Tese
Taxonomic and pathogenic diversity of the blast pathogen populations infecting wheat and grasses in Minas Gerais
Diversidade taxonômica e patogenicidade de populações do agente causal da brusone do trigo e gramas em Minas Gerais
Registro en:
ASCARI, João Paulo. Taxonomic and pathogenic diversity of the blast pathogen populations infecting wheat and grasses in Minas Gerais. 2021. 141 f. Tese (Doutorado em Fitopatologia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2021.
Autor
Ascari, João Paulo
Institución
Resumen
The blast disease of Poaceae is caused by a large species complex, among which P. oryzae is composed of several host-specialized lineages. The Pyricularia oryzae Triticum pathotype (PoT) causes the blast disease in wheat, but is also capable of infecting other grasses, which may serve as an inoculum reservoir for epidemics in wheat. In Brazil, severe wheat blast epidemics are most common in the Cerrado region. The dominant hypothesis is that signal grass (Urochloa sp.) and other gramineous plants harbor the wheat blast pathogen, thus serving as a major reservoir of inoculum for epidemics in wheat. A two-year survey of the Pyricularia blast pathogens was conducted in both wheat and non-wheat areas as well as prior (February) and during (May) the wheat growing season in Minas Gerais. A total of 1,368 plant samples representative of 31 Poaceae species, including wheat, were collected and inspected for the presence of blast symptoms. During the isolations, 932 isolates were obtained, being one fourth obtained from gramineous plants. A subset of 572 isolates was selected for identification at the species level based on portions of the CH7-BAC9 gene sequences. Most of the isolates (n = 494) were P. oryzae, within which 68% were PoT and 32% non-PoT based on two PCR assays targeting (MoT3 and C17 PCR assays). The PoT lineage was found predominantly (97%) in wheat and rarely in the other hosts, even nearby wheat fields (2.1%), as well as at longer distances from wheat regions (0.1%). The blast pathogen population isolated from signal grass grouped in different clades from PoT, and therefore referred to Urochloa lineage (PoU). A series of cross-inoculation greenhouse experiments was conducted using wheat (cv. BRS Guamirim and BR 18-Terena) and signal grass (cv. Marandu) as host and 14 PoT and six PoU isolates as pathogen factor. In the first leaf-inoculation experiment, results showed a significant interaction between host and pathogen; PoT was strongly/weakly aggressive towards wheat/signal grass and PoU was strongly/weakly aggressive towards signal grass/wheat. In inoculated wheat heads, PoT was more aggressive (>91% infected spikelets) than PoU (52% infected spikelets). In a third experiment, four signal grass cultivars (Marandu, Basilisk, Piatã, and Xaraés) were inoculated with the same set of 20 isolates. Similarly, signal grass cultivars were generally more susceptible to PoU than PoT. Severity induced by PoU was twice (7.7% severity) as high as PoT (3.8%) and so was the number of conidia/leaf produced by PoU (47,500) and PoT (23,200). Two groups of signal grass cultivars were formed, the most susceptible composed of Marandu and Basilisk and the least susceptible composed of Piatã and Xaraés. Results of our study confirm the host-specialization and the shaping of the blast populations according to the host. We further suggest that grasses in general, especially signal grass, may not play a major role as an inoculum reservoir for PoT, as it harbors mainly the PoU population. However, due to the large extent of pasture-growing regions and cross-infection ability in wheat, signal grass may harbor amounts of PoT inoculum that are sufficient for initiating leaf and head blast epidemics in wheat blast in Minas Gerais state. Keywords: Pyricularia oryzae. Magnaporthe oryzae. Wheat blast. Alternative hosts. Epidemiology. A brusone das Poaceae é causada por um complexo de espécies, dentre as quais, Pyricularia oryzae é a mais importante, uma espécie constituída por diversas linhagens filogenéticas com especialização pelo hospedeiro primário. O patótipo Triticum de P. oryzae (PoT), é especializado em causar brusone em trigo, porém, também infecta outras gramíneas, que podem servir como fontes de inóculo para epidemias de brusone em trigo. No Brasil, as severas epidemias de brusone são mais comuns na região do Cerrado. A hipótese dominante é que a braquiária e as outras gramíneas são hospedeiras do patógeno da brusone do trigo, servindo como principal fonte de inóculo para as epidemias de brusone que ocorrem no trigo. Foi realizado um levantamento de espécies de Pyricularia sp. durante dois anos, considerando campos de trigo e áreas naturais, amostradas antes (fevereiro) e durante (maio) a safra de trigo em Minas Gerais. Um total de 1.368 amostras de plantas, representando 31 espécies de Poaceae, incluindo o trigo, foram coletadas e inspecionadas quanto à presença de sintomas típicos de brusone. Após o término dos isolamentos, um total de 932 isolados foram obtidos, dos quais 1/4 dos isolados foram obtidos de gramas. Um subconjunto de 572 isolados foram selecionados para identificação a nível de espécie, baseando-se em sequências parciais de um gene anônimo amplificadas pelo primer CH7-BAC9. A maioria dos isolados (n = 494) foram identificados como P. oryzae, dos quais 68% foram PoT e 32% outras linhagens baseados nos dois genes amplificados por primers específicos (MoT3 e C17) através de reações de PCR. A linhagem PoT foi encontrada predominantemente infectando o trigo (97%), raramente em outras gramíneas, mesmo naquelas próximas aos campos de trigo (2,1%). PoT foi ainda menos frequente nas gramas coletadas longe das regiões de trigo (0,1%). A população do patógeno causador de brusone em braquiária foi filogeneticamente diferente da linhagem Triticum. Portanto, propomos um novo grupo para incluir essa população, a linhagem da braquiária - PoU. Foram conduzidos uma série de experimentos de inoculação cruzada em casa de vegetação, onde as plantas hospedeiras (fator 1): trigo (cv. BRS Guamirim e BR 18-Terena) e braquiária (cv. Marandu), foram pulverizadas com diferentes isolados de P. oryzae (fator 2): PoT (14) e PoU (6). No primeiro experimento, inoculação em folhas, os resultados demonstraram que ocorreu interação significativa entre hospedeiro e patógeno; PoT apresentou forte e fraca agressividade em trigo e braquiária, já PoU foi muito e pouco agressivo em braquiária e trigo, respectivamente. No segundo experimento, foi realizada a inoculação das espigas de trigo, PoT (>91% de espiguetas infectadas) foi mais agressivo que PoU (52%). No terceiro experimento, quatro cultivares de braquiária (Marandu, Basilisk, Piatã, and Xaraés) foram inoculadas com os mesmos 20 isolados de P. oryzae. Os resultados de agressividade foram similares aos observados no primeiro experimento, onde a braquiária foi mais suscetível a PoU do que PoT. A severidade foliar de brusone foi duas vezes maior em PoU (7,7%) do que em PoT (3,8%). O mesmo padrão ocorreu para número de conídios por folha produzidos por PoU (47.000) e PoT (23.200). Formou-se dois grupos de cultivares de braquiária, um mais suscetível composto por Marandu e Basilisk, e outro menos suscetível formado por Piatã e Xaraés. Nossos resultados confirmaram que o patógeno da brusone apresentou especialização patogênica e formou grupos de agressividade conforme o hospedeiro primário. Também sugerimos que as gramíneas, em especial a braquiária, podem não ser a principal fonte de inóculo de PoT, já que obtivemos principalmente populações de PoU. Entretanto, devido às vastas áreas cobertas com braquiária e também pela habilidade do PoU em causar doença no trigo, a braquiária pode produzir quantidades suficientes de PoT para iniciar uma epidemia de brusone na folha ou na espiga do trigo em Minas Gerais. Palavras-chave: Pyricularia oryzae. Magnaporthe oryzae. Hospedeiros alternativos. Epidemiologia. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico