Population structure of Phytophthora cactorum in Europe

Ing. Matěj Pánek

Doctoral thesis

Populační struktura Phytophthora cactorum v Evropě

Abstract:

Komplex druhu Phytophthora cactorum v Evropě sestává z druhů P. cactorum, P. hedraiandra a hybridních P. x serendipita. Byla provedena analýza vývojových vztahů pomocí metody AFLP na 133 izolátech pocházejících z 19 zemí. Tato analýza byla doplněna sekvenační analýzou DNA tří genů (ITS, Pheca I a Cox I), morfometrickou analýzou a měřením kardinálních teplot. Vysoké procento klonálních genotypů, nízká úroveň toku genů mezi skupinami definovanými na základě Structure analýzy a nízká úroveň genové diverzity (DNei) potvrzují homothalický způsob pohlavního rozmnožování všech skupin. Na druhou stranu, sekvence genů ITS, Cox I a Pheca I potvrzují příležitostnou mezidruhovou hybridizaci. Structure K=5 seskupení odhaluje dvě skupiny hybridního původu (C2 a F). Zatímco skupina C2 se váže k P. x serendipita, skupina F zahrnuje finské izoláty charakterizované vysokým procentem neplodných oogonií a pomalým růstem. Morfologické charakteristiky rutinně müžívané při identifikaci druhů rodu Phytophthora nejsou použitelné pro odlišení jednotlivých skupin v rámci komplexu P. cactorum. Proto byl diskutován status P. hedraiandra jako separátního druhu a navržena epitypifikace P. cactorum. Reakce izolátů jednotlivých skupin v rámci P. cactorum, P. nicotianae a P. x pelgrandis na mancozeb, metalaxyl, dimethomorph, streptomycin a chloramphenicol byly studovány za účelem zjištění informací o variabilitě rezistence patogenů proti působení těchto sloučenin. Různé genetické linie se v těchto vlastnostech lišily, kromě reakce na streptomycin, kde rozdíly nebyly signifikantní. Nejzajímavější rozdíly byly zjištěny v reakcích na chloramphenicol a metalaxyl. Diskriminační analýza zahrnující efekt všech látek potvrdila rozdíly mezi skupinami, což potvrzuje výsledky genetických metod.

Abstract:

The Phytophthora cactorum species complex in Europe is composed of P. cactorum, Phytophthora hedraiandra, and a hybrid species Phytophthora x serendipita. Evolutionary analyses using the amplified fragment length polymorphism (AFLP) method were carried out on 133 isolates from 19 countries. The AFLP data were complemented by sequence analysis of three genes (ITS region of ribosomal RNA gene, phenolic acid decarboxylase Pheca I, and Cytochrome oxidase Cox I), morphometric analysis and cardinal temperature data. The high proportion of clonal genotypes, low gene flow among groups, which was defined by the structure analysis, and low Nei´s gene diversity confirms the homothallic life cycle of the groups. On the other hand, the ITS, Cox I and Pheca I sequence data support occasional hybridization between species. The structure K = 5 grouping revealed two groups of hybrid origin (C2 and F). While the C2 group resembles P. x serendipita, the F group includes Finnish isolates characterized by high oogonial abortion rates and slow growth. The morphological characters routinely used in identification of Phytophthora species are not useful for delimitation of species from the P. cactorum complex. Therefore, we discuss the status of P. hedraiandra as a separate species. The epitypification of P. cactorum is proposed. The reactions of isolates of Phytophthora cactorum, P. nicotianae and P. × pelgrandis to metalaxyl, mancozeb, dimethomorph, streptomycin and chloramphenicol were tested to obtain information about the variability of resistance in these pathogens. Distinct genetic groups showed significant differences in resistance to all tested substances except streptomycin. In response to streptomycin, the growth inhibition rates of distinct groups did not differ significantly. The most remarkable differences were detected in the reactions to chloramphenicol and metalaxyl. Discriminant analysis evaluating the effect of all substances confirmed the differences among the groups, which are in agreement with the differences revealed by earlier DNA analyses.

Keywords

chemická kontrola, fylogenie, Phytophthora, genotypování

Keywords

Genotyping, Phylogeny, Chemical control, Phytophthora

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Michal Tomšovský, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / field:
Botany / Forest Phytology