的调查镰刀菌素物种和阿东在加拿大小麦基因型谷物
贾尼斯Bamforth1 __,
蒂芙尼的下巴
1 __,Tehreem阿什法克1,Niradha Withana Gamage1,克利Pleskach1,
谢丽尔a Tittlemier
1,Maria Antonia第24位2、3,
Shimosh Kurera
1、4,
Sung-Jong李
1,
Bhaktiben帕特尔
1,汤姆Grafenhan1、5 *‡和
肖恩Walkowiak
1、3 *‡
- 1加拿大谷物委员会,谷物研究实验室,温尼伯,加拿大MB
- 2加拿大,加拿大农业及农业现代化研究和发展中心,现代,MB,加拿大
- 3温尼伯马尼托巴大学植物科学,MB,加拿大
- 4温尼伯马尼托巴大学微生物学,MB,加拿大
- 5Julius-Maximilian-University,核心单元系统医学,维尔茨堡,巴伐利亚,德国
作品简介:小麦是一种主食,对全球粮食安全很重要,但在流行几年,真菌病原体可以威胁到生产、质量、和小麦粮食的安全。在全球范围内,小麦的一个最重要的真菌疾病是镰刀菌素头枯萎病(FHB)。这种疾病可以由几种不同造成的镰刀菌素物种与已知的侵略性和mycotoxin-production潜在的差异,与单端孢霉烯毒素deoxynivalenol(唐)及其衍生物被特别关注的。在北美,导致FHB最主要的物种f . graminearum,两个截然不同的群体,通常分为两个主要根据他们的倾向是否/基因型单端孢霉烯衍生品形式,即15-acetyldeoxynivalenol (15-ADON)和3-acetyldeoxynivalenol (3-ADON)。
材料与方法:我们使用执行一组有13个DNA标记物种和阿东基因型鉴定为55岁,444小麦籽粒783样本来自从2014年到2020年在加拿大。
结果和讨论:基于互作分析,我们证明之间的关系镰刀菌素物种和单端孢霉烯chemotype与样本,样本位置,小麦品种(六倍体和硬质小麦)的严重程度镰刀菌素受损的内核(FDK),积累也。结果表明,不同镰刀菌素物种在加拿大小麦种植地区存在;然而,f . graminearum是最常见的物种和3-ADON最常见的基因型。我们观察到增加3-ADON基因型的出现,特别是在西部草原地区。我们的数据提供了重要的信息在特殊结构的趋势镰刀菌素物种和是否能够帮助疾病综合管理的实施策略来控制这种毁灭性疾病的不利影响。
介绍
小麦是世界上种植最广泛的谷类作物,对全球粮食安全的主要因素(Shiferaw et al ., 2013)。在加拿大,小麦播种在大约2500万英亩,每年产量约3500万吨粮食,使加拿大成为世界上最大的小麦生产国。重要的粮食生产和产量来满足不断增长的人口的粮食需求;然而,害虫和微生物病原体会影响小麦产量,导致产量损失和减少市场(菲格罗亚et al ., 2018)。30多个害虫和病原体已报告在小麦、镰刀菌素头枯萎病(FHB)最不利于小麦产量和质量在加拿大在过去的三十年里吉尔伯特和Tekauz, 2000年;西蒙et al ., 2021)。
FHB属于属是由真菌引起的镰刀菌素和疾病开始在小麦开花(开花期)(2009年,)。感染的真菌通常开始在小麦头或耳朵,导致褐色变色底部受感染的颖片,随着疾病的进展通过脊柱相邻的小穗,整个小麦头或耳朵可以成为过早增白或漂白(2009年,;布朗et al ., 2010)。许多内核从受感染的植物是不成熟的或者减少了大小和皱纹和白垩外观由于真菌菌丝体。通常,内核也含有真菌毒素是由真菌,如B型单端孢霉烯deoxynivalenol(唐),造成食品安全风险和监管食品(陈et al ., 2021)。损失FHB可以严重,尤其在流行,如2016年,加拿大的损失由于产量和减少霉菌毒素污染造成FHB被估计为10亿美元(道森,2016)。
虽然疾病症状在小麦植株相对容易识别,这种疾病本身可以由几种不同种类的引起的镰刀菌素,每个都有自己的疾病和真菌毒素概要文件。镰刀菌素物种如f . graminearum,f . avenaceum,f .湿疣,f . tricinctum,f . crookwellense(f . cerealis),f . culmorum,f . equiseti,f . pseudograminearum,f . langsethiae,f . sporotrichioides,f . poae都报道引起的症状通常与FHB (Beccari et al ., 2019;Valverde-Bogantes et al ., 2020)。在加拿大,的发生镰刀菌素物种不仅改变了几十年来还取决于天气条件在生长季节盛行。在1980年代,该物种通常与FHB有关镰刀菌素avenaceum,f .湿疣和f . sporotrichioides在马尼托巴省和萨斯喀彻温省,,这是普遍f . graminearum一般都是在加拿大东部和南部马尼托巴报道,但很少在萨斯喀彻温省或阿尔伯塔(清晰和帕特里克,1990)。然而,这些物种被认为是不那么咄咄逼人f . graminearum,导致严重下降,或感染疾病发生时种子的比例(Beccari et al ., 2019;Valverde-Bogantes et al ., 2020)。从那时起,已经有逐步脱离这些物种在加拿大西部和走向f . graminearum的主要原因,目前FHB在马尼托巴省,萨斯喀彻温省,阿尔伯塔省(凯利et al ., 2015;Valverde-Bogantes et al ., 2020)。同时,发病率也在逐渐增加自1980年代和1990年代,可能是因为更激进的基因型的出现f . graminearum能够比其他物种和品种(Walkowiak et al ., 2015;Valverde-Bogantes et al ., 2020)。
许多镰刀菌素物种是能够产生单端孢霉烯真菌毒素,但化学结构随其生产所需的生物合成基因的差异(木村et al ., 2007)。在加拿大是最常见的单端孢霉烯发现但其他人不可以生产,如nivalenol (18), NX, T2和H-T2 (木村et al ., 2007;巴尔加et al ., 2015)。然而,一些物种,例如f . avenaceum,缺乏生物合成基因和不产生单端孢霉烯(Lysøe et al ., 2014)。单端孢霉烯生产的变化也发生在物种;例如,f . graminearum可以产生15-acetyldeoxynivalenol (15-ADON)或3-acetyldeoxynivalenol (3-ADON)根据等位基因生物合成基因的存在吗Tri8,它可以表达一种单端孢霉烯酯酶(供给亚历山大et al ., 2011)。而在这两种情况下,单端孢霉烯脱去乙酰基in-planta成为堂,15-ADON和3-ADON生产商不同的霉菌毒素表型,属于不同的单端孢霉烯是否会(凯利et al ., 2015)。之间的正相关关系f . graminearum人口(即基因。NA1 /钠)和单端孢霉烯chemotype,他们可以被认为是基因型,3-ADON生产商钠分子(主要成员)认为比15-ADON更激进的生产者(NA1主要成员)(沃德et al ., 2008;Walkowiak et al ., 2015;Oghenekaro et al ., 2021)。
疾病监测项目是至关重要的理解疾病和毒素的潜在FHB病原体,并装备农学家和植物育种者和减轻疾病所需的信息。扩大我们的监测工作,我们检查了个人镰刀菌素受损的内核(FDKs)来识别的物种和单端孢霉烯基因型镰刀菌素。传统识别过程涉及一个无菌隔离种植真菌和显微镜检查颜料以及纯培养的菌丝体和分生孢子的形态(Summerell和莱斯利,2006年)。然而,随着聚合酶链反应(PCR)和全基因组序列的可用性,快速开发并用于dna PCR方法镰刀菌素物种和单端孢霉烯基因型测定(尼科尔森et al ., 1998;特纳et al ., 1998;Waalwijk et al ., 2004;威尔逊et al ., 2004;Yli-Mattila et al ., 2004;Klemsdal和艾伦,2006;Nicolaisen et al ., 2009;尼尔森et al ., 2012;Khudhair et al ., 2014)。使用这些化验好的格式,我们进行dna测试55岁,444小麦籽粒783样本来自从2014年到2020年在加拿大。我们的调查提供了健壮的数据发生和病原体物种和基因型的频率导致FHB加拿大省和西部加拿大地区。
材料和方法
样本收集和质量评价
小麦样本收到作为加拿大谷物委员会的年度收获的一部分示例程序(CGC-HSP)。指令提供生产商带许多小样品的粮食在存储本灌装或卡车卸货准备一个大块样品约800 g。大部分样本清洗在卡特扣除试验机在视觉上检查供粮食检查员FDKs的存在。的严重程度镰刀菌素损坏,测量的质量比FDK样本(m / m),确定为每个示例使用的子约100 g。子样品是除以总试样获得使用该分频器,以避免偏见的子样品。样品的微量的FDK, FHB存在但严重程度低于0.01%,严重程度被记录为零,但FDK仍取样。所有单个FDK被孤立的样本的DNA测试,在大多数情况下,多个FDK分离从每个样本和测试。总的来说,55岁,444小麦籽粒783样本独立进行测试。
Deoxynivalenol测试
2018 - 2020年的样本,样本清洗在卡特扣除测试人员按照官方的一粒一粒分级指导加拿大委员会(加拿大谷物委员会,2021年)。该分频器是用来准备250±50 g的业者,当时地面Perten实验室轧机3100。样本增量采样获得50±0.1 g的试验部分。测试分析了部分不使用Neogen揭示问横向流设备和猛禽读者提供测试根据制造商的指示。简单地说,超高纯的水被添加到样本,混合物是动摇和一个整除离心机,紧随其后的是添加稀释剂和定量分析。结果低于检测极限(< 0.3毫克/公斤)记录为0毫克/公斤,而结果高于工作上限(> 6.0毫克/公斤)记录作为统计分析6.01毫克/公斤。
DNA提取FDK和高通量qPCR
FDK孤立于CGC-HSP受到孤立和高通量DNA定量PCR (HT-qPCR)的识别镰刀菌素物种和单端孢霉烯基因型,采取使用高通量分析定量PCR (HT-qPCR)。DNA提取的FDK小麦样品是前面描述的(佩里和李,2015年)。短暂,一夜之间,内核被浸泡在水中,然后在96孔板的地面使用Retsch混合机(30 Hz频率6分钟)。接下来,裂解缓冲(288毫米氯化钠,10毫米SDS 0.1%, 200毫米Tris-HCl (pH值7.5),25毫米EDTA)被添加到每个好吧,这是紧随其后的是额外的研磨(30 Hz频率1分钟)。样本然后离心机和上层清液结合异丙醇沉淀DNA,然后resuspended在洗脱缓冲(10毫米Tris-HCl, pH值7.5)。
DNA样本检测物种和基因型单端孢霉烯使用由豆类HT-qPCR SmartChip系统。HT-qPCR系统运行使用MyDesign格式样本计数为216。底漆面板由13标记特定于曾被报导过镰刀菌素物种或单端孢霉烯基因型(表1)。对于每一个样本,6.4µL DNA结合6.4µL罗氏2 x Lightcycler 480 SYBR绿色我主微量滴定板混合,混合和离心机。接下来,500海里的引物结合上述SYBR绿色主混合和添加到单独的井相同的微量滴定板。之后,按照制造商的说明(豆类),样品和分析被分发到5,184 nanowell反应芯片(SmartChip)使用multi-sample-nano-dispenser (MSND)其次是密封和加载到SmartCycler(豆类)使用协议:MyDesign_SYBR_GX_Protocol_RevD。导出数据进行进一步分析。
表1的引物序列镰刀菌素物种和阿东基因型用于这项研究。
数据分析
HT-qPCR缺失数据和数据过滤去除样本数据与Ct值大于32 (表1)。小麦样本来自安大略、魁北克和新布伦瑞克是结合形成一个群体,东部省份(图1)。由于没有具体的引物的目标f .湿疣,我们使用底漆f . avenaceum或f .湿疣或f . tricinctum作为一种间接检测f .湿疣(表1;Waalwijk et al ., 2004)。自f .湿疣检测是间接的,这些识别被认为是公认的。如果有一个积极的扩增的引物f . avenaceum底漆,它被认为是一个积极的冲击f . avenaceum,如果有一个积极的扩增的引物f . tricinctum底漆,它被认为是一个积极的冲击f . tricinctum。然而,如果有一个积极的非特异性引物捕捉只放大f . avenaceum或f .湿疣或f . tricinctum,它被认为是一个假定的打击f .湿疣。当检查阿东的基因型f . graminearum内核的数据子集f . graminearum的存在。
图1加拿大的地图。(一)从西方获得小麦样本(蓝色)和加拿大东部(黄金)。(B)大部分样本来自西方加拿大阿尔伯塔省,萨斯喀彻温省,马尼托巴省,被组织成不同的作物地区基于生长条件和地理位置。
数据分析、组织和统计数据是通过使用R版本4.1.2 (R核心团队,2022年)和R包dplyr (韦翰et al ., 2014),tidyr (韦翰,2017)、汽车(福克斯et al ., 2012),质量(里普利,2011),multcomp (Hothorn et al ., 2016)和emmeans (罗素2019)。数据可视化是通过使用R包ggplot2 (韦翰,2016),ggthemes (阿诺德,2019),ggpubr (Kassambara 2020),forcats (韦翰,2019),cowplot (Wilke 2019)和ggfortify (Horikoshi et al ., 2016)。数据分布是不正常(p < 0.05),非参数Shapiro-Wilk测试:测试执行。肯德尔的τ相关测试是用来确定物种存在与FDK严重程度的关系,这是由比例的FDK样本在质量的基础上(补充表1)。广义线性模型(GLM)被用来评估物种的存在,省和作物的地区。泊松分布与日志链接函数被用来适应模型,其次是单向方差分析(补充表2)。每个样本的物种多样性是由香农多样性指数使用R包微生物(拉赫蒂Shetty, 2017)。香农多样性指数(H)措施物种多样性在样本,通过检查样品中每一物种的比例(p我):
这个模型中,一个高价值的指数意味着更高的物种多样性,同时描述了低多样性较低的价值,和零表示样本中一个物种的存在。Wilcoxon等级和测试用于检查年,各省之间的区别。一个two-proportion z检验被用来比较不同阿东的比例在六倍体和硬质小麦基因型。
环境数据分析
来自曼尼托巴、萨斯喀彻温省,阿尔伯塔省的历史气象数据和作物西南部地区的萨斯喀彻温省公开数据库获得的来自加拿大环境气候变化在2014 - 2020个月,7月和8月(加拿大的环境和气候变化,2022年)。估计的总平均降雨量(P)为每个省和萨斯喀彻温省的作物西南区被各地气象站每年的7月和8月。
结果
小麦生长在加拿大西部和东部,主要向南部地区(图1一个);然而,大多数小麦产量发生在西加拿大阿尔伯塔省,萨斯喀彻温、马尼托巴(图1 b)。在加拿大我们采样的粮食,收集FDK,和测试镰刀菌素物种和f . graminearum单端孢霉烯HT-qPCR基因型频率。从2014年到2020年,在359到808的样品与FDK每年评估(表2)。总共7 783独特的样本测试;963是六倍体小麦,793人硬质小麦,27个小麦样品的小麦类是未知的。大部分的样品有多个FDK,几个内核从每个样本分别进行了测试镰刀菌素之间的物种和阿东基因型鉴定,1,247 - 11,763每年FDK测试(表2)。总的来说,55岁,444 FDK进行测试;923是六倍体小麦内核7 185 336硬质小麦内核,内核从小麦样品中类是未知的。
表2小麦样品和总数镰刀菌素受损的内核(FDK)为每个测试,评估和中位数FHB严重性(% m / m),意思是(毫克/公斤)小麦样品测试CGC-HSP从2018 - 2020。
f . graminearum是主要的因果代理的FDK小麦在加拿大
而有一些变化镰刀菌素物种多年来,主要的物种被检测到f . graminearum(图2一个;81%)。每年75.31%至94.79%的FDK测试的存在f . graminearum¸水平降低的f . graminearum在2016年被观察到。奇怪的是,这也是一个流行年FHB高发病率和严重程度的报道(表2)(道森,2016)。第二个最常见的物种被检测到f . avenaceum(10.39%),紧随其后的是f .湿疣(5.18%)。这些物种也常发现在2016年,物种多样性最高,即有最大数量的独特的物种(图2 a, B;香农多样性指数= 0.813)。最近一些年(2018 - 2020),曾有利于疾病的环境条件,低于2016年的最高水平f . graminearum在样品和最低的物种多样性(图2 a, B;p < 0.005, Wilcoxon等级和测试)。
图2相对丰度和物种的多样性镰刀菌素物种在加拿大从2014 - 2016,2018 - 2020。(一)相对丰度不同的镰刀菌素种镰刀菌素破坏内核(n)。(B)物种多样性的不同镰刀菌素物种在小麦样品FDK (n)。(C)相对丰度不同的镰刀菌素种镰刀菌素破坏内核(n)加拿大省份。(D)相对丰度不同的镰刀菌素种镰刀菌素破坏内核(n)在加拿大的省份。相对丰富的比例菌种积极qPCR测试结果的总积极的测试结果。星号(*)表示假定的f .湿疣。物种多样性是香农多样性指数的基础上,为每个样本比例的物种。
镰刀菌素在加拿大各省种类也不同。最明显的物种组成上的差异是阿尔伯塔省,46.2%的样本f . graminearum(图2 c)。在阿尔伯塔省,我们观察到增加物种多样性(香农多样性指数= 1.308),占29.9%f . avenaceum,16.23%的f .湿疣(假定的),3.58%f . culmorum,2.76%的f . poae(图2 c)。这种模式的减少f . graminearum在阿尔伯塔省是一致的所有年(图3一)和作物地区(补充图1),导致更高的物种多样性(图3 b,补充图2)。高样本数量和多样性阿尔伯塔在2016年可能是部分负责观察以外的物种f . graminearum在2016年(图2一个)。作为一个流行,在环境条件有利于感染,疾病可能会淹没植物,从而让更多的机会在该地区的其他物种造成感染。与阿尔伯塔省,曼尼托巴的比例最高f . graminearum在90.02% (图2 c),这种模式是一致的大部分地区年(图3 c)和大多数农作物区(补充图1),导致物种多样性最低的(图3 c,补充图2;香农多样性指数= 0.473)。从历史上看,马尼托巴省也FHB发生率较高;这可能部分由于攻击性f . graminearum,这是最常见的在马尼托巴省,结合增加水分条件相对于阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西南部。当作物地区内的更密切,我们观察到的一些作物萨斯喀彻温省西南部地区,如4、4 b, 30亿年,3 b的水平低得多f . graminearum类似于阿尔伯塔省,也分享相似的成长环境(补充图1;补充图2)。
图3相对丰度在内核和物种多样性小麦样品镰刀菌素物种在加拿大西部省份各年。(一)相对丰度和物种的多样性镰刀菌素物种在阿尔伯塔省。(B)相对丰度和物种的多样性镰刀菌素物种在萨斯喀彻温省。(C)相对丰度和物种的多样性镰刀菌素物种在马尼托巴省。星号(*)表示假定的f .湿疣。
虽然总体水平较低(< 1%的FDK分析),我们确实发现了一些最常见的原因的FDK,等f . langsethiae,f . equiseti,f . pseudograminearum,f . crookwellense,f . tricinctum,f . sporotrichioides,但我们的研究结果表明,这些都不是常见的加拿大小麦谷物(图2 a, C)。许多其他物种被发现在加拿大东部省份,以及阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省的部分地区,这可能导致更广泛的多样性中观察到这些样品图2 b, D,补充图2)。
总之,多样性可能观察到每年植根于许多因素的组合,包括主机的总体发病率和健康植物、地理位置和以前的培养液的水平,环境条件的建立和疾病的进展,遗传学和水平的抗性品种的增加,和其他农场疾病管理实践(吉尔伯特和哈伯,2013年)。而f . graminearum仍然是占主导地位的物种在大多数地区增长,其他物种继续在环境中持续存在。
霉菌毒素积累和单端孢霉烯基因型的变化
样本CGC-HSP调查从2018年到2020年,其中包含内核,阳性的不同镰刀菌素物种也分析并积累。同时与年平均浓度一般较低,不不浓度的样品测试在这项研究中,从0.43到0.74毫克/公斤(表2),我们观察到的差异,并基于浓度镰刀菌素我们发现的物种在样例(图4)。平均而言,包含样品f . graminearum唐的最大浓度,其次是其他已知的单端孢霉烯生产商,如f . sporotrichioides和f . culmorum(木村et al ., 2007)。样本包含物种不知道生产单端孢霉烯等f . avenaceum,的浓度低得多(图4)(Lysøe et al ., 2014)。然而,胀大的样本通常包含几个FDK,包括那些被其他物种感染,产生不;因此,许多这些样品仍然检测出了堂。
图4指也(毫克/公斤)检测,从CGC-HSP不同镰刀菌素物种出现在小麦样品。星号(*)表示假定的f .湿疣。
内核包含f . graminearum还测试了使用HT-qPCR来确定他们属于15-ADON或3-ADON基因型(图5)。一般来说,不同的基因型在每个样品的比例位置,农作物区在马尼托巴省和萨斯喀彻温省有3-ADON的优势基因型(图5)。隔离产生3-ADON曾被报导过,平均而言,比那些更积极生产15-ADON和可能完胜其他隔离随着人口生产3-ADON扩大向西(沃德et al ., 2008;Walkowiak et al ., 2015)。我们观察到一个趋势,样品测试呈阳性的比例15-ADON拒绝在我们的测试期间,尤其是在阿尔伯塔省,萨斯喀彻温省,加拿大东部(图6)。这是会见了样品检测呈阳性的数量相应增加3-ADON基因型(图6)。然而,我们观察到15-ADON基因型是最主要在加拿大东部阿东基因型(图6)。鉴于3-ADON基因型在加拿大东部已经存在了十年,可能是遗传的人口之间的相关性f . graminearum基因型和单端孢霉烯更平衡和病原体之间的相互作用,更广泛的主机作物和环境是导致种群动态之间是否会(沃德et al ., 2008;吉尔伯特et al ., 2014)。许多样本包含了内核,要么阿东阳性基因型(52.55%),表明这两个是否都在同一领域常常共存;然而,只有3.6%的FDK内核两阿东阳性基因型进行分析,表明而存在,一个可能是控制在给定的植物/内核(图5,6)。一般来说,在感染的严重程度没有区别的样品和数量的检测与阿东基因型(s)在FDK样本(图7)。
图5阿东基因型所占比例在每个样本被西方加拿大农作物区。每个竖线代表一个样本,多个FDK进行测试。样品相应的作物地区在阿尔伯塔省(左上),马尼托巴(右上角),和萨斯喀彻温省(底部)包含内核15-ADON阳性(蓝色),3-ADON(红色),或两个基因型(黄色)。
图6的比例不同的单端孢霉烯基因型小麦籽粒中跨年。内核测试呈阳性的比例15-ADON(上),3-ADON(中间),或两者兼而有之(底部)(一)六倍体小麦和(B)硬质小麦。
图7FHB严重程度和水平与内核测试样本阳性阿东基因型不同。盒子代表四分位范围(差;25%百分位值,75%百分位),胡须代表边界内的最高和最低值1.5×差,和盒子上的圆点,须情节意味着离群值。(一)FHB严重程度(%)为样本包含内核测试呈阳性或阿东基因型。(B)(毫克/公斤)不包含内核测试呈阳性的样本或两种基因型。
的差异镰刀菌素物种和阿东基因型六倍体和硬质小麦之间
而六倍体小麦生长在加拿大西部和东部省份,硬质小麦主要生长在阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西南部的干旱地区。结果,有一个因素可能导致的组合镰刀菌素物种和阿东基因型分布、疾病发生率和严重程度,并积累。一般来说,更高f . graminearum硬质小麦水平六倍体小麦相比,特别是在2015年和2016年,水平较高的f . avenaceum和f . accuminatum硬质小麦(图8)。这可能部分解释水平的增加这些物种在阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西南部,硬质的主要产区(图2;补充图1)。这也可能部分解释观察到的物种除了水平f . graminearum2016年,FHB流行年加拿大(图3)。目前还不清楚为什么硬质小麦更高水平的物种以外f . graminearum相比六倍体小麦。而硬质小麦是比六倍体小麦更容易受FHB,不同环境真菌物种的生长条件和培养液水平在这些地区可能在疾病发病率也有作用海丽et al ., 2019)。培养液水平从先前的作物,如豌豆和扁豆,硬质小麦主要种植地区的可能贡献的高变异镰刀菌素物种的高水平镰刀菌素avenaceum。f . avenaceum是根腐病的主要因果代理疾病在加拿大西部(豌豆和小扁豆查特顿et al ., 2019)。
图8相对丰度和多样性镰刀菌素物种(一)六倍体和(B)硬质小麦跨年。星号(*)表示假定的f .湿疣。
此前,有报道称f . graminearum阿东基因型对攻击性产生影响对硬质和六倍体小麦,其中3-ADON更激进的六倍体小麦基因型,和15-ADON硬质小麦基因型是更积极的(阮et al ., 2021)。我们观察到六倍体小麦更高比例的3-ADON比硬质小麦基因型(p < 0.05,两个示例比例z检验),和硬质小麦更高比例的15-ADON比六倍体小麦基因型(p < 0.05,两个示例比例z检验)。然而,我们的研究结果表明,没有区别FHB水平的严重程度之间的样本中含有一种或两种阿东基因型对六倍体小麦或硬质小麦(图7)。我们假设阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西南部,日益增长的地区种植硬质的地区,仍接受病原体人口转向钠人口(主要是3-ADON生产商)。支持时间转变,六倍体小麦和硬质小麦,我们看到增加的水平3-ADON基因型在样本年(图6)。可能孤立棕熊对品种和物种的差异存在,但这可能很难解析时环境和培养液水平也有所不同。我们做一个区别观察是FHB严重性和不增加硬质小麦相对于六倍体小麦、支持抵抗已知的差距存在于硬质小麦,我们观察似乎是独立的阿东基因型(p < 0.05;两个示例比例z测试)(图7)。然而,从育种和疾病管理的角度来看,具体品种感染可能存在差异,应该继续探索。
讨论
病原体和疾病不断在变化的压力随着新物种和品种出现,田间管理实践变化,新的品种注册,和气候变化。FHB谷物是一个重要的疾病,影响籽粒产量、质量和食品安全。我们的研究提供了一个健壮的前景的现状镰刀菌素这一重要疾病的物种和chemotype分布在加拿大跨年和地点/环境(图1;补充表S3,补充图3)。
在1980年代,FHB很少被观察到,但是当它是物种等f . avenaceum,f .湿疣,f . sporotrichioides更频繁地报道,最终转向f . graminearum(清晰和帕特里克,1990;Turkington et al ., 2011)。在阿尔伯塔省,f . graminearum仍然少见,甚至到2000年代(Turkington et al ., 2011)。我们报告的主要物种现在发现所有加拿大增长区域,包括阿尔伯塔省,是f . graminearum。然而,其他物种仍然普遍在加拿大和物种多样性在阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西南部最大的。这些物种不是新到加拿大,可以通过文化集合在加拿大谷物委员会以及国家收集加拿大加拿大农业及农业食品部(DAOM)。
更大的物种多样性在阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西南部是有趣和很可能由于若干因素的组合。从历史上看,这些领域经验较少FHB发病率,尤其是相对于马尼托巴省;这可能推迟的转向更高的发病率f . graminearum。减少疾病在这些领域可能在某种程度上,由于较低的降水,由于增加水分和湿度是主要贡献者FHB (补充表3,补充图3)(2009年,)。自从FHB严重性较低在这些领域,也喜欢硬质小麦的生产,这是通常比六倍体小麦更容易受到感染。目前最常见的品种为六倍体和硬质小麦生长在加拿大AAC布兰登(中度耐FHB)和超越(比较容易FHB),分别为(加拿大谷物委员会,2021 b)。我们还观察到的增加镰刀菌素物种多样性在硬质小麦相比,六倍体小麦,但这也可能是由于不断增长的位置和培养液的可用性。
而言,f . graminearum阿东基因型,我们观察到的趋势继续转向3-ADON基因型,目前最主要的阿东基因型在加拿大西部,虽然15-ADON基因型在加拿大东部更常见。而发生3-ADON基因型越来越多,我们没有观察到相应增加FHB严重性或与3-ADON基因型有关。注意,其他单端孢霉烯没有测试在这项研究中,因为他们很少联系在一起f . graminearum,不也一样丰富的加拿大小麦。此前,报道表明,隔离,产生3-ADON更积极和产生更多的单端孢霉烯在足底;然而,我们的研究结果表明,这可能并非如此,当平均在许多领域环境/位置,年,品种(补充图3,4;补充表3、4)(Walkowiak et al ., 2015;阮et al ., 2021)。这表明可能有特定的宿主基因型由病原体基因环境交互作用,导致疾病和毒素生产情况具体差异,需要进一步调查。
我们的研究能够独特的研究大量的样本使用pcr方法。我们使用的方法优于传统的基于显微镜和形态学方法的成本和吞吐量。然而,如我们的大规模研究中,可能出现的可能性也存在错误的引物特异性或DNA质量。尽管我们的研究提供支持之前报道的趋势水平的增加f . graminearum和3-ADON chemotype,同样重要的是,要补充这些基因型的研究与其他验证研究。这可能是特别重要的一些物种,如f . langsethiae,只发现几FDK 55, 444测试,以及f .湿疣我们执行间接假定的识别。
总之,很可能每年我们观察到的物种和chemotype多样性和位置是根植于许多因素的组合,包括总体发病率和寄主植物的健康,培养液的水平,环境条件的建立和疾病的进展,遗传学和水平的抗性品种的增加,和其他农场疾病管理实践(吉尔伯特和哈伯,2013年)。而降低湿度和降水在一些地区可能延迟物种和是否会变化,这些变化似乎正在进行。在年降水量高,也广泛流行的可能性,如2016年(补充图3;补充表3)。因此谨慎的继续开发新的品种,对最新的病原体。疾病监测和有针对性的研究病原体的因素变化是重要的装备生产商,农学家,疾病管理和育种者的最新目标,尤其是在加剧的背景下,农业和气候变化。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料。进一步调查可以直接到相应的作者。
作者的贡献
JB、助教和TC进行技术试验和正式的分析。KP贡献数据和执行手稿编辑。圣、MH NG, SK S-JL,英国石油公司提供了技术支持和执行手稿编辑。TC和SW原稿草案和可视化。TG和SW设计项目和项目监督执行。所有作者的文章和批准提交的版本。
确认
我们要感谢所有辛勤工作涉及到的人所收获的示例程序,检验服务部门的加拿大谷物委员会,分析服务单位在谷物研究实验室,和生产者参与项目。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
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关键词:镰刀菌素、小麦、deoxynivalenol(唐),chemotype qPCR、谷物
引用:Bamforth J,下巴T,阿什法克T, Gamage NW, Pleskach K, Tittlemier SA Henriquez MA Kurera年代,李S J, Patel B, Grafenhan T和Walkowiak年代(2022)的调查镰刀菌素物种和阿东在加拿大小麦基因型谷物。前面。真菌生物。3:1062444。doi: 10.3389 / ffunb.2022.1062444
收到:2022年10月05;接受:2022年11月17日;
发表:2022年12月02。
编辑:
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*通信:肖恩·Walkowiaksean.walkowiak@grainscanada.gc.ca;汤姆Grafenhan,tom.graefenhan@uni-wuerzburg.de
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