Peivastegan, Bahram2023-02-212023-03-212023-02-212023-03-31http://hdl.handle.net/10138/354841Potato (Solanum tuberosum L.) tubers need to be stored for up to several months before consumption. During the storage period, potato tubers are susceptible to bacterial post-harvest diseases caused by soft rot bacteria in the Pectobacterium and Dickeya genera, which can cause symptoms, especially in anaerobic conditions linked to water film on the tubers. To understand the potato response to water film and soft rot bacterium Dickeya solani, microarray analysis, RNA-Seq profiling, qRT-PCR, phytohormone measurements, and growth of the plants in the greenhouse were performed to identify the affected processes. Wet conditions induced expression of -genes related to fermentative energy production and senescence while downregulating those related to production of protease inhibitors and secondary metabolites. Hormone measurements showed increased salicylic acid (SA), abscisic acid (ABA) and auxin concentrations, but reduced production of the jasmonic acid (JA) precursor 12-oxo-phytodienoic acid, which would most likely negatively affect resistance against necrotrophic pathogens. Furthermore, the growth of tubers was affected, shown by the production of fewer stems and more roots compared to controls incubated in dry conditions. In the second study, potato gene expression in response to D. solani was studied in dry conditions with artificially inoculated tubers, both in non-symptomatic early infections, and in symptomatic infections one week after inoculation. At the beginning of the infection, potato tubers expressed genes involved in the detection of pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), resistance proteins, reactive oxygen species, secondary metabolites, SA and JA biosynthesis and signaling. In the symptomatic tubers, the PAMPs-triggered gene expression was downregulated and pectic enzymes, cell wall-based defenses and JA concentration were increased. In the third study, the molecular response of potato tubers to combined stresses caused by wet conditions and D. solani infection was studied. During the dual stress treatment, secondary metabolite production, SA and JA biosynthesis, defense responses, and gene expression related to the ability of the tubers to protect themselves with a production of reactive oxygen species was suppressed, while ABA production and senescence genes were induced. A water film on the tubers increased softening and cell wall degradation, creating favorable conditions for D. solani growth and the development of symptoms. Furthermore, the expression of growth-related hormonal genes was suppressed, which would most likely affect the growth of the tubers during the following growing season. In conclusion, the wet conditions affect the growth vigor of the tubers, accelerate senescence and reduce the pathogen defense, which is even intensified when the wet tubers are also infected by D. solani, whereas in the dry conditions, the tubers protect themselves by SA-dependent mechanisms in the early infection and JA-dependent mechanisms in the symptomatic tubers. These studies provide new insight into the susceptibility of potato tubers to abiotic and abiotic stresses affecting the physiology and defense mechanisms of the tubers during storage.Perunan mukuloita on usein säilytettävä useita kuukausia ennen käyttöä. Säilytysaikana perunan mukulat ovat alttiita Pectobacterium- ja Dickeya-suvun bakteereille, jotka aiheuttavat mukuloiden mädäntymisen epäsuotuisissa varastointiolosuhteissa erityisesti, kun mukulat ovat märkiä. Perunan märkyyden ja tyvi- ja märkämätäbakteerien vaikutuksia perunan mukuloiden geeni-ilmentymiseen tutkittiin mikrosiruilla sekä ja RNA-Seq-analyysillä, ja tulokset varmistettiin qRT-PCR-menetelmällä sekä hormonimittauksilla ja mukuloiden itämisen ja kasvun tarkkailulla kasvihuoneessa. Kosteat olosuhteet indusoivat fermentatiivisen energiantuotannon ja vanhenemiseen liittyvien geenien ilmentymisen samalla kun ne vähensivät puolustukseen liittyvien geenien ilmentymistä. Hormonimittaukset osoittivat salisyylihapon, abskissihapon ja auksiinin pitoisuuksien nousseen mutta jasmonihapon ja sen esiasteen tuoton vähentyneen, mikä todennäköisesti vaikuttaa negatiivisesti mukuloiden vastustuskykyyn patogeenejä vastaan. Lisäksi kosteat olosuhteet vaikuttivat mukuloiden kasvuun, sillä kosteissa olosuhteissa säilytetyt mukulat tuottivat vähemmän varsia ja enemmän juuria verrattuna kuivissa olosuhteissa säilytettyihin mukuloihin. Seuraavassa tutkimuksessa perunan geeni-ilmentymistä tutkittiin kuivissa olosuhteissa keinotekoisesti D. solani -bakteerilla tartutetuissa mukuloissa oireettomissa mukuloissa infektion alussa ja oireisissa mukuloissa viikon kuluttua tartutuksesta. Infektion alussa perunan mukulat ilmensivät geenejä, jotka osallistuvat patogeenien erittämien molekyylien tunnistamiseen, puolustukseen liittyvien proteiinien tuottoon, sekundääristen metaboliittien ja salisyyli- ja jasmonihapon tuottoon sekä signalointiin. Oireisissa mukuloissa puolustukseen liittyvien geenien ilmeneminen väheni, kun taas pektiinaasit, soluseinämän puolustukseen liittyvät geenit ja jasmonihapon pitoisuus lisääntyivät. Kolmannessa osatyössä tutkittiin perunan mukuloiden molekyylivastetta kosteiden olosuhteiden ja D. solani -infektion yhteisvaikutukseen. Kosteuden ja patogeeni-infektion yhteisvaikutuksen seurauksena sekundääristen metaboliittien tuotto, salisyyli- ja jasmonihapon biosynteesi ja puolustusvasteet vähenivät, kun taas abskissihapon tuotanto ja vanhenemiseen liittyvät geenit indusoituivat. Mukuloiden päällä oleva vesi aiheutti solukon pehmenemistä ja soluseinän hajoamista, mikä todennäköisesti lisää D. solani -bakteerin kasvua ja oireiden kehittymistä. Lisäksi kasvuhormonien tuottoon liittyvien geenien ilmentyminen väheni, mikä todennäköisesti heikentää mukuloiden kasvua seuraavan kasvukauden aikana. Yhteenvetona voidaan todeta, että kosteat olosuhteet yksinään ja varsinkin yhdessä D. solani -tartunnan kanssa vaikuttavat mukuloiden kasvuun, nopeuttavat vanhenemista ja vähentävät puolustusta taudinaiheuttajia vastaan, kun taas kuivissa olosuhteissa mukulat suojaavat itseään salisyylihapon tuotolla varhaisessa infektiossa ja jasmonattien tuotolla oireisissa mukuloissa. Nämä tutkimukset antavat uutta tietoa perunan mukuloiden herkkyydestä bioottisille ja abioottisille stresseille ja stressien vaikutuksista mukuloiden fysiologiaan ja puolustusmekanismeihin varastoinnin aikana.application/pdfengJulkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.plant PathologyURN:ISBN:978-951-51-8548-8Doctoral dissertation (article-based)