Wheat resistance to Fusarium head blight

Abstract

Fusarium head blight (FHB), caused primarily by Fusarium graminearum, has rapidly become the most devastating wheat disease worldwide. Host resistance is the most effective and sustainable strategy to combat the disease. To date, more than 50 unique quantitative trait loci (QTLs) have been identified in diverse wheat populations, and Fhb1 consistently shows the highest level of resistance in different genetic backgrounds. In spite of worldwide efforts to deploy Fhb1 through wheat breeding, only a few cultivars currently used in commercial production carry Fhb1. Recently, Fhb1 has been cloned and diagnostic markers have been developed, which will facilitate successful deployment of Fhb1 in wheat breeding. Using marker-assisted backcross, Fhb1 has been successfully transferred into locally adapted cultivars that carry minor QTLs, and selected Fhb1 lines in different backgrounds showed high levels of FHB resistance. This approach may provide a quick solution to improvement of FHB resistance in commercial cultivars. In addition, gene editing that knocks down the susceptible allele of Fhb1 in commercial cultivars may also improve wheat FHB resistance. Most other QTLs identified to date show much smaller effects than Fhb1. These QTLs are distributed in many locally adapted cultivars, and thus are important QTLs for FHB resistance improvement. Currently, diagnostic markers are still not available for most of these minor QTLs; therefore, genomic selection may improve selection accuracy for these QTLs to create highly FHB-resistant cultivars.

Résumé: La brûlure de l’épi causée par le fusarium (BEF), engendrée principalement par Fusarium graminearum, est rapidement devenue la maladie du blé la plus dévastatrice au monde. La résistance de l’hôte est la stratégie la plus efficace et la plus durable pour la combattre. À ce jour, plus de 50 locus à caractère quantitatif (QTL) ont été répertoriés dans différentes populations de blé, et le gène Fhb1 affiche invariablement le plus haut taux de résistance des différents fonds génétiques. En dépit des efforts déployés partout dans le monde pour utiliser le gène Fhb1 en vue d’améliorer le blé, seuls quelques cultivars commerciaux utilisés couramment le portent. Récemment, le gène Fhb1 a été cloné et des marqueurs de diagnostic ont été développés pour en faciliter l’utilisation efficace afin d’améliorer le blé. En recourant au rétrocroisement assisté par marqueurs, le gène Fhb1 a été transféré avec succès dans des cultivars locaux adaptés, porteurs de QTL de moindre importance, et des lignées Fbh1 choisies dans différents fonds ont affiché un taux élevé de résistance à la BEF. Cette approche peut se révéler une solution rapide pour ce qui est d’améliorer la résistance à la BEF des cultivars commerciaux. De plus, la manipulation génétique qui invalide l’allèle réceptif du gène Fbh1 chez les cultivars commerciaux peut aussi contribuer à améliorer la résistance du blé à la BEF. La majorité des autres QTL identifiés à ce jour affiche des effets beaucoup plus modestes que le gène Fbh1. Ces QTL sont répartis dans plusieurs cultivars locaux adaptés et, par conséquent, sont essentiels à l’amélioration de la résistance à la BEF. Actuellement, les marqueurs de diagnostics ne sont pas encore disponibles pour la majorité de ces QTL, par conséquent, la sélection génomique peut contribuer à améliorer la précision du choix à l’égard de ces QTL afin de créer des cultivars hautement résistants à la BEF.

Keywords:

• Fhb1
• Fusarium graminearum
• marker-assisted backcross
• QTLs for FHB resistance

Mots clés:

• Fusarium graminearum
• Fhb1
• QTL pour la résistance à la BEF
• rétrocroisement assisté par marqueurs

Acknowledgements

This is contribution number 17-297-J from the Kansas Agricultural Experiment Station. This project was partly funded by the US Wheat and Barley Scab Initiative; and the National Research Initiative Competitive Grants 2017-67007-25939 and 2017-67007-25929 from the US Department of Agriculture, National Institute of Food and Agriculture. Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the US Department of Agriculture. US Department of Agriculture is an equal opportunity provider and employer.

Additional information

Funding

This work was supported by the National Institute of Food and Agriculture [2017-67007-25929, 2017-67007-25939]; US Wheat and Barley Scab Initiative.