A fungus Pyrenophora tritici-repentis induces tan spot of wheat which is a foliar disease that causes yield loss to wheat crops worldwide. In this study, a new, simple and non-costly technique was performed to produce the sexual stage of this fungus in culture, within 9 weeks using wheat straw. This protocol will be helpful to researchers studying the biology of sexual stage development, disease epidemiology and genetics of this fungus.
Min-Hye Jeong;Eu Ddeum Choi;Seol-Hwa Jang;Sang-Min Kim;Sook-Young Park
The Korean Journal of Mycology
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v.51
no.4
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pp.277-286
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2023
Tan spot, caused by Pyrenophora tritici-repentis, is a major foliar disease in wheat worldwide. In April 2021, tan spot symptoms were observed in a commercial wheat field in Suncheon, Jeonnam Province, Korea, with over 5% of the wheat leaves exhibiting symptoms. These symptoms included oval-shaped tan necrosis surrounded by a bright halo. The three representative isolates exhibited irregular mycelial growth on V8-potato dextrose agar and produced pseudothecia. Based on the concatenated sequence datasets of four multi-genes, including the internal transcribed spacer, large subunit ribosomal RNA, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, and RNA polymerase II second-largest subunit genes, phylogenetic analysis revealed that these three isolates clustered in the same clade as P. tritici-repentis. Results of pathogenicity test indicated that the initial symptoms appeared 5 days post-inoculation (dpi), with typical tan spot symptoms developing at 7 dpi. The pathogen was successfully re-isolated from the symptomatic tissues, thus fulfilling Koch's postulates. Furthermore, we selected three fungicides that effectively inhibited the mycelial growth of P. tritici-repentis by more than 90% in vitro. To the best of our knowledge, this is the first report of tan spot disease in wheat in Korea.
Tan spot caused by the fungus Pyrenophora triticir-repentis is a serious disease of wheat, which is on increase in recent years in Mediterranean region. In the field this fungus produces a diamond-shaped necrotic lesions with a yellow halo on wheat foliage. The objective of this study was to characterize and compare several monospore isolates of P. tritici-repentis collected from different infected wheat fields in various locations of Algeria, and find the morphological differences between them, if any. The results revealed wide morphologically variation among the isolates based on colony colors and texture, mycelial radial growth and conidial size.
Prevalence of tan spot of wheat caused by the fungus Pyrenophora tritici-repentis has become more prevalent in Oklahoma as no-till cultivation in wheat has increased. Hence, developing wheat varieties resistant to tan spot has been emphasized, and selecting pathogen isolates to screen for resistance to this disease is critical. Twelve isolates of P. tritici-repentis were used to inoculate 11 wheat cultivars in a greenhouse study in splitplot experiments. Virulence of isolates and cultivar resistance were measured in percent leaf area infection for all possible isolate x cultivar interactions. Isolates differed significantly (P < 0.01) in virulence on wheat cultivars, and cultivars differed significantly in disease reaction to isolates. Increased virulence of isolates detected increased variability in cultivar response (percent leaf area infection) (r = 0.56, P < 0.05) while increased susceptibility in cultivars detected increased variance in virulence of the isolates (r = 0.76, P < 0.01). A significant isolate × cultivar interaction indicated specificity between isolates and cultivars, however, cluster analysis indicated low to moderate physiological specialization. Similarity in wheat cultivars in response to pathogen isolates also was determined by cluster analysis. The use of diverse isolates of the fungus would facilitate evaluation of resistance in wheat cultivars to tan spot.
Alternative hosts increase the difficulty of disease management in crops because these alternate hosts provide additional sources of primary inoculum or refuges for diversity in the pathogen gene pool. Agropyron cristatum (crested wheatgrass), Bromus inermis (smooth bromegrass), Pascopyrum smithii (western wheatgrass), Stipa viridula (green needlegrass), and Thinopyrum intermedium (intermediate wheatgrass), commonly identified in range, prairie, verge, and soil reclamation habitats, serve as additional hosts for Pyrenophora tritici-repentis, the cause of tan spot in wheat (Triticum aestivum L.). A. cristatum (five lines), B. inermis (seven lines), P. smithii (four lines), S. viridula (two lines), and T. intermedium (six lines) were tested for their reactions to 30 representative P. tritici-repentis isolates from races 1-5. Plants were grown until the two-three-leaf stage in a greenhouse, inoculated individually with the 30 isolates, held at high humidity for 24 h, and rated after 7 days. All lines developed lesion types 1-2 (resistant) based on a 1-5 rating scale. Also, leaves from an additional plant set were infiltrated with two host selective toxins, Ptr ToxA as a pure preparation and Ptr ToxB as a dilute crude culture filtrate. All lines were insensitive to the toxins. Results indicate that these grass hosts have a limited or nonsignificant role in tan spot epidemiology on wheat in the northern Great Plains. Additionally, the resistant reactions demonstrated by the grass species in this research indicate the presence of resistance genes that can be valuable to wheat breeding programs for improving wheat resistance to P. tritici-repentis.
Tan spot of wheat, caused by Pyrenophora tritici-repentis (Ptr), results in a yield loss through chlorosis and necrosis of healthy leaf tissue. The major objective of this study was to compare gene expression in resistant and susceptible wheat cultivars after infection with Ptr ToxA-producing race 2 and direct infiltration with Ptr ToxA proteins. Greenhouse experiments included exposure of the wheat cultivars to pathogen inoculum or direct infiltration of leaf tissue with Ptr-ToxA protein isolate. Samples from the experiments were subjected to RNA sequencing. Results showed that ToxA RNA sequences were first detected in samples collected eight hours after treatments indicating that upon Ptr contact with wheat tissue, Ptr started expressing ToxA. The resistant wheat cultivar, in response to Ptr inoculum, expressed genes associated with plant resistance responses that were not expressed in the susceptible cultivar; genes of interest included five chitinases, eight transporters, five pathogen-detecting receptors, and multiple classes of signaling factors. Resistant and susceptible wheat cultivars therefore differed in their response in the expression of genes that encode chitinases, transporters, wall-associated kinases, permeases, and wound-induced proteins, among others. Plants exposed to Ptr inoculum expressed transcription factors, kinases, receptors, and peroxidases, which are not expressed as highly in the control samples or samples infiltrated with ToxA. Several of the differentially expressed genes between cultivars were found in the Ptr resistance QTLs on chromosomes 1A, 2D, 3B, and 5A. Future studies should elucidate the specific roles these genes play in the wheat response to Ptr.
Pyrenophoratritici-repentis is the causal agent of tan spot. According to their ability to produce necrosis and/or chlorosis on a set of four differential bread wheats, the isolates of this fungus are currently grouped into eight races. When durum wheat genotypes were added to the differential set, a new virulence type was identified in Algeria. The isolates showing this virulence pattern are unable to attack bread wheat while they cause necrosis in durum genotypes. In this work, characterization of those isolates was based on pathological and molecular aspects. This included inoculation of bread and durum wheat, and virulence gene analysis using PCR and sequencing. The results showed that all isolates caused a resistance on all bread wheats of the differential set, while they produced necrosis in durum. ToxA and ToxB genes were amplified in all isolates, whereas toxb was absent. Sequence analysis for both genes showed no differences with those found in the two functional genes. The presence of two genes, ToxA and ToxB, despite the absence of symptoms usually caused by their products, suggests the existence of a new homologous for these two genes yet unknown. The presence of ToxA in the isolate unable to produce necrosis in Glenlea is reported for the first time.
Tan spot, caused by the fungus Pyrenophora tritici-repentis, is economically important foliar disease in Latvia, Lithuania, and Romania; however, race structure from Baltic States and Romania is not known. In this study, we performed genotypic and phenotypic race characterization of a large collection of P. tritici-repentis isolates from these countries to determine race structure and utilize this information for better disease management and breeding wheat for tan spot resistance. We characterized 231 single spore isolates from Latvia (n = 15), Lithuania (n = 107), and Romania (n = 109) for Ptr ToxA and Ptr ToxB genes using two genes specific primers. A subset (139) of 231 isolates were further characterized for their race structure by inoculating them individually on tan spot wheat differentials set. Majority (83%) of the 231 isolates amplified Ptr ToxA gene suggesting prevalence of race 1 and 2. Further, phenotypic characterization of 139 isolates also showed wide prevalence of races 1 (68%), 2 (8%), 3 (11%), and 4 (5%) were also identified from Baltic States as well as Romania. Eighteen of the isolates (13%) did not seem to be of any of the eight known races as they lacked Ptr ToxA gene but they behaved like either race 1 or race 2, suggesting possibility of novel toxins in these isolates as their virulence tools.
Tan spot (TS), caused by the fungus Pyrenophora tritici-repentis (Died) Drechs, is an important foliar disease of wheat and has become a threat to world wheat production since the 1970s. In this study a globally diverse pre-1940s collection of 247 wheat genotypes was evaluated against Ptr ToxA, P. tritici-repentis race 1, and stem rust to determine if; (i) acquisition of Ptr ToxA by the P. tritici-repentis from Stagonospora nodorum led to increased pathogen virulence or (ii) incorporation of TS susceptibility during development stem rust resistant cultivars led to an increase in TS epidemics globally. Most genotypes were susceptible to stem rust; however, a range of reactions to TS and Ptr ToxA were observed. Four combinations of diseasetoxin reactions were observed among the genotypes; TS susceptible-Ptr ToxA sensitive, TS susceptible-Ptr ToxA insensitive, TS resistant-Ptr ToxA insensitive, and TS resistant-Ptr ToxA toxin sensitive. A weak correlation (r = 0.14 for bread wheat and -0.082 for durum) was observed between stem rust susceptibility and TS resistance. Even though there were no reported epidemics in the pre-1940s, TS sensitive genotypes were widely grown in that period, suggesting that Ptr ToxA may not be an important factor responsible for enhanced prevalence of TS.
Abdullah, Sidrat;Sehgal, Sunish K.;Glover, Karl D.;Ali, Shaukat
The Plant Pathology Journal
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v.33
no.3
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pp.229-237
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2017
Rye (Secale cereale L.) serves as an alternative host of Pyrenophora tritici-repentis (PTR) the cause of tan spot on wheat. Rye is cultivated as a forage or cover crop and overlaps with a significant portion of wheat acreage in the U.S. northern Great Plains; however, it is not known whether the rye crop influences the evolution of PTR races. We evaluated a global collection of 211 rye accessions against tan spot and assessed the diversity in PTR population on rye in South Dakota. All the rye genotypes were inoculated with PTR races 1 and 5, and infiltrated with Ptr ToxA and Ptr ToxB, at seedling stage. We observed 21% of the genotypes exhibited susceptibility to race 1, whereas, 39% were susceptible to race 5. All 211 accessions were insensitive to both the Ptr toxins. It indicates that though rye exhibits diversity in reaction to tan spot, it lacks Ptr ToxA and ToxB sensitivity genes. This suggests that unknown toxins or other factors can lead to PTR establishment in rye. We characterized the race structure of 103 PTR isolates recovered from rye in South Dakota. Only 22% of the isolates amplified Ptr ToxA gene and were identified as race 1 based on their phenotypic reaction on the differential set. The remaining 80 isolates were noted to be race 4. Our results show that races 1 and 4 are prevalent on rye in South Dakota with a higher frequency of race 4, suggesting a minimal role of rye in the disease epidemiology.
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