Different polyphenolic parenchyma cell and phloem axial resin duct-like structures formation rates in Cupressus sempervirens clones infected with Seiridium cardinale

The aim of this study was the characterization of constitutive and induced defence mechanisms in the bark tissues of Cupressus sempervirens before and after infection with the bark fungus Seiridium cardinale that is responsible for Cypress Canker Disease. The time-course development of polyphenolic parenchyma cells (PP cells) and phloem axial resin ducts PARDs(PARD) like structures) in the phloem was investigated in two C. sempervirens clones, one resistant and one susceptible to the disease, through anatomycal and hystologycal observations carried out by light microscope during a 19 days trial. PP cells were constitutively more abundant in the canker resistant clone compared to the susceptible clone, while PARDsPARD-like structures were not present in the bark of untreated plants of both clones. PP cells increased in both clones as a response to infection, but in the resistant clone they were more abundant 5 and 12 days after inoculation. Following inoculation, PARDsPARD-like structures appeared in the phloem after 5 days in the resistant clone and only after 12 days in the susceptible clone. Even the number of secretory cells (surrounding the PARDsPARD-like structures) was higher in the R clone 5 and 12 days after inoculation compared to the S clone. These observations demonstrate a faster phloem response of the resistant clone in the early phase of the infection. This may slow down initial growth of the fungus contributing to the resistance mechanism.

Cupressus sempervirens (Mediterranean cypress).

C. sempervirens is a multipurpose tree species, which may reach up to 30 m in height with a d.b.h. of 50-60 cm. This species produces high-quality and very durable wood at low yields and is utilized more frequently as windbreaks, soil conservation, protection forest, and as an ornamental in many European landscapes. This species is suitable for plantation programmes in unfavourable conditions in many countries, including for afforestation on dry, shallow, clay soils. Since the beginning of the 1950s, Seiridium cardinale (cypress canker) has decimated common cypress plantations in Italy, Greece and France.

The Epidemic Spread of Seiridium cardinale on Leyland Cypress Severely Limits Its Use in the Mediterranean

Leyland cypress (× Hesperotropsis leylandii) is a fast-growing conifer used in most temperate regions as an ornamental tree for hedges and screens, and is one of the most commercially important trees in Europe. In recent years, severe diebacks and mortality due to cypress canker have been observed on Leyland cypress plantations in Southern Europe. This study was conducted to evaluate (i) the spread and impact of cypress canker caused by Seiridium cardinale in plantations of a sample area of 1,250 km2 in central Italy, (ii) the response of the most commonly grown Leyland cypress varieties to artificial inoculation with to S. cardinal, and (iii) the pathogenicity of S. cardinale isolates obtained from Leyland cypress. Of the 1,411 surveyed trees, 11.4% had been killed by cypress canker and 43.9% of the living trees were affected by the disease. The number of diseased or dead trees and the percentage of cankered trunks was significantly correlated with the mean trunk diameter of the plantations. Six months after inoculation, the size of developed cankers was significantly different among the inoculated Leyland cypress cultivars but all of them showed markedly larger cankers than the C. sempervirens canker-resistant control clone. All of the tested S. cardinale isolates obtained from Leyland cypress also caused cankers on Cupressus sempervirens when inoculated as conidial suspensions or mycelia. Leyland cypress is highly prone to contract cypress canker in the Mediterranean due to its high susceptibility to S. cardinale infections, low genetic variability among the grown cultivars, and cracks which form on fast-growing trunks, favoring entry of the fungus into the inner bark and the occurrence of infections.

Seiridium cardinale. [Distribution map].

A new distribution map is provided for Seiridium cardinale (Wagener) Sutton & Gibson. Sordariomycetes: Xylariales: Amphisphaeriaceae. Hosts: Monterey cypress (Cupressus macrocarpa) and Mediterranean cypress (C. sempervirens). Information is given on the geographical distribution in Europe (Croatia, Cyprus, France, Germany, Greece, Crete, Irish Republic, Italy, Montenegro, Portugal, Serbia, Spain, UK, England, Wales, Northern Ireland), Asia (Republic of Georgia, Israel, Japan, Syria and Turkey), Africa (Algeria, Morocco, South Africa and Tunisia), North America (Canada, British Columbia, Manitoba, USA, Alaska, California and Oregon), Central America and Caribbean (Costa Rica), South America (Argentina and Chile) and Oceania (Australia, Northern Territory, Queensland, Western Australia and New Zealand).

Γενετική χαρτογράφηση στο κυπαρίσσι (Cupressus sempervirens L.)

Το κυπαρίσσι (Cupressus sempervirens L.) αποτελεί σημαντικό είδος της Μεσογειακής χλωρίδας και αποτελεί ένα από τα κύρια είδη των ευαίσθητων μεσογειακών οικοσυστημάτων που παρουσιάζει ευρεία αντοχή σε αντίξοες περιβαλλοντικές συνθήκες. Απαντάται σε δύο κύριες μορφές λόγω της ιδιαιτερότητας της μορφής της κόμης που παρουσιάζει: την οριζοντιόκλαδη (Cupressus sempervirens var. horizontalis) και την ορθόκλαδη μορφή (Cupressus sempervirens var. pyramidalis). Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάστηκε στη λεπτομερή χαρτογράφηση του γονιδιώματος του κυπαρισσιού. Με τη χρήση 24 f-AFLP και οκτώ f-SSR εκκινητών προέκυψαν 1332 γονιδιακές θέσεις εκ των οποίων οι 1260 ήταν πολυμορφικές. Δημιουργήθηκαν τέσσερεις γενετικοί χάρτες με χρήση χαρτογραφικής οικογένειας που προήλθε από ελεγχόμενη διασταύρωση ενός οριζοντιόκλαδου θηλυκού και ενός ορθόκλαδου αρσενικού γονέα και αποτελούνταν από 382 απογόνους. Ο χάρτης πλαισίου της οριζοντιόκλαδης ποικιλίας (μητρικός) περιελάμβανε έξι ομάδες σύνδεσης συνολικού μήκους 818.58 cM και ο αντίστοιχος της ορθόκλαδης ποικιλίας (πατρικός) πέντε ομάδες σύνδεσης συνολικού μήκους γονιδιώματος 560.33 cM. Ο ενιαίος χάρτης πλαισίου που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας τις γονιδιακές θέσεις f-AFLP με αναλογία διαχωρισμού 1:1 και τις f-SSR γονιδιακές θέσεις, αποτελείται από 11 ομάδες σύνδεσης συνολικού μήκους 1278.74 cM. Προσθέτοντας τις f-AFLP γονιδιακές θέσεις με αναλογία διαχωρισμού 3:1 το συνολικό μήκος του ολοκληρωμένου χάρτη ήταν 2.374,41 cM. Επιπρόσθετα με τη μέθοδο χαρτογράφησης διαστημάτων βρέθηκε ένα QTL που είναι συνδεδεμένο με μια f-AFLP γονιδιακή θέση στο 11ο χρωμόσωμα και σχετίζεται στατιστικά σημαντικά (LOD=3.30) με τη μορφή της κόμης. Ο δείκτης αυτός ενδέχεται να αποτελέσει μοριακό δείκτη πρώιμης επιλογής για τη μορφή της κόμης, μπορεί δηλαδή να εφαρμοστεί η υποβοηθούμενη από γονίδια σημάνσεως επιλογή (MAS) και η διερεύνηση ύπαρξης αντίστοιχων QTL σε άλλα είδη. Επιπλέον ανιχνεύθηκαν δύο QTLs με ασθενέστερη σύνδεση σε δείκτες f-AFLP στο 3ο και 11ο χρωμόσωμα για τα ποσοτικό γνώρισμα του ύψους (LOD= 1.65 και LOD=1.63, 0.001<p<0.004). Το έλκος του κυπαρισσιού προκαλείται από το μύκητα Seiridium cardinale και είναι μια από τις πιο καταστρεπτικές ασθένειες για την οικογένεια των Cupressaceae. Η αντοχή της χαρτογραφικής οικογένειας στο μύκητα εξετάστηκε χρησιμοποιώντας την τεχνική του εμβολιασμού με τον μύκητα. Μετά την πάροδο έξι μηνών καταγράφηκαν τα ποσοστά ανθεκτικών, μερικώς ανθεκτικών και ευαίσθητων στο μύκητα ατόμων που ήταν 22.64%, 70.94% και 6.42% αντίστοιχα. Στην περαιτέρω διερεύνηση, μέσω γενετικής χαρτογράφησης QTL βρέθηκαν δύο QTL ασθενώς συνδεδεμένα με δύο δείκτες f-AFLP, με τιμές LOD=1.78 (0.01<p<0.04) και LOD=1.48 (0.01<p<0.04) στo 10ο και στο 3ο χρωμόσωμα αντίστοιχα. Σημαντικό ήταν επίσης το γεγονός ότι βρέθηκε ένας γενότυπος που παρουσίασε 100% ανθεκτικότητα στο μύκητα Seiridium cardinale. Πραγματοποιήθηκε επίσης βελτιστοποίηση in-vitro πρωτοκόλλου (συνδυασμό MS και SH πρωτοκόλλων), η οποία προσφέρει τη δυνατότητα αγενούς αναπαραγωγής του ανθεκτικού κλώνου με δυνατότητα μαζικής φύτευσης του σε περιοχές της Ελλάδας με σοβαρά προβλήματα προσβολής. Τέλος μελετήθηκε η επιγενετική κληρονομησιμότητα στη χαρτογραφική οικογένεια του κυπαρισσιού χρησιμοποιώντας f-MSAP μοριακούς δείκτες. Χρησιμοποιώντας τέσσερις συνδυασμούς f-MSAP προέκυψαν 266 πολυμορφικές γονιδιακές θέσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέση τιμή της συνολικής μεθυλίωσης του DNA στους απογόνους (28.2%) ήταν υψηλότερη από τη μέση τιμή των γονικών τύπων. Επίσης βρέθηκε υψηλότερη μητρική κληρονομησιμότητα της μεθυλίωσης του DNA (5.65%) έναντι της πατρικής (3.01%). Η πιστή Μενδελική κληρονομησιμότητα μεθυλιωμένων θέσεων παρουσιάστηκε σε ένα μικρό ποσοστό (4.29%). Βρέθηκε ένα μεγάλο ποσοστό de novo μεθυλίωσης (19.65%) στους απογόνους σε σχέση με τους γονικούς τύπους.