ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОГРАФИЧЕСКИ ОТДАЛЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ PYRENOPHORA TRITICI-REPENTIS ПО ВИРУЛЕНТНОСТИ И ГЕНАМ ТОКСИНООБРАЗОВАНИЯ TOXA И TOXB

Plant Protection News, 2019, 1(99), p. 18-24

OECD+WoS: 1.06+RQ http://doi.org/10.31993/2308-6459-2019-1(99)-18-24

Full-text Article

EFFECT OF CONIDIA AND METABOLITES OF THE ENTOMOPATHOGENIC FUNGUS LECANICILLIUM MUSCARIIUM ON THE PREDATORY MITE AMBLYSEIUS SWIRSKII AND ITS FEED MITE CARPOGLYPHUS LACTIS G.V. Mitina*, L.P. Krasavina, O.V. Trapeznikova

All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia

*corresponding author, e-mail: galmit@rambler.ru

The main aim of this study is to assess the conditions for the joint application of the fungus Lecanicillium muscarium and the derivate of its mycelial extract verticillin M against the predatory mite Amblyseius swirskii and dried fruit mite Carpoglyphus lactis. The Lecanicillium muscarium spore suspension at concentration of 5*107 spores/ml and a laboratory sample of 0.5 % solution of verticillin M were used. Mites were maintained on the artificial feed. Both species of mites showed high sensitivity when mite-containing forage was directly surface-sprayed. Mortality on the 3rd day after application of bioformulations reached 62 %% and 84 %% in average for C. lactis and A. swirski, respectively, whereas the growth of mite number was recorded in the control.

We also released the predatory mites on the leaves which were infested with the greenhouse whitefly and treated by the fungal spores and verticillin M before the experiment. We did not observe the direct toxic effect on the mites. The predator's number did not change during 6 days, but decreased on the 10th day as a result of forage decrease. Increasing the forage supply leaded to the increase of predatory mite numbers in all essays. However, the increment of predator's number on 16th day after treatment with fungal spores and verticillin M was lower than in control, the number of mites increased by 18 % in the treated samples, whereas it increased by 25 % in the control.

Key words: biocontrol, entomopathogenic fungi, predatory mites, greenhouse whitefly, side effects on benificials Received: 08.01.2019 Accepted: 05.03.2019

OECD+WoS: 1.06+RQ http://doi.org/10.31993/2308-6459-2019-1(99)-24-29

Полнотекстовая статья

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОГРАФИЧЕСКИ ОТДАЛЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ PYRENOPHORA TRITICI-REPENTIS ПО ВИРУЛЕНТНОСТИ И ГЕНАМ ТОКСИНООБРАЗОВАНИЯ TOXA И TOXB

Н.В. Мироненко*, Н.М. Коваленко, О.А. Баранова

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, Санкт-Петербург

* ответственный за переписку, e-mail: nina2601mir@mail.ru

Создана коллекция из 183 моноконидиальных изолятов возбудителя желтой пятнистости пшеницы гриба Pyrenophora tritici-repentis, представляющая 7 популяций разного географического происхождения 2017 и 2018 годов: две «южные» популяции из Краснодарского края и Юго-Восточного Казахстана (Алматы), две «северные» - из Финляндии и Северозападного региона РФ, и три западносибирские - из Челябинской и Омской областей и Северного Казахстана. Определен расовый состав популяций и наличие генов ToxA и ToxB методом ПЦР. В тестируемых изолятах ген ToxB не был выявлен. «Южные» популяции на 100 % состояли из изолятов, имеющих ген ToxA (ToxA+). В то же время фитопатологический тест на вирулентность не совпал с генетическим: 14 % изолятов южно-казахстанской популяции и 61 % краснодарской популяции не индуцировали некроз на листьях Glenlea, т.е. были nec- и не имели некроз индуцирующего токсина Ptr ToxA и других токсинов некроза. Противоположную ситуацию наблюдали в «северных» и западносибирских популяциях патогена: в них доля ToxA+ варьировала от 5.5 % до 66 %, но при этом доля nec+ изолятов была существенно выше доли ToxA+ изолятов. Этот факт свидетельствует о преобладании в этих популяциях изолятов, продуцирующих некроз индуцирующие токсин(ы), отличные от Ptr ToxA. Результаты нашей работы позволяют предположить, что, во-первых, патосистема P tritici-repentis - пшеница не ограничена взаимодействиями трех некротрофных эффекторов (Ptr ToxA, Ptr ToxB, Ptr ToxC) и трех генов восприимчивости (Tsn1, Tsc1, Tsc2), а, вероятно, включает иные добавочные эффекторы и гены восприимчивости и, во-вторых, в «южных» популяциях патогена получают преимущество изоляты c нарушенной

экспрессией гена ТохА. Сохранение в «южных» популяциях изолятов ТохА+ пес" свидетельствует о существовании дополнительных функций гена ТохА, играющих роль в повышении конкурентоспособности изолятов гриба.

Ключевые слова: Ругепор^га М^а^ерепШ', популяция, некротрофный эффект, ТохА, ТохВ, некроз, пшеница

Поступила в редакцию: 05.02.2019

Принята к печати: 27.02.2019

Введение

Желтая пятнистость листьев, вызываемая гемибиотро-фным грибом Pyrenophora tritici-repentis Drechsler - вредоносное заболевание пшеницы, распространившееся практически по всей территории России с момента ее первого обнаружения в Краснодарском крае в 1985 году (Гранин, 1989). Начиная с 2005 года, наблюдается расширение ареала популяции патогена в северном направлении (Михайлова и др., 2014, 2015). К настоящему времени фитопато-логическими и молекулярно-генетическими методами в России определены три самостоятельных географических популяции патогена - северокавказская, северозападная и западносибирская (Михайлова и др., 2014; Мироненко и

др., 2016).

Обычные симптомы, индуцируемые грибом на восприимчивых сортах пшеницы, выглядят как некротические повреждения эллипсоидной формы золотисто-желтого, иногда оранжевого, цвета, окруженные желтым ореолом. При благоприятных условиях для развития болезни пятна сливаются и образуют обширную область мертвой ткани листа. Известно, что патоген продуцирует хозяин-специфичные токсины, также называемые некротрофными эффекторами (necrotophic effectors - NE), которые индуцируют симптомы некроза или хлороза при взаимодействии с соответствующими им генами восприимчивости. У P. tritici-repentis идентифицированы три грибных NE: Ptr ToxA, Ptr ToxB и Ptr ToxC, которые взаимодействуют с генами восприимчивости Tsnl, Tsc2 и Tscl, соответственно (Ciuffetti et al., 1997; 2010). В зависимости от способности патогена продуцировать один или комбинацию из 2-3-х NE, различают 8 рас: расы 2, 3 и 5 продуцируют по одному NE - Ptr ToxA, Ptr ToxC и Ptr ToxB, соответственно; расы 1, 6 и 7 продуцируют по два NE (раса 1- Ptr ToxA+ Ptr ToxC; раса 6 - Ptr ToxB+Ptr ToxC и раса 7 - Ptr ToxA+Ptr ToxB); раса 8 - все три NE; раса 4 не продуцирует известных NE (Lamari et al., 1998). Для двух белковых NE - Ptr ToxA и Ptr ToxB разработаны методы молекулярной идентификации генов, детерминирующих их синтез в мицелии гриба

- ToxA и ToxB, соответственно (Andrie et al., 2007). Заметим, что один из NE - Ptr ToxA, считается привнесенным в геном P. tritici-repentis путем горизонтального переноса от Parastagonospora nodorum Quaedvlieg, Verkley & Crous, что повлекло за собой сильное возрастание вирулентности и агрессивности некогда малозаметного патогена пшеницы (Friesen et al., 2006). Наличие генов должно свидетельствовать о возможности изолята синтезировать тот или иной токсин. Однако в последнее время появилось много сообщений об обнаружении изолятов P. tritici-repentis, у которых генотип токсинообразования не соответствует фенотипу, определяемому по реакции сортов-дифференциаторов. С одной стороны, это изоляты, продуцирующие некроз и хлороз на листьях пшеницы, но не имеющие в генотипе генов ToxA и ToxB. Предполагают, что они продуцируют новые дополнительные к известным трем NE (Мироненко и др., 2015; Andrie et al., 2007; See et al., 2018; Moreno et al., 2015; Guo et al., 2018) и поэтому не вписываются в современную классификацию рас патогена. С другой стороны, встречаются изоляты, имеющие ген ToxA, но не продуцирующие соответствующих токсинов (Миронен-ко и др., 2015; Мироненко и др., 2018; Benslimane, 2018; Faris et al., 2012). Такие случаи можно объяснить различными причинами: мутациями в гене или нарушениями его транскрипционной активности.

Изучение изолятов P. tritici-repentis из различных географических популяций, имеющих ген ToxA (ToxA+) и не продуцирующих некроз (nec-), представляет особый интерес, так как позволяет проследить судьбу чужеродной транслокации гена-эффектора ToxA в различных экологических условиях.

Цель настоящего исследования - проанализировать коллекцию изолятов P. tritici-repentis из южных, северных и западносибирских регионов (РФ, Финляндия и Казахстан) по расовому составу и наличию в них генов ToxA и ToxB.

Материалы и методы

Были созданы коллекции моноконидиальных изолятов возбудителя желтой пятнистости пшеницы гриба Р. МИЫ" герепиз, выделенных из зараженных листьев пшеницы в 2017-2018 годы. Инфекционный материал был прислан из Северного и Юго-Восточного Казахстана (Институт

биологии и биотехнологии растений, Алматы, Казахстан, А.М. Кохметова), и из Краснодарского края (ВНИИБЗР, Кремнева О.Ю.), а также собран нами в Финляндии, Омской, Челябинской, и Ленинградской области РФ (табл.1).

Таблица 1. Происхождение популяций Pyrenophora tritici-repentis

Географическое происхождение Число изолятов Год сбора инфекционного материала Обозначение популяции

Северо-Запад России, Новгородская область 32 2018 С-З

Северный Кавказ, Краснодарский край 38 2017 Кр

Западная Сибирь, Омская область 20 2018 Ом

Уральский федеральный округ, Челябинская область 17 2017 Чел

Финляндия, г. Турку 21 2017 Ф

Юго-Восточный Казахстан, г. Алматы 30 2018 ЮВКаз

Северный Казахстан, Северо-казахстанская область 25 2017 СКаз

Выделение и размножение культуры гриба Р. МШ-герепШ' выполняли по методике Л.А. Михайловой с со-авт. (2002). Анализ вирулентности проводили с помощью бензимидазольного метода на отрезках листьев. Расовую принадлежность, выявляемую по способности изолятов Р к образованию токсинов Р!г ТохА, Р!г

ТохВ и Рг ТохС, определяли с помощью инокуляции сорта Glenlea, линий 6В662 и 6В365 - по наличию некроза и хлороза на листьях пшеницы ^атап а! а1., 1998). ДНК

изолятов выделяли известным методом (Murray, Thompson, 1980). Идентификацию генов ToxA и ToxB проводили с помощью ПЦР с геноспецифичными праймерами (Andrie et al., 2007). В качестве положительного контроля для редко встречаемого у изолятов гриба гена ToxB мы использовали изоляты греческого происхождения из нашей коллекции, дающие четкие продукты амплификации с праймерами на ген ToxB.

Результаты

Создана коллекция из 183 моноконидиальных изоля-тов, выделенных из пораженных листьев мягкой пшеницы, собранных в разных регионах России и Кахастана, а также Финляндии в 2017-2018 годы (табл.1). Коллекция представлена 7-ю географически отдаленными популяциями

патогена. Определен расовый состав популяций с использованием сортов-дифференциаторов. Одновременно создана коллекция образцов ДНК этих изолятов и с помощью ПЦР, определено наличие или отсутствие в них генов ТохА и ТохВ

Таблица 2. Расовый состав популяций P. tritici-repentis

Фенотип расы, определенный Число изолятов (%) в популяциях P. tritici-repentis разного географического происхождения:

Раса на сортах-дифференициаторах южные северные западносибирские

(токсины некроза и хлороза) ЮВКаз Кр С-З СКаз Чел Ом Ф

1 Ptr ToxA*, Ptr ToxC** 37 13 34 40 23 20 19

2 Ptr ToxA 3 10 20 30 45 0 19

7 Ptr ToxA, Ptr ToxB** 13 3 0 0 5 5 0

8 Ptr ToxA, Ptr ToxB, ToxC 33 13 14 5 9 9 38

Доля изолятов nec+ (%) 86 39 68 75 82 34 76

3 Ptr ToxC 7 0 27 5 0 33 4

4 Не образует токсины 7 61 5 17 18 33 10

5 Ptr ToxB 0 0 0 3 0 0 0

6 Ptr ToxB, Ptr ToxC 0 0 0 0 0 0 10

Доля изолятов nec- (%) 14 61 32 25 18 66 24

Доля изолятов, имеющих ген ToxA 100 100 34 44 25 5.5 66

* - токсин Р!г ТохА, индуцирующий некроз на восприимчивом сорте,

** - токсины Р!г ТохВ и Р!г ТохС, индуцирующие хлороз на восприимчивом сорте

Пример идентификации генов ToxA и ToxB методом ПЦР (Andrie et al., 2007) в северо-казахстанской популяции приведен на рисунке. ToxB не был обнаружен нами в изученных популяциях. Об отсутствии в изолятах P. tritici-repentis из российских популяций гена ToxB мы сообщали ранее (Мироненко и др., 2015). В данной работе мы подтвердили сделанный нами ранее вывод. Полученный результат согласуется с известными работами, в которых также не выявлен ген ТохВ в изолятах P. tritici-repentis, индуцирующих хлороз на восприимчивом сорте пшенице (Ali et al.,2010). Например, в 119 изолятах австралийских популяций патогена не был выявлен ген ТохВ (Antoni et al., 2010); из 57 изолятов из Аргентины только один имел ген ToxB (Moreno et al, 2015).

Ген ToxA, напротив, часто встречался в изолятах, но с разной частотой в разных популяциях. Популяции Кр и ЮВКаз, условно обозначенные как «южные», на 100 % состояли из изолятов ToxA+, тогда как в «северных» и западносибирских (С-З, Ом, Чел, Ф, СКаз) их частота варьировала от 5.5 % до 66 % (табл. 1). В то же время, фито-патологический тест на вирулентность не совпал с генетическим: 14 % изолятов популяции ЮКаз и 61 % популяции Кр не индуцировали некроз на листьях Glenlea, т.е. были nec-, и, несмотря на присутствие гена ToxA, не имели продукта этого гена - некроз индуцирующего токсина Ptr ToxA (табл. 2).

Верхний гель: диагностика гена ToxA - диагностический продукт амплификации размером 573 п.н; №13, 15, 16 - аномальный размер гена ToxA более 2000 п.н.; Фин18

- позитивный контроль для гена ToxA . Средний гель: продукты амплификации гена «домашнего хозяйства» - хи-тинсинтазы (CHS). Нижний гель: диагностика гена ToxB

- диагностический продукт амплификации размером 275 п.н. только у изолята из греческой популяции (Гр12), взятого в качестве позитивного контроля. М - маркеры молекулярных весов 50 п.н.

Можно предположить, что изоляты ToxA+ nec- характеризуются нарушенной экспрессией гена ToxA. Факт сохранения в популяции патогена такого большого числа изолятов с неактивным геном может косвенно свидетельствовать о дополнительной функции гена ToxA, кроме детерминации синтеза токсина, увеличивающей конкурентноспособность изолятов. По мнению H. Benslimane (2018) присутствие в изолятах P. tritici-repentis гена ToxA, несмотря на отсутствие симптомов, вызываемых продуктом этого гена, можно объяснить существованием в геноме гриба новых еще неизвестных гомологов гена ToxA . В работе сообщается о наличии гена ToxA в изоляте, неспособном индуцировать некроз на Glenlea (Benslimane, 2018). В нашей работе мы обнаружили большое количество таких изолятов в «южных» популяциях патогена. Отсутствие продукта гена ToxA также можно объяснить мутацией,

Ml 2 3 4 5 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Фин18

ТохА 51F/R

9 10 11 12 13 14 15 16 17 1« 19 20 21 22 23 24 25 26 Фин18

CHS

М 1 2 3 4 5 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Гр12

ТохВ 71/60

Рисунок. Идентификация генов ToxA и ToxB в изолятах северо-казахстанской популяции P. tritici-repentis

локализованной в начале кодирующей последовательности, не входящей в область участка, амплифицируемого диагностичными для гена праймерами. Также это может быть результатом одной или более мутаций в промоторе гена, которые могут сильно влиять на экспрессию гена.

Противоположную ситуацию мы наблюдали в «северных» и западносибирских популяциях патогена: доля ToxA+ варьировала от 5.5 % до 66 % (табл. 1), но при этом доля nec+ изолятов была существенно выше доли ToxA+ изолятов - от 34 до 82 % (табл. 2). Этот факт свидетельствует о преобладании в «северных» и западносибирских популяциях изолятов, продуцирующих некроз-индуциру-ющие токсин(ы), отличные от Ptr ToxA. На материале 40 австралийских сортов пшеницы показано, что нет 100 % ассоциации между наличием гена ToxA и его продукта - некроз индуцирующего белкового токсина Ptr ToxA, в изоляте патогена и присутствием в сорте гена восприимчивости Tsnl (See et al., 2018). Авторы сделали вывод, что ToxA не является основным фактором, обуславливающим развитие болезни в некоторых генотипах сортов

пшеницы с геном Tsnl, и существуют иные дополнительные эффекторы.

Подобные факты описаны еще в нескольких работах (Moreno et al., 2015; Guo et al., 2018), и они доказывают, что патосистема P. tritici-repentis - пшеница не ограничена взаимодействиями трех некротрофных эффекторов (PtrToxA, PtrToxB, PtrToxC) и трех генов восприимчивости (Tsnl, Tscl, Tsc2), а, вероятно, включает иные добавочные эффекторы и гены восприимчивости или иные типы взаимоотношений паразита и хозяина.

Важно понять, является ли продукт гена ToxA фактором патогенности гриба на юге РФ? Если в краснодарской популяции 61 % изолятов отнесены к расе 4, несмотря на то, что они имеют ген ToxA, то нет доказательства, что остальные 39 % ToxA+ изолятов проявляют свойства патогенности именно за счет токсина Ptr ToxA. Разобраться в этом вопросе помогут будущие исследования экспрессии гена ToxA в изолятах патогена in vitro и in planta при заражении грибом восприимчивых сортов пшеницы.

Обсуждение

Экологические условия, в которых существует популяция фитопатогена, оказывают существенное влияние на механизмы патогенеза: изменяют роль основных факторов патогенности и конкурентоспособность изолятов с различными эффекторами. За период 2017-2018 гг наблюдается тенденция увеличения доли nec- изолятов P. tritici-repentis

с одновременным возрастанием доли ТохА+ изолятов до 100 % в «южных» популяциях по сравнению с «северными» и западносибирскими. Это означает, что часть изолятов ТохА+ пес-, которая, например, в краснодарской популяции 2017 года составила 61 %, несет ген эффектора с нарушенной экспрессией. Этот факт заслуживает

внимания и является предметом наших дальнейших исследований. В «северных» популяциях преобладают изо-ляты, продуцирующие некроз индуцирующие токсин(ы), отличные от Рй" ТохА. Сохранение в «южных» популяциях

изолятов ТохА+ пес- свидетельствует о существовании дополнительных функций гена ТохА, играющих роль в повышении конкурентоспособности изолятов гриба.

Благодарности. Выражаем благодарность Кохметовой А.М. (Институт биологии и биотехнологии растений, г. Алматы, Казахстан) и Кремневой О.Ю. (Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений,

г. Краснодар) за присланный инфекционный материал.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-04-00128а.

Библиографический

Гранин ЕФ, Монастырская ЭМ, Краева ГА, Кочубей КЮ (1989) Пиренофороз озимой пшеницы на Северном Кавказе. Защита растений 12. 21 Мироненко НВ, Баранова ОА, Коваленко НМ, Михайлова ЛА (2015) Частота гена ToxA в популяциях Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе и северо-западе России. Микология и фитопатология 49(5):325-329 Мироненко НВ, Баранова ОА, Коваленко НМ, Михайлова ЛА и др (2016) Генетическая структура популяций Pyrenophora tritici-repentis, существующих на территории России, по микросателлитным маркерам. Генетика 52(8):885-894. http://www.doi.org/10.7868/ S0016675816080099 Мироненко НВ, Баранова ОА, Коваленко НМ, Афанасен-ко ОС и др (2017) Селективное влияние сортов пшеницы с геном Tsnl на формирование популяции возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis. Вестник защиты растений 3(93):23-27 Мироненко НВ, Коваленко НМ (2018) Особенности взаимодействия генов Tsnl и ToxA в патосисте-ме Triticum aestivum - Pyrenophora tritici-repentis. Вестник защиты растений 2(96):12-16. http://doi. org/10.31993/2308-6459-2018-2(96)-12-16 Михайлова ЛА, Гультяева ЕИ, Кокорина НМ (2002) Лабораторные методы культивирования возбудителя желтой пятнистости пшеницы Pyrenophora tritici-repentis. Микология и фитопатология 36(1):63-67 Михайлова ЛА, Мироненко НВ, Коваленко НМ (2014) Популяции Pyrenophora tritici-repentis на северном кавказе и северо-западе России: расовый состав и динамика вирулентности. Микология и фитопатология 48(6):393-400

Михайлова ЛА, Коваленко НМ, Мироненко НВ, Россе-ева ЛП (2015) Популяции Pyrenophora tritici-repentis на территории России. Микология и фитопатология 49(4):257-261

Ali S, Gurung S, Adhikari TB (2010) Identification and characterization of novel isolates of Pyrenophora tritici-repentis from Arkansas. Plant Disease 94(2):229-235. https://www.doi.org/10.1094/PDIS-94-2-0229 Andrie RM, Pandelova I, Ciuffetti LM (2007) A combination of phenotypic and genotypic characterization strengthens Pyrenophora tritici-repentis race identification. Phytopathology 97(6):694-701. https://www.doi. org/10.1094/PHYT0-97-6-0694

список

Antoni EA, Rybak K, Tucker MP Hane JK et al (2010) Ubiquity of ToxA and absence of ToxB in Australian populations of

Pyrenophora tritici-repentis. Australasian Plant Pathol 39:63-68

Benslimane H (2018) Virulence phenotyping and molecular characterization of a new virulence type of Pyrenophora tritici-repentis the causal agent of tan spot. Plant Pathol 34(2):139-142. https://doi.org/10.5423/PPJ. NT.07.2017.0150 Ciuffetti LM, Tuuori RP, Gaventa JM (1997) A single gene encodes a selective toxin causal to the development of tan spot of wheat. The Plant Cell 9:135-144. http://www.doi. org/10.1105/tpc.9.2.135 Ciuffetti LM, Manning VA, Pandelova I, Betts MF (2010) Host-selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici- repentis -wheat interaction. New Phytologist 187(4):911-919. https:// www.doi.org/10.1111/j.1469-8137.1986.tb00629.x Faris JD, Abeysekara NS, McClean PE, Xu SS et al (2012) Tan spot susceptibility governed by the Tsn1 locus and race nonspecific resistance quantitative trait loci in a population derived from the wheat lines Salamouni and Katepwa. Mol Breed 30:1669-1678. http://www.doi. org/10.1007 %2Fs11032-012-9750-7 Friesen TL, Stukenbrock EH, Liu Z, Meinhardt S et al (2006) Emergence of a new disease as a result of interspecific virulence gene transfer. Nat Genet 38(8):953-956. https:// www.doi.org/10.1038/ng1839 Guo J, Shi G, Liu Z (2018) Characterizing virulence of the Pyrenophora tritici-repentis isolates lacking both ToxA and ToxB genes. Pathogens 7(3):74. http://www.doi.org/10.3390/ pathogens7030074 Lamari L, Gilbert J, Tekauz A (1998) Race differentiation in Pyrenophora tritici-repentis and survey of physiologic variation in western Canada. Can J Plant Pathol 20:396-400 Moreno MV, Stenglein S, Perello AE (2015) Distribution of races and Tox genes in Pyrenophora tritici-repentis isolates from wheat in Argentina. Trop Plant Pathol 40(2):141-146. http://www.doi.org/10.1007 %2Fs40858-015-0011-2 Murray HG, Thompson WF (1980) Rapid isolation of high molecular weight DNA. Nucleic Acids Research 8:4321-4325

See PT, Marathamuthu KA, Iagallo EM, Oliver RP et al (2018) Evaluating the importance of the tan spot ToxA-Tsnl interaction in Australian wheat varieties. Plant Pathol 67. 1066-1075. http://www.doi.org/10.1111/ppa.12835

Translation of Russian References

Granin EF, Monastyrskaya EM, Kraeva GA, Kochubey KYu

Mironenko NV, Baranova OA, Kovalenko NM, Mikhailova LA (2015) [Frequency of ToxA gene in North Caucasian and

Plant Protection News, 2019, 1(99), p. 24-29 OECD+WoS: 1.06+RQ

Northwestern Russian populations of Pyrenophora tritici-repentis]. Mikologiya i fitopatologiya 49

Mironenko NV, Baranova OA, Kovalenko NM, Mikhailova LA et al (2016) Genetic structure of the Russian populations of Pyrenophora tritici-repentis, determined with microsatellite markers. Rus J Genet 52(8):771-779. http://www.doi.org/10 .1134%2FS1022795416080093 Mironenko NV, Baranova OA, Kovalenko NM, Afanasenko OS et al (2017) Selective influence of wheat cultivars with Tsnl gene on the formation of tan spot causative agent Pyrenophora tritici-repentis population. Vestnik zashity rasteniy 3(93):23-27 (In Russian) Mironenko NV, Kovalenko NM (2018) [Peculiarities of interaction of Tsn1 ans ToxA genes in Triticum aestivum - Pyrenophora tritici-repentis pathosystem]. Vestnik zashity rasteniy 2(96):12-16 (In Russian) http://doi. org/10.31993/2308-6459-2018-2(96)-12-16

http://doi.org/10.31993/2308-6459-2019-1(99)-24-29

Full-text article

CHARACTERISTICS OF THE GEOGRAPHICALLY DISTANT POPULATIONS OF PYRENOPHORA TRITICI-REPENTIS IN TERMS OF VIRULENCE AND TOXA AND TOXB TOXIN-FORMING GENES N.V. Mironenko*, N.M. Kovalenko, O.A. Baranova

All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia

* corresponding author, e-mail: nina2601mir@mail.ru

A collection of 183 monoconidial isolates of the causal agent of wheat tan spot Pyrenophora tritici-repentis was created. It is represented by 7 populations of different geographical origins isolated in 2017 and 2018: two "southern" populations from Krasnodar and South Kazakhstan (Almaty), two "northern" populations - from Finland and the Northwest and West Siberian (Northern Kazakhstan, Chelyabinsk and Omsk) regions of Russian Federation. The composition of races in populations and the presence of the ToxA and ToxB genes in the pathogen isolates were determined by PCR. ToxB gene was not detected in the isolates tested. All southern population isolates possessed ToxA gene (ToxA+). However, the results of virulence assays and genetic tests did not coincide: 14 % of the isolates from the South Kazakhstan population and 61 % of the Krasnodar population did not induce necrosis on the leaves of Glenlea, i.e. they were nec", and did not possess the necrosis inducing toxin Ptr ToxA and other necrosis toxins. The opposite situation was observed in the "northern" and Western Siberian populations of the pathogen with the ToxA+ fraction varying from 5.5 %% to 66 % but the quote of nec+ isolates was significantly higher than that of ToxA+ isolates. This finding indicates the dominance of isolates producing necrosis-inducing toxin(s) other than Ptr ToxA in these populations. Our work shows that the P. tritici-repentis-wheat pathosystem is not restricted to the interactions of three necrotrophic effectors (ToxA, ToxC, ToxB) and three susceptibility genes (Tsn1, Tsc1, Tsc2) and probably involves other additional effectors and susceptibility genes or other types of parasite-host relationships. Additionaly, the isolates with impaired ToxA gene expression prevail in the southern populations of the pathogen. The maintenance of ToxA+ nec- isolates in the southern populations indicates the existence of additional functions of the ToxA gene, important for the competitiveness of the fungal isolates.

Key words: Pyrenophora tritici-repentis, population, necrorotropic effector, ToxA, ToxB, necrosis, wheat

Received: 05.02.2019

Accepted: 27.02.2019