Halina Wiśniewska
1, Adriana Twardawska
1, Tomasz Góral
2, Piotr
Ochodzki
2, Maciej Majka
1, Dorota Walentyn-Góral
2, Jolanta Belter
11 Instytut Genetyki Roślin, Polska Akademia Nauk, Poznań,
2 Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy, Radzików, e-mail: hwis@igr.poznan.pl, tel. 662044293
Prace zostały wykonane w ramach badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej na podstawie decyzji Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi nr HOR.hn.802.2.2019, Zadanie nr 14.
Słowa kluczowe: fuzarioza kłosów, gen Fhb1, pszenżyto, mykotoksyny
Nowe odmiany pszenżyta wykazują podat-ność na fuzariozę kłosów, a także na kumulację toksyn fuzaryjnych. Szczególnym problemem związanym z fuzariozą kłosów jest skażenie ziar-na mykotoksyziar-nami, które stanowią duże zagroże-nie dla zdrowia ludzi oraz zwierząt.
Odporność na grzyby patogeniczne z rodza-ju Fusarium warunkowana jest przez wiele locus cech ilościowych (QTL), przy czym główne źródło stanowi locus genu Fhb1 odpowiadający za bardzo wysoką i stabilną odporność na fuzario-zę, który obecny jest w odmianie pszenicy Sumai 3. Aktualnie poszukiwane są nowe źródła odpor-ności
Cele projektu:
— Badanie odporności typu 1 (na infekcje pier-wotną) i 2 (na rozprzestrzenianie się patogena w kłosie) na fuzariozę kłosów u wybranych genotypów pszenżyta ozimego w dwóch lokalizacjach z wykorzystaniem markerów fenotypowych.
— Fenotypowanie porażenia kłosów wybranych genotypów pszenżyta w doświadczeniach infekcyjnych w dodatkowych lokalizacjach oraz kolejne krzyżowania wsteczne i analiza molekularna mieszańców uzyskanych z prze-krzyżowań.
— Ocena odporności na uszkodzenie ziarna (typ odporności 3) oraz określenie redukcji para-metrów struktury plonu w testowanych geno-typach po inokulacji (typ odporności 4).
— Określenie odporności typu 5, kumulacja/ degradacja toksyn.
Materiał badawczy stanowiły: pszenżyto ozime o zróżnicowanym podłożu genetycznym – temat badawczy 1, 2, 3 i 4; genotypy
pszen-żyta z introgresją chromatyny Triticum mono-coccum i substytucjami genomu D pszenicy - temat badawczy nr 1 i 2; formy przekrzyżowań
wstecznych (BC4 i BC5); linie pszenżyta ozime-go z genem Fhb1; linie DH pszenżyta z genami odporności na rdzę brunatną oraz wysokoplonują-ce odmiany pszenżyta.
Badanie odporności genotypów pszenżyta wykonano metodą inokulacji (oprysk) zawiesi-ną zarodników Fusarium culmorum (typ odpor-ności 1 i 2) w dwóch lokalizacjach oraz metodą inokulacji punktowej (typ odporności 2) w IHAR Radzików - temat badawczy nr 1; identyfikacja
genu odporności Fhb1 warunkującego podwyż-szoną odporność na fuzariozę, w uzyskanych mieszańcach BC4 i BC5 z wykorzystaniem marke-ra UMN_10 omarke-raz na jego podstawie nowo zapro-jektowanych starterów- temat badawczy nr 2;
analiza odporności typu 3 (na uszkodzenie ziar-niaków przez Fusarium) poprzez wizualną ocenę proporcji ziarniaków uszkodzonych przez Fusa-rium (FDK) i ziarniaków wyglądających zdrowo (HLK). Analiza redukcji komponentów struktury plonu ziarna u badanych genotypów po inokula-cji: masy ziarna z kłosa (MZK), liczby ziarniaków
w kłosie (LZK), masy tysiąca ziarniaków (MTZ) w odniesieniu do prób kontrolnych (typ odporno-ści 4) - temat badawczy nr 3; analiza odporności
typu 5 na kumulację/degradację toksyn fuzaryjnych w ziarniakach u genotypów o najwyższej odpor-ności i najmniejszej obniżce plonu. Zawartość trichotecenów z grupy B analizowano przy wyko-rzystaniu chromatografii gazowej (Góral i in. 2019), zearalenonu (za pomocą ilościowego testu ELISA). Zawartości ergosterolu oznaczano metodą wysoko-sprawnej chromatografii cieczowej (Perkowski i in. 2007, 2008) - temat badawczy nr 4.
Wyniki:
Temat badawczy nr 1: Doświadczenia infek-cyjne w IHAR-PIB Radzików i IGR PAN Poznań z genotypami pszenżyta ozimego.
Porażenie kłosów przez Fusarium w teście inokulacyjnym polowym w obu lokalizacjach było zróżnicowane. W lokalizacji Poznań-Cerekwica było niskie, pomimo zastosowania mikrozraszania. Wynikało to z niewielkich opadów w okresie kwit-nienia pszenżyta w tej lokalizacji. Średnie porażenie kłosów (IFK%) u pszenżyta było wyższe w Radzi-kowie (11,6%) niż w Poznaniu (3,1%). Najniższe porażenie (<2%) obserwowano u trzech genoty-pów. Współczynnik korelacji pomiędzy indeksami fuzariozy kłosów w obu lokalizacjach był istotny, jednakże niski. Analiza składowych głównych wykazuje, że większość genotypów wybranych w latach poprzednich wykazała oporność na pora-żenie kłosa w obu środowiskach. Najwyższą odporność wszystkich badanych typów odporności stwierdzono u 7 genotypów.
Dodatkowo w lokalizacji Poznań-Cerekwi-ca w warunkach polowych testowano 40 genoty-pów pszenżyta z introgresją chromatyny Triticum monococcum i substytucjami genomu D pszeni-cy. Oceniając porażenie kłosa (%IFK) u tych linii stwierdzono średnio dla wszystkich linii niewielkie porażenie poniżej 3%. Badano również dla tych genotypów w doświadczeniach w IHAR Radzików odporność typu I i II. Najwyższą odporność wszyst-kich badanych typów, na poziomie linii z genem Fhb1, wykazały dwie linie, a u jednej z nich stwier-dzono również bardzo niskie porażenie w doświad-czeniu inokulacyjnym w Poznaniu.
Temat badawczy nr 2: Doświadczenia infek-cyjne w dodatkowych lokalizacjach. Krzyżowanie wybranych genotypów pszenżyta, rozmnażanie uzyskanych mieszańców
Inokulację kłosów pszenżyta 3 szczepami
F. culmorum przeprowadzono w dodatkowych loka-lizacjach (Dębina, Borowo, Małyszyn, Szelejewo). Objawy fuzariozy kłosów wystąpiły jednie w Dębi-nie. Indeksy fuzariozy kłosów z Radzikowa, Pozna-nia oraz z Dębiny korelowały istotnie, jednakże miały niskie wartości. Zidentyfikowano 8 geno-typów pszenżyta ozimego o niskiej podatności na fuzariozę kłosów, których reakcja była stabilna w 3 lokalizacjach doświadczalnych.
W 2019 roku wykonano przekrzyżowania wsteczne form BC3 i BC4 (z odmianą Twingo lub linią MAH 7314). Uzyskano 116 ziarniaków poko-lenia BC4 oraz 546 ziarniaków pokolenia BC5. Spośród nich 3 formy BC4 oraz 24 formy BC5 charakteryzowały się obecnością genu Fhb1.
W 2019 roku dla poszerzenia zmienności pszen-żyta wykorzystano również przeanalizowane pod kątem obecności genu Fhb1 linie pszenżyta ozime-go z genem (Fhb1), linie DH pszenżyta z gena-mi odporności na rdzę brunatną oraz żółtą oraz wysokoplonujące linie pszenżyta ozimego. Linie stanowiące komponenty krzyżówkowe. W wyniku krzyżowań uzyskano 1407 ziarniaków.
Temat badawczy nr 3: Analiza zebranego mate-riału pod kątem oceny odporności na uszkodzenie ziarniaków (typ odporności 3)
W lokalizacji Poznań stwierdzono niewiel-kie porażenie ziarna (średnio poniżej 3% FDK ). W lokalizacji Radzików średnie porażenie było wyższe i wyniosło około 5% FDK. U siedmiu geno-typów pszenżyta odnotowano niewielkie (do 1%) porażenie ziarna. Natomiast u 7 genotypów stwier-dzono porażenie ziarna powyżej 5 %.
Obserwowano różnice w wartościach para-metrów struktury plonu dla genotypów pszenżyta inokulowanego szczepami F. culmorum. Średnio redukcja masy ziarna z kłosa wyniosła 7,0%, licz-by ziarniaków w kłosie około 5% a redukcja masy tysiąca ziarniaków wyniosła średnio poniżej 5%. Redukcja parametrów struktury plonu korelowała istotnie z indeksem fuzariozy kłosów.
Najniższą redukcję plonu w połączeniu z niewielkim porażeniem kłosa i uszkodzeniem ziarniaków odnotowano u 9 genotypów pszenżyta.
Temat badawczy nr 4: Analiza zawartości toksyn fuzaryjnych w ziarnie, kumulacja/degrada-cja toksyn (typ odporności 5 )
Badano akumulację toksyn fuzaryjnych: deok-syniwalenolu (DON) i pochodnych acetylowych, niwalenolu (NIV) oraz zearalenonu (ZEN) w ziarnie genotypów pszenżyta ozimego po inokulacji trzema szczepami F. culmorum. We wszystkich próbach Halina Wiśniewska, Adriana Twardawska, Tomasz Góral...
47
BIULETYN IHAR Nr 291 (1) / 2020 stwierdzono obecność DON i NIV. Brak było
pochodnej 15Ac-DON. Pochodna 3Ac-DON wystę-powała w ilościach śladowych.
Zawartość trichotecenów w ziarnie pszenżyta była niska i wynosiła średnio - DON 0,660 mg/ kg, NIV - 0,270 mg/kg, suma trichotecenów - 0,929 mg/kg.
Zawartość trichotecenów w ziarnie pszenżyta w Poznaniu była kilkukrotnie wyższa (1,584mg/kg) niż w Radzikowie (0,274mg/kg) , natomiast zawar-tość zearalenonu była bardzo niska i tylko w jednej próbie ziarna była powyżej limitu detekcji .
Stwierdzono niską średnio (3,13mg/kg) zawar-tość ergosterolu (miernika ilości grzybni) w ziarnie pszenżyta.
Porażenie kłosa i porażenie ziarna korelowały istotnie z zawartością deoksyniwalenolu, niwale-nolu i sumaryczną zawartością trichotecenów B. Najwyższe współczynniki korelacji odnotowano pomiędzy liczbą porażonego ziarna a zawartościa-mi trichotecenów B w ziarnie.
Podsumowanie:
Analiza wieloczynnikowa pozwoliła na identy-fikację 8 genotypów łączących odporności różnych typów.
Literatura
Góral, T., Wiśniewska, H., Ochodzki, P., Nielsen, L.K., Walen-tyn-Góral, D., Stępień, Ł. (2019). Relationship between Fusarium head blight, kernel damage, concentration of Fusarium biomass, and Fusarium toxins in grain of winter wheat inoculated with Fusarium culmorum. Toxins 11: 2.
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., Buśko, M., Laskowska, M.,
Berthil-ler, A., KandBerthil-ler, S., Krska, R. (2007). Fusarium toxins and total fungal biomass indicators in naturally contaminated wheat samples from northeastern Poland in 2003. Food Additiv. Contam. 24(11): 1292–1298.
Komunikat
Short communication
E-ISSN: 2657–8913