Badanie typów odporności na fuzariozę kłosów u pszenżyta ozimego za pomocą markerów fenotypowych i metabolicznych



Abstrakt

Kolekcja 106 genotypów pszenżyta ozimego (X Triticosecale Wittmack) stanowiła materiał badawczy przeznaczony do oceny odporności na fuzariozę kłosów powodowaną przez Fusarium culmorum oraz akumulację toksyn fuzaryjnych w ziarnie. Doświadczenia inokulacyjne przeprowadzono w dwóch lokalizacjach. Określano indeks fuzariozy kłosów (IFK) będący miarą odporności typu I i II oraz procent ziarniaków z objawami fuzariozy (FDK; typ III odporności). Ziarniaki z wybranych genotypów analizowano pod względem zawartości toksyn fuzaryjnych (typ V odporności). Określano zawartość trichotecenów z grupy B: deoksyniwalenol (DON) i pochodne oraz niwalenol (NIV) oraz akumulację zearalenonu (ZEN). Badano również zawartość ergosterolu, będącego miernikiem zawartości grzybni w ziarnie. Porażenie kłosów pszenżyta ozimego (IFK) w obu lokalizacjach było zbliżone i kształtowało się średnio dla dwóch lokalizacji na poziomie 18,2%. Procent ziarniaków uszkodzonych przez Fusarium (FDK) był bardzo zróżnicowany dla badanych genotypów pszenżyta. Średnio wynosił 29,5% (FDK z masy) i 37,6% (FDK z liczby). Wykazano istotny współczynnik korelacji pomiędzy lokalizacjami biorąc pod uwagę uszkodzenie ziarniaków poszczególnych genotypów. Odnotowano brak korelacji porażenia kłosów z uszkodzeniem ziarniaków w lokalizacji Poznań i słabą, ale istotną statystycznie korelację w Radzikowie. Stwierdzono wysokie stężenie toksyn fuzaryjnych w ziarnie. Zawartość DON wynosiła średnio dla dwóch lokalizacji 8,649 mg/kg, a stężenie NIV — średnio 5,839 mg/kg. Zawartość ZEN wynosiła średnio dla dwóch lokalizacji 1,382 mg/kg. Wysoki współczynnik korelacji odnotowano pomiędzy zawartością DON a FDK z masy i z liczby ziarniaków. Istotne były współczynniki korelacji ergosterolu z uszkodzeniem ziarniaków oraz zawartością trichotecenów B w ziarnie. Analiza wielocechowa pozwoliła na zidentyfikowanie sześciu genotypów łączących różne typy odporności na fuzariozę kłosów.


Słowa kluczowe

deoksyniwalenol; ergosterol; Fusarium culmorum; X Triticosecale; zearalenon

Arseniuk E. 2015. Triticale Abiotic Stresses — An Overview. In: Eudes F., editor. Triticale. Springer
International Publishing Switzerland 2015: 69 — 81 pp.
Arseniuk E., Góral T. 2015. Triticale Biotic Stresses — Known and Novel Foes. In: Eudes F., editor.
Triticale. Springer International Publishing Switzerland 2015: 83 — 108 pp.
Arseniuk E., Oleksiak T. 2002. Production and breeding of cereals in Poland. Proc. 5th Int. Triticale Symp.,
IHAR Radzików, Poland 30 June — 5 July. I: 7 — 13.
Bai G. H., Plattner R., Desjardindes A., Kolb F. 2001. Resistance to Fusarium head blight and deoxynivalenol
accumulation in wheat. Plant Breed. 120: 1 — 6.
Buerstmayr H., Steiner B., Hartl L., Griesser M., Angerer N., Lengauer D., Miedaner T., Schneider B.,
Lemmens M. 2003. Molecular mapping of QTLs for Fusarium head blight resistance in spring wheat. II.
Resistance to fungal penetration and spread. Theor. Appl. Genet. 107: 503 — 508.
Bushnell W. R. 2001. What is known about infection pathways in Fusarium head blight? In: S. Canty et al.
(ed.) Proceedings of the 2001 National Fusarium Head Blight Forum. Kinko's, Okemos, MI.: 105.
Comeau A., Langevin F., Savard M. E., Gilbert J., Dion Y., Rioux S., Martin S. A., Haber S., Voldeng H., Fedak G., Somers D., Eudes F. 2008. Improving Fusarium head blight resistance in bread wheat and triticale for Canadian needs. Cereal Res. Commun. 36 (6): 91 — 92.
Cowger C., Patton-Ozkurt J., Brown-Guedira G., Perugini, L. 2009. Post-anthesis moisture increased Fusarium head blight and deoxynivalenol levels in North Carolina winter wheat. Phytopathology 99: 320 — 327.
Cowger C., Arrellano C. 2010. Plump kernels with high deoxynivalenol linked to late Gibberella zeae infection and marginal disease conditions in winter wheat. Phytopathology. 100: 719 — 28.
Dhariwal R., Fedak G., Dion Y., Pozniak C., Laroche A., Eudes F., Randhawa H. 2018. High density single nucleotide polymorphism (SNP) mapping and quantitative trait loci (QTL) analysis in a biparental spring triticale population localized major and minor effect Fusarium head blight resistance and associated traits QTL. Genes 9: 19.
Edwards S. G. 2004. Influence of agricultural practices on Fusarium infection of cereals and subsequent contamination of grain by trichothecene mycotoxins. Toxicol Lett 153: 29 — 35
Faris J. D., Li W. L., Liu D. J., Chen P. D., Gill B.S. 1999. Candidate gene analysis of quantitative disease resistance in wheat. Theor. Appl. Genet. 98: 219 — 225.
Feuillet C, Keller B. 2004. Molecular markers for disease resistance: the example wheat. In: Biotechnology in Agriculture and Forestry, vol. 55, Molecular Marker Systems, H. Loerz and G. Wenzel (eds.), Springer — Verlag, Berlin, Heidelberg: 353 — 370.
Foroud N. A., Eudes, F. 2009. Trichothecenes in cereal grains. Int. J Mol. Sci. 10: 147 — 173.
Góral T. 2007. Ocena odporności rodów pszenicy i pszenżyta na fuzariozę kłosów, pleśń śniegową i rdzę brunatną w Radzikowie w 2006 roku. Komunikat. Biul. IHAR 246: 31 — 44.
Góral T., Ochodzki P. 2006. Resistance of Polish winter triticale cultivars to Fusarium head blight and accumulation of Fusarium — mycotoxins in grain. Proc. of 16th International Triticale Symposium, September 3–7 2006, Stellenbosch, South Africa: 140 — 143.
Góral T., Wiśniewska H., Ochodzki P. Walentyn-Góral D. 2016. Higher Fusarium toxin accumulation in grain of winter triticale lines inoculated with Fusarium culmorum as compared with wheat. Toxins 8: 301.
Imathiu S., Edwards S., Ray R., Back M. 2014. Review article: Artificial inoculum and inoculation techniques commonly used in the investigation of Fusarium head blight in cereals. Acta Phytopathol. Entomol. Hungarica 49: 129 — 139.
Kalih R., Maurer H. P., Miedaner T. 2015. Genetic architecture of Fusarium head blight resistance in four winter triticale populations. Phytopathology 105: 334 — 341.
Kalih R., Maurer H. P., Hackauf B., Miedaner T. 2014. Effect of a rye dwarfing gene on plant height, heading stage, and Fusarium head blight in triticale (×Triticosecale Wittmack). Theor. Appl. Genet. 127: 1527 — 36.
Keller B., Feuillet C., Messmer M. 2000. Genetics of disease resistance. In: Mechanisms of resistance to plant diseases. Slusarenko, Fraser, van Loon (Eds.), Kluwer Academic Publishers: 101 — 160.
Langevin F., Eudes F., Comeau A. 2004. Effect of trichothecenes produced by Fusarium graminearum during Fusarium head blight development in six cereal species. Eur. J. Plant Path. 110: 735 — 746.
Mesterházy A., Lehoczki-Krsjak S., Varga M., Szabó-Hevér Á., Tóth B. Lemmens M. 2015. Breeding for FHB Resistance via Fusarium damaged kernels and deoxynivalenol accumulation as well as inoculation methods in winter wheat. Agricultural Sciences 6: 970 — 1002.
Mesterhazy A., Bartok T., Mirocha C. G., Komoroczy R. 1999. Nature of wheat resistance to Fusarium head blight and the role of deoxynivalenol for breeding. Plant Breed. 118: 97 — 110.
Mesterházy Á. 1995. Types and components of resistance to Fusarium head blight of wheat. Plant Breed. 114: 377 — 386.
Miedaner T. 1997. Breeding wheat and rye for resistance to Fusarium diseases. Plant Breeding 116: 201 — 220.
Miedaner T., Heinrich N., Schneider B., Oettler G., Rohde S., Rabenstein F. 2004. Estimation of deoxynivalenol (DON) content by symptom rating and exoantigen content for resistance selection in wheat and triticale. Euphytica 139: 129 — 132.
Miedaner T., Kalih, R., Großmann M. S., Maurer H. P. 2016. Correlation between Fusarium head blight severity and DON content in triticale as revealed by phenotypic and molecular data. Plant Breed. 135: 31 — 37.
Miedaner T., Moldovan M., Ittu M. 2003. Comparison of spray and point inoculation to assess resistance to Fusarium head blight in multienvironment wheat trial. Phytopathology 93: 1068 — 1072.
Miedaner T.,Reinbrecht C., Lauber U., Schollenberger M., Geiger H. H. 2001. Effects of genotype and genotype x environment interaction on deoxynivalenol accumulation and resistance to Fusarium head blight in rye, triticale, and wheat. Plant Breed. 120: 97 — 105.
Ochodzki P., Góral T. 2006. Production of mycotoxins by selected Fusarium graminearum and F. culmorum isolates cultured on rice and wheat. In: Conference Papers of 28. Mykotoxin-Workshop; Bydgoszcz, Polska, 29-31 maja, 2006: 73.
Oettler G., Wahle G. 2001. Genotypic and environmental variation of resistance to head blight in triticale inoculated with Fusarium culmorum. Plant Breeding 123: 297 — 300.
Perkowski J., Buśko, M., Stuper, K., Kostecki M., Matysiak A., Szwajkowska-Michałek L. 2008. Concentration of ergosterol in small-grained naturally contaminated and inoculated cereals. Biologia 63 (4): 542 — 547.
Perkowski J., Wiwart M., Busko M., Laskowska M., Berthiller F., Kandler W., Krska R. 2007. Fusarium toxins and total fungal biomass indicators in naturally contaminated wheat samples from north-eastern Poland in 2003. Food Additives and Contaminants 24: 1292 — 1298.
Pirgozliev S. R., Edwards, S. G., Hare M. C., Jenkinson P. 2003. Strategies for the control of Fusarium head blight in cereals. Eur. J. Plant Pathol. 109: 731 — 742
Randhawa H., Eudes F., Beres B., Graf R., Fedak G., Comeau A., Langevin F., Dion Y., Pozniak C. 2013. Integrated approaches for triticale breeding. Abstract Book of the 8th International Triticale Symposium, June 10th -14th 2013, Ghent, Belgium: 29.
Siou D., Gélisse S., Laval V., Repinçay C., Canalès R., Suffert F., Lannou C. 2014. Effect of wheat spike infection timing on Fusarium head blight development and mycotoxin accumulation. Plant Pathol. 63: 390 — 399.
Snijders C. H. D. 2004. Resistance in wheat to Fusarium infection and trichothecene formation. Toxicology Leters,153: 37 — 46.
Snijders C. H. A., Perkowski J. 1990. Effects of head blight caused by Fusarium culmorum on toxin content and weight of wheat kernels. Phytopatholgy 80: 566 — 570.
Veitch R. S., Caldwell C. D., Martin R. A., Lada R., Salmon D., Anderson, D. M., MacDonald D. 2008. Susceptibility of winter and spring triticale’s to Fusarium head blight and deoxynivalenol accumulation. Can. J. Plant Sci. 88: 783 — 788.
Wiśniewska H., Góral T., Ochodzki P., Walentyn-Góral D., Kwiatek M., Majka M., Grzeszczak I., Beletr J., Banaszak Z., Pojmaj M., Kurleto D., Konieczny M., Budzianowski G., Cicha A., Paizert K., Woś H. 2014. Odporność rodów hodowlanych pszenżyta ozimego na fuzariozę kłosów. Biul. IHAR 271: 29 — 43.
Wiśniewska H., Góral T., Ochodzki P., Walentyn-Góral D., Kwiatek M., Majka M., Belter J., Banaszak Z., Pojmaj M., Kurleto D., Konieczny M., Budzianowski G., Cicha A., Paizert K., Woś H. 2015. Odporność rodów hodowlanych pszenżyta ozimego na infekcję kłosa grzybem Fusarium culmorum. Biul. IHAR 276: 39 — 56.
Wiśniewska H., Kowalczyk K. 2005. Resistance of cultivars and breeding lines of spring wheat to Fusarium culmorum and powdery mildew. J. Appl. Genet. 46: 35 — 40.
Yuen G. Y., Schoneweis D.S. 2007. Strategies for managing Fusarium head blight and deoxynivalenol accumulation in wheat. Int. J. Food Microbiol. 119: 126 — 130.
Pobierz

Opublikowane : 2019-04-01


Wiśniewska, H., Góral, T., Ochodzki, P., Walentyn-Góral, D., Kwiatek, M., Majka, M., Belter, J., Banaszak, Z., Pojmaj, M., Kurleto, D., Konieczny, M., Budzianowski, G., Cicha, A., Paizert, K., & Matysik, P. (2019). Badanie typów odporności na fuzariozę kłosów u pszenżyta ozimego za pomocą markerów fenotypowych i metabolicznych. Biuletyn Instytutu Hodowli I Aklimatyzacji Roślin, (284), 33-51. Pobrano z http://ojs.ihar.edu.pl/index.php/biul/article/view/255

Halina Wiśniewska 
Instytut Genetyki Roślin PAN  Polska
Tomasz Góral  t.goral@ihar.edu.pl
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy  Polska
https://orcid.org/0000-0001-9130-6109
Piotr Ochodzki 
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy  Polska
https://orcid.org/0000-0003-3228-0783
Dorota Walentyn-Góral 
Instytut Hodowli i aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy  Polska
Michał Kwiatek 
Instytut Genetyki Roślin PAN  Polska
https://orcid.org/0000-0001-9442-3124
Maciej Majka 
Instytut Genetyki Roślin PAN  Polska
https://orcid.org/0000-0002-5039-9465
Jolanta Belter 
Instytut Genetyki Roślin PAN  Polska
https://orcid.org/0000-0003-1934-448X
Zofia Banaszak 
Danko Hodowla Roślin Sp. z o.o.  Polska
Mirosław Pojmaj 
Danko Hodowla Roślin Sp. z o.o.  Polska
Danuta Kurleto 
Danko Hodowla Roślin Sp. z o.o.  Polska
Marcin Konieczny 
Danko Hodowla Roślin Sp. z o.o.  Polska
Grzegorz Budzianowski 
Hodowla Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR  Polska
Alicja Cicha 
Hodowla Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR  Polska
Kazimierz Paizert 
Hodowla Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR  Polska
Przemysław Matysik 
Hodowla Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR  Polska



Z chwilą przekazania artykułu, Autor udziela Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:

  1. a) wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową;
  2. b) wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu;
  3. c) publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie
    i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym;
  4. d) włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego;
  5. e) wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne
    lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci;
  6. f) rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w Internecie, lub innej sieci,
    w pracy zbiorowej jak również samodzielnie;
  7. g) udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności
    za pośrednictwem Internetu.

 

Autor/rzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:

  1. wyrażają/ją zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
  2. wyrażają/ją zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
  3. zobowiązuje/ją się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE
    (ang. Committee on Publication Ethics),
    (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
  4. wyrażają/ją zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
  5. wyraża/ją zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych
    i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.

Inne teksty tego samego autora