Deoxynivalenol levels and chemotype frequency in barley cultivars inoculated with two chemotypes of Fusarium graminearum

Abstract

Corn kernels colonized by Fusarium graminearum were spread between lines of barley (Hordeum vulgare) in an irrigated Fusarium head blight (FHB) nursery at a 2 : 1 ratio of isolates producing 15-acetyldeoxynivalenol (15 ADON) to isolates producing 3-acetyldeoxynivalenol (3 ADON) (in 2008) or 1 : 1 ratio (in 2009, 2010). In 2008, it was the first use in this field of a 3 ADON isolate after 9 years of artificial inoculation with exclusively 15 ADON isolates. Sets of three 2-row and three 6-row cultivars were used as checks throughout the nursery, representing a range of susceptibility to FHB. Composites of these cultivars were prepared and analysed for per cent F. graminearum infection, chemotype frequency and levels of deoxynivalenol (DON), 3 ADON and 15 ADON. Seed infection by F. graminearum ranged from 83.5% (2009) to 98.5% (2010), with little difference across the nursery. In 2008, the chemotype distribution of F. graminearum and DON levels on infected kernels showed a several-fold difference from the eastern side (67% 3 ADON isolates and 46 ppm DON) to the western end of the field (16% 3 ADON isolates and 13 ppm DON), but not in the subsequent 2 years. In both 2009 and 2010, the 3 ADON chemotype was recovered from only 18% and 13% of the seeds, and overall average DON levels were 18 ppm and 24 ppm, respectively. In 2008, the highest DON and 3 ADON levels were associated with the highest frequency of the 3 ADON chemotype. In all years, the recovery of isolates did not reflect the ratio of the initial inoculum, suggesting that other factors influenced the ultimate infection of the seed. However, the relative relationship among the barley cultivars was consistent throughout all 3 years: DON levels were much lower in the most resistant cultivars compared with the most susceptible cultivars in all years and composites. Genotypic response to DON accumulation did not show strong interaction with 3 ADON frequency, suggesting that the underlying genetic resistance of the barley cultivars is cross-applicable between chemotypes.

Résumé

Des grains de maïs colonisés par Fusarium graminearum ont été répandus dans une pépinière de fusariose de l'épi (FE) irriguée, entre des rangées d'orge (Hordeum vulgare) dans un rapport de 2 : 1, en 2008, entre des isolats produisant du 15-acétyldéoxynivalénol (15-ADON) et d'autres produisant du 3-acétyldéoxynivalénol (3-ADON) ou de 1 : 1, en 2009 et 2010. En 2008, il s'agissait de la première utilisation d'un isolat produisant du 3-ADON dans ce champ, et ce, après neuf années d'inoculation artificielle en utilisant que des isolats produisant du 15-ADON. Des séries de trois cultivars à deux rangs et de trois à six rangs ont été utilisées comme étalons dans toute la pépinière, affichant différentes sensibilités à la FE. Des composites de ces cultivars ont été préparés et analysés pour en mesurer le taux d'infection causée par F. graminearum, la fréquence des chimiotypes et les quantités de déoxynivalénol (DON), 3-ADON et 15-ADON. L'infection des semences causée par F. graminearum variait de 83.5 % (2009) à 98.5 % (2010), et ce, avec des différences minimes dans toute la pépinière. En 2008, la distribution des chimiotypes de F. graminearum et les taux de DON sur les grains infectés ont affiché une différence plusieurs fois supérieure du côté est du champ (67 % d'isolats produisant du 3-ADON et 46 ppm de DON) par rapport au côté ouest (16 % d'isolats produisant du 3-ADON et 13 ppm de DON), mais pas au cours des deux dernières années. En 2009 et 2010, on a récupéré le chimiotype du 3-ADON sur seulement 18 et 13 % des semences, et la moyenne globale des taux de DON était de 18 et 24 ppm, respectivement. En 2008, les taux les plus élevés de DON et de 3-ADON étaient associés à la plus haute fréquence du chimiotype du 3-ADON. Au cours de toutes les années, la récupération des isolats n'a pas reflété le rapport de l'inoculum initial, ce qui suggère que d'autres facteurs ont influencé le taux final d'infection de la semence. Toutefois, le lien relatif entre les cultivars d'orge a été consistant au cours des trois années : les taux de DON étaient beaucoup plus faibles chez les cultivars plus résistants, comparativement aux cultivars plus sensibles et aux composites. La réaction génotypique à l'accumulation de DON n'a pas montré de forte interaction avec la fréquence du 3-ADON, ce qui suggère que la résistance génétique sous-jacente des cultivars d'orge s'applique à tous les chimiotypes.

Keywords:

• 3 ADON
• 15 ADON
• barley
• competition
• DON accumulation
• fusarium head blight
• fitness
• genetic resistance

Mots clés:

• 3-ADON
• 15-ADON
• accumulation de DON
• compétition
• fusariose de l’épi
• orge
• résistance génétique
• santé

Acknowledgements

We thank Jason Herman, Dr Indira Ratnayaka and Michelle Holigroski for expert technical assistance and Kevin Moore for dedicated assistance in field experiments. We acknowledge the Western Grains Research Foundation, Manitoba/Canada Agri-Food Research and Development Initiative, Saskatchewan's Agriculture Development Fund, AAFC's Matching Investment Initiative, the Canadian Wheat Board and the Alberta Crop Industry Development Fund Ltd. for grant money to support this research. We thank Dr Andy Tekauz (Cereal Research Centre, AAFC Winnipeg) for providing the isolates used in this study.

Notes

Contribution No. 1049 from the Grain Research Laboratory of the Canadian Grain Commission.