Identification of genetic resistance to cereal cyst nematodes; Heterodera avenae (Wollenweber, 1924), Heterodera filipjevi (Madzhidov, 1981) Stelter and Heterodera latipons (Franklin, 1969) in some international bread wheat germplasms

Abstract

The cereal cyst nematodes, Heterodera avenae group, are known as parasites of cereals worldwide. In Turkey, the cereal cyst nematodes, Heterodera filipjevi, H. avenae and H. latipons, are the three known species infested wheat fields and cause high yield losses. The using of resistance varieties is one of the most effective methods for controlling cereal cyst nematodes. Recently, resistance genes (Cre genes) which are obtained from wild wheat genotypes have been transferred into bread wheat varieties to control the cereal cyst nematodes species. In this study, the efficiency of some sources of resistance (CreR, Cre1, Cre2, Cre3, Cre7 and Cre8) in wheat against some Turkish H. avenae, H. filipjevi and H. latipons populations was investigated in-vitro conditions. According to results, the effect of resistance genes showed variation depending on different Cereal cyst nematode populations; H.avenae, H. filipjevi and H. latipons. Although Cre1 gene was only found as completely resistant to all (three) nematode species, Cre3 and Cre7 were found resistant to H. avenae and H. latipons. Cre R was also determined as resistant to H. filipjevi and H. latipons populations but Cre8 was only found resistant against to H. filipjevi population. No resistance was found in Cre 2 gene against to all nematode populations. Additionally, 2 resistance gene-free variety and lines were found resistant to H. avenae; 3 wheat lines to H. filipjevi and 11 wheat genotypes were found moderately resistant to H. latipons.

Keywords

• Cereal cyst nematodes
• resistance
• Cre genes
• wheat

Uluslararası bazı ekmeklik buğday çeşitlerinin Tahıl kist nematodları, Heterodera avenae (Wollenweber, 1924), Heterodera filipjevi (Madzhidov, 1981) Stelter and Heterodera latipons (Franklin, 1969) karşı genetik dayanıklılığının belirlenmesi

Öz

Tahıl kist nematodları, Heterodera avenae group, buğdayın önemli zararlılar arasında yer almaktadır. Türkiye’de buğday alanlarının Tahıl kist nematodları, Heterodera filipjevi, H. avenae ve H. latipons’la bulaşık olduğu bilinmektedir. Dayanıklı çeşit ve hatların Tahıl kist nematodları karşı kullanılması en önemli mücadele yöntemlerinden biridir. Son zamanlarda, Tahıl kist nematodlarına karşı buğdayın yabani formlarından elde edilerek ekmeklik buğday çeşitlerine aktarılmış birçok dayanıklılık (Cre genleri) geni geliştirilmiştir. Bu çalışmada dayanıklılık genlerinin (Cre R, Cre1, Cre2, Cre3, Cre7, Cre8) H.avenae, H. filipjevi ve H. latipons‘un ülkemizdeki bazı popülasyonlara karşı etkinlikleri in-vitro koşullarda araştırılmıştır. Çalışmada sonucunda Tahıl kist nematodları, H.avenae, H. filipjevi ve H. latipons popülasyonlarına göre dayanıklılık genlerinin etkinliklerinin değişiği; bunla birlikte Cre1’in her üç nematod türüne karşı tam bir dayanıklılığa sahip olduğu, Cre3 ve Cre7’nin H. avenae ve H. latipons’a, Cre R’nin H. filipjevi ve H. latipons’a, Cre8’in ise sadece H. filipjevi popülasyonlarına karşı dayanıklı olduğu ve Cre2’nin ise her üç nematod türüne karşı dayanıklılığa sahip olmadığı saptanmıştır. Ayrıca, dayanıklılık geni içermeyen çeşit ve hatlardan H. avenae karşı 2 adet, H. filipjevi karşı 3 adet, H. latipons’a karşı 11 adet buğday genotipi orta dayanıklı bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Tahıl kist nematodları
• dayanıklılık
• Cre genleri
• buğday

References

1. Akar, T., M. Calışkan, J. M. Nicol, S. Uranbey, E. Sahin, S. Yazar, M. William & H. J. Braun, 2009. Molecular characterization of Cereal Cyst Nematode diagnostic markers Cre1 and Cre3 in some winter wheat germplasm and their potential use against Heterodera filipjevi. Field Crops Research, 114(2): 320-323.
2. Anonim, 2012. Türkiye İstatistik Kurumu.(Web sayfası: http:// www.tuik.gov.tr), (Erşim tarihi: Ekim 2012).
3. Barloy, D., J. Lemoine, P. Abelard, A. M. Tanguy, R. Rivoal & J. Jahier, 2007. Marker-assisted pyramiding of two cereal cyst nematode resistance genes from A. variabilis in wheat. Mol. Breeding, 20: 31-40.
4. Evans, K. & J. A. Rowe, 1998. “Distribution and Economic Importance, 1-30”. In: The Cyst Nematodes (Ed. S.B. Sharma). Chapman & Hall, London.
5. Cook, R. & K. Evans, 1987. “Resistance and Tolerance, 179-231”. In: Principles and Practice of Nematode Control in Crops (Eds. R.H. Brown & B.R. Kerry). Academic Press, Sydney, Australia.
6. Gözel, U. & İ. H. Elekcioğlu, 1998. “Bitki paraziti nematodların bazı buğday çeşitlerinde verime olan etkilerinin araştırılması, 265-269”. Türkiye VIII. Fitopatoloji Kongresi Bildirileri, Ankara.
7. İmren, M., H. Toktay, A. Özarslandan, A. Öcal & İ. H. Elekçioğlu, 2011. “Doğu Akdeniz Bölgesi buğday alanlarında Tahıl kist nematodu (Heterodera avenae group) türlerinin belirlenmesi, 10”. Türkiye IV. Bitki Koruma Kongresi, 28-30 Haziran 2011, Kahramanmaraş.
8. İmren, M., H. Toktay, A. Ozarslandan, A. Dababat & I. H. Elekcioğlu, 2012. Effect of temperatures on incubation duration of Heterodera avenae cysts and optimization of some materials and methods. Turkish Journal of Entomology. 36 (4): 587-595.

9. Kort, J., 1960. A technique for the extraction of Heterodera cysts from wet soil and for the estimation of their egg and larval content. Verslagen en Medelingen Plantenziektenkundige Dienst. Wageningen. Netherlands, 233: 3-7. Montes, M. J., L. Lopez–Brana, M. D. Romero, E. Sin, M. F. Andres, J. A. Martin –Sanchez & A. Delibes, 2003. Biochemical and genetic studies of two Heterodera avenae resistance genes transferred from Aegilops ventricosa to wheat. Theoretical and Applied Genetics, 107: 611–618.
10. Nicol, J., R. Rivoal, S. Taylor & M. Zaharieva, 2004. Global importance of Cyst (Heterodera spp.) and Lesion nematodes (Pratylenchus spp.) on cereals: yield loss, population dynamics, use of host resistance and integration of molecular tools. Nematology Monographs and Perspectives, 2: 233-251.
11. Nicol, J. M. & R. Rivoal, 2008. “Global Knowledge and its Application for The Integrated Control and Management of Nematodes on Wheat, 243-287”. In: Integrated Management and Biocontrol of Vegetable and Grain Crops Nematodes (Eds. A. Ciancio & K.G. Mukerji). Springer Academic Publishing, Dordrecht, The Netherlands.
12. Nicol J. M., N. Bolat, A. F. Yıldırım, A. Yorgancılar, A. T. Kılınç, İ. H. Elekcioğlu, E. Şahin, G. E. Orakcı & H. J. Braun, 200 “Identification of genetic resistance to cereal cyst nematode (Heterodera filipjevi) for international bread wheat improvement, 160-165”. Proceedings of the First Workshop of The International Cereal Cyst Nematode Initiative (21-23 October 2009), Antalya–Turkey.
13. Ogbonnaya, F. C., N. C. Subrahmanyam, O. Moullet, J. De Majnik, H. A. Eagles, J. S. Brown, R. F. Eastwood, J. Kollmorgen, R. Apples & E. S. Lagudah, 2001a. Diagnostic DNA markers for cereal cyst nematode resistance in bread wheat. Australian Journal of Agricultural Resources, 52: 1367-1374.
14. Ogbonnaya, F. C., S. Seah, A. Delibes & J. Jahier, 2001b. Molecular genetic characterisation of a new nematode resistance gene in wheat. Theoretical and Applied Genetics, 102: 623-629.
15. Özarslandan, M., 2008. Buğday Genotiplerinin Tahıl Kist Nematodu, Heterodera filipjevi (Madzhidov) Stelter Popülasyonlarına Karşı Dayanıklılıklarının Araştırılması. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Yüksek Lisans Tezi, Adana.
16. Rivoal, R. & R. Cook, 1993. “Nematode Pests of Cereals, 259-303”. In: Plant Parasitic Nematodes in Temperate Agriculture (Eds. K. Evans, D.L. Trudgill & J. M. Webster). CABI Publishing, Wallingford, U.K.
17. Rivoal, R., S. Bekal, S. Valette, J. P. Gauthier, M. Bel Hadj Fradj, A. Mokabli, J. Jahier, J. M. Nicol & A. Yahyaoui, 200 Variation in reproductive capacity and virulence on different genotypes and resistance genes of Triticeae, in the cereal cyst nematode species complex. Nematology, 3: 581-592. Shepherd, A. M., 1986. “Extraction and Estimation of Cyst Nematodes, 51-58”. In: Laboratory Methods for Work with Plant and Soil Nematodes (Ed. J.F. Southey). Her Majesty’s Stationary Office, London.
18. Sahin, E., J. M. Nicol, İ. H. Elekçioğlu, Ö. Yorgancılar, A. F. Yıldırım, A. Tülek, H. Hekimhan, A. Yorgancılar, A. T. Kılınç, N. Bolat & G. Erginbaş-Orakçı, 2009. “Frequency and Diversity of Cereal Nematodes on the Central Anatolian Plateau of Turkey, 100-105”. In: Cereal Cyst Nematodes: Status, Research and Outlook (Eds. IT. Riley, J. M. Nicol & A. A. Dababat). Yorum Matbası, Yenimahalle, Ankara.
19. Sahin, E., 2010. Orta Anadolu Buğday Alanlarinda Önemli Bitki Paraziti Nematodlarin Belirlenmesi ve Tahil Kist Nematodu Heterodera filipjevi`nin Biyolojisi ile Mücadelesi Üzerine Çalişmalar. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Adana.
20. Toktay, H., E. Yavuzaslanoğlu, M. İmren, J. M. Nicol, Elekçioğlu I. H. & A. Dababat, 2012. Screening for resistance to Heterodera filipjevi and Pratylenchus thornei in sister lines of spring wheat. Turkish Journal of Entomology. 36(4): 455-461.