Formation of canker lesions on stems and black scurf on tubers in experimentally inoculated potato plants by isolates of AG2-1, AG3 and AG5 of Rhizoctonia solani: a pilot study and literature review

Development of black scurf on potato tubers (cv. Nicola) was compared in plants inoculated with isolates of Rhizoctonia solani of three anastomosis groups (AG2-1, AG3 and AG5) which occur in potato crops in Finland. All isolates induced stem canker lesions but only isolates of AG3 formed efficiently black scurf on progeny tubers. Among the AG2-1 and AG5 isolates tested, only one AG2-1 isolate formed a few sclerotia on 13.5 % of the progeny tubers in one experiment. The data indicate that isolates of AG3 differ from those of AG2-1 and AG5 in having a higher ability to form sclerotia on tubers. Therefore, while AG2-1 and AG5 isolates have a broader host range, AG3 is more efficient in producing black scurf, which provides this anastomosis group with more efficient means of dissemination on seed potatoes. These differences probably explain the predominance of AG3 (98.9 % of isolates) in potato crops in Finland and other northern potato production areas

Seittisienen tartunta aktivoi systeemisen puolustusvasteen perunan iduissa

Perunaseitti on yksi tärkeimmistä taudeista, joka vähentää perunan satoa ja sadon laatua. Seittisieni(Rhizoctonia solani) säilyy siemenperunan pinnalla seittirupena ja maassa rihmastopahkoina, joistatartunta saa alkunsa. Taudin ensimmäinen vaihe ilmenee perunan idunkärkien kuolemisena, itujenhaaroittumisena ja taimettumisen myöhästymisenä. Taimettuneiden varsien maanalaisiin osiin jää taudinnäkyväksi merkiksi versolaikkuja. Miksi osa iduista pystyy kuitenkin tartunnasta huolimatta taimettumaan,on epäselvää. Tämän ilmiön tarkempi ymmärtäminen voisi edesauttaa perunaseitin haittavaikutustenlievittämistä kasvukauden alussa.Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, aiheuttaako seittisienen tartunta puolustusreaktioitaperunan iduissa. Mukulat idätettiin pimeässä olosuhteiltaan kontrolloidussa kasvatuskaapissa, jossalämpötila vastasi taimettumisen kannalta suotuisia peltooloja.Olosuhteet suosivat myös seittisienenaiheuttaman versolaikun syntymistä. Koejärjestelyssä perunan idun alaosa tartutettiin seittisienellä. Idunyläosa eristettiin alaosasta muovikauluksella, jonka tarkoitus oli estää sienirihman kasvaminen erittäininfektioalttiiseen idun kärkeen. Perunan geenien ilmentymistä idun kärkiosassa tutkittiinmikrosiruanalyysillä 48 ja 120 tuntia alaosan tartutuksen jälkeen. Analyysissä voitiin havainnoidasamanaikaisesti n. 10,000 geenin ilmentymistä (noin kolmannes perunan kaikista geeneistä).Tulokset osoittivat, että suuri määrä kasvien taudinkestävyyteen liittyviä geenejä aktivoitui itujenkärjissä, kun idun tyviosa tartutettiin seittisienellä. Nämä systeemiset puolustusvasteet olivat selvästisienen aiheuttamia, sillä iduissa, joita ei tartutettu, samanlaista puolustuksen aktivoitumista ei tapahtunut.Rinnakkaisissa kokeissa tartutettiin idun kärkeä seittisienellä sen jälkeen, kun tyviosa oli tartutettu. Näissäiduissa kärjen havaittiin olevan huomattavasti kestävämpi seittitartunnalle kuin iduissa, joiden tyviosaa eiollut ensin tartutettu seittisienellä. Kokeiden tulokset osoittivat, että perunan luontaiset puolustusreaktiotkäynnistyvät seittisieni-infektionaikana, mikä selittänee, miksi osa iduista selviytyy seittitartunnasta japystyy taimettumaan. Näiden reaktioiden hyödynnettävyyttä seitintorjunnassa ei ole aiemmin tutkittu

Formation of canker lesions on stems and black scurf on tubers in experimentally inoculated potato plants by isolates of AG2-1, AG3 and AG5 of Rhizoctonia solani: a pilot study and literature review

Perunaseittiä, versolaikkua ja seittirupea aiheuttava Rhizoctonia solani-sieni (seittisieni) on haitallisimpia perunan taudinaiheuttajia. Sen merkitys mukuloiden epämuotoisuuden ja lukuisten erilaisten pintavikojen aiheuttajana, kasvin mukuloiden kokojakauman hajonnan lisääjänä sekä kauppakuntoisen sadon vähentäjänä jäänyt vähälle huomiolle. Näitä kysymyksiä sekä perunaseitin torjuntaa on tutkittu tarkemmin Suomessa vasta äskettäin. Tulosten perusteella laadittiin seitintorjuntaohjeet koko perunasektorin yhteisenä ponnistuksena. Myös seittisienen geneettistä monimuotoisuutta tutkittiin ensimmäistä kertaa Suomessa. Tulokset paljastivat, että 98.9 % seittisienen isolaateista kuului geneettisesti määriteltyyn anastomoosiryhmään AG3, joka on perunaan erikoistunut. Tämän tutkimuksen päätarkoituksena oli verrata perunasta eristettyjen AG3-ryhmän isolaattien ja peru- Control. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands. p. 207-215. Spencer, D. & Fox, R.A. 1979. The development of Rhizoctonia solani Kühn on the underground parts of the potato plant. Potato Research 22: 29-39. Truter, M. & Wehner, F.C. 2004. Anastomosis grouping of Rhizoctonia solani associated with black scurf and stem canker of potato in South Africa. Plant Disease 88: 83. Tsror (Lahkim), L. & Peretz-Alon, I. 2005. The influence of the inoculum source of Rhizoctonia solani on development of black scurf on potato. Journal of Phytopathology 153: 240-244. Valkonen, J.P.T., Heiroth, W. van, & Savela, M.-L. 1993. Fungi and Gram-negative bacteria as soilborne minor pathogens of the legume goat s rue (Galega orientalis Lam.). Annals of Applied Biology 123: 257-269. van Emden, J.H. 1965. Rhizoctonia solani; results of recent experiments. European Potato Journal 8: 188-189. van Emden, J.H., Labruyère, R.E. & Tichelaar, G.M. 1966. On the control of Rhizoctonia solani in seed potato cultivation in the Netherlands. Verslagen van Landbouwkundige Onderzoekingen no. 685. Centrum voor landbouwpublikaties en landbouwdocumentatie Wageningen. PUDOC, Wageningen, The Netherlands. 41 p. Weinhold, A.R., Bowman, T. & Hall, D.H. 1982. Rhizoctonia disease of potato: Effect on yield and control by seed tuber treatment. Plant Disease 66: 815-818. Wilson, P.S., Ahvenniemi, P.M., Lehtonen, M.J., German- Kinnari, M. & Valkonen, J.P.T. 2008a. Dynamics of soilborne Rhizoctonia solani in the presence of Trichoderma harzianum: effects on stem canker, black scurf and progeny tubers of potato. Plant Pathology 57: 152-161. Wilson, P.S., Ahvenniemi, P.M., Lehtonen, M.J., Kukkonen, M., Rita, H. & Valkonen, J.P.T. 2008b. Biological and chemical control and their combined use to control different stages of Rhizoctonia disease complex on potato through the growing season. Annals of Applied Biology 153: 307-320. Woodhall, J.W., Lees, A.K., Edwards, S.G. & Jenkinson, P. 2007. Characterization of Rhizoctonia solani from potatoes in Great Britain. Plant Pathology 56: 286-295. Yulianti, T., Sivasithamparam, K. & Turner, D.W. 2006. Response of different forms of propagules of Rhizoctonia solani AG2-1 (ZG5) exposed to the volatiles produced in soil amended with green manures. Annals of Applied Biology 148: 105-111. SELOSTUS Erot kolmen Suomessa perunalla esiintyvän Rhizoctonia solani-sienen anastomoosiryhmän kyvyssä muodostaa seittirupea Mari Lehtonen, Paula Wilson, Paavo Ahvenniemi ja Jari Valkonen Helsingin yliopisto nalla harvinaisina esiintyvien AG2-1 ja AG5 -ryhmien isolaattien kykyä muodostaa seittirupea mukuloiden pinnalla. Tulokset osoittivat, että AG3-ryhmän isolaatit ovat ylivertaisen tehokkaita seittiruven muodostajia. Seittirupi eli seittisienen rihmastopahkat mukulan pinnalla säilyttävät sienen kasvukaudesta toiseen ja tarjoavat tehokkaan tavan seittisienen leviämiselle siemenperunoiden mukana. AG2-1 ja AG5 -ryhmien isolaateilla on laajempi isäntäkasvilajisto kuin AG3-ryhmän isolaateilla, mutta AG3:n tehokas seittiruven muodostus perunalla lienee yksi tärkeimmistä syistä AG3:n yleisyydelle perunalla niin Suomessa kuin muillakin perunantuotantoalueilla. Seittiruvettoman siemenperunan käyttö, tai vähäisesti seittirupisen siemenperunan peittaus, ovatkin tärkeitä seitintorjunnassa. Lisäksi perunan viljely korkeintaan kolmen vuoden välein samalla lohkolla estää maalevintäisen seitin (rihmastopahkojen) aiheuttamat satotappiot.Development of black scurf on potato tubers (cv. Nicola) was compared in plants inoculated with isolates of Rhizoctonia solani of three anastomosis groups (AG2-1, AG3 and AG5) which occur in potato crops in Finland. All isolates induced stem canker lesions but only isolates of AG3 formed efficiently black scurf on progeny tubers. Among the AG2-1 and AG5 isolates tested, only one AG2-1 isolate formed a few sclerotia on 13.5 % of the progeny tubers in one experiment. The data indicate that isolates of AG3 differ from those of AG2-1 and AG5 in having a higher ability to form sclerotia on tubers. Therefore, while AG2-1 and AG5 isolates have a broader host range, AG3 is more efficient in producing black scurf, which provides this anastomosis group with more efficient means of dissemination on seed potatoes. These differences probably explain the predominance of AG3 (98.9 % of isolates) in potato crops in Finland and other northern potato production areas.vokErot kolmen Suomessa perunalla esiintyvän Rhizoctonia solani-sienen anastomoosiryhmän kyvyssä muodostaa seittirupe

Patovyöhyke perunaseitin (Rhizoctonia solani) biologisen torjunnan tutkimuksessa

Perunaseittiä aiheuttava maalevintäinen Rhizoctonia solani Kühn –sieni on moni-isäntäinen kasvipatogeeni, joka infektoi perunaa (Solanum tuberosum L.) joko siemenperunasta (seittirupi) tai maasta tulleen tartukkeen kautta. Perunaseitti heikentää satoa ja sen laatua, laskee tärkkelyspitoisuutta ja muuttaa mukulasadon kokojakaumaa. Epämuotoisten, halkeilleiden ja vihertyneiden mukuloiden osuus kasvaa. Tauti on levinnyt laajalle koko perunanviljelyalueella. Peittaus kemiallisilla torjunta-aineilla hoitaa siemenperunasta lähtöisin olevan seittitartunnan (seittirupi), mutta maalevintäiseen tartukkeeseen ei ole olemassa tehokasta torjuntaa. Suomessa maan käsitteleminen torjunta-aineilla ei ole sallittua. Maassa olevan seittitartukkeen torjunta edellyttääkin vaihtoehtoisten torjuntamuotojen, kuten esimerkiksi biologisen torjunnan kehittämistä. Tutkimuksessa selvitettiin R. solanille antagonistisen Trichoderma harzianum –sienen vaikutus perunaseitin kehitykseen käyttämällä apuna maalevintäisille taudinaiheuttajille kehitettyä patovyöhykekäsitettä. Patovyöhyke on kasvin maanalaisia osia ympäröivä tilavuus, jossa sijaitessaan taudinaiheuttajan on mahdollista tartuttaa isäntäkasvi. Mitä lähempänä isäntäkasvia tartuke sijaitsee patovyöhykkeessä, sitä todennäköisempää on tartunta. Tartukkeen etäisyyden kasvaessa isäntäkasvista tartunnan todennäköisyys ja oireiden ankaruus pienenee jyrkästi. Toisaalta patovyöhykkeen koko kasvaa ajan myötä taudinaiheuttajan biomassan kasvaessa. Erilaiset torjuntamenetelmät vaikuttavat patovyöhykkeen muodostumiseen ja sen kokoon. Patovyöhyke voidaan kuvata matemaattisella mallilla, jolloin eri torjuntamenetelmien vaikutus voidaan tiivistää numeeriseen muotoon. Tämä helpottaa esimerkiksi erilaisten torjuntamenetelmien keskinäistä vertailua. Yhdistämällä kokeellinen tutkimus kasvihuoneolosuhteissa ja patovyöhykedynamiikan matemaattinen mallintaminen, todettiin T. harzianumin vähentävän merkitsevästi versolaikun ankaruutta kokeen alkuvaiheessa. Myöhempinä mittauskertoina antagonistilla ei ollut vaikutusta versolaikun ankaruuteen. Tämä voi olla seurausta T. harzianumin siirtymisestä lisääntymisrakenteiden, kuromaitiöiden, tuottoon. Toisaalta käytettiin tartukepotentiaaliltaan erittäin korkeata seittitartuketta tartunnan varmistamiseksi ja siten ylitettiin luonnossa esiintyvät tartukemäärät. Koetulosten perusteella muodostetun patovyöhykettä kuvaavan mallin avulla voitiin päätellä, että T. harzianum pienensi patovyöhykkeen lopullista kokoa 48 %. Biotorjuntavalmisteen käyttö vähensi merkittävästi tytärmukuloiden seittirupisuutta, vihertyneisyyttä ja epämuodostuneisuutta. Myös tytärmukuloiden kokojakauma oli tasaisempi, kun antagonisti oli läsnä. Nämä tulokset viittaavat siihen, että vaikka T. harzianumin antagonistinen vaikutus versolaikkuun heikentyi ajan myötä, maavarsien vahingoittuminen oli vähäisempää antagonistin läsnä ollessa. Vaikutus muodostuvan mukulasadon määrään ja laatuun voi siis olla merkittävä. Jatkotutkimukset pelto-olosuhteissa ovat tarpeen biologisen torjunnan kehittämiseksi toimivaksi ja vakaaksi taudinhallintakeinoksi

Potential of non-pathogenic Streptomyces spp. for control of potato common scab

vo

Screening of candidate regulators for cellulase and hemicellulase production in Trichoderma reesei and identification of a factor essential for cellulase production

BACKGROUND: The soft rot ascomycetal fungus Trichoderma reesei is utilized for industrial production of secreted enzymes, especially lignocellulose degrading enzymes. T. reesei uses several different enzymes for the degradation of plant cell wall-derived material, including 9 characterized cellulases, 15 characterized hemicellulases and at least 42 genes predicted to encode cellulolytic or hemicellulolytic activities. Production of cellulases and hemicellulases is modulated by environmental and physiological conditions. Several regulators affecting the expression of cellulase and hemicellulase genes have been identified but more factors still unknown are believed to be present in the genome of T. reesei. RESULTS: We have used transcriptional profiling data from T. reesei cultures in which cellulase/hemicellulase production was induced by the addition of different lignocellulose-derived materials to identify putative novel regulators for cellulase and hemicellulase genes. Based on this induction data, supplemented with other published genome-wide data on different protein production conditions, 28 candidate regulatory genes were selected for further studies and they were overexpressed in T. reesei. Overexpression of seven genes led to at least 1.5-fold increased production of cellulase and/or xylanase activity in the modified strains as compared to the parental strain. Deletion of gene 77513, here designated as ace3, was found to be detrimental for cellulase production and for the expression of several cellulase genes studied. This deletion also significantly reduced xylanase activity and expression of xylan-degrading enzyme genes. Furthermore, our data revealed the presence of co-regulated chromosomal regions containing carbohydrate-active enzyme genes and candidate regulatory genes. CONCLUSIONS: Transcriptional profiling results from glycoside hydrolase induction experiments combined with a previous study of specific protein production conditions was shown to be an effective method for finding novel candidate regulatory genes affecting the production of cellulases and hemicellulases. Recombinant strains with improved cellulase and/or xylanase production properties were constructed, and a gene essential for cellulase gene expression was found. In addition, more evidence was gained on the chromatin level regional regulation of carbohydrate-active enzyme gene expression

Expression of Two Novel β-Glucosidases from Chaetomium atrobrunneum in Trichoderma reesei and Characterization of the Heterologous Protein Products

Two novel GH3 family thermostable β-glucosidases from the filamentous fungus Chaetomium atrobrunneum (CEL3a and CEL3b) were expressed in Trichoderma reesei, purified by two-step ion exchange chromatography, and characterized. Both enzymes were active over a wide range of pH as compared to Neurospora crassa β-glucosidase GH3-3, which was also expressed in T. reesei and purified. The optimum temperature of both C. atrobrunneum enzymes was around 60 °C at pH 5, and both enzymes had better thermal and pH stability and higher resistance to metallic compounds and to glucose inhibition than GH3-3. They also showed higher activity against oligosaccharides composed of glucose units and linked with β-1,4-glycosidic bonds and moreover, had higher affinity for cellotriose over cellobiose. In hydrolysis tests against Avicel cellulose and steam-exploded sugarcane bagasse, performed at 45 °C, particularly the CEL3a enzyme performed similarly to N. crassa GH3-3 β-glucosidase. Taking into account the thermal stability of the C. atrobrunneum β-glucosidases, they both represent promising alternatives as enzyme mixture components for improved cellulose saccharification at elevated temperatures

Lake Päijänne Symposium

Lake Päijänne Symposium. Jyväskylä (Finland), March 19-20, 1987. The first Symposium on Lake Päijänne was arranged during the 150th anniversary of the City of Jyväskylä and its protector was Mr. Matti Ahde, Minister for the Environment. The meeting was arranged by the Departments of Biology and Chemistry and by the Institute for Environmental Research at the University of Jyväskylä. Financial support for the arrangements was received from the Academy of Finland, University of Jyvaskyla, City of Jyväskylä, Merck Ltd., Millipore and the Savings Bank of Central Finland. About 120 persons participated in the symposium, and the program consisted of 26 lectures and 9 posters. Most of the original papers have been collected in this publication