Population biology of the pine needle pathogen Lecanosticta acicola (Thüm.) Syd. (Capnodiales, Ascomycota)

Ing. Josef Janoušek, MSc.

Doctoral thesis

Abstract:

Lecanosticta acicola je vřeckovýtrusá heterotalická houba, která způsobuje hnědou sypavku borového jehličí na původních i nepůvodních borovicích v mnoha oblastech světa. Cílem této dizertační práce bylo objasnění původu populací L. acicola v Evropě a zjištění způsobu rozmnožování tohoto patogenu v zasažených oblastech. Jedenáct polymorfních mikrosatelitových markérů bylo vyvinuto pro jejich použití v populační genetice. 'Mating type' markéry, které amplifikují obě 'mating type' idiomorfy (MAT1-1 and MAT1-2), byly také navrženy a protokol pro jejich aplikaci byl optimalizován. Infikované jehlice byly získány ze 17 druhů borovic z Asie, Evropy a Ameriky. V součtu, 201 izolátů L. acicola bylo získáno z infikovaných jehlic borovic. Všechny izoláty byly charakterizovány pomocí mikrosatelitových markérů a 'mating type' idiomorfa byla určena pomocí 'mating type' markérů. Část Translation Elongation Factor 1-alfa genu byla sekvenována u 87 jedinců. Izoláty ze Střední Ameriky byly jedinečné, velmi různorodé a velmi pravděpodobně představují kryptické druhy. Izoláty z východní Asie vytvořili oddělenou skupinu. Dvě odlišné populace byly zjištěny jak v Severní Americe, tak v Evropě. Analýzy využívající koncept 'approximate Bayesian computation' zřetelně ukázaly, že v minulosti došlo k nezávislým introdukcím obou populací ze Severní Ameriky do Evropy. Z dat získaných z mikrosatelitů a 'mating type' markérů bylo zjištěno, že k pohlavnímu rozmnožování dochází jak v Severní Americe, tak v Evropě. Výsledky této dizertační práce ukázaly, že evropské populace L. acicola mají původ v Severní Americe. Toto je první studie populací L. acicola v globálním měřítku.

Abstract:

Lecanosticta acicola is a heterothallic ascomycete that causes brown spot needle blight (BSNB) on native and non-native Pinus spp. in many regions of the world. The aim of this thesis was to elucidate the origin of L. acicola populations in Europe and consider the reproductive mode of the pathogen in affected areas. In order to study the population genetics of L. acicola, eleven polymorphic microsatellite markers were developed. In addition, mating type markers that amplify both mating type idiomorphs (MAT1-1 and MAT1-2) were designed and the protocols for their applications were optimised. Collections of diseased material were obtained from 17 host species in Asia, Europe and America. In total, 201 isolates from diseased pine needles were obtained. All isolates were screened with the microsatellite markers and the mating type idiomorph determined with the mating type markers. For 87 individuals, part of the Translation Elongation Factor 1-alfa gene was sequenced. The isolates from Central America were unique, highly diverse and most likely represent a new cryptic species. The isolates from East Asia formed a discrete group. Two distinct populations were identified in both North America and Europe. Approximate Bayesian Computation analyses strongly suggest independent introductions of two populations from North America into Europe. Microsatellite data and mating type distributions showed the presence of sexual reproduction in North America and in Europe. Results from this thesis have showed that European populations of L. acicola originate from North America. This is the first study of L. acicola populations on a global scale.

Keywords

approximate Bayesian computation, diverzita, houba, populační genetika, haploidní, invazní, Lecanosticta acicola, mikrosatelit, molekulární markéry, mating type

Keywords

approximate Bayesian computation, haploid, invasive, Lecanosticta acicola, microsatellite, molecular markers, population genetics, fungus, mating type, diversity

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: prof. Dr. Ing. Libor Jankovský
• Reader: Dušan Gömöry, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / field:
Botany / Forest Phytology