geomgouГеографическая среда и живые системыGeographical Environment and Living Systems2712-76132712-7621Московский государственный областной университет10.18384/2310-7189-2018-3-110-124geomgou-148Research ArticleРАЗДЕЛ II. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ВОЗБУДИТЕЛЯ ФИТОФТОРОЗА КАРТОФЕЛЯ PHYTOPHTHORA INFESTANSMOLECULAR METHODS OF RESEARCH AND MONITORING OF LATE BLIGHT PATHOGEN PHYTOPHTHORA INFESTANSСоколоваЕкатерина АндеевнаSokolovaEkaterina A.katesokol83@mail.ruКузнецоваМария АлексевенаKuznetsovaMaria A.kuznetsova@vniif.ruРогожинАлександр НиколаевичRogozhinAlexander N.rogozhin@vniif.ruДемидоваВалентина НиколаевнаDemidovaValentina N.devalya82@mail.ruУлановаТамара ИвановнаUlanovaTamaraI. .tamra53@mail.ruСметанинаТатьяна ИвановнаSmetaninaTatiana I.tanechka.smetanina.58@mail.ruРогозинаЕлена ВячеславовнаRogozinaElena V.rogozinaelena@gmail.comХавкинЭмиль ЕфимовичKhavkinEmil E.emil.khavkin@gmail.comВсероссийский институт сельскохозяйственной биотехнологииРоссияAll-Russian Research Institute of Agricultural BiotechmologyRussian FederationВсероссийский институт фитопатологииРоссияAll-Russian Research Institute of PhytopathologyRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)РоссияFederal Research Center the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), ulRussian Federation20180405202203110124Copyright © Соколова Е.А., Кузнецова М.А., Рогожин А.Н., Демидова В.Н., Уланова Т.И., Сметанина Т.И., Рогозина Е.В., Хавкин Э.Е., 20222022Соколова Е.А., Кузнецова М.А., Рогожин А.Н., Демидова В.Н., Уланова Т.И., Сметанина Т.И., Рогозина Е.В., Хавкин Э.Е.Sokolova E.A., Kuznetsova M.A., Rogozhin A.N., Demidova V.N., Ulanova T..., Smetanina T.I., Rogozina E.V., Khavkin E.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geoecosreda.ru/jour/article/view/148

Фитофтороз (возбудитель - оомицет Phytophthora infestans Mont. de Bary) остается первостепенной экономической проблемой производства картофеля. Молекулярный скрининг генов (а)вирулентности патогена (Avr генов) и генов устойчивости растений к P. infestans (Rpi генов) позволяет предсказать изменения в составе популяции патогена и предположить, какие сорта картофеля пострадают в первую очередь. Для оценки разнообразия изолятов, которое определяется миграцией патогена, мы сравнили генотипы в изолятах P. infestans, собранных в 2013-2015 гг. в коллекционных посадках межвидовых гибридов картофеля в Пушкинских лабораториях ВИР и в коммерческих посадках картофеля в нескольких регионах России. Присутствие двух типов спаривания, А1 и А2, также способствует увеличению разнообразия за счет половой рекомбинации. Молекулярные методы были использованы для генотипирования образцов патогена и определения типа спаривания и состава Avr генов. Результаты молекулярных исследований сопоставили с такими фенотипическими характеристиками, как тип спаривания, устойчивость к металаксилу, состав факторов вирулентности, выявляемых с помощью растений-дифференциаторов, и агрессивность в тесте с клубнями картофеля.

The oomycete Phytophthora infestans (Mont.) de Bary, the casual agent of the late blight, still remains the main cause resulting in economic problems for potato growers. Molecular screening of (a)virulence genes of the pathogen (Avr genes) and plant genes for resistance to P. infestans (Rpi genes) would help monitor the changes in the pathogen populations and predict the most vulnerable potato varieties. To assess variation in isolates due to pathogen migration, we compared P. infestans genotypes in the isolates sampled in 2013-2015 in the Pushkin collection of interspecific hybrids (St. Petersburg) and in the commercial potato stands in several regions of Russia. The presence of two mating types, A1 and A2, also promotes pathogen variation due to sexual recombination. Molecular methods were employed for genotyping pathogen samples and assessing their mating type and Avr gene profiles. These molecular indices were related to such phenotypic characteristics as mating type, metalaxyl resistance, virulence factors tested with the differential plants and aggressiveness in the potato tuber test.

Phytophthora infestansфитофтороз картофеляSSR генотипированиеA1/A2 тип спариванияфакторы вирулентностиAvr гены вирулентности P. infestansRpi гены устойчивости к P. infestansReferencesКузнецова М. А., Козловский Б. Е., Бекетова М. П. и др. Фитопатологическая и молекулярная характеристика изолятов Phytophthora infestans, собранных с устойчивых и восприимчивых генотипов картофеля // Микология и фитопатология. 2016. Т. 50. С. 175-184.Кузнецова М. А., Козловский Б. Е., Бекетова М. П. и др. Фитопатологическая и молекулярная характеристика изолятов Phytophthora infestans, собранных с устойчивых и восприимчивых генотипов картофеля // Микология и фитопатология. 2016. Т. 50. С. 175-184.Фадина О. А., Бекетова М. П., Соколова Е. А. и др. Упреждающая селекция: использование молекулярных маркеров при создании доноров устойчивости картофеля к фитофторозу на основе сложных межвидовых гибридов // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. № 1. С. 84-94.Фадина О. А., Бекетова М. П., Соколова Е. А. и др. Упреждающая селекция: использование молекулярных маркеров при создании доноров устойчивости картофеля к фитофторозу на основе сложных межвидовых гибридов // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. № 1. С. 84-94.Чижик В.К., Соколова Е.А., Мартынов В.В. Применение метода SSCP для анализа генетического полиморфизма Phytophthora infestans // Эпидемии болезней растений: мониторинг, прогноз, контроль / под ред. С.С. Санина. Б. Вяземы: ВНИИФ. 2017. С. 280-287.Чижик В.К., Соколова Е.А., Мартынов В.В. Применение метода SSCP для анализа генетического полиморфизма Phytophthora infestans // Эпидемии болезней растений: мониторинг, прогноз, контроль / под ред. С.С. Санина. Б. Вяземы: ВНИИФ. 2017. С. 280-287.Armstrong M. R., Whisson S. C., Pritchard L. etc. An ancestral oomycete locus contains late blight avirulence gene Avr3a, encoding a protein that is recognized in the host cytoplasm // Proceedings of National Academy of Sciences of USA. 2005. Vol. 102. Pp. 7766-7771.Armstrong M. R., Whisson S. C., Pritchard L. etc. An ancestral oomycete locus contains late blight avirulence gene Avr3a, encoding a protein that is recognized in the host cytoplasm // Proceedings of National Academy of Sciences of USA. 2005. Vol. 102. Pp. 7766-7771.Bradshaw J.E. Potato breeding at the Scottish Plant Breeding Station and the Scottish Crop Research Institute 1920-2008. // Potato Research. 2009. Vol. 52. Pp. 141-172. [Электронный ресурс]. URL: http://dx.doi.org/10.1007/s11540-009-9126-5 (дата обращения: 27.04.2018).Bradshaw J.E. Potato breeding at the Scottish Plant Breeding Station and the Scottish Crop Research Institute 1920-2008. // Potato Research. 2009. Vol. 52. Pp. 141-172. [Электронный ресурс]. URL: http://dx.doi.org/10.1007/s11540-009-9126-5 (дата обращения: 27.04.2018).Brylińska M., Sobkowiak S., Stefańczyk E. etc. Evaluation of PCR markers for Phytophthora infestans mating type determination // European Journal of Plant Pathology. 2018. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1007/s10658-018-1445-4 (дата обращения: 27.04.2018).Brylińska M., Sobkowiak S., Stefańczyk E. etc. Evaluation of PCR markers for Phytophthora infestans mating type determination // European Journal of Plant Pathology. 2018. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1007/s10658-018-1445-4 (дата обращения: 27.04.2018).Champouret N., Bouwmeester K., Rietman H. etc. Phytophthora infestans isolates lacking class I ipiO variants are virulent on Rpi-blb1 potato // Molecular Plant-Microbe. Interactions. 2009. Vol. 22. Pp. 1535-1545. doi: 10.1094/MPMI-22-12-1535.Champouret N., Bouwmeester K., Rietman H. etc. Phytophthora infestans isolates lacking class I ipiO variants are virulent on Rpi-blb1 potato // Molecular Plant-Microbe. Interactions. 2009. Vol. 22. Pp. 1535-1545. doi: 10.1094/MPMI-22-12-1535.Chmielarz M., Sobkowiak S., Dezbski K. etc. Diversity of Phytophthora infestans from Poland // Plant Pathol. 2014. Vol. 63. Pp. 203-211. DOI: 10.1111/ppa.12076Chmielarz M., Sobkowiak S., Dezbski K. etc. Diversity of Phytophthora infestans from Poland // Plant Pathol. 2014. Vol. 63. Pp. 203-211. DOI: 10.1111/ppa.12076Cooke D.E.L., Cano L.M., Raffaele S. etc. Genome analyses of an aggressive and invasive lineage of the Irish potato famine pathogen // PloS Pathog. 2012. 8(10): e1002940. doi:10.1371/journal.ppat.1002940Cooke D.E.L., Cano L.M., Raffaele S. etc. Genome analyses of an aggressive and invasive lineage of the Irish potato famine pathogen // PloS Pathog. 2012. 8(10): e1002940. doi:10.1371/journal.ppat.1002940Du, J., Vleeshouwers, V. G. New strategies towards durable late blight resistance in potato // The Potato Genome. Springer, Cham. 2017. Pp. 161-169. doi.org/10.1007/978-3-319-66135-3_10Du, J., Vleeshouwers, V. G. New strategies towards durable late blight resistance in potato // The Potato Genome. Springer, Cham. 2017. Pp. 161-169. doi.org/10.1007/978-3-319-66135-3_10Fry W. E. Phytophthora infestans: New Tools (and Old Ones) Lead to New Understanding and Precision Management. Annu. Rev. Phytopathol. 2016. 54:22.1-22.19. doi:10.1146/annurev-phyto-080615-095951Fry W. E. Phytophthora infestans: New Tools (and Old Ones) Lead to New Understanding and Precision Management. Annu. Rev. Phytopathol. 2016. 54:22.1-22.19. doi:10.1146/annurev-phyto-080615-095951Gilroy E. M., Breen S., Whisson S. C. etc. Presence⁄absence, differential expression and sequence polymorphisms between PiAVR2 and PiAVR2-like in Phytophthora infestans determine virulence on R2 plants // New Phytologist. 2011. Vol. 191. Pp. 763-776. doi: 10.1111/j.1469-8137.2011.03736.x.Gilroy E. M., Breen S., Whisson S. C. etc. Presence⁄absence, differential expression and sequence polymorphisms between PiAVR2 and PiAVR2-like in Phytophthora infestans determine virulence on R2 plants // New Phytologist. 2011. Vol. 191. Pp. 763-776. doi: 10.1111/j.1469-8137.2011.03736.x.Judelson H. S., Spielman L. J., Shattock R. C. Genetic mapping and non-Mendelian segregation of mating type loci in the oomycete, Phytophthora infestans // Genetics. 1995. Vol. 141. Pp. 503-512.Judelson H. S., Spielman L. J., Shattock R. C. Genetic mapping and non-Mendelian segregation of mating type loci in the oomycete, Phytophthora infestans // Genetics. 1995. Vol. 141. Pp. 503-512.Kim H.-J., Lee H.-R., Jo K.-R., etc. Broad spectrum late blight resistance in potato differential set plants MaR8 and MaR9 is conferred by multiple stacked R genes // Theoretical and Applied Genetics. 2012. Vol. 124. Pp. 923-935. doi: 10.1007/s00122-011-1757-7.Kim H.-J., Lee H.-R., Jo K.-R., etc. Broad spectrum late blight resistance in potato differential set plants MaR8 and MaR9 is conferred by multiple stacked R genes // Theoretical and Applied Genetics. 2012. Vol. 124. Pp. 923-935. doi: 10.1007/s00122-011-1757-7.Li Y., Cooke D. E. L., Jacobsen E. etc. Efficient multiplex simple sequence repeat genotyping of the oomycete plant pathogen Phytophthora infestans // Journal of Microbiological Methods. 2013. Vol. 92. Pp. 316-322. doi: 10.1016/j.mimet.2012.11.021.Li Y., Cooke D. E. L., Jacobsen E. etc. Efficient multiplex simple sequence repeat genotyping of the oomycete plant pathogen Phytophthora infestans // Journal of Microbiological Methods. 2013. Vol. 92. Pp. 316-322. doi: 10.1016/j.mimet.2012.11.021.Malcolmson J.F., Black W. New R genes in Solanum demissum Lindl. and their complementary races of Phytophthora infestans (Mont.) de Bary // Euphytica. 1966. Vol. 15. Pp. 199-203.Malcolmson J.F., Black W. New R genes in Solanum demissum Lindl. and their complementary races of Phytophthora infestans (Mont.) de Bary // Euphytica. 1966. Vol. 15. Pp. 199-203.Sokolova E. A., Kuznetsova M. A., Ulanova T.I. etc. Pathogenecity of East European strains of Phytophthora infestans vs. resistance of colonized potato plants: the profiles of AVR genes vs. R gene pyramids // Schepers H.T.A.M. (ed.). PAGV-Special Report. Wageningen, DLO Foundation. 2017. No. 18. Pp. 259-267. [Электронный ресурс]. URL: www.wur.eu/AAVR (дата обращения: 27.04.2018).Sokolova E. A., Kuznetsova M. A., Ulanova T.I. etc. Pathogenecity of East European strains of Phytophthora infestans vs. resistance of colonized potato plants: the profiles of AVR genes vs. R gene pyramids // Schepers H.T.A.M. (ed.). PAGV-Special Report. Wageningen, DLO Foundation. 2017. No. 18. Pp. 259-267. [Электронный ресурс]. URL: www.wur.eu/AAVR (дата обращения: 27.04.2018).Statsyuk N. V., Kuznetsova M. A., Kozlovskaya I. N. etc. Characteristics of the Phytophthora infestans population in Russia // PPO-Special Report, Wageningen, 2010. No 14. Pp. 247-254. [Электронный ресурс]. URL: www.wageningen.nl.UR/ppo (дата обращения: 27.04.2018).Statsyuk N. V., Kuznetsova M. A., Kozlovskaya I. N. etc. Characteristics of the Phytophthora infestans population in Russia // PPO-Special Report, Wageningen, 2010. No 14. Pp. 247-254. [Электронный ресурс]. URL: www.wageningen.nl.UR/ppo (дата обращения: 27.04.2018).van Poppel P. M. J. A., Guo J., van de Vondervoort P. J. I. etc. The Phytophthora infestans avirulence gene Avr4 encodes an RXLR-dEER effector // Molecular Plant-Microbe. Interactions. 2008. Vol. 21. Pp. 1460-1470. doi: 10.1094/MPMI-21-11-1460.van Poppel P. M. J. A., Guo J., van de Vondervoort P. J. I. etc. The Phytophthora infestans avirulence gene Avr4 encodes an RXLR-dEER effector // Molecular Plant-Microbe. Interactions. 2008. Vol. 21. Pp. 1460-1470. doi: 10.1094/MPMI-21-11-1460.Vleeshouwers V. G. A. A., Raffaele S., Vossen J. H. etc. Understanding and exploiting late blight resistance in the age of effectors // Annual Review of Phytopathology. 2011. Vol. 49. Pp. 507-531. doi: 10.1146/annurev-phyto-072910-095326.Vleeshouwers V. G. A. A., Raffaele S., Vossen J. H. etc. Understanding and exploiting late blight resistance in the age of effectors // Annual Review of Phytopathology. 2011. Vol. 49. Pp. 507-531. doi: 10.1146/annurev-phyto-072910-095326.Vossen J. H., Jo K. R., Vosman B. Mining the genus Solanum for increasing disease resistance // R. Tuberosa, ed., Genomics of Plant Genetic Resources. Springer Netherlands. 2014. Pp. 27-46. doi: 10.1007/978-94-007-7575-6.Vossen J. H., Jo K. R., Vosman B. Mining the genus Solanum for increasing disease resistance // R. Tuberosa, ed., Genomics of Plant Genetic Resources. Springer Netherlands. 2014. Pp. 27-46. doi: 10.1007/978-94-007-7575-6.Young, G. K., Cooke, L. R., Watson, S., Kirk, W. W., Perez, F. M., & Deahl, K. L. The role of aggressiveness and competition in the selection of Phytophthora infestans populations. Plant Pathology. 2018 () doi.org/10.1111/ppa.12856.Young, G. K., Cooke, L. R., Watson, S., Kirk, W. W., Perez, F. M., & Deahl, K. L. The role of aggressiveness and competition in the selection of Phytophthora infestans populations. Plant Pathology. 2018 () doi.org/10.1111/ppa.12856.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.