Identification of resistance genes to barley covered smut and mapping of the Ruh1 gene using Ustilago hordei strains with defined avirulence genes

Abstract

Covered smut of barley (Hordeum vulgare), caused by Ustilago hordei, is a seed-borne disease. To identify and map disease resistance genes, current Canadian barley cultivars, parents of six barley mapping populations, and four differentials namely ‘Hannchen’ (Ruh1), ‘Excelsior’ (Ruh2), ‘Plush’ (Ruh6), and ‘Odessa’ (universal susceptible), were evaluated. Six mated combinations of U. hordei sporidial lines harbouring known alleles of virulence (avr) and avirulence (Avr) genes were used in the evaluation. Most of the barley cultivars carried the Ruhl resistance gene, but some also had Ruh2 or Ruh6. Many cultivars showed resistance to a U. hordei sporidial mating of genotype (avr1/avr1 avr2/avr2 avr6/avr6), virulent on ‘Hannchen’, ‘Excelsior’, and ‘Plush’. The resistance indicated the presence of novel avirulence gene(s) corresponding to a postulated resistance gene(s) in these cultivars. Fifty-six doubled-haploid lines from the mapping population ‘Harrington’/TR306 were inoculated with a sporidial mating of genotype SMI (Avr1/Avr1 avr2/avr2 avr6/avr6), avirulent on ‘Hannchen’ (Ruhl) but virulent on ‘Excelsior’ (Ruh2) and ‘Plush’ (Ruh6). ‘Harrington’ (ruh1) was susceptible to this fungal genotype possessing Avrl and TR306 (Ruhl) was resistant. Based on field and greenhouse tests, barley lines segregated 27 resistant to 29 susceptible, which was not significantly different from a I: I ratio (X ² = 0.07, P = 0.79); this indicated the presence of the single major resistance gene Ruhl in TR306. Ruhl mapped to the short arm of chromosome I (7H) between markers iPgd1A and BCD 129 on the ‘Harrington’/TR306 map.

Résumé

Le charbon vêtu de l'orge (Hordeum vulgare), causé par Ustilago hordei, est une maladie transmise par les semences. Afin d'identifier et de cartographier les gènes de résistance à la maladie, des cultivars communs d'orge canadienne, dont six lignées appartenant à la population de cartographie, et quatre lignées différentielles dont ‘Hannchen’ (Ruh1), ‘Excelsior’ (Ruh2), ‘Plush’ (Ruh6) et ‘Odessa’ (cultivar universel réceptif), ont été évaluées. Six combinaisons complémentaires de lignées sporidiales d'U. hordei portant des allèles connus de gènes de virulence (avr) et d'avirulence (Avr) ont été utilizées pour l'évaluation. La plupart des cultivars d'orge portait le gène de résistance Ruh1 tandis que certains portaient également les gènes Ruh2 et Ruh6. Un grand nombre de cultivars se sont montrés réfractaires à une combinaison sporidiale d'un génotype d'U. hordei (avr1/avr1 avr2/avr2 avr6/avr6) virulente envers ‘Hannchen’, ‘Excelsior’ et ‘Plush’. La résistance à indiqué la présence d'un ou de nouveaux gènes d'avirulance correspondant à un ou des gènes d'avirulence potentiels dans ces cultivars. Cinquante-six lignées amphihaploïdes issues de la population de cartographie du cultivar ‘Harrington’ x TR306 ont été inoculées avec une combinaison sporidiale du génotype SM1 (Avr1/Avr1 avr2/avr2 avr6/avr6), avirulente envers ‘Hannchen’ (Ruhl), mais virulente envers ‘Excelsior’ (Ruh2) et ‘Plush’ (Ruh6). ‘Harrington’ a été réceptif à ce génotype fongique contenant Avr1 et TR306 (Ruhl) y a été réfractaire. Selon les tests effectués aux champs et en serre, les lignées d'orge ont ségrégé 27 lignées réfractaires et 29 réceptives, résultat significativement peu différent d'un ratio 1:1 (X ² = 0,07, P = 0,79), ce qui indique la présence d'un seul gène de résistance d'importance, Ruh1, dans TR306. Le gène de résistance Ruh1 a été mis en correspondance avec le bras court du chromosome I (7H) sur la carte du cultivar ‘Harrington’ × TR306, entre les marqueurs iPgdlA et BCD129.

Key words:

• Ustilago hordei
• covered smut
• barley
• resistance gene
• mapping

Mots-clés:

• Ustilago hordei
• charbon vêtu
• orge
• gène de résistance
• cartographie