Detection and identification of Phytophthora spp. in woody plant nurseries and holm oak forests

Abstract

[ES] Phytophthora es uno de los géneros fitopatógenos más relevantes y agresivos en la agricultura y silvicultura. Muestreos realizados en la última década han revelado una gran cantidad de interacciones entre especies de Phytophthora y plantas, desconocidas con anterioridad. La introducción de nuevos patógenos de suelo, como Phytophthora en los bosques de Fagaceae, modifica la comunidad microbiana presente en la rizosfera, con importantes consecuencias ambientales y económicas. El género Quercus es uno de los géneros de Fagaceae más extendidos en Europa, y Quercus ilex es la especie dominante en España. El vínculo entre la dispersión de Phytophthora en los ecosistemas naturales y las actividades del ser humano, ha sido previamente estudiado. Numerosos muestreos en viveros y espacios públicos, mostraron la presencia de gran diversidad de especies de Phytophthora que podían suponer una amenaza para la producción y los ecosistemas naturales. En este contexto, se realizó un muestreo de viveros ornamentales y forestales en cuatro comunidades autónomas españolas, centrándose en los posibles síntomas asociados a Phytophthora en diferentes hospedantes e incluyendo muestras de agua de los viveros. Los resultados mostraron 17 filotipos de Phytophthora que afectan a 22 especies vegetales incluidas en 19 géneros. Algunas de estas interacciones se citaron por primera vez en España. Entre los patógenos de suelo aislados en los viveros, se identificó una gran cantidad de formas asexuales tipo Cylindrocarpon en las raíces de hospedantes leñosos. Se caracterizó una colección de aislados mediante estudios morfológicos y moleculares. Se identificaron 12 especies pertenecientes a los géneros Cylindrodendrum, Dactylonectria e Ilyonectria en hospedantes pertenecientes a 15 géneros y otras cuatro nuevas especies se describieron. El estudio demostró la prevalencia de este grupo fúngico asociado con plántulas de diversos hospedantes que muestran síntomas de decaimiento en viveros forestales. Se evaluó la susceptibilidad de Q. ilex a la inoculación con ocho especies de Phytophthora obtenidas de muestreos en viveros. Las especies más agresivas fueron Phytophthora cinnamomi, Phytophthora cryptogea, Phytophthora gonapodyides, Phytophthora plurivora y Phytophthora psychrophila, seguidas de Phytophthora megasperma, mientras que Phytophthora quercina y Phytophthora nicotianae fueron las especies menos agresivas. Los resultados obtenidos en el ensayo de patogenicidad confirmaron que todas las especies de Phytophthora evaluadas podrían representar una amenaza para los encinares. En este contexto, se realizó un estudio para verificar la presencia y / o detección de especies de Phytophthora en dos áreas de España (dehesas del sudoeste y bosque del noreste) utilizando diferentes métodos de aislamiento y detección. El aislamiento directo y el método de trampeo vegetal en muestras obtenidas a partir de encinas con y sin decaimiento, identificaron Phytophthora cambivora, P. cinnamomi, P. gonapodyides, P. megasperma y Phytophthora pseudocryptogea en las dehesas, mientras que, en el bosque del noreste, no se aisló Phytophthora spp. Los análisis estadísticos indicaron que no había una relación significativa entre la frecuencia de aislamiento de las especies de Phytophthora y la expresión de los síntomas de la enfermedad en las encinas de las dehesas. Además, P. quercina se detectó con mayor frecuencia que P. cinnamomi en las dos áreas estudiadas utilizando sondas TaqMan de PCR a tiempo real. Se evaluaron seis masas de Q. ilex ubicadas en tres comunidades autónomas de España mediante “Next Generation Sequencing” (NGS) para tener un mayor conocimiento sobre la diversidad de Phytophthora spp. en los bosques de encinas. Se detectaron 37 filotipos de Phytophthora pertenecientes a los clados 1 al 12, excepto los clados 4, 5 y 11, lo que demuestra una gran diversidad de Phytophthora en los encinares estudiados. Los filotipos más abundantes fueron P. quercina, P. psychrophila, P. cinnamomi y P. plurivora.

[EN] Phytophthora is one of the most relevant and aggressive plant pathogenic genus in agriculture and forestry. Due to the increasing environmental threat of invasive plant pathogens, monitoring new areas in the last decade has revealed a large number of new Phytophthora species-plant host interactions. The introduction of soilborne pathogens, such as Phytophthora in Fagaceae forests modifies the microbial community present in the rhizosphere with relevant environmental and economic consequences. The genus Quercus is one of the most extended Fagaceae genera in Europe, and Q. ilex is the dominant tree in Spain. The link between Phytophthora dispersion in natural ecosystems and human derived activities has been previously studied. Numerous sampling in nurseries and public spaces revealed a great diversity of Phytophthora species that compromised production and threated natural ecosystems. In this context, sampling ornamental and forest nurseries in four Spanish regions was carried out focusing on possible symptoms associated to Phytophthora on different hosts and including water samples from the nurseries. The results showed 17 Phytophthora phylotypes affecting 22 plant species included in 19 plant genera and some of them reported for the first time in Spain. Among the soilborne pathogens isolated in the nurseries, a large number of Cylindrocarpon-like asexual morphs were identified from the roots of woody hosts. A collection of Cylindrocarpon-like isolates recovered from Spanish nurseries was characterised by morphological and molecular studies. Twelve species belonging to the genera Cylindrodendrum, Dactylonectria and Ilyonectria were identified from damaged roots of 15 different host genera and other four species were newly described. The study demonstrated the prevalence of this fungal group associated with seedlings of diverse hosts showing decline symptoms in forest nurseries in Spain. The susceptibility of Quercus ilex to the inoculation with eight Phytophthora species obtained from nurseries was evaluated. The most aggressive species were Phytophthora cinnamomi, Phytophthora cryptogea, Phytophthora gonapodyides, Phytophthora plurivora and Phytophthora psychrophila followed by Phytophthora megasperma, while Phytophthora quercina and Phytophthora nicotianae were the least aggressive species. Results obtained in the pathogenicity test confirmed that all Phytophthora species tested could represent a threat to holm oak ecosystems. In this context, a study to verify the presence and/or detection of Phytophthora species was conducted in two holm oak areas of Spain (southwestern dehesas and northeastern woodland) using different isolation and detection methods. Direct isolation and baiting methods in declining and non-declining holm oak trees revealed Phytophthora cambivora, P. cinnamomi, P. gonapodyides, P. megasperma, and Phytophthora pseudocryptogea in the dehesas, while in the northeastern woodland, no Phytophthora spp. were recovered. Statistical analyses indicated that there was not a significant relationship between the Phytophthora spp. isolation frequency and the disease expression of the holm oak stands in the dehesas. Phytophthora quercina and P. cinnamomi TaqMan real-time PCR probes showed that P. quercina was detected in a higher frequency than P. cinnamomi in both studied areas. A better understanding of the Phytophthora spp. diversity in holm oak forests was assessed using Next Generation Sequencing (NGS) in six Q. ilex stands located in three regions in Spain. Thirty-seven Phytophthora phylotypes belonging to clades 1 to 12, except for clades 4, 5 and 11, were detected in this study, demonstrating a high diversity of Phytophthora species in holm oak Spanish forests. The most abundant phylotypes were P. quercina, P. psychrophila, P. cinnamomi and P. plurivora. In summary, this Thesis demonstrated a high diversity of Phytophthora and Cylindrocarpon-like species in Spanish nurseries, reporting new pathogen-plant host in

[CA] Phytophthora és un dels gèneres fitopatògens més rellevants i agressius en l'agricultura i la silvicultura. Mostrejos realitzats en l'última dècada han revelat una gran quantitat d'interaccions desconegudes fins ara entre espècies de Phytophthora i plantes. La introducció de nous patògens del sòl, com Phytophthora en els boscos de Fagaceae, modifica la comunitat microbiana present en la rizosfera, amb importants conseqüències ambientals i econòmiques. El gènere Quercus és un dels gèneres de Fagaceae més estesos a Europa, i Quercus ilex és l'espècie dominant a Espanya. El vincle entre la dispersió de Phytophthora en els ecosistemes naturals i les activitats de l'ésser humà, ja ha sigut estudiat prèviament. Nombrosos mostrejos en vivers i espais públics, van mostrar la presència d'una gran diversitat d'espècies de Phytophthora que podien suposar una amenaça per a la producció i els ecosistemes naturals. En aquest context, es va realitzar un mostreig de vivers ornamentals i forestals en quatre comunitats autònomes espanyoles, centrant-se en els possibles símptomes associats a Phytophthora en diferents hostes i incloent mostres d'aigua dels vivers. Els resultats van mostrar 17 filotipus de Phytophthora que afecten 22 espècies vegetals incloses en 19 gèneres. Algunes d'aquestes 'interaccions es van citar per primera vegada a Espanya. Entre els patògens del sòl aïllats en els vivers, es va identificar una gran quantitat de formes asexuals tipus Cylindrocarpon en les arrels de plantes llenyoses. Es va caracteritzar una col·lecció d'aïllats mitjançant estudis morfològics i moleculars. Es van identificar 12 espècies pertanyents als gèneres Cylindrodendrum, Dactylonectria i Ilyonectria en hostes pertanyents a 15 gèneres i altres quatre noves espècies es van descriure. L'estudi va demostrar la prevalença d'aquest grup fúngic associat amb plàntules de diversos hostes que mostren símptomes de decaïment en vivers forestals espanyols. Es va avaluar la susceptibilitat de Q. ilex a la inoculació amb huit espècies de Phytophthora obtingudes de mostrejos en vivers. Les espècies més agressives van ser Phytophthora cinnamomi, Phytophthora cryptogea, Phytophthora gonapodyides, Phytophthora plurivora i Phytophthora psychrophila, seguides de Phytophthora megasperma, mentre que Phytophthora quercina i Phytophthora nicotianae van ser les espècies menys agressives. Els resultats obtinguts en l'assaig de patogenicitat van confirmar que totes les espècies de Phytophthora avaluades podrien representar una amenaça per als ecosistemes d'alzines. En aquest context, es va realitzar un estudi per a verificar la presència i / o detecció d'espècies de Phytophthora en dues àrees d'Espanya (deveses del sud-oest i bosc del nord-est) utilitzant diferents mètodes d'aïllament i detecció. L'aïllament directe i el mètode de parany vegetal en mostres obtingudes a partir d'alzines, amb i sense decaïment, van identificar Phytophthora cambivora, P. cinnamomi, P. gonapodyides, P. megasperma i Phytophthora pseudocryptogea en les deveses, mentre que, en el bosc del nord-est, no es va aïllar Phytophthora spp. Les anàlisis estadístiques van indicar que no hi havia una relació significativa entre la freqüència d'aïllament de les espècies de Phytophthora i l'expressió dels símptomes de la malaltia en les alzines en les deveses. A més, P. quercina es va detectar amb major freqüència que P. cinnamomi en les dues àrees estudiades utilitzant sondes TaqMan de PCR a temps real. Es van avaluar sis masses de Q. ilex situades en tres comunitats autònomes d'Espanya mitjançant "Next Generation Sequencing" (NGS) per a tindre un major coneixement sobre la diversitat de Phytophthora spp. en els boscos d'alzines. Es van detectar 37 filotipus de Phytophthora pertanyents als clades 1 al 12, excepte els clades 4, 5 i 11, la qual cosa demostra una gran diversitat d'espècies de Phytophthora en els alzinars estudiats. Els filotipus més abundants van ser P. quercina, P. psychrophila, P. cinnamomi i P. plurivora.