غربال هیبریدهای دیر رس ذرت در برابر قارچ بیمارگر Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشیار، گروه گیاهپزشکی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 استادیار پژوهش، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

مقدمه: قارچ Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg  عامل پوسیدگی بلال در تمامی مناطق ذرت‌کاری دنیا است و مواد سمی تولید می‌کند که دانه‌های ذرت را آلوده می‌کنند و به‌همین دلیل، یک گونه مهم از نظر بهداشت غذایی دام و انسان در جهان محسوب می‎شود. یکی از بهترین راهکارها برای مقابله با این بیماری، شناسایی ژنوتیپ‌های بسیار مقاوم است که می‌توانند برای بهبود ژنتیکی مورد استفاده قرار گیرند. در این آزمایش، مقاومت 16 هیبرید دیررس ذرت از نظر مقاومت بلال، کانال سیلک و مقاومت در مرحله جوانه‌زنی با استفاده از سه روش مایه‌زنی ارزیابی شد. هدف از اجرای آزمایش نیز انتخاب ژنوتیپ‌های با مقاومت بالا در هر سه مرحله رشدی بود.
مواد و روش‌ها: بذر 16 هیبرید دیررس ذرت از بخش تحقیقات ذرت و گیاهان علوفه‌ای موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه بخش تحقیقات ذرت در سال زراعی 1400 کشت شد. برای مایه‌زنی گیاهان، از جدایه Kj7 جمع‌آوری شده از بلال‌های آلوده ذرت در مزرعه تحقیقاتی بخش تحقیقات ذرت در کرج استفاده شد. غربال‌گری هیبریدهای ذرت با سه روش انجام شد. در روش اول، مقاومت هیبریدهای مورد مطالعه با روش کاغذ رول شده در مرحله پس از جوانه‌زنی ارزیابی شد. در روش دوم، مقاومت بلال با روش ایجاد زخم در وسط بلال و تزریق سوسپانسیون اسپور مورد بررسی قرار گرفت و در روش سوم، مقاومت کانال سیلک با روش تزریق سوسپانسیون اسپور به کانال سیلک هفت روز بعد از ظهور سیلک‌ها ارزیابی شد. تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها با روش تجزیه واریانس و مقایسه میانگین‌ها با آزمون دانکن با استفاده از نرم‌افزار SAS انجام شد.
یافته‌های تحقیق: نتایج حاصل از تجزیه واریانس و مقایسه میانگین‌ها نشان داد که تفاوت بسیار معنی‌داری در بین 16 هیبرید ذرت مورد مطالعه از نظر مقاومت به بیماری با هر سه روش آلودگی مصنوعی وجود داشت. با توجه به اندازه‌گیری شدت بیماری در هر سه روش ارزیابی شده، هیبریدهای  H3، H8، H11، H12 و H13 به‌عنوان هیبریدهای با مقاومت بالا در برابر قارچ بیمارگر انتخاب شدند. این هیبریدها، مقاومت مناسبی در مقابل تمامی مسیرهای اصلی آلودگی قارچ از خود نشان دادند و از نظر مقاومت به بیماری پوسیدگی بلال ذرت ناشی از F. verticillioides نسبت به سایر هیبریدهای بررسی شده در این مطالعه برتری داشتند. اجرای این سنجش‌های غربال‌گری در برنامه‌های اصلاح نژاد ذرت می‌تواند برای طبقه‌بندی درجه انعطاف‌پذیری ژرم‎پلاسم‌های ذرت به پوسیدگی فوزاریومی بلال موثر باشد. 
نتیجه‌گیری: نتایج این آزمایش نشان داد که برای ارزیابی مقاومت ژنوتیپ‌های ذرت به پوسیدگی فوزاریومی بلال ذرت به‌ویژه در مناطق خشک، می‌توان از روش ارزیابی مقاومت بلال به‌عنوان روش اصلی استفاده کرد. ارزیابی مقاومت کانال سیلک می‌تواند به‌عنوان یک روش کنترلی برای ارزیابی حساسیت احتمالی ژنوتیپ‌های مقاوم و یا نیمه‌مقاوم در مناطق مرطوب که آلودگی با این روش اهمیت دارد، استفاده شود. همچنین، با توجه به واکنش متفاوت تعدادی از هیبریدهای بررسی شده در این مطالعه در مرحله جوانه‌زنی و امکان رشد قارچ به‌صورت اندوفیت در گیاه، توصیه می‌شود رقم‌های جدید در حال معرفی در این مرحله رشدی هم ارزیابی شوند. در مجموع هیبریدهایی به‌عنوان مقاوم به بیماری معرفی شوند که در هر سه روش واکنش مناسبی به قارچ نشان داده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Screening late maize hybrids against the pathogenic fungus Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg

نویسندگان [English]

  • Parisa Hemmati 1
  • Mohammad Ali Tajick Ghanbary 2
  • Vahid Rahjoo 3
  • Behzad Ahmadi 3
  • Valiollah Babaeizad 2
1 PhD Student,, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Associate Professor, Department of Plant Pathology. Sari Agricultural Science and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Research Assistant Professor, Seed and Plant Improvement Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Introduction
Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg causes maize ear rot in all maize-growing regions of the world and produces mycotoxins that contaminate maize grains. Therefore, it is considered an important species in terms of food health for both animal and human in the world. One of the best approaches to address this disease is to identify highly tolerant or resistant genotypes that can be used for genetic improvement. In this experiment, the resistance of 16 late maize hybrids was evaluated for cob resistance, silk channel resistance, and resistance in the germination stage using three inoculation methods. The objective of the current study was to select the genotype with high resistance in all three developmental stages.
Materials and methods
The seeds of 16 late maize hybrids were obtained from the Maize and Forage Crops Research Depatment (MFCRD), Seed and Plant Improvement Institute (SPII), Karaj, Iran, and were planted in a randomized complete block design with three replications in the research field of MFCDR, in 2021. To inoculate the plants, the Kj7 isolate collected from infected maize cobs in the field of MFCDR was used. Maize hybrids were screened with three methods. In the first method, the resistance of the studied hybrids was evaluated by the rolled paper method at the germination stage. In the second method, the cob resistance was assesed by creating a wound in the middle of the cob and injecting spore suspension, and in the third method, silk channel resistance was investigated by injecting spore suspension into the silk channel seven days after the appearance of silks. Data statistical analysis was done by analysis of variance and comparison of means with Duncan's test using SAS software.
Research findings
The results of analysis of variance and comparison of means showed that there was a significant difference among the studied 16 maize hybrids in terms of disease resistance with all three methods of artificial contamination. According to disease severity measurement in all three evaluated methods, the hybrids H3, H8, H11, H12 and H13 were selected as hybrids with high resistance against pathogenic fungi. These hybrids showed suitable resistance against all main methods of fungal infection and were superior hybrids compared to the other hybrids evaluated in this study in terms of resistance to maize ear rot caused by F. verticillioides. The implementation of these screening assays in maize breeding programs can be effective for classifying the degree of flexibility of maize germplasms to fusarium head rot.
Conclusion
The results of this experiment indicated that to evaluate the fusarium ear rot resistance of maize genotypes, the cob resistance method can be used as the main evaluation method especially in dry regions. Silk channel resistance can be used as a control method to evaluate the possible sensitivity of resistant or semi-resistant genotypes in humid areas where contamination with this method is important. Also, due to the different reaction of a number of hybrids investigated at the germination stage in this study and the possibility of the fungus growing as an endophyte in the plant, it is recommended to evaluate the new cultivars being introduced at this growth stage. Finally, hybrids should be introduced as resistant to this disease, which have shown a suitable reaction to the fungus in all three methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Maize breeding
  • Mycotoxin
  • Resistant genotype
  • Zea mays L

مراجع

Chungu, C., Mather, D.E., Reid, L.M., Hamilton, R.I. 1996. Comparison of techniques for inoculating maize silk, kernel, and cob tissues with Fusarium graminearum. Plant Disease. 80, 81–84.##Clements, M. J., C. E. Kleinschmidt, C. M. Maragos, J. K. Pataky, and D. G. White, 2003. Evaluation of inoculation techniques for Fusarium ear rot and fumonisin contamination of corn. Plant Disease. 87, 147-153.##Clements, M. J., Kleinschmidt, C. E., Maragos, C. M., Pataky, J. K., and White, D. G. 2003. Evaluation of inoculation techniques for Fusarium ear rot and fumonisin contamination of corn. Plant Disease. 87:147-153.##Dorn, B., Forrer, H.R., Jenny, E., Wettstein, F.E., Bucheli, T.D., Vogelgsang, S. 2011. Fusarium species complex and mycotoxins in grain maize from maize hybrid trials and from grower’s fields. Journal of Applied Microbiology 111: 693–706.##Duncan, K.E. and Howard, R.J. 2010. Biology of maize kernel infection by Fusarium verticillioides. Molecular Plant Microbe Interaction. 23, 6–16.##Eller, M., Holland, J.B., Payne, G. 2008. Breeding for improved resistance to fumonisin contamination in maize. Toxin Review. 27, 371–389.##Gai, X., Dong, H., Wang, S., Liu, B., Zhang, Z., Li, X., Gao, Z. 2018. Infection cycle of maize stalk rot and ear rot caused by Fusarium verticillioides. PLOS ONE. 13, e0201588.##Holbert, J.R., Burlison, W.L., Koehler, B., Woodworth, C.M., Dungan, G.H. 1924. Corn Root, Stalk, and Ear Rot Diseases and Their Control thru Seed Selection and Breeding. University of Illinios, Agricultural Experiment Station: Urbana, IL, USA, pp. 1–478.##Lanubile, A., Maschietto, V., Marocco, A. 2014. Breeding maize for resistance to mycotoxins. In Mycotoxin Reduction in Grain Chains; Leslie, J.F., Logrieco, F., Eds.; Wiley-Blackwell: Ames, IA, USA; Chichester/Oxford, UK, p. 352.##Lemmens, M., 2010. Fusarium ear rot resistance testing in maize: natural infection versus artificial inoculation. In: A. Mesterha´zy (ed.), Workshop for Variety Registration in Cereals for Fusarium Resistance, 18—20. March 23–24, 2010, Szeged, Hungary.##Leslie, J.F. and B.A., Summerell, 2006. Fusarium laboratory workshops—A recent history. Mycotoxin Research, 22(2), 73-74.##Liu, K.J., Goodman, M., Muse, S., Smith, J.S., Buckler, E., Doebley, J. 2003. Genetic structure and diversity among maize inbred lines as inferred from DNA microsatellites. Genetics, 165, 2117–2128.##Loffler, M., Kessel, B., Ouzunova, M., Miedaner, T. 2009. Population parameters for resistance to Fusarium graminearum and Fusarium verticillioides ear rot among large sets of early, mid-late and late maturing European maize (Zea mays L.) inbred lines. Theoretical and Applied Genetics. 120, 1053–1062.##Loffler, M., Miedaner, T., Kessel, B., Ouzunova, M. 2010. Mycotoxin accumulation and corresponding ear rot rating in three maturity groups of European maize inoculated by two Fusarium species. Euphytica 174, 153–164.##Ma, L.J., Geiser, D.M., Proctor, R.H., Rooney, A.P., O’Donnell, K., Trail, F., Gardiner, D.M., Manners, J.M., Kazan, K. 2013. Fusarium pathogenomics. Annual Review Microbiological. 67, 399–416.##Mesterházy, Á., Lemmens, M., Reid, L.M. 2012. Breeding for resistance to ear rots caused by Fusarium spp. in maize—A review. Plant Breeding. 131, 1–19.##Munkvold, G.P. 2003. Epidemiology of Fusarium diseases and their mycotoxins in maize ears. Europian Jurnal of Plant Pathology. 109, 705–713.##Munkvold, G.P., Desjardins, A.E. 1997. Fumonisins in Maize. Can we reduce their occurrence? Plant Disease. 81, 556–565.##Power, A.G. 1987. Plant community diversity, herbivore movement and an insect-transmitted disease of maize. Ecology. 68, 1658–1669.##Presello, D. A., G. Botta, J. Iglesias, and G. H. Eyherabide, 2008. Effect of disease severity on yield and grain fumonisin concentration of maize hybrids inoculated with Fusarium verticillioides. Crop Protection. 27, 572—576.##Ranum, P., Pena-Rosas, J.P., Garcia-Casal, M.N. 2014. Global maize production, utilization and consumption. Annual N. Y. Academic Science. 1312, 105–112.##Reid, L. M., R. E. Hamilton, and D. E. Mather, 1996. Screening Maize for Resistance to Gibberella Ear Rot. Publication 1996–5E, Agriculture and Agriculture Food Canada, Technical Bulletin, Ottawa, ON, Canada, 62 pp.##Reid, L. M., G. McDiarmid, A. J. Parker, and T. Woldemariam, 2003. CO441 corn inbred line. Canadian Journal of Plant Science. 83, 79—80.##Reid L.M. Zhu, X. 2005. Screening corn for resistance to common diseases in Canada. Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON. Ontario Technical Bulletin 2005-SE.##Reid, L. M., C. X. Zhu, C. A. Parker, and C. W. Yan, 2009. Increased resistance to Ustilago zeae and Fusarium verticillioides in maize inbred lines bred for Fusarium graminearum resistance. Euphytica 165, 567-578.##Robertson, L. A., C. E. Kleinschmidt, D. G. White, G. A. Payne, C. M. Maragos, and J. B. Holland, 2006. Heritability and correlations of Fusarium ear rot resistance and fumonisin contamination resistance in two maize populations. Crop Science. 46, 353—361.##Román SG, Quiroz-Chávez J, Villalobos M, Urías-Gutiérrez V, Nava-Pérez E, Ruíz-May E, Singh RK, Sharma L, Quiroz-Figueroa FR. 2020. A Global Screening Assay to Select for Maize Phenotypes with a High Tolerance or Resistance to Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg Rots. Agronomy. 10(12):1990.##Román, S.G., Quiroz-Chávez, J., Villalobos, M., Urías-Gutiérrez, V., Nava-Pérez, E., Ruíz-May, E., Singh, R.K., Sharma, L., Quiroz-Figueroa, F.R. 2020. A Global Screening Assay to Select for Maize Phenotypes with a High Tolerance or Resistance to Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg Rots. Agronomy. 10, 1990. ##Schaafsma, A. W., R. W. Nicol, and L. M. Reid, 1997. Evaluating commercial maize hybrids for resistance to Gibberella ear rot. European Journal Plant Pathology. 103, 737—746.##Stagnati, L., Lanubile, A., Samayoa, L.F., Bragalanti, M., Giorni, P., Busconi, M., Holland, J.B., Marocco, A. 2019. A genome wide association study reveals markers and genes associated with resistance to Fusarium verticillioides infection of seedlings in a maize diversity panel. G3 Genes Genom. Genetics. 9, 571–579.##Szabó, B., Tóth, B., Toldiné, É., Varga, M., Kovacs, N., Varga, J., Kocsubé, S., Palágyi, A., Bagi, F., Budakov, D. 2018. A new concept to secure food safety standards against Fusarium species and Aspergillus flavus and their toxins in maize. Toxins. 10, 372.##Warham, E.J., Butler, L.D., Sutton, B.C. 1996. Seed Testing of Maize and Wheat: A Laboratory Guide; CIMMYT: Mexico City, Mexico. pp. 1–84.##Zila, C.T., Ogut, F., Romay, M.C., Gardner, C.A., Buckler, E.S., Holland, J.B. 2014. Genome-wide association study of Fusarium ear rot disease in the U.S.A. maize inbred line collection. BMC Plant Biology. 14, 372.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار