В дискуссии о происхождении фитофтороза картофеля исследователи из Университета штата Северная Каролина ставят точку, однозначно указывая на южноамериканские Анды как на место происхождения знаменитого патогена пасленовых Phtytophthora infestans.
Phytophthora infestans - фитопатогенный оомицет, поражающий картофель, томаты и их близких родственников из семейства пасленовых.
Патоген вызвал ирландский картофельный голод в 1845–1852 годах и является предметом обширных исследований с момента зарождения области фитопатологии. Историческое значение этого патогена продолжает привлекать внимание ученых и по сей день. Выдвигались различные гипотезы о происхождении патогена, включая мексиканское происхождение, андское происхождение и теорию гибридного происхождения. Были проведены исследования для выяснения как происхождения, так и путей миграции патогена в США и Европу.
Phytophthora infestans является представителем рода, охватывающего более 200 видов.
Традиционно этот род делится на клады, при этом P . infestans попадает в кладу 1c, который включает шесть дополнительных видов: P . phaseoli, патоген, поражающий фасоль лимскую; P . mirabilis, патоген перуанского мирабилиса, цветка «ночная красавица»; P . ipomoeae, патоген мексиканских видов ипомеи; P . betacei, недавно описанный патоген древовидных томатов тамарилло в Колумбии; P . andina, гибрид между P . infestans и пока еще не идентифицированной линией в кладе 1c; и совсем недавно описанный P . urerae, патоген, который заражает тропическую крапиву Urera laciniata в перуанских Андах. Некоторые , но не все из этих близкородственных видов клады 1c, были включены в предыдущие исследования эволюции и происхождения
В широкомасштабном исследовании генетического материала, обнаруженного в P. infestans и других членах вида Phytophthora, исследователи из Университета штата Северная Каролина представили больше доказательств того, что P. infestans распространился из Южной Америки в Северную Америку, прежде чем посеять хаос в Ирландии в 1840-х годах. Патоген до сих пор вызывает фитофтороз на растениях картофеля и томатов по всему миру.
Большая часть данных исследования сравнивает целые геномы P. infestans с геномами близких патогенов — Phytophthora andina и Phytophthora betacei, которые встречаются только в Южной Америке. Результаты показывают, что эти три вида очень похожи.
«Это одно из крупнейших исследований полного генома не только P. infestans, но и родственных линий. Секвенируя эти геномы и учитывая эволюционные связи и закономерности миграции, мы показываем, что весь регион Анд является горячей точкой видообразования, или местом, где вид разделяется на два или более отдельных видов», - сказала Джин Ристайно, заслуженный профессор фитопатологии имени Уильяма Нила Рейнольдса в Университете штата Северная Каролина и соавтор статьи в журнале PLOS One , в которой описывается исследование.
В последние десятилетия ученые разделились в своих теориях о месте происхождения P. infestans, некоторые выдвигают гипотезу о мексиканском, а не южноамериканском происхождении. Тем не менее, в статье показаны явные различия между P. infestans и двумя мексиканскими видами патогенов, P. mirabilis и P. ipomoea.
«Большая часть исследований по изучению устойчивости к этому заболеванию была сосредоточена на диком виде картофеля в Мексике - Solanum demissum, который использовался для выведения устойчивых линий картофеля, использовавшихся в течение последних 100 лет. Это подчеркивает важность изучения центра происхождения, где хозяин и патоген развивались вместе на протяжении тысяч лет. Изменение климата приводит к засухе в высокогорных районах Анд, поэтому мы можем потерять часть этого картофеля, прежде чем узнаем, может ли он обеспечить устойчивость к фитофторозу», - пояснила Ристайно и добавилв, что необходимы дополнительные исследования для изучения диких видов картофеля из Анд, чтобы узнать больше об устойчивости хозяина к P. infestans.
«Наши данные показывают, что миграций патогена в Южную Америку и из нее было больше, а миграции в Мексику и из Мексики сравнительно невелики. Мы обнаружили, что был поток генов из Анд в Мексику, а также в обратном направлении, поскольку в Мексике действует крупная программа по разведению картофеля, и в более позднее время картофель попал в Андский регион. Но в исторические времена все было наоборот», - говорит Эллисон Кумбер, бывший аспирант-исследователь Университета Северной Каролины и ведущий автор статьи.
«Исторические P. infestans - образцы, собранные в 1845–1889 годах - были первыми, которые отделились от всех других популяций P. infestans, при этом современные южноамериканские и мексиканские популяции демонстрируют общее происхождение от исторического P. infestans. Современная мировая торговля, по-видимому, способствует смешению популяций патогенов в Южной Америке и Мексике», - сказала Ристайно.
Исследователь подчеркнула, что прогресс в исследовании Phytophthora привел к появлению новых методологий для исследования происхождения Phytophthora infestans.
«Полногеномное секвенирование было выполнено нашей лабораторией и другими на близкородственных видах клады 1c, а также на массиве изолятов P . infestans. Открытие Phytophthora urerae, недавно описанного члена клады 1c, обнаруженного в Южной Америке, расширило круг видов для филогеномного анализа. Мы применили пангеномный подход для изучения генетического разнообразия видов клады Phytophthora 1c, объединив геномы нескольких особей. Наш набор данных включает в себя полный набор генов всех видов в пределах клады 1c. Включение близких родственников P . infestans из Мексики и Южной Америки, а также субпопуляций P . infestans из современных и исторических линий по всему миру при анализе на уровне всего генома, обладает потенциалом для получения важных данных для определения центра происхождения всей клады и самого P. infestans», - рассказала Ристайно.
«Наши данные задокументировали андское происхождение всей клады 1c Phytophthora и историческую линию, которая вызвала ирландский голод. Мы знаем из гаплотипирования гербарных образцов , инфицированных P. infestans, что так называемая «линия ирландского голода» присутствовала в Колумбии в 1913 году. Исторические P. infestans, образцы, собранные в 1845–1889 годах, были первыми, кто отделился от всех других популяций P. infestans, при этом современные южноамериканские и мексиканские популяции демонстрируют общее происхождение, полученное от исторического P. infestans. Основываясь на времени расхождения P. infestans от его ближайших родственников, P. andina и P. betacei, в Андском регионе , мы считаем Анды центром происхождения P. infestans, при этом современная глобализация способствует смешению между популяциями P. infestans сегодня как из мексиканского, так и из Андского регионов», - заключила Ристайно.
Соавторами статьи также стали Аманда С. Сэвилл, научный и лабораторный специалист в лаборатории Ристаино, и Игнацио Карбоне, профессор фитопатологии в Университете штата Северная Каролина, а также Майкл Мартин и Ванесса Бикер из Норвежского университета науки и технологий.
По релизу North Carolina State University.
На фото - растение картофеля в Ирландии, пораженное фитофторозом.
Автор фото: Джин Ристайно, Университет штата Северная Каролина.