Andmebaasi logo

Alternative biocontrol strategies in the potato phytophthora infestans pathosystem for integrated management of late blight

dc.contributor.advisorMänd, Marika
dc.contributor.advisorHaesaert, Geert
dc.contributor.advisorAudenaert, Kris
dc.contributor.authorNajdabbasi, Neda
dc.contributor.departmentInstitute of Agricultural and Environmental Scienceseng
dc.contributor.otherLarena, Inmaculada (opponent)
dc.descriptionA Thesis Submitted to Estonian University of Life Sciences (EMÜ) and Ghent University (UGent) in partial fulfilment of the requirements for the joint degree of Doctor of Philosophy in Agriculture (EMÜ) and Bioscience Engineering (UGent).eng
dc.descriptionVäitekiri filosoofiadoktori kraadi taotlemiseks põllumajanduse (EMÜ) ja biotehnoloogia erialal (UGent).est
dc.description.abstractPotato late blight caused by a fungus-like microorganism, Phytophthora infestans, has historically been one of the most tragic and devastating potato diseases, that can infect all aboveground and underground organs of potato. In the absence of control measures, the pathogen can cause extensive production losses during the cropping season. P. infestans can destroy the entire crop within 7-10 days under favorable conditions (periods of high moisture and moderate temperature), when disease incidence is high and plants are unprotected. P. infestans is known as re-emerging pathogen leading to the very serious damage to potato cultivation by increasing its aggressiveness towards the host, reducing fungicide efficacy, facilitating its survival in soil or plant debris. Concerning late blight management, despite increasing the frequency of chemical applications along with using resistant cultivars and healthy seed tubers, control of primary inoculum sources remains a major challenge in potato farming. Besides, there is a necessity to develop alternative methods that are less dependent on synthetic fungicides. Although breeding of resistant varieties is the top priority in agricultural systems, development of biological control practices has strongly been proposed as a promising alternative and sustainable strategy to manage late blight, with the aim of minimizing dependency on synthetic fungicides. To this aim, the present dissertation addressed a multilevel investigation of alternative biocontrol strategies in the potato-P. infestans pathosystem for integrated management of late blight (I, II, II). In this respect, different bioassays were performed during the course of PhD study with the main focuse on application of bioprotection strategies. (I) Biocidal activity of plant-derived compounds against Phytophthora infestans: an alternative approach to late blight management. In the first part of the study, biocidal activity of different essential oils (EOs) including juniper (Juniperus communis); clove (Syzygium aromaticum); thyme (Thymus vulgaris); cinnamon (Cinnamomum cassia); turmeric (Curcuma longa); tea tree (Melaleuca alternifoliai); pepper (Piper nigrum); rosemary (Rosmarinus officinalis); and a reference plant extract, Timbor® from Thymus vulgaris against the most aggressive genotype of P. infestans (EU-13-A2) were determined at different application rates. The main objectives of this study were: i) to evaluate effects of different concentrations of EOs and reference products on sporangial germination of P. infestans using optical density method (ii); to analyze effects of different concentrations of plant compounds on the pathogen mycelial growth; (iii) to examine the efficacy of different plant-derived compounds towards disease development in vivo; and (iv) to confirm the efficacy of the most efficient EOs for controlling late blight in greenhouse. Among nine tested compounds, thyme and tea tree EOs showed the strongest inhibitory effect on sporangial germination compared to the fungicide control Ranman-top®. Clove and thyme EOs as well as Timbor® significantly inhibited P. infestans mycelial growth even at the lowest concentration. Our outcomes supported the hypothesis that “Different concentrations of plant-derived compounds are effective to suppress sporangial germination and mycelial growth of P. infestans genotype (EU-13-A2)”. Additionally, some compounds were effective to control late blight on potato leaves in vivo and also under greenhouse conditions, where pepper, rosemary, thyme EOs and Timbor® showed reduction in disease development for over a month, supporting two other hypotheses as “Different concentrations of plant-derived compounds are effective to control late blight on potato leaves in vivo” and “Some selected concentrations of plant-derived compounds are effective to control late blight on potato plants in greenhouse”. The present study provided evidence for the potential use of commercial essential oils and/or plant extracts as botanical fungicides that can be an alternative to synthetic fungicides for controlling late blight disease, as they have low toxicity and residues, and of course are eco-friendly. (II) Green leaf volatile confers management of late blight: a green vaccination in potato There is increasing attention on the agronomic potential of volatile organic compounds (VOCs), as a natural and eco-friendly solution to protect plants from pathogens and environmental stresses. Green leaf valotiles (GLVs), as one of the major VOCs, prime mechanisms of plant’s defense for a stronger, faster, and earlier response upon further stress incidence, resulting in induced resistance to the upcoming stresses. Despite the unique capability of GLVs to inhibit a wide range of fungal pathogens, their functions as defensive compounds to control potato late blight, caused by the Oomycete pathogen P. infestans, has not been well studied. Therefore, the second part of the study addressed the potential role of the GLV Z-3-hexenyl acetate (Z-3-HAC) in decreasing the severity of late blight and underlying gene-based evidence leading to this effect. Hence, the objectives of this study were: (i) to investigate the protective potential of potato plants pre-exposed to the Z-3-HAC against five genotypes of P. infestans (EU-1-A1, EU-6-A1, EU-13-A2, EU-36-A2 and EU-37-A2) in vivo; and (ii) to examine the possible defense responses of potato plants pre-exposed to the Z-3-HAC against subsequent infection using molecular assays. To these aims, very susceptible potato plants (cv. Bintje) were firstly exposed to the Z-3-HAC using a push–pull cuvette system, before they were inoculated with the pathogen at different time points. We observed strong inhibitory effect on P. infestans genotypes in planta, resulting in a lower sporulation intensity, and disease severity (up to 70 %) compared to untreated plants, supporting the hypothesis that “pre-exposure of potato plants to the GLV Z-3-HAC has protective impact against subsequent infection with genotypes of P. infestans”. To verify the second hypothesis on “pre-exposure of potato plants to the GLV Z-3-HAC induces expression of defense-related genes’ against Phytophthora infection”, we used gene-specific primers involved in reactive oxygen species (ROS) and SA and JA synthesizes. It was shown that the transcript levels of several defense-related genes, especially those that are engaged in ROS production pathways were significantly expressed in potato plants. The present research provided insight into the role of Z-3-HAC in the increased protection of potato plants against late blight through plant immunity and offered new opportunities for the sustainable control of potato diseases. However, widespread use of GLVs in management practices remains a challenge, largely associated with high-cost procedures. (III) Combination of potassium phosphite and reduced doses of fungicides encourages protection against Phytophthora infestans In order to reduce the fungicide doses and spray programs, an integrated approach combining alternative methods of disease control with fungicides can be an encouraging way to meet long term consumer demands. Therefore, the last part of the study demonstrated a protective effect of the potassium phosphite (KPhi) compound against late blight when applied on different potato cultivars with different levels of resistance, resulted in the highest DSI reduction on the cultivar Bintje amongst all cultivars. In the second part of study, the control of P. infestans infection by KPhi compound combined with recommended and reduced doses of five different active ingredients (AIs) of fungicides including cyazofamid, mancozeb, mandipropamid, azoxystrobin, benthiavalicarb-isopropyl was evaluated on potato plants. The results from in vivo, greenhouse, and field experiments strongly revealed that synergy between phosphite and fungicide active ingredients could play an important protective role against Phytophthora infection, even for susceptible cultivars. Accordingly, three hypotheses successfully supported our study: “Detached leaflet bioassay allows rapid in vivo screening of KPhi efficacy, alone and in combination with different doses of active ingredients, against P. infestans on potato leaves”, “KPhi in combination with recommended and reduced doses of different active ingredients reveals the potential protective effect toward potato pathogen P. infestans in greenhouse”, and “Combination of KPhi with the most widely used fungicide shows the potential benefit of integrated control strategy against foliar blight development under multivariable field conditions”. This study suggested that optimizing formulations with the addition of KPhi would result in a reduction of active compounds of fungicides in potato farming. Additionally, the impact of KPhi on late blight development could make KPhi a potential component for incorporation into an integrated management system.eng
dc.description.abstractKartuli-lehemädanik, mida põhjustab oomütseetne patogeen Phytophthora infestans, on ajalooliselt olnud üks traagilisemaid ja laastavamaid kartulihaigusi. See patogeen võib nakatada kõiki kartuli maapealseid ja maa-aluseid osi. Tõrje puudumisel võib patogeen põhjustada ulatuslikke tootmiskadusid. Kui haigestumise tase on kõrge ja taimed kaitseta, siis soodsates tingimustes (kõrge niiskuse ja mõõduka temperatuuriga perioodid) võib kartuli-lehemädanik 7-10 päeva jooksul hävitada kogu saagi. P. infestans on tuntud kui ikka ja jälle uuesti kartulipõllul esilekerkiv patogeen, põhjustades kartulikasvatusele väga tõsiseid kahjustusi. Selle põhjusteks võivad olla haigustekitaja agressiivsuse tõus, fungitsiidide efektiivsuse vähenemine ja patogeeni parem ellujäämisvõime mullas või taimejäätmetes. Endiselt on kartulikasvatuses patogeeni poolt esile kutsutud kartuli-lehemädaniku ohjamine suur väljakutse, vaatamata pestitsiidide kasutamise sageduse suurenemisele, resistentsete sortide ja tervendatud seemnemugulate kasutamisele või siis esmaste inokulaadi allikate kontrollimisele. Kuna enamik kartulikasvatajaid tuginevad kahjustaja tõrjes fungitsiidide korduvkasutamisele, jäävad alati püsima kemikaalide kõrvalmõjudest tingitud ohud keskkonnale ja inimeste tervisele. Kemikaalidest loobumiseks või nende koguste vähendamiseks on suur vajadus välja töötada sellised alternatiivsed meetodid, mis on sünteetilistest fungitsiididest vähem sõltuvad. Kuigi resistentsete sortide aretamine on põllumajandussüsteemides esmatähtis, on nüüd juba ka välja pakutud bioloogilise tõrje väljatöötamise kavasid kui paljulubavaid alternatiive ja jätkusuutlikke strateegiaid kartuli-lehemädaniku ohjamiseks. Nende eesmärgiks on minimeerida sõltuvust sünteetilistest fungitsiididest ja vähendada negatiivset mõju keskkonnale. Sellest lähtuvalt oli käesoleva töö eesmärgiks süsteemis kartul – patogeen P. infestans võimalike alternatiivsete biotõrjestrateegiate väljatöötamine kartuli-lehemädaniku integreeritud tõrjeks . Sellega seoses viidi uuringute käigus läbi erinevad biotestid (I, II, II), mille peamiseks väljundiks oleks nende võimalik rakendamine biotõrjes. (I) Taimse päritoluga ühendite biotsiidne toime Phytophthora infestans tõrjeks: alternatiivne lähenemine kartuli-lehemädaniku ohjamisele Uuringu esimeses osas määrati erinevate eeterlike õlide (EO), sealhulgas kadaka (Juniperus communis), nelgi (Syzygium aromaticum), tüümiani (Thymus vulgaris), kaneeli (Cinnamomum cassia), kurkumi (Curcuma longa), teepuu (Melaleuca alternifoliai), pipra (Piper nigrum), rosmariini (Rosmarinus officinalis) ja võrdlusena tüümiani (T. vulgaris) ekstrakti Timbor®, biotsiidne aktiivsus patogeeni P. infestans kõige agressiivsema genotüübi (EU-13-A2) vastu, kasutades EO-de erinevaid kontsentratsioone. Selle uuringu peamised eesmärgid olid: i) hinnata EO-de ja võrdlustoote erinevate kontsentratsioonide mõju patogeeni P. infestans sporangiaalsele idanemisele, kasutades optilise tiheduse meetodit); (ii) analüüsida erinevate taimsete ühendite kontsentratsioonide mõju patogeeni mütseeli kasvule; (iii) uurida erinevate taimsete ühendite tõhusust haiguse arengule in vivo; ja (iv) selgitada lehemädaniku tõrjeks kõige tõhusamate EO-de toimet kasvuhoone tingimustes kasvatatavatele kartulitaimedele. Töö tulemustest selgus, et võrreldes fungitsiidi kontrollrühmaga Ranman-top®, inhibeerisid üheksast testitud ühendist kõige enam eoste idanemist tüümiani ja teepuu eeterlikud õlid. Isegi nelgi ja tüümiani eeterlike õlide ning preparaadi Timbor® kõige madalamad kontsentratsioonid .inhibeerisid oluliselt kartuli-lehemädaniku tekitaja mütseeli kasvu. Meie tulemused toetasid püstitatud hüpoteese:“taimse päritoluga ühendite erinevad kontsentratsioonid pärssivad patogeeni P. infestans genotüübi sporangiaalset idanemist ja mütseeli kasvu“. Lisaks sellele, olid mõned testitud ühendid tõhusad ka kartuli-lehemädaniku in vivo tõrjes ja ka kasvuhoonetingimustes, kus pipra, rosmariini, tüümiani EO-d ja Timbor® pärssisid haiguse arengut üle kuu aja. Need tulemused toetasid kahte järgnevat hüpoteesi: „taimse päritoluga ühendid on tõhusad kartulilehe-mädaniku tõrjeks in vivo ja taimse päritoluga ühendite valitud kontsentratsioonid on kartuli-lehemädaniku tõrjeks tõhusad kasvuhoone tingimustes “. Käesolev uuring tõestas, et kaubanduslikke eeterlikke õlisid ja/või taimeekstrakte on võimalik kasutada kui botaanilisi fungitsiide. Seega võivad nad kartuli-lehemädaniku tõrjes olla alternatiiviks sünteetilistele fungitsiididele: neil on madal toksilisus ja jääkainete hulk ning seega on nad keskkonnasõbralikud. (II) Rohelistest lehtedest pärinevad orgaanilised lenduvad ühendid aitavad ohjata kartuli-lehemädanikku: roheline vaktsineerimine Üha enam pööratakse tähelepanu lenduvate orgaaniliste ühendite (VOC) agronoomilisele potentsiaalile – kaitsta taimi looduslikult ja keskkonnasõbralikult patogeenide ja keskkonnamõjude eest. Rohelistest lehtedest pärinevad orgaanilised lenduvad ühendid (GLV) on taime kaitse jaoks peamised mehhanismid, mis muudavad ta edasise stressi vastu tugevamaks, reageerimise kiiremaks ja varasemaks. Selle tulemuseks on vastupanuvõime suurenemine võimalikele eelseisvatele pingetele. Hoolimata rohelistest lehtedest lenduvate ainete (GLV) ainulaadsest võimest pärssida laia valikut seenpatogeene, on nende funktsioone kaitseühenditena kartuli-lehemädaniku tekitaja P. infestans tõrjeks vähe uuritud. Seetõttu hinnati antud uuringu teises osas GLV Z-3-heksenüülatsetaadi (Z-3-HAC) võimalikku mõju kartuli-lehemädaniku intensiivsuse vähendamisele ja analüüsiti sellise mõjuni viivaid geenipõhiseid tõendeid. Uuringu selle osa eesmärgid: (i) uurida in vivo lenduva ühendiga Z-3-HAC eelnevalt kokku puutunud kartulitaimede kaitsevõime muutusi lehemädaniku P. infestans viie genotüübi (EU-1-A1, EU-6-A1, EU) vastu (EU-13-A2, EU-36-A2 ja EU-37-A2); (ii) uurida eelnevalt lenduva ühendiga Z-3-HAC kokku puutunud kartulitaimede võimalikke kaitsereaktsioone järgneva nakkuse vastu, kasutades molekulaarseid analüüse. Selleks eksponeeriti haigusele väga vastuvõtlikud kartulitaimed (sort Bintje) Z-3-HAC-ga, kasutades dünaamilist push-pull küvetisüsteemi, seejärel inokuleeriti neid erinevatel ajahetkedel patogeeni P. infestans erinevate genotüüpidega. Tulemusena täheldati Z-3-HAC tugevat pärssivat toimet P. infestans in planta genotüüpidele. Võrreldes töötlemata taimedega olid nii eoste tekke intensiivsus kui ka haiguse raskusaste (kuni 70%) madalamad. Tulemus toetab hüpoteesi: „kartulitaimede eelneval kokkupuutel GLV Z-3-HAC-ga on kaitsev toime P. infestans erinevate genotüüpide nakatumisele“. Selleks, et kontrollida teist hüpoteesi: „kartulitaimede eelneva kokkupuute tulemusel ühendiga Z-3-HAC taim indutseerib kaitsega seotud geenide ekspressiooni P. infestans nakkuse vastu“, kasutati reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) ning SA ja JA sünteesides osalevaid geenispetsiifilisi praimereid. Leiti, et mitmete kaitsega seotud geenide, eriti nende, mis on seotud ROS-i tootmisradadega, transkriptsioonitasemed ekspresseerusid kartulitaimedes märkimisväärselt. Seega andis käesolev uurimus teavet Z-3-HAC osast taimede immuunsuse kaudu toimuvast kartulitaimede suurenenud kaitsest kartuli-lehemädaniku vastu ning avas sellega uusi võimalusi kartulihaiguste jätkusuutlikuks tõrjeks. GLV-de laialdane kasutamine tõrjekavades on siiski just meetodi kalliduse tõttu endiselt väljakutse. (III) Kaaliumfosfiidi ja fungitsiidide vähendatud annuste kombinatsioon soodustab patogeeni Phytophthora infestans vastast kaitset Fungitsiidide annuste ja pritsimissageduse vähendamine ning alternatiivsete haigustõrje meetodite kombineerimine fungitsiididega on integreeritud lähenemisviisid, mis võivad olla lootustandvad tarbijate pikaajaliste nõudmiste rahuldamiseks. Selle uuringu käigus selgus, et kaaliumfosfiidil (KPhi) on erineva resistentsustasemega kartulisortide puhul kartuli-lehemädaniku vastu kaitsev toime erinev. Tulemuseks oli sordil Bintje suurim DSI vähenemine kõikide sortide hulgas. Teises katseseerias hinnati kartulitaimedel patogeeni P. infestans nakkuse tõrjet KPhi-ga, kombineerides seda viie erineva fungitsiidi toimeainega (AI): tsüasofamiid, mankotseeb, mandipropamiid, asoksüstrobiin, bentiavalikarb-isopropüül, kasutades nii tavatõrjeks soovitatavaid kui ka vähendatud annuseid. In vivo läbiviidud kasvuhoone- ja põldkatsete tulemustest selgus, et fosfiidi ja fungitsiidi toimeainetel oli sünergiline koostoime, mis võib mängida Phytophthora nakkuse vastu olulist kaitsvat rolli ja seda isegi haigusele vastuvõtlike sortide puhul. Sellest lähtuvalt toetasid meie uuringu tulemused edukalt antud tööosas püstitatud 3 hüpoteesi: eraldatud lehel läbiviidud bioanalüüs võimaldab kiiret in vivo sõeluuringut KPhi efektiivsuse hindamisel eraldi ja koos toimeainete erinevate annustega P. infestans vastu kartulilehtedel; KPhi kombinatsioonis erinevate toimeainete soovitatavate ja vähendatud annustega näitab potentsiaalset kaitsvat toimet kartulipatogeeni P. infestans vastu kasvuhoones; ja KPhi kombinatsioonid kõige laialdasemalt kasutatava fungitsiidiga näitavad tõrjestrateegia integreerimise potentsiaalset kasu lehemädaniku arengu vastu mitme muutujaga välitingimustes. Selle uuringu tulemustest selgus, et preparaatide optimeerimisel KPhi lisamisega saab kartulikasvatuses vähendada fungitsiidide toimeainete sisaldust. Lisaks võib KPhi mõju kartuli-lehemädaniku arengule muuta selle aine potentsiaalseks komponendiks integreeritud taimekaitses.est
dc.description.abstractPhytophthora infestans, een oomyceet, is van oudsher een van de meest verwoestende aardappelziekten, die alle bovengrondse en ondergrondse aardappelorganen kan infecteren. Indien geen bestrijdingsmaatregelen worden genomen, kan de ziekteverwekker tijdens het teeltseizoen grote opbrengstverliezen veroorzaken. P. infestans kan immers in periodes van hoge relatieve vochtigheid en gematigde temperatuur binnen 7-10 dagen het hele gewas vernietigen. P. infestans is tevens een plantpathogeen met een grote genetische flexibiliteit waardoor de agressiviteit ten opzichte van de gastheer snel toeneemt, selectie naar fungicidetolerantie een groot risico is en de overleving in de bodem of plantenresten vergemakkelijkt. Wat het beheersing van de aardappelziekte betreft, blijft de bestrijding van de primaire inoculum bronnen een grote uitdaging, ondanks een adequate chemische beheersing en resistente cultivars en gezond pootgoed worden gebruikt. Bovendien is het noodzakelijk alternatieve methoden te ontwikkelen die minder afhankelijk zijn van synthetische fungiciden. Hoewel het veredelen van resistente variëteiten de hoogste prioriteit heeft en voor de toekomst de meest duurzame beheersingstechniek zal zijn, is de ontwikkeling van biologische bestrijdingsmethoden een veelbelovende alternatieve en duurzame strategie voor de bestrijding P. infestans, met als doel de afhankelijkheid van synthetische fungiciden te minimaliseren. Met dit doel voor ogen werd in dit proefschrift onderzoek op verschillende niveaus uitgevoerd naar alternatieve biocontrolestrategieën van P. infestans voor de ontwikkeling van een geïntegreerd beheer van de aardappelziekte (zie I, II, II). In dit verband werden in de loop van het doctoraatsonderzoek verschillende bioassays uitgevoerd met de nadruk op de toepassing van biologische bestrijdingstechnieken. (I) Fungicide activiteit van essentiële plantaardige oliën: een alternatieve aanpak voor de bestrijding van Phytophthora infestans. In het eerste deel van de studie werd de fungicide activiteit onderzocht van verschillende essentiële oliën (EO's) waaronder deze van jeneverbes (Juniperus communis); kruidnagel (Syzygium aromaticum); tijm (Thymus vulgaris); kaneel (Cinnamomum cassia); kurkuma (Curcuma longa); de theeboom, (Melaleuca alternifoliai); peper (Piper nigrum); rozemarijn (Rosmarinus officinalis) en een referentieplant-extract, Timbor® van Thymus vulgaris tegen het meest agressieve genotype van P. infestans (EU-13-A2) bepaald bij verschillende doseringen. De belangrijkste doelstellingen van deze studie waren: (i) het evalueren van de effecten van verschillende concentraties van EO's en referentieproducten op de sporangiale kieming van P. infestans met behulp van de optische dichtheidsmethode; (ii) het analyseren van de effecten van verschillende concentraties van de EO’s op de mycelium groei van de P. infestans; (iii) het onderzoeken van de doeltreffendheid van de verschillende EO’s op de ontwikkeling van de aardappelziekte in vivo; en (iv) het bevestigen van de doeltreffendheid van de meest efficiënte EO's voor de bestrijding van de aardappelziekte in serres. Van de negen geteste verbindingen vertoonden tijm en de theeboom EO's het sterkste remmende effect op de kieming van sporangiën in vergelijking met het fungicide Ranman-top®. De EO's van kruidnagel en tijm en ook Timbor® remden tevens de myceliumgroei van P. infestans aanzienlijk, zelfs bij de laagste concentratie. Onze resultaten ondersteunden de hypothese dat "verschillende concentraties van EO’s effectief zijn om sporangiale kieming en myceliumgroei van P. infestans genotype EU-13-A2 te onderdrukken". Bovendien waren sommige EO’s effectief tegen de aardappelziekte in vivo en ook onder serreomstandigheden, waar peper, rozemarijn, tijm EO's en Timbor® gedurende meer dan een maand de ontwikkeling van de ziekte afremden. Dit ondersteunt twee andere hypothesen, namelijk "verschillende concentraties van plantaardige verbindingen zijn in vivo effectief tegen bladaantastingen van P. infestans en "sommige geselecteerde concentraties van EO’s zijn effectief tegen de aardappelziekte onder serre omstandigheden". Deze studie leverde het bewijs voor het potentiële gebruik van commerciële etherische oliën en/of plantenextracten als botanische fungiciden die een alternatief kunnen zijn voor synthetische fungiciden voor de bestrijding van P. infestans in de aardappelteelt, omdat ze een lage toxiciteit hebben en geen aanleiding geven tot residuen. Bovendien zijn het milieuvriendelijke middelen. (II) Vluchtige groene bladeren bieden bescherming tegen late meeldauw: een groene vaccinatie in aardappel Er is toenemende aandacht voor het agronomisch potentieel van vluchtige organische stoffen (zgn. VOC's), als een natuurlijke en milieuvriendelijke oplossing om planten te beschermen tegen ziekteverwekkers en omgevingsstress. Groene bladvalotielen (GLV's), als één van de belangrijkste VOC's, zetten de verdedigingsmechanismen van de plant op gang die leidt tot een sterkere, snellere en vroegere reactie bij nieuwe stresssituaties. Ondanks het unieke vermogen van GLV's om een brede waaier van schimmelpathogenen te remmen, zijn hun functies als verdedigingscomponenten voor de bestrijding van aardappelziekte, veroorzaakt door de Oomycete pathogeen P. infestans, nog niet goed bestudeerd. Daarom werd in het tweede deel van de studie de mogelijke rol van het GLV Z-3-hexenylacetaat (Z-3-HAC) voor de beheersing van P. infestans onderzocht, alsook de onderliggende gen-gebaseerde reacties die tot dit effect leiden. De doelstellingen van deze studie waren dan ook (i) het effect van Z-3-HAC op de groei en ontwikkeling van vijf genotypes van P. infestans (EU-1-A1, EU-6-A1, EU-13-A2, EU-36-A2 en EU-37-A2) in vivo te besturen bij aardappel; en (ii) de mogelijke verdedigingsreacties te onderzoeken van aardappelplanten die vooraf blootgesteld werden aan Z-3-HAC tegen latere infectie met behulp van moleculaire testen. Om deze doelstellingen te bereiken werden planten van de zeer vatbare aardappelvariëteit Bintje eerst blootgesteld aan Z-3-HAC met behulp van een push-pull cuvettesysteem, vooraleer ze op verschillende tijdstippen met de ziekteverwekker werden geïnoculeerd. We stelden een sterk remmend effect vast op de groei van de P. infestans genotypes in planta, resulterend in een lagere sporulatie-intensiteit en ziekte-aantasting (tot 70%) in vergelijking met onbehandelde planten, wat de hypothese ondersteunt dat "de blootstelling van aardappelplanten aan het GLV Z-3-HAC een beschermend effect heeft tegen latere infecties van P. infestans". Om de hypothese "de voorafgaande blootstelling van aardappelplanten aan het GLV Z-3-HAC induceert expressie van defensie-gerelateerde genen” te onderzoeken, gebruikten we gen-specifieke primers die betrokken zij bij reactieve zuurstof species (ROS) enerzijds en de SA en JA synthese anderzijds. Er werd aangetoond dat de transcriptieniveaus van verscheidene defensie-gerelateerde genen, vooral deze die betrokken zijn bij ROS productieprocessen, significant meer tot expressie kwamen in de aardappelplanten. Het huidige onderzoek verschafte inzicht in de rol van Z-3-HAC in de verhoogde bescherming van aardappelplanten tegen P. infestans via plantimmuniteit en biedt nieuwe mogelijkheden voor de duurzame bestrijding van de aardappelziekte. Een wijdverspreid gebruik van GLVs in de gewasbescherming blijft echter een uitdaging, grotendeels geassocieerd met de hoge kosten voor de toepassing. (III) Combinatie van kaliumfosfiet en verlaagde doses fungiciden beschermt de aardappelplanten tegen Phytophthora infestans Om de dosissen fungiciden en de spuitprogramma's te verminderen, kan een geïntegreerde aanpak, waarbij alternatieve ziektebestrijdingsmethoden worden vergeleken met de conventionele fungiciden, een bemoedigende manier zijn om tegemoet te komen aan de vraag van de consument om minder gewasbeschermingsmiddelen. Daarom is in het laatste deel van deze doctoraatsstudie aangetoond dat kaliumfosfiet (KPhi) een beschermend effect heeft tegen P. infestans wanneer het wordt toegepast op verschillende aardappelvariëteiten met een verschillend resistentieniveau. Het beste beschermend effect (o.a. uitgedrukt door de grootste DSI-reductie) werd gevonden voor de cultivar Bintje. In het tweede deel van de studie werd de bestrijding van P. infestans door KPhi in combinatie met de aanbevolen en verlaagde dosissen van vijf verschillende werkzame stoffen (AI's) nl. cyazofamide, mancozeb, mandipropamide, azoxystrobine, benthiavalicarb-isopropyl, geëvalueerd. De resultaten van in vivo, serre- en veldexperimenten toonden aan dat synergie tussen KPhi en de fungiciden een goede bescherming gaven tegen een Phytophthora infectie, zelfs bij vatbare cultivars. De resultaten van drie type experimenten ondersteunden dan ook met succes onze bevindingen: "een bio-assay met afzonderlijke bladeren laat een snelle in vivo screening toe van de doeltreffendheid van KPhi, alleen en in combinatie met verschillende dosissen van fungiciden tegen P. infestans ", "KPhi in combinatie met aanbevolen en verlaagde dosissen van verschillende actieve bestanddelen onthult het potentiële beschermende effect tegen aardappelpathogeen P. infestans in serres", en "de combinatie van KPhi met het meest gebruikte fungicide Raman toont het potentiële voordeel aan van een geïntegreerde controlestrategie tegen de ontwikkeling van de aardappelziekte aan onder multivariabele veldomstandigheden". Deze studie suggereert dat het optimaliseren van formuleringen met de toevoeging van KPhi zou leiden tot een verlaging van de dosis van fungiciden in de aardappelteelt en een potentiële partners zou kunnen worden in een geïntegreerd beheersingssysteem van P. infestans bij aardappel.dan
dc.description.sponsorshipPublication of this thesis is supported by European Social Fund’s Doctoral Studies and Internationalization Programme DoRa by the Estonian University of Life Sciences and the European Unions’s European Regional Development Fund (Estonian University of Life Sciences ASTRA project ‘Value-chain based bioeconomy’).eng
dc.publisherEstonian University of Life Scienceseng
dc.relation.ispartofseriesDoctoral Theses of the Estonian University of Life Scienceseng
dc.relation.ispartofseriesEesti Maaülikooli doktoritöödest
dc.rights© Neda Najdabbasi 2022
dc.subjectRoheline Ülikool (töö toetab EMÜ Rohelise Ülikooli põhimõtteid)est
dc.subjectGreen University (thesis is related to EMÜ Green University iniciative’s aims)eng
dc.subjectpotato growingeng
dc.subjectplant protectioneng
dc.subjectpotato blighteng
dc.titleAlternative biocontrol strategies in the potato phytophthora infestans pathosystem for integrated management of late blighteng
dc.title.alternativeAlternatiivsed biotõrje strateegiad kartuli-lehemädaniku integreeritud tõrjeksest
dc.title.alternativeAlternatieve beheersingsstrategieën voor een geïntegreerde bestrijding van de aardappelziekte inaardappeldan
dc.typeDoctoral Thesiseng


Originaal pakett

Nüüd näidatakse 1 - 1 1
7.89 MB
Adobe Portable Document Format