РЕЗЮМЕ. Фузаріоз колоса (FHB) – це значна глобальна загроза для вирощування таких зернових злаків, як пшениця. Дотепер нам бракує емпіричних даних щодо селекційного впливу кількісної резистентності пшениці на зміни в агресивності різних патогенів FHB, який може призвести до потенційного зниження резистентності через складність проведення таких досліджень у польових умовах. Для дослідження еволюції агресивності було використано чотири збудники FHB в серійних пасажах аналізу in vitro на сприйнятливі «S» і помірно резистентні «MR» сорти пшениці. Ці патогени були попередньо перевірені; було виявлено їхню високу агресивність in vitro. Відмінності між невибірковими і вибірковими ізолятами, залежні від селекційного впливу на сорт, вимірювали у плані властивостей, що сприяють пасивному (латентному) періоду (LP) і площі під кривою розвитку захворювання (AUDPC), а також сапрофітному росту (рівню росту). Популяції патогену розвивалися швидше на сортах «MR», ніж на сортах «S». Вибіркові ізоляти були значно агресивніші, ніж невибіркові ізоляти, щодо LP і AUDPC, у той час як на картопляному агарі з декстрозою не було виявлено підвищення рівня агресивності, що вказує на те, що еволюція агресивності збудників FHB пов’язана з присутністю рослин пшениці з контрастними рівнями резистентності. Вибіркові ізоляти з сортів «MR» були більш агресивними, ніж вибіркові ізоляти з сортів «S», оскільки у них був коротший LP (48,8 %) і вищий рівень AUDPC (18,4 %). Ці результати демонструють перші безпосередні докази того, що патогени FHB адаптуються до пшениці шляхом підвищення агресивності, що дозволяє припустити ризик направленої селективності і можливе зниження резистентності до FHB, важливої складової для розробки довгострокових стратегій управління для сортів пшениці, стійких до фузаріозу колосу.
Ключові слова: площа під кривою розвитку захво-рювання, зниження, патогени FHB, латентний пе-ріод, селекційний тиск
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Abang, M.M., Baum, M., Ceccarelli, S., et al., Differential selection on Rhynchosporium secalis during parasitic and saprophytic phases in the barley scald disease cycle, Phytopathology, 2006, vol. 96, no. 11, pp. 1214–1222. https://doi.org/10.1094/PHYTO-96-1214
Ahmed, H.U., Mundt, C.C., Hoffer, M.E., et al., Selective influence of wheat cultivars on pathogenicity of Mycosphaerella graminicola (anamorph Septoria tritici), Phytopathology, 1996, vol. 86, no. 5, pp. 454–458. https://doi.org/10.1094/Phyto-86-454
Akinsanmi, O.A., Chakraborty, S., Backhouse, D., et al., Passage through alternative hosts changes the fitness of Fusarium graminearum and Fusarium pseudograminearum, Environ. Microbiol., 2007, vol. 9, no. 2, pp. 512–520. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2006.01168.x
Bottalico, A. and Perrone, G., Toxigenic Fusarium species and mycotoxins associated with head blight in small-grain cereals in Europe, Eur. J. Plant Pathol., vol. 108, no. 7, pp. 611–624. https://doi.org/10.1023/A:1020635214971
Browne, R.A., Investigation into components of partial disease resistance, determined in vitro, and the concept of types of resistance to Fusarium head blight (FHB) in wheat, Eur. J. Plant Pathol., 2009, vol. 123, no. 2, pp. 229–234. https://doi.org/10.1007/s10658-008-9353-7
Burdon, J.J., and Silk, J., Sources and patterns of diversity in plantpathogenic fungi, Phytopathology, 1997, vol. 87, no. 7, pp. 664–669. https://doi.org/10.1094/PHYTO.1997.87.7.664
Caten, C.E., Intra racial variation in Phytophthora infestans and adaptation to field resistance for potato late blight, Ann. Appl. Biol., 1974, vol. 77, no. 3, pp. 259–270. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.1974.tb01402.x
Chen, Y., Wang, W.X., Zhang, A.F., et al., Activity of the fungicide JS399-19 against Fusarium head blight of wheat and the risk of resistance, Agric. Sci. China, 2011, vol. 10, no. 12, pp. 1906–1913. https://doi.org/10.1016/S1671-2927(11)60191-0
Cowger, C. and Mundt, C.C., Aggressiveness of Mycosphaerella graminicola isolates from susceptible and partially resistant wheat cultivars, Phytopathology, 2002, vol. 92, no. 6, pp. 624–630. https://doi.org/10.1094/PHYTO.2002.92.6.624
Delmas, C.E.L., Fabre, F., and Jolivet, J., Adaptation of a plant pathogen to partial host resistance: selection for greater aggressiveness in grapevine downy mildew, Evol. Appl., 2016, vol. 9, no. 5, pp 709–725. https://doi.org/10.1111/eva.12368
Dweba, C.C., Figlan, S., Shimelis, H.A., et al., Fusarium head blight of wheat: Pathogenesis and control strategies, Crop Prot., 2017, vol. 91, pp. 114–122. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2016.10.002
Fedak, G., Cao, W., Wolfe D., et al., Molecular characterization of Fusarium resistance from Elymus repens introgressed into bread wheat, Cytol. Genet., 2017, vol. 51, no. 130–133. https://doi.org/10.3103/S0095452717020025
Karelov, A.V., Borzykh, O.I., Kozub, N.O., et al., Current approaches to identification of Fusarium fungi infecting wheat, Cytol. Genet., 2021, vol. 55, no. 5, pp. 433–446. https://doi.org/10.3103/S0095452721050030
Kimura, M., Some models of neutral evolution, compensatory evolution, and the shifting balance process, Theor. Popul. Biol., 1990, vol. 37, no. 1, pp. 150–158. https://doi.org/10.1016/0040-5809(90)90032-Q
Krenz, J.E., Sackett, K.E., and Mundt, C.C., Specificity of incomplete resistance to Mycosphaerella graminicola in wheat, Phytopathology, 2008, vol. 98, no. 5, pp. 555–561. https://doi.org/10.1094/PHYTO-98-5-0555
Laurent, B., Moinard, M., Spataro, C., et al., QTL mapping for aggressiveness variation in F. graminearum revealed one causal mutation in FgVe1 velvet protein, bioRxiv, 2020, vol. 2020. https://doi.org/10.1101/2020.06.19.161349
Leach, J., Cruz, C., Bai, J., et al., Pathogen fitness penalty as a predictor of durability of disease resistance genes, Annu. Rev. Phytopathol., 2001, vol. 39, pp. 187–224. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.39.1.187
Lehman, J.S. and Shaner, G., Selection of populations of Puccinia recondita f. sp. tritici for shortened latent period on a partially resistant wheat cultivar, Phytopathology, 1997, vol. 87, no. 2, pp. 170–176. https://doi.org/10.1094/PHYTO.1997.87.2.170
McDonald, B. and Linde, C., Pathogen population genetics, evolutionary potential, and durable resistance, Phytopathology, 2002, vol. 40, pp. 349–379. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.40.120501.101443
Mundt, C.C., Durable resistance: A key to sustainable management of pathogens and pests, Infect., Genet. Evol., 2014, vol. 27, pp. 446–455. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2014.01.011
Mundt, C., Cowger, C., and Garrett, K., Relevance of integrated disease management to resistance durability, Euphytica, 2002, vol. 124, no. 2, pp. 245–252. https://doi.org/10.1023/A:1015642819151
Pariaud, B., Ravigne, V., Halkett, F., et al., Aggressiveness and its role in the adaptation of plant pathogens, Plant Pathol., 2009, vol. 58, pp. 409–424. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2009.02039.x
Parlevliet, J.E., Durability of resistance against fungal, bacterial and viral pathogens; present situation, Euphytica, 2002, vol. 124, pp. 147–156. https://doi.org/10.1023/A:1015642819151
Parry, D.W., Jekinson, P., and McLeod, L., Fusarium ear blight (scab) in small grain cereals—a review, Plant Pathol., 1995, vol. 44, no. 2, pp. 207–238. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.1995.tb02773.x
Purahong, W., Alkadri, D., Nipoti, P., et al., Validation of a modified Petri-dish test to quantify aggressiveness of Fusarium graminearum in durum wheat, Eur. J. Plant Pathol., 2012, vol. 132, no. 3, pp. 381–391. https://doi.org/10.1007/s10658-011-9883-2
Puri, K.D. and Zhong S., The 3ADON population of Fusarium graminearum found in North Dakota is more aggressive and produces a higher level of DON than the prevalent 15ADON population in spring wheat, Phytopathology, 2010, vol. 100, no. 10, pp. 1007–1014. https://doi.org/10.1094/PHYTO-12-09-0332
Sakr, N., Aggressiveness of fusarium head blight species towards two modern Syrian wheat cultivars in an in vitro Petri-dish, Cereal Res. Commun., 2018a, vol. 46, no. 3, pp. 480–489. https://doi.org/10.1556/0806.46.2018.031
Sakr, N., Interaction between Triticum aestivum plants and four Fusarium head blight species on the level of pathogenicity: Detected in an in vitro Petri-dish assay, Acta Phytopathol. Entomol. Hung., 2018b, vol. 53, no. 2, pp. 171–179. https://doi.org/10.1556/038.53.2018.010
Sakr, N., Intra- and inter-species variability of the aggressiveness in four Fusarium head blight species on durum wheat plants detected in an in vitro Petri-dish assay, Arch. Phytopathol. Plant Prot., 2018c, vol. 51, nos. 15–16, pp. 814–823. https://doi.org/10.1080/03235408.2018.1495390
Sakr, N., In vitro quantitative resistance components in wheat plants to Fusarium head blight, Open Agric. J., 2019a, vol. 13, no. 9–18. https://doi.org/10.2174/1874331501913010009
Sakr, N., Long term storage for five important cereal phytopathogenic species, Pak. J. Phytopathol., 2019b, vol. 31, no. 2, pp. 155–162. https://doi.org/10.33866/phytopathol.031.02.0503
Sakr, N., Pathogenicity and quantitative resistance in Mediterranean durum and bread wheat cultivars of Syrian origin towards Fusarium head blight agents under controlled conditions, J. Plant Protect. Res., 2019c, vol. 59, no. 4, pp. 451–464. https://doi.org/10.24425/jppr.2019.131261
Sakr, N., Aggressiveness of Fusarium species causing head blight on wheat plants determined in detached leaf and seedling in vitro assays, Indian Phytopathol., 2020a, vol. 73, no. 3, pp. 483–491. https://doi.org/10.1007/s42360-020-00234-x
Sakr, N., In vitro analysis of Fusarium head blight resistance in ancient Syrian wheat cultivars (Triticum sp.), Indian J. Agric. Sci., 2020b, vol. 90, no. 2, pp. 283–286.
Sakr, N. and Shoaib, A., Pathogenic and molecular variation of Fusarium species causing head blight on barley landraces, Acta Phytopathol. Entomol. Hung., vol. 56, no. 1, pp. 5–23. https://doi.org/10.1556/038.2021.00006
Steele, K.A., Humphreys, E., Wellings, C.R., et al., Support for a stepwise mutation model for pathogen evolution in Australasian Puccinia striiiformis f. sp. tritici by use of molecular markers, Plant Pathol., 2001, vol. 50, no. 2, pp. 174–180. https://doi.org/10.1046/j.1365-3059.2001.00558.x
Tunali, B., Obanor, F., Erginbas, G., et al., Fitness of three Fusarium pathogens of wheat, FEMS Microbiol. Ecol., 2012, vol. 81, no. 3, pp. 596–609. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2012.01388.x
Van der Plank, J.E., Disease Resistance in Plants, New York: Academic Press, 1968.
Wang, B., et al., Evolution of virulence in Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum using serial passage assays through susceptible cotton, Phytopathology, 2008, vol. 98, no. 3, pp. 296–303. https://doi.org/10.1094/PHYTO-98-3-0296
Xu, X. and Nicholson, P., Community ecology of fungal pathogens causing wheat head blight. Annu. Rev. Phytopathol., vol. 47, pp. 83–103. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-080508-081737
Xue, A.G., Armstrong, K.C., Voldeng, H.D., et al., Comparative aggressiveness of isolates of Fusarium species causing head blight on wheat in Canada, Can. J. Plant Pathol., 2004, vol. 26, no. 1, pp. 81–88. https://doi.org/10.1080/07060660409507117