Phytophthora in Finnish nurseries

Human-mediated movement of plants and plant products is now generally accepted to be the primary mode of introduction of plant pathogens. Species of the genus Phytophthora are commonly spread in this way and have caused severe epidemics in silviculture, horticulture as well as natural systems all over the world. The aims of the study were to gather information on the occurrence of Phytophthora spp. in Finnish nurseries, to produce information for risk assessments for these Phytophthora spp. by determining their host ranges and tolerance of cold temperatures, and to establish molecular means for their detection. Phytophthora cactorum was found to persist in natural waterbodies and results suggest that irrigation water might be a source of inoculum in nurseries. In addition to P. cactorum, isolates from ornamental nursery Rhododendron yielded three species new to Finland: P. ramorum, P. plurivora and P. pini. The only species with quarantine status, P. ramorum, was most adapted to growth in cold temperatures and able to persist in the nursery in spite of an annual sanitation protocol. Phytophthora plurivora and the closely related P. pini had more hosts among Nordic tree and plant species than P. ramorum and P. cactorum, and also had higher infectivity rates. All four species survived two weeks in -5 °C , and thus soil survival of these Phytophthoras in Finland is likely under current climatic conditions. The most common tree species in Finnish nurseries, Picea abies, was highly susceptible to P. plurivora and P. pini in pathogenicity trials. In a histological examination of P. plurivora in P. abies shoot tissues, fast necrotrophic growth was observed in nearly all tissues. The production of propagules in P. abies shoot tissue was only weakly indicated. In this study, a PCR DGGE technique was developed for simultaneous detection and identification of Phytophthora spp. It reliably detected Phytophthora in plant tissues and could discriminate most test species as well as indicate instances of multiple-species infections. It proved to be a useful detection and identification tool either applied alone or in concert with traditional isolation culture techniques. All of the introduced species of Phytophthora had properties that promote a high risk of establishment and spread in Finland. It is probable that more pathogens of this genus will be introduced and become established in Finland and other Nordic countries unless efficient phytosanitary control becomes standard practice in the international plant trade.Ihmisen kuljettamat kasvit ja kasvituotteet ovat nykyään pääasiallinen kanava kasvitaudinaiheuttajien ja tuhohyönteisten kulkeutumiselle maasta toiseen. Kasvitaudinaiheuttajista ehkä pahamaineisimpia ovat Phytophthora-suvun lajit, jotka ovat vieraslajeina aiheuttaneet dramaattisiakin tautiepidemioita kasvintuotannossa, metsätaloudessa sekä luonnonekosysteemeissä ympäri maailmaa. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää mitä Phytophthora-lajeja meillä jo esiintyy ja mitkä ovat ne kasvilajit joilla ne voivat aiheuttaa tauteja, sekä rajoittaako talvi niiden vakiintumista pysyväksi uhkaksi kasvituotannossa. Tutkimuksen aikana kehitettiin myös molekyylibiologiaan perustuva työkalu Phytophthora-lajien tunnistamiseksi suoraan kasvimateriaalista. Tutkimus osoitti jo 1990-luvulla Suomeen vakiintuneen vieraslajin, Phytophthora cactorumin, selviävän luonnonvesissä, ja kasteluveden olevan mahdollinen koivun levälaikun tartuntalähde taimitarhoilla. Tämä lajin lisäksi koristekasvitarhojen alppiruusuista löytyi kolme Suomelle uutta Phytophthora-lajia: P. ramorum, P. plurivora ja P. pini, joista toinen eristettiin myös syreeniltä. Näistä ainoa karanteenilaji, P. ramorum, oli kylmänkestävyystesteissä parhaiten sopeutunut kasvamaan kylmissä lämpötiloissa ja se pystyi myös selviämään taimitarhalla 6 vuoden ajan huolimatta vuotuisista hävitystoimenpiteistä. Tartuntakokeissa P. plurivora ja lähisukulainen P. pini pystyivät paitsi tartuttamaan useampia suomalaisia puu- ja kasvilajeja kuin P. cactorum ja P. ramorum, myös aiheuttivat suurempaa kuolleisuutta. Suomen metsätaimitarhojen yleisin puulaji, metsäkuusi (Picea abies), oli erittäin altis P. plurivoran ja P. pinin infektiolle. P. plurivoralla tartutettujen kuusen versojen solukkoleikkeissä sen havaittiin tappavan soluja nopeasti kuusen lähes kaikissa solukoissa. Oireet ilmenivät neljän päivän kuluttua tartutuksesta. Väitöstutkimuksessa kehitetty DNA-pohjainen työkalu (PCR-DGGE) tunnisti luotettavasti Phytophthora-tartunnan suoraan kasvinäytteistä ja sillä pystyttiin myös tunnistamaan laji, jolla kasvi oli tartutettu. Menetelmä on halpa ja nopea käytettäväksi joko yksinään tai yhdessä muiden Phytophthora-mikrobien tunnistusmenetelmien kanssa. Havaittujen Phytophthora-lajien ominaisuudet, kuten kyky säilyä alhaisissa lämpötiloissa ja tartuttaa luonnonkasveja, mahdollistavat niiden leviämisen taimitarhoilta luontoon. On hyvin todennäköistä että uusia Phytophthora-suvun aiheuttamia tauteja havaitaan sekä Suomesta että muista pohjoismaista ellei kasvikauppaa rajoiteta ja/tai kasvintarkastustoimenpiteitä tehosteta Euroopan sisällä