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Genetic diversity of European populations of the oak fine-root pathogen Phytophthora quercina

Genetische Diversität von Phytophthora quercina, einem Feinwurzel – Pathogen an Eichen in Europa

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Summary

The recently discovered oak-specific fine root plant pathogen Phytophthora quercina is a significant factor in the current phase of European oak decline but its origins and ecology are poorly understood. A genome-wide analysis of 260 amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers was used to examine the genetic diversity of 72 isolates from five oak species at 28 sites in Germany (particularly Bavaria), Italy, France, Hungary and the UK. Within-site diversity was examined at 16 sites. The limited genetic diversity (within and between sites) and lack of genetic substructuring according to geographic origin or host species suggest the rapid spread of a relatively recently introduced species. Two subgroups were distinguished and these may reflect an initial introduction of isolates of two different genetic backgrounds. The relatively low genetic diversity is probably because of the predominantly inbreeding (homothallic) nature of P. quercina. However, evidence of limited intra-site diversity, temporal variation and the lack of clonality within the European population suggest that some diversity is being maintained by occasional outcrossing and turnover of a reservoir of long-lived soil-borne oospore (sexually derived) inoculum.

Résumé

L'espèce récemment découverte Phytophthora quercina, pathogène spécifique des fines racines de chênes, est un facteur significatif du dépérissement actuel des chênes européens mais ses origines et son écologie sont mal connues. Une étude à l’échelle du gènome portant sur 260 marqueurs AFLP a été réalisée afin de caractériser la diversité génétique de 72 isolats de 5 espèces de chênes provenant de 28 sites en Allemagne (particulièrement Bavière), Italie, France, Hongrie et Royaume-Uni. La variabilité intra-site a étéétudiée pour 16 sites. La diversité génétique restreinte (à la fois intra- et inter- sites) ainsi que l'absence de structuration génétique en relation avec l'origine géographique et l'espèce hôte suggèrent l'expansion récente d'une espèce introduite relativement récemment. Deux sous-groupes peuvent être distingués, qui pourraient résulter de l'introduction initiale d'isolats de deux fonds génétiques différents. La relativement faible diversité génétique est probablement due au mode de reproduction par autofécondation (homothallisme) de P. quercina. Toutefois, l'existence d'une faible diversité génétique intra-site, la variabilité temporelle et l'absence de clonalité des populations européennes suggèrent qu'un certain niveau de diversité est maintenu par des allofécondations occasionnelles et le turnover d'un réservoir d'inoculum tellurique à forte longévité constitué par les oospores (issues de la reproduction sexuée).

Zusammenfassung

Das kürzlich entdeckte eichenspezifische Feinwurzelpathogen Phytophthora quercina ist ein signifikanter Faktor im Ursachenkomplex des derzeitigen Eichensterbens in Europa. Seine Herkunft und Ökologie ist bisher nur unzulänglich bekannt. Mittels einer genomweiten Analyse von 260 AFLP – Markern (amplified fragment length polymorphism) wurde die genetische Diversität von 72 Isolaten untersucht, welche von 5 Eichenarten an 28 Standorten in Deutschland (insbesondere Bayern), Italien, Frankreich, Ungarn und Großbritannien isoliert wurden. Die Diversität innerhalb eines Standortes wurde dabei an 16 Standorten untersucht. Die eingeschränkte genetische Diversität sowohl innerhalb eines Standortes als auch zwischen verschiedenen Standorten und das Fehlen genetischer Untergruppierungen nach geografischer Herkunft oder Wirts-Eichenart sprechen für die rasche Ausbreitung einer vor relativ kurzer Zeit eingeschleppten Art. Es konnten zwei Untergruppen unterschieden werden, was auf die ursprüngliche Einschleppung von Isolaten zweier genetischer Herkünfte hindeutet. Die relativ geringe genetische Diversität ist wahrscheinlich dadurch bedingt, dass sich P. quercina als homothallische Art sexuell in erster Linie durch Inzucht fortpflanzt. Jedoch sprechen die Anzeichen von begrenzter Diversität zwischen Isolaten eines Standortes sowie zwischen Isolaten verschiedener Probenahmezeitpunkte und das Fehlen von Klonalität innerhalb der europäischen Population von P. quercina dafür, dass eine begrenzte Diversität durch gelegentliches Auskreuzen und die Erneuerung des Reservoirs an langlebigen bodenbürtigen Oosporen erreicht wird.

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