Eine schnelle und effiziente Methode zur Beurteilung der Pathogenität von Ustilago-Maydis auf Mais- und Teosintenlinien

Summary

Die Verwendung einer Nadelinjektionsmethode zur Inokulation von Mais- und Teosintenpflanzen mit dem biotrophen Erreger Ustilago maydis wird beschrieben. Die Nadelinjektionsimpfung erleichtert die kontrollierte Abgabe des Pilzerregers zwischen den Pflanzenblättern, wo der Erreger durch die Bildung von Appresorie in die Pflanze gelangt. Diese Methode ist hocheffizient und ermöglicht reproduzierbare Impfungen mit U. maydis.

Abstract

Mais ist eine wichtige Getreidepflanze weltweit. Die Anfälligkeit für biotrophe Krankheitserreger ist jedoch die haupthindernis für die Steigerung der Produktivität. U. maydis ist ein biotropher Pilzerreger und der Erreger von Maiskot auf Mais. Diese Krankheit ist verantwortlich für erhebliche Ertragsverluste von etwa 1,0 Milliarden US-Dollar jährlich in den USA¹ Mehrere Methoden einschließlich Fruchtfolge, Fungizid-Anwendung und Saatgut-Behandlungen werden derzeit verwendet, um Mais-Schmutz²zu kontrollieren. Der Wirtswiderstand ist jedoch die einzige praktische Methode zur Verwaltung des Maisschmutzes. Die Identifizierung von Kulturpflanzen wie Mais, Weizen und Reis, die gegen verschiedene biotrophe Krankheitserreger resistent sind, hat die Ertragsverluste jährlich^{um 3-5}deutlich verringert. Daher würde die Verwendung einer Pathogen-Impfungsmethode, die den Erreger effizient und reproduzierbar zwischen den Pflanzenblättern liefert, die schnelle Identifizierung von Maislinien erleichtern, die gegen U. maydisresistent sind. Als ein erster Schritt zur Indentifizierung von Maislinien, die gegen U. Maydisresistent sind, wurde eine Nadelinjektionsimpfungsmethode und ein Resistenzreaktionsscreening-Verfahren verwendet, um Mais-, Teosinten- und Maisx-Teosinten-Introgressionslinien mit einem U.-Maydis-Stamm zu impfen und resistente Pflanzen auszuwählen.

Mais, Teosinte und Mais x Teosinte-Introgressionslinien, bestehend aus etwa 700 Pflanzen, wurden gepflanzt, mit einem Stamm von U. Maydisgeimpft und auf Widerstand gescreent. Die Impf- und Screening-Methoden identifizierten erfolgreich drei Teosintenlinien, die gegen U. maydisresistent sind. Hier wird ein detailliertes Nadelinjektions-Inokulations- und Resistenzreaktions-Screening-Protokoll für Mais-, Teosinat- und Mais x Teosinte-Introgressionslinien vorgestellt. Diese Studie zeigt, dass Nadelinjektionsimpfung ein unschätzbares Werkzeug in der Landwirtschaft ist, das U. Maydis zwischen den Pflanzenblättern effizient liefern kann und Pflanzenlinien zur Verfügung gestellt hat, die gegen U. Maydis resistent sind, die nun kombiniert und in Zuchtprogrammen zur Verbesserung der Krankheitsresistenz getestet werden können.

Introduction

Pilzkrankheiten von Pflanzen stellen eine der größten Bedrohungen für die Landwirtschaft dar. Die Notwendigkeit, Kulturen mit verbesserter Krankheitsresistenz zu entwickeln, steigt aufgrund des Nahrungsmittelbedarfs einer wachsenden Weltbevölkerung. Pflanzenpathogene infizieren natürlich Pflanzen auf dem Feld und verursachen Krankheiten, die sich negativ auf den Ernteertrag auswirken⁶. Es hat sich gezeigt, dass die Identifizierung und Verwendung resistenter Pflanzen die Resistenz verbessern und den Ertragsverlust verringern kann. Resistente Sorten wurden in vielen Pflanzenarten wie Mais, Weizen, Reis und Sorghum identifiziert, indem die Pflanzen mit einem P....

Protocol

1. Wachstum von Pflanzenmaterial

1. Wählen Sie Anlagenlinien für Dieinokulation und Siebung aus. Für diese Arbeit wurden zwei Maislinien, fünf Teosintenlinien und vierzig Maisx-Teosintenlinien mit uncharakterisierter Resistenz gegen U. Maydis verwendet (Tabelle 1).
2. Pflanzensamen für experimentelle(U. maydis Injektion) und Kontrolle (Wasserinjektion) Nadelinjektion Impfexperimente. Tun Sie dies für jede Anlagenlinie.
3. Pflanzen Sie vier Samen (Replikationen) für jede Pflanzenlinie in kleinen Wohnungen, indem Sie die Samen etwa 1/2 Zoll mit dem Finger in den Boden schieben und leicht mit Erde bedecken (....

Results

Eine erfolgreiche Nadelinjektionsimpfung kann durch Visualisierung des Phänotyps der mit U. maydis (experimentell) geimpften Pflanzen bestimmt werden. Die meisten Versuchspflanzen waren anfällig für U. Maydis-Infektionen. Die anfälligen Pflanzen zeigten eine sehr schwere Krankheitsentwicklung, die durch Stamm- und Basalgallenbildung mit schwarzen Teliosporen nachgewiesen wurde (Abbildungen 3D und 3E, Tabelle 2). Mehrere Pflanzen waren nach der Impfung a.......

Discussion

In dieser Studie war die Nadelinjektionsimpfungsmethode, mit der ein Stamm von U. Maydis in den Stamm von 700 Mais- und Teosintenpflanzen geliefert wurde, erfolgreich. Zusätzlich wurde eine überarbeitete Seuchenresistenz-Bewertungsskala verwendet, um die Pflanzen zu untersuchen und die Entwicklung von Krankheitserregern zu erkennen. Als Ergebnis der Verwendung beider Methoden wurden Pflanzenlinien, die gegen U. Maydis resistent sind, unter 700 Mais- und Teosintenpflanzen identifiziert, die nun kombinier.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Saatgut für Pflanzen			Gesammelt von Originalkreuzungen
Wachstumskammer	Conviron	PGR14 REACH-IN
Pflanzflächen	Hummert International	14-3385-2
Erde (3 Teile Kiefernrinde; 1 Teil Torfmoos mit Perlit)	Hummert International	10-1059-2
Laminarströmungshaube	Lab Conoco	70875372
Glycerinbestand von Krankheitserregern (U. maydis) oder Pilzerregern von Interesse			Bestände wurden aus der Originalkultur gezüchtet
Sterile Schleife	Fisher Scientific	S17356A
Kartoffel-Dextrose-Agar (PDA)-Platten	Fisher Scientific	R454311
eingestellt; C	Fisher Scientific	11-690-650F
Sterile Zahnstocher	Walmart		Bei Walmart gekauft und im Autoklaven sterilisiert
Kartoffel-Dextrose-Brühe (PDB)	Fisher Scientific	ICN1008617
Inkubator-Shaker eingestellt auf 30 & Grad; C	New Brunswick	14-278-179
Spektralphotometer	Fisher Scientific	4001000
U. maydis  Zellsuspensionskultur (1 x 106 Zellen/ml)			Gezüchtet aus Glycerin-Stamm, wie in den Methoden beschrieben
3 ml Spritzen	Becton Dickinson
mm x 1,3 cm Injektionsnadeln	Kendall Brands	8881250321