Species diversity of Fusarium head blight and deoxynivalenol (DON) levels in Western Canadian wheat fields

Abstract

Fusarium head blight (FHB) is primarily caused by Fusarium graminearum and is the most destructive wheat disease in western Canada. The trichothecene toxin deoxynivalenol (DON) and its derivatives 3-ADON and 15-ADON, which are produced by Fusarium, are toxic to humans and livestock. This study aimed to evaluate the Fusarium species and trichothecene-producing genotypes present in producer wheat fields of western Canada in 2019 and 2020. The grain analysis for DON showed that samples collected from both years experienced mild levels of FHB toxin contamination. In spring wheat, the highest mean DON content was recorded from Saskatchewan samples (0.9 ppm) in 2019 and Manitoba samples (0.3 ppm) in 2020. Winter wheat samples had lesser mean DON levels (<0.2 ppm) for all three provinces in both years. The chaff collected from the same spring wheat heads showed a significantly higher DON content than the grain in both years (P < 0.1 for 2019 and P < 0.001 for 2020), suggesting that chaff should be tested for DON before use as livestock feed. Most samples collected were infected by F. graminearum, with the highest F. graminearum percentage observed in the spring wheat from Manitoba. Further, F. avenaceum, F. sporotrichoides, F. culmorum, F. poae and F. acuminatum were found in infected samples. Most of the F. graminearum isolates were of the 3ADON genotype, which is the dominant genotype in FHB disease in western Canada. The study indicated that 3ADON-producing F. graminearum is becoming more frequent in western Canadian fields than the 15ADON genotype.

Résumé

La fusariose de l’épi (FE) est principalement causée par Fusarium graminearum et est la plus destructrice des maladies du blé dans l’Ouest canadien. La toxine trichothécène désoxynivalénol (DON) ainsi que ses chemotypes 3ADON et 15ADON sont produits par Fusarium et sont toxiques pour les humains de même que pour le bétail. Cette étude visait à évaluer les espèces de Fusarium et les génotypes de trichothécène trouvés dans les champs de blé des producteurs de l’Ouest canadien en 2019 et 2020. L’analyse du grain pour connaître la teneur en DON a montré que les échantillons collectés au cours de deux années affichaient de faibles taux de contamination par les toxines de la FE. Dans le blé de printemps, la teneur moyenne en DON la plus élevée a été enregistrée dans les échantillons de la Saskatchewan (0,9 ppm) en 2019 et dans les échantillons du Manitoba (0,3 ppm) en 2020. Les échantillons de blé d’hiver affichaient une plus faible teneur moyenne en DON (<0,2 ppm) dans les trois provinces pour les deux années. La balle provenant des mêmes épis de blé de printemps a affiché une teneur en DON significativement plus élevée que les grains, et ce, pour les deux années (P < 0,1 pour 2019 et P < 0,001 pour 2020), ce qui suggère que la balle devrait être testée pour le DON avant d’être utilisée nourrir le bétail. La plupart des échantillons collectés étaient infectés par F. graminearum, le taux le plus élevé ayant été observé dans le blé de printemps du Manitoba. En outre, F. avenaceum, F. sporotrichoides, F. culmorum, F. poae et F. acuminatum ont été décelés dans les échantillons infectés. La plupart des isolats de F. graminearum étaient composés du génotype 3ADON, qui est le génotype de FE dominant dans l’Ouest canadien. L’étude a indiqué que F. graminearum produisant le 3ADON se trouve de plus en plus fréquemment dans les champs de l’Ouest canadien, comparativement au génotype 15ADON.

Keywords:

• chaff
• chemotypes
• Fusarium diversity
• Fusarium head blight
• genotypes
• grain
• western Canadian wheat fields

Mots clés:

• balle
• champs de blé de l’Ouest canadien
• chimiotypes
• diversité de fusarium
• Fusariose de l’épi
• génotypes
• grain

Acknowledgments

We thank Dr. Manasah Mukhabela for collecting environmental data from weather stations, Mr. Taurai Matengu for helping during sample processing and DON analysis, and Ms. Sierra Walker for spore counting. Further, we acknowledge Dr. Abbot Oghenekaro and Dr. Liang Zhao for their assistance in reviewing the work. We also acknowledge Ms. Janice Bamforth for her assistance with Fusarium species testing in 2020.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Supplementary material

Supplemental data for this article can be accessed online here: https://doi.org/10.1080/07060661.2023.2290034

Additional information

Funding

This project was supported by the Western Grain Research Foundation (WGRF) under the CAP program.