Respuesta de Trigos con la presencia de translocación 2NS/2AS, Rmg8 y Rmg7 a Pyricularia oryzae patotipo Triticum de Paraguay.

Resposta do trigo com translocação 2NS/2AS, Rmg8 e Rmg7 para Pyricularia oryzae pathotype Triticum do Paraguai

Response of wheat carrying 2NS/2AS, Rmg8 and Rmg7 translocation to Pyricularia oryzae pathotype Triticum from Paraguay

Cinthia Carolina Cazal-Martínez Yessica Magaliz Reyes-Caballero Man Mohan Kohli Acerca de los autores

RESUMEN

Se conocen pocas fuentes de resistencia a Pyricualria oryzae B.C. Couch and L.M. Kohn en trigo. La mayor respuesta de resistencia esta vinculada a una translocación del segmento 2NS/2AS de Aegilops ventricosa, seguido de otros genes como Rmg8 y Rmg7 localizados en los cromosomas 2B (trigo hexaploide) y 2A (trigos tetraploide) respectivamente. Es conocido que este patógeno presenta especificidad por hospederos y una amplia variabilidad genética. Por ello, el objetivo de este trabajo fue evaluar la respuesta fenotipica de trigos con presencia de translocación 2NS/2AS o Rmg8 o Rmg7 a Pyricularia oryzae patotipo Triticum prevalente en Paraguay. Las evaluaciones de espigas con aislados autoctonos mostraron una reacción de resistencia en los materiales con la translocacion del segmento 2NS/2AS y una reaccion de susceptibilidad moderada a susceptibilidad en los materiales con el gen Rmg8 y Rmg7 respectivamente.

Palabras clave
Pyricularia en trigo; respuesta fenotípica; fuentes de resistencia

RESUMO

Poucas fontes de resistência do trigo à Pyricualria oryzae B.C. Couch and L.M. Kohn em trigo são conhecidas, estando a principal ligada a uma translocação do segmento 2NS/2AS de Aegilops ventricosa, seguida por outros genes como Rmg8 e Rmg7 localizados nos cromossomas 2B (trigo hexaplóide) e 2A (trigo tetraplóide), respectivamente. É igualmente conhecido que este fungo apresenta especificidade de hospedeiro e uma grande variabilidade genética, pelo que o objectivo deste trabalho foi avaliar a resposta fenotípica do trigo com translocação 2NS/2AS, Rmg8 e Rmg7 para Pyricularia oryzae pathotype Triticum do Paraguai. Para este fim, as infecções foram avaliadas com isolados autóctones e foi observada uma reacção de resistência nos materiais com a translocação do segmento 2NS/2AS e uma reacção de susceptibilidade moderada à suscetível nos materiais com os genes Rmg8 e Rmg7, respectivamente.

Palavras-chave
Bruzone en trigo; resposta fenotípica; fontes de resistência

ABSTRACT

There are few known sources of resistance to Pyricularia oryzae B.C. Couch and L.M. Kohn in wheat, the major of which is linked to a translocation of the 2NS/2AS segment of Aegilops ventricosa, followed by other genes such as Rmg8 and Rmg7 located on chromosomes 2B (hexaploid wheat) and 2A (tetraploid wheat), respectively. The pathogen is also known to have host specificity and wide genetic variability; therefore, the objective of this study was to evaluate the phenotypic response of wheat carrying 2NS/2AS, Rmg8 and Rmg7 translocation to Pyricularia oryzae pathotype Triticum from Paraguay. The infections were evaluated with autochthonous isolates, indicating a resistance reaction for materials carrying translocation of the 2NS/2AS segment and a susceptibility reaction that was moderate to susceptible for materials with Rmg8 and Rmg7 genes, respectively.

Keywords
wheat blast; phenotypic response; sources of resistance

Pyricularia sp. es un hongo fitopatogeno para mas de 50 especies de Poaceas, entre ellas cereales de importancia agricola a nivel mundial, como el arroz, trigo, cebada y avena etc. En trigo, esta enfermedad conocida como Pyricularia/Bruzone/Blast ha causado pérdidas económicas a nivel regional desde su primer reporte en 1985 en Paraná, Brasil (55 Igarashi, S.; Utiamada, C.M., Kasuma, A.H.; López, R.S. Pyricularia sp em trigo. 1. Ocurrencia de Pyricularia sp no Estado do Paraná. Fitopatología Brasilera, Brasília, v.11, p.351–352, 1986., 77 Kohli, M.; Mehta, Y.R.; Guzman, E.; Viedma, L.; Cubilla, L.E. Pyricularia blast-a threat to wheat cultivation. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding, Czech Republic Cidade, v.47, n.1, 130–134, 2011. DOI: https://doi.org/DOI: 10.17221/3267-CJGPB
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). El primer caso de la enfermedad fuera de Sudamerica fue reportado en 2016 y ha tomado una velocidad de expansión asombrosa en estos ultimos cinco años siendo reportada en campos del cultivos de trigo en diferentes regiones de Asia y Africa (33 Callaway, E. Devastating wheat fungus appears in Asia for first time. Nature, United Kingdom Cidade, v.532, p.421-422, 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/532421a
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, 88 Malaker, P.K.; Barma, N.C.D.; Tiwari, T.P.; Collis, W.J.; Duveiller, E.; Singh, P.K.; Joshi, A.K.; Singh, R.P.; Braun, H.-J.; Peterson, G.L.; Pedley, K.F.; Farman, M.L.; Valent, B. First Report of Wheat Blast Caused by Magnaporthe oryzae Pathotype triticum in Bangladesh. Plant Disease, United States Cidade, v.100, n.11, 2330, 2016. DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-05-16-0666-PDN
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, 1010 Tembo, B.; Mulenga, R.M.; Sichilima, S.; M’siska, K.K.; Mwale, M.; Chikoti, P.C.; Singh, P.K.; He, X.; Pedley, K.F.; Peterson, G.L.; Singh, R.P.; Braun, H.J. Detection and characterization of fungus (Magnaporthe oryzae pathotype Triticum) causing wheat blast disease on rain-fed grown wheat (Triticum aestivum L.) in Zambia. PLoS ONE, United States Cidade, v.15, p.1–10, Sept. 2020. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238724
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). Actualmente existen pocas fuentes de resistencia a este hongo en trigo, y el de mayor respuesta esta vinculado a una translocacion del segmento 2NS/2AS de Aegilops ventricosa (Zhuk.) Chennav, seguido de otros genes como Rmg8 y Rmg7 localizados en los cromosomas 2B (trigo hexaploide) y 2A (trigos tetraploide) respectivamente (44 Cruz, C.D.; Peterson, G.L.; Bockus, W.W.; Kankanala, P.; Dubcovsky, J.; Jordan, K.W.; Akhunov, E.; Chumley, F.; Baldelomar, F.D.; Valent, B. The 2NS Translocation from Aegilops ventricosa Confers Resistance to the Triticum Pathotype of Magnaporthe oryzae. Crop Science, United States, Cidade, v.56, n.3, p.990–1000, 2016. DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2015.07.0410
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8 Malaker, P.K.; Barma, N.C.D.; Tiwari, T.P.; Collis, W.J.; Duveiller, E.; Singh, P.K.; Joshi, A.K.; Singh, R.P.; Braun, H.-J.; Peterson, G.L.; Pedley, K.F.; Farman, M.L.; Valent, B. First Report of Wheat Blast Caused by Magnaporthe oryzae Pathotype triticum in Bangladesh. Plant Disease, United States Cidade, v.100, n.11, 2330, 2016. DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-05-16-0666-PDN
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9 Tagle, A.G.; Chuma, I.; Tosa, Y. Rmg7, a New Gene for Resistance to Triticum Isolates of Pyricularia oryzae Identified in Tetraploid Wheat. Phytopathology, United States Cidade, v.105, n.4, p.495–499, 2015. DOI: https://doi.org/10.1126/science.49.1259.174
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10 Tembo, B.; Mulenga, R.M.; Sichilima, S.; M’siska, K.K.; Mwale, M.; Chikoti, P.C.; Singh, P.K.; He, X.; Pedley, K.F.; Peterson, G.L.; Singh, R.P.; Braun, H.J. Detection and characterization of fungus (Magnaporthe oryzae pathotype Triticum) causing wheat blast disease on rain-fed grown wheat (Triticum aestivum L.) in Zambia. PLoS ONE, United States Cidade, v.15, p.1–10, Sept. 2020. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238724
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-22 Anh, V.L.; Anh, N.T.; Tagle, A.G.; Thi, T.; Vy, P.; Inoue, Y.; Takumi, S.; Chuma, I.; Tosa, Y.; Asuke, S.; Vy, T.T.P.; Anh, N.T.; Wang, S.; Chuma, I.; Tosa, Y. Rmg8 and Rmg7, wheat genes for resistance to the wheat blast fungus, recognize the same avirulence gene AVR-Rmg8. Molecular Plant Pathology, United Kingdom Cidade, v.19, n.5, p.1252–1256, 2018. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1111/mpp.12609
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). Atendiendo la variabilidad genetica de este patogeno y su habilidad de causar infecciones diferenciales entre sus huespedes, el objetivo de este trabajo fue evaluar la respuesta fenotípica de trigos conteniendo translocación 2NS/2AS o Rmg8 o Rmg7 a Pyricularia oryzae patotipo Triticum de Paraguay.

Se utilizaron tres aislados (ATae039, CTae009, YTae031) de P. oryzae patotipo Triticum, pertenecientes a la Colección de Pyricularia del Instituto Paraguayo de Tecnologia Agraria (IPTA) y conservadas en la Colección de cultivos microbianos de la UNA (Universidad Nacional de Asunción) (FELACC SI-70). Los aislados fueron identificados por sus caracteristicas morfologicas y moleculares, siguiendo la clave propuesta por Klaubauf et al. (66 Klaubauf, S.; Tharreau, D.; Fournier, E.; Groenewald, J.Z.; Crous, P.W.; de Vries, R.P.; Lebrun, M.-H. Resolving the polyphyletic nature of Pyricularia (Pyriculariaceae). Studies in Mycology, Netherlands Cidade, v.79, p.85-120, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.simyco.2014.09.004
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). Las secuencias parciales de las regiones del Espaciador transcrito interno (ITS) y subunidad mayor de la enzima ARN polimerasa II (RPB1) fueron depositadas en GenBank bajo los ID: ITS (MN947534.1; MN947529) RPB1 (MN984725; MN984718). Se evaluaron siete materiales en total, siendo cinco de Triticum aestivum L. y dos de Triticum durum L.. Del grupo de T. aestivum, cuatro materiales genéticos (Kern, Express, Anza y Yecora Rojo) cuentan con la translocación 2NS/2AS de Aegilops ventricosa (Zhuk.) Chennav y que fueron proveídos por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), y uno (S615) con el gen Rmg8 proveído por la Dra. Y. Tosa, de la Universidad de Kobe, Japón. Los dos materiales de T. durum (KU-120 A-1 y A-2) fueron recibidos de la Dra. Y. Tosa de la Universidad de Kobe, Japón.

Para las inoculaciones se utilizo un equipo aspersor con compresor de aire de 1/5 HP y 58 PSI, con una concentración de 5.104 conidias.mL-1 durante los años 2017-2018 en un invernadero del Centro de Investigacion Hernando Bertoni del IPTA, Caacupe-Paraguay. Las plantas inoculadas se mantuvieron bajo condiciones controladas de temperatura (28±2 °C) y humedad relativa del aire (85±5 %) durante un periodo de 72 horas. Se tomaron las evaluaciones a los 22 días después de la inoculación, utilizando la escala de Anh et al., (11 Anh, V.L.; Anh, N.T.; Tagle, A.G.; Thi, T.; Vy, P.; Inoue, Y.; Takumi, S.; Chuma, I.; Tosa, Y. Rmg8, a New Gene for Resistance to Triticum Isolates of Pyricularia oryzae in Hexaploid Wheat. Phytopathology, United States-Minesota, v.105, n.12, p.1568–1572, 2015. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1094/PHYTO-02-15-0034-R.
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) con siguientes modificaciones, 0 = Sin infección visible, 1 = lesiones del tamaño de la cabeza de un alfiler, 2= desde pequeñas lesiones (<1,5 mm) hasta lesiones dispersas de tamaño intermedio (< 3mm), 3 = mezcla de tejidos verdes y blancos sin pardeamiento aparente causada por una reacción de hipersensibilidad, y 4 = la necrosis o estrangulamiento completo de la espiga. Los tipos de infección 0 a 1 se consideran resistentes, 2-3 moderadamente resistentes o susceptible y 4 susceptibles. Se realizaron pruebas de normalidad basadas en el Test de Shapiro-Wilk para el analisis de los datos. Considerando la falta de cumplimiento del supuesto de normalidad, se utilizó el Test de Kruskal-Wallis y las pruebas de comparación multiple por Dunn’s, utilizando el programa estadistico de GraphPad Prism V 8.0.0.

Los resultados obteniendos se observan en la Figura 1, donde se muestran los sintomas en espigas infectadas por P. oryzae patotipo Triticum. Se pudieron observar sintomas leves (Reaccion 1-2) en los materiales con el segmento 2NS. Sin embargo, los materiales basados en la resistencia de Rmg8 y Rmg7 tuvieron sintomas severos de susceptibilidad (Reacción 3-4).

Las diferencias signiticativas entre los materiales según la prueba de Kruskal-Wallis fueron sometidas al Test de Dunn’s para identificar las reacciones entre los materiales con resistencia mediada por la translocacion 2NS y los genotipos con el gen Rmg7, siendo los primeros en presentar mayor efectividad para controlar la infección. En cuanto a el genotipo con el gen de resistencia Rmg8, no se observó diferencias significativas comparados con los genotipos con la translocacion 2NS y con el gen Rmg7 mencionados. Tagle et al., (99 Tagle, A.G.; Chuma, I.; Tosa, Y. Rmg7, a New Gene for Resistance to Triticum Isolates of Pyricularia oryzae Identified in Tetraploid Wheat. Phytopathology, United States Cidade, v.105, n.4, p.495–499, 2015. DOI: https://doi.org/10.1126/science.49.1259.174
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) menciona que el gen de resitencia Rmg7 pierde efectividad a temperaturas mayores a 24 °C. Considerando el ambiente de infección de los aislados locales que es de 28 a 32 °C (condicion que se da en el campo en epocas de espigamiento), este pudo ser un factor para la respuesta de susceptibilidad de estos materiales en Paraguay. Lo mismo explican Anh et al., (22 Anh, V.L.; Anh, N.T.; Tagle, A.G.; Thi, T.; Vy, P.; Inoue, Y.; Takumi, S.; Chuma, I.; Tosa, Y.; Asuke, S.; Vy, T.T.P.; Anh, N.T.; Wang, S.; Chuma, I.; Tosa, Y. Rmg8 and Rmg7, wheat genes for resistance to the wheat blast fungus, recognize the same avirulence gene AVR-Rmg8. Molecular Plant Pathology, United Kingdom Cidade, v.19, n.5, p.1252–1256, 2018. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1111/mpp.12609
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) para el gen Rmg8 donde su efectividad fue validada hasta los 26 °C.

Figura 1
Reacciones fenotipicas de los 6 cultivares de trigo, con las 3 fuentes de resistencia conocidas.
Figura 2
Rangos de infeccion en materiales obtenidas a partir de la prueba de Kruskal-Wallis de los datos del ANOVA (p<0.0001) y el Test de comparacion multiple Dunn’s (α; 0,05). Rangos con misma letra no presentan diferencias estadisticas significativas.
Tabla 1
Estadistica descriptiva y resultado de Test Kruskal-Wallis con respecto a las reacciones en espiga de los materiales infectados por aislados autoctonos de P. oryzae patotipo Triticum.

Los cuatro genotipos de trigo hexaploide con resistencia mediada por el segmento 2NS se presentaron con resistencia a moderada resistencia, en cuanto a S-615-2, presento moderada susceptibilidad. Mientras que, los trigos tetraploides Ku120 S2A-1 y 2 fueron susceptibles.

Se puede decir basados en nuestras evaluaciones que la fuente de resistencia en trigos hexaploides presentan un mejor comportamiento teniendo en cuenta la baja severidad causada por nuestros aislados, lo que no se ha observado en los trigos tetraploides. El efecto de la translocación 2NS/2AS y el gen Rmg8 como resistentes y moderadamente susceptible fue efectiva. Sin embargo, teniendo en cuantas las condiciones ambientales de temperaturas medias superiores a 26 °C y alta humedad en epocas de espigamiento del trigo, las resistencias mediadas por los genes Rmg7 y Rmg8 no son efectivas para Paraguay.

AGRADECIMIENTOS

Por los materiales de trigo evaluados:

  • Dr. Gary Peterson, Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA).

  • Dra. Y. Tosa, Universidad de Kobe, Japón.

Por los aislados de Pyricularia.

  • MSc. Alice Chávez, Cámara Paraguaya de Exportadores y Comercializadores de Cereales y Oleaginosas, Paraguay.

REFERENCIAS

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Fechas de Publicación

  • Publicación en esta colección
    06 Jun 2022
  • Fecha del número
    Jan-Mar 2022

Histórico

  • Recibido
    12 Oct 2021
  • Acepto
    13 Ene 2022
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