Finland
April 12, 2010
Finnish barley cultivars have a relatively high resistance to net blotch, the most common plant disease found in barley in Finland. However, an increase in the sexual reproduction of the pathogen could make the situation much worse in the future.
Marja Jalli, Research Scientist at MTT Agrifood Research Finland, describes a method for assessing the virulence of net blotch in greenhouse conditions in her doctoral dissertation. The dissertation reveals that the virulence of the Finnish net blotch pathogen population has changed very little in the last 15 years.
"Novel Finnish quantitatively resistant barley cultivars are relatively kind to the disease. If the barley showed higher specific resistance, the pathogen would also have to grow stronger", Ms Jalli explains.
Net blotch can cause major crop losses
Net blotch produces netlike symptoms on barley leaves. The disease destroys chlorophyll and reduces the plant's leaf area. At worst, a severe net blotch infection can cause crop losses of up to 30 percent. In its current form, however, the disease can be managed.
In Finland, the ascomycete that causes net blotch disease (Pyrenophora teres Drechs.) mostly reproduces asexually by means of spores. The pathogen is also capable of sexual reproduction, which is known to happen to some extent.
Sexual reproduction changes virulence
The doctoral dissertation was based on populations of approximately 240 net blotch isolates collected from barley grown in different parts of Finland between 1994 and 2007. Ms Jalli studied the effects of sexual reproduction on net blotch virulence in laboratory conditions. The results were surprising.
"By crossing two net blotch isolates that were both unable to overcome the resistance of barley, we managed to produce progeny isolates that were able to cause symptoms even in barley plants that had previously been fully resistant to the disease", Ms Jalli explains.
In the future, the sexual reproduction of the pathogen is expected to also increase in field conditions, as climate change and the increasing popularity of low-tillage cultivation and specialisation in barley monoculture are making conditions more favourable to the disease.
Breeding should not focus on just one gene
The virulence of net blotch is not the product of a single gene alone but a much more complex hereditary process. Ms Jalli believes that resistance breeding should therefore not focus on just one factor.
"Efforts should be made to also introduce new resistance factors to barley cultivars during breeding. The genomes of barley landraces and wild barley, for example, are hoped to prove useful in this respect", she explains.
The barley cultivars discussed in the doctoral dissertation were also found to contain elements that were highly resistant to net blotch and that have not been previously used in resistance breeding.
Benchmarks for international research
Net blotch has previously mostly pestered barley cultivars grown in northern climates. In recent years, however, interest in the pathogen has begun to also increase in other latitudes.
Ms Jalli's doctoral dissertation specifies nine different barley cultivars that were selected in cooperation with international research scientists and that can be used as benchmarks for reliably measuring the virulence of net blotch across the globe.
The doctoral dissertation 'The virulence of Finnish Pyrenophora teres f. teres isolates and its implications for resistance breeding' by Ms Marja Jalli, M.Sc. (Agriculture and Forestry), will be examined at the University of Helsinki at 12 noon on 23 April 2010. Professor Andrej Tekauz from the Agriculture and Agri-Food Canada research centre will act as the opponent, and Professor Minna Pirhonen from the University of Helsinki will act as the custodian.
Pariutuminen tekisi verkkolaikusta vaarallisen
Suomessa viljeltävät ohralajikkeet ovat kohtalaisen vastustuskykyisiä ohran yleisintä kasvitautia verkkolaikkua vastaan. Taudinaiheuttajan suvullisen lisääntymisen yleistyminen voi kuitenkin vaikeuttaa tilannetta tulevaisuudessa.
Tutkija Marja Jalli MTT:stä kehitti väitöstutkimuksessaan kasvihuoneeseen soveltuvan testimenetelmän verkkolaikun virulenssin eli taudinaiheuttamiskyvyn mittaamiseksi. Hän havaitsi, että täkäläisen verkkolaikkupopulaation virulenssi ei ole juuri muuttunut viimeisten 15 vuoden aikana.
- Suomessa käytetyt ohralajikkeet ovat taudille melko suopeita. Jos ohralla esiintyisi erittäin vahvaa resistenssiä eli vastustuskykyä, myös taudinaiheuttajan olisi pakko muuntua vahvemmaksi, Jalli selvittää.
Tauti voi aiheuttaa suuria sadonmenetyksiä
Verkkolaikku näkyy ohran lehdillä verkkomaisena kasvustona. Tauti tappaa lehtivihreäsolukon ja pienentää siten ohran lehtialaa. Voimakas verkkolaikkutartunta voi pahimmillaan aiheuttaa jopa 30 prosentin sadonmenetyksiä. Nykyisellään tauti on kuitenkin hallittavissa.
Verkkolaikkua aiheuttava kotelosieni (Pyrenophora teres Drechs) lisääntyy Suomen pelloilla enimmäkseen suvuttomasti itiöiden välityksellä. Taudinaiheuttaja kykenee myös suvulliseen lisääntymiseen, ja sitä tiedetään esiintyvän pelto-oloissa jonkin verran.
Suvullinen lisääntyminen vahvisti virulenssia
Väitöstutkimuksen aineistona oli noin 240 verkkolaikkuisolaattia eli yksilöä, jotka oli kerätty eri puolilla Suomea kasvaneista ohrista vuosina 1994-2007. Jalli testasi laboratoriossa, miten verkkolaikun virulenssi muuntuu niiden lisääntyessä suvullisesti. Tulokset yllättivät tutkijan.
- Kun risteytettiin kaksi verkkolaikkuyksilöä, joista kumpikaan ei pystynyt murtamaan ohran resistenssiä, niin niiden jälkeläiset pystyivät aiheuttamaan taudin jopa sellaisille ohrille, jotka aiemmin olivat sille täysin vastustuskykyisiä, Jalli kuvailee.
Tulevaisuudessa taudinaiheuttajan suvullisen lisääntymisen odotetaan yleistyvän myös pelloilla, sillä ilmastonmuutos sekä kevennetyn muokkauksen lisääntyminen ja viljelyn yksipuolistuminen muokkaavat olosuhteita sille aiempaa otollisemmiksi.
Jalostusta ei kannata hirttää yhden korren varaan
Verkkolaikun virulenssi ei ole yhden geenin aikaansaama ominaisuus, vaan huomattavasti monimutkaisempi perinnöllinen prosessi. Jalli toteaa, että ohran taudinkestävyysjalostuksessa ei tämän takia kannata nojata vain yhden tekijän varaan.
- Ohralajikkeistoon on jalostuksessa hyvä syöttää myös uutta resistenssiä. Taudinkestävyyttä haetaan paljon esimerkiksi maatiais- ja villiohrien perimästä, hän kertoo.
Myös väitöstutkimuksen kokeissa käytetyistä ohrista löytyi verkkolaikkua hyvin kestävää materiaalia, jota ei ole aiemmin käytetty kestävyysjalostuksessa.
Mittariohrat kansainväliseen käyttöön
Verkkolaikku on tähän asti ollut ensisijassa pohjoisten kasvuolosuhteiden kasvitauti. Viime vuosina kiinnostus sitä kohtaan on kasvanut myös muilla leveysasteilla.
Jallin väitöstutkimuksessa määritettiin kansainvälisessä yhteistyössä yhdeksän erilaista ohraa, joiden avulla verkkolaikun virulenssia voidaan mitata luotettavasti eri puolilla maailmaa.
MMM Marja Jallin väitöskirja "The virulence of Finnish Pyrenophora teres f. teres isolates and its implications for resistance breeding" tarkastetaan Helsingin yliopistossa 23.4.2010 klo 12. Vastaväittäjänä toimii professori Andrej Tekauz Agriculture and Agri-Food Canada -tutkimuslaitoksesta ja kustoksena on professori Minna Pirhonen Helsingin yliopistosta.
Parning skulle göra bladfläcksjukan farlig
De i Finland odlade kornarterna är ganska motståndskraftiga mot kornets vanligaste växtsjukdom, bladfläcksjukan. Emellertid, om sjukdomsalstrarens könliga förökning blir vanligare, kan det försvåra situationen i framtiden.
Forskaren Marja Jalli vid MTT utvecklade i sin avhandlingsundersökning en för växthusanvändning lämpad testmetod för mätning av bladfläcksjukans virulens, dvs. förmåga att orsaka sjukdom. Hon upptäckte att virulensen hos den patogena populationen av bladfläcksjuka inte har förändrats under de senaste 15 åren.
- Nya finska kvantitativt resistenta kornarter är ganska tillmötesgående mot sjukdomen. Om kornet skulle uppvisa en specifik resistens, dvs. motståndskraft, tvingas också sjukdomsalstraren bli kraftigare, klargör Jalli.
Sjukdomen kan orsaka stora skördeförluster
Bladfläcksjukan visar sig som en nätformig påväxt på kornets blad. Sjukdomen dödar klorofyllcellerna och minskar på så sätt kornets bladyta. En kraftig smitta av bladfläcksjuka kan som värst orsaka att upp till 30 procent av skörden förloras. För närvarande kan sjukdomen dock kontrolleras.
På Finlands åkrar förökar sig sporsäcksvampen (Pyrenophora teres Drechs), som orsakar bladfläcksjuka, främst könlöst genom conidia. Sjukdomsalstraren har också förmåga till könlig förökning, och man vet att sådan förekommer i viss mån på åkrarna.
Könlig förökning förstärkte virulensen
Som material för avhandlingsundersökningen fanns cirka 240 isolat, dvs. individer, av bladfläcksjuka, som hade samlats in från korn som växte på olika håll i Finland under åren 1994-2007. Jalli testade i laboratorium, hur bladfläcksjukans virulens förändras vid könlig förökning. Forskaren blev överraskad av resultaten.
- När man korsade två individer av bladfläcksjuka, av vilka ingendera kunde bryta kornets resistens, kunde deras avkommor orsaka sjukdomen till och med på sådana kornarter, som tidigare hade fullständig motståndskraft mot sjukdomen, beskriver Jalli.
I framtiden förväntas sjukdomsalstrarens könliga förökning bli vanligare även på åkrarna, eftersom klimatförändringen, den lättare jordbearbetningen som blir allt vanligare och en ensidigare odling förändrar förhållandena så att de blir mer gynnsamma för detta förökningssätt än tidigare.
Förädling bör inte hänga på ett strå
Bladfläcksjukans virulens är ingen egenskap som åstadkoms av en gen, utan det är en betydligt mer komplicerad ärftlig process. Jalli konstaterar att vid förädling med tanke på motståndskraft mot sjukdomar bör man inte förlita sig på enbart en faktor.
- Det är också lämpligt att tillföra ny resistens till kornsortimentet vid förädling. Mycket av resistensen mot sjukdomar hittar man till exempel bland genotyper från allmoge- och vildkorn, berättar hon.
Även bland proverna från avhandlingsundersökningen hittade man material som tål bladfläcksjukan väl, sådant material som inte tidigare har använts vid resistensförädling.
Korn för mätändamål för internationellt bruk
Bladfläcksjukan har hittills främst varit en växtsjukdom som förekommit under nordiska växtförhållanden. Under de senaste åren har intresset för sjukdomen vuxit även på andra breddgrader.
I Jallis avhandlingsundersökning fastställde man i internationellt samarbete nio olika arter av korn, med vars hjälp bladfläcksjukans virulens kan mätas på olika håll i världen.
Avhandlingen av AFM Marja Jalli, "The virulence of Finnish Pyrenophora teres f. teres isolates and its implications for resistance breeding", granskas vid Helsingfors universitet 23.4.2010 kl. 12. Opponent är professor Andrej Tekauz från forskningsinstitutet Agriculture and Agri-Food Canada och kustos är professor Minna Pirhonen från Helsingfors universitet.
Topics
Species
