Summary

Bilinmeyen Fusarium oxysporum f.sp. Irkını Belirlemek İçin Kullanılan Üç Aşılama Tekniğinin Kontrastı. niveum Yalı -tır

Published: October 28, 2021
doi:

Summary

Karpuzun Fusarium solgunluğunu yönetmek, mevcut patojen ırkları hakkında bilgi gerektirir. Burada, patojenik mantar Fusarium oxysporum f. sp niveum’un (Fon) ırk tiplemesindeki etkinliklerini göstermek için kök daldırma, istila edilmiş çekirdek tohumlama ve modifiye tepsi daldırma aşılama yöntemlerini açıklıyoruz.

Abstract

Fusarium oxysporum f. sp. niveum’un (Fon) neden olduğu karpuzun Fusarium solgunluğu (Citrullus lanatus), güneydoğu ABD’de, özellikle Florida’da büyük bir üretim kısıtlaması olarak yeniden ortaya çıkmıştır. Irka özgü dirençli çeşitler gibi entegre haşere yönetimi stratejilerinin uygulanması, yetiştiricilerin tarlalarındaki patojenin çeşitliliği ve popülasyon yoğunluğu hakkında bilgi gerektirir. Patojen izolatlarını tanımlamak için moleküler tanı araçlarının geliştirilmesinde bazı ilerlemelere rağmen, ırk tayini genellikle biyotahlil yaklaşımları gerektirir.

Irk tiplemesi kök-daldırma aşılaması, istila edilmiş çekirdek tohumlama yöntemi ve dört karpuz diferansiyelinin her biri ile modifiye tepsi-daldırma yöntemi ile gerçekleştirildi (Black Diamond, Charleston Grey, Calhoun Grey, Plant Introduction 296341-FR). İzolatlara, aşılamadan beş hafta sonra hastalık insidansının hesaplanmasıyla bir ırk tanımı atanır. Belirli bir çeşit için bitkilerin% 33’ünden azı semptomatik ise, dirençli olarak kategorize edildiler. İnsidansı% 33’ten fazla olan çeşitler duyarlı olarak kabul edildi. Bu yazıda ırkı saptamak için üç farklı aşılama yöntemi, kök daldırma, istila edilmiş çekirdek ve modifiye tepsi-daldırma aşılaması, uygulamaları deneysel tasarıma göre değişmektedir.

Introduction

Fusarium oxysporum tür kompleksini (FOSC) oluşturan toprak kaynaklı mantarlar, çeşitli ürünlerde ciddi hastalıklara ve verim kaybına neden olabilen etkili hemibiyotrofik bitki patojenleridir1. F. oxysporum f. sp. niveum’un (Fon) neden olduğu karpuzun Fusarium solgunluğu, son birkaç on yılda dünya çapında kapsam, insidans ve şiddet bakımından artmaktadır 2,3. Fidelerde, Fusarium solgunluğunun belirtileri genellikle sönümlenmeye benzer. Eski bitkilerde, yeşillik gri, klorotik ve nekrotik hale gelir. Sonunda, bitkilerin solması tam bitki çöküşüne ve ölümüne kadar ilerler4. Doğrudan verim kaybı, semptomlar ve bitki ölümü nedeniyle meydana gelirken, yaprak gölgeliğinin ortadan kaldırılmasından kaynaklanan güneş hasarı nedeniyle dolaylı verim kaybı meydana gelebilir5. F. oxysporum’da cinsel üreme ve ilişkili üreme yapıları hiç gözlenmemiştir. Bununla birlikte, patojen iki tip aseksüel spor, mikro ve makrokonidi ve ayrıca toprakta uzun yıllar hayatta kalabilen klamidosporlar adı verilen daha büyük, uzun süreli hayatta kalma yapıları üretir6.

FOSC, gözlemlenen konakçı aralıklarına göre formae spesiyaliteleri olarak sınıflandırılır, genellikle bir veya birkaç konakçı türü1 ile sınırlıdır. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, bu tür kompleksinin 15 farklı türün bir bileşimi olabileceğini göstermesine rağmen, karpuzu enfekte eden belirli türler şu anda bilinmemektedir7. F. oxysporum f. sp. niveum (Fon), sadece Citrullus lanatus’u veya evcil karpuz 8,9’u enfekte eden suşların adıdır. Çoğu patojenik formae özelindeki F. oxysporum suşları, genetik bileşenleri ve konakçı bir türe karşı virülansı açısından belirli seviyelerde çeşitlilik gösterir. Örneğin, bir suş bir konağın tüm çeşitlerini enfekte edebilirken, bir diğeri sadece daha duyarlı çeşitleri enfekte edebilir. Bu tür varyasyonları açıklamak için, bu gruplar gayri resmi olarak evrimsel ilişkilere veya ortak fenotipik özelliklere dayanan ırklara ayrılır. Fon içinde, dört ırk (0, 1, 2 ve 3), bir dizi seçilmiş karpuz çeşidine karşı patojenitelerine dayanarak karakterize edilmiştir ve son zamanlarda10. sırada meydana gelen yarış 3’ün keşfi yapılmıştır.

Bu belirgin çeşitliliğe rağmen, sporların veya hiflerin morfolojileri Fon ırklarının ırkları arasında ayırt edilemez, bu da bir izolatın benzersiz ırkını tanımlamak için moleküler veya fenotipik testlerin gerekli olduğu anlamına gelir11. Moleküler araştırmalar bazı genetik farklılıklar tespit etmiştir. Örneğin, Ksilem (SIX) efektörlerinde salgılanan rolü, F. oxysporum’da yıllardır çalışılmıştır ve bu efektörlerin bazıları, yatay gen transferi12 sırasında değiştirilen kromozomlar üzerinde yer almaktadır. Örneğin, SIX6 Fon yarışları 0 ve 1’de bulunur, ancak yarış 213’te bulunmaz. ALTI efektör, sırasıyla 14,15,16,17 domates ve muzda Fusarium solgunluğuna neden olan F. oxysporum f. sp. lycopersici ve F. oxysporum f. sp. cubense’nin patojenitesinde rol oynamıştır. Ispanak üzerindeki Fusarium solgunluk patojeni olan F. oxysporum f. sp. spiniciae’nin suşları arasında SIX efektör profillerinin analizi, genetik ve fenotipik çeşitliliği doğru bir şekilde yansıtan sınıflandırmayı mümkün kılmıştır18. Bununla birlikte, Fon ırklarının virülans mekanizmaları arasındaki farklar şu anda tam olarak anlaşılamamıştır ve kullanımları üzerine geliştirilen moleküler analizler tutarsız ve yanlış sonuçlar göstermiştir19. Bu nedenle, enfeksiyon tahlillerinden elde edilen fenotipik sonuçlar şu anda izolatları sınıflandırmanın en iyi yoludur.

F. oxysporum başlangıçta konakçıları ksilem20’ye çıkmadan önce köklerden enfekte eder. Bu, belirli bir konakçı çeşidin köklerinin doğrudan aşılanmasını ırk tiplemesi yapmak için etkili bir yol haline getirir ve kök daldırma ve tepsi daldırma aşılama yöntemlerinin temelidir21. Bir konağı enfekte etmediğinde, F. oxysporum toprakta bulunur ve yıllarca uykuda kalabilir. Toprakta bir ilgi alanından duyarlı karpuz çeşitlerinin yetiştirilmesi, Fon varlığını test etmenin bir yoludur. Bu yöntemi, kasıtlı olarak Fon ile istila edilen toprakta bilinen farklı direnç seviyelerine sahip çeşitleri içerecek şekilde genişletmek, ırk tiplemesi yapmak için de iyi bir yoldur (Tablo 1) ve istila edilmiş çekirdek tohumlama yönteminin temelidir. Modifiye edilmiş tepsi daldırma yöntemi, birçok bitkinin ve tarla izolatının hızlı bir şekilde araştırılabildiği yüksek verimli bir yarış tiplemesine izin veren orijinal tepsi daldırma yönteminin bir varyasyonudur22. Hızlı ve başarılı bir ırk tipleme biyotahlilinin önemli faktörleri arasında, farklı patojen ırklarına karşı dirençteki farklılıkları belgeleyen çeşitlerin kullanılması, inokulumun enfeksiyon sırasında hem biyolojik olarak aktif hem de bol miktarda olmasını sağlamak, hem patojen hem de konakçı için elverişli bir ortamı korumak ve hastalığın şiddeti veya insidansı için tutarlı bir derecelendirme sistemi kullanmak sayılabilir. Bu yazıda yukarıda açıklanan ilkelere dayanarak fenotipik ırk tiplemesi için kök-dip23,24, istila edilmiş çekirdek tohumlama 25,26 ve modifiye tepsi-daldırma 22 yöntemleri açıklanmaktadır.

Protocol

1. Kök daldırma yöntemi (RDM) ile ırkın belirlenmesi Deney ortamının hazırlanması Semptom ifadesi çevresel koşullara büyük ölçüde bağlı olduğundan, bitkileri kontrollü bir alanda tutun. Bağıl nemi, sıcaklığı, fotoperiyodu ve ışık yoğunluğunu izleyin (Şekil 1). Sıcaklığı 26-28 ° C’ye, bağıl nemi% 50-75’e ayarlayın ve yeterli bitki büyümesini ve sağlığını sağlamak için 16 saatlik bir fotoperiyot ayarlay…

Representative Results

Bu deneyler, yaygın olarak yetiştirilen çeşitlerin göreceli direncini tanımlamaya yardımcı olur (Tablo 1). Bu bilgiler daha sonra yerel Fon popülasyonlarına dayalı yönetim önerilerine rehberlik etmek için kullanılabilir. Başka bir deyişle, 0 veya 1 ırkının ticari bir alanda mevcut olduğu biliniyorsa, çiftçi Calhoun Grisi, Güneş Şekeri veya eşdeğeri gibi “dirençli” bir çeşit yetiştirmeye meyilli olabilir. Tüm yöntemleri kullanan biyotahlillerin sonuçları, fidelere Irk 1…

Discussion

Irk tiplemenin üç yöntemi sunulmuştur. Bu yöntemlerin her biri, belirli sorular ve deneysel koşullar için en uygun olanıdır. İnfeste edilmiş çekirdek aşılama yöntemi (toprak istilası) belki de daha basit ve daha basittir, bu da onu patojenitenin değerlendirilmesi için özellikle yararlı kılmaktadır30. Basit ırk yazma için bu yöntemi kullanmak oldukça etkilidir. Bununla birlikte, belirli bir çeşidin direncini belirlemek için yöntemi uygulamak, her bitkinin aynı dereced…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dr. Ali ve Bitki Moleküler Tanı Laboratuvarı’nın yanı sıra liderliği ve desteği Fon programımızın kurulmasına yardımcı olan Georgia Üniversitesi’nden Dr. Pingsheng Ji’ye teşekkür ederiz.

Materials

100% Fuller’s Earth Sigma-Aldrich F200-5KG
1 L glass Erlenmeyer Flask PYREX 4980-1L
15 mL falcon tubes Fisher Scientific 14-959-49B
50 mL graduated cylinder Lab Safety Supply 41121805
50 mL Eppendorf Conical Tubes Fisher Scientific 05-413-921
Aluminum foil wrap Reynolds Wrap 720
Bleach Walmart 587192290
Bunsen burner Fisher Scientific 03-391-301
CaCO3 sigma-Aldrich 239216
cell spreaders Fisher Scientific 08-100-11
Cheesecloth Lions Services, Inc 8305-01-125-0725
Clear plastic dishes Visions Wave 999RP6CLSS ~15 cm diameter
Clear vinyl tubing for mushroom bag clamps Shroom Supply 6" for small bag, 8" for medium bag, 10" for large bag
Cotton Balls Fisherbrand 22-456-885 Sterile
Ethanol Fisher Chemical A4094 100%, then combine with water to make 70% for use
Flourescent Tube Lights MaxLume Model T5 2800 K Color Temperature, 24'' or 48'' long
granulated agar VWR International 90000-786
Hand-held Spray Bottle Ability One 24122002 ~0.95 L
hemacytometer Fisher Scientific 02-671-55A Two chamber hemacytometer
Lab trays Fisher Scientific 15-236-2A
Large, sealable plastic bags Ziploc 430805 38 cm x 38 cm
Mister / watering can Bar5F B10H22
Mushroom Bag Clamp Shroom Supply 6" for small bag, 8" for medium bag, 10" for large bag
Nitrile Gloves Fisher Scientific 19-130-1597D
Organic Rye Berries Shroom Supply 0.5 gallon or 25 lb bags
P1000 pipette and tips Fisher Scientific 14-388-100
Petri dishes Fisherbrand FB0875713 Round, 100 mm diameter, 15 mm height
Planting media Jolly Gardener Pro-Line C/B
Plastic Pitcher BrandTech UX0600850 1 L or larger
Plastic planting pots Neo/SCI 01-1177 ~15 cm diameter and ~10 cm height
Plastic, autoclave-safe bin Thermo Scientific UX0601022 3 L
Quarter-strength potato dextrose agar media Cole-Parmer UX1420028 Use powder in combination with recipe for QPDA
Scientific Balance Scale, measuring in g Ohaus 30208458 Any precise scale that can hold and measure 200g will work
Size #4 cork bore Cole-Parmer NC9585352
Small Mushroom grow bag Shroom Supply 0.5 micron filter, also comes in medium and large sizes
Soil trowel Walmart 563876946
Styrofoam flats (6 x 12 cells) Speedling Model TR72A
Styrofoam flats (8 x 16 cells) Speedling Model TR128A
Syringe (5 or 10 mL) fisher Scientific 14-829-19C
Timer Walmart TM-01
V8 Original 100% Vegetable Juice Walmart 564638212
vortex Fisher Scientific 02-215-418
Watermelon Seed – Black Diamond Willhite Seed Inc 17
Watermelon Seed – Calhoun Gray Holmes Seed Company 4440
Watermelon Seed – Charleston Gray Bonnie Plants 7.15339E+11
Watermelon Seed – PI 296341-FR Contact authors Contact authors
Wheat Kernels (Maxie var.) (optional) Alachua County Feed & Seed

References

  1. Edel-Hermann, V., Lecomte, C. Current status of Fusarium oxysporum formae speciales and races. Phytopathology. 109 (4), 512-530 (2019).
  2. Everts, K. L., Himmelstein, J. C. Fusarium wilt of watermelon: Towards sustainable management of a re-emerging plant disease. Crop Protection. 73, 93-99 (2015).
  3. Martyn, R. Cucurbitaceae 2012. Proceedings of the Xth EUCARPIA Meeting on Genetics and Breeding of Cucurbitaceae. , 136-156 (2012).
  4. Roberts, P., Dufault, N., Hochmuth, R., Vallad, G., Paret, M. [PP352] Fusarium wilt (Fusarium oxysporum f. sp. niveum) of watermelon. EDIS. 2019 (5), 4 (2019).
  5. Costa, A. E. S., et al. Resistance to Fusarium wilt in watermelon accessions inoculated by chlamydospores. Scientia Horticulturae. 228, 181-186 (2018).
  6. Lombard, L., Sandoval-Denis, M., Lamprecht, S. C., Crous, P. Epitypification of Fusarium oxysporum-clearing the taxonomic chaos. Persoonia: Molecular Phylogeny and Evolution of Fungi. 43, 1 (2019).
  7. Martyn, R. D. Fusarium wilt of watermelon: 120 years of research. Horticultural Reviews. 42 (1), 349-442 (2014).
  8. Zhou, X., Everts, K. Characterization of a regional population of Fusarium oxysporum f. sp. niveum by race, cross pathogenicity, and vegetative compatibility. Phytopathology. 97 (4), 461-469 (2007).
  9. Zhou, X., Everts, K., Bruton, B. Race 3, a new and highly virulent race of Fusarium oxysporum f. sp. niveum causing Fusarium wilt in watermelon. Plant Disease. 94 (1), 92-98 (2010).
  10. Leslie, J. F., Summerell, B. A. . The Fusarium laboratory manual. , (2008).
  11. Lo Presti, L., et al. Fungal effectors and plant susceptibility. Annual Review of Plant Biology. 66, 513-545 (2015).
  12. Niu, X., et al. The FonSIX6 gene acts as an avirulence effector in the Fusarium oxysporum f. sp. niveum-watermelon pathosystem. Scientific Reports. 6 (1), 1-7 (2016).
  13. Lievens, B., Houterman, P. M., Rep, M. Effector gene screening allows unambiguous identification of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici races and discrimination from other formae speciales. FEMS Microbiology Letters. 300 (2), 201-215 (2009).
  14. Houterman, P. M., Cornelissen, B. J., Rep, M. Suppression of plant resistance gene-based immunity by a fungal effector. PLoS Pathogens. 4 (5), 1000061 (2008).
  15. Houterman, P. M., et al. The effector protein Avr2 of the xylem-colonizing fungus Fusarium oxysporum activates the tomato resistance protein I-2 intracellularly. The Plant Journal. 58 (6), 970-978 (2009).
  16. Czislowski, E., et al. Investigation of the diversity of effector genes in the banana pathogen, Fusarium oxysporum f. sp. cubense, reveals evidence of horizontal gene transfer. Molecular Plant Pathology. 19 (5), 1155-1171 (2018).
  17. Batson, A. M., Fokkens, L., Rep, M., du Toit, L. J. Putative effector genes distinguish two pathogenicity groups of Fusarium oxysporum f. sp. spinaciae. Molecular Plant-Microbe Interactions. 34 (2), 141-156 (2021).
  18. Keinath, A. P., DuBose, V. B., Katawczik, M. M., Wechter, W. P. Identifying races of Fusarium oxysporum f. sp. niveum in South Carolina recovered from watermelon seedlings, plants, and field soil. Plant Disease. 104 (9), 2481-2488 (2020).
  19. Gordon, T. R. Fusarium oxysporum and the Fusarium wilt syndrome. Annual Review of Phytopathology. 55, 23-39 (2017).
  20. Martyn, R., Netzer, D. Resistance to races 0, 1, and 2 of Fusarium wilt of watermelon in Citrullus sp. PI-296341-FR. HortScience. 26 (4), 429-432 (1991).
  21. Meru, G., McGregor, C. Genotyping by sequencing for SNP discovery and genetic mapping of resistance to race 1 of Fusarium oxysporum in watermelon. Scientia Horticulturae. 209, 31-40 (2016).
  22. Freeman, S., Rodriguez, R. A rapid inoculation technique for assessing pathogenicity of Fusarium oxysporum f. sp. niveum and F. o. melonis on cucurbits. Plant Disease. 77 (12), 1198-1201 (1993).
  23. Martyn, R. Fusarium oxysporum f. sp. niveum race 2: A highly aggressive race new to the United States. Plant Disease. 71 (3), 233-236 (1987).
  24. Lai, X., et al. Evaluating inoculation methods to infect sugar beet with Fusarium oxysporum f. Beat and F. secorum. Plant Disease. 104 (5), 1312-1317 (2020).
  25. Kirk, W., et al. Optimizing fungicide timing for the control of Rhizoctonia crown and root rot of sugar beet using soil temperature and plant growth stages. Plant Disease. 92 (7), 1091-1098 (2008).
  26. Ferguson, A., Jeffers, S. Detecting multiple species of Phytophthora in container mixes from ornamental crop nurseries. Plant Disease. 83 (12), 1129-1136 (1999).
  27. Fong, Y., Anuar, S., Lim, H., Tham, F., Sanderson, F. A modified filter paper technique for long-term preservation of some fungal cultures. Mycologist. 14 (3), 127-130 (2000).
  28. Rice, W. N. The hemocytometer method for detecting fungus spore load carried by wheat. Proceedings of the Association of Official Seed Analysts of North America. 31, 124-127 (1939).
  29. Kleczewski, N. M., Egel, D. S. A diagnostic guide for Fusarium wilt of watermelon. Plant Health Progress. 12 (1), 27 (2011).
  30. Dhingra, O. D., Sinclair, J. B. . Basic plant pathology methods. , (2017).
  31. Latin, R., Snell, S. Comparison of methods for inoculation of muskmelon with Fusarium oxysporum f. sp. melonis. Plant Disease. 70 (4), 297-300 (1986).
  32. Martyn, R. An iInitial survey of the United States for races of Fursarium oxysporum f. HortScience. 24 (4), 696-698 (1989).
  33. Zhou, X., Everts, K. Races and inoculum density of Fusarium oxysporum f. sp. niveum in commercial watermelon fields in Maryland and Delaware. Plant Disease. 87 (6), 692-698 (2003).
  34. Fulton, J. C., et al. Phylogenetic and phenotypic characterization of Fusarium oxysporum f. sp. niveum isolates from Florida-grown watermelon. PLoS One. 16 (3), 0248364 (2021).
  35. Zhou, X., Everts, K. Quantification of root and stem colonization of watermelon by Fusarium oxysporum f. sp. niveum and its use in evaluating resistance. Phytopathology. 94 (8), 832-841 (2004).
  36. Nutter, F. W., Esker, P. D., Netto, R. A. C. Disease assessment concepts and the advancements made in improving the accuracy and precision of plant disease data. European Journal of Plant Pathology. 115 (1), 95-103 (2006).
  37. Nutter, F., Gleason, M., Jenco, J., Christians, N. Assessing the accuracy, intra-rater repeatability, and inter-rater reliability of disease assessment systems. Phytopathology. 83 (8), 806-812 (1993).
  38. Chiang, K. -. S., Bock, C. H., Lee, I. -. H., El Jarroudi, M., Delfosse, P. Plant disease severity assessment-how rater bias, assessment method, and experimental design affect hypothesis testing and resource use efficiency. Phytopathology. 106 (12), 1451-1464 (2016).
  39. Nita, M., Ellis, M., Madden, L. Reliability and accuracy of visual estimation of Phomopsis leaf blight of strawberry. Phytopathology. 93 (8), 995-1005 (2003).
  40. Zhang, Z., Zhang, J., Wang, Y., Zheng, X. Molecular detection of Fusarium oxysporum f. sp. niveum and Mycosphaerella melonis in infected plant tissues and soil. FEMS Microbiology Letters. 249 (1), 39-47 (2005).
  41. Lin, Y. -. H., et al. Development of the molecular methods for rapid detection and differentiation of Fusarium oxysporum and F. oxysporum f. sp. niveum in Taiwan. New Biotechnology. 27 (4), 409-418 (2010).
  42. van Dam, P., de Sain, M., Ter Horst, A., vander Gragt, M., Rep, M. Use of comparative genomics-based markers for discrimination of host specificity in Fusarium oxysporum. Applied and Environmental Microbiology. 84 (1), 01868 (2018).
  43. Baayen, R. P., et al. Gene genealogies and AFLP analyses in the Fusarium oxysporum complex identify monophyletic and nonmonophyletic formae speciales causing wilt and rot disease. Phytopathology. 90 (8), 891-900 (2000).
  44. O’Donnell, K., Kistler, H. C., Cigelnik, E., Ploetz, R. C. Multiple evolutionary origins of the fungus causing Panama disease of banana: concordant evidence from nuclear and mitochondrial gene genealogies. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (5), 2044-2049 (1998).
  45. Laurence, M., Summerell, B., Liew, E. Fusarium oxysporum f. sp. canariensis: evidence for horizontal gene transfer of putative pathogenicity genes. Plant Pathology. 64 (5), 1068-1075 (2015).
  46. Hudson, O., et al. Marker development for differentiation of Fusarium oxysporum f. sp. Niveum race 3 from races 1 and 2. International Journal of Molecular Sciences. 22 (2), 822 (2021).

Play Video

Cite This Article
Fulton, J. C., Cullen, M. A., Beckham, K., Sanchez, T., Xu, Z., Stern, P., Vallad, G., Meru, G., McGregor, C., Dufault, N. S. A Contrast of Three Inoculation Techniques used to Determine the Race of Unknown Fusarium oxysporum f.sp. niveum Isolates. J. Vis. Exp. (176), e63181, doi:10.3791/63181 (2021).

View Video