Home About Browse Search
Svenska


The biology and ecology of Phytophthora infestans

the role of cell wall proteins in development, pathogenicity and potato defence activation

Brus-Szkalej, Maja (2019). The biology and ecology of Phytophthora infestans. Diss. (sammanfattning/summary) Alnarp : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2019:81
ISBN 978-91-7760-480-8
eISBN 978-91-7760-481-5
[Doctoral thesis]

[img] PDF
1MB

Abstract

Phytophthora infestans was one of the first eukaryotic microbes to be implicated as the causal agent of a plant disease. Despite a relentless research effort over the last 150 years, it remains one of the most economically important phytopathogens today. Late blight disease is the most devastating disease of potato and remains a global research focus. Contrary to its initial classification, P. infestans is not a fungus, but an oomycete, part of an entirely separate Kingdom of life and thus, broad spectrum fungicides are usually ineffective. Nonetheless, frequent spraying with synthetic pesticides remains the only efficient means of late blight control. The success of the pathogen stems from its remarkable adaptive ability and the high plasticity of the genome. P. infestans can overcome plant resistance, including resistance introduced through breeding, by rapid evolution of its effectors – molecules secreted to promote infection that can also be recognised by the plant immune system. Thus, non-chemical methods of control are not usually durable. Next-generation pesticides that retain current levels of crop protection whilst lowering their negative impact on the environment are needed. Therefore, the focus of our research was the biology and ecology of the pathogen and our aim was to identify new possible targets for future disease control measures. The cell wall is an essential component of microbial cells and unique components of the P. infestans cell wall are attractive targets for next generation pesticides. We identified two families of cell wall proteins necessary for growth, development and pathogenicity of P. infestans. Moreover, we analysed various commercially available chemicals for their effectiveness as P. infestans cell wall and growth inhibitors. The identification of a putative new P. infestans overwintering strategy in the rhizosphere of wild potatoes generated new hypotheses for the application of chemical fungicides in the future. Finally, in an attempt to increase late blight resistance in potato we expressed a P. infestans cell wall elicitor peptide in planta. This strategy was effective and resistance was increased under controlled conditions, but it was not durable in the field environment, indicating that caution needs to be taken when analysing transgenic plants and highlighting the importance of field trials. Overall, we have shown that several new targets in the oomycete cell wall could be promising leads for the development of nextgeneration pesticides and thus our data make a valuable addition to the understanding of the biology of P. infestans and the control of late blight disease.

Authors/Creators:Brus-Szkalej, Maja
Title:The biology and ecology of Phytophthora infestans
Subtitle:the role of cell wall proteins in development, pathogenicity and potato defence activation
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Phytophtora infestans är en av de första eukaryota mikroberna som kunde kopplas direkt till en växtsjukdom. Trots en intensiv forskningsinsats under de senaste 150 åren utgör den än idag en av de ekonomiskt viktigaste växtpatogenerna. Bland dessa finns potatisbladmögel som utgör den i synnerhet mest förödande potatissjukdomen med ett stort internationellt forskningsfokus. I motsats till sin ursprungliga klassifikation är P. infestans inte en svamp utan en oomycete, alltså tillhörande ett helt annat rike. Detta medför att bredspektrumsfungicider sällan når erforderlig verkan. Trots detta utgör regelbunden applicering av syntetiska pesticider det enda effektiva motmedlet mot potatisbladmögel. Patogenens framgång kommer till stor del från dess anmärkningsvärt höga anpassningsförmåga och genetiska plasticitet. P. infestans kan snabbt övervinna växtresistans, även sådan som åstadkommits genom resistensförädling, genom sin förmåga att hastigt anpassa sina effektorer. Effektorer är molekyler som utsöndras för att underlätta patogenens infektion men som även kan detekteras av växtens immunförsvar. Detta medför att icke-kemiska bekämpningsmetoder sällan är beständiga. Nästa generation av pesticider måste därför både erbjuda en hög nivå av grödoskydd samtidigt som den miljömässiga påverkan måste minska. Vårt forskningsfokus har därför varit att studera patogenens biologi och ekologi med syfte att identifiera potentiella måltavlor för framtida bekämpningsmetoder. Cellväggen utgör en essentiell del av mikrobiella celler och om en unik komponent hos P. infestans cellvägg kunde identifieras skulle den utgöra en attraktiv måltavla för nya pesticider. Vi har identifierat två cellväggsproteinfamiljer som är nödvändiga för tillväxt, utveckling och patogenicitet hos P. infestans. Dessutom analyserade vi olika kommersiellt tillgängliga kemikalier för deras effektivitet som cellväggs- och tillväxtinhiberare hos P. infestans. En hittills okänd förmodad övervintringsmekanism för P. infestans identifierades i rhizosfären från vild potatis viket ledde fram till nya hypoteser kring framtida appliceringen av kemiska fungicider. Slutligen, i ett försök att öka motståndskraften mot potatisbladmögel, uttrycktes en cellväggspecifik elicitor peptid från P. infestans i potatis. Denna strategi var effektiv och höjde potatisens motståndskraft när den odlades i en kontrollerad miljö men effekten var inte stabil under fältförsök. Detta indikerar att försiktighet måste iakttagas när resultat från transgena växter analyseras och lyfter fram vikten av fältförsök. Sammanlagt har vi visat att flertalet nya komponenter i oomyceternas cellväggar kan utgöra lovande måltavlor vid utvecklingen av nästa generation av pesticider. Vår data utgör därför ett värdefullt tillskott till vår förståelse av P. infestans biologi och bekämpningen av potatisbladmögel.

Year of publishing :2019
Number:2019:81
Number of Pages:58
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IResjö, S.*, Brus, M., Ali, A., Meijer, H. J. G., Sandin, M., Govers, F., Levander, F., Grenville-Briggs, L. & Andreasson, E (2017). Proteomic Analysis of Phytophthora infestans Reveals the Importance of Cell Wall Proteins in Pathogenicity. Molecular & Cellular Proteomics, 16, pp. 1958- 1971.
IIBrus-Szkalej, M.*, Andersen, C. B., Mostafanezhad, H., Vetukuri, R. R., & Grenville-Briggs, L. J. A family of cell wall transglutaminases is essential for appressorium development and pathogenicity in Phytophthora infestans. (manuscript)
IIIBrus-Szkalej, M., Ibrahim Moushib, L., Lenman, M., Alexandersson, E., Hedley, P., Million, C., Andersson, M., Grenville-Briggs, L. J.* and Andreasson, E. Transgenic expression of the Phytophthora infestans elicitor peptide Pep13 induces potato defence responses and delays disease development under field conditions. (submitted)
IVBrus-Szkalej, M.*, Resjö, S., Vetukuri, R. R. & Grenville-Briggs, L. J. The role of cell wall polysaccharides in Phytophthora infestans development and as potential targets for anti-oomycete drugs. (manuscript)
VVetukuri, R.R.*, Masini, L., McDougal, R., de Zinger, L., Brus,-Szkalej M, Williams, N., Lankinen, Å., & Grenville-Briggs, L. J. The presence of Phytophthora infestans in the rhizosphere of a wild Solanum species may contribute to off-season survival and pathogenicity. (submitted)
Place of Publication:Alnarp
Publisher:Institutionen för växtskyddsbiologi, Sveriges lantbruksuniversitet
ISBN for printed version:978-91-7760-480-8
ISBN for electronic version:978-91-7760-481-5
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:H Protection of plants and stored products > H20 Plant diseases
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Agricultural Science
(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Cell Biology
Keywords:Phytophthora infestans, late blight, control strategy, pesticides, oomycete, cell wall
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-p-102634
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-p-102634
ID Code:16444
Faculty:LTV - Fakulteten för landskapsarkitektur, trädgårds- och växtproduktionsvetenskap
Department:(LTJ, LTV) > Department of Plant Protection Biology
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:19 Nov 2019 11:01
Metadata Last Modified:04 Dec 2019 10:14

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits