QTL for leaf blotch resistance in spring wheat, and a method to inoculate wheat seedlings with Stagonospora nodorum

Abstract

Leaf blotch diseases caused by Stagonospora nodorum, Septoria tritici and Pyrenophora tritici-repentis are important foliar diseases in wheat. The inheritance of resistance to these diseases appears to be quantitative, but recent research indicates that several host-specific interactions are involved. In this thesis, quantitative resistance was evaluated on a doubled haploid spring wheat population derived from a cross between Arina × NK93604. Adult plant resistance to leaf blotch diseases was evaluated in three years of field studies with natural infection. Seedling resistance experiments were conducted in Fargo (ND, USA) in a controlled environment by inoculation and culture filtrate infiltrations with two single isolates of S. nodorum. Seven QTL were significantly associated with adult plant resistance in one or more environments and located on chromosome 1D, 2B, 2D, 4D, 5A, 6D and 7A. The QTL on 4D and 6D were the most significant across environments, while the QTL on 2B and 7A may have been described in previous studies. The percentage of phenotypic variation explained by a single QTL ranged from 18.0 to 35.4. Several QTL were significantly associated with seedling resistance, the major being located on chromosome 1B, 2B, 3A, 3D, 4B, 5A, 5B, 6A and 6B. The range of phenotypic variation explained by a single of these QTL varied from 14.1 % to 42.9 %. Associations to characterized host-specific interactions were found to SnToxA, SnTox1, SnTox2, SnTox5 and possibly SnTox4. SnTox4 was detected simultaneously with SnToxA, contradicting a previous assumption. QTL that appeared to be important for both seedling and adult plant resistance were located on 1D and 5A. A method for inoculation of wheat seedlings with single isolates of S. nodorum was established and preliminary results from inoculation of on wheat differential lines with collected Norwegian isolates indicate production of hitherto unknown necrotrophic effectors. Bladflekksykdommer forårsaket av Stagonospora nodorum, Septoria tritici og Pyrenophora tritici-repentis er viktige sykdommer på hvete. Nedarvingen av resistens ser ut til å være kvantitativ, selv om nyere forskning indikerer at vertsspesifikke interaksjoner er involvert. I denne oppgaven ble kvantitativ resistens evaluert på en dobbel haploid populasjon av vårhvete, utviklet fra en krysning mellom Arina × NK93604. Resistens i voksne planter ble evaluert i tre års feltstudier med naturlig infeksjon. Småplanteresistens ble undersøkt i et kontrollert miljø i Fargo (ND, USA) ved at kartleggingspopulasjonen ble inokulert og infiltrert med kulturfiltrat av to enkeltisolat av S. nodorum. Sju QTL var signifikant assosiert med voksenplanteresistens og lokalisert på kromosom 1D. 2B, 2D, 4D, 5A, 6D og 7A. QTL på 4D og 6D var de mest signifikante over flere miljø, mens QTL på 2B og 7A kanskje er beskrevet i tidligere studier. Prosent fenotypisk variasjon forklart av hvert enkelt QTL varierte fra 18.0 til 35.4. Mange QTL var assosiert med småplanteresistens, de viktigste var lokalisert på kromosom 1B, 2B, 3A, 3D, 4B, 5A, 5B, 6A og 6B. Fenotypevariasjon forklart av et enkelt av disse QTL varierte fra 14.1 % til 42.9 %. Assosiasjoner til karakteriserte vertsspesifikke interaksjoner ble funnet relatert til SnToxA, SnTox1, SnTox2, SnTox5 og antagelig SnTox4. SnTox4 ble detektert samtidig som SnToxA, i motsetning til en tidligere antagelse. QTL som kan være av betydning både i voksen- og småplanteresistens ble lokalisert på 1D og 5A. En metode for inokulering av småplanter med enkeltisolater av S. nodorum ble etablert, og foreløpige resultater etter inokulering av differensiallinjer av hvete med innsamlede norske isolat antydet produksjon hittil ukjente nekrotrofe effektorer.