Biochemical and molecular identification of root-knot nematodes in greenhouse vegetable areas of Eastern Mediterranean Region (Turkey)

Year 2022, Volume: 46 Issue: 1, 115 - 127, 01.03.2022

Ayşenur Aslan , İbrahim Halil Elekcioğlu

https://doi.org/10.16970/entoted.1055181

Cited By: 8

Abstract

Root-knot nematode surveys were conducted during the growing seasons of 2017 and 2018 to cover the greenhouse vegetable areas in Mersin, Hatay and Adana Provinces in the Eastern Mediterranean Region (Turkey). A total of 46 root-knot nematode populations were characterized using biochemical and molecular diagnostic techniques. DNA extraction was done from second-stage juvenile and in molecular tests using SCAR primers, Meloidogyne arenaria (Neal, 1889) Chitwood, 1949, Meloidogyne javanica (Treub) Chitwood, 1949, Meloidogyne incognita (Kofoid & White, 1919) Chitwood, 1949, Meloidogyne hapla Chitwood, 1949 and Meloidogyne ethiopica Whitehead, 1968 (Tylenchida: Meloidogynidae) species were screened. Samples obtained from thirty-nine regions were identified as M. incognita (85%) and seven as M. javanica (15%). In addition, young females obtained from all regions were biochemically analyzed using the polyacrylamide gel electrophoresis diagnostic method. The esterase enzyme profile was examined to identify the M. incognita, M. javanica and M. ethiopica groups. Esterase phenotype I1 band was observed in 62% of M. incognita populations and esterase phenotype I2 band was observed in 39%. Esterase phenotype J3 band was detected in all M. javanica populations. M. javanica and M. incognita were verified and also supported by molecular and biochemical methods in the Eastern Mediterranean Region.

Keywords

Meloidogyne, PAGE, PCR, root-knot nematodes, vegetable

Thanks

Assoc. Prof. Dr. Behcet Kemal Çağlar (University of Çukurova, Adana, Turkey) and Dr. Betül Gürkan (East Mediterranean Transitional Zone Agricultural Research of Institute, Kahramanmaraş, Turkey) are thanked for their support in molecular studies and PAGE studies. Also, Dr. Dilek DİNÇER (Republic of Türkiye, Ministry of Agriculture and Forestry, Biological Control Research Institute, Adana, Turkey) is thanked for her assistance with the pure culture of M. javanica.

Doğu Akdeniz Bölgesi (Türkiye) örtüaltı sebze alanlarında kök-ur nematodlarının biyokimyasal ve moleküler tanımlanması

Abstract

Kök ur nematodu sürvey çalışmaları Doğu Akdeniz Bölgesi (Türkiye)’nde bulunan Mersin, Hatay ve Adana illerinde yoğun olarak sebze üretimi yapılan sera alanlarını kapsayacak şekilde 2017 ve 2018 yılı üretim sezonu boyunca yapılmıştır. Biyokimyasal ve moleküler tanılama teknikleri kullanılarak toplam 46 kök-ur nematodu popülasyonu karakterize edilmiştir. DNA ekstraksiyonu ikinci dönem larvalardan yapılmış olup, SCAR primerleri kullanılarak yapılan moleküler analizde Meloidogyne arenaria (Neal, 1889) Chitwood, 1949, Meloidogyne javanica (Treub) Chitwood, 1949, Meloidogyne incognita (Kofoid & White, 1919) Chitwood, 1949, Meloidogyne hapla Chitwood, 1949 ve Meloidogyne ethiopica Whitehead, 1968 (Nematoda: Heteroderidae) türleri taranmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, otuz dokuz bölgeden elde edilen örnekler M. incognita (%85) olarak, yedi örnek ise M. javanica (%15) olarak tespit edilmiştir. Ek olarak, polyacrylamide jel elektroforez tanılama yöntemi kullanılarak tüm bölgelerden elde edilen genç dişi bireyler biyokimyasal olarak analiz edilmiştir. Meloidogyne incognita, M. javanica ve M. ethiopica grubu tanılamak için esteraz enzim profiline bakılmıştır. Meloidogyne incognita popülasyonlarında %62 oranında esteraz fenotip I1 bandı, %39 oranında ise esteraz fenotip I2 bandı gözlenmiştir. Bütün M. javanica popülasyonlarında esteraz fenotip J3 bandı tespit edilmiştir. Meloidogyne javanica ve M. incognita, Doğu Akdeniz Bölgesi’nde moleküler ve biyokimyasal yöntemlerle tanılanmış olup, bu iki yöntemden elde edilen sonuçlar birbirini desteklemektedir.

Keywords

Meloidogyne, PAGE, PCR, kök-ur nematodları, sebze

References

• Ahrens, U. & E. Seemüller, 1992. Detection of DNA of plant pathogenic mycoplasma like organisms by a polymerase chain reaction that amplifies a sequence of the 16 S rRNA gene. Phytopathology, 82 (8): 828-832.
• Aydınlı, G., 2018. Detection of the root-knot nematode Meloidogyne luci Carneiro et al., 2014 (Tylenchida: Meloidogynidae) in vegetable fields of Samsun Province, Turkey. Turkish Journal of Entomology, 42 (3): 229-237.
• Aydınlı, G. & S. Mennan, 2016. Identification of root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) from greenhouses in the Middle Black Sea Region of Turkey. Turkish Journal of Zoology, 40 (5): 675-685.
• Aydınlı, G., S. Mennan, Z. Devran, S. Širca & G. Urek, 2013. First report of the root-knot nematode Meloidogyne ethiopica on tomato and cucumber in Turkey. Plant Disease, 97 (9): 1262-1262.
• Barker, K. R., 1985. “Nematode Extraction and Bioassays, 19-35”. In: An Advanced Treatise on Meloidogyne, Vol. II. Methodology (Eds. K. R. Barker, C. C. Carter & J. N. Sasser). North Carolina State University Graphics, North Carolina, USA, 223 pp.
• Bora T. & İ. Karaca, 1970. The Measurement of Disease and Pests in Culture Plants. Ege University Faculty of Agriculture Supplementary Course Book No: 167 İzmir, Turkey, 43 pp. (in Turkish).
• Butler, M. H., S. M. Wallk, K. R. Luehrsen, G. E. Fox & R. M. Hecht, 1981. Molecular relationships between closely reIeateded strains and species of nematodes. Journal of Molecular Evolution, 18 (1): 18-23.
• Carneiro, R. M. D. G., R. G. Carneiro, I. M. O. Abrantes, M. S. N. A. Santos & M. R. A. Almeida, 1996. Meloidogyne paranaensis n. sp. (Nemata: Meloidogynidae), a root-knot nematode parasitizing coffee in Brazil. Journal of Nematology, 28 (2): 177-189.
• Carneiro, R. M., V. R. Correa, M. R. A. Almeida, A. C. M. Gomes, A. M. Deimi, P. Castagnone-Sereno & G. Karssen, 2014. Meloidogyne luci n. sp. (Nematoda: Meloidogynidae), a root-knot nematode parasitising different crops in Brazil, Chile and Iran. Nematology, 16 (3): 289-301.
• Carneiro, R. M., P. Quénéhervé & M. R. Almeida, 2000. Enzyme phenotypes of Meloidogyne spp. populations. Nematology, 2 (6): 645-654.
• Castro, J. D. C., R. D. Lima & R. M. D. G. Carneiro, 2003. Variabilidade isoenzimática de populações de Meloidogyne spp. provenientes de regiões brasileiras produtoras de soja. Nematologia Brasileira, 27 (1): 1-12. (in Portuguese).
• Cetintas, R. & B. Cakmak, 2016. Meloidogyne species infesting tomatoes, cucumbers and eggplants grown in Kahramanmaraş Province, Turkey. Turkish Journal of Entomology, 40 (4): 355-364.
• Cofcewicz, E. T., R. M. D. G. Carneiro, O. Randig, C. Chabrier & P. Quénéhervé, 2005. Diversity of Meloidogyne spp. on Musa in Martinique, Guadeloupe, and French Guiana. Journal of Nematology, 37 (3): 313-322.
• Collange, B., M. Navarrete, G. Peyre, T. Mateille & M. Tchamitchian, 2011. Root-knot nematode (Meloidogyne) management in vegetable crop production: The challenge of an agronomic system analysis. Crop Protection, 30 (10): 1251-1262.
• Correa, V. R., V. S. Mattos, M. R. A. Almeida, M. F. A. Santos, M. S. Tigano, P. Castagnone-Sereno & R. M. D. G. Carneriro, 2014. Genetic diversity of the root-knot nematode Meloidogyne ethiopica and development of a species-specific SCAR marker for its diagnosis. Plant Pathology, 63 (2): 476-483.
• Devran, Z., N. Mutlu, A. Ozarslandan & I. H. Elekcioglu, 2009. Identification and genetic diversity of Meloidogyne chitwoodi in potato production areas of Turkey. Nematropica, 39 (1): 75-84.
• Devran, Z. & M. A. Söğüt, 2009. Distribution and identification of root-knot nematodes from Turkey. Journal of Nematology, 41 (2): 128-133.
• Devran, Z. & M. A. Söğüt, 2011. Characterizing races of Meloidogyne incognita, M. javanica and M. arenaria in the West Mediterranean region of Turkey. Crop Protection, 30 (4): 451-455.
• Di Vito, M., N. Greco, G. Ores, M. C. Saxena, K. B. Singh & I. Kusmenoglu, 1994. Plant parasitic nematodes of legumes in Turkey. Nematologia Mediterranea, 22 (2): 245-251.
• Diker, T., 1959. Nebat Parazit Nematodları. Türkiye Şeker Fabrikaları AŞ Neşriyatı Ankara, Turkey, 98 s. (in Turkish).
• Dinçer, D., 2021. Çukurova Kavun Karpuz Alanlarında Kök-Ur Nematodu (Meloidogyne spp.) Tür ve Irklarının Belirlenmesi ve Bazı Kavun Karpuz Genotiplerinin Yaygın Kök-Ur Nematoduna Karşı Dayanıklılıklarının Araştırılması. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bitki Koruma Anabilim Dalı, (Unpublished) PhD Thesis, Adana, Turkey, 111 s. (in Turkish with abstract in English).
• Elekcioglu, I. H., B. Ohnesorge, G. Lung & N. Uygun, 1994. Plant parasitic nematodes in the east Mediterranean region of Turkey. Nematologia Mediterranea, 22 (1): 59-63.
• Elekcioğlu, İ. H. & N. Uygun, 1994. “Occurrence and distribution of plant parasitic nematodes in cash crop in Eastern Mediterranean Region of Turkey, 409-410”. Proceedings of 9th Congress of the Mediterranean Phytopathological Union (Aydın, Türkiye), 567 pp.
• Ertürk, H. & S. Özkut, 1973. “Ege Bölgesi şartlarında kök-ur nematodlarına (Meloidogyne spp.) dayanıklı asma anacı araştırması, 5-8”. IV. Bilim Kongresi Bildirileri (5-8 November, Ankara). (in Turkish).
• Esbenshade, P. R. & A. C. Triantaphyllou, 1985. “Electrophoretic Methods for the Study of Root-knot Nematode Enzymes, 115-123”. In: An Advanced Treatise on Meloidogyne, Vol. II. Methodology (Eds. K. R. Barker, C. C. Carter & J. N. Sasser). North Carolina State University Graphics, North Carolina, USA, 223 pp.
• Esbenshade, P. R. & A. C. Triantaphyllou, 1986. Partial characterization of esterases in Meloidogyne (Nematoda). Comparative Biochemistry and Physiology, 83 (1): 31-38.
• Fargette, M., 1987. Use of the esterase phenotype in the taxonomy of the genus Meloidogyne. 2. Esterase phenotypes observed in West African populations and their characterization. Revue de Nématologie, 10 (1): 45-55.
• Galitelli, D. & A. Minafra, 1994. “Elektrophoresis, 89-114”. In: Course on Plant Viruses Diagnosis. University of Cukurova, Department Plant Protection, Adana, Turkey.
• Gerič Stare, B., G. Aydınlı, Z. Devran, S. Mennan, P. Strajnar, G. Urek & S. Širca, 2019. Recognition of species belonging to Meloidogyne ethiopica group and development of a diagnostic method for its detection. European Journal of Plant Pathology, 154 (3): 621-633.
• Gerič Stare, B., P. Strajnar, S. Širca, N. Susič & G. Urek, 2018. Record of a new location for tropical root knot nematode Meloidogyne luci in Slovenia. EPPO Bulletin, 48 (1): 135-137.
• Gerič Stare, B., P. Strajnar, N. Susic, G. Urek & S. Širca, 2017. Reported populations of Meloidogyne ethiopica in Europe identified as Meloidogyne luci. Plant Disease, 101 (9): 1627-1632.
• Gözel, U., Y. Çiğdem & Ç. Gözel, 2016. Molecular markers used in nematode taxonomy. Turkish Entomology Bulletin, 6 (2): 179-189.
• Greco, N. & M. Di Vito, 2009. “Population Dynamics and Damage Levels, 246-269”. In: Root-Knot Nematodes (Eds. R. N. Perry, M. Moens & J. L. Starr). CABI Oxfordshire, UK, 520 pp.
• Gürdemir, E. & M. Ağdacı, 1975. Güney Anadolu Bölgesi sebze seralarında zarar yapan kök-ur nematodları (Meloidogyne spp.) üzerinde sürvey çalışmaları. Bitki Koruma Bülteni, 15 (3): 176-181. (in Turkish with abstract in English).
• Gürkan, T., 2017. Kahramanmaraş Bölgesindeki Bitki Paraziti Nematodların Morfolojik, Biyokimyasal, Moleküler Metotlar ile Teşhisi ve Uygun Mücadele Olanaklarının Araştırılması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü Biyomühendislik ve Bilimleri Anabilim Dalı, (Unpublished) PhD Thesis, Kahramanmaraş, Turkey, 126 s. (in Turkish with abstract in English).
• Gürkan, B., R. Çetintaş & T. Gürkan, 2019. Gaziantep ve Osmaniye Sebze Alanlarında Bulunan Kök-ur Nematodu Türleri (Meloidogyne spp.)’nin Teşhisi ile Bazı Nematod Popülasyon Irklarının Belirlenmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 22 (Ek sayı 1): 113-124. (in Turkish with abstract in English).
• Hekimoğlu, G., 1975. İzmir ve Çevresi Solanaceae Familyasına ait Önemli Bitki Türlerinde Kök-ur Nematodlarının (Meloidogyne spp.) (Nematoda: Heteroderidae) Tanınmaları, Zararı ve Populasyon Yoğunlukları Üzerinde Araştırmalar. Zirai Mücadele Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, Bornova, İzmir, 113 s. (in Turkish with abstract in English).
• Hunt, D. J. & Z. A. Handoo, 2009. “Taxonomy, Identification and Principal Species, 55-88”. In: Root-Knot Nematodes (Eds. R. N. Perry, M. Moens & J. L. Starr). CABI Oxfordshire, 520 pp.
• İmren, M., A. Özarslandan, E. C. Kasapoğlu, H. Toktay & İ. H. Elekcioğlu, 2014. Türkiye buğday faunası için yeni bir tür, Meloidogyne artiellia (Franklin)’nın morfolojik ve moleküler yöntemlerle tanımlanması. Türkiye Entomoloji Dergisi, 38 (2): 189-196. (in Turkish with abstract in English).
• Jones, J. T., A. Haegeman, E. G. Danchin, H. S. Gaur, J. Helder, M. G. Jones, T. Kikuchi, R. Manzanilla-López, J. E. Palomares-Rius, W. M. L. Wesemael & R. N. Perry, 2013. Top 10 plant-parasitic nematodes in molecular plant pathology. Molecular Plant Pathology, 14 (9): 946-961.
• Karssen, G. & M. Moens, 2006. “Root-Knot Nematodes, 59-60”. In: Plant Nematology (Eds. R. N. Perry & M. Moens). CABI, London, UK, 447 pp.
• Kaşkavalcı, G. & C. Öncüer, 1999. Aydın İli’nin yazlık sebze yetiştirilen önemli bölgelerinde bulunan Meloidogyne Goeldi, 1887 (Tylenchida: Meloidogynidae) türlerinin yayılışları ve ekonomik önemleri üzerinde araştırmalar. Türkiye Entomoloji Dergisi, 23 (2): 149-160. (in Turkish with abstract in English).
• Kepenekci, İ., G. Öztürk & E. Evlice, 2002. “Ülkemiz örtü altı sebze üretiminde sorun olan yeni bir kök-ur nematodu türü (Meloidogyne exigua Goeldi, 1887) ve diğer kök-ur nematodu türleri, 55”. IV. Sebze Tarımı Sempozyumu (17-20 Eylül, Bursa, Turkey) Bildirileri. (in Turkish).
• Leslie, J. F., G. D. Cain, G. K. Meffe & R. C. Vrijenhoek, 1982. Enzyme polymorphism in Ascaris mum (Nematoda). Journal of Parasitology, 68 (4): 576-587.
• Lordello, L. G. E., 1956. Meloidogyne inornata sp. n., a serious pest of soybean in the State of Sao Paulo, Brazil (Nematoda, Heteroderidae). Revista Brasileira de Biologia, 16 (1): 65-70.
• McGhee, J. D. & D. A. Cottrell, 1986. The major gut esterase locus in the nematode Caenorhabditis elegans. Molecular Genetics and Genomics, 202 (1): 30-34.
• Meng, Q. P., H. Long & J. H. Xu, 2004. PCR assays for rapid and sensitive identification of three major root-knot nematodes, Meloidogyne incognita, M. javanica and M. arenaria. Acta Phytopathologica Sinica, 34 (3): 204-210.
• Mennan, S. & O. Ecevit, 1996. “Bafra ve Çarşamba Ovaları yazlık sebze ekim alanlarındaki kök-ur nematodları (Meloidogyne spp.)’nın biyolojisi, yayılışı ve bulaşıklık oranları üzerine araştırmalar, 700-705”. Türkiye III. Entomoloji Kongresi (24-28 Eylül, Ankara, Turkey), 716 s. (in Turkish).
• Netscher, C. & R. A. Sikora, 1990. “Nematode Parasites of Vegetables, 237-283”. In: Plant Parasitic Nematodes in Subtropical and Tropical Agriculture (Eds. M. Luc, R. Sikora & J. Bridge). CABI Wallingford, UK, 629 pp.
• Özarslandan, A., Z. Devran, N. Mutlu & İ. H. Elekcioglu, 2009. First report of Columbia Root-knot nematode (Meloidogyne chitwoodi) in potato in Turkey. Plant Disease, 93 (3): 316.
• Özarslandan, A. & İ. H. Elekcioğlu, 2010. Identification of the Root-knot nematode species (Meloidogyne spp.) (Nemata: Meloidogynidae) collected from different parts of Turkey by molecular and morphological methods. Turkish Journal of Entomology, 34 (3): 323-335.
• Öztüzün, N., 1970. Doğu ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi kültür bitkilerine ariz olan bitki parazit nematodları üzerinde sürvey calışmaları. Bitki Koruma Bülteni,10 (3): 180-197.
• Pais, C. S. & I. M. de O. Abrantes, 1989. Esterase and malate dehydrogenase phenotypes in Portuguese populations of Meloidogyne species. Journal of Nematology, 21 (3): 342-346.
• Pehlivan, E. & G. Kaşkavalcı, 1993. Sanayi domates üretim alanlarında kök-ur nematodlarının (Meloidogyne spp) yayılışı ve bulaşıklık oranı üzerinde araştırmalar. SANDOM Çalışma Raporu, (6): 61-68. (in Turkish).
• Söğüt, M. A. & İ. H. Elekcioğlu, 2000. Determination of Meloidogyne Goeldi, 1892 (Nemata: Heteroderidae) species races found in vegetable growing areas of the Mediterranean region of Turkey. Turkish Journal of Entomology, 24 (1): 33-40.
• Taylor, A. L., 1987. Identification and Estimation of Root-knot Nematodes Species in Mixed Populations. Florida, USA: Florida Department of Agriculture, Division of Plant Industry, 335 pp.
• Trudgill, D. L. & V. C. Blok, 2001. Apomictic, polyphagous root-knot nematodes: exceptionally successful and damaging biotrophic root pathogens. Annual Review of Phytopathology, 39 (1): 53-77.
• Uysal, G., M. A. Söğüt & İ. H Elekçioğlu, 2017. Identification and distribution of root-knot nematode species (Meloidogyne spp.) in vegetable growing areas of Lakes Region in Turkey. Turkish Journal of Entomology, 41 (1): 105-122.
• Whitehead, A. G., 1968. Taxonomy of Meloidogyne (Nematoda: Heteroderidae) with descriptions of four new species. The Transactions of the Zoological Society of London, 31 (3): 263-401.
• Wishart, J., M. S. Phillips & V. C. Bloak, 2002. Ribosomal intergenic spacer: A polymerase chain reaction diagnostic for Meloidogyne chitwoodi, M. fallax and M. hapla. Phytopatology, 92 (8): 884-892.
• Yüksel, H., 1966. Karadeniz Bölgesi’nde tesadüf edilen Meloidogyne incognita varyasyonu hakkında. Bitki Koruma Bülteni, 6 (1): 35-38. (in Turkish with abstract in English).
• Yüksel, H., 1974. Kök ur nematodlarının (Meloidogyne spp.) Türkiye’deki durumu ve bunların populasyon problemleri üzerine düşünceler. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 5 (1): 83-105. (in Turkish with abstract in English).
• Zijlstra, C., D. T. H. M. Donkers-Venne & M. Fargette, 2000. Identification of Meloidogyne incognita, M. javanica and M. arenaria using Sequence Characterized Amplified Region (SCAR) based PCR assays. Nematology, 2 (8): 847-853.