Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

In this thesis, three separate experiments have been performed on different aspects of the interaction between the causal agent of clubroot, Plasmodiophora brassicae, and its hosts.

In the first experiment the pathotype of the P. brassicae single spore isolate, which is currently used to construct a reference genome, has been classified using the ECD bioassay. The disease severity of infected plants was scored according to two different scales and the pathotype was determined according to three previously published guidelines. The results were compared to previous published studies describing the e3 isolate.

The life cycle of P. brassicae is not well understood. A small-scale cultivation system was tested to study the early interactions between P. brassicae and host plants on a molecular basis using DNA and RNA analyses from plant roots and rhizosphere. Infection rates were determined by quantification of P. brassicae DNA in root samples. DNA and RNA extractions from plant roots were successful but the system did not provide consistent infection. Disease development rates and gene expression analyses did not generate reliable results.

The third experiment was a pilot study to investigate the influence of root exudates from inoculated and non-inoculated plants on P. brassicae resting spore germination behaviour. Root exudates of several host and non-host plants are known to stimulate resting spore germination under experimental conditions but the effect of non-host plants is often diminished under field conditions. It was tested if the infection of the plant roots by P. brassicae could influence the germination of resting spores in the environment. The results indicated that infected roots may increase resting spore germination. The effect seemed to vanish as the P. brassicae infection reached later stages in its lifecycle.

Klumprotsjuka är en allvarlig sjukdom som angriper oljeväxter. Den orsakas av den obligata och biotrofa patogenen Plasmodiophora brassicae. I detta examensarbete ingår tre separata experiment som alla syftar till att undersöka olika aspekter av interaktionen mellan P. brassicae och dess värdväxter.

I det första experimentet undersöktes aggressiviteten av ett P. brassicae enkelsporisolat, e3, på 15 olika värdväxter som odlades i växthus. Aggressiviteten av isolatet bedömdes genom att gradera symptomen på värdväxternas rötter för att bestämma isolatets patotyp. Informationen var av särskilt stor betydelse eftersom isolatet använts i flera tidigare och pågående studier, bl.a. för utvecklingen av ett referensgenom. Alla 15 värdväxterna utvecklade mer eller mindre kraftiga symptom vilket visar att e3 isolatet är ett aggressivt isolat med vid värdkrets.

Det andra experimentet utfördes för att studera interaktionen mellan patogenen och värdväxten på gennivå med hjälp av kvantitativ PCR–teknik. Att mäta vilka gener som uttrycks under infektionsförloppet är en vanlig teknik för att studera processer och regulatoriska nätverk under sjukdomsförloppet. Kunskap inom området är en nyckel i forskning och utvecklingen av nya sätt att kontrollera sjukdomen. För att studera genuttrycket under infektionsprocessen utvecklades ett enkelt odlingssystem där växter kunde odlas och inokuleras med P. brassicae under standardiserade förhållanden. DNA och RNA extraherades ur växternas rötter och ur jorden. DNA och RNA från växternas rötter höll tillräckligt god kvalitet för att analyseras. Patogenens tillväxt mättes i förhållande till växtens genom via kvantifiering av DNA. Analysen indikerar ojämn sjukdomsutveckling mellan individuella replikat vilket tyder på att odlingssystemet inte fungerade optimalt. Resultaten av genuttrycksanalysen bedömdes inte som tillförlitliga.

P. brassicae bildar långlivade vilsporer vilket gör att smittan kan finnas kvar i marken under lång tid efter ett sjukdomsutbrott även i avsaknad av värdväxter. Flera studier har visat att groningen av vilsporer sker spontant, men att ett flertal biotiska och abiotiska faktorer kan påverka sporernas groning. Att utnyttja mekanismen som styr groningen för att stimulera denna utan att patogenen ges möjlighet att slutföra sin livscykel efter groningen är en av två huvudsakliga strategier som har föreslagits för biologisk kontroll av P. brassicae. Ett flertal försök med att använda olika växter för att inducera sporgroning har tidigare utförts med blandade resultat. I den tredje delen av det här examensarbetet genomfördes en pilotstudie för att undersöka om rotexudat från inokulerade rötter har större groningsstimulerande effekt på vilsporer jämfört med rotexudat från friska plantor. Resultaten visar att rotexudat från inokulerade rötter stimulerar vilsporgroningen mer än friska rötter och att den stimulerande effekten varierar beroende på vilket stadium av sjukdomen som förekommer i växtrötterna när rotexudaten utsöndras. Ytterligare forskning inom området behövs för att nå en djupare förståelse för vilka faktorer som styr groningen hos vilsporerna och hur dessa kan utnyttjas för att utveckla nya produkter för sjukdomsbekämpning.