شناسایی طیف عامل‌های پرآزاری/ ناپرآزاری در جمعیت‌های قارچ Blumeria graminis f.sp. hordei عامل بیماری سفیدک پودری جو در مناطق مختلف ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

2 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، گرکان، ایران

3 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران

4 مربی پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مازندران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ساری، ایران

5 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اردبیل، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اردبیل، ایران

6 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی صفی آباد، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، دزفول، ایران

چکیده

مقدمه: بیماری سفیدک‌ پودری با عامل قارچی Blumeria graminis f.sp. hordei یکی از مهم‌ترین بیماری‌های برگی جو با پراکنش جهانی است که در اغلب مناطق کشت جو در ایران نیز شیوع دارد. استفاده از رقم‌های مقاوم به‌عنوان موثرترین، کم‌هزینه‌ترین و سالم‌ترین روش کنترل این بیماری از نظر زیست‌محیطی شناخته می‌شود. به‌علت تنوع ژنتیکی بالا، قارچ عامل بیماری از توانایی زیادی برای ایجاد نژادهای فیزیولوژیک جدید و بی‌اثر کردن ژن‌های مقاومت برخوردار است. این مطالعه به‌منظور شناسایی طیف عامل‌های پرآزاری/ ناپرآزاری در جمعیت‌های قارچ عامل بیماری سفیدک‌ پودری جو در مناطق مهم شیوع این بیماری در ایران، پایش تغییرات این عامل‌ها در سال‌های اخیر و بررسی وضعیت مقاومت تعدادی از رقم‌های تجاری داخلی (ایرانی) جو آبی به سفیدک پودری انجام شد.
مواد و روش‌ها: خزانه‌های تله متشکل از 77 لاین و رقم، شامل رقم پالاس و 18 لاین ایزوژن نزدیک با ژن (های) مقاومت مشخص در زمینه ژنتیکی پالاس، یک‌سری تکمیلی شامل 34 رقم با ژن (های) مقاومت مشخص و یا نامشخص، به‌همراه 24 رقم تجاری داخلی در شرایط آلودگی طبیعی در شش ایستگاه تحقیقات کشاورزی شامل مشهد، قائمشهر، گرگان، زرقان، پارس آباد (مغان) و دزفول طی سه سال زراعی (98-1395) کشت شدند. ارزیابی واکنش ارقام و لاین‌های جو مورد بررسی نسبت به سفیدک پودری در مرحله گلدهی به‌روش دو عددی (Double digit) در مقیاس صفر تا 99 انجام شد. با در نظر گرفتن تیپ آلودگی یک تا چهار به‌عنوان واکنش ناسازگاری (مقاومت) و ناپرآزاری (Avirulence) و تیپ‌های آلودگی پنج تا نه به‌عنوان واکنش سازگاری (حساسیت) و پرآزاری (Virulence)، طیف پرآزاری/ ناپرآزاری جمعیت بیمارگر در مناطق مختلف تعیین شد.
یافته‌های تحقیق: نتایج این تحقیق، وجود تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه‌ای را در جمعیت‌های محلی این بیمارگر در مناطق مختلف کشور و بروز تغییراتی در طیف پرآزاری/ ناپرآزاری آن‌ها و ظهور فاکتورهای پرآزاری جدید برای برخی از گیاهان حامل ژن‌های مقاومت نشان داد. ژن‌های مقاومت Mlk و Mlk(1) طی هر سه سال زراعی و در همه مناطق و ژن‌های مقاومت Mla22، Mla23 و Mlh طی هر سه سال زراعی حداقل در دو منطقه از کشور، غیرموثر بودند. همچنین، ژن مقاومت mlo5 در همه مناطق اجرای آزمایش و ژن‌های مقاومت Mla3، Mla6، Mla9، Mla12، Mla13، Mla14 و Ml(Ru3) طی هر سه سال زراعی حداقل در سه منطقه موثر بودند. نتایج این مطالعه، ظهور فاکتورهای پرآزاری جدید برای ژن‌های مقاومت Mla، Mlg و MlCP را در برخی از مناطق کشور نشان داد. نتایج ارزیابی سری تکمیلی در مناطق مختلف کشور نیز موثر بودن مقاومت کلیه رقم‌های دارای یکی از آلل‌های ژن مقاومت mlo از جمله Viskosa، Wren، Alexis، Brenda و Chalice را در همه مناطق مورد مطالعه نشان داد. همچنین، اغلب رقم‌های تجاری داخلی طیفی از واکنش‌ها از نیمه‌مقاوم تا حساس را در مناطق مختلف نشان دادند.
نتیجه‌گیری: با توجه به تنوع قابل ملاحظه در جمعیت‌های محلی عامل بیماری سفیدک پودری جو در مناطق مختلف کشور و ظهور فاکتورهای پرآزاری جدید برای برخی از ژن‌های مقاومت موثر و همچنین حساس یا نیمه‌حساس بودن اغلب رقم‌ها، تداوم تحقیقات مرتبط با پایش طیف فاکتورهای پرآزاری در جمعیت بیمارگر و شناسایی منابع ژنتیکی جدید مقاومت به بیماری ضروری است. همچنین، با توجه به موثر بودن ژن‌های مقاومت mlo، Mla3، Mla6، Mla9، Mla12، Mla13، Mla14 و Ml(Ru3) در مناطق مختلف کشور، منابع ژنتیکی دارای این ژن‌های مقاومت می‌توانند به‌عنوان والد مقاوم جهت تهیه رقم‌های مقاوم جدید در برنامه‌های به‌نژادی مورد استفاده قرار گیرند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Identification of virulence/avirulence spectrum of Blumeria graminis f.sp hordei, the causal agent of barley powdery mildew in different regions of Iran

نویسندگان [English]

  • Reza Aghnoum 1
  • Mohammd Ali Dehghan 2
  • Mohsen Yasaei 3
  • Hesam Mofidi 4
  • Kamal Shahbazi 5
  • Mohammad Dalvand 6
  • Hamid Reza Nikkhah 1
1 Research Associate Professor, Khorasan Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran
2 Research Assistant Professor, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Gorgan, Iran
3 Research Assistant Professor, Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Shiraz, Iran
4 Research Instructor, Mazandaran Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Sari, Iran
5 Research Assistant Professor, Ardabil Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Ardabil, Iran
6 Research Assistant Professor, Safiabad Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Dezful, Iran
چکیده [English]

Introduction
Powdery mildew of barley is one of the most important diseases of barley worldwide that occur also in most of the barley cultivation areas in Iran. The use of resistant cultivar is known as the most effective, the most economic and the most environmentally safe method of disease control. Due to the high level of genetic diversity, the fungal pathogen have a big capacity for producing new physiological races and breaking down of effective sources of resistance. This study was carried out to determine the virulence/avirulence spectrum of the pathogen in major powdery mildew conductive regions, to monitor their annual changes in recent years and to evaluate the resistance of some Iranian commercial cultivars irrigated barley to powdery mildew.
Materials and methods
 Trap nurseries consisting 77 lines and cultivars including 19 Pallas near-isogenic lines, a supplementary set including 34 cultivars carrying known or unknown resistance gene (s) along with 24 Iranian commercial barley cultivars were planted under natural disease development conditions at six powdery mildew hot spot locations in Mashhad, Gorgan, Ghaemshahr, Pars Abad (Moghan), Dezful and Zarghan during three consecutive cropping seasons (2016-2019). Evaluation of the reaction of studied barley cultivars and lines to powdery mildew was performed in 00-99 scroing scale based on the double digit system at the flowering stage. The virulence/avirulence spectrum of the pathogen in different regions was determined by considering the infection types 1-4 as incompatibile reaction (resistance) or avirulence and the infection types 5-9 as compatibile reaction (susceptibility) or virulence.
Research findings
The results of this study showed that there is a significant variation in the virulence spectrum of the pathogen in different locations of Iran, occurrence of changes in their virulence/avirulence spectrum, and appearing new virulence factores for some plants carrying resistance genes. Based on the results, Mlk and Mlk(1) resistance genes were ineffective in all locations during all three years, and Mlh, Mla22 and Mla23 resistance genes were also ineffective in all three years at least in two locations. The results also showed that the mlo resistance gene was effective in all locations, and Mla3, Mla6, Mla9, Mla13, Ml(Ru3), Mla12 and Mla14  genes were effective at least in three locations during all three years. Based on the results, new virulence factors for MlLa, Mlg and MlCP genes appeared in some regions. Evaluation of the supplementary set in different regions of Iran showed that all cultivars/lines carrying one of the alleles of the mlo resistance gene including Viskosa, Wren, Alexis, Brenda and Chalice were effective in all locations/years. Also, the majority of commercial cultivars showed a range of reaction from moderately resistant to susceptible in different locations.
Conclusion
Based on the high level of variation in the virulence spectrum of the pathogen in different locations and appearing new virulence factores for some effective resistance genes, as well as the susceptible or semi-susceptible reaction of most commercial cultivars, continuous research to monitor the virulence spectrum of the pathogen population and identify new genetic sources of disease resistance is necessary. Also, genetic resources with the effective resistance genes including Mla3, Mla6, Mla9, Mla13, Ml(Ru3), Mla12 and Mla14 can be used as resistant parents to develop new resistant cultivars in breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Isogenic lines
  • Pathogenicity factors
  • Resistance genes

مراجع

Aghnoum, R., Dehghan, M. A., Ebrahimnejad, Sh., & Mehrabi, R. (2021). Identification of the virulence factors of Blumeria graminis f.sp hordei, the causal agent of barley powdery mildew in northeast and northern region of Iran. Cereal Research, 10(4), 339-349. [In Persian]. doi: 10.22124/CR.2021.18839.1648.##Aghnoum, R., Yassaie, M., Dalvand, M., & Tabatabaei Fard, N. (2019). Virulence analysis and effectiveness of new sources of resistance to barley powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. hordei) in Southwestern regions of Iran. Crop Breeding Journal, 9(2), 23-31. doi. 10.22092/CBJ.2020.342392.1053.##Ames, N., Dreiseitl, A., Steffenson, B. J., & Muehlbauer, G. J. (2015). Mining wild barley for powdery mildew resistance. Plant Pathology, 64(6), 1396-1406. doi: 10.1111/ppa.12384.##Behdad, E. (2006). Phytopathology and Important Plant Disease. Atre Etrat Publication. 785 p. [In Persian].##Bihamta, M. R., Khalili Azar, R., Patpour, M., & Shahve, Sh. (2012). Study on pathogenicity factors of barley powdery mildew in some regions of Iran. Tehran, Iran. Proceedings of the 12 th Iranian Genetics Congress. May 21-23, 2012, Shahid Beheshti University International Congress Center, Tehran, Iran. [In Persian].##Brent, K. J., & Hollomon, D. W. (2007). Fungicide resistance in crop pathogens: How can it be managed? FRAC Monograph No. 1. 2nd Edition. CropLife International, Brussels. 55 p.##Czembor, J. H. (2000). Resistance to powdery mildew in barley landraces from Morocco. Journal of Plant Pathology, 82(3), 187-200.##Czembor, J. H. (2001). Resistance to powdery mildew in selections from barley landraces collected in Greece. Agricultural & Food Science, 10(2), 133-142. doi: 10.23986/afsci.5681.##Czembor, J. H., & Czembor H. J. (2000). Powdery mildew resistance in selections from Moroccan barley landraces. Phytoparasitica, 28, 65-78. doi: 10.1007/bf02994024.##Czembor J. H., & Czembor, E. (2021). Sources of resistance to powdery mildew in barley landraces from Turkey. Agriculture, 11(10), 1017. doi: 10.3390/ agriculture11101017.##Dreiseitl, A. (2003). Adaptation of Blumeria graminis f. sp. hordei to barley resistance genes in the Czech Republic in 1971-2000. Plant, Soil & Environment, 49(6), 241-248. doi: 10.17221/4120-pse.##Dreiseitl, A. (2004). Virulence frequencies to powdery mildew resistance genes of winter barley cultivars. Plant Protection Science, 40(4), 135-140. doi: 10.17221/466-pps.##Dreiseitl, A., & Wang, J. (2007). Virulence and diversity of Blumeria graminis f. sp. hordei in East China. European Journal of Plant Pathology, 117, 357-368. doi: 10.1007/s10658-007-9104-1.##Hovmøller, M. S., Caffier, V., Jalli, M., Andersen, O., Besenhofer, G., Czembor, J. H., Dreiseitl, A., Felsenstein, F., Fleck, A., Heinrics, F., Jonsson, R., Limpert, E., Mercer, P., Plesnik, S., Rashal, I., Skinnes, H., Slater, S., & Vronska, O. (2000). The European barley powdery mildew virulence survey and disease nursery 1993-1999. Agronomie, 20(7), 729-743. doi: 10.1051/agro:2000172.##Ershad, J. (2009). Fungi of Iran. 3rd Edition. Publication of Iranian Research Institute of Plant Protection. Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran. 531 p. [In Persian].##Eyal, Z., Scharen, A. L., Prescott, J. M., & van Ginkel, M. (1987). The septoria diseases of wheat: Concepts and methods of disease management. Mexico, D.F. CIMMYT. 24 p.##Jørgensen, J. H. (1992). Discovery, characterization and exploitation of Mlo powdery mildew resistance in barley. Euphytica, 63, 141-152. doi: 10.1007/bf00023919.##Jørgensen, H., & Wolfe, P. M. (1994). Genetics of powdery mildew resistance in barley. Critical Reviews in Plant Sciences, 13(1), 97-119 doi: 10.1080/07352689409701910.##Kokina, I., & Rashal, I. (2006). Monitoring the population of Blumeria graminis f. sp. hordei in the South-Eastern part of Latvia. Agronomy Research, 4, 231-236.##Kølster, P., Munk, L., Stolen, O., & Lohde, J. (1986). Near-isogenic barley lines with genes for resistance to powdery mildew. Crop Science, 26(5), 903-907. doi: 10.2135/cropsci1986.0011183X002600050014x.##Maramat, M. J., Moosavi, M. R, Keshavarzi, M., & Taeb, M. (2013). Investigation on barely powdery mildew virulence factors in Fars province, Iran. Journal of Research in Plant Pathology, 1(3), 17-25. [In Persian].##McDonald, B. A., & Linde, C. (2002). The population genetics of plant pathogens and breeding strategies for durable resistance. Euphytica, 124, 163-180. doi: 10.1023/A:1015678432355.##Opalski, K. S., Tresch, S., Kogel, K. H., Grossmann, K., Kohle, H., & Huckelhoven, R. (2006). Metrafenone: Studies on the mode of action of a novel cereal powdery mildew fungicide. Pest Management Science, 62(5), 393-401. doi: 10.1002/ps.1176.##Patpour, M., Aghnoum, R., Dad-Rezaei, S. T., Houshyar, R., Dehghan, M. A., & Ahmadian Moghadam, M. S. (2003). Study on virulence of barley powdery mildew by trap nursery in different regions of Iran. Final report of research project. Seed and Plant Improvement Institute, Karaj, Iran. 14 p. [In Persian].##Patpour, M., Torabi, M., Afshari, F., Aghnoum, R., Dehghan, M. A., Dad-Rezaei S. T., & Ahmadian Moghadam, M. S. (2005). Virulence factores of barley powdery mildew pathogen and their variation in some parts of Iran during 2000-2002. Seed & Plant Journal, 21(2), 303-313. [In Persian]. doi: 10.22092/SPIJ.2017.110652.##Radchеnko, E. E., Abdullaev, R. A., & Anisimova, I. N. (2020).Genetic diversity of cereal crops for powdery mildew resistance. Ecological Genetics, 18(1), 59-78. doi: 10.17816/ecogen14530.##Rsaliyev, A., Pahratdinova, Z., & Rsaliyev S. (2017). Characterizing the pathotype structure of barley powdery mildew and effectiveness of resistance genes to this pathogen in Kazakhstan.  BMC Plant Biology, 17(Suppl. 1), 178. doi: 10.1186/s12870-017-1130-3.##Saari, E. E., & Prescott, J. M. (1975). A scale for appraising the foliar intensity of wheat disease. Plant Disease Reporter, 59(5), 377-380.##Tucker, M. A., Jayasena, K., Ellwood, S. R., & Oliver, R. P. (2013). Pathotype variation of barley powdery mildew in Western Australia. Australasian Plant Pathology, 42(5), 617-623. doi: 10.1007/s13313-013-0226-y.##Wyand, R. A., & Brown, J. K. M. (2003). Genetic and forma specialis diversity in Blumeria graminis of cereals and its implications for host-pathogen co-evolution. Molecular Plant Pathology, 4(3), 187-198. doi: 10.1046/j.1364-3703.2003.00167.x.##Yahyaoui, A. H., Reinhold, M., & Scharen, A. L. (1997). Virulence spectrum in populations of the barley powdery mildew pathogen, Erysiphe graminis f. sp. hordei in Tunisia and Morocco in 1992. Plant Pathology, 46(1), 139-146. doi: 10.1046/j.1365-3059.1997.d01-11.x.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار