Inoculation strategies to assess biological interactions between Fusarium and Alternaria species infecting sorghum

Abstract

New cultivars of sorghum are being developed for increased food use, as livestock feed, and for the bioenergy industry by manipulation of secondary metabolic pathways through breeding. Previous work has suggested that such modifications may have an impact on cultivar response to fungal pathogens. We investigated four inoculation strategies that may be used in studies involving pathogens of sorghum. Plants of elite sorghum genotypes ‘Wheatland’ and RTx430, commonly used in breeding programs, were inoculated with isolates of Alternaria alternata, Fusarium equiseti, Fusarium proliferatum, Fusarium solani, Fusarium thapsinum, and Fusarium verticillioides recovered from field-grown sorghum. Wound inoculation of the peduncles of heads at anthesis demonstrated that isolates of F. verticillioides and F. thapsinum produced mean lesion lengths that were significantly greater than control inoculations. The length of this assay was decreased by inoculating fungi onto plants of a very early maturing sorghum line (N247). Spraying heads at anthesis with conidial suspensions over three consecutive days in the greenhouse was conducted to attempt to mimic conditions in the field. Results indicated that plants treated with conidia of F. thapsinum may develop mature grain with reduced germination. Seed and seedling inoculations produced responses over a relatively short time period. Seed inoculations were conducted in a manner similar to a corn bioassay. Seedling inoculations, conducted in Magenta vessels, allowed for measurement of effects of inoculum on roots, stalks, and leaves. Following inoculation of RTx430 and ‘Wheatland’ plants grown in Magenta vessels with F. thapsinum, nearly all measurements were significantly different from those of the water controls except for percent root infection of RTx430. Key words: sorghum pathogens, Alternaria alternata, Fusarium equiseti, Fusarium solani, Fusarium thapsinum, Fusarium verticillioides, Sorghum bicolor, inoculation methods.

De nouveaux cultivars de sorgho plus productifs sont à l’heure actuelle développés par manipulation des voies métaboliques secondaires durant le processus de sélection. Ces nouveaux cultivars sont destinés à l’alimentation des humains, à celle du bétail ainsi qu’à l’industrie des bioénergies. Des travaux précédents ont suggéré que de telles modifications peuvent influencer la réponse des cultivars quant à leur résistance aux agents pathogènes fongiques. Nous avons étudié quatre stratégies d’inoculation qui peuvent être utilisées dans les études relatives aux agents pathogènes qui s’attaquent au sorgho. Des plants de génotypes élites de sorgho ‘Wheatland’ et RTx430, communément utilisés dans les programmes de sélection, ont été inoculés avec des isolats d’ Alternaria alternata, de Fusarium equiseti, de Fusarium proliferatum, de Fusarium solani, de Fusarium thapsinum et de Fusarium verticillioides obtenus de plants de sorgho cultivés en champs. L’inoculation de blessures causées aux pédoncules des épis arrivés au stade de l’anthèse a démontré que les isolats de F. verticillioides et de F. thapsinum produisaient des lésions dont les longueurs moyennes étaient passablement plus grandes que celles produites par les inoculations témoins. La durée de ce biotest a été raccourcie en inoculant des plants d’une lignée très hâtive de sorgho (N247) avec des champignons. Afin d’essayer de reproduire les conditions de plein champ, les épis, au stade de l’anthèse, ont été vaporisés, en serre, avec une suspension conidiale, et ce, sur une période de trois jours consécutifs. Les résultats ont montré que les plants traités avec les conidies de F. thapsinum peuvent produire des grains matures, mais que leur taux de germination sera réduit. Les inoculations de graines et de plantules induisent des réponses à brève échéance. Les inoculations de graines furent effectuées selon une méthode semblable à celle utilisée pour les biotests effectués sur le maïs. Les inoculations des plantules, faites dans des boîtes Magenta, ont permis de mesurer les effets de l’inoculum sur les racines, les tiges et les feuilles. À la suite de l’inoculation avec F. thapsinum des plants de RTx430 et de ‘Wheatland’ cultivés dans les boîtes Magenta, presque toutes les mesures effectuées variaient passablement de celles provenant des solutions témoins aqueuses, sauf pour ce qui est du taux d’infection des racines de RTx430. Mots-clés : agents pathogènes du sorgho, Alternaria alternata, Fusarium equiseti, Fusarium solani, Fusarium thapsinum, Fusarium verticillioides, Sorghum bicolor, méthodes d’inoculation.