Diversity of Fusarium species associated with discolored ginseng roots in British Columbia

Abstract

Crown discoloration on roots of American ginseng (Panax quinquefolius) is a major problem that causes a reduction in quality and can be a limiting factor to ginseng production in some regions of Canada. The symptoms result from an accumulation of phenolic compounds within disorganized and disrupted cells, accompanied by the presence of fungal hyphae in affected cells. Twelve Fusarium species were recovered on isolation media during June-September of 2004 and 2005 from ginseng roots displaying root-surface discoloration in British Columbia. Many of the same species were also recovered from soil from ginseng fields and cereal-straw mulch used during ginseng production. Hybridization of labeled PCR amplicons from DNA samples from affected root tissue to a DNA array designed using oligonucleotides specific to 26 Fusarium species was used to identify the Fusarium species present in ginseng roots. Over 90% of symptomatic root samples contained F. equiseti and several other Fusarium species, including F. sporotrichioides and F. avenaceum, that were absent in nonsymptomatic tissues. An in vitro pathogenicity test was used to screen 180 Fusarium isolates originating from affected roots. Reddish brown lesions developed 10 days following inoculation with 58 isolates of F. equiseti and F. sporotrichioides and to a lesser extent with 7 isolates of F. avenaceum and F. culmorum. Greenhouse and field inoculations confirmed the pathogenicity of F. equiseti and F. sporotrichioides isolates to ginseng roots. Pathogenicity tests conducted with 340 additional isolates representing 10 Fusarium species originating from wheat- and barley-straw mulch and soil from ginseng fields, as well as from cereal hosts worldwide, identified a proportion of isolates (52.5%) of F. equiseti, F. sporotrichioides, F. avenaceum, and F. culmorum that produced reddish brown lesioned areas. These cereal-infecting Fusarium species can induce a tissue response following infection that results in root-surface discoloration. Key words: epidemiology, molecular detection, Panax quinquefolius, rusty root.

La coloration anormale des racines de ginseng (Panax quinquefolius) est un problème important qui diminue la qualité et peut être un facteur limitant pour la production de ginseng dans certaines régions du Canada. Les symptômes sont le résultat d'une accumulation de composés phénoliques à l'intérieur de cellules désorganisées et désintégrées, accompagnée de la présence d'hyphes fongiques dans les cellules affectées. Entre juin et septembre de 2004 et de 2005, en Colombie-Britannique, douze espèces de Fusarium furent obtenues sur milieu de culture à partir de racines de ginseng montrant, en surface, des symptômes de coloration anormale. Les mêmes espèces furent aussi isolées du sol de culture de ginseng et de paillis de céréales utilizé pour la production du ginseng. Pour identifier les espèces de Fusarium présentes dans les racines de ginseng, l'hybridation d'amplicons marqués obtenus par PCR à partir de l'ADN d'échantillons de tissu racinaire affecté fut utilizée sur puces à ADN avec oligonucléotides spécifiques aux 26 espèces de Fusarium. Plus de 90 % des racines avec symptômes contenaient le F. equiseti et plusieurs autres espèces de Fusarium, y compris le F. sporotrichioides et le F. avenaceum, qui étaient absents des tissus sans symptômes. Un test de pathogénicité in vitro fut fait pour trier 180 isolats de Fusarium provenant de racines affectées. Des lésions brun rougeâtre se sont développées 10 jours après l'inoculation de 58 isolats de F. equiseti et de F. sporotrichioides, et, à un moindre degré, de 7 isolats de F. avenaceum et de F. culmorum. Des inoculations en serre et au champ ont confirmé le pouvoir pathogène des isolats de F. equiseti et de F. sporotrichioides sur des racines ginseng. Les tests de pathogénicité, menés avec 340 isolats additionnels représentant 10 espèces de Fusarium provenant de paillis de blé et d'orge et de sol de champs de ginseng, ainsi que de céréales à travers le monde, ont permis de déterminer le pourcentage d'isolats (52,5 %) de F. equiseti, de F. sporotrichioides, de F. avenaceum et de F. culmorum qui produisent des plages de lésions brun rougeâtre. Ces espèces de Fusarium des céréales peuvent induire une réponse du tissu après infection suivie par l'apparition de coloration anormale de la surface des racines. Mots-clés : épidémiologie, détection moléculaire, Panax quinquefolius, racine rouille.