Morphological and molecular identification of plant parasitic nematodes in wheat fields of Eastern Anatolian Region (Türkiye)

Abstract

The aim of this study is to identify plant-parasitic nematodes molecularly and morphologically in wheat (Triticum spp.) fields in the Eastern Anatolia Region (Türkiye) between 2017-2019. For this purpose, a total of 258 soil samples were collected from 7 provinces (Erzincan, Elazığ, Erzurum, Iğdır, Kars, Malatya, and Sivas) in the Eastern Anatolia Region. Nematodes were morphologically identified using a light microscope at the genus (some of them species) level. DNA extraction was performed and PCR products were used to DNA sequencing and nucleotide analysis for 28S ribosomal DNA region by comparing the results with the database. According to the obtained data, a total of 20 genera and 7 species belonging to 2 orders and 9 families were identified: H. digonicus Perry, 1959; H. canadensis Waseem, 1961; H. vulgaris Yuen, 1964 (Nematoda: Hoplolaimidae); Ditylenchus myceliophagus Goodey, 1958 (Nematoda: Anguinidae); Amplimerlinius macrurus (Goodey, 1932) (Nematoda: Dolichodoridae); Scutylenchus quadrifer (Andrassy, 1954); (Nematoda: Dolichodoridae), and Pratylenchoides alkani Yüksel, 1977 (Nematoda: Pratylenchidae). H. vulgaris was identified at the species level using molecular techniques. The rates of presence of economically important plant parasitic nematodes were determined as 73%, 43%, 36%, 33% and 28% for Ditylenchus spp., Pratylenchus spp., Aphelenchus spp., Xiphinema spp. and Helicotylenchus spp. respectively. It is thought that the results obtained will help to plan nematode control methods in the region.

Keywords

• ectoparasitic nematodes
• identification
• nematode
• Triticum spp.
• Türkiye

Doğu Anadolu Bölgesi (Türkiye) buğday alanlarında bitki paraziti nematodların morfolojik ve moleküler teşhisi

Öz

Bu çalışmanın amacı, Doğu Anadolu Bölgesi’nde (Türkiye) 2017-2019 yılları arasında buğday (Triticum spp.) alanlarında bulunan bitki paraziti nematod türlerinin moleküler ve morfolojik olarak belirlenmesidir. Bu amaçla, Doğu Anadolu Bölgesi’ne ait toplam 7 ilden (Erzincan, Elazığ, Erzurum, Iğdır, Kars, Malatya ve Sivas) toplam 258 toprak örneği alınmıştır. Elde edilen nematodlar cins veya tür düzeyinde ışık mikroskobu kullanılarak morfolojik olarak tanımlanmıştır. Tanımlanamayan nematod türlerinden bazılarının 28S ribosomal DNA bölgesi kullanılarak dizi analizi oluşturulmuş ve veribankasında karşılaştırmaları yapılmıştır. Elde edilen verilere göre; toplam 2 takım 9 familyaya ait 20 cins ve 7 tür, Helicotylenchus digonicus Perry, 1959, Helicotylenchus canadensis Waseem, 1961, Helicotylenchus vulgaris Yuen, 1964 (Nematoda: Hoplolaimidae), Ditylenchus myceliophagus Goodey, 1958 (Nematoda: Anguinidae), Amplimerlinius macrurus (Goodey, 1932) (Nematoda: Dolichodoridae), Scutylenchus quadrifer (Andrassy, 1954) (Nematoda: Dolichodoridae) ve Pratylenchoides alkani Yüksel, 1977 (Nematoda: Pratylenchidae) morfolojik olarak teşhis edilmiştir. Helicotylenchus vulgaris moleküler tekniklerle tür düzeyinde belirlenmiştir. Ekonomik açıdan önemli bitki paraziti nematodların bulunuş oranları Ditylenchus spp., Pratylenchus spp., Aphelenchus spp., Xiphinema spp. ve Helicotylenchus spp. için sırasıyla %73, %43, %36, %33 ve %28 olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçların bölgedeki nematod mücadele yöntemlerinin planlanmasına yardımcı olacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• ektoparazit nematodlar
• teşhis
• nematod
• Triticum spp.
• Türkiye

References

1. Ağdacı M., Işık S.E., Erkel I., 1990. Studies on nematodes damaging cultivated mushroom in Marmara Region. Bahçe-Journal of Yalova Ataturk Central Horticultural Research Institute, 19 (1-2), 11-16.
2. Barker K.R., 1985. Nematode extraction and bioassays. In: An advanced treatise on Meloidogyne: methodology. Barker K.R., Carter C.C., Sasser J.N. (Eds.). North Carolina State University Graphics, Raleigh, North Carolina, USA, 19-39 p.
3. Behmand T., Elekcioğlu N.Z., Berger J., Can C., Elekcioğlu İ.H., 2019. Determination of plant parasitic nematodes associated with chickpea in Turkey. Turkish Journal of Entomology-Türkiye Entomoloji Dergisi, 43 (4), 357-366.
4. Bongers T., Ferris H., 1999. Nematode community structure as a bio indicator in environmental monitoring. Trends in Ecology and Evolution, 14 (6), 224-228.
5. Bora T., Karaca İ., 1970. Kültür bitkilerinde hastalığın ve zararın ölçülmesi. Ege Üniversitesi Yardımcı Ders Kitabı, E.Ü. Matbaası, Bornova, İzmir, Yayın No: 167, 43 s.
6. De Ley P., Blaxter M., 2002. Systematic position and phylogeny. In: The biology of nematodes Lee D.L. (Ed.). Taylor and Francis, London, 1-30 p.
7. Di Vito M., Greco N., Oreste G., Saxena M.C., Singh K.B., Kusmenoğlu I., 1994. Plant parasitic nematodes of legumes in Turkey. Nematologia Mediterranea, 22 (2), 245-251.
8. Elekcioğlu İ.H., 1996. Türkiye ve Doğu Akdeniz bölgesi faunası için yeni bitki paraziti nematod türleri. Türkiye 3. Entomoloji Kongresi Bildirileri, 24-28 Eylül 1996, Ankara, 502-509 s.

9. Ercan S., 1976. İstanbul ve çevresinde önemli süs bitkilerinde zararlı olan nematod türleri, tanımları, zararları ve ekonomik önemleri üzerinde araştırmalar. Basılmamış Uzmanlık Tezi, 91 s.
10. Ertürk H., Hekimoğlu G., Arınç Y., 1973. İzmir ve Çanakkale patates dikim alanlarında bitki zararlısı nematodlar üzerinde ön çalışmalar. T.C. Tarım Bakanlığı, Zirai Mücadele ve Zirai Karantina Genel Müdürlüğü Araştırma Şubesi, Yayın No: 7, 67-68 s.
11. Gaugler R., Bilgrami A.L., 2004. Nematode behaviour. CABI Publishing, New Brunswick, New Jersey, USA, 432 p.
12. Goodey J.B., 1958. Ditylenchus myceliophagus n. sp. (Nematoda: Tylenchidae). Nematologica, 3 (2), 91-96.
13. Holterman M., van der Wurff A., van den Elsen S., van Megen H., Bongers T., Holovachov O., Helder J., 2006. Phylum-wide analysis of SSU rDNA reveals deep phylogenetic relationships among nematodes and accelerated evolution toward crown clades. Molecular Biology and Evolution, 23 (9), 1792-1800.
14. Hooper D.J., 1986. Extraction of nematodes from plant material. In: Laboratory methods for work with plants and soil nematodes. Southey J.F. (Ed.). Ministry of Agriculture, Fisheries and Food, London, UK, 59-80 p.
15. İmren M., 2007. Diyarbakır ili buğday, sebze ve bağ alanlarında önemli bitki paraziti nematod türlerinin belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Basılmamış Yüksek Lisans Tezi, Adana, Türkiye, 116 s.
16. İmren M., Yıldız Ş., Kasapoğlu E.B., Toktay H., Kutuk H., Dababat A.A., 2015. The plant parasitic nematodes associated with cereal crops in Bolu, Turkey. Fifth International Cereal Cyst Nematodes Initiative Workshop, 12-16 September, Ankara, Turkey, 131-140 p.
17. Kasapoğlu E.B., İmren M., Özarslandan A., Behmand T., Elekcioğlu İ.H., 2015. Investigating the resistance mechanisms of wheat varieties against root lesion nematodes (Pratylenchus thornei and P. neglectus) and cyst nematodes (Heterodera avenae and H. filipjevi). Fifth International Cereal Nematode Initiative Workshop, 12-16 September 2015, Ankara, Türkiye, 251-255 p.
18. Kepenekçi İ., 2014. Plant parasitic nematodes (Tylenchida: Nematoda) in Turkey. Pakistan Journal of Nematology, 32 (1), 11-31.
19. Kepenekçi İ., 1999. Orta Anadolu bölgesinde yemeklik baklagil ekiliş alanlarındaki Tylenchida (Nematoda) türleri üzerinde taksonomik arastırmalar. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Basılmamış Doktora Tezi, Ankara, Türkiye, 270 s.
20. Kort J., 1972. Nematode diseases of cereals of temperate climates. In: Economic nematology. Webster J.M., (Ed.). Academic Press, New York, 97-126 p.
21. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K., 2018. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution, 35: 1547-1549.
22. Lung G., 1992. The distribution of nematodes on cereals in central Anatolia (Turkey), Survey Report. CIMMYT, Ankara, 19 p.
23. Maggenti A.R., 1991. Nemata: higher classification. In: Manual of agricultural nematology. Nickle W.R., (Ed.). Marcel Decker, New York, 147-187 p.
24. Nicol J.M., 2002. Important nematode pests. In: Bread wheat: improvement and production. Curtis B.C. Rajaram S., Gómez Macpherson H. (Eds.). FAO, Rome, Italy, 345-366 p.
25. Nicol J.M., Turner S.J., Coyne D.L., Nijs L.D., Hockland S., Maafi Z.T., 2011. Current nematode threats to world agriculture. In: Genomics and molecular genetics of plant–nematode. Heidelberg, Springer, Germany, 21-44 p.
26. Nicol J.M., Rivoal R., Bolat N., Aktaş H., Braun H., Mergoum M., Yıldırım, A.F., Bağcı A., Elekcioğlu İ.H., Yahyaoui A., 2002. Frequency and diversity of the cyst and lesion nematodes on wheat in the Turkish Central Anatolian Plateau. Nematology, 4 (2), 383-443.
27. Öcal A., Elekcioğlu İ.H., 2015. Plant parasitic nematode species associated with barley (Hordeum vulgare) and wheat (Triticum spp. L.) in Adıyaman province. In: Nematodes of small grain cereals. Current status and research. Dababat A.A., Muminjanov H., Smiley R.W. (Eds.). Food and Agricultural Organization of the United Nations, Ankara, Turkey, 149-158 p.
28. Öztüzün N., 1970. Doğu ve Güneydoğu Anadolu bölgesi kültür bitkilerine arız olan bitki parazitiodları üzerinde sürvey çalışmaları. Bitki Koruma Bülteni, 10 (3), 180-197.
29. Saltukoğlu M.E., 1973. Merlinius viciae n. sp. (Tylenchida: Nematoda) from Turkey and redescription of Merlinius camelliae Kheiri, 1972. Biologisch Jaarboek Dodonaea, 41 (1973), 188-193.
30. Saltukoğlu M.E., 1974. A taxonomical and morphological study of Tylenchida (Nematoda) from the Istanbul area (Turkey). State University of Gent, (Unpublished) PhD thesis, 88 p., Belgium.
31. Sasser J.N., Freckman D.W., 1987. A world perspective on nematology: the role of the society. In: Vistas on nematology. Veech J.A., Dickson D.W., (Eds.). Society of Nematologists, Hyattsville, Maryland USA, 7-14 p.
32. Seinhorst J.W., 1959. A rapid method for the transfer of nematodes from fixative to anhydrous glycerin. Nematologica, 4 (1), 67-69.
33. Siddiqi M.R., 1986. Tylenchida, parasites of plants and insects. Commonwealth Agricultural Bureaux, Slough, UK, 645 p.
34. Siddiqi M.R., 2000. Tylenchida parasites of plants and insects. CABI Publishing, UK, 848 p.
35. Southey J.F., 1986. Principles of sampling for nematodes. In: Laboratory methods for work with plant and soil nematodes. Southey J.F. (Ed.). Her Majesty’s Stationery Office, London, UK, 1-4 p.
36. Tamura K., Nei M., 1993. Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Molecular Biology and Evolution, 10: 512-526.
37. Toktay H., İmren M., Elekcioğlu İ.H., Dababat A.A., 2015. Evaluation of Turkish wild emmers (Triticum dicoccoides Koern.) and wheat varieties for resistance to the root lesion nematodes (Pratylenchus thornei and P. neglectus). Turkish Journal of Entomology, 39 (3), 219-227.
38. Toktay H., Akyol B.G., Evlice E., İmren M., 2022. Molecular characterization of Heterodera cruciferae Franklin, 1945 from cabbage fields in Niğde province, Turkey. Molecular Biology Reports, 49 (12), 11557-11562.
39. TUIK, 2021. Turkish Statistical Institute, Agricultural Production Statistics. https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Bitkisel-Uretim-Istatistikleri-2021-37249&dil=1 (accessed date: 18.04.2022).
40. Uludamar Kasapoğlu E.B., Yıldız Ş., İmren M., Öcal A., Elekcioğlu İ.H., 2018. Occurrence of plant parasitic nematode species in important crops in the Southeast Anatolia Region of Turkey. Turkish Journal of Entomology- Türkiye Entomoloji Dergisi, 42 (1), 63-74.
41. Yüksel H.Ş., 1974. Doğu Anadolu’da tespit edilen Pratylenchus türlerinin dağılışı ve bunlar üzerinde sistematik çalışmalar. Atatürk Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Ziraat Dergisi, 4 (1), 53-71.
42. Yüksel H.Ş., 1977. Pratylenchoides alkani and P. erzurumensis (Nematoda: Tylenchoidea) from soil in Turkey. Proceedings of the Helminthological Society of Washington, 44 (2), 185-188.
43. Zhi-Qiang Z., 2013. Animal biodiversity: an outline of higher-level classification and survey of taxonomic richness. Zootaxa, 3703 (1), 1-82.