Partial resistance to Fusarium head blight and powdery mildew in wheat

Abstract

Both Fusarium head blight and powdery mildew are devastating diseases in wheat growing areas around the world. Breeding for resistance has been undergoing for many decades and mostly depends on phenotypic selection. Marker assisted selection (MAS) provides potential to accelerate the gain of selection. To exploit new resistance loci with closely linked makers is a key step to realize it. Our studies have mapped the resistance loci of promising sources of resistance and looked into the associations between FHB and morphological traits (plant height and anther extrusion). The first two studies (paper I and II) confirmed that Rht-D1b and Rht-B1b both compromised FHB resistance after spawn/spray inoculation. In a DH population of Avle x Line685, the negative impact of Rht-D1b could be counteracted with a combination of Fhb1 and the QTL on 5A, two frequently used resistance loci in breeding. In a RIL population from SHA3/CBRD x Naxos, Rht-B1b had less negative impact compared to Rht-D1b in DH population. The FHB resistance in SHA3/CBRD was found controlled by a major QTL on 2DLc and some minor QTL. The high anther extrusion (AE) alleles were always associated with FHB resistance after spawn/spray inoculation and considered as an escape of FHB at flowering time. We suggested that high AE could be used as visual assessment to screen large breeding populations at the early stage for FHB resistance. In paper III, we worked on PM resistance and analyzed the genetic basis of a promising partial resistance cultivar Naxos in the same RIL population as paper II. This high level of partial resistance is controlled by two major QTL on 1AS and 2DL, and two minor ones on 2BL and 7DS. The QTL on 1AS coincided with Pm3 and was effective in all environments, but Naxos doesn’t have any known Pm3 haplotype. Therefore, it is a racenon-specific QTL. We also looked into the relation between Pm3 and Pm8, but the suppression of Pm8 by Pm3 was not observed at the adult plant stage. Closely linked markers to the major QTL detected in our study could have potential for use in MAS. The closely linked markers near two coincident QTL on 2BL and 2DLc could improve both FHB and PM resistance.

Aksfusariose og mjøldogg er to alvorlige sykdommer som angriper hvete og gjør skade i mange hvetedyrkingsområder rundt omkring i verden. Resistensforedling har foregått over mange tiår og er i stor grad basert på fenotypisk seleksjon. Markør-assistert seleksjon (MAS) gir muligheter til økt genetisk framgang. Å finne nye resistensgener og identifisere nært koblede markører er en viktig forutsetning for å nå dette potensialet. Våre studier har kartlagt resistensgenene til viktige resistenskilder og undersøkt sammenhenger mellom aksfusariose og morfologiske egenskaper som strålengde og støvknappfelling. De to første studiene (Paper I og II) bekreftet at dverggenene Rht-D1b og Rht-B1b begge hadde negativ innvirkning på fusariumresistens etter kornsmitte eller dusjsmitting. I en dobbel haploid (DH)-populasjon av Avle x Line685, kunne den negative virkningen av Rht-D1b bli oppveid ved å kombinere Fhb1 med resistens-QTL-et på 5A, to av de mest brukte resistensgenene i foredling. I en populasjon av rekombinante linjer (RIL) fra SHA3/CBRD x Naxos var den negative effekten av Rht-B1b mindre enn for Rht-D1b i DH-populasjonen. Fusariumresistensen i SHA3/CBRD viste seg å være kontrollert av et hoved-QTL på 2DLc og noen mindre QTL. Allelene for høy støvknappfelling (AE) var alltid assosiert med fusariumresistens etter kornsmitte eller dusjsmitting og kan betraktes som en mekanisme for å unngå fusarumangrep ved blomstring. Vi foreslår at visuell bedømming av støvknappfelling kan brukes som seleksjonskriterium til testing av store foredlingsmaterialer for fusariumresistens på tidlig stadium. I den tredje studien (Paper III) analyserte vi det genetiske grunnlaget for mjøldoggresistens i den lovende resistenskilden Naxos ved bruk av samme RIL populasjon som i paper II. Den høye graden av partiell resistens var kontrollert av to hoved-QTL på kromosomene 1AS og 2DL, og to mindre QTL på 2BL og 7DS. QTL-et på 1AS var lokalisert i samme område som det rasespesifikke genet Pm3 og viste effekt i alle miljø, men Naxos hadde ingen Pm3-haplotype. Dette er derfor et QTL for raseuspesifikk resistens. Vi undersøkte også et mulig samspill mellom Pm3 og Pm8, men fant ingen indikasjoner på at Pm3-allelet i SHA3/CBRD undertrykte resistensen til Pm8 på voksenplantestadiet. Nært koblede markører til de viktigste QTL-ene som er avdekket i denne avhandlingen kan ha potensial til bruk i MAS. De nært koblede markørene til to QTL sammenfallende QTL på 2BL og 2DLc kan brukes til å øke resistensen mot både aksfusariose og mjøldogg.