Ein historisches Kartoffelexemplar, das David Moore im National Botanic Garden in Glasnevin, Irland, gesammelt hat und das die Spätfäule zeigt. Bildnachweis: Jean Ristaino, NC State University.
Durch die Untersuchung des genetischen Materials, das in historischen Kartoffelblättern gefunden wurde, enthüllen Forscher der North Carolina State University weitere Informationen über die wechselseitigen evolutionären Veränderungen, die sowohl in Kartoffelpflanzen als auch auf dem Land auftreten, sowie über den Krankheitserreger, der in den 1840er Jahren die irische Kartoffelhungerkatastrophe verursachte.
Die Studie verwendete einen gezielten Anreicherungssequenzierungsansatz, um in einer einzigartigen Analyse gleichzeitig die Resistenzgene der Pflanze und die Effektorgene des Krankheitserregers (Gene, die bei der Infektion von Wirten helfen) zu untersuchen.
„Wir verwenden kleine Stücke historischer Blätter, die den Krankheitserreger und andere Bakterien enthalten; Die DNA ist stärker fragmentiert als eine normale Gewebeprobe“, sagte Allison Coomber, eine ehemalige Forscherin im US-Bundesstaat North Carolina und Hauptautorin der Studie.
„Wir verwenden kleine Stücke von 80 Basenpaaren wie einen Magneten, um ähnliche Stücke aus dieser DNA-Suppe zu extrahieren. Diese Magnete werden verwendet, um Wirtsresistenzgene und Krankheitserreger-Effektorgene zu finden. »
„Dies ist eine Premiere für die gleichzeitige Untersuchung von Veränderungen bei Kartoffeln und Krankheitserregern; „Normalerweise interessieren sich Forscher für das eine oder andere“, sagt Jean Ristaino, William Neal Reynolds Distinguished Professor für Pflanzenpathologie an der North Carolina State University und korrespondierender Autor eines Artikels in Naturkommunikation welches die Studie beschreibt.
„Die hier angewandte Strategie der doppelten Anreicherung ermöglichte es uns, gezielte Regionen des Genoms auf beiden Seiten der Wirt-Pathogen-Beziehung zu erfassen, selbst wenn Wirt und Pathogen in ungleichen Mengen vorhanden waren. Wir hätten diese Arbeit vor 15 Jahren nicht durchführen können, weil die Genome nicht sequenziert wurden. »
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass der Erreger Phytophthora infestans die Resistenz gegen Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln sehr wirksam bekämpft. Die Studie zeigt beispielsweise, dass der FAM-1-Stamm des Krankheitserregers die durch das R1-Resistenzgen der Pflanze verliehene Resistenz überwinden konnte, noch bevor Pflanzenzüchter ihn in Kartoffeln verwendeten.
„Der Erreger hätte diesem R1-Resistenzgen widerstehen können, selbst wenn er Jahre zuvor eingesetzt worden wäre, wahrscheinlich weil er in freier Wildbahn einer Kartoffel ausgesetzt war, die dieses Resistenzgen trug“, sagte Coomber.
Die Studie zeigt auch, dass viele der Effektorgene des Erregers stabil blieben, obwohl verschiedene Mutationen auftraten, um seine Infektionsfähigkeit zu erhöhen, als Pflanzenzüchter versuchten, Resistenzen zu erzeugen, insbesondere nach 1937, als in den Vereinigten Staaten und anderen Teilen Züchtungsprogramme für eine strukturiertere Kartoffelproduktion begannen des Globus.
Die Studie zeigt auch, dass der Erreger zwischen 1845 und 1954, dem Zeitraum, in dem die Studienpflanzenproben gesammelt wurden, einen Chromosomensatz hinzugefügt hat.
„Wir zeigen in dieser Arbeit, dass sich einige Gene des Erregers nach 100 Jahren menschlicher Intervention nicht wesentlich verändert haben“, sagte Coomber. „Sie sind sehr stabil, vielleicht weil sie nicht ausgewählt wurden oder weil sie für den Erreger wirklich wichtig sind. Ein Angriff auf diese Gene würde es dem Erreger sehr schwer machen, eine Gegenreaktion auszulösen. »
„Es ist schwierig, eine effektive Pflanzenzüchtung durchzuführen, wenn wir nicht genug über den Erreger wissen. Da wir nun wissen, welche Effektoren sich im Laufe der Zeit verändert haben, können Züchter möglicherweise stabilere Resistenzgene verwenden oder mehrere Resistenzgene aus verschiedenen Wildwirten zusammenfassen“, sagte Ristaino.
„Hier sehe ich die Zukunft dieser Art von Studie: Sie auf langsame Veränderungen der Virulenz von Krankheitserregern oder anderer Merkmale wie Fungizidresistenz anzuwenden. »
Mehr Informationen:
Entwicklung von Phytophthora infestans auf seinem Wirt, der Kartoffel, seit der großen irischen Hungersnot, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50749-4
Zur Verfügung gestellt von der North Carolina State University
Zitat: Studie analysiert „Wettrüsten“ zwischen Kartoffelpathogenen und Kartoffelkrankheiten nach der Hungersnot in Irland (2024, 5. August), abgerufen am 5. August 2024 von https://phys.org/news/2024-08-potato-pathogen-arms-irish- hungersnot.html
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