Molecular identification of Plenodamus species associated with Brassicaceae plant samples stored in the mycological herbarium Lep

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Mycological herbaria represent unique and indispensable bioresource collections that play a key role in the study of fungal biodiversity. One of the largest collections of this kind is the herbarium of the All-­Russian Institute of Plant Protection (VIZR, LEP), which houses the largest collection of microscopic phytopathogenic fungi in Russia. Over the course of long-term storage, some of the most valuable specimens lose their original properties and become unsuitable for studying by traditional morphological methods. Currently, molecular genetic methods are actively being applied to study herbarium collections, opening new opportunities for the analysis and preservation of biodiversity among phytopathogenic micromycetes. Phoma stem canker and Phoma leaf spot are one of the most widespread and harmfull diseases of cruciferous crops. The causal agents of this disease are closely related fungi, Plenodomus lingam and P. biglobosus. Within these species, two and seven phylogenetic lineages (subclades), respectively, have been identified. Reliable identification of these subclades is only possible using multilocus phylogenetic analysis of nucleotide sequences of the ITS locus and partial regions of actin (act) and β-tubulin (tub2). The aim of this study was to re-identify Plenodomus species in samples of cruciferous plants stored in the Mycological Herbarium LEP for 145–60 years using molecular phylogenetic methods. Nucleotide sequences of the ITS locus were determined in DNA extracted from 16 samples. According to the results of phylogenetic analysis based on ITS sequences, only four samples contained Plenodomus species as the causal agents of Phoma stem canker. In these four samples, in addition to the ITS locus, partial act and tub2 were successfully sequenced. In the phylogenetic tree constructed from nucleotide sequences of all three loci the samples clustered within a clade formed by representative strains of P. lingam subclade ‘brassicae’. Thus, it was reliably confirmed that the causal agent of Phoma stem canker in these four samples was P. lingam ‘brassicae’. Previously in Russia P. lingam ‘brassicae’ has been reliably identified in the Kaliningrad and Leningrad regions, P. biglobosus ‘brassicae’ in the Kaliningrad and Leningrad regions, the Republic of Adygea and Krasnodar Krai. As a result of this study, the presence of the fungus P. lingam ‘brassicae’ was confirmed in herbarium specimens collected in the Leningrad and Rostov regions and in Kazakhstan. To date, the earliest reliable finding of P. lingam in Russia is 114 years old.

About the authors

M. M. Gomzhina

All-Russian Institute of Plant Protection

Author for correspondence.
Email: gomzhina91@mail.ru
St. Petersburg, Russia

E. L. Gasich

All-Russian Institute of Plant Protection

Email: elena_gasich@mail.ru
St. Petersburg, Russia

References

  1. Dilmaghani A., Balesdent M.H., Didier J. et al. The Leptosphaeria maculans – Leptosphaeria biglobosa species complex in the American continent. Plant Pathol. 2009. V. 58. P. 1044–1058. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2009.02149.x
  2. Dilmaghani A., Balesdent M.H., Rouxel T. et al. First report of Leptosphaeria biglobosa (blackleg) on Brassica oleracea (cabbage) in Mexico. Plant Dis. 2010. V. 94. P. 791. https://doi.org/10.1094/pdis-94-6-0791c
  3. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus. 1990. V. 12. P. 13–15. https://doi.org/10.1007/978-3-642-83962-7_18
  4. Fitt B.D.L., Brun H., Barbetti M.J. et al. World-wide importance of Phoma stem canker (Leptosphaeria maculans and L. biglobosa) on oilseed rape (Brassica napus). Eur. J. Plant Pathol. 2006. V. 114. P. 3–15. https://doi.org/10.1007/s10658-005-2233-5
  5. Fitt B.D.L., Hu B.C., Li Z.Q. et al. Strategies to prevent spread of Leptosphaeria maculans (Phoma stem canker) onto oilseed rape crops in China; costs and benefits. Plant Pathol. 2008. V. 57. P. 652–664. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2008.01841.x
  6. Gomzhina M.M., Gannibal Ph.B. Phoma-like fungi in the Mycological Herbarium of All-Russian institute of plant protection (LEP). Mikologiya i fitopatologiya. 2020. V. 54 (6). P. 452–459. https://doi.org/10.31857/S0026364820060070
  7. Gomzhina M.M., Gasich E.L. Plenodomus species infecting oilseed rape in Russia. Plant Protection News. 2022. V. 105(3). P. 135–147. https://doi.org/10.31993/2308-6459-2022-105-3-15425
  8. Henderson M.P. The black-leg disease of cabbage caused by Phoma lingam (Tode) Desmaz. Phytopathology. 1918. V. 8. P. 379–431.
  9. King K.M., West J.S. Detection of the Phoma pathogens Plenodomus biglobosus subclades ‘brassicae’ and ‘canadensis’ on wasabi, and ‘canadensis’ in Europe. Eur. J. Plant Pathol. 2022. V. 162. P. 751–756. https://doi.org/10.1007/s10658-021-02428-z
  10. Kumar S., Stecher G., Li M. et al. MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol Biol Evol. 2018. V. 35. P. 1547–1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096
  11. Liu Z., Latunde-Dada A.O., Hall A.M. et al. Phoma stem canker disease on oilseed rape (Brassica napus) in China is caused by Leptosphaeria biglobosa ‘brassicae.’ Eur. J. Plant Pathol. 2014. V. 140. P. 841–857. https://doi.org/10.1007/s10658-014-0513-7
  12. Lord E., Leclercq M., Boc A. et al. Armadillo 1.1: An original workflow platform for designing and conducting phylogenetic analysis and simulations. PLOS One. 2012. V. 7 (1). P. e29903. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0029903
  13. Luo T., Li G., Yang L. First report of Leptosphaeria biglobosa ‘canadensis’ causing blackleg on oilseed rape (Brassica napus) in China. Plant Dis. 2021. V. 105 (11). P. 3760. https://doi.org/10.1094/PDIS-12-20-2735-PDN
  14. Mendes-Pereira E., Balesdent M.H., Brun H. et al. Molecular phylogeny of the Leptosphaeria maculans – L. biglobosa species complex. Mycol Res. 2003. V. 107. P. 1287–1304. https://doi.org/10.1017/S0953756203008554
  15. Minh B.Q., Schmidt H.A., Chernomor O. et al. IQ-TREE2: New models and efficient methods for phylogenetic inference in the genomic era. Mol. Biol. Evol. 2020. V. 35 (7). P. 1530–1534. https://doi.org/10.1093/molbev/msaa015
  16. Plummer K.M., Dunse K., Howlett B.J. Non-aggressive strains of the blackleg fungus, Leptosphaeria maculans, are present in Australia and can be distinguished from aggressive strains by molecular analysis. Aust J Bot. 1994. V. 42. P. 1–8. https://doi.org/10.1071/BT9940001
  17. Thompson J.D., Gibson T.J., Plewniak F. et al. The ClustalX windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Res. 1997. V. 24. P. 4876–4882. https://doi.org/10.1093/nar/25.24.4876
  18. van de Wouw A.P., Thomas V.L., Cozijnsen A.J. et al. Identification of Leptosphaeria biglobosa ‘canadensis’ on Brassica juncea stubble from northern New South Wales, Australia. Australas. Plant Dis. Notes. 2008. V. 3. P. 124–128. https://doi.org/10.1007/BF03211265
  19. Vincenot L., Balesdent M.H., Li H. et al. Occurrence of a new subclade of Leptosphaeria biglobosa in Western Australia. Phytopathol. 2008. V. 98. P. 321–329. https://doi.org/10.1094/PHYTO-98-3-0321
  20. Voigt K., Cozijnsen A.J., Kroymann J. et al. Phylogenetic relationships between members of the crucifer pathogenic Leptosphaeria maculans species complex as shown by mating type (MAT1–2), actin, and β-tubulin sequences. Mol Phylogenet Evol. 2005. V. 37 (2). P. 541–557. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2005.07.006
  21. West J.S., Kharbanda P.D., Barbetti M.J. Epidemiology and management of Leptosphaeria maculans (Phoma stem canker) on oilseed rape in Australia, Canada and Europe. Plant Pathol. 2001. V. 50. P. 10–27. https://doi.org/10.1046/j.1365-3059.2001.00546.x
  22. Zou Z., Zhang X., Parks P. et al. A new subclade of Leptosphaeria biglobosa identified from Brassica rapa. Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20 (7). P. 1668. https://doi.org/10.3390/ijms20071668
  23. Гомжина М.М., Ганнибал Ф.Б. (Gomzhina, Gannibal) Фомоидные грибы на растениях семейства Asteraceae в Микологическом Гербарии ВИЗР LEP // Микология и фитопатология. 2020. Т. 54. № 6. С. 452–459.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».