Ecology and genomics of Dickeya solani, a new soft rot bacterium infecting potatoes

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN: 978-951-51-1512-6
Title: Ecology and genomics of Dickeya solani, a new soft rot bacterium infecting potatoes
Author: Garlant, Linda
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Agricultural Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-10-02
Belongs to series: URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN: 978-951-51-1512-6
http://hdl.handle.net/10138/156396
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: This dissertation is aimed at studying the emergence and invasiveness of a new soft rot bacterium: Dickeya solani. Members of the Dickeya genus cause soft rot and blackleg in potato, which is one of the world s most important food crops. D. solani was first isolated in Finland in 2004; since then, it has been identified in many European countries. It most likely emerged in the Netherlands and spread elsewhere in Europe and beyond via the potato seed trade, and it has rapidly became a major threat for potato production, along with the other commonly known soft rot bacteria D. dianthicola and Pectobacterium species. In this study, the ecological aspects and genomics of D. solani were investigated to elucidate the mechanisms underlying its fast spread and high aggressiveness. A real-time PCR test was developed to analyze plant samples containing Dickeya species. This test ensures the fast determination of the amount of Dickeya cells present in symptomatic plant tissue and avoids lengthy and labored procedures for bacterial cell isolation, thereby representing an advantageous diagnostic tool. Biovar 3 Dickeya isolates were biochemically characterized and found to differ from the other known Dickeya species isolated from potatoes and ornamentals in Europe. Taxonomic analysis indicated that these strains belonged to a new species within the genus Dickeya, which was consequently named D. solani. The genome of a Finnish D. solani strain was sequenced to study the invasive character of this new species. Comparative genomic analysis indicated the presence of a set of specific genes involved in the production of toxic secondary metabolites, which triggered the investigation of the ability of D. solani to outcompete other bacterial species present in the potato environment. A newly identified bacteriocin-like molecule produced by D. solani promoted the growth inhibition of some Pectobacterium species, thus partly explaining the rapid colonization and dominance of the potato environment by this novel soft rot pathogen. This study provides novel information about the ecology, taxonomic status and genomics of the new potato pathogen D. solani. This information is likely to contribute to applied studies to improve potato production and plant health in general in the future.Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, mistä johtuu uuden Dickeya solani -nimisen tyvimätäbakteerin ilmestyminen ja nopea leviäminen Euroopassa. Dickeya-suvun bakteerit aiheuttavat tyvi- ja märkämätää perunalla, joka on yksi maailman tärkeimmistä viljelyskasveista. D. solani eristettiin ensimmäisen kerran Suomessa vuonna 2004 ja sen jälkeen sitä on löydetty useista Euroopan maista. Bakteerikanta lähti leviämään mitä todennäköisimmin Alankomaissa, mistä se levisi edelleen muualle Eurooppaan ja sen ulkopuolellekin siemenperunan mukana. D. solani -bakteerista on tullut suuri uhka perunan siemenkaupalle ja perunan tuotannolle muiden yleisesti tunnettujen tyvi- ja märkämätäbakteereiden, kuten D. dianthicola- ja Pectobacterium-lajien, lisäksi. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin D. solani -bakteerikannan ekologiaa ja genomiikkaa sen nopean leviämisen ja aggressiivisuuden selventämiseksi. Tutkimuksessa kehitettiin reaaliaikainen polymeraasiketjureaktiotesti Dickeya-bakteerikantoja sisältävien kasvinäytteiden analysoimiseksi. Testi takaa Dickeya-solujen runsauden määrittämisen nopeasti suoraan oireisista kasvisolukoista, jolloin bakteereita ei tarvitse eristää. Kehitetty menetelmä toimii siten diagnostisena testinä, jonka avulla voidaan tunnistaa minkä tahansa Dickeya-sukuisen bakteerin aiheuttama kasvisolukon mädäntyminen. Viimeaikoina perunoista eristetyt Dickeya-isolaatit määritettiin biokemiallisesti ja niiden huomattiin poikkeavan muista tunnetuista ja aiemminkin Euroopassa esiintyneistä, perunoista ja koristekasveista eristetyistä Dickeya-suvun bakteereista. Taksonomiset analyysit osoittivat, että nämä bakteerikannat kuuluivat uuteen lajiin Dickeya-suvun sisällä. Tälle uudelle lajille annettiin nimeksi D. solani. Suomalaisen D. solani -bakteerikannan genomi, eli kaikki sen geenit, sekvensoitiin ja geenejä analysoitiin tietokoneavusteisesti. Vertaileva genominen analyysi osoitti että D. solani -bakteerilla on geenejä, jotka osallistuvat toksisten sekundääristen metaboliittien tuottoon, mikä johdosta D. solani -bakteerikannan kykyä kilpailla muiden perunalla esiintyvien bakteerikantojen kanssa tutkittiin. Kokeiden seurauksena tunnistettiin D. solani -bakteerikannan tuottama bakteereille myrkyllinen molekyyli, joka estää joidenkin Pectobacterium-lajien kasvua, mikä saattaa ainakin osittain selittää tämän uuden tyvimätäbakteerin nopean leviämisen ja sen vallitsevuuden perunakasvustoissa. Tämä tutkimus tuotti uutta tietoa perunalla tavatun uuden patogeenin, D. solani -bakteerilajin, ekologiasta, taksonomisesta asemasta ja genomiikasta. Uutta tietoa voidaan toivottavasti hyödyntää perunan ja muidenkin kasvien terveyteen tähtäävässä soveltavassa tutkimuksessa tulevaisuudessa.
Subject: plant Science
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
ecologya.pdf 2.563Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record