Diploid Triticum species as a potential source of resistance to powdery mildew
Justyna Leśniowska-Nowak
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Science in Lublinhttps://orcid.org/0000-0003-4910-5690
Michał Nowak
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Science in Lublinhttps://orcid.org/0000-0002-9166-2530
Sylwia Okoń
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology Faculty of Agrobioengineering, University of Life Science in Lublin, Akademicka 13, 20-950 Lublin, Polandhttps://orcid.org/0000-0002-5906-2017
Abstrakt
Mączniak prawdziwy jest jedną z najważniejszych chorób grzybowych roślin zbożowych. Powoduje obniżenie plonu i jakości zbieranego ziarna. Jednym z najlepszych sposobów
ochrony roślin przed mączniakiem jest wprowadzenie do odmian uprawnych efektywnych genów odporności. W niniejszej pracy przeprowadzono screening diploidalnych gatunków z rodzaju Triticum pod kątem identyfikacji potencjalnych źródeł genetycznej odporności na mączniaka. Spośród analizowanych form zidentyfikowano 21 genotypów, które wykazywały pełną odporność na wszystkie 3 zastosowane izolaty mączniaka. Cztery z nich należą do gatunku T. urartu, 12 do T. monococcum i 4 do T. boeoticum. Badania przedstawione w niniejszej pracy wykazały, że każdy z badanych gatunków może być źródłem genów odporności na mączniaka prawdziwego. Ponadto najbardziej odporne genotypy zidentyfikowano wśród form z Libanu i Syrii. Najniższy poziom odporności wykazały
genotypy z Turcji, co wskazuje, że obszar ten nie jest regionem o dużej presji tego patogena.
Słowa kluczowe:
Triticum monococcum, Triticum urartu, Triticum boeoticum, resistance, powdery mildewBibliografia
Adhikari T.B., Hansen J.M., Gurung S., Bonman J.M., 2011. Identification of new sources of resistance in winter wheat to multiple strains of Xanthomonas translucens pv. undulosa. Plant Dis. 95(5), 582–588. https://doi.org/10.1094/PDIS-10-10-0760 DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-10-10-0760
Ahmadi J., Pour-Aboughadareh A., Ourang S.F., Mehrabi A.A., Siddique K.H.M., 2018. Wild relatives of wheat: Aegilops–Triticum accessions disclose differential antioxidative and physiological responses to water stress. Acta Physiol. Plant. 40(5). https://doi.org/10.1007/S11738-018-2673-0 DOI: https://doi.org/10.1007/s11738-018-2673-0
Badaeva E.D., Amosova A.V., Goncharov N.P., Macas J., Ruban A.S., Grechishnikova I.V., Zoshchuk S. A., Houben A., 2015. A set of cytogenetic markers allows the precise identification of all a-genome chromosomes in diploid and polyploid wheat. Cytogenet. Genome Res. 146(1), 71–79. https://doi.org/10.1159/000433458 DOI: https://doi.org/10.1159/000433458
Bakala H.S., Mandahal K.S., Ankita Sarao L.K., Srivastava P., 2021. Breeding wheat for biotic stress resistance: achievements, challenges and prospects. Curr. Trends Wheat Res. https://doi.org/10.5772/INTECHOPEN.97359 DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.97359
Brunazzi A., Scaglione D., Talini R.F., Miculan M., Magni F., Poland J., Enrico M., Brandolini A., Dell’Acqua M., 2018. Molecular diversity and landscape genomics of the crop wild relative Triticum urartu across the Fertile Crescent. Plant J. 94(4), 670–684. https://doi.org/10.1111/tpj.13888 DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.13888
Chen S., Hegarty J., Shen T., Hua L., Li H., Luo J., Li H., Bai S., Zhang C., Dubcovsky J., 2021. Stripe rust resistance gene Yr34 (synonym Yr48) is located within a distal translocation of Triticum monococcum chromosome 5AmL into common wheat. Theor. Appl. Genet. 134(7), 2197–2211. https://doi.org/10.1007/s00122-021-03816-z DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-021-03816-z
Chhuneja P., Kaur S., Garg T., Ghai M., Kaur S., Prashar M., Bains N.S., Goel R.K., Keller B., Dhaliwal H.S., Singh K., 2008. Mapping of adult plant stripe rust resistance genes in diploid A genome wheat species and their transfer to bread wheat. Theor. Appl. Genet. 116(3), 313–324. https://doi.org/10.1007/S00122-007-0668-0 DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-007-0668-0
Colmer T.D., Flowers T.J., Munns R., 2006. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. J. Exp. Bot. 57(5), 1059–1078. https://doi.org/10.1093/JXB/ERJ124 DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/erj124
Cowger C., Mehra L., Arellano C., Meyers E., Murphy P.J., 2018. Virulence differences in Blumeria graminis f. sp. tritici from the central and eastern United States. Phytopathology 108(3). https://doi.org/10.1094/PHYTO-06-17-0211-R DOI: https://doi.org/10.1094/PHYTO-06-17-0211-R
Dempewolf H., Baute G., Anderson, J., Kilian B., Smith Ch., Guarino L., 2017. Past and future use of wild relatives in crop breeding. Crop Sci. 57(3), 1070–1082. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.10.0885 DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2016.10.0885
Dvorak J., Di Terlizzi P., Zhang H.B., Resta P., 1993. The evolution of polyploid wheats: Identification of the A genome donor species. Genome 36(1), 21–31. https://doi.org/10.1139/G93-004 DOI: https://doi.org/10.1139/g93-004
Fedak G., 2015. Alien introgressions from wild Triticum species, T. monococcum, T. urartu, T. turgidum, T. dicoccum, T. dicoccoides, T. carthlicum, T. araraticum, T. timopheevii, and T. miguschovae. In: M. Molnár-Láng, C. Ceoloni, J. Doležel (eds.), Alien introgression in wheat: cytogenetics, molecular biology, and genomics. Springer, 191–219. https://doi.org/10.1007/978-3-319-23494-6_8 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-23494-6_8
Fedak G., Cao W., Xue A., Savard M., Clarke J., Somers D.J., 2007. Enhancement of fusarium head blight resistance in bread wheat and durum by means of wide crosses. In: H.T. Buck, J.E. Nisi, N. Salomón (eds), Wheat production in stressed environments. Proceedings of the 7th International Wheat Conference, 27 November – 2 December 2005, Mar del Plata, Argentina, 91–95.
https://doi.org/10.1007/1-4020-5497-1_11 DOI: https://doi.org/10.1007/1-4020-5497-1_11
Feldman M., Levy A.A., 2015. Origin and evolution of wheat and related triticeae species. In: M. Molnár-Láng, C. Ceoloni, J. Doležel (eds), Alien introgression in wheat. Cytogenetics, molecular biology, and genomics Springer, 21–76. https://doi.org/10.1007/978-3-319-23494-6_2 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-23494-6_2
Gao L., Zhao G., Huang D., Jia J., 2017. Candidate loci involved in domestication and improvement detected by a published 90K wheat SNP array. Sci. Rep. 7(1), 1–13. https://doi.org/10.1038/srep44530 DOI: https://doi.org/10.1038/srep44530
Harlan J.R., de Wet J.M.J., 1971. Toward a rational classification of cultivated plants. Taxon 20(4), 509. https://doi.org/10.2307/1218252 DOI: https://doi.org/10.2307/1218252
He H., Ji J., Li H., Tong J., Feng Y., Wang X., Han R., Bie T., Liu C., Zhu S., 2020. Genetic diversity and evolutionary analyses reveal the powdery mildew resistance gene Pm21 undergoing diversifyingselection. Front. Genet. 11. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00489 DOI: https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00489
He H., Liu R., Ma P., Du H., Zhang H., Wu Q., Yang L., Gong S., Liu T., Huo N., Gu Y.Q., Zhu S., 2021. Characterization of Pm68, a new powdery mildew resistance gene on chromosome 2BS of Greek durum wheat TRI 1796. Theor. Appl. Genet. 134(1), 53–62. https://doi.org/10.1007/s00122-020-03681-2 DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-020-03681-2
Hinterberger V., Douchkov D., Lück S., Kale S., Mascher M., Stein N., Reif J.C., Schulthess A.W., 2022. Mining for new sources of resistance to powdery mildew in genetic resources of winter wheat. Front. Plant Sci. 13, 836723. https://doi.org/10.3389/FPLS.2022.836723/BIBTEX DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2022.836723
Hovhannisyan N.A., Dulloo M.E., Yesayan A.H., Knüpffer H., Amri A., 2011. Tracking of powdery mildew and leaf rust resistance genes in Triticum boeoticum and T. urartu, wild relatives of common wheat. Czech J. Genet. Plant Breed. 47(2), 45–57. https://doi.org/10.17221/127/2010-CJGPB DOI: https://doi.org/10.17221/127/2010-CJGPB
Hsam S.L.K., Peters N., Paderina E.V, Felsenstein F., Oppitz K., Zeller F.J., 1997. Genetic studies of powdery mildew resistance in common oat (Avena sativa L.) I. Cultivars and breeding lines grown in Western Europe and North America. Euphytica 96(3), 421–427. https://doi. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1003057505151
org/10.1023/A:1003057505151
Knox A.K., Li C., Vágújfalvi A., Galiba G., Stockinger E.J., Dubcovsky J., 2008. Identification of candidate CBF genes for the frost tolerance locus Fr-A m2 in Triticum monococcum. Plant Mol. Biol. 67(3), 277–288. https://doi.org/10.1007/s11103-008-9316-6 DOI: https://doi.org/10.1007/s11103-008-9316-6
Mains E.B., 1934. Inheritance of resistance to powdery mildew, Erysiphe graminis tritici, in wheat. Phytopathology 24, 1257–1261.
McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W., Xia X.C., Raupp W.J., 2020. Catalogue of gene symbols for wheat: 2020 supplement. 13th International Wheat Genetics Symposium, 0711. Miller A.K., Galiba G., Dubcovsky J., 2006. A cluster of 11 CBF transcription factors is located at the frost tolerance locus Fr-Am2 in Triticum monococcum. Mol. Genet. Genom. 275(2), 193–203. https://doi.org/10.1007/s00438-005-0076-6 DOI: https://doi.org/10.1007/s00438-005-0076-6
Nevo E., Chen G., 2010. Drought and salt tolerances in wild relatives for wheat and barley improvement. Plant Cell Environ. 33(4), 670–685. https://doi.org/10.1111/J.1365-3040.2009.02107.X DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2009.02107.x
Olivera P.D., Rouse M.N., Jin Y., 2018. Identification of new sources of resistance to wheat stem rust in Aegilops spp. in the tertiary genepool of wheat. Front. Plant Sci. 871, 421105. https://doi.org/10.3389/FPLS.2018.01719/BIBTEX DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01719
Parks R., Carbone I., Murphy J.P., Marshall D., Cowger C., 2008. Virulence structure of the eastern U.S. wheat powdery mildew population. Plant Dis. 92(7), 1074–1082. https://doi.org/10.1094/PDIS-92-7-1074 DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-92-7-1074
Pour-Aboughadareh A., Kianersi F., Poczai P., Moradkhani H., 2021. Potential of wild relatives of wheat: ideal genetic resources for future breeding programs. Agronomy 11(8), 1656. https://doi.org/10.3390/AGRONOMY11081656 DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy11081656
Rouse M.N., Jin Y., 2011. Stem rust resistance in a-genome diploid relatives of wheat. Plant Dis. 95(8), 941–944. https://doi.org/10.1094/PDIS-04-10-0260 DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-04-10-0260
Shi S., Zhao J., Pu L., Sun D., Han D., Li C., Feng X., Fan D., Hu X., 2020. Identification of new sources of resistance to crown rot and fusarium head blight in wheat. Plant Dis. 104(7), 1979–1985. https://doi.org/10.1094/PDIS-10-19-2254-RE DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-10-19-2254-RE
Singh S.P., Hurni S., Ruinelli M., Brunner S., Sanchez-Martin J., Krukowski P., Peditto D., Buchmann G., Zbinden H., Keller B., 2018. Evolutionary divergence of the rye Pm17 and Pm8 resistance genes reveals ancient diversity. Plant Mol. Biol. 98(3), 249–260. https://doi.org/10.1007/s11103-018-0780-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s11103-018-0780-3
Vasu K., Singh H., Chhuneja P., Singh S., Dhaliwal H.S., 2000. Molecular tagging of Karnal bunt resistance genes of Triticum monococcum L. transferred to Triticum aestivum L. Crop Improv. 27(1), 33–42.
Wang W., He H., Gao H., Xu H., Song W., Zhang X., Zhang L., Song J., Liu C., Liu K., Ma P., 2021. Characterization of the powdery mildew resistance gene in wheat breeding line KN0816 and its evaluation in marker-assisted selection. Plant Dis. 105(12), 4042–4050.
https://doi.org/10.1094/PDIS-05-21-0896-RE DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-05-21-0896-RE
Wang X., Luo G., Yang W., Li Y., Sun J., Zhan K., Liu D., Zhang A., 2017. Genetic diversity, population structure and marker-trait associations for agronomic and grain traits in wild diploid wheat Triticum urartu. BMC Plant Biol. 17(1), 112. https://doi.org/10.1186/S12870-017-1058-7 DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-017-1058-7
Wu J., Xu D., Fu L., Wu L., Hao W., Li J., Dong Y., Wang F., Wu Y., He Z., Si H., Ma C., Xia X., 2022. Fine mapping of a stripe rust resistance gene YrZM175 in bread wheat. Theor. Appl. Genet. 135(10), 3485–3496. https://doi.org/10.1007/s00122-022-04195-9 DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-022-04195-9
Yue J, Jiao J., Wang W., Jie X, Wang H., 2023. Silencing of the calcium-dependent protein kinase TaCDPK27 improves wheat resistance to powdery mildew. BMC Plant Biol. 23(1), 134. https://doi.org/10.1186/s12870-023-04140-y DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-023-04140-y
Zhang W., Yu Z., Wang D., Xiao L., Su F., Mu Y., Zheng J., Li L., Yin Y., Yu T., Jin Y., Ma P., 2023. Characterization and identification of the powdery mildew resistance gene in wheat breeding line ShiCG15–009. BMC Plant Biol. 23(1), 113. https://doi.org/10.1186/s12870-023-04132-y DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-023-04132-y
Zou S., Wang H., Li Y., Kong Z., Tang D., 2018. The NB-LRR gene Pm60 confers powdery mildew resistance in wheat. New Phytol. 218(1), 298–309. https://doi.org/10.1111/nph.14964 DOI: https://doi.org/10.1111/nph.14964
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Science in Lublin https://orcid.org/0000-0003-4910-5690
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Science in Lublin https://orcid.org/0000-0002-9166-2530
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology Faculty of Agrobioengineering, University of Life Science in Lublin, Akademicka 13, 20-950 Lublin, Poland https://orcid.org/0000-0002-5906-2017
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.
Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY 4.0 (do 2020 r. na zasadach CC BY-NC-ND 4.0)..
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej i nie jest rozpatrywany do publikacji gdzie indziej.
Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła, wkładzie poszczególnych osób i źródle finansowania.
Samoarchiwizacja
Czasopismo Agronomy Science przyjęło politykę samoarchiwizacji nazwaną przez bazę Sherpa Romeo drogą niebieską. Od 2021 r. autorzy mogą samoarchiwizować postprinty artykułów oraz wersje wydawnicze (zgodnie z licencją CC BY). Artykuły z lat wcześniejszych (udostępniane na licencji CC BY-NC-ND 4.0) mogą być samoarchiwizowane tylko w wersji wydawniczej.