Comparative analysis and characterization of the soybean sudden death syndrome pathogen Fusarium virguliforme in the northern United States

Abstract

Sudden death syndrome (SDS), caused by Fusarium virguliforme, has occurred in several US states and Ontario since 1985 but is a new problem in the northern states, including Minnesota. The characteristics and distribution of F. virguliforme and SDS in Minnesota and other northern soybean production areas were unknown. In 2006 and 2007, SDS was confirmed in 21 counties from the eastern to western borders of Minnesota and to 45°N based on symptoms and a polymerase chain reaction assay. It was also confirmed that F. virguliforme and Phialophora gregata, the cause of brown stem rot, can simultaneously infect a single plant. Isolates of F. virguliforme from soybeans in Minnesota were morphologically identical to those from other states and induced typical SDS symptoms on soybean seedlings. Isolates (n = 15) obtained from 15 fields in 10 Minnesota counties were compared genotypically and phenotypically to a group of 13 isolates of F. virguliforme from other states. Genetic similarity was very high among isolates from Minnesota, Iowa, Missouri, and Illinois based on DNA sequences from the intergenic spacer region, the translation elongation factor 1α gene, and the internal transcribed spacer region. Growth rates and production of macroconidia at several temperatures differed among isolates. Virulence varied among isolates from different fields and states based on disease reactions on susceptible and moderately resistant soybean cultivars in greenhouse tests. Results support the hypothesis that SDS in Minnesota may stem from the establishment of a clonal US population of F. virguliforme that is spreading north and west, thus increasing production risk for soybean grown in northern states. Key words: Fusarium virguliforme, Fusarium solani, root rot, population biology, DNA sequences, soybean.

Le syndrome de la mort subite (SMS), causé par Fusarium virguliforme, a été documenté dans plusieurs États américains et en Ontario depuis 1985, mais dans les États du nord, incluant le Minnesota, c’est un problème récent. Les caractéristiques et les aires de distribution de F. virguliforme et du SMS au Minnesota et dans les autres régions productrices de soja du nord étaient inconnues. En 2006 et 2007, la présence du SMS a été confirmée, par reconnaissance des symptômes et PCR, dans 21 comtés du Minnesota s’étendant de l’est à l’ouest de l’État, et ce, jusqu’au 45° de latitude Nord. On a également confirmé que F. virguliforme et Phialophora gregata, responsable de la pourriture brune des tiges, peuvent infecter simultanément un même plant. Des isolats de F. virguliforme provenant de plants de soja du Minnesota étaient morphologiquement identiques à ceux provenant d’autres États et induisaient l’apparition des symptômes typiques du SMS chez les plantules de soja. Des isolats (n = 15) obtenus de 15 champs situés dans 10 comtés du Minnesota ont été comparés, sur les plans génotypiques et phénotypiques, à 13 isolats de F. virguliforme provenant d’autres États. En ce qui a trait aux séquences d’ADN extraites de la région de l’espaceur intergénique, du gène du facteur d’élongation 1α de la traduction et de la région de l’espaceur transcrit interne, elles présentaient une similarité génétique frappante malgré que les isolats provenaient du Minnesota, de l’Iowa, du Missouri et de l’Illinois. Par ailleurs, le taux de croissance ainsi que la production de macroconidies variaient chez les isolats exposés à des conditions différentes de température. En outre, selon des tests visant à évaluer les réactions à la maladie, tests effectués en serre sur des cultivars de soja réceptifs et moyennement réfractaires, le taux de virulence variait aussi chez les isolats provenant de différents champs et de divers États. Les résultats supportent l’hypothèse voulant qu’au Minnesota le SMS provienne de l’établissement d’une population clonale états-unienne de F. virguliforme qui s’étend vers le nord et l’ouest, ce qui accroît les risques relatifs à la production de soja dans les États du nord. Mots-clés : Fusarium virguliforme, Fusarium solani, pourridié, biologie des populations, séquences d’ADN, soja.