Di truyền quần thể của ba tác nhân gây bệnh phấn đầu quan trọng Fusarium graminearum, F. pseudograminearumF. culmorum

Journal of Phytopathology - Tập 156 Số 3 - Trang 129-139 - 2008
Thomas Miedaner1, Christian Joseph R. Cumagun2, S. Chakraborty3
1Authors’ addresses: University of Hohenheim, State Plant Breeding Institute, 70593 Stuttgart, Germany
2Crop Protection Cluster, University of the Philippines, Los Baños College, Laguna 4031, Philippines.
3Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, Plant Industry, 306 Carmody Road, St. Lucia, Queensland 4067, Australia (correspondence to T. Miedaner. E‐mail: miedaner@uni‐hohenheim.de)

Tóm tắt

Tóm tắt

Homothallic Fusarium graminearum (teleomorph Gibberella zeae) và anamorphic F. culmorum là những tác nhân gây hại phá hoại gây ra bệnh phấn đầu Fusarium (FHB) trên các loại ngũ cốc nhỏ trên toàn cầu, trong khi F. pseudograminearum (jats:italic>G. coronicola) có lẽ chỉ giới hạn ở Australia như là một tác nhân gây bệnh FHB. Trong một bài tổng quan toàn diện về di truyền quần thể của các tác nhân gây bệnh, bài viết này tóm tắt kiến thức toàn cầu về sự đa dạng di truyền giữa các mẫu được lấy ở nhiều quy mô không gian và thời gian khác nhau, xem xét các cơ chế tạo ra sự đa dạng này và khám phá ý nghĩa của sự đa dạng và tính linh hoạt của các tác nhân gây bệnh đối với việc chọn giống kháng bệnh. Mặc dù có các cách sinh sản khác nhau, vẫn có sự khác biệt lớn giữa các mẫu của cả ba loài xuất phát từ các quốc gia và châu lục khác nhau. Với một số ngoại lệ, độ đa dạng haplotype dao động từ 60 đến 100% ngay cả trong các quần thể từ những cánh đồng riêng lẻ. Trong F. graminearum, hơn 90% sự biến đổi được tìm thấy trong các quần thể, ngay cả khi các mẫu được thu thập từ các khu vực nhỏ tới 0.25 m2. Sự biến đổi giữa các quần thể là thấp (4–8%) với sự phân loại quần thể không đáng kể. Điều này cho thấy một mức độ lưu thông gen cao (Nm = 8–71) với trạng thái cân bằng liên kết cho phần lớn các loci đánh dấu phân tử trung lập đã phân tích. Những phát hiện này cho F. graminearum chỉ ra các quần thể giao phối ngẫu nhiên lớn được thúc đẩy bởi sự giao phối ngẫu nhiên, lưu thông gen cao qua các khoảng cách địa lý lớn và áp lực chọn lọc hướng vào chủ thể thấp tương đối. Những kết luận tương tự có thể được rút ra cho quần thể Canada của F. pseudograminearum, nhưng không cho các quần thể từ Australia, nơi sinh thái tác nhân gây bệnh khác nhau có thể đã giảm tần suất tái tổ hợp giới tính. Phân tích phả hệ cho thấy đường phân định các nhánh trong F. graminearum, thường theo các đường địa lý tách biệt, trong khi F. pseudograminearum là một loài tái tổ hợp duy nhất với sự phát triển nhánh hạn chế hoặc không có. Anamorphic F. culmorum không có cấu trúc vô tính rõ ràng trong quần thể như có thể đã được mong đợi. Mức độ đa dạng cao trong các cánh đồng có thể được gây ra bởi sự chọn lọc cân bằng từ việc thay đổi thường xuyên giữa chu kỳ sống saprophytic và ký sinh và/hoặc một teleomorph ẩn hoặc gần như tuyệt chủng gần đây. Các cơ chế khác bao gồm chu kỳ parasexual hoặc các yếu tố di chuyển chủ động cũng có thể liên quan nhưng chưa được điều tra. Các phép giao phối giữa và trong các nhánh F. graminearum đã cho thấy một di truyền khá đơn giản, bổ sung về độc lực và tính xâm lấn với sự phân tách vượt qua thường xuyên trong các phép giao phối giữa các mẫu có tính xâm lấn vừa phải. Điều này nâng cao mối lo ngại về khả năng các mẫu xâm lấn mạnh mẽ và/hoặc độc tố sẽ phát sinh nếu một phạm vi giới hạn của locus tính trạng định lượng cho kháng FHB được áp dụng trên quy mô lớn. Kết hợp hơn một nguồn kháng di truyền khác nhau, có thể với các cơ chế khác nhau chống lại tác nhân gây bệnh, là cần thiết để tránh những đợt bùng phát FHB nghiêm trọng trong tương lai.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

AkinsanmiOA. (2004)Etiology and diversity of Fusarium species causing head blight of wheat in Australia. Brisbane: University of Queensland PhD Thesis. pp.273.

10.1071/AR03090

10.1111/j.1365-3059.2006.01398.x

10.1111/j.1439-0434.2006.01137.x

Akinsanmi OA, 2007, Mycelial compatibility reactions of Australian Fusarium graminearum and F. pseudograminearum isolates differ from their AFLP groupings, Plant Pathol, 56

10.1111/j.1462-2920.2006.01168.x

10.2307/3761245

10.1007/BF02461021

Bentley AR, 2005, Proceedings of the 15th Biennial Australasian Plant Pathology Society, 26–29 September

Bottalico A, 1998, Fusarium diseases of cereals: species complex and related mycotoxin profiles in Europe, J Plant Pathol, 80, 85

10.1016/0147-5975(92)90007-E

Bowden RL, 1994, Diversity of Gibberella zeae at small spatial scales, Phytopathology, 84

Bowden RL, 1997, Proceedings of the Fusarium Head Scab: Global Status and Future Prospects, 13–17 Oct 1996, 35

10.1094/PHYTO.1999.89.2.182

Bowden RL, 2006, The Global Fusarium Iniatiative for International Collaboration: A Strategic Planning Workshop, March 14–17, 2006, 54

10.1006/fgbi.2001.1256

10.1046/j.1365-3059.2000.00482.x

10.1023/A:1019921203161

10.1071/AP06068

Chen LF, 2000, Proceedings of the International Symposium on Wheat Improvement for Scab Resistance, 258

ClearR PatrickS(2007)Fusarium head blight in western Canada: the distribution of F. graminearum and soil zones on the prairies. Available at:http://grainscanada.gc.ca/Pubs/fusarium/maps_graminearum‐e.htm(verified August 10 2007).

10.1007/s10658-004-0895-z

10.1094/PHYTO.2004.94.5.520

10.1080/07060660209507034

10.1021/jf040181e

10.1080/07060669909501196

10.1007/BF00222205

EU, 2005, Commission Regulation (EC) No 856/2005 of 6 June 2005 amending Regulation (EC) No 466/2001 as regards Fusarium toxins, Official J Eur Union, 143, 3

10.1139/cjb-78-4-497

10.1094/PD-90-1337

10.1016/S0007-1536(77)80196-4

10.1023/B:EJPP.0000032395.11246.d0

Gale LR, 2003, Fusarium Head Blight of Wheat and Barley, 120

10.1094/PHYTO.2002.92.12.1315

10.1534/genetics.105.044842

10.1094/PHYTO.1998.88.9.879

10.1023/A:1026137817723

10.1007/s00122-002-1160-5

10.1023/A:1014940523921

10.1046/j.1471-8286.2002.00168.x

10.1111/j.1364-3703.2004.00252.x

10.1099/mic.0.28750-0

10.1093/nar/gkj026

Güldener U, 2006, Development of a Fusarium graminearum Affymetrix GeneChip for profiling fungal gene expression in vitro and in planta, Fungal Genet Biol, 10, 2006

10.1111/j.0032-0862.2004.01061.x

10.1093/genetics/160.4.1451

Lee J, 2004, The alignment between physical and genetic maps of Gibberella zeae, Phytopathology, 94, 58

Leonard KJ, 2003, Fusarium Head Blight of Wheat and Barley

10.1093/genetics/144.2.557

10.1111/j.1364-3703.2006.00351.x

10.1016/j.agrformet.2005.06.007

10.1094/PDIS.2003.87.7.814

10.1023/A:1015678432355

10.2307/1312063

Mesterházy A, 1984, A laboratory method to predict pathogenicity of Fusarium graminearum in field and resistance of wheat to scab, Acta Phytopathol Acad Sci Hung, 19, 205

Mesterházy A, 2003, Fusarium head blight of wheat and barley, 211

10.1111/j.1439-0523.1997.tb00985.x

10.1007/BF01877051

Miedaner T, 2000, Association among aggressiveness, fungal colonization, and mycotoxin production of 26 isolates of Fusarium graminearum in winter rye head blight, J Plant Dis Plant Prot, 107, 124

10.1046/j.1439-0434.2001.00687.x

10.1023/B:EJPP.0000010136.38523.a9

10.1111/j.1744-7348.2003.tb00297.x

10.1111/j.1744-7348.2004.tb00387.x

Mishra PK, 2006, Genetic diversity and recombination within populations of Fusarium pseudograminearum from western Canada, Int Microbiol, 9, 65

Mitter JH, 1929, Studies in the genus Fusarium. VII. Saltation in the section discolor, Ann Bot, 43, 379, 10.1093/oxfordjournals.aob.a090175

10.1071/AP06046

Muthomi JM, 2000, Characterization of Fusarium culmorum isolates by mycotoxin production and aggressiveness to winter wheat, J Plant Dis Plant Prot, 107, 113

Naef A, 2006, Survival of Fusarium graminearum on maize crop residues: competition with trichoderma atroviride and impact of maize Bt transformation

10.1007/s10658-006-9048-x

10.1006/fmic.1997.0111

10.1073/pnas.130193297

10.1016/j.fgb.2004.03.003

Oswald JW, 1949, Cultural variation, taxonomy and pathogenicity of Fusarium species associated with cereal foot rots, Phytopathology, 39, 359

Paillard S, 2004, QTL analysis of resistance to Fusarium head blight in swiss winter wheat (Triticum aestivum L.), 109, 323

10.1094/PD-80-0674

Puhalla JE, 1981, Fusarium Diseases, Biology, and Taxonomy, 291

10.1071/AR9710553

Schilling AG, 1996, Characterization and Differentiation of the Cereal Pathogens Fusarium culmorum and F. graminearum by PCR‐based Molecular Markers

10.1094/PHYTO-95-0472

10.1094/PHYTO-96-1021

10.1007/s00122-005-2060-2

10.1016/j.mycres.2006.09.008

Scott JB, 2007, Identification of 11 polymorphic simple sequence repeat loci in the phytopathogenic fungus Fusarium pseudograminearum as a tool for genetic studies, Mol Ecol Notes, 7

10.1094/PD-80-0944

10.1007/BF00023642

10.1016/j.fgb.2007.03.001

10.1111/j.1471-8286.2004.00703.x

10.1071/AP01045

10.1023/B:EJPP.0000032398.74570.ab

10.1007/s10658-005-0296-y

10.1080/07060660509507250

TrailF XuJR San MiguelP HalgrenRG KistlerHC(2006)Analysis of expressed sequence tags from Gibberella zeae (anamorph Fusarium graminearum). Available at:http://www.msu.edu/~trail/index1.htm(verified Aug 10 2006).

10.1023/A:1026086510156

10.1094/PDIS.2001.85.4.404

10.1073/pnas.142307199

10.1111/j.1469-1809.1949.tb02451.x

10.1094/PHYTO.2003.93.7.874

10.1046/j.1365-294X.2004.02098.x