بررسی مقاومت به بیماری سوختگی فوزاریومی سنبله در ژنوتیپ‌های گندم نان و دوروم در شرایط مزرعه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، گرگان، ایران

2 استادیار پژوهش، موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مراغه، ایران

چکیده

مقدمه: بیماری سوختگی فوزاریومی سنبله (FHB) که توسط قارچ Fusarium graminearum ایجاد می‌شود، یکی از مهم‌ترین و خسارت‌زاترین بیماری‌های قارچی گندم در مناطق مختلف جهان به‌ویژه مناطق گرم و مرطوب می‌باشد. این بیماری علاوه بر کاهش عملکرد دانه از طریق تولید توکسین‌های قارچی، باعث کاهش کیفیت محصول نیز می‌شود. این بیماری طی چند دهه گذشته، همه‌گیری‌های گسترده‌ای در مناطق مختلف جهان ایجاد کرده است. کارآمدترین، اقتصادی‌ترین و سالم‌ترین روش از نظر زیست‌محیطی برای مدیریت و کنترل این بیماری، استفاده از رقم‌های گندم مقاوم یا متحمل است. رقم‌های گندم مقاوم به این بیماری که به‌خوبی با شرایط اقلیمی تمامی مناطق تولید گندم در جهان سازگار باشند، تا کنون شناسایی نشده‌اند. این پژوهش به‌منظور شناسایی ژنوتیپ‌های گندم نان و دوروم مقاوم به بیماری سوختگی  فوزاریومی سنبله انجام شد. یافته‌های این مطالعه، اطلاعات ارزش‌مندی در مورد مقاومت و حساسیت ژنوتیپ‌های گندم نان و دوروم به بیماری سوختگی فوزاریومی سنبله ارائه خواهد داد که می‌توان از آن به‌منظور تهیه ژنوتیپ‌های مقاوم به بیماری در برنامه‌های به‌نژادی آینده استفاده کرد.
 
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، تعداد 138 ژنوتیپ گندم نان و دوروم که از موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور (مراغه) دریافت شد، از نظر مقاومت به بیماری سوختگی فوزاریومی سنبله گندم در ایستگاه تحقیقات کشاورزی عراقی محله گرگان به‌مدت دو سال زراعی (1403-1401) مورد ارزیابی قرار گرفتند. مایه‌زنی سنبله‌ها با استفاده از سوسپانسیون اسپورهای قارچ بیمارگر، دو بار با فاصله دو روز در مرحله 50 درصد گلدهی انجام شد. صفات ارزیابی شده در هر ژنوتیپ، شامل میزان وقوع بیماری، شدت بیماری و شاخص بیماری بود. برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها، ابتدا توزیع فراوانی هر یک از صفات اندازه‌گیری شده در جمعیت مورد مطالعه، بررسی و سپس همبستگی دو به دوی بین صفات به‌طور جداگانه در هر سال محاسبه شد. به‌منظور گروه‌بندی ژنوتیپ‌های گندم نان و دوروم مطالعه شده نیز از تجزیه خوشه‌ای به‌روش K-means استفاده شد و سپس ارتباط بین ژنوتیپ‌ها و خوشه‌های به‌دست آمده با روش مقیاس‌بندی چندبعدی مورد بررسی قرار گرفت.
 
یافته‌های تحقیق: نتایج این پژوهش نشان داد که میانگین وقوع بیماری در ژنوتیپ‌های گندم نان و دوروم مورد بررسی در دو سال 02-1401 و 03-1402 به‌ترتیب 32.36 و 39.35 درصد، میانگین شدت بیماری به‌ترتیب 26.27 و 27.50 درصد و میانگین شاخص بیماری به‌ترتیب 11.27 و 13.14 درصد بود. ژنوتیپ‌های مورد بررسی با تجزیه خوشه‌ای به‌روش K-means در هفت گروه متمایز دسته‌بندی شدند و گروه سوم با 33 ژنوتیپ، دارای کم‌ترین میانگین وقوع بیماری، شدت بیماری و شاخص بیماری نسبت به سایر گروه‌ها بود و به‌عنوان مقاوم‎ترین گروه شناخته شد. این ژنوتیپ‌ها شامل G01 (باران)، G02 (صدرا)، G04 (جم)، G06 (شالان)، G07 (هور)، G11، G14، G16، G17، G18، G19، G20، G27، G29، G30، G31، G32، G34، G36، G37، G39، G42، G44، G45، G46، G47، G48، G54، G83، G94، G117، G132 و G139 بودند.
 
نتیجه‌گیری: تعداد 33 ژنوتیپ از مجموع 138 ژنوتیپ گندم نان و دوروم ارزیابی شده در این پژوهش، به‌عنوان ژنوتیپ‌های مقاوم به بیماری سوختگی فوزاریومی سنبله گندم شناسایی شدند. این ژنوتیپ‌ها که احتمالاً حاوی ژن‌های مقاوم ارزش‌مندی در مقابله با بیماری سوختگی فوزاریومی سنبله هستند، برای استفاده در برنامه‌های به‌نژادی آینده به‌منظور تهیه واریته‌های مقاوم در گندم نان و دوروم پیشنهاد می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Assessing resistance to Fusarium head blight in bread and durum wheat genotypes under field conditions

نویسندگان [English]

  • Shahriyar Kia 1
  • Naser Mohammadi 2
1 Research Assistant Professor , Department of Crop and Horticulture Science Research, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Gorgan, Iran
2 Research Assistant Professor, Dryland Agricultural Research Institute (DARI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Maragheh, Iran
چکیده [English]

Introduction
Fusarium head blight (FHB), caused by the fungus Fusarium graminearum, is one of the most important and damaging fungal diseases of wheat in different regions of the world, especially in warm and humid regions. FHB reduces grain yield as well as grain quality by contamining grains with mycotoxins. Widespread epidemics have occurred in different parts of the world in the last few decades. The most efficient, economical, and environmentally healthy method for managing and controlling this disease is to use resistant or tolerant wheat varieties. Resistant wheat varieties to FHB that are well adapted to the climatic conditions of all wheat production regions in the world have not yet been identified. The present study was conducted to identify resistant bread and durum wheat genotypes to Fusarium head blight. The findings of this study will provide breeders with valuable information about the resistance and susceptibility of bread and durum wheat genotypes to Fusarium head blight, which they can use to develop resistant wheat varieties in future breeding programs.
 
Materials and methods
In this study, 138 bread and durum wheat genotypes obtained from the Dryland Agricultural Research Institute, Maragheh, Iran, were evaluated for resistance to Fusarium head blight disease at the Araghi-Mahaleh Agricultural Research Station, Gorgan, Iran, during two cropping years (2022-23 and 2023-24). Spikes were inoculated using a suspension of pathogenic fungal spores twice at 50% flowering stage with an interval of two days. The evaluated traits in each genotype included disease incidence, disease severity, and disease index. For statistical analysis of the data, first the frequency distribution of each measured traits in the studied population was assessed, and then the pairwise correlation among the traits was separately calculated in each year. To group the studied bread and durum wheat genotypes, K-means cluster analysis was also used, and the relationship between the genotypes and the resulting clusters was examined using the multidimensional scaling method.
 
Research findings
The results of this study on bread and durum wheat genotypes evaluated in two years 2022-23 and 2023-24 showed that the average disease incidence was 32.36% and 39.35%, the average disease severity was 26.27% and 27.5%; and the average disease index was 11.27% and 13.14%, respectively. The studied genotypes using K-means cluster analysis grouped into seven distinct groups, and the third group consisting of 33 genotypes exhibited the lowest average disease incidence, disease severity, and disease index compared to the other groupes, and was identified as the most resistant group. These genotypes included G01 (Baran), G02 (Sadra), G04 (Jam), G06 (Shalan), G07 (Hoor), G11, G14, G16, G17, G18, G19, G20, G27, G29, G30, G31, G32, G34, G36, G37, G39, G42, G44, G45, G46, G47, G48, G54, G83, G94, G117, G132 and G139.
 
Conclusion
Among the 138 bread and durum wheat genotypes evaluated in this study, 33 genotypes were identified as resistant to Fusarium head blight. These genotypes which probably contain valuable resistance genes against Fusarium head blight disease, are recommended for use in future breeding programs to develop resistant varieties in bread and durum wheat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Disease index
  • FHB
  • Fungal toxin
  • Germplasm

مراجع

Bai, G., & Shaner, G. (1994). Scab of wheat: prospects for control. Plant Disease, 78(8), 760-766. doi: 10.1094/PD-78-0760.##Bai, G., & Shaner, G. (2004). Management and resistance in wheat and barley to Fusarium head blight. Annual Review of Phytopathology, 42, 135-161. doi: 10.1146/annurev.phyto.42.040803.140340.##Bentivenga, G., Spina, A., Ammar, K., Allegra, M., & Cacciola, S. O. (2021). Screening of durum wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum (Desf.) Husn.] Italian cultivars for susceptibility to Fusarium head blight incited by Fusarium graminearum. Plants, 10, 68. doi: 10.3390/plants10 010068.##Bolanos-Carriel, C., Wegulo, S. N., Hallen-Adams, H., Baenziger, P. S., Eskridge, K. M., &  Funnell-Harris, D. (2016). Effects of cultivar resistance, fungicide application timing, and fungicide chemical class on FHB and DON in winter wheat. Proceedings of the National Fusarium Head Blight Forum, 4-6 Dec. 2016, St. Louis, MO, USA.##Buerstmayr, M., Steiner, B., & Buerstmayr, H. (2020). Breeding for Fusarium head blight resistance in wheat. Progress and challenges.  Plant Breeding, 139(3), 429-454. doi: 10.1111/pbr.12797.##Cai, H., & Lu, W. Z. (2016). Resistance analysis and utilization research on scab-resistant winter wheat Shengxuan 6. Proceedings of the 5th International Symposium on Fusarium Head Blight, 6-10 Apr. 2016, Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, Brazil.##Chen, P. (2016). Improvement of wheat Fusarium head blight (FHB) resistance in China. Proceedings of the 5th International Symposium on Fusarium Head Blight. 6-10 Apr. 2016, Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, Brazil.##Dweba, C. C., Figlan, S., Shimelis, H. A., Motaung, T. E., Sydenham, S., Mwadzingeni, L., & Tsilo, T. J. (2017). Fusarium head blight of wheat: Pathogenesis and control strategies. Crop Protection, 91, 114-122. doi: 10.1016/j.cropro.2016.10.002.##Ebrahimi, M. N., Ahmadi, H., Darvishnia, M., & Goodarzi, D. (2024). Identification of bread wheat resistant genotypes to Fusarium head blight disease and heritability estimation for some traits for bread wheat genotypes. Plant Genetic Researches, 10(2), 137-152. [In Persian]. doi: 10.22034/PGR.10.2.1.##Fernando, W. G. D., Oghenekaro, A. O., Tucker, J. R., & Badea, A. (2021). Building on a foundation: Advances in epidemiology, resistance breeding, and forecasting research for reducing the impact of Fusarium head blight in wheat and barley. Canadian Journal of Plant Pathology, 43(4), 495-526. doi: 10.1080/07060661.2020.1861102.##Gervais, L., Dedryver, F., Morlais, J. Y., Bodusseau, V., Negre, S., Bilous, M., Groos, C., & Trottet, M. (2003). Mapping of quantitative trait loci for field resistance to Fusarium head blight in an European winter wheat. Theoretical & Applied Genetics, 106(6), 961-970. doi: 10.1007/s00122-002-1160-5.##Gilbert, J., & Haber, S. (2013). Overview of some recent research developments in Fusarium head blight of wheat. Canadian Journal of Plant Pathology, 35(2), 149-174. doi: 10.1080/07060661.2013.772921.##Hasanvand, E., Darvishnia, M., Mirzaei Najafgholi, H., & Pakbaz, S. (2023). Evaluation of the response of 25 commonly cultivated wheat genotypes to Fusarium head blight disease under greenhouse conditions. Journal of Applied Research in Plant Protection, 12(2), 213-224. [In Persian]. doi: 10.22034/arpp.2023.16368.##Haile, J. K., N’Diaye, A., Walkowiak, S., Nilsen, K. T., Clarke, J. M., Kutcher, H. R., Steiner, B., Buerstmayr, H., & Pozniak, C. J. (2019). Fusarium head blight in durum wheat: Recent status, breeding directions, and future research prospects. Phytopathology, 109, 664-1675. doi: 10.1094/PHYTO-03-19-0095-RVW.##He, X., Singh, P. K., Duveiller, E., Schlang, N., Dreisigacker, S., & Singh, R. P. (2013). Identification and characterization of international Fusarium head blight screening nurseries of wheat at CIMMYT, Mexico. European  Journal of  Plant Pathology, 136, 123-134. doi: 10.1007/s10658-012-0146-7.##He, X., Singh, P. K., Schlang, N., Duveiller, E., Dreisigacker, S., Payne, T., & He, Z. (2014). Characterization of Chinese wheat germplasm for resistance to Fusarium head blight at CIMMYT, Mexico. Euphytica, 195, 383-395. doi: 10.1007/s10681-013-1002-3.##Huang, F., Li, X., Du, X., Li, S., Li, N., Lv, Y., Zou, S., Zhang, Q., Wang, L., Ni, Z.,  Han, Y., & Xing, J. (2023). SNP-based identification of QTLs for thousand-grain weight and related traits in wheat 8762/Keyi 5214 DH lines. Journal of Integrative Agriculture, 10, 2949-2960. doi: 10.1016/j.jia.2023.03.004.##Kumar, J., Rai, K. M., Pirseyedi, S., Elias, E. M., Xu, S., Dill-Macky, R., & Kianian, S. F. (2020). Epigenetic regulation of gene expression improves Fusarium head blight resistance in durum wheat. Scientific Reports, 10, 17610. doi: 10.1038/s41598-020-73521-2.##Leonard, K. J., & Bushnell, W. R. (2003). Fusarium Head Blight of Wheat and Barley. APS Press. The American Phytopathological Society, St. Paul, Minnesota, USA. 512 p.##Ma, Z., Xie, Q., Li, G., Jia, H., Zhou, J., Kong, Z., Li, N., & Yuan, Y. (2020). Germplasms, genetics and genomics for better control of disastrous wheat Fusarium head blight. Theoretical & Applied Genetics, 133(5), 1541-1568. doi: 10.1007/s00122-019-03525-8.##Mawcha, K. T., Zhang, N., Wang, Y. A., & Yang, W. X. (2022). Advances in wheat breeding for resistance to Fusarium head blight. Czech Journal of Genetics & Plant Breeding, 58(4), 167-188. doi: 10.17221/1/2022-CJGPB.##Malihipour, A., Dehghan, M. A., Shahbazi, K., & Barati, A. (2017). Reaction of Iranian wheat landraces to Fusarium head blight (FHB) under field and greenhouse conditions. Journal of Applied Research in Plant Protection, 6(4), 53-66. [In Persian].##Malihipour, A., Dehghan, M. A., & Shahbazi, K. (2018). Analysis of resistance to Fusarium head blight (FHB) among the genotypes of 2012 elite wheat enotypes of the north warm and humid zone in Iran. Iranian Journal of Field Crop Science, 49(2), 115-130. [In Persian]. doi: 10.22059/ijfcs.2017.218342.654203.##McKendry, A. L., Tague, D. N., Wright, R. L., Tremain, J. A., & Conley, S. P. (2005). Registration of ‘Truman’ wheat. Crop Science, 45(1), 421-423. doi: 10.2135/cropsci2005.0421.##Mergoum, M., Frohberg, R. C., Miller, J. D., & Stack, R. W. (2005). Registration of ‘SteeleND’ wheat. Crop Science, 45(3), 1163-1164. doi: 10.2135/cropsci2004.308CV.##Mergoum, M., Frohberg, R. C., Miller, J. D., Stack, R. W., Olsona, T., Friesen, T. L., & Rasmussen, J. B. (2006). Registration of ‘Glenn’ wheat. Crop Science, 46(1), 473-474. doi: 10.2135/cropsci2005.0287.##Nakagawa, H., He, X., Matsuo, Y., Singh, P. K., & Kushiro, M. (2017). Analysis of the masked metabolite of deoxynivalenol and Fusarium resistance in CIMMYT wheat germplasm. Toxins (Basel), 9(8), 238. doi: 10.3390/toxins9080238.##Parry, D. W., Jenkinson, P., & McLeod, L. (1995). Fusarium ear blight (scab) in small grain cereals - A review. Plant Pathology, 44(2), 207-238. doi: 10.1111/j.1365-3059.1995.tb02773.x.##Sakr, N. (2020). Components of quantitative resistance to Fusarium head blight agents in durum and bread wheat plants grown under Mediterranean conditions. Archives of Phytopathology & Plant Protection, 53(15-16), 731-748. doi: 10.1080/03235408.2020.1795457.##Sakr, N. (2023). Resistance to Fusarium head blight in some Syrian wheat and barley cultivars. Sarhad Journal of Agriculture, 39(1), 80-94. doi: 10.17582/journal.sja/2023/39.1.80.94.##Siranidou, E., Kang, Z., & Buchenauer, H. (2002). Studies on symptom development, phenolic compounds and morphological defense responses in wheat cultivars differing in resistance to Fusarium head blight. Phytopathology, 150(4-5), 200-208. doi: 10.1046/j.1439-0434.2002.00738.x.##Somma, S., Petruzzella, A. L., Logrieco, A. F., Meca, G., Cacciola, O. S., & Moretti, A. (2014). Phylogenetic analyses of Fusarium graminearum strains from cereals in Italy, and characterisation of their molecular and chemical chemotypes. Crop & Pasture Science, 65(1), 52-60. doi: 10.1071/CP13314.##Stephen, N. (2015). Management of Fusarium head blight of wheat and barley. Crop Protection, 73, 100-107. doi: 10.1016/j.cropro.2015.02.025.##Wegener, M. (1992). Optimierung von saatgutpillierungen mit mikrobiellen antagonisten zur biologischen biologischen bekampfung von Fusarium culmorum (W. G. Smith) Sacc. in weizen. Diplomarbeit, Georg-August-Universitaet Göttingen, Göttingen, Germany.##Xu, X., & Nicholson P. (2009). Community ecology of fungal pathogens causing wheat head blight. Annual Review of Phytopathology, 47, 83-103. doi: 10.1146/annurev-phyto-080508-081737.##Xue, A. G., Chen, Y., Seifert, K., Guo, W., Blackwell, B. A., Harris, L. J., & Overy. D. P. (2019). Prevalence of Fusarium species causing head blight of spring wheat, barley and oat in Ontario during 2001-2017. Canadian  Journal of Plant Pathology, 41(3), 392-402. doi: 10.1080/07060661.20191582560.##Yi, X., Cheng, J., Jiang, Z., Hu, W., Bie, T., Gao, D., Li, D., Wu, R., Li, Y., Chen, S., Cheng, X., Liu, J., Zhang, Y., & Cheng, S. (2018). Genetic analysis of Fusarium head blight resistance in CIMMYT bread wheat line C615 using traditional and conditional QTL mapping. Frontiers in Plant Science, 9, 573. doi: 10.3389/fpls.2018.00573.##Zhao, M. X., Leng, Y. Q., Chao, S. M., Xu, S. S., & Zhong, S. B. (2018). Molecular mapping of QTL for Fusarium head blight resistance introgressed into durum wheat. Theoretical & Applied Genetics, 131, 1939-1951. doi: 10.1007/s00122-018-3124-4.##Zhu, Z., Hao, Y., Mergoum, M., Bai, G., Humphreys, G., Cloutier, S., Xia, X., & He, Z. (2019).  Breeding wheat for resistance to Fusarium head blight in the Global North: China, USA, and Canada. The Crop Journal, 7(6), 730-738. doi: 10.1016/j.cj.2019.06.003.##

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار