Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Phytophthora infestans is an oomycete that causes late blight on potato and tomato. It is the culprit behind the Irish famine of 1845 and still today stand for the biggest challenge for potato farmers worldwide. Every growth-season, potato fields are sprayed repeatedly with fungicides to prevent the plants to succumb to the disease, but there are both environmental concerns and problems with resistance developing in the pathogen against commonly used fungicides that makes this control-method unsustainable.
Spray-induced gene silencing (SIGS) has emerged during the last few years as a new innovative treatment for all sorts of pathogens (viruses, fungi, insects, oomycetes) that affect agriculturally important crops. This study investigates SIGS as a control-method for potato late blight. Three research questions were addressed: 1) Which are the best gene-candidates to target? 2) Which combinations of target genes give the best effect? 3) What size of dsRNA enables optimal uptake and efficacy?
We selected six target genes critical for the pathogenicity of P. infestans. The genes were tested as single genes and in combinations as fused gene constructs. The dsRNA constructs were evaluated in a plate essay as well as in a trial on potato plants in a controlled climate plant growth facility (Biotron) where the dsRNA was sprayed on the plants as a foliar spray, followed by pathogen inoculation. Our results showed that shorter dsRNA sequences (600-750 bp) were more effective in reducing disease severity. The two P. infestans genes Palmitol protein thiosterase 2-like (PITG_22117) and Transglutaminase elicitor (PITG_01695) stood out as the most promising targets in single-gene trials. There was no dsRNA construct combining target genes that stood out as the best since the combined dsRNA constructs all performed similarly at reducing disease severity.
Altogether, we showed that the dsRNA treatment inhibits mycelial growth in a plate essay and significantly reduces disease progression of potato late blight on potato plants. The findings provide further promise of SIGS as a potential alternative to chemical fungicides in managing potato late blight.

Phythophthora infestans är en oomycete som orsakar potatisbladmögel hos potatis och tomat. Det är boven bakom den irländska svälten år 1845 och står än idag för den största utmaningen som potatisodlare möter. Varje odlingssäsong behandlas potatisfält upprepade gånger med fungicider för att hindra fältet från att drabbas av sjukdomen, men det finns både miljömässiga nackdelar och problem med resistensutveckling hos patogenen mot de mest använda fungiciderna som gör kontrollmetoden ohållbar.
Spray-induced gene silencing (SIGS) har dykt upp under de senaste åren som en ny och innovativ behandling mot olika sorters patogener (virus, svampsjukdomar, insekter, algsvampar) som drabbar agrikulturellt viktiga grödor. Denna studie undersöker SIGS som en möjlig behandling mot potatisbladmögel. Tre frågeställningar behandlades: 1) Vilka är de bästa generna att rikta in sig på? 2) Vilka genkombinationer ger den bästa effekten? 3) Vilken längd på dsRNA leder till bäst upptag och effekt?
Sex gener som är viktiga för patogeniciteten hos P. infestans valdes ut. Generna testades både som enstaka gener och i kombinationer som sammansatta gener. De ”double stranded RNA (dsRNA) constructs” utvärderades i en ”plate essay” samt i ett försök i en klimatkontrollerad kammare (Biotron) där dsRNA sprayas på plantornas bladverk följt av inokulering med patogenen. Våra resultat visar att kortare dsRNA-sekvenser var mer effektiva för att minska sjukdomens svårighetsgrad. De två P. infestans-generna Palmitol protein thiosterase 2-like (PITG_22117) and Transglutaminase elicitor (PITG_01695) stack ut som de mest lovande i en studie som testade enstaka gener. De fanns ingen kombinerad dsRNA-behandling som stack ut som den bästa i denna studie eftersom de kombinerade ”dsRNA constructs” alla hade likvärdig skyddande effekt mot potatisbladmögel på potatisplantor.
Sammantaget visar vi att behandling med dsRNA inhiberar myceltillväxt i ”plate essay” och att SIGS signifikant minskar sjukdomsprogressionen av potatisbladmögel på potatisplantor. Fynden ger ytterligare indikation på att SIGS är ett lovande alternativ till kemiska fungicider för att hantera potatisbladmögel.