Published November 24, 2022 | Version v1
Publication Open

Genome-wide association study for resistance in bread wheat (Triticum aestivum L.) to stripe rust (Puccinia striiformis f. sp. tritici) races in Argentina

Creators

  • 1. National Agricultural Technology Institute
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. National University of Mar del Plata

Description

Wheat stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), is one of the most devastating diseases of the wheat crop. It causes significant reductions in both grain yield and grain quality. In recent years, new and more virulent races have overcome many of the known resistance genes in Argentinian germplasm. In order to identify loci conferring resistance to the local races of Pst for effective utilization in future breeding programs, a genome-wide association study (GWAS) was performed using a collection of 245 bread wheat lines genotyped with 90 K SNPs.To search for adult plant resistance (APR) the panel was evaluated for disease severity (DS) and area under disease progress curve (AUDPC) in field trials during two years under natural infection conditions. To look for seedling or all-stage resistance (ASR) the panel was evaluated to determine infection type (IT) under greenhouse conditions against two prevalent races in Argentina. The phenotypic data showed that the panel possessed enough genetic variability for searching for sources of resistance to Pst. Significant correlations between years were observed for Pst response in the field and high heritability values were found for DS (H2 = 0.89) and AUDPC (H2 = 0.93). Based on GWAS, eight markers associated with Pst resistance (FDR < 0.01) were identified, of these, five were associated with ASR (on chromosomes 1B, 2A, 3A and 5B) and three with APR (on chromosomes 3B and 7A). These markers explained between 2% and 32.62% of the phenotypic variation. Five of the markers corresponded with previously reported Yr genes/QTL, while the other three (QYr.Bce.1B.sd.1, QYr.Bce.3A.sd and QYr.Bce.3B.APR.2) might be novel resistance loci.Our results revealed high genetic variation for resistance to Argentinian stripe rust races in the germplasm used here. It constitutes a very promising step towards the improvement of Pst resistance of bread wheat in Argentina. Also, the identification of new resistance loci would represent a substantial advance for diversifying the current set of resistance genes and to advance in the improvement of the durable resistance to the disease.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

صدأ شريط القمح، الناجم عن Puccinia striiformis f. sp. tritici (PST)، هو واحد من أكثر الأمراض تدميرًا في محصول القمح. إنه يسبب انخفاضًا كبيرًا في كل من محصول الحبوب وجودة الحبوب. في السنوات الأخيرة، تغلبت الأجناس الجديدة والأكثر ضراوة على العديد من جينات المقاومة المعروفة في البلازما الجرثومية الأرجنتينية. من أجل تحديد المواقع التي تمنح مقاومة للأجناس المحلية من PST للاستخدام الفعال في برامج التكاثر المستقبلية، تم إجراء دراسة ارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) باستخدام مجموعة من 245 خطًا لقمح الخبز المنمط وراثيًا مع 90 K SNPs. للبحث عن مقاومة النباتات البالغة (APR)، تم تقييم اللوحة لشدة المرض (DS) والمنطقة تحت منحنى تقدم المرض (AUDPC) في التجارب الميدانية خلال عامين في ظل ظروف العدوى الطبيعية. للبحث عن الشتلات أو مقاومة جميع المراحل (ASR)، تم تقييم اللوحة لتحديد نوع العدوى (IT) في ظل ظروف الاحتباس الحراري مقابل عرقين سائدين في الأرجنتين. أظهرت بيانات النمط الظاهري أن اللوحة تمتلك تنوعًا وراثيًا كافيًا للبحث عن مصادر مقاومة Pst. لوحظت ارتباطات كبيرة بين السنوات لاستجابة Pst في الحقل وتم العثور على قيم وراثة عالية لـ DS (H2 = 0.89) و AUDPC (H2 = 0.93). بناءً على GWAS، تم تحديد ثمانية علامات مرتبطة بمقاومة Pst (FDR < 0.01)، من بينها خمسة ارتبطت بـ ASR (على الكروموسومات 1B و 2A و 3A و 5B) وثلاثة مع APR (على الكروموسومات 3B و 7A). أوضحت هذه العلامات ما بين 2 ٪ و 32.62 ٪ من تباين النمط الظاهري. تتوافق خمسة من العلامات مع جينات YR/QTL التي تم الإبلاغ عنها سابقًا، في حين أن الثلاثة الأخرى (QYr.Bce.1B.sd.1 و QYr.Bce.3A.sd و QYr.Bce.3B.APR.2) قد تكون مواقع مقاومة جديدة. كشفت نتائجنا عن تباين جيني عالي لمقاومة أجناس الصدأ الشريطية الأرجنتينية في البلازما الجرثومية المستخدمة هنا. إنه يشكل خطوة واعدة للغاية نحو تحسين مقاومة Pst لقمح الخبز في الأرجنتين. كما أن تحديد مواقع مقاومة جديدة سيمثل تقدمًا كبيرًا لتنويع المجموعة الحالية من جينات المقاومة والمضي قدمًا في تحسين المقاومة الدائمة للمرض.

Translated Description (French)

La rouille à rayures du blé, causée par Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), est l'une des maladies les plus dévastatrices de la culture du blé. Il entraîne des réductions significatives du rendement et de la qualité des grains. Ces dernières années, de nouvelles races plus virulentes ont surmonté de nombreux gènes de résistance connus dans le germoplasme argentin. Afin d'identifier les loci conférant une résistance aux races locales de Pst pour une utilisation efficace dans les futurs programmes de sélection, une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) a été réalisée à l'aide d'une collection de 245 lignées de blé panifiable génotypées avec 90 K SNPs.Pour rechercher la résistance des plantes adultes (APR), le panel a été évalué pour la gravité de la maladie (DS) et la zone sous la courbe de progression de la maladie (AUDPC) dans des essais sur le terrain pendant deux ans dans des conditions d'infection naturelles. Pour rechercher la résistance aux semis ou à tous les stades (ASR), le panel a été évalué pour déterminer le type d'infection (IT) dans des conditions de serre contre deux races prévalentes en Argentine. Les données phénotypiques ont montré que le panel possédait une variabilité génétique suffisante pour rechercher des sources de résistance au Pst. Des corrélations significatives entre les années ont été observées pour la réponse Pst sur le terrain et des valeurs d'héritabilité élevées ont été trouvées pour DS (H2 = 0,89) et AUDPC (H2 = 0,93). Sur la base du GWAS, huit marqueurs associés à la résistance au Pst (FDR < 0,01) ont été identifiés, dont cinq étaient associés à l'ASR (sur les chromosomes 1B, 2A, 3A et 5B) et trois à l'APR (sur les chromosomes 3B et 7A). Ces marqueurs expliquent entre 2% et 32,62% de la variation phénotypique. Cinq des marqueurs correspondaient à des gènes Yr/QTL précédemment rapportés, tandis que les trois autres (QYr.Bce.1B.sd.1, QYr.Bce.3A.sd et QYr.Bce.3B.APR.2) pourraient être de nouveaux locus de résistance. Nos résultats ont révélé une forte variation génétique pour la résistance aux races de rouille argentine dans le germoplasme utilisé ici. Il constitue une étape très prometteuse vers l'amélioration de la résistance au Pst du blé panifiable en Argentine. En outre, l'identification de nouveaux locus de résistance représenterait une avancée substantielle pour diversifier l'ensemble actuel des gènes de résistance et pour progresser dans l'amélioration de la résistance durable à la maladie.

Translated Description (Spanish)

La roya del trigo, causada por Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), es una de las enfermedades más devastadoras del cultivo de trigo. Causa reducciones significativas tanto en el rendimiento como en la calidad del grano. En los últimos años, razas nuevas y más virulentas han superado muchos de los genes de resistencia conocidos en el germoplasma argentino. Con el fin de identificar los loci que confieren resistencia a las razas locales de Pst para su utilización efectiva en futuros programas de mejoramiento, se realizó un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) utilizando una colección de 245 líneas de trigo panificado genotipadas con 90 K SNP. Para buscar resistencia a plantas adultas (APR), el panel se evaluó para determinar la gravedad de la enfermedad (DS) y el área bajo la curva de progreso de la enfermedad (AUDPC) en ensayos de campo durante dos años en condiciones de infección natural. Para buscar plántulas o resistencia en todas las etapas (ASR), se evaluó el panel para determinar el tipo de infección (IT) en condiciones de invernadero contra dos razas prevalentes en Argentina. Los datos fenotípicos mostraron que el panel poseía suficiente variabilidad genética para buscar fuentes de resistencia a Pst. Se observaron correlaciones significativas entre años para la respuesta Pst en el campo y se encontraron altos valores de heredabilidad para DS (H2 = 0.89) y AUDPC (H2 = 0.93). Con base en GWAS, se identificaron ocho marcadores asociados con resistencia a Pst (FDR < 0.01), de estos, cinco se asociaron con ASR (en los cromosomas 1B, 2A, 3A y 5B) y tres con APR (en los cromosomas 3B y 7A). Estos marcadores explicaron entre el 2% y el 32,62% de la variación fenotípica. Cinco de los marcadores se correspondían con los genes Yr/QTL informados anteriormente, mientras que los otros tres (QYr.Bce.1B.sd.1, QYr.Bce.3A.sd y QYr.Bce.3B.APR.2) podrían ser nuevos loci de resistencia. Nuestros resultados revelaron una alta variación genética para la resistencia a las razas de roya argentina en el germoplasma utilizado aquí. Constituye un paso muy prometedor hacia la mejora de la resistencia al Pst del trigo panificable en Argentina. Además, la identificación de nuevos loci de resistencia representaría un avance sustancial para diversificar el conjunto actual de genes de resistencia y avanzar en la mejora de la resistencia duradera a la enfermedad.

Files

s12870-022-03916-y.pdf

Files (3.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d19cdb74f97b0bd7a9efed2d3aa3d8e4
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة الارتباط على مستوى الجينوم للمقاومة في أجناس قمح الخبز (Triticum aestivum L.) إلى الصدأ الشريطي (Puccinia striiformis f. sp. tritici) في الأرجنتين
Translated title (French)
Étude d'association à l'échelle du génome pour la résistance chez le blé panifiable (Triticum aestivum L.) aux races de rouille striée (Puccinia striiformis f. sp. tritici) en Argentine
Translated title (Spanish)
Estudio de asociación de todo el genoma para la resistencia en razas de trigo para pan (Triticum aestivum L.) a la roya rayada (Puccinia striiformis f. sp. tritici) en Argentina

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4310053213
DOI
10.1186/s12870-022-03916-y

Is supplement to
https://openalex.org/W3151651075 (Other)
https://openalex.org/W2999737586 (Other)
https://openalex.org/W2972724025 (Other)
https://openalex.org/W2738069108 (Other)
https://openalex.org/W2600092722 (Other)
https://openalex.org/W2391013718 (Other)
https://openalex.org/W2300820968 (Other)
https://openalex.org/W2281847180 (Other)
https://openalex.org/W210444933 (Other)
https://openalex.org/W1990874324 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1733384480
  • https://openalex.org/W1759731017
  • https://openalex.org/W1964895626
  • https://openalex.org/W1966787299
  • https://openalex.org/W1970335463
  • https://openalex.org/W1970909721
  • https://openalex.org/W1974665590
  • https://openalex.org/W1987709247
  • https://openalex.org/W1989342088
  • https://openalex.org/W1990898076
  • https://openalex.org/W199223927
  • https://openalex.org/W1992623501
  • https://openalex.org/W1993015632
  • https://openalex.org/W1993671918
  • https://openalex.org/W1999259676
  • https://openalex.org/W2002632259
  • https://openalex.org/W2003137327
  • https://openalex.org/W2007850097
  • https://openalex.org/W2009330464
  • https://openalex.org/W2010262484
  • https://openalex.org/W2011499518
  • https://openalex.org/W2023326652
  • https://openalex.org/W2031257152
  • https://openalex.org/W2033471902
  • https://openalex.org/W2038385990
  • https://openalex.org/W2040891606
  • https://openalex.org/W2048074683
  • https://openalex.org/W2048477289
  • https://openalex.org/W2052477779
  • https://openalex.org/W2061549418
  • https://openalex.org/W2064950342
  • https://openalex.org/W2070615458
  • https://openalex.org/W2080622681
  • https://openalex.org/W2082013273
  • https://openalex.org/W2085123256
  • https://openalex.org/W2085341891
  • https://openalex.org/W2087702607
  • https://openalex.org/W2098126593
  • https://openalex.org/W2101774758
  • https://openalex.org/W2104905104
  • https://openalex.org/W2107817705
  • https://openalex.org/W2127263835
  • https://openalex.org/W2130517250
  • https://openalex.org/W2132962848
  • https://openalex.org/W2134036574
  • https://openalex.org/W2139412702
  • https://openalex.org/W2142966772
  • https://openalex.org/W2143153648
  • https://openalex.org/W2143186975
  • https://openalex.org/W2150401481
  • https://openalex.org/W2169431324
  • https://openalex.org/W2169905443
  • https://openalex.org/W2218883228
  • https://openalex.org/W226633843
  • https://openalex.org/W2312290808
  • https://openalex.org/W2403844146
  • https://openalex.org/W2460159315
  • https://openalex.org/W2463253581
  • https://openalex.org/W2493166712
  • https://openalex.org/W2564959352
  • https://openalex.org/W2734818422
  • https://openalex.org/W2753711976
  • https://openalex.org/W2767489625
  • https://openalex.org/W2801032591
  • https://openalex.org/W2803994628
  • https://openalex.org/W2886785109
  • https://openalex.org/W2891769967
  • https://openalex.org/W2913500366
  • https://openalex.org/W2915446788
  • https://openalex.org/W2941025290
  • https://openalex.org/W2953380456
  • https://openalex.org/W2996279284
  • https://openalex.org/W3010824771
  • https://openalex.org/W3022803479
  • https://openalex.org/W3145687564
  • https://openalex.org/W3152539674
  • https://openalex.org/W3196289655
  • https://openalex.org/W3215201359
  • https://openalex.org/W418697009
  • https://openalex.org/W4205698576
  • https://openalex.org/W4255533384
  • https://openalex.org/W4280567329