Brome grasses represent the primary source of Claviceps purpurea inoculum associated with barley fields in the San Luis Valley of Colorado

Abstract

The fungal pathogen Claviceps purpurea can infect numerous grass species including important crops like barley, rye, and wheat, but the ecology of ergot disease is rarely studied in non-crop grass species. Recent outbreaks of ergot in barley production systems in the western U.S. have implicated nearby grass hosts as reservoirs for inoculum and spread of C. purpurea into the barley crop. We surveyed the prevalence of ergot infections among native, invasive, and weedy grass species near barley fields in the San Luis Valley of Colorado over three years. We found that barley fields with a history of ergot disease were surrounded by a grass community composed largely of smooth brome, that smooth brome was very susceptible to ergot infection and had the highest infection rates among grass species, and that disease severity among the grass community increased during the growing season. Over the study period there was a low incidence of barley infections and this precluded analysing the effects unmanaged grass composition and disease incidence had on within field disease incidence. Our findings indicate that smooth brome represents a significant source of C. purpurea inoculum and inoculum levels increase as the composition of brome grass in the grass community increases. There is sufficient inoculum present in the brome grass population in the San Luis Valley to cause sporadic disease in barley fields when environmental conditions are optimal for infection. Future disease management strategies should take into account the large pool of inoculum in the grass population near barley production fields.

Résumé

L’agent pathogène fongique Claviceps purpurea peut infecter de nombreuses espèces de graminées, y compris des cultures importantes comme l’orge, le seigle et le blé, mais l’écologie de l’ergot est rarement étudiée chez les espèces non agricoles. De récentes éclosions d’ergot dans des champs d’orge de l’ouest des États-Unis ont impliqué des graminées hôtes voisines en tant que réservoir d’inoculum qui ont disséminé C. purpurea dans les cultures d’orge. Durant trois années, nous avons étudié la prévalence de l’infection causée par l’ergot chez les espèces indigènes, envahissantes et adventices de graminées poussant à proximité de champs d’orge dans la vallée de San Luis, au Colorado. Nous avons découvert que les champs d’orge présentant un historique d’ergot étaient entourés par une communauté de graminées composée en grande partie de brome inerme, que ce dernier était très vulnérable à l’infection causée par l’ergot et qu’il affichait les taux d’infection les plus élevés parmi les espèces de graminées. Nous avons noté en outre que la gravité de la maladie dans la communauté de graminées s’accroissait au fil de la saison de croissance. Au cours de l’étude, il y a eu une faible incidence d’infection chez l’orge et cela a limité l’analyse des effets de la composition des pâturages non aménagés et de l’incidence de la maladie sur l’incidence de la maladie dans les champs d’orge. Nos résultats indiquent que le brome inerme constitue une importante source d’inoculum de C. purpurea et que les taux d’inoculum augmentent parallèlement à la proportion de brome dans la communauté de graminées. Il y a suffisamment d’inoculum dans la population de brome de la vallée de San Luis pour provoquer des éclosions épisodiques de maladie dans les champs d’orge lorsque les conditions environnementales sont optimales pour la propagation de l’infection. Les prochaines stratégies de gestion de la maladie devraient tenir compte du vaste bassin d’inoculum que constituent les populations de graminées poussant à proximité des champs d’orge.

Keywords:

• alternate host
• barley
• disease ecology
• ergot
• inoculum

Mots clés:

• Hôte intermédiaire
• orge
• écologie de la maladie
• ergot
• inoculum

Acknowledgements

We would like to thank Judith Jolly and all the growers for their help in facilitating and conducting the ergot field surveys in the San Luis Valley, Colorado.

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/10.1080/07060661.2022.2091041

Additional information

Funding

This work was supported by the Agriculture and Food Research Initiative (AFRI) National Institute of Food and Agriculture (NIFA) Fellowships Grant Program: Predoctoral Fellowships grant no. 2019-67011-29502/project accession no. 1019134 from the United States Department of Agriculture (USDA), the American Malting Barley Association grant no. 17037621, and the U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service.