Occurrence of tan spot (Pyrenophora tritici-repentis) in 2021/2022 growing season


Izvod

Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs, prouzrokovač žutomrke pegavosti lista pšenice, je ekonomski značajno oboljenje koje dovodi do smanjenja mase i kvaliteta zrna kao i gubitaka prinosa do 53%. Ptr je nekrotrofni patogen i produkuje tri vrste nekrotrofnih efektora (NE) (Ptr ToxA, Ptr ToxB i Ptr ToxC) odgovornih za ostvarenje infekcije. Genetička osnova interakcije Ptr-domaćin uključuje i gene koji obezbeđuju rasno-nespecifi čnu otpornost. U 2022. godini, procentualna zastupljenost genotipova zaraženih sa Ptr u kolekcijama "rasadnika bolesti" kretala se od 11,4% do 94,3%. Najmanji broj zaraženih genotipova (11,4%) zabeležen je u programima oplemenjivanja na otpornost prema prevalentim patogenima. Nizak broj zaraženih genotipova sa Ptr utvrđen je i u kolekciji divljih srodnika (18,4%) dok je najveća procentualna zastupljenost genotipova osetljivih na Ptr utvrđen kod linija i sorti poreklom iz Kazahstana (94,4%). Intenziteti zaraze pšenice kretali su se od traga do indeksa oboljenja preko 50 %. Dužina konidija Ptr kretala se od 73,4μm do 107,2 μm. Širina konidija obuhvatala je opseg od 15,5 do 22,8 μm. Rezultati ovih ispitivanja mogu biti osnova ne samo za odabir genotipova, nosioca izvora otpornosti, već i kao baza za dalja ispitivanja mehanizama koji obezbeđuju otpornost prema Ptr. 
Ključne reči: Pyre nophora trtici-repentis, pšenica, divlji srodnici, testiranje otpornosti 

UVOD

Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs., anamorph Drechslera tritici-repentis (Died.) Shoemaker (synonym Helminthosporium tritici-repentis Died.), (Ptr), prouzrokovač žutomrke pegavosti lista pšenice, je ekonomski značajan patogen obične (Triticum aestivum) i tvrde (T. turgidum) pšenice (Kamel i sa r., 2019). 
Pored pšenice, Ptr je izolovana sa nekoliko vrsta trava: Elymusjunceus augustus, E. giganteus; Agropyron smithii, A. desertorum, A. intermedium, i Bromus inermis (Krupinsky, 1982;Ali i Francl, 2003). Raž i ječam su manje napadnuti od ovog parazita, dok se ovas smatra imunim (Jevt ić, 2001;McMullen i Hosford, 1987). Ptr prezimljava na žetvenim ostacima pseudoperitecijama, ali se može preneti i semenom. Infekcija se ostvaruje askosporama i konidijama. Tokom vegetacije konidije mogu infi cirati klas, stablo i list pšenice, a krajem vegetacije samonikle biljke pšenice i trave (Jevtić, 2001). 
Prouzrokovač žutomrke pegavosti je prvi put izolovan sa Agropyron repens u Nemačkoj (Diedicke, 1902), dok je sa pšenice izolovan 1928. godine (Nisikado, 1928). Ekonomoski značaj dobija posle 70-tih godina XX veka (Friesen i sar., 2006). Štete do kojih dovodi uključuju smanjenje mase i kvaliteta zrna kao i gubitke prinosa do 53% (Ali i Francl, 2003). U Srbiji, prve simptome Ptr uočio je Jevtić 1993. na lokalitetu Nikinci, dok je prvo saopštenje o pojavi Ptr u Srbiji objavljeno 1997. (Jevtić, 1997). Naziv oboljenja "žutomrka pegavost lista pšenice" uveo je Jevtić 1997. godine, mada je autor predlagao i naziv "hlorotično-nekrotična pegavost lista pšenice" imajući u vidu način delovanja tri toksina (Jevtić, 1997;1998;2001). 
Tri vrste nekrotrofnih efektora (NE) koje produkuje Ptr su odgovorni za ostvarenje infekcije. Među njima Ptr ToxA indukuje nekroze, dok Ptr ToxB i Ptr ToxC indukuju hloroze (Ciuff etti i sar., 2010;Liu i sar., 2017). Razlikujemo tri tipa simptoma koje ovaj patogen formira na lišću: A-male hlorotične pege; B-velike pojedinačne hlorotične pege sa braon centrom i C-velike hlorotične i nekrotične zone koje se spajaju (Jevtić, 2001). U zavisnosti koji tip ili kombinacije efektora produkuju, Ptr se dele na 8 rasa (Lamari i sar., 2003;Andersen i sar., 2021;Kaņe ps i sar., 2021). Bitno je istaći da za svaki NE postoji dominantnan gen osetljivosti (S) kod domaćina. Geni osetljivosti Tsn1, Tsc1 i Tsc2 odgovaraju PtrToxA, Ptr ToxC i Ptr ToxB nekrotrofnim efektorima, respektivno (Liu i sar., 2017). Genetička osnova interakcije Ptr-domaćin ipak ne zavisi samo od odnosa NE-S već je uslovljena i drugim genima koji obezbeđuju rasno-nespecifi čnu otpornost, kao i većim brojem kvalitativnih recesivnih gena otpornosti (Liu i sar., 2017;Kariyawasam i sar., 2016). 
Praćenje pojave i rasnog sastava Ptr je jedan od preduslova za uspešnu kontrolu ovog patogena. Na Rimskim šančevima u tzv "rasadniku bolesti" koji uključuje preko 3000 genotipova, svake godine se prati pojava obligatnih i nekrotrofnih patogena i ispituje specifi čnost reakcije otpornih i osetljivih genotipova na kombinovani efekat abitoičkog i biotičkog stresa. Praćenje pojave Ptr je otežano u kasnijem toku vegetacije, jer se propadanje lišća pšenice često pripisuje prouzrokovačima pegavosti lista (septorioze) ili abiotičkim faktorima (suša) (Jevtić, 2001). Proizvodna 2021/2022. godina je bila specifi čna po učestaloj pojavi Ptr koja se jasno izdvojila od ostalih prouzrokovača pegavosti lista, te izdvajamo neke od rezultata koji ukazuju na reakciju sorti pšenice i divljih srodnika na Ptr u proizvodnim uslovima 2021/2022. na teritoriji južne Bačke. 

MATERIJAL I METOD RADA

Testiranje genotipova ozime pšenice na prisustvo predominantnih patogena vršeno je u poljskim uslovima na lokalitetu Rimski šančevi. Ispitivani genotipovi posejani su 30.10.2021. godine u tzv. "rasadniku bolesti" u kome se vrši ispitivanje otpornosti linija i sorti prema obligatnim i nekrotrofnim patogenima. "Rasadnik bolesti" sadrži preko 3000 genotipa strnih žita svrstanih u različite grupe/kategorije prema poreklu ili zajedničkim svojstvima. Svaki genotip sejan je u šest redova dužine 1 m sa međurednim rastojanjem od 20 cm. 
Ocenjivanje otpornosti genotipova pšenice vršeno je u fenofazi nalivanja do rane mlečne zrelosti zrna (71-73 BBCH). Skala za ocenu nivoa otpornosti/osetljivosti prema Ptr koju su uveli Lamari i Bernier (1989) uključila je sledeće simpotme: 1= male, tamno braon pege bez hloroze i nekroze (otporni); 2= male, tamno braon do crne pege sa veoma malo hloroze (umereno otporni); 3= male , tamno braon pege potpuno okružene hlorotičnim prstenom (umereno otporne do umereno osetljivi); 4= male, tamno braon pege potpuno okružene hlorotičnim prstenom sa pojavom lezija (umereno osetljivi); 5=velike površine lista zahvaćene nekrotičnim i hlorotičnim lezijama (osetljivi). Biometrijske vrednosti konidija Ptr određene su pri uveličanju x 630 koriščenjem mikroskopa Leica DMLS. Sve statističke analize su urađene primenom softvera Minitab 17 (probna verzija). 

REZULTATI I DISKUSIJA

Proc entualna zasupljenost genotipova zaraženih sa Ptr u kolekcijama "rasadnika bolesti" kretala se od 11,4% do 94,3%. Najmanji broj zaraženih genotipova (11,4%) zabeležen je u programima oplemenjivanja na otpornost prema prevalentim patogenima. Nizak broj zaraženih genotipova sa Ptr utvrđen je i u kolekciji divljih srodnika (18,4%) dok je najveća procentualna zastupljenost genotipova osetljivih na Ptr utvrđen kod linija i sorti poreklom iz Kazahstana (94,4%) (Slika 1). U okviru kolekcije koja je sačinjena od genotipova koji nose gene za otpornost prema pepelnici (International Winter Wheat Powdery Mildew Program) 60% genotipova je pokazalo osetljivost prema Ptr (Slika 1). Slika 1. Procentualna zastupljenost genotipova zaraženih sa Ptr u tri kolekcije "rasadnika bolesti" u proizvodnoj 2021/2022. godini 
Intenziteti zaraze pšenice kretali su se od traga do jačih napada koji su prelazili indekse oboljenja od 50% (Slik a 2). Simptomi oboljenja činile su karakteristične eliptične, romboidne do izduženog oblika pege, sočivastog izgleda. Pege su bile svetlo do tamnobraon boje, oivičene hlorotičnom zonom sa tamnomrkom tačkom u centru (nivo osetljivosti 3 i 4), mada je kod izrazito osetljivih genotipova dolazilo i do pojave hlorotičnih i nekrotičnih lezija (nivo osetljivosti 5) (Slika 2). Dužina konidija se kretala od 73,4 μm d o 107,2 μm. Širina konidija je obuhvatala opseg od 15,5 do 22,8 μm. Opsezi dimenzije konidija dobijeni u ovom radu odstupaju od morfometrijskih parametara koje je objavio Jevtić (2001). Prema Jevtić (2001) dužina konidija je obuhvatala raspon od 82,5 do 161,70 μm, dok je širina konidija bila u opsegu od 13,20 do 23,10 μm. 
U 2022. godini, prosečne temperature u martu (5,7 °C) i aprilu (11,1 °C) b ile su niže od višegodišnjih proseka za 0,7 °C i 0,6 °C, respektivno. Mart je bio izrazito sušan sa sumom padavina od 1mm i odstupanjem od višegodišnjeg proseka za -40 mm. Maj je bio topliji, sa prosečnom temperaturom od 19.7 °C i sa manje padavina nego što je uobičajeno. Razlika padavina u maju od višegodišnjeg proseka bila je -42,1 mm. Ovakvi uslovi doprineli su pojavi Ptr i diferencijaciji genotipova prema reakciji osetljivosti i otpornosti. Takva pojava bila je u 2005., a naročito u 2006. godini kada je došlo do jače pojave žutomrke pegavosti lista pšenice u Srbiji. Pored Ptr, u kolekciji je bila zastupljena i pepelnica, ali nije utvrđeno da je pojava ova dva patogena bila korelisana. Najviši nivo osetljivosti prema pepelnici imali su takodje genotipovi poreklom iz Kazahstana kod kojih je indeks oboljenja pepelnicom imao raspon od 10 do 50% sa prosekom od 24%. Slika 2. Simptomi oboljenja žutomrke pegavosti lista pšenice i nivoi osetljivosti pšenice (Foto: Jevtić, R.) 
Prouzrokovač žutomrke pegavosti lista pšenice se odlikuje velikom adaptabilnošću na različite agroekološke uslove (Kaņep s i sar., 2021). Takođe je utvrđeno da struktura populacije Ptr varira zavisno od geografskog porekla i raznovrsnosti domaćina. U Kanadi dominiraju Ptr rase 1 i 2 (Aboukhaddour i sar. , 2013); u Argentini 4 i 8 (Moreno i sar., 2015); u Brazilu 2 (Bertagnolli i sar., 2019); u Alžiru 1 i 7 (Benslimane i sar., 2011); i u Maroku 5 i 6 (Gamba i sar., 2017). Na severu Rusije predominantna rasa je 1, na jugu Rusije rasa 4 , dok je su na zapadu Rusije prisutne rase 1, 2, 3 i 4 (Kaņeps i sar., 2021). U Kazahstanu, predominante rase su 1 i 8 (Молдажанова, Мауленбай & Рсалиев, 2020). Imajući u vidu da Ptr produkuje NE koji prepoznaju receptore osetljivih domaćina (po inverznoj teoriji "gen-za-gen") (Kamel i sar., 2019), visok procenat osetljivih genotipova poreklom iz Kazahstana dobijen u ovoj studiji može biti baza za dalja proučavanja i karakterizaciju Ptr populacije u Srbiji. Pri proučavanju strukture populacije Ptr, treba imati u vidu da rase 2, 3, i 5 produkuju projedinačne efektore Ptr ToxA, Ptr ToxC i Ptr ToxB, respektivno. Kombinacije efektora produkuju sledeće rase: 1 (Ptr ToxA + Ptr ToxC), 6 (Ptr ToxB + Ptr To xC), 7 (Ptr To xA + Ptr ToxB) i 8 (Ptr ToxA + Ptr ToxB + Ptr ToxC). Rasa 4 ne produkuje ova tri efektora i smatrano je da nema patogena svojstva (Kamel i sar., 2019), međutim pojavljuju se istraživanja koja ukazuju da i ova rasa stvara Ptr simptome te da se trenutna klasifi kacija rasa treba revidirati (Guo i sar., 2020). 

ZAKLJUČAK

U proizvodnoj 2021/2022. godini, u uslovima prirodne zaraze, ispitana je reakcija genotipova pšenice i divljih srodnika na otpornost prema Ptr. Dobijeni rezultati potvrđuju kompleksnost delovanja mehanizama otpronosti kao i da oni nisu uslovljeni samo delovanjem pojedinačnih gena. Predstavnici divljih srodnika pšenice su identifi kovani kao bitni nosioci mehanizama otpornosti prema Ptr. Anders en i sar. ( 2021) su ukazali da se kao reakcija na Ptr kod domaćina aktiviraju geni za sintezu hitinaza i drugi mehanizami odbrane koji nisu direktno posledica odsustva dominantnih gena osetljivosti prema Ptr. Imajući u vidu da su aktuelne metode fenotipizacije pšenice u oplemenjivačkim programima bazirane isklјučivo na proceni otpornosti genotipova na pojedinačne (abiotičke i biotičke) faktore stresa, kao i da se metodama genotipizacije ne mogu identifi kovati oblici interakcija lokusa kvantitativnih svojstava (QTL), rezultati ovih ispitivanja daju osnovu ne samo za odabir nosioca izvora otpornosti, već su i baza za dalja ispitivanja mehanizama koji obezbeđuju otpornost prema Ptr. 

LITERATURA




  Ali, S., Francl, L. J. (2003): Population race structure of Pyrenophora tritici-repentis prevalent on wheat and nonce real grasses in the great plains. Plant Disease, 87, 418-422. doi: 10.1094/pdis.2003.87.4.418 Aboukhaddour, R., Turkington, T.K., Strelkov, S.E. (2013): Race structure of Pyrenophora triciti-repentis (tan spot of wheat) in Alberta, Canada. Canadian Journal of Plant Pathology, 35 (2), 256-268. doi: 10.1080/07060661.2013.782470. Andersen, E.J., Nepal, M.P., Ali, S. (2021): Necrotrophic fungus Pyrenophora tritici-repentis triggers expression of multiple resistance components in resistant and susceptible wheat cultivars. Plant Pathology Journal, 37(2):99-114. doi: 10.5423/PPJ.OA.06.2020.0109. Bertagnolli, V.V., Ferreira, J.R., Liu, Z., Rosa, A.C., Deuner, C.C. (2019): Phenotypical and genotypical characterization of Pyrenophora tritici-repentis races in 




  




  


Abstract


OCCURRENCE OF TAN SPOT (Pyrenophora tritici-repentis) IN 2021/2022 GROWING SEASON

Vesna Župunski, Radivoje Jevtić Institut za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad E-mail: vesna.zupunski@ifvcns.ns.ac.rs 
Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs, the agent of tan spot, is an economically important pathogen of wheat. It causes grain quality distortion and yield losses up to 53%. Ptr is a necrotrophic pathogen and produces three types of necrotrophic eff ectors (NEs) (Ptr ToxA, Ptr ToxB and Ptr ToxC) that induce necrosis and chlorosis. The genetic basis of the Ptr-host interaction also includes genes that provide race-nonspecifi c resistance. In 2022, the percentage of genotypes infected with Ptr in the collections of "disease nurseries" ranged from 11.4% to 94.3%. The lowest number of infected genotypes (11.4%) was recorded in breeding programs for resistance to prevalent pathogens. A low number of genotypes infected with Ptr was also found in the collection of wild relatives (18.4%), while the highest percentage of genotypes susceptible to Ptr was found in varieties originating from Kazakhstan (94.4%). Disease index of Ptr ranged from a trace level up to 50% or more. The length of the Ptr conidia ranged from 73.4 μm to 107.2 μm. Conidia width ranged from 15.5 to 22.8 μm. The results of this study indicated on genotypes that could be used as sources of resistance to Ptr, and also could be introduce in further studies of the mechanisms that provide resistance for Ptr. 
Key words: Pyrenophora trtici-repentis, wheat, wild relatives, resistance testing
Occurrence of tan spot (Pyrenophora tritici-repentis) in 2021/2022 growing season