقبت وصف الأنماط المرضية 2 (G1) و 3 (SB) ، جديد S. إندوبيوتيكوم تم الإبلاغ عن أنماط مرضية من ألمانيا ، وبولندا ، وجمهورية التشيك ، وأوكرانيا ، بناءً على تفاعلها مع الألواح التفاضلية لأصناف البطاطس الشعبية المحلية المقاومة والقابلة للتأثر. من بين هذه الأنماط المرضية الجديدة الأنماط الألمانية 6 (O1) (وجدت في Olpe ، 1952) ، و 8 (F1) (Fulda ، 1954) ، و 18 (T1) (Trannroda ، 1978) (Baayen et al. ، 2006). الأولي S. إندوبيوتيكوم يُعرف النمط الوراثي في الوقت الحاضر باسم النمط المرضي 1 (D1) ، ويشار إلى العزلات التي لا تحتوي على النمط 1 (D1) بشكل جماعي على أنها أنماط مرضية أعلى. ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن هذا لا يعني أن الأنماط المرضية الأعلى تنحدر من النمط المَرَضي 1 (D1). تعتبر الأنماط المرضية 1 (D1) و 2 (G1) و 6 (O1) و 18 (T1) الأكثر انتشارًا وذات أهمية كبرى. آخر نوعين موصوفين رسميًا هما 38 (نيفشهير) من نفسهير (تركيا ، 2009) و 39 (P1) من Piekielnik (بولندا ، 2015) (Çakır et al.، 2009؛ Przetakiewicz ، 2015a). على الرغم من عدم نشرها في مجلة تمت مراجعتها من قبل الزملاء ، فقد تم الإبلاغ عن الأنماط المرضية 40 (BN1) و 41 (P2) من بولندا (مجهول ، 2015) والسويد (Björklund & Boberg ، 2018).
على مر السنين، استُخدمت العديد من الأصناف المختلفة والمفضلة محليًا ذات المقاومة المتباينة في تحديد النمط المرضي. ولم يكن ذلك إلا في بداية القرن الحادي والعشرين. EPPO نشر الباحثون مجموعة متجانسة من أصناف البطاطس التفاضلية التي يمكن استخدامها كمعيار تشخيصي لعزلات بكتيريا S. endobioticum (EPPO, 2004لأسباب تتعلق بالبساطة وإمكانية التكرار، فإن EPPO كانت المجموعة التفاضلية صغيرة نسبيًا (باين وآخرون، 2006؛ فلات وآخرون 2014). تم اختياره لقدرته على تمييز الأنماط المرضية ذات الأهمية الزراعية الرئيسية. يتم استخدام طريقتين رئيسيتين لتقييم التفاعل بين المضيف والممرض: Spieckermann (Spieckermann ، 1924) و Glynne – Lemmerzahl (Glynne ، 1925؛ ليميرزال ، 1930) ؛ كلاهما يعتمد على تلقيح درنات البطاطس. في اختبار Spieckermann ، يتكون اللقاح من جراثيم الراحة ، والتي تكون نتيجة لدورة جنسية (الفقرة). في المقابل ، الثآليل الطازجة التي تحتوي على sporangia الصيفية ، والتي يتم إنتاجها لاجنسيًا ، تستخدم كقاح في اختبار Glynne – Lemmerzahl. في الآونة الأخيرة ، تم وصف إجراء جديد للعدوى بناءً على إصابة أجزاء النبات الموجودة فوق الأرض أو البراعم المساعدة مما يدل على أن جينات R يتم التعبير عنها في كل من البراعم تحت الأرض والأعضاء الخضراء الموجودة فوق الأرض (van de Vossenberg et al. ، 2019b). على الرغم من اختلاف الطرق ، إلا أن الدرجات الناتجة تكون في الغالب مرتبطة بشكل جيد على الرغم من وجود اختلافات ثابتة في بعض الأحيان (Prodhomme et al. ، 2020b).
7.1 التنوع الداخلي
تمثل عزلات S. endobioticum المجتمعات التي تتعايش فيها طرز وراثية متعددة. هذا لا ينطبق فقط على الأنماط الجينية للميتوكوندريا (الشكل S1) ، ولكن أيضًا للمتغيرات الجينية الخاصة بالأنواع المشفرة نوويًا و AvrSen1 (van de Vossenberg et al. ، 2018, 2019a). اللافت للنظر بشكل خاص هو تباين AvrSen1 الموجود داخل عزلات من الأنماط المرضية الأعلى. لم يعد يتم التعرف على هذه العزلات من قبل سين 1 الجين ، مما يؤدي إلى تفاعل متوافق وانتشار الممرض. ومع ذلك ، فقد وجد أن الشكل الفاسد للجين موجود بترددات منخفضة في العزلات التي تم تكاثرها على صنف Deodara من البطاطس المعرضة لجميع أنواع S. endobioticum pathotypes. على العكس من ذلك ، في العزلات من النمط المرضي 1 (D1) التي تحمل جين AvrSen1 الفاسد ، فإن الأشكال الخبيثة من الجين (أي فقدان AvrSen1) كانت موجودة (فان دي فوسينبيرج وآخرون ، 2019a). لم يكن هذا واضحًا بشكل مباشر من بيانات التسلسل الجينومي ، ولكن مضاعفتين من النوع المرضي 1 (D1) المعزول على صنف البطاطس شبه المقاوم Erika نتج عنه النمط الظاهري 6 (O1) (van de Vossenberg et al. ، 2018). من المحتمل أن تكون هذه الفوعة المتزايدة نتيجة الانتقاء ضد الأنماط الجينية S. endobioticum التي تحمل جين الفوعة السائد. تم التحقق من الخسارة شبه الكاملة لـ AvrSen1 في العزلة التي تنتج النمط الظاهري 6 (O1) عن طريق تضخيم جين AvrSen1 متبوعًا بتسلسل PacBio SMRT (van de Vossenberg et al. ، 2019a). تم إجراء عمليات الضرب التي أدت إلى المسح الانتقائي المرصود باستخدام اختبار Glynne – Lemmerzahl الحيوي ، حيث يتم استخدام الأبواغ الحيوانية غير الجنسية المنتجة من الثآليل الطازجة كلقاح ، مما يشير إلى أن التنوع كان موجودًا بالفعل داخل اللقاح الأولي ولم يتطلب إعادة التركيب في (الفقرة) الدورة الجنسية.
7.2 نظام علم الأمراض المتقدم
المجموعات التفاضلية لا غنى عنها لتحديد R الجينات التي تتعرف على الأنماط الجينية في مجموعة مسببات الأمراض المحددة. توفر طرق التنميط الجيني الجديدة دقة فائقة للتركيبات السكانية المسببة للأمراض ، وبالمثل ، فإن طرق التنميط الجيني الجديدة ومعلومات النسب لأصناف البطاطس تسمح بتحديد الأنماط الفردية المحددة التي تحمل R الجينات. لتسهيل تنفيذ مقاومة الصنف في تحديد النمط المرضي وإدارة الأمراض ، من المهم إنشاء رابط أكثر شفافية بين أصناف البطاطس المستخدمة في المجموعة التفاضلية وأصناف البطاطس المستخدمة تجاريًا. كتالوج S. endobioticum R. الجينات الموجودة في مجموعة تربية البطاطس، بما في ذلك EPPO تم وصف المجموعة التفاضلية مؤخرًا (Prodhomme et al., 2020a). ال S. endobioticum R. تم تقييم المحتوى الجيني لـ 141 نوعًا من البطاطس التجارية ، وتبين أن R الجينات سين 2, سين 4و سين 5 غير ممثلين في EPPO مجموعة تفاضلية. علاوة على ذلك، سين 1 و سين 3 موجودة في مجموعات متعددة مع غير معروف R الجينات (Prodhomme et al. ، 2020aلتحسين القيمة التنبؤية للمجموعة التفاضلية لاختيار الأصناف المقاومة وتحديد النمط المرضي، يلزم اختيار أصناف جديدة من البطاطس. EPPO مجموعة تفاضلية تحتوي على تركيبات فردية محددة من R الجينات وتتألف من مجموعة كاملة من المعروفة والمنتشرة سين ر الجينات. تم إنتاج مجموعة تفاضلية محسّنة مماثلة لمقاومة اللفحة المتأخرة باستخدام مجموعة من الواسمات الجزيئية واستجابات المستجيب (Zhu et al. ، 2015). يتمثل أحد القيود الرئيسية لعمل مجموعات تفاضلية موثوقة في البطاطس في أن R ستتواجد الجينات في خلفيات وراثية مختلفة عند إنتاجها من خلال التهجين الرباعي الصبغي التقليدي. في مثل هذه الخلفيات الوراثية المتنوعة، قد توجد جينات مختلفة تؤثر إيجابًا على نطاق المقاومة، بما في ذلك مواقع الاستبعاد الكمي الثانوية التي تتعرف على مواقع الاستبعاد الكمي الثانوية. AVR البروتينات في مجموعة مسببات الأمراض. في المقابل، قد تؤثر جينات أخرى سلبًا على نشاط R الجين. من الناحية المثالية ، يتم إنشاء مجموعة تفاضلية في خلفية متساوية المنشأ. يمكن تحقيق ذلك باستخدام تحويل المستنسخة R الجينات في نوع واحد (Zhu et al. ، 2015) ، أو يمكن تحقيقه من خلال السلالات الفطرية (Su et al. ، 2020). لأن أيا من سين ر الجينات مستنسخة حاليًا ومن الصعب توليد سلالات فطرية ، ومن المحتمل أن يظل هذا مفهومًا للعقد القادم. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم إنشاء مجموعة من S. إندوبيوتيكوم مادة مرجعية تمثل التنوع الجيني الموجود في مواقع جغرافية مختلفة وتتميز بشكل أكبر بناءً على النمط الفرداني للميتوكوندريا ، وملف SSR ، والتوصيف الجزيئي ، والملف الشخصي للفوعة.
7.3 التصنيف الجزيئي كأداة تتبع وتتبع
كما EPPO تم تصميم مجموعة تفاضلية من أصناف البطاطس لتمييز العزلات ذات الأهمية الزراعية الكبيرة، بينما لا يزال تنوع مسببات الأمراض الأخرى غير مكتشف (فان دي فوسنبرغ وآخرون، 2018). أصبح هذا أكثر بروزًا عندما أثبتت دراسة عن السكان الأوروبيين هذا المضاعف S. إندوبيوتيكوم حدثت أحداث مقدمة ، انعكست من خلال تسلسل الجينوم المتميز للميتوكوندريا. والجدير بالذكر أن الأنماط المرضية 2 (G1) و 6 (O1) تحدث في خلفيات وراثية متميزة بوضوح. نظرًا لأن ملفات تعريف النمط المرضي هي أنماط ظاهرية يمكن مشاركتها بواسطة العديد من الأنماط الجينية المميزة ، فإنها تمثل نظام تصنيف غير دقيق بطبيعته (van de Vossenberg et al. ، 2018). علاوة على ذلك ، يبدو أن التجميع الجزيئي للعزلات أكثر اتساقًا لأنه لوحظ وجود تجمع مماثل مع متواليات الميتوكوندريا ، وتسلسلات الإفراز النووي ، ومواقع الأقمار الصناعية الدقيقة (Busse et al. ، 2017؛ Gagnon et al. ، 2016؛ فان دي فوسينبيرج وآخرون 2019a). لذلك ، يجب أن يعتمد نظام تصنيف النمط الوراثي على بيانات أكثر من مجرد الأنماط الظاهرية في المجموعة التفاضلية الصغيرة لأصناف البطاطس. وبالمثل ، تم العثور على عزلات من موقع معين لإيواء أنماط وراثية متعددة. من المتصور أن الدراسات الجينومية جنبًا إلى جنب مع التنميط المرضي التقليدي باستخدام مجموعة تفاضلية محدثة من أصناف البطاطس ستوفر نظامًا لتنميط المرض ذي قيمة أعلى للممارسة الزراعية. على الرغم من أن نظام التشخيص المرضي الوظيفي لا يزال يتطلب التغلب على قيود فنية ، فقد تم إحراز تقدم جيد في السنوات الأخيرة. على سبيل المثال ، لا يزال التوصيف الجينومي للعزلات يمثل تحديًا نظرًا لصعوبات الحصول على مادة نقية بدرجة كافية لتسلسل الجينوم الكامل والتنميط المرضي الجزيئي. أيضًا ، لا يزال عدد المؤثرات الفطرية المعروفة التي تطابق جينات البطاطس R محدودًا. حاليا من الممكن فقط ل AvrSen1، وهذا هو نوع فطرية المستجيب المعترف بها سين 1 النباتات التي تؤدي إلى مقاومة النمط الوراثي 1 (D1) (فان دي فوسينبيرج وآخرون ، 2019a). يمكن تمديد هذا عندما تتوفر مؤثرات إضافية أو محددات وظيفية أخرى. أيضًا ، يمكن أن يساهم نهج pangenomic المحسّن الذي يتم فيه تشريح الجينوم إلى أجزاء محفوظة وملحقات في أدوات جديدة لرسم المراض. يمكن استغلال اللب في دراسات التتبع والتتبع ، بينما يمكن دراسة الجزء الملحق من أجل التنوع الوظيفي. على الرغم من أنه لا يزال في مهده ، إلا أن العدد المتزايد من الجينومات التي يتم إنشاؤها حاليًا يمكن أن يوفر نافذة من الفرص لتحليلات Pangenome.
8 ملاحظات ختامية
S. إندوبيوتيكوم، العامل المسبب لمرض ثؤلول البطاطس ، هو أحد مسببات الأمراض المهمة مع حالة الحجر الصحي في جميع أنحاء العالم والتي يتم تضمينها في قائمة وكيل وزارة الزراعة الأمريكية و HHS. يواصل العامل الممرض الظهور مرة أخرى كتهديد لإنتاج البطاطس كما يتضح من الإخطار بتفشي المرض في السنوات الأخيرة في مناطق مختلفة من العالم. أسلوب التغذية الحيوية الإلزامي ، والوضع التصنيفي المتميز ، وحالة الحجر الصحي نفسها تعيق البحث. ومع ذلك ، فقد تمت دراسة العامل الممرض والمرض لأكثر من قرن ، وفي العقد الماضي تم إحراز تقدم كبير في فهمنا لـ S. إندوبيوتيكوم والتفاعل مع البطاطس المضيفة. ساهم تطبيق علم الجينوم بشكل كبير في هذه التطورات وسمح بتقييم محتوى الجين S. AVR الجين. علاوة على ذلك ، فقد فتحت فرصًا لتتبع وتتبع تفشي العوامل الممرضة باستخدام المقايسات الجزيئية أو تحليل التسلسل. وقد ولّد هذا رؤى جديدة في تنوع وعلم الأمراض S. إندوبيوتيكوم. ومع ذلك ، تظل العديد من جوانب العامل الممرض غير معروفة ، بما في ذلك أجزاء من دورة الحياة وتفاعلات العامل الممرض مع المضيف. على وجه الخصوص ، يمكن أن يوفر ربط معلومات الجينوم بعلم الوراثة مزيدًا من المعلومات حول وجود دورة جنسية (الفقرة) في S. إندوبيوتيكوم وبالتالي على إمكانية إعادة التركيب والاختيار والتنوع داخل العزلات. على الجانب المضيف ، سمح التوصيف الجزيئي للمقاومة في البطاطس بتحديد المناطق الجينومية التي توجد فيها مواقع المقاومة. توصيف إضافي لمواقع المقاومة ، بما في ذلك استنساخ الأول سين ر الجين ، معلما هاما لدراسة التفاعل على المستوى الجزيئي. يعتبر النشاط البشري ، بما في ذلك نقل المعدات والتربة وتجارة المنتجات وحطام النباتات والفيضانات والتعرية بفعل الرياح ، من الوسائل المهمة التي يمكن أن ينتشر من خلالها العامل الممرض. مع زيادة الطلب العالمي على الغذاء ، والحاجة إلى الزراعة الدائرية ، والتغيرات المناخية ، من المرجح أن تزداد هذه الأحداث. هناك حاجة إلى أدوات جديدة وإدارة محسّنة للأمراض تعتمد على المراقبة واستخدام أصناف البطاطا المقاومة للسيطرة على مرض ثؤلول البطاطس في العقود المقبلة.
شكر وتقدير
يود المؤلفون أن يشكروا يوهان ميفرت موظفي NPPO-NL لتقديمهم صورًا S. إندوبيوتيكوم يستريح الجراثيم و Sietse van der Linde لمراجعة هذه المخطوطة قبل تقديمها.
