Determination of Grapevine Phytoplasma Diseases and Possible Vectors in the Aegean Region

Öz

This study was conducted to use molecular methods to determine the phytoplasmas Candidatus Phytoplasma vitis (Flavescence doree (FD)) and Candidatus Phytoplasma solani (Bois noir (BN)) in vineyards of Çanakkale, Denizli, İzmir and Manisa provinces in the Aegean Region between 2013-2015. In these locations, surveys with random sampling were carried out between September and November. In the areas surveyed, vine stocks exhibiting typical symptoms such as: irregularly or stunted developing vines, colour change and downward curling of leaves, turning red, turning pale, etc. were sampled and leaf and sucker samples were taken from yearly suckers. Totally 119 vineyards were surveyed in 13 districts of Denizli, Manisa, İzmir and Çanakkale and samples were collected from 194 vines. Molecular techniques were used to identify phytoplasma and its presence. In the multiplex nested PCR tests 22 samples gave positive reactions for 16 Sr V group including FD, however 14 samples gave positive reactions for 16 Sr XII group in which BN is involved. The presence of the FD was not confirmed because NCBI-BLAST analysis of the double-stranded DNA sequencing data of 22 strains belonging to 16 Sr V group showed 97% similarity with Candidatus Phytoplasma vitis strains found in GenBank. On the other hand, 2 out of 14 strains from 16 Sr XII group indicated 99% similarity with Candidatus Phytoplasma solani (BN) strain (Acc. No. JQ977744.1) in GenBank and these strains were identified as Candidatus Phytoplasma solani. These two isolate samples were taken from Bekilli District, Denizli Province. Insects belonging to Hemiptera Order were collected from infected grapevines in order to detect the presence of vector species. As a result of morphological identification, it was revealed that collected specimen are different from species known as vectors of BN. Despite the presence of BN in the Aegean Region, vector insects that spread the disease have not been found.

Anahtar Kelimeler

• Phytoplasma diseases
• grapevine
• survey
• molecular methods
• Hemiptera

Ege Bölgesi Bağ Alanlarında Fitoplazma Hastalıklarının ve Olası Vektör Böcek Türlerinin Belirlenmesi

Öz

Bu çalışma 2013-2015 yıllarında, Ege Bölgesi’nde Çanakkale, Denizli, İzmir ve Manisa illerinde bağlarda fitoplazma hastalık etmenleri Candidatus Phytoplasma vitis (Flavescence doree (FD)) ve Candidatus Phytoplasma solani (Bois noir (BN)) moleküler yöntemlerle belirlemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışma alanını kapsayan 4 ilin, 13 ilçesindeki 119 bağda Eylül-Kasım aylarında tesadüfi örnekleme yöntemine göre sürveyler gerçekleştirilmiştir. Survey alanında gelişme geriliği, yapraklarda renk değişikliği, kızarma, sararma, içe ve aşağı doğru yaprak kıvrılması, düzensiz olgunlaşma belirtileri gösteren toplam 194 asmanın yıllık sürgünlerinden yaprak ve sürgün örnekleri alınmıştır. Hastalık etmenlerinin tanılanması moleküler yöntemler kullanılarak yapılmıştır. Multiplex nested PCR yöntemiyle yapılan tanılamada 22 adet örnek FD’nin yer aldığı 16 Sr V grubu, 14 örnek ise BN’nin bulunduğu 16 Sr XII grubu için pozitif reaksiyon vermiştir. Yapılan çift yönlü DNA sekans analizinden elde edilen verilerin NCBI-BLAST analizine göre 16 Sr V grubuna ait olduğu belirlenen 22 adet izolat gen bankasında kayıtlı Candidatus Phytoplasma vitis izolatları ile % 97’nin altında benzerlik gösterdiğinden tür düzeyinde bu etmenin varlığı doğrulanmamıştır. Öte yandan, 16 Sr XII grubunda yer alan 14 adet izolatın 2 adedi gen bankasında kayıtlı Candidatus Phytoplasma solani (BN) izolatları (Acc. No. JQ977744.1) ile % 99 benzerlikte saptanmış ve bu izolatlar Candidatus Phytoplasma solani olarak tanımlanmıştır. Söz konusu 2 izolat Denizli ili Bekilli ilçesinden alınan örneklerdir. Vektör böceklerin saptanabilmesi amacıyla, hastalık etmenlerinin tespit edildiği bitkilerde görülen Hemiptera takımına ait böcekler toplanmıştır. Teşhis sonucunda çalışmada elde edilen türlerin fitoplazma hastalığının vektörü olduğu bilinen türlerden farklı olduğu belirlenmiştir. Ege Bölgesi bağ alanlarında BN saptanmasına rağmen yayılmasında etkili olan vektör böceklerin bu alanlarda bulunmadığı ortaya koyulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Fitoplazma hastalıkları
• asma
• sürvey
• moleküler metotlar
• Hemiptera

Kaynakça

1. Angelini, E., D. Clair, M. Borgo, A. Bertaccini, and E. Boudon-Padieu. 2001. Flavescence dorée in France and Italy occurrence of closely relatedphytoplasma isolates and their near relationships to Palatinate grapevineyellows and an alder yellows phytoplasma. Vitis 40: 79–86.
2. Anonim. 2017. Bağ Entegre Mücadele Teknik Talimatı. Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Gıda ve Kontrol Genel Müdürlüğü.
3. Anonim. 2020. Türkiye İstatistik Kurumu (TUİK) http://www. tuik.gov.tr/Start.do (Erişim tarihi: 27/10/2022).
4. Anonymous. 2011a. http://www.agf.gov.bc.ca/cropprot/ grapeipm/phytoplasma.htm (Erişim tarihi: 04.01.2012)
5. Anonymous. 2011b. http://nc.eppo.org/QUARANTINE/ bacteria/ Flavescence_doree /PHYP64 _ds.pdf (Erişim tarihi: 04.01.2019).
6. Anonymous. 2020. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAOSTAT) Crops and livestock products.https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL/visualize (Erişim tarihi: 27.10.2022). Bayram, S., U. Zeybekoglu, G. Soylemezoglu, D. Canik, M. Karavin, A. Cakir, and F. Ertunc. 2014. Presence of putative insect vectors of grapevine yellows phytoplasmas in Turkey. Phytopathogenic Mollicutes Vol. 4 (1): 22-26.
7. Bora T. ve İ. Karaca.1970. Kültür Bitkilerinde Hastalığın ve Zararın Ölçülmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fak. Yardımcı Ders Kitabı. No: 167.
8. Boudon-Padieu, E. 2003. The situation of grapevine yellows and current research directions: distribution, diversity, vectors, diffusion and control. pp. 47-53. In:14th ICVG Conference. 12-17 September 2003. Locorotondo, Italy.

9. Canik, D., F. Ertunc, S. Paltrinieri, N. Contaldo, and A. Bertaccini. 2011b. Identification of different phytoplasmas infecting grapevine in Turkey. Bulletin of Insectology, 64: 225‐226.
10. Canik, D., S., Topkaya, S., G. Soylemezoglu, and F. Ertunc. 2011a. Occurrence and distribution of bois noir phytoplasma in Turkey. pp. 43-44. In: 2nd European Bois Noir Workshop.
11. Clair, D. J. Larrue, G. Aubert, J. Gillet, G. Cloquemin, and E. Boudon-Padieu. 2003. A multiplex nested-PCR assay for sensitive and simultaneous detection and direct identification of phytoplasma in the Elm yellows group and Stolbur group and it’s use in survey of grapevine yellows in France. Vitis 42 (3): 151-157.
12. Çağlar, B. K., T. Elbeaino, M. Küsek, D. Pehlivan, H, Fidan, and M. Portakaldalı. 2010. Stolbur Phytoplasma infections in potato and tomato plants from different locations in Turkey J. Turk. Phytopath. 39: 1-3.
13. Daire, X., D. Clair, W. Reinert and E. Boudon-Padieu. 1997. Detection and differentiation of grapevine yellows phytoplasmas belonging to the elm yellows group and to the stolbur subgroup by PCR amplification of nonribosomal DNA. European Journal of Plant Pathology, 103: 507–514.
14. Demir, E. 2006. Contributions to the knowledge of Turkish Auchenorrhyncha (Homoptera) with a new Record, Pentastiridius nanus (Ivanoff, 1885). Mun. Ent. Zool. 1: 97-122.
15. Demir, E. 2008. The Fulgoromorpha and Cicadomorpha of Turkey. Part I: Medıterranean Region (Hemiptera). Mun. Ent. Zool. 3: 447-522.
16. Demir, E. ve A. Demirsoy, 2009. Preliminary report on the Fulgoromorpha (Hemiptera) fauna of Kemaliye (Erzincan) with a new record for Turkey. Mun. Ent. Zool. 4: 280-286.
17. Demir, E., 2017. Fulgoromorpha (Hemiptera) records from Southwestern Turkey. Entomologia Hellenica 26 (2017): 17-28.
18. Demir, E., 2019. Auchenorrhyncha (Hemiptera: Fulgoromorpha and Cicadomorpha) species that feed on walnut trees and their economic importance as potential vectors. Mun. Ent. Zool. 14: 305-314.
19. Ertunc, F., 2013. A new threat for Turkish horticulture: phytoplasma diseases and their vectors. Ankara Üniv Vet Fak Derg. 60: 221-224.
20. Ertunç F., D. Canik, Ş. Topkaya, G. Söylemezoğlu ve Ş. Bayram. 2011. Türkiye bağlarında bağ sarılığı fitoplazmalarının varlığı ve saptanması. Türkiye IV. Bitki Koruma Kongresi Bildirileri. 28-30 Haziran 2011. Kahramanmaraş. s.90.
21. Ertunç, F., D. Canik Orel, Ş. Bayram, S. Paltrinieri, A. Bertaccini, Ş. Topkaya, and G. Söylemezoğlu. 2015. Occurence and molecular characterization of grapevine phytoplasmas in main viticultural regions of Turkey. Phytoparasitica 43 (3): 303-310.
22. Ertunç, F., D. Canik-Orel, S. Bayram ve G. Söylemezoğlu. 2016. Türkiye bağlarında fitoplazma enfeksiyonlarının dağılımı, vektörleri ve moleküler karakterizasyonu. Uluslararası Katılımlı Türkiye 6. Bitki Koruma Kongresi. 5-8 Eylül, 2016. Konya. s. 539.
23. Fabre, A., L. J. Danet, and X. Foissac. 2011. The Stolbur Phytoplasma antigenic membrane protein gene Stamp is submitted to diversifying positive selection. Gene 1-2: 37-41.
24. Garau, R., V.A. Prota, A. Sechi, A Lentini, Tolu, G. Botti, and A. Bertaccini. 2005. Indagine epidemiologica in un vigneto affetto da "Legno nero" nel nord-Sardegna". Petria 15(1/2):177-179.
25. Gorı M., R. Monnannı, M. Buıattı, E. Gotı, S. Carnavale, L. Da Prato, A. Bertaccını, and S. Bricolti. 2007. Estabilishing a real-time PCR detection precedure of “flavescence doree” and “bois noir” phytoplasmas for mass screening. Bulletin of Insectology 60 (2): 255-256.
26. Kalkandelen, A. 2000. Türkiye Cixiidae (Homoptera) türleri üzerindeki taksonomik çalışmalar-VIII. Bitki Koruma Bülteni 40 (3-4): 91-123.
27. Kalkandelen, A., 1987. Türkiye Cixiidae (Homoptera) türleri üzerinde taksonomik çalışmalar. I –familyanın morfolojik özellikleri ve cins teşhis anahtarı. Bitki Koruma Bülteni 27: 3-4.
28. Kaplan, M., Özgen, İ. ve Ayaz, T. 2016. Mardin İli Zeytin Bahçelerinde Zeytin Pamuklubiti [Euphyllura straminea Loginova (Hemiptera: Psyllidae)]’nin Doğal Düşmanları ve ÖnemliTürlerin Popülasyon Değişimi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 20 (3): 175-182.
29. Karabıçak, Y., İ. Alaserhat, Ş. Altundağ, I. Özdemir ve E. Demir Özden. 2020. Erzincan ili bağ alanlarında fitoplazma hastalıklarının ve olası vektör böcek türlerinin tespiti, Bitki Koruma Bülteni 60 (1): 31-39.
30. Kölber, M. 2011. Phytoplasma diseases of grapevine and the possible measures to control them. International Journal of Horticultural Science 2011, 17 (3): 37–43. ISSN 1585-0404
31. Kuzmanović S., M. Martini, P. Ermacora, M. Ferrinif, Starovic, M. Tosic, L. Carraro and R. Osler 2008. Incidence and molecular characterization of flavescence dorée and stolbur phytoplasmas in grapevine cultivars from different viticultural areas of Serbia Vitis, 47 (2), 105–111.
32. Lee, I. M., D. E. Gundersen, R. W. Hammond, and R. E. Davis. 1994. Use of mycoplasmalike organism (MLO) group-specific oligonucleotide primers for nested-PCR assays to detect mixed- MLO infections in a single host plant. Phytopathology 84: 559– 566.
33. Lessio, F., and A. Alberto. 2008. Host plant andseasonal presence of Dictyophara europaera in the vineyard agroecosystem. Bulletin of Insectology 61(1): 199-200.
34. Lessio, F., R. Tedeschi, and A. Alma. 2007. Population Dynamics, host plants and infection rate with Stolbur Phytoplasma of Hyalesthes obsoletus Sıgnoret in North-Western Italy. Journal of Plant Pathology 89 (1): 97-102.
35. Lodos, N. 1986. Türkiye Entomolojisi II, Genel, Uygulamalı ve Faunistik. Ege Üniversitesi Yayınları Bornova, İzmir.
36. Lodos, N. ve A. Kalkandelen. 1980b. Preliminary list of Auchenorrhyncha with notes on distribution andimportance of species in Turkey III.Family Meenoplidae, Derbidae,Achilidae, Dictyopharidae and Tettigometridae. Türk. Bit. Kor. Derg. 4 (3) :161-176.
37. Lodos, N. ve A. Kalkandelen. 1988. Preliminary list of Auchenorrhyncha with notes on distribution and importance of Turkey XXVII. (Addenda and Corrigenda). Türkiye Entomoloji Dergisi 12 (1): 11-22.
38. Lodos, N. ve A. Kalkandelen.1980a. Preliminary list of Auchenorrhynciha with notes on distribution and importance of species in Turkey. I. Family Cixiidae Spinola. Türk. Bit. Kor. Derg. 4 (1) : 15-27.
39. Maixner, M., 2010 a. Determination of the parameters for a day-degree method to predict the flight of host populations of Hyalesthes obsoletus. COST Action FA0807 February 1st and 2nd 2010 Sitges. Spain Integrated Management of Phytoplasma Epidemics in Different Crop Systems. Maixner, M., Y. Gerhard, and D. Kröhner, 2010b. Field trials to study the efficiency of weed control in reducing the density of adult Hyalesthes obsoletus. COST Action FA0807 February 1st and 2nd 2010 Sitges. Spain Integrated Management of Phytoplasma Epidemics in Different Crop Systems.
40. Margaria, P., M. Turina, and S. Palmano,. 2009. Detection of Flavescence doree and Bois noir phytoplasmas Grapevine leaf roll associated virus -1 and -3 and Grapevine virus A from same crude extracts by reverse transcription –Real time Taqman Assays. Plant Pathology 58(5): 838-845.
41. Mehle N., G. Seljak, M. Rupar, M. Ravnikar, and M. Dermastia. 2010. The first detection of a phytoplasma from the 16SrV (Elm yellows) group in the mosaic leafhopper Orientus ishidae. New Disease Reports 22: 11.
42. Mehle N., M. Rupar, G. Seljak, M. Ravnikar, and M. Dermastia. 2011b. Molecular diversity of ‘flavescence dorée’ phytoplasma strains in Slovenia. Bulletin of Insectology, 64: 29–30.
43. Mehle N., Ravnikar M., Seljak G., Knapiè V., and M. Dermastia. 2011a. The most widespread phytoplasmas, vectors and measures for disease control in Slovenia. Phytopathogenic Mollicutes 1: 65–76.
44. Olivier C., Saguez J., Stobbs L., Lowery T., Galka B., Whybourne K., Bittner L., Chen X., Vincent C. 2014. Occurrence of phytoplasmas in leafhoppers and cultivated grapevines in Canada. Agriculture, Ecosystems and Environment, 195, 91–97
45. Özdemir N., H. Saygili, F. Sahin, Y. Karsavuran, O. F. Bayrak, and B. Oral. 2009. Host range and genetic characterization of a phytoplasma causing tomato stolbur disease in Turkey. Proc. In: IInd Intl. Symposium on tomato diseases. Acta Hort. 808: 255-261.
46. Palermo, S., M. Elekes, S. Botti, I. Ember, A. Alma, A. Orosz, A. Bertaccini, and M. Kölber. 2004. Presence of stolbur phytoplasma in Cixiidae in Hungarian vineyards. Vitis 43: 201-204.
47. Pelletier, C., P. Salar, J Gillet., G. Cloquemin, P. Very, X. Foissac, S. Malembic-Maher. 2009. Triplex realtime PCR assay for sensitive and simultaneous detection of Grapevine Phytoplasmas of the 16Sr V and 16SrXII-A with an endogenous analytical control. Vitis, 48(2), 87-95.
48. Prince, J.P., R. E. Davis, T. K. Wolf, I. M. Lee, B. D. Mogen, E. L. Dally, A. Bertaccini, R. Credi, and M. Barba. 1993. Molecular detection of diverse mycoplasmalike organisms (MLOs) associated with grapevine yellows and their classification with aster yellows, X-disease, and elm yellows MLOs. Phytopathology 83 (10): 1130-1137.
49. Seemuller, E., C. Marcone, U. Lauer, A. Ragozzino, M. Goschi. 1998. Current Status of Molecular Classification of thr Phytoplasmas. J. Plant Pathol., 80, 3-26.
50. Sertkaya G., M. Martini, R. Musetti, and O. Ruggero. 2007. Detection and molecular characterization of phytoplasmas infecting sesame and solanaceous crops in Turkey. Bulletin of Insectology 60 (2): 141-142. Sforza, R., D. Clair, X. Daire, J. Larrue and E. E. Boudon-Padieu, 1998. The Role of Hyalesthes obsoletus (Hemiptera: Cixiidae) in the Occurrence of Bois noir of Grapevines in France Journal of Phytopathology Vol:146, No: 11-12, pp: 549-556. DOİ: 10.1111/j. 1439-0434.1998.tb04753.
51. Tanyeri, R., and U. Zeybekoğlu. 2021. Species of Cixiidae and Issidae (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Fulgoromorpha) distributed in Sinop and Kastamonu (North Turkey). Sakarya University Journal of Science 25(2): 594-600.
52. Terlizzi, F., C. Ratti, C. Poggi Pollini, A. Pisi, and R. Credi. 2009. Detection of Grapevine Flavescence doree and Bois Noir Phytoplasmas by Multiplex real-time PCR. ICVG-2009, 161-162.
53. Torres E., M.P. Martín, S. Paltrınıerı, A. Vıla, R. Masalles, and A. Bertaccını. 2004. Spreading of esfy Phytoplasmas in stone fruit in Catalonia (Spain). Journal Of Phytopathology 152: 432–437.
54. Weber, A., and M. Maixner. 1998. Survey of populations of the planthopper Hyalesthes obsoletus Sign. (Auchenorrhyncha, Cixiidae) for infection with the phytoplasma causing grapevine yellows in Germany. Journal of Applied Entomology 122 (1-5):375-381.
55. Weintraub P. G. 2007. Insect vectors of phytoplasmas and their control-an update, Bulletin of Insectology 60(2):169-173. ·
56. Weintraub, P. G., and L.A. Beanland. 2006. Insect vectors of Phytoplasmas. Annu. Rev. Entomol. 2006: 51:91.
57. Zhao, Y., and R.E. Davis. 2016. Criteria for phytoplasma 16Sr group/subgroup delineation and the need of a platform for proper registration of new groups and subgroups. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 66: 2121–2123.