Identification and Virulence of Fusarium Wilt and Fusarium Crown & Root Rot Disease Agents from Tomato Greenhouses in Mediterranean Climate

Abstract

Fusarium wilt (Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Fol) and Fusarium root and crown rot (Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici, Forl) diseases were defined by survey studies. The isolates of both agents obtained as a result of the isolations were identified with species/race specific primers (FOF1-FOR1, sp13, sp23 and sprl) and their virulence groups were determined. Of the 42 Fol isolates from Antalya province, 20 were determined as race 1 (R1), 7 as race 2 (R2) and 15 as race 3 (R3). Three isolates from Mersin province were identified as race 3 (R3). In PCR studies, the sprl primer set yielded a single 947-bp amplicon for 58 Forl isolates. Of the 119 F. oxysporum isolates from tomato plants, 45 were Fol and 58 were Forl. In terms of virulence, 11% of Fol isolates are highly virulent (HV), 58% are moderately virulent (MV), and 31% are low virulent (LV), while 28% of Forl isolates are highly virulent (HV) and 72% were determined as moderately virulent (MV).

Keywords

• Survey
• Fusarium wilt
• root and crown rot
• virulence
• tomato.

Akdeniz iklimindeki Domates Seralarında Fusarium Solgunluk ve Fusarium Kök & Kök Boğazı Çürüklüğü Hastalık Etmenlerinin Moleküler Tanısı ve Virülenslikleri

Öz

Akdeniz ikliminde Fusarium solgunluğu (Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Fol) ve Fusarium kök ve kök boğazı çürüklüğü (Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici, Forl) hastalıklarına neden olan fungal etmenler survey çalışmaları ile belirlenmiştir. İzolasyonlar sonucu elde edilen her iki etmene ait izolatların tür/ırk spesifik primerlerle (FOF1-FOR1, sp13, sp23 ve sprl) tanısı yapılmış ve virülenslik grupları oluşturulmuştur. Antalya ilinden izole edilen 42 adet Fol izolatının 20’si ırk 1 (R1), 7’si ırk 2 (R2) ve 15’i ırk 3 (R3) olarak saptanmıştır. Mersin ilinden izole edilen 3 adet Fol izolatı ırk 3 (R3) olarak belirlenmiştir. PCR çalışmalarında sprl primer seti, 58 adet Forl izolatı için 947-bp büyüklüğünde tek amplikon vermiştir. Domates bitkisinden izole edilen toplam 119 adet F. oxysporum izolatının 45’i Fol ve 58’i Forl olarak saptanmıştır. Virülenslikleri açısından, Fol izolatlarının %11’i yüksek virülent (YV), %58’i orta virülent (OV) ve %31’i düşük virülent (DV), Forl izolatlarının ise %28’i yüksek virülent (YV) ve %72’si orta virülent (OV) olarak saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Survey
• Fusarium solgunluğu
• kök ve kök boğazı çürüklüğü
• virülenslik
• domates

References

1. Akbulut, İ. (2014). Domates Fusarium solgunluk ve kök-kök boğazı çürüklüğü hastalıklarına karşı biyolojik mücadele yöntemlerinin araştırılması [Yüksek Lisans Tezi]. Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta.
2. Altinok, H. H. (2005). First Report of Fusarium wilt of eggplant caused by Fusarium oxysporum f. sp. melongenae in Turkey. Plant Pathology, 54(4), 577. https://doi: 10.1111/j.1365-3059.2005.01235.x
3. Altınok, H. H., & Can, C. (2010). Characterization of Fusarium oxysporum f. sp. melongenae isolates from eggplant in Turkey by pathogenicity, VCG and RAPD analysis. Phytoparasitica, 38, 149-157. https://doi: 10.1007/s12600-010-0081-0
4. Altınok, H. H., Boyacı, F., & Topçu, V. (2012). Antalya, Mersin ve Samsun illeri örtü altı patlıcan üretim alanlarında Fusarium ve Verticillium solgunluklarının yaygınlığı ve izolatların virülensliklerinin coğrafi dağılımı. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 43, 107-115.
5. Altinok, H. H., Can, C., & Çolak, H. (2013). Vegetative compatibility, pathogenicity and virulence diversity of Fusarium oxysporum f. sp. melongenae recovered from eggplant. Journal of Phytopathology, 161, 651-660. https://doi.org/10.1111/jph.12123
6. Altınok, H. H., Can, C., Tanyolaç, M. B., & Özkılınç, H. (2018). Domates, biber ve patlıcanda Patojen Fusarium oxysporum izolatlarının yeni nesil sekanslama yöntemi ile DNA sekans bazında karşılaştırmalı tüm genom analizini kullanarak genetik çeşitliliğinin belirlenmesi, filogenetik ilişkilerin değerlendirilmesi ve izolatların patojen efektör protein genlerinin karşılaştırılması. TÜBİTAK 114O866 Sonuç Raporu.
7. Anonim, 2019. Türkiye İstatistik Kurumu. Turkey Statistical Institute http://www.tuik.gov.tr (TUIK) https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?locale=tr [Erişim tarihi: 10 August 2018].
8. Attitalla, I. H., Fatehi, J., Levenfors, J., & Brishammar, S. (2004). A rapid molecular method for differentiating two special forms (lycopersici and radicis-lycopersici) of Fusarium oxysporum”, Mycological Research, 108, 787-794. https://doi.org/10.1017/S0953756204000322

9. Baysal, Ö., Siragusa, M., İkten H., Polat I., Gümrükçü E., Yiğit F., Carimi F., & Teixeira da Silva JA. (2009). Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici races and their genetic discrimination by molecular markers in West Mediterranean region of Turkey. Physiological and Molecular Plant Pathology, 74, 68-75. https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2009.09.008
10. Beckman, C. H. (1987). The nature of wilt diseases of plants. APS Press, St Paul, MN, 175p.
11. Boix-Ruíz, A., Gálvez-Patón, L., Cara-García, M., Palmero-Llamas, D., Camacho-Ferre F., & Tello-Marquina César, J. C. (2015). Comparison of analytical techniques used to identify tomato-pathogenic strains of Fusarium oxysporum. Phytoparasitica, 43, 471-483. https://doi:10.1007/s12600-014-0444-z
12. Booth, C. (1971). The genus Fusarium. Commonwealth Mycological Institute, Kew, Surrey, England, 237p. Bora, T., & Karaca, İ. (1970). Kültür bitkilerinde hastalığın ve zararın ölçülmesi. Ege Üniv. Ziraat Fak. Yardımcı Ders Kitabı, Yayın No:167 Bornova, 43s.
13. Borah, N., Albarouki, E., & Schirawski, J. (2018). Comparative methods for molecular determination of host-specificity factors in plant-pathogenic fungi. International Journal of Molecular Sciences, 19, 863. https://doi: 10.3390/ijms19030863
14. Campbell, C.L., & Madden, L. V. (1990). Introduction to plant disease epidemiology. New York, NY, USA, John Wiley & Sons.
15. Can, C., Yucel, S., Korolev, N., & Katan, T. (2004). First report of Fusarium crown and root rot of tomato caused by Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici in Turkey. Plant Pathology, 53, 814. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2004.01087.x
16. Cerkauskas, R. F. (2017). Etiology and management of Fusarium crown and root rot (Fusarium oxysporum) on greenhouses pepper in Ontario, Canada. Canadian Journal of Plant Pathology, 39, 121-132. https://doi.org/10.1080/07060661.2017.1321044
17. Chandler, J. M., & Santelman, P. W. (1968). Interaction of four herbicides with Rhizoctonia solani on seedling cotton. Weed Science, 16, 453-454. https://doi.org/10.1017/S004317450004772X
18. Chellappan, B. V., Houterman, P. M., Rep, M., & Cornelissen, B. J. C. (2014). Evolution of races within Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. Molecular Plant Pathology, Swammerdam Institute for Life Sciences, University of Amsterdam, 1090 GB Amsterdam, The Netherlands.
19. Çolak, A. (2011). Doğu Akdeniz Bölgesi örtü altı domates yetiştiriciliğinde Fusarium oxysporum spesiyal form ve ırklarının yaygınlığı, moleküler yöntemlerle ayrımı ile kök ve kök boğazı çürüklüğü (F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici Jarvis & Shoomaker) hastalığının entegre yönetimi. [Doktora Tezi]. Çukurova Üniversitesi, Adana.
20. Çolak A., & Biçici, M. (2011). Doğu Akdeniz bölgesi örtü altı domates yetiştiriciliğinde Fusarium oxysporum spesiyal formlarınının simptomatolojik ayrımı ile solgunluk ve kök- kök boğazı çürüklüğü hastalıklarının çıkış, şiddet ve yaygınlıklarının belirlenmesi. Bitki Koruma Bülteni, 51(4), 331-345
21. Çolak A., & Biçici, M. (2013). PCR detection of Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici and races of F. oxysporum f. sp. lycopersici of tomato in protected tomato-growing areas of the eastern Mediterranean region of Turkey. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 37, 457-467. https://doi.org/10.3906/tar-1203-71
22. Di Primo, P., Cartia, G., & Katan, T. (2001). Vegetative compatibility and heterokaryon stability in Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici from Italy. Plant Pathology, 50, 371-382. https://doi.org/10.1046/j.1365-3059.2001.00561.x
23. Erol, F. Y. (2007). Samsun ilinde kök ve kök boğazı çürüklüğü hastalığının yayılışı, şiddeti ve hastalığa neden olan etmenlerin belirlenmesi. [Yüksek Lisans Tezi]. Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun.
24. Evrim Arıcı, Ş., Çaltılı, O., & Soy, Ö. Screening some tomato seedlings for Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Fol). International Journal of Environmental Trends (IJENT), 2(1), 44-52.
25. Frary, A., & Tanksley, D. (2001). The molecular map of tomato. In R. L. Phillips & I. K. Vasil (Eds), DNA-based Markers in Plants, 2nd edn. Advances in Cellular and Molecular Biology of Plants, Vol. 6, (pp. 405-420). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/ London.
26. Gilardi, G. (2017). Presence of Fusarium Wilt, Incited by Fusarium oxysporum f. sp. lactucae, on Lettuce in France. Plant Disease, 101(6), 1053. https://doi.org/10.1094/PDIS-12-16-1815-PDN
27. Hirano, Y., & Arie, T. (2006). PCR-based differentiation of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici and radicis-lycopersici and races of F. oxysporum f. sp. lycopersici. Journal of General Plant Pathology, 72, 273-283. https://doi.org/10.1007/s10327-006-0287-7
28. Huang, C. C. H., & Lindhout, P. (1997). Screening for resistance in wild Lycopersicon species to Fusarium oxysporum race 1 and race 2. Euphytica, 93, 145-153. https://doi.org/10.1023/a:1002943805229
29. Jones, J. B., Jones, J. P., Stall, R. E., & Zitter, T. A. (1991). Compendium of tomato diseases. American Phytopathological Society Press, St. Paul, MN. 73 p.
30. Kabaş, A., İlbi, H., Mutlu, N., & Ünlü, A. (2012). Domateste kök ve kök boğazı çürüklüğüne neden olan Fusarium oxysporum f. sp. radicis lycopersici’ye dayanıklılığın kalıtımı. Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma, Derim Dergisi, 29, 1-8.
31. Katan, T., & Katan, J. (1999). Vegetative compatibility grouping in Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici from the UK, the Netherlands, Belgium and France. Plant Pathology, 48, 541-549. https://doi.org/10.1046/J.1365-3059.1999.00362.X
32. Kistler, H. C. (1997). Genetic diversity in the plant-pathogenic fungus Fusarium oxysporum. Phytopathology, 87, 474-479. https://doi.org/10.1094/PHYTO.1997.87.4.474
33. Katan, T., Shlevin, E., & Katan, J. 1(997). Sporulation of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici on stem surfaces of tomato plants and aerial dissemination of inoculum. Phytopathology, 87, 712-719. https://doi.org/10.1094/PHYTO.1997.87.7.712.
34. Laine, U. L., Pettway, R. E., Katan, T., & Kistler, H. C. (1999). Population genetic analysis corroborates dispersal of Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici from Florida to Europe. Phtopathology, 89, 623-630. https://doi.org/10.1094/PHYTO.1999.89.8.623
35. Leslie, J. F., & Summerell, B. A. (2006). The Fusarium Laboratory Manual. Ames, Iowa, USA, Blackwell Professional.
36. Ma, L. J., van der Does, H. C., Borkovich, K. A., Coleman, J. J., Daboussi, M. J., Di Pietro, A., Dufresne, M., Freitag, M., Grabherr, M., et al. (2010). Comparative genomics reveals mobile pathogenicity chromosomes in Fusarium. Nature, 464, 367-373. https://doi.org/10.1038/nature08850
37. Nelson, P. E., Horst, R. K., & Woltz, S. S. (1981). Fusarium diseases of ornamental plants. In P. E. Nelson, T. A. Toussoun, R. J. Cook (Eds.). Fusarium: Diseases, Biology and Taxonomy, The Pennsylvania State University Press, (pp.121-128), University Park PA.
38. Olivain, C., Humbert, C., Nahalkova, J., Fatehi, J., L'Haridon, F., & Alabouvette, C. (2006). Colonization of tomato root by pathogenic and nonpathogenic Fusarium oxysporum strains inoculated together and separately into the soil. Applied and Environmental Microbiology, 72, 1523-1531. https://doi.org/10.1128/AEM.72.2.1523-1531.2006
39. Orhan, İ., & Biçici M. (2012). İki ticari biyofungisit ve bir mikorizal preparat’ın domateste Fusarium oxysporum Schl. f. sp. radicis-lycopersici Jarvis & Shoomaker kök ve kökboğazı çürüklüğü hastalığına etkinliği. Çukurova Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27-2, 67-76.
40. Ozbay, N., & Newman, S. (2004). Fusarium crown and root rot of tomato and control methods. Plant Pathology Journal, 3, 9-18. https://doi.org/10.3923/ppj.2004.9.18
41. Nordzieke, D. E., Fernandes, T. R., El Ghalid, M.,Turrà, D., & Di Pietro A. (2019). NADPH oxidase regulates chemotropic growth of the fungal pathogen Fusarium oxysporum towards the host plant. New Phytologist, 224, 1600-1612. https://doi.org/10.1111/nph.16085
42. Pérez-Hernández, A., Serrano-Alonso, Y., Aguilar-Pérez, M. L., Gómez- Uroz, R., & Gómez-Vázquez, J. (2014). Damping-off and root rot of pepper caused by Fusarium oxysporum in Almeria province, Spain. Plant Disease, 98, 1159. https://doi.org/10.1094/PDIS-02-14-0212-PDN
43. Pınar, H., Ata, A., Keleş, D., Mutlu, N., Denli, N., & Ünlü, M. (2013). Domates hatlarında Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici’ye dayanıklılığın moleküler markörler yardımıyla belirlenmesi. Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma, Derim Dergisi, 30, 15-23.
44. Stevens, M. A., & Rick, C. M. (1986). Genetics and Breeding. In J. G. Atherton, & J. Rudich, (Eds), The Tomato Crop (pp. 35-109). Chapman & Hall Ltd, London.
45. Szczechura, W., Staniaszek, M., & Habdas, H. (2013). Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici-the cause of fusarium crown and root rot in tomato cultivation. Journal of Plant Protection Research, 53, 172-176. https://doi.org/10.2478/jppr-2013-0026
46. Yücel, S., & Günaçtı, H. (2019). Toprak solarizasyonu ve fumigant uygulamalarının domates ve çilek seralarında fungal kök hastalıklarına etkisi. Toprak Su Dergisi, 8(2), 107-113.
47. Zhang, S., Roberts, P. D., McGovern, R. J., & Datnoff, L.E. (2011). Fusarium crown and root rot of tomato in Florida. University of Florida, IFAS Extension 52 pp.