Genetic diversity of European populations of the oak fine-root pathogen Phytophthora quercina

Summary The recently discovered oak-specific fine root plant pathogen Phytophthora quercina is a significant factor in the current phase of European oak decline but its origins and ecology are poorly understood. A genome-wide analysis of 260 amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers was used to examine the genetic diversity of 72 isolates from five oak species at 28 sites in Germany (particularly Bavaria), Italy, France, Hungary and the UK. Within-site diversity was examined at 16 sites. The limited genetic diversity (within and between sites) and lack of genetic substructuring according to geographic origin or host species suggest the rapid spread of a relatively recently introduced species. Two subgroups were distinguished and these may reflect an initial introduction of isolates of two different genetic backgrounds. The relatively low genetic diversity is probably because of the predominantly inbreeding (homothallic) nature of P. quercina. However, evidence of limited intra-site diversity, temporal variation and the lack of clonality within the European population suggest that some diversity is being maintained by occasional outcrossing and turnover of a reservoir of long-lived soil-borne oospore (sexually derived) inoculum. Resume L'espece recemment decouverte Phytophthora quercina, pathogene specifique des fines racines de chenes, est un facteur significatif du deperissement actuel des chenes europeens mais ses origines et son ecologie sont mal connues. Une etude a l’echelle du genome portant sur 260 marqueurs AFLP a ete realisee afin de caracteriser la diversite genetique de 72 isolats de 5 especes de chenes provenant de 28 sites en Allemagne (particulierement Baviere), Italie, France, Hongrie et Royaume-Uni. La variabilite intra-site a eteetudiee pour 16 sites. La diversite genetique restreinte (a la fois intra- et inter- sites) ainsi que l'absence de structuration genetique en relation avec l'origine geographique et l'espece hote suggerent l'expansion recente d'une espece introduite relativement recemment. Deux sous-groupes peuvent etre distingues, qui pourraient resulter de l'introduction initiale d'isolats de deux fonds genetiques differents. La relativement faible diversite genetique est probablement due au mode de reproduction par autofecondation (homothallisme) de P. quercina. Toutefois, l'existence d'une faible diversite genetique intra-site, la variabilite temporelle et l'absence de clonalite des populations europeennes suggerent qu'un certain niveau de diversite est maintenu par des allofecondations occasionnelles et le turnover d'un reservoir d'inoculum tellurique a forte longevite constitue par les oospores (issues de la reproduction sexuee). Zusammenfassung Das kurzlich entdeckte eichenspezifische Feinwurzelpathogen Phytophthora quercina ist ein signifikanter Faktor im Ursachenkomplex des derzeitigen Eichensterbens in Europa. Seine Herkunft und Okologie ist bisher nur unzulanglich bekannt. Mittels einer genomweiten Analyse von 260 AFLP – Markern (amplified fragment length polymorphism) wurde die genetische Diversitat von 72 Isolaten untersucht, welche von 5 Eichenarten an 28 Standorten in Deutschland (insbesondere Bayern), Italien, Frankreich, Ungarn und Grosbritannien isoliert wurden. Die Diversitat innerhalb eines Standortes wurde dabei an 16 Standorten untersucht. Die eingeschrankte genetische Diversitat sowohl innerhalb eines Standortes als auch zwischen verschiedenen Standorten und das Fehlen genetischer Untergruppierungen nach geografischer Herkunft oder Wirts-Eichenart sprechen fur die rasche Ausbreitung einer vor relativ kurzer Zeit eingeschleppten Art. Es konnten zwei Untergruppen unterschieden werden, was auf die ursprungliche Einschleppung von Isolaten zweier genetischer Herkunfte hindeutet. Die relativ geringe genetische Diversitat ist wahrscheinlich dadurch bedingt, dass sich P. quercina als homothallische Art sexuell in erster Linie durch Inzucht fortpflanzt. Jedoch sprechen die Anzeichen von begrenzter Diversitat zwischen Isolaten eines Standortes sowie zwischen Isolaten verschiedener Probenahmezeitpunkte und das Fehlen von Klonalitat innerhalb der europaischen Population von P. quercina dafur, dass eine begrenzte Diversitat durch gelegentliches Auskreuzen und die Erneuerung des Reservoirs an langlebigen bodenburtigen Oosporen erreicht wird.