Natural Weed Host Species of Yellow Dwarf Viruses (YDVs) in the Cereal Growing Areas of Trakya Region

Abstract

Yellow dwarf viruses (YDVs) are widespread and most economically important virus diseases in cereal growing areas in the world and Turkey. Because of the global climate changes, prevailing higher temperatures cause an epidemic of YDVs, transmitted by aphid vectors, are reduced yield and quality in cereal species, especially on winter bread wheat. In this study, 808 weed samples belonging to annual and perennial 52 weed species in the Poaceae family and other 5 different families in the cereal growing areas in Edirne, Kırklareli, and Tekirdağ provinces of the Trakya region were collected to determine the inoculum sources weed species is one of the factors that cause epidemics of YDVs. In the cereal growing areas of Trakya, in the borders of cereal fields and in grassland exhibiting yellowing, reddening, and stripe mosaic symptoms and asymptomatic 808 weed samples were screened by serological and molecular methods for the presence of Barley yellow dwarf virus-PAV (BYDV-PAV), BYDV-MAV, BYDV-SGV, BYDV-RMV and Cereal yellow dwarf virus-RPV (CYDV-RPV). Moreover, in this study diagnosed 7 aphid species that vectors of YDVs, 132 intact weed plants with aphid colonize belonging to 14 weed species, were used for the transmission experiments and were tested 206 symptomatic indicator plants by ELISA and RT-PCR. The screening tests showed that 535 out of 808 weed samples found infected with YDVs. Both method results revealed that the infection rate of 23.8% with BYDV-PAV, 10.4% BYDV-MAV, 6.8% with CYDV-RPV, 1.1% with BYDV-SGV, and 0.7% with BYDV-RMV as a single infection. However, the coinfection rate was 23.3%. A total of 181 YDVs isolates were sequenced and classified phylogenetically with the other YDVs isolates in the Genbank database. As a result of this study was identified 40 out of 52 weed species infected with YDVs that were Avena sterilis, Avena fauta, Lolium rigidum, Bromus sterilis, Hordeum murinum, Phragmites austrialis which play an important role epidemic of YDVs in the cereal growing areas as a crucial reservoir weed hosts.

Keywords

• Weed
• cereal
• virus
• poaceae
• YDVs

Trakya Bölgesi Tahıl Üretim Alanlarındaki Sarı Cücelik Virüs Hastalıklarının Doğal Konukçusu Yabancı Ot Türleri

Abstract

Sarı cücelik virüs hastalıkları (Yellow dwarf viruses: YDVs), Dünyada ve Türkiye’deki tahıl üretim alanlarında yaygın şekilde görülen ekonomik öneme sahip tahıl virüs hastalıklarıdır. Son yıllarda küresel iklim değişikliğinin etkisiyle artan hava sıcaklıkları yaprak bitleri ile taşınan YDVs’nin epidemi oluşturarak kışlık ekmeklik buğday başta olmak üzere tahıl türlerinde verim ve kalite kayıplarında artışlara neden olmaktadır. Bu çalışmada, YDVs’lerinin epidemiye neden olan unsurlarından biri olan inokulum kaynağı yabancı ot türlerini belirlemek amacıyla Trakya bölgesinin Edirne, Kırklareli ve Tekirdağ illerindeki tahıl üretim alanlarında Poaceae ve diğer 5 farklı familyaya mensup tek ve çok yıllık 52 yabancı ot türüne ait 808 yabancı ot örnekleri toplanmıştır. Bölgedeki tahıl üretim alanlarındaki tahıl tarla kenarları ve tahıl tarlalarına yakın mera alanlarında sarılık, kızarıklık ve çizgi mozaik simptomları gösteren ve göstermeyen yabancı ot yaprak örneklerinde YDVs’den Barley yellow dwarf virus-PAV (BYDV-PAV), BYDV-MAV, BYDV-SGV, BYDV-RMV ve Cereal yellow dwarf virus-RPV (CYDV-RPV)’nın varlığı serolojik ve moleküler testlerle araştırılmıştır. Ayrıca bölgede sarı cücelik virüslerinin vektörü olan 7 farklı yaprak biti türünün saptandığı bu çalışmada 14 yabancı ot türüne ait yaprak biti kolonileri bulunan köklü 132 yabancı ot bitkisi vektör yaprak biti ile taşıma denemelerinde kullanılmış ve 206 adet simptom gösteren indikatör bitki örnekleri ELISA ve RT-PCR ile testlenmiştir. ELISA ve RT-PCR metotları ile testlenen 808 yabancı ot örneğinden 535 adedinin sarı cücelik virüs hastalıkları ile enfekteli olduğu saptanmıştır. Her iki test sonuçlarına göre %23.8 BYDV-PAV, %10.4 BYDV-MAV, %6.8 CYDV-RPV, %1.1 BYDV-SGV ve %0.7 BYDV-RMV ile tek enfeksiyon bulunmuştur. %23.3 oranında da karışık enfeksiyonlar belirlenmiştir. 181 sarı cücelik virüs izolatının PCR ürünleri sekanslanarak DNA dizi analizlerinin Gen bankasındaki diğer YDV izolatları ile filogenetik sınıflandırması yapılmıştır. Bu araştırmanın sonucunda 52 yabancı ot türünden 40 farklı türün YDVs ile enfekteli olduğu özellikle Avena sterilis, A. fauta, Lolium rigidum, Bromus sterilis, Hordeum murinum, Phragmites austrialis yabancı ot türlerinin ise sarı cücelik virüslerinin tahıl üretim alanlarında epidemik hale gelmesinde önemli rezervuar konukçu yabancı ot türleri olarak önemli rol oynadığı saptanmıştır.

Keywords

• Yabancı ot
• tahıl
• virüs
• poaceae
• YDVs

References

1. Aydın O., İlbağı H. (2020). First report of yellow dwarf viruses (YDVs) in the rice fields in the Trakya region of Turkey. Journal of Crop Breeding and Genetics, 6: 96-101.
2. Anonim. (2017). Dünya hububat ve bakliyat raporu 2017. http://www.tmo.gov.tr/ (Erişim tarihi: 09.09.2020).
3. Bisnieks M., Kvarnheden A., Sigvald R., Valkonen JPT. (2004). Molecular diversity of the coat protein-encoding region of Barley yellow dwarf virus-PAV and Barley yellow dwarf virus-MAV from Latvia and Sweden. Archives of Virology 149:843–853.
4. Bisnieks M., Kvarnheden A., Turka I., Sigvald R. (2006). Occurrence of Barley yellow dwarf virus and Cereal yellow dwarf virus in pasture grasses and spring cereals in Latvia. Acta Agriculturae Scandinavica Section B-Soil and Plant Science. 56: 171-178.
5. Bremer K., Raatikainen M. (1975). Cereal disease transmitted or caused by aphids and leafhoppers in Turkey. Ann. Acad. Sai. Fenn. A. IV. Biologica 203: 1-14.
6. Cook R.J., Veseth R.J. (1991).Wheat healthy management, APS Press. St Paul, Minnesota U.S.A. 152 p.
7. D’Arcy C.J. (1995). Symptomology and host range of barley yellow dwarf. Pages 9-28 in C. D’Arcy and P. Burnett, eds. Barley yellow dwarf: 40 years of progress. American Phytopathological Society, St. Paul, MN.
8. D'Arcy C.J., Burnett P.A. (eds). (1995). Barley yellow dwarf: 40 years of progress. Am. Phytopathol. Soc. Press, St. Paul, MN.

9. Dayan S., İlbağı H. (2014). Tekirdağ ili buğday ekim alanlarında ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşitlerinde görülen tahıl virüs hastalıklarının buğday kalite özellikleri üzerine etkilerinin araştırılması, V.Türkiye Bitki Koruma Kongresi. 3-5 Şubat, Antalya, s:283.
10. Deb, M., Anderson, J.M. (2007). Development of a multiplexed pcr detection method for Barley and Cereal yellow dwarf viruses, Wheat spindle streak virus, Wheat streak mosaic virus and Soil-borne wheat mosaic virus. Journal of Virological Methods. 148:17–24.
11. Delmiglio C. (2008). The incidence and phylogenetic analysis of viruses infecting New Zealand's native grasses. The University of Auckland. PhD Thesis. Auckland, New Zealand.
12. Falke K.C., Friedt W., Ordon F. (2001). Nachweis der expression von Bci-4 und Lox:2 Hv1 in gerste (Hordeum vulgare L.) nach DCINA applikation, (Diplomarbeit), Justus Liebig Universitaet Planzenbau und Pflanzenzüchtung.
13. Garret K.A., Dendy S.P. (2004). Barley yellow dwarf disease in natural populations of dominant tallgrass prairie species in Kansas. Department and Plant Pathology Kansas State University, Manhattan Pp: 574.
14. Güncan A. (2010). Yabancı otlar ve mücadelesi Selçuk Universitesi, Teknik Bilimler MYO, T.B.Yayım Atelyesi Konya. 278s.
15. Güncan A., Karaca M. (2018). Yabancı otlar ve mücadele prensipleri (Güncellenmiş ve ilaveli Dördüncü Baskı) Selçuk Üniversitesi Basımevi, Konya. 374s.
16. Hawkes J.R., Janes R.A.C. (2005). Incidence and distribution of Barley yellow dwarf virus and Cereal yellow dwarf virus in over-summering grasses in a mediterranean type environment. Australian Journal of Agricultural Research. 56: 257-270.
17. İlbağı H. (2003). Trakya Bölgesinde üretimi yapılan bazı buğday türlerinde verim kayıplarına neden olan viral kökenli enfeksiyonların etmenlerinin tanılanması, (Doktora Tezi). Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi. 132 s.
18. İlbağı H., Pocsai E., Çıtır A., Muranyı I., Vida G., Korkut Z.K. (2003). Results of two years study on incidence of Barley yellow dwarf viruses, Cereal yellow dwarf virus-RPV and Wheat dwarf virus in Turkey. 3rd International Plant Protection Symposium at Debrecen University. Debrecen-Hungary, pp:53-63.
19. İlbağı H, Çıtır A., Yorgancı Ü. (2005). Occurrence of virus infections on cereal crops and their identifications in the Trakya Region of Turkey. Journal of Plant Diseases and Protection. 112 (4): 313-320.
20. İlbağı H. (2006). Common Reed (Phragmites communis) is a natural host of important cereal viruses in the Trakya Region of Turkey. Phytoparasitica. 34(5): 441-448.
21. İlbağı H., Rabenstein F., Habekuss A., Ordon F., Çıtır A. (2006). Incidence of virus diseases in maize fields in the Trakya Region of Turkey. Phytoprotection, 87:115-122.
22. İlbağı H., Rabenstein F., Habekuss A., Ordon F., Çıtır A., Cebeci O., Budak H. (2008). Molecular, serological and transmission electron microscopic analysis of the Barley yellow dwarf virus-pav and the Cereal yellow dwarf virus-rpv in canary seed (Phalaris canariensis L.). Cereal Research Communications. 36(2): 225-234.
23. İlbağı H., Çıtır A., Uysal M., Kara A. (2011). Incidence and molecular characterization of Barley yellow dwarf virus-PAV on Poaceae weeds in the Trakya Region of Turkey. (In English). Plant Genomics European Meetings. 63. May 4-7. İstanbul-Turkey.
24. İlbağı H., Çıtır A. (2012). Tekirdağ ilinde tahıllarda verim ve kaliteyi düşüren virüs hastalıklarının saptanması ve mücadele yöntemlerinin araştırılması, Yayınlanmış Çiftçi Broşürü.
25. İlbağı H. (2013). Tekirdağ ilinde tahıllarda verim ve kaliteyi düşüren virüs hastalıklarının saptanması ve mücadele yöntemlerinin araştırılması, Tekirdağ Valiliği, İl Özel İdaresi Destekli Projenin Sonuç Raporu. 150s.
26. İlbağı H., Çıtır A., Uysal M., Kara A. (2013). Trakya bölgesinde tahıl üretim alanlarındaki yabancı otlarda görülen sarı cücelik virüs hastalıklarının saptanması, karakterizasyonu ve afitlerle taşınabilirliklerinin belirlenmesi (TÜBİTAK Projesi Sonuç Raporu).
27. İlbağı H., Çıtır A., Kara A., Uysal M. (2013a). Poaceae weed host range of Luteoviridae viruses in the Trakya Region of Turkey. (In English).16th Symposium European Weed Research Society. 98. June 24-27. Samsun-Turkey.
28. İlbağı H. (2017). Tekirdağ ilinde tahıllarda verim ve kaliteyi düşüren virüs hastalıklarının saptanması ve mücadele yöntemlerinin araştırılması, Yayınlanmış Çiftçi Broşürü.
29. İlbağı H. (2017a). Tahıl üretim alanlarında sarı cücelik virüs hastalıkları (Yellow dwarf virus diseases) epidemisi ve mücadelesi. Bitki Koruma Bulteni. 57(3):317-335.
30. İlbağı H., Çıtır A., Kara A., Uysal M., Azzouz Olden F. (2019). First report of Barley yellow dwarf viruses (BYDVs) on dicotyledonous weed hosts in Turkey. Cereal Research Communications. 47(2): 292-303.
31. İlbağı H. (2020). Tahıllarda sarı cücelik virüs hastalıkları ve mücadele yöntemleri. Bitki Islahçıları Alt Birliği (BISAB) yayınları, 1. Baskı,146s.
32. Kadıoğlu İ. (1989). Çukurova Bölgesi buğday ekim alanlarında görülen yabani yulaf (Avena spp), türleri, gelişme biyolojileri, buğday ile karşılıklı etkileşimleri ve kontrol olanakları üzerinde araştırmalar. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü (Doktora Tezi), Adana.
33. Kara A., Erdiller G. (1994). Tekirdağ ili buğday ekim alanlarında görülen önemli yabancı ot türleri ve yoğunluklarının belirlenmesi üzerinde bir araştırma.Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi. 3 (1-2):40-52.
34. Kün E. (1994). II. Serin iklim tahılları. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 1360, Ders Kitabı: 394, Ankara, 317s.
35. McKirdy SJ., Jones RAC., Nutter FW. (2002). Quantification of yield losses caused by Barley yellow dwarf virus in wheat and oats. Plant Disease 86:769-73.
36. Miller WA., Rasochova L. (1997). Barley yellow dwarf viruses. Annual Review of Phytopathology. 35: 167–190.
37. Oswald JW., Houston BR. (1951). A new virus disease of cereals, transmissible by aphids. Plant Disease Reports, 35:471-475.
38. Oswald JW., Houston BR. (1953). The yellow dwarf disease of cereal crops. Phytopathology, 43:128-136.
39. Perry K.L., Kolb F.L., Sammons B., Lawson C., Cisar G., Ohm H. (2000). Yield effects of Barley yellow dwarf virus in soft red winter wheat. Phytopathology, 90: 1043–1048.
40. Plumb RT. (1983). Barley yellow dwarf virus a global problem. In: Plumb, R.T. & Thresh, J. (Eds). plant virus epidemiology-the spread and control of ınsect-borne viruses. Blackwell Scientific Publications. Oxford, UK. pp.185-194.
41. Pocsai E., Çıtır A., İlbağı H., Köklü G., Korkut K., Muranyi I., Vida G. (2003). Incidence of Barley yellow dwarf viruses, Cereal yellow dwarf virus and Wheat dwarf virus in cereal growing areas of Turkey. Agriculture, 49:583-591.
42. Pokorny R. (2006). Occurrence of viruses of the family luteoviridae on maize and some annual weed grasses in the Czech Republic. Cereal Research Communications. 34(2-3): 1087-1092.
43. Robertson N.L., French R., Gray S.M. (1991). Use of group-specific primers and the polymerase chain reaction for the detection and identification of Luteoviruses. Journal of General Virology. 72: 1473–1477.
44. Rochow W.F. (1969). Biological properties of four isolates of BYDV. Phytopathology, 59: 1580-1589.
45. Rochow WF., Muller L. (1971). A fifth variant of barley yellow dwarf virus in New York. Plant Diseases 55: 874-877.
46. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. (2013). MEGA5: Molecular evolutionary genetics analysis, version 6.0. Mol. Biol. Evol. 30, 2725–2729.
47. Tepe I. ( 2014). Yabancı otlarla mücadele. SİDAS Medya Ltd. Şti., Van. 292 s.
48. Uygur F.N. (2017). Ekim nöbeti ve yabancı ot ilişkileri. ders notu. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Herboloji Laboratuvarı, Adana, 18 s.
49. Wiese M.V. (1987). Compendium of wheat diseases A.P.S Press. St.Paul Minnesota. U.S.A.106p.
50. Yurdakul S., Çalı S., Baklacı S. (1987). Orta Anadolu’da buğdayda görülen hastalık belirtilerinin virüs yönünden incelenmesi. Bölge Zirai Mücadele Araştırma Enstitüsü, E-104835 No.lu Proje Özeti, Ankara, s:1.