Phenotypic traits influencing changes in potato late blight pathogen Phytophthora infestans populations in Europe

ABSTRACT. Potato late blight, caused by Phytophthora infestans, remains a substantial threat to global food security. European P. infestans populations are generally divided into Northern (genetically diverse) and Western (mainly clonal) populations. However, new genotypes have recently emerged and successfully established themselves in Northern Europe. Additionally, new strains that are more aggressive and more virulent or exhibit fungicide sensitivity to widely used active ingredients emerge frequently. The main objectives of this thesis were to study the drivers of new invasive lineages of P. infestans in Europe and the reason behind the shift in Northern European populations. Samples were collected from potato plants from conventional production fields, organic fields and trap nurseries in Estonia, Denmark, Norway, the UK, and France in ten growing seasons (between 2005-¬2022). DNA acquired from all the samples was genotyped through simple sequence repeat analysis. Phenotypic experiments were performed for samples collected in 2016 and 2017 and involved testing the isolates’ fungicide sensitivity to active ingredients widely used in Europe and evaluating their virulence to assess the ability of P. infestans to damage potato plants. Various population genetic indices were calculated to characterise the genetic diversity and dynamics of the pathogen in Estonia. Results showed that the Western European genotype EU_37_A2 exhibits fluazinam resistance, likely aiding its invasiveness. Genotype EU_41_A2 has successfully been established in Northern Europe, possibly due to higher virulence combined with other fitness traits or changes in environmental conditions not examined in this study. Substantial genetic and genotypic diversity persists in Estonia, suggesting a high likelihood of random mating. Still, monitoring results showed introductions of clonal lineages to the country, which creates a potential risk for future establishment. Our findings underscore the importance of continuous pathogen population monitoring to enable timely adjustments in control strategies.

LÜHIKOKKUVÕTE. Kartuli-lehemädaniku tekitaja Phytophthora infestans on otsene oht globaalsele toidujulgeolekule. Lääne-Euroopas on lehemädaniku tekitaja populatsioonid peamiselt klonaalsed, samas kui Põhja-Euroopas esineb suuremat geneetilist mitmekesisust. Viimastel aastatel on siiski täheldatud muutusi põhjapoolsemates populatsioonides, kus klonaalsed genotüübid on muutunud sagedasemaks. Tihti kerkivad Euroopas esile ka tüved, mis on agressiivsemad, virulentsemad või kasutusel olevate fungitsiidide toimeainete suhtes resistentsed. Käesoleva doktoritöö eesmärk on uurida uute invasiivsete P. infestans genotüüpide levikut mõjutavaid tegureid Euroopas. Uuringute läbiviimiseks koguti P. infestans proovid Eesti, Taani, Norra, Ühendkuningriigi ja Prantsusmaa tava- ja mahetootmispõldudelt ning püünistaimlatest kümne kasvuperioodi vältel aastate vahemikus 2005-2022 ning need genotüpiseeriti. Aastatel 2016 ja 2017 kogutud proovidel viidi lisaks läbi fenotüübilised katsed: fungitsiiditundlikkuse katse, kasutades Euroopas enamlevinud nelja fungitsiidi toimeainet ning virulentsuskatsed, kasutades 11 kartuligenotüüpi, mis sisaldavad erinevaid resistentsusgeene. Eesti proovide genotüpiseerimise tulemuste põhjal arvutati erinevad populatsioonigeneetilised indeksid, et iseloomustada patogeeni geneetilist mitmekesisust ja dünaamikat Eestis. Lääne-Euroopas levival uuel invasiivsel genotüübil EU_37_A2 esines osaliselt fluasinaamiresistentsus. Põhja-Euroopas leviva uue invasiivse genotüübi EU_41_A2 edukust võib seostada kõrgema virulentsusega. Eesti P. infestans populatsioonis on jätkuvalt märkimisväärne geneetiline ja genotüübiline mitmekesisus, kuigi seireandmed näitavad, et kohati esineb ka klonaalseid genotüüpe. Kuigi statistiliste analüüside põhjal ei ole hetkel tõendeid klonaalsete genotüüpide püsimisest Eestis, kujutab nende esinemine erinevates piirkondades potentsiaalset riski nende edaspidiseks levikuks. Käesolev doktoritöö näitlikustab patogeenide seire tähtsust, et kohandada vastavalt tõrjestrateegiaid.