Fusarium verticillioides and fumonisin management in maize in Ethiopia

Abstract

Fusarium species are major threats to maize production worldwide, including in Ethiopia. Little has been known about the species composition and prevalence of Fusarium spp. as well as fumonisin contamination level of maize grains produced in different agroeclogical zones in Ethiopia. Some limited studies indicated that F. verticillioides is the most common pathogen in maize kernels in Ethiopia. However, there are no effective control strategies yet. Development of maize genotypes with adequate level of resistance and the use of biological control agents could be appropriate control measures to tackle the problem. Different sets of experiments were designed aiming at addressing the knowledge gaps related to Fusarium and fumonisin in maize in Ethiopia. To investigate the Fusarium species complex and fumonisin contamination associated with maize kernels, 200 samples were collected from 20 different maize growing areas in Ethiopia. Fusarium isolates were identified to species level, primarily based on morphological characters. Sequencing of the partial region of the translation elongation factor 1-alpha gene (EF-1α) was performed on representative isolates to support the morphological identification. Fumonisin contamination was investigated using Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA). Fumonisin production ability of 80 randomly selected F. verticillioides isolates, were tested on autoclaved maize cultures and Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) analysis was used to study the genetic variation in these F. verticillioides isolates. A two years field experiment was conducted to evaluate Ethiopian maize cultivars for resistance to F. verticillioides and fumonisin conamination. The biocontrol potential of native Trichoderma species isolates were evaluated for ability to control F. verticillioides and fumonisin contamination both in vitro and under field condition.

Forskjellige arter av Fusarium truer verdens maisproduksjon, inkludert Etiopia. Lite har vært kjent om artssammensetningen og utbredelsen av Fusarium spp. samt forurensning av mykotoksinet fumonisin i maiskorn produsert i de forskjellige agroøkologiske soner i Etiopia. Noen begrensede studier viste at F. verticillioides er det vanligste patogenet i maiskorn i Etiopia. Det er imidlertid ennå ingen effektive strategier for bekjempelse. Utvikling av maisgenotyper med tilstrekkelig resistens og bruk av biologiske bekjempelsesmidler kan være hensiktsmessige tiltak for å takle problemet. Ulike forsøk ble gjennomført med sikte på å dekke kunnskapshull knyttet til Fusarium og fumonisin i mais i Etiopia. For å undersøke komplekset av Fusarium-arter og fumonisin-forurensning i maiskorn, ble 200 prøver samlet inn fra 20 forskjellige dyrkingsområder for mais i Etiopia. Fusarium-isolater ble identifisert til artsnivå, i hovedsak basert på morfologiske karakterer. Sekvensering av deler av genet som koder for elongeringsfaktor 1-alfa (EF-1α) ble utført på representative isolater for å verifisere den morfologiske identifikasjonen. Fumonisin-forurensning ble undersøkt ved hjelp av ELISA (Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay). Fumonisin-produksjon av 80 tilfeldig utvalgte F. verticillioides isolater ble testet i kulturer av autoklaverte mais, og AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) analyse ble brukt for å studere den genetiske variasjon i disse F. verticillioides isolatene. Et to-årig feltforsøk ble utført for å evaluere etiopiske maissorter for resistens mot F. verticillioides og fumonisin-akkumulering i mais. Potensialet for biologisk bekjempelse med lokale Trichoderma-isolater ble evaluert ved å måle evnen til å kontrollere F. verticillioides infeksjon og fumonisin forurensning både in vitro og i feltforsøk.