Биологические особенности Fusarium verticillioides и оптимизация методов оценки устойчивости перца сладкого к фузариозному увяданию

Актуальность. Повышение эффективности селекционного процесса перца на устойчивость к фузариозному увяданию, вызываемому Fusarium verticillioides , требует изучения биологических особенностей патогена и условий реализации патогенеза согласно концепции классического эпифитотического треугольника. Учет этих взаимосвязей важен для разработки воспроизводимых и информативных методов оценки селекционного материала. Цель. Изучить влияние температурного режима и состава питательных сред на вегетативный рост F. verticillioides , а также оптимизировать ключевые элементы протокола искусственной инокуляции для ускоренной оценки устойчивости селекционных линий перца. Материалы и методы. В работе исследовали три изолята F. verticillioides с контрастной агрессивностью. Оценку скорости радиального роста проводили in vitro на средах PDA, ОА, Czapek и SNA в диапазоне температур 10–40 °С. Патогенность тестировали in vivo на сеянцах пяти линий перца при 25, 28 и 30 °С. Дополнительно сравнивали два метода инокуляции: с механическим перемешиванием (орбитальный шейкер, 100 об/мин) и в статических условиях. Результаты. Внутри популяции F. verticillioides выделены контрастные по патогенности классы: высокоагрессивные (ВА, 46%), умеренно агрессивные (УА, 27%) и слабоагрессивные (СА, 27%). Установлена прямая корреляция между скоростью радиального роста (VR) и агрессивностью: ВА-изоляты росли в 1,7–1,9 раза быстрее СА (VR 13,0 против 7,6 мм/сут). Температурный оптимум роста высокоагрессивного изолята in vitro (VR 12,8 мм/сут) и патогенеза in vivo (I=3,4 балла) совпал и составил 28 °С. Однако при 30 °С, несмотря на сохранение высокого роста in vitro (VR 10,3–11,8 мм/сут), патогенез in vivo достоверно снизился до 1,9 балла. Двухфакторный ANOVA показал, что на 7-е сутки метод инокуляции (с шейкером) определял 31,6% дисперсии, а к 14-м суткам доминировал генотип (40,6%). Применение орбитального шейкера позволило ускорить патогенез и проявление симптомов, сократив срок достоверной оценки с 14 до 7 суток, что обеспечило возможность ускоренного скрининга. Заключение. Интеграция знаний о биологических особенностях патогена в методику эксперимента позволила усовершенствовать элементы протокола искусственного заражения. Использование данных элементов позволило существенно сократить сроки скрининга и повысить надежность оценки устойчивости перца к фузариозному увяданию, что важно для ускорения селекционного процесса. 

1. Engalycheva I.A., Kozar E.G., Frolova S.L., Vetrova S.A., Tikhonova T.O., Dzhos E.A., Engalychev M.R., Chizhik V.K., Martynov V.V., et al. Fusarium Species Causing Pepper Wilt in Russia: Molecular Identification and Pathogenicity. Microorganisms. 2024;(12):343. https://doi.org/10.3390/microorganisms12020343

2. Aoki T., O’Donnell K., Geiser D.M. Systematics of key phytopathogenic Fusarium species: current status and future challenges. J Gen Plant Pathol. 2014;(80):189-201. https://doi.org/10.1007/s10327-014-0509-3

3. Ma L.J., Geiser D.M., Proctor R.H., et al. Fusarium pathogenomics . Annual review of microbiology. 2013;(67):399-416. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-092412-155650

4. O’Donnell K., Ward T.J., Robert V.A.R.G. et al. DNA sequencebased identification of Fusarium : Current status and future directions. Phytoparasitica. 2015;(43):583-595. https://doi.org/10.1007/s12600-015-0484-z

5. Du M., Ren X., Sun Q., Wang Y., Zhang R. Characterization of Fusarium spp. causing potato dry rot in China and susceptibility evaluation of Chinese potato germplasm to the pathogen. Potato Res. 2012;(55):175-184. https://doi.org/10.1007/s11540-012-9217-6

6. Gagkaeva Т.G., Gavrilova О.G., Оrina А.О. First detection of Fusarium globosum in small grain cereals on Ural and Siberian territory. Plant Protection News. 2019;(1):10-18. (In Russ.) https://doi.org/10.31993/2308-6459-2019-1(99)-10-18 https://elibrary.ru/pcrbvh

7. McDonald B.A., Linde C. Pathogen Population Genetics, Evolutionary Potential, and Durable Resistance. Annu. Rev. Phytopathol. 2002;(40):349-379. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.40.120501.101443

8. O’Donnell K., Rooney A.P., Proctor R.H., Brown D.W., McCormick S.P., Ward T.J., Frandsen R.J.N., Lysøe E., Rehner S.A., Aoki T., Robert V.A.R.G., Crous P.W., Groenewald J.Z., Kang S., Geiser D.M. Phylogenetic analyses of RPB1 and RPB2 support a middle Cretaceous origin for a clade comprising all agriculturally and medically important fusaria. F ungal Genetics and Biology. 2013;(52):20-31. https://doi.org/10.1016/j.fgb.2012.12.004.

9. Wang M.M., Chen Q., Diao Y.Z., Duan W.J., Cai L. Fusarium incarnatum-equiseti complex from China. Persoonia-Molecular Phylogeny and Evolution of Fungi. 2019;(43): 70-89. https://doi.org/10.3767/persoonia.2019.43.03

10. Summerell B.A., Leslie J.F. Fifty Years of Fusarium : How Could Nine Species Have Ever Been Enough? Fungal Divers. 2011;(50):135144. https://doi.org/10.1007/s13225-011-0132-y

11. Gawel N., Jarret R. A Modified CTAB DNA Extraction Procedure for Musa and Ipomoea. Plant molecular biology reporter. 1991;(9):262266. https://doi.org/10.1007/BF02672076

12. Kumar S., Stecher G., Suleski M., Sanderford M., Sharma S., Tamura K. MEGA12: Molecular Evolutionary Genetic Analysis Version 12 for Adaptive and Green Computing. Mol Biol Evol. 2024;(41):263. https://doi.org/10.1093/molbev/msae263

13. Shashko Yu.K. Mycelium growth rate of fusarium fungi as an indicator of phytopathogen aggressiveness. Vestnik of Mari State University. Chapter: AGriculture. economics. 2020;6(1):66-74. (In Russ.) https://doi.org/10.30914/2411-9687-2020-6-1-66-73 https://elibrary.ru/hhvurb

14. Clarke S.M., Mur L.A.J., Wood J.L., Scott I.M. Salicylic acid dependent signaling promotes basal thermotolerance but is not essential for acquired thermotolerance in Arabidopsis thaliana. Plant Physiology and Biochemistry. 2004;42(10):949-955. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2004.02054.x

15. Larkindale J., Halliday J.J., Halliday K.J., Huang B. Salicylic acid is a major modulator of cross-tolerance. The Plant Journal. 2005;43(2):175-186. https://doi.org/10.1016/J.PLAPHY.2016.04.023

16. Szczechura W., Staniaszek M., Habdas H. Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici the cause of Fusarium crown and root rot in tomato cultivation. J. of Plant Protection Research. 2013;53(2):172-176. https://doi.org/10.2478/jppr-2013-0026

17. Lupashku G.A., Mihnea N.I., Gavzer S.I. Influence of the combined action of Fusarium spp. fungi and temperature on some tomatoes growth traits. Vegetable crops of Russia. 2020;(5):97-102. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2020-5-97-102 https://elibrary.ru/joguqi

18. Marin S., Homedes V., Sanchis V., Ramos A.J., Magan N. Impact of Fusarium moniliforme and F. proliferatum colonisation of maize on calorific losses and fumonisin production under different environmental conditions. J. Stored Prod. Res. 1999;35(1):15-26. https://doi.org/10.1016/S0022-474X(98)00026-5

19. Marin S., Magan N., Serra J., Ramos A.J., Canela R., Sanchis V. Fumonisin B1 production and growth of Fusarium moniliforme and Fusarium proliferatum on maize, wheat, and barley grain. J. Food Sci. 1999;(64):921-924. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1999.tb15941.x

20. Samapundo S., Devliehgere F., De Meulenaer B., Debevere J. Effect of Water Activity and Temperature on Growth and the Relationship between Fumonisin Production and the Radial Growth of Fusarium verticillioides and Fusarium proliferatum on Corn. Journal of Food Protection. 2005;68(5):1054-1059. https://doi.org/10.4315/0362-028X-68.5.1054

21. Alberts J.F., Gelderblom W.C.A., Thiel P.G., Marasas W.F.O., Van Schalkwyk D.J., Vehrend Y. Effects of temperature and incubation period on the production of fumonisin B1 by Fusarium moniliforme. Appl. Environ. Microbiol. 1990;56(6):1729-1733. https://doi.org/10.1128/AEM.56.6.1729-1733.1990

22. Le Bars J., Le Bars P., Dupuy J., Boudra H., Casini R. Biotic and abiotic factors in fumonisin B1 production and stability. J. AOAC Int. 1994;77:517-521. https://doi.org/10.1093/jaoac/77.2.517