Comparative analysis of genetic and induced resistance to downy mildew (Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. et de Toni) and white rot (Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary) in sunflower
Az indukált és genetikai rezisztencia mechanizmusának összehasonlító elemzése a napraforgó két jelentős kórokozója, a Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. et de Toni és a Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary esetében
Title in English
Comparative analysis of genetic and induced resistance to downy mildew (Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. et de Toni) and white rot (Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary) in sunflower
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Complex agricultural sciences
Department or equivalent
Institute for Plant Protection (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants
Bán, Rita Barna, Balázs Hernádi, Ildikó Körösi, Katalin Posta, Katalin
Starting date
2010-02-01
Closing date
2013-04-30
Funding (in million HUF)
18.700
FTE (full time equivalent)
5.29
state
closed project
Summary in Hungarian
Összefoglalás Munkánk során a napraforgó-peronoszpórával és a szklerotíniás betegséggel szembeni genetikai és különböző (abiotikus, biotikus) növényi induktorokkal kiváltott indukált rezisztencia összehasonlító elemzését tűztük ki célul laboratóriumi, üvegházi és szabadföldi körülmények között. Célunk a kórokozó – növény kapcsolatok hátterében lezajló folyamatok tanulmányozása szövettani, biokémiai és molekuláris-genetikai módszerekkel. Munkánk során a peronoszpórával szemben fogékony, részlegesen és teljesen rezisztens, illetve a szklerotíniás betegséggel szemben fogékony és toleráns napraforgó fajtákat használunk. Meghatározzuk az egyes induktorok, különösen a mikorrhizák hatékonyságát a két betegség visszaszorításában, megismerjük a kezelt növényekben bekövetkező változásokat (sejt és szöveti reakciók, reaktív oxigén gyökök felhalmozódása, antioxidáns enzimek és specifikus gének aktiválódása) és ez által pontosabb képet kapunk az indukált rezisztencia mechanizmusáról. Tisztázzuk egyes rezisztencia gének és induktorok kapcsolatát, illetve együtthatását a peronoszpórával szemben részleges rezisztenciával rendelkező napraforgóban. Eredményeink választ adhatnak arra is, hogy a jövőben mely rezisztencia fokozók és napraforgó genotípusok esetében érdemes további alkalmazott kutatásokat (nemesítési program) kezdeményezni.
Summary
Summary The current project aims at conducting comparative experiments on the genetic and induced resistance to downy mildew and white rot of sunflower under laboratory, greenhouse and field conditions. Alterations in plants induced by either abiotic (chemical) or biotic (mycorrhiza fungi) resistance inductors are investigated using histological, biochemical and molecular genetic methods. Sunflower genotypes susceptible, partially or completely resistant to downy mildew (Plasmopara halstedii) and susceptible and tolerant to white rot (Sclerotinia sclerotiorum) are involved in the studies. Our studies are to determine the efficacy of inductors, particularly mycorrhizal fungi, on the restriction of these diseases, to describe changes at host cell and tissue level (necrosis, accumulation of reactive oxygen species), and in the activation of antioxidant enzymes and specific genes, and to clarify the relationship between the action of particular resistance genes and resistance inductors in partially resistant sunflowers. Our results contribute to the better understanding of the mechanism of systemic induced resistance in sunflower and help to decide which resistance inductors and sunflower genotypes are worth to initiate applied research (breeding) programmes in the future.
Final report
Results in Hungarian
A napraforgó - Plasmopara halstedii biotróf kapcsolatban a BTH, INA és BABA növelte a napraforgók ellenállóképességét fogékony és részlegesen rezisztens fajtákban. A fogékonyságtól függően gyengültek vagy elmaradtak a tünetek és a behatolás körüli sejtelhalás, a kórokozó szisztemikus terjedése elmaradt vagy visszaszorult, a PPO és POX enzimek aktivitása megnőtt és fokozódott a Ha-GST, Ha-PDF és CAT gének kifejeződése. A részlegesen rezisztens napraforgókban az indukált állapot később következett be, mint a rezisztensekben. A mikorrhiza készítménynek szintén volt rezisztencia fokozó hatása, mind önmagában, mind BTH-val kombinálva. A nekrotróf Sclerotinia sclerotiorum esetében is a kémiai induktoros kezelés, valamint a mikorrhiza készítmény önmagában és BTH-val együtt mérsékelte a fertőzést. Jelentős különbségek voltak a fogékony (ISZ) és két toleráns (P63, PR64) napraforgó fajta között, ez a sejtnekrózisok kiterjedésében és a kolonizáció mértékében is tükröződött. Az ISZ és P63 fajtákban a PPO és POX aktivitása jelentősen megnőtt a PR64-hez képest. A GST gén a fogékony fajtában, míg a defenzin és PR5 gének a toleránsokban fejeződtek ki erősebben, a CAT génnél nem volt ilyen különbség. A mikorrhizáltság intenzitása csupán a BTH-val kezelt PR64 hibridben volt statisztikailag igazolható. A hidrogén peroxidos előkezelés csökkentette, míg az oxálsav inkább növelte a szklerotíniás tüneteket. A toleráns genotípusok nagyobb ellenállóságot mutattak, mint a fogékony fajta.
Results in English
In case of the sunflower – Plasmopara halstedii biotrophic pathosystem, three chemical (BTH, INA, BABA) inducers equally enhanced resistance to downy mildew in both the susceptible and partially resistant genotypes. Depending on degree of susceptibility, the activated condition manifested itself by reduced symptom appearance, and cell necrosis around invasion, reduced systemic growth of the pathogen, increased activity of PPO and POX enzymes, and enhanced expression of Ha-GST, Ha-PDF, and CAT genes. Host responses had some delay in partially resistant sunflowers as compared to resistant ones. Micorrhizas (Symbivit) alone or combined with BTH induced resistance as well. Similarly, with the necrotrophic Sclerotinia sclerotiorum, disease lessened in sunflowers treated with chemical inducers, microrrhizas or their combinations. However, the level of induced resistance response varied greatly among genotypes as susceptible (ISZ) or differently tolerant (P63, PR64), as of cell necroses and pathogen colonization. PPO and POX activities in ISZ and P63 surpassed that of PR64. GST gene expression higher in ISZ, whereas defensine and GR5 gene transcripts increased more in P63 and PR64 genotypes. Micorrhizal colonization was significantly high in BTH-treated PR64 only. Hydrogen peroxide significantly reduced disease symptoms, but oxalic acid had an opposite effect. The tolerant sunflower genotypes appeared more resistant to the disease as compared to the susceptible one.
Decision
Yes
List of publications
Ettig B; Zsiros B; Baglyas G; Bán R; Posta K.: Indukált rezisztencia vizsgálata a napraforgó szklerotíniás betegségével szemben, 58. Növényvédelmi Tudományos Napok, Budapest, 2012. február 21-22. p. 34., 2012
Körösi K; Bán R; Baglyas G; Virányi F;: Induced resistance in sunflower: defense mechanisms against a biotrophic and a necrotrophic plan pathogen, Plant Resistance, Sustainability International Conference 16-19 October, 2012, La Colle-Sur-Loup, France, pp. 101-102., 2012
Bán R; Ettig B; Körösi K; Turóczi Gy; Virányi F;: Immunaktivátorok hatásának vizsgálata a napraforgó szklerotíniás betegségével szemben, Mikológiai Közlemények Clusius 51 (1), 17. (Suppl.) V. Magyar Mikológiai Konferencia, Budapest, 2012. május 23-25., 2012
Bán R; Baglyas G; Körösi K; Barna B; Virányi F;: Szisztemikus aktivált rezisztencia (SAR) a szklerotíniás betegséggel szemben különböző napraforgó hibridekben, 59. Növényvédelmi Tudományos Napok, Budapest, 2013. február 19-20. kiadványa p.52. www.hu-pps-org, 2013
Körösi K; Bán R; Turóczi Gy; Virányi F;: Indukált rezisztencia a napraforgóban: biotróf és nekrotróf kórokozó fertőzésére adott válaszok, 59. Növényvédelmi Tudományos Napok, Budapest, 2013. február 19-20. kiadványa p. 51. www.hu-pps.org, 2013
Körösi K; Virányi F; Bán R; Barna B;: Biochemical and molecular changes in downy mildew-infected sunflower triggered by resistance inducers, Journal of Phytopathology, 159: 471-478., 2011
