Proceedings / Compte-rendu · Radhey Pandeya Fusarium research and development at the Eastern...

Proceedings / Compte-rendu

Second Canadian Workshop on Fusarium Head Blight

Deuxième Colloque Canadien sur la Fusariose

Ottawa Congress Centre / Centre des congrès d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada, November 3-5, 2001 / 3 au 5 novembre

2001 ________________________________________________________________________

Table of Contents / Table des matières Welcome messages / Messages de Bienvenue Abstracts and Summaries / Résumé analytique et sommaire Session 1 Breeding, Nurseries and Genetic Resources / Amélioration, pépinières et

ressources génétiques

Session 2 Toxicology, Quality and Impact on Industry / Toxicologie, qualité du grain et impact sur l'industrie

Session 3 Epidemiology, Pathology and Control Strategies / Épidémiologie, pathologie et stratégies de lutte

Session 4 Markers, Gene Expression and Other Molecular Aspects / Marqueurs, expression génétique et autres aspects moléculaires List of Registrants________________________________________________________________________

Welcome messages / Messages de Bienvenue Note: Les messages de bienvenue son disponible seulement en anglais.

Canadian Workshop on Fusarium Head Blight Dear workshop participant and grain industry colleague: Welcome to the second Canadian Workshop on Fusarium Head Blight / Colloque Canadien sur la Fusariose (CWFHB/CCF), Ottawa Ontario, Canada, November 3-5, 2001. On the following pages you will find summaries of the oral and poster presentations given throughout the event. Fusarium diseases, specially fusarium head blight and gibberella ear rot, have caused multimillion dollar losses to cereal crops and the Canadian grain industry in the last decade. Recent progress has been made towards the prevention of toxin formation in cereal crops, however there is still lots of effort needed to reach long term solutions. A specialized forum such as the CWFHB aims at gathering together scientists and industry leaders in the field to present findings and raise possible solutions. This second CWFHB is focussed on the recent progress accomplished in understanding the problem in order to continue the important dialogue that was started in Winnipeg two years ago. With a collective effort and a sharing of our most valuable resource, knowledge, we may be better equipped to make advances in the coming years. A workshop of the magnitude of the CWFHB/CCF requires the contributions, assistance and enthusiastic participation of a large number of individuals, institutions and companies. I would first like to recognize the sponsors of this national workshop, and thank them for their generous support. The sponsoring organizations include: • Ag-West Biotech Inc. • Agriculture and Agri-Food Canada • Bayer Inc. • Canadian Agri-Food Research Council • Canadian Seed Growers Association • Canadian Wheat Board • Dow AgroSciences • Hyland Seeds • Ontario Corn Producers’Association • Ontario Wheat Marketing Board • Provincial Ministries of Agriculture of Ontario, Manitoba, Saskatchewan and Alberta • Quality Assured Seeds • Syngenta Crop Protection Appreciation is also expressed to Carolyn Babcock, Modra Kaufert and Ulf Thrane who have collaborated with Keith Seifert and Randy Clear to develop a very successful Satellite Workshop on Fusarium Identification. I am grateful to the local and national

members of the Organizing Committee who worked hard to prepare for and conduct the CWFHB, ensuring that it ran smoothly. In particular, my thanks to Mary Ann Beaudin, Denis Brazeau, Marcel Jomphe and Judy McCarthy from the Eastern Cereal and Oilseed Research Centre. Finally, many of you, experts in your field, were approached and kindly agreed to take the time and effort to prepare and present the excellent and wide-ranging talks and posters. The Organizing Committee would welcome any additional comments or suggestions relating to CWFHB/CCF, and your opinions on the need, goals and time-frame for a follow-up workshop, in the future. Yours cordially, Thérèse Ouellet Chair, CWFHB/CCF

Welcome to the Canadian Workshop on Fusarium Head Blight N.W. Hoag Canadian Agri-Food Research Council, Ottawa, ON. I am very pleased on behalf of the Canadian Agri-Food Research Council (CARC) to say a few words and welcome you to this second national workshop on Fusarium Head Blight. One of CARC’s main objectives is to identify emerging issues. Once an issue is identified, CARC acts as a catalyst for strategic planning and fosters the building of partnerships and networks among industries, governments and universities to address issues of mutual concern and develop collective solutions. The issue of Fusarium Head Blight (FHB) was identified a few years ago by the Eastern Expert Committee on Oilseeds and Cereals, and the Canada Committee on Crops as requiring a collaborative effort to resolve. CARC then brought together four provincial governments, Alberta, Saskatchewan, Manitoba and Ontario to share their resources to fund a workshop. We are once again very pleased that those same four provinces generously supported this second workshop. Your organizing committee has also worked very hard to gain other sponsors to provide further financial support. This workshop is an excellent example of the commitment of the grain crop community coming together to collectively address FHB. Nationally and globally FHB has, in recent years, become the most damaging and notorious disease of grain crops. Canada’s reputation as a reliable supplier of sound, high quality grain is at stake as a result of FHB, particularly if the disease spreads. This is an excellent opportunity to collectively focus on the future needs of the industry. I know the organizers will be reviewing with you the objectives of the workshop so I will not repeat them. What are CARC’s expectations from this workshop? I think this workshop will accomplish a lot in terms of (a) identifying the key research needs, (b) enhancing the communications network for a more coordinated approach, (c) providing leadership in designing more effective technology transfer systems, and (d) making the industry more aware of the importance of research and technology, translating into more support (financial and otherwise) from all stakeholders. Ultimately, this workshop can build on the critically needed coordinated collaborative effort which will effectively address FHB. The National Strategy for Agri-food Research and Technology Transfer 1997-2002 identifies the challenges facing the Canadian agri-food sector and recommends actions designed to ensure the continued viability of the sector. The 15 recommendations are focussed on assisting agri-food organizations to develop targeted programs and direct their resources towards more effective research and technology transfer. The work you do today and tomorrow will be a very significant contribution to the fostering of partnerships and networking to resolve a national issue affecting each of us in this room.

We in CARC have been pleased to support this event. I know that Thérèse Ouellet, Linda Harris, Linda Poste-Flynn and Steve Gleddie, with the local organizing committee members and the National Organizing Committee members have done a tremendous job in planning and organizing this workshop. It is evident by the number of you here today. I particularly want to acknowledge the leadership role each one of the committees’ members provided in putting this event together. I want to thank all of the organizers and those who financially supported today’s event. Good luck and have a productive meeting. Delivered by Ken Campbell, Secretary, Canada Committee on Crops.

Session 1Breeding, Nurseries and Genetic Resources

Lana ReidECORC's progress in the breeding of improved ear rot resistant maize

Gavin HumphreysProgress towards fusarium head blight resistant spring wheat in Canada

Radhey PandeyaFusarium research and development at the Eastern Cereal and Oilseed Research Centre

Les ShugarFHB resistant pastry winter wheat: a case history

Anita Brûlé-BabelBreeding winter wheat for resistance to fusarium head blight in the Eastern Prairies

Bill LeggeImproving FHB resistance in barley for Western Canada

Alek ChooBreeding barley for resistance to mycotoxin accumulation for Eastern Canada

George FedakSources of FHB resistance in spring wheat

Associated posters

2

CWFHB/CCF Session 1- Breeding, Nurseries and Genetic Resources

ECORC’s Progress in the Breeding of Improved Ear Rot Resistant Maize

L.M. ReidEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

IntroductionThree species of Fusarium are predominantly responsible for ear rot of maize or corn in Canada:F. graminearum Schwabe [teleomorph = Gibberella zeae (Schw.) Petch], F. verticillioides(Sacc.) Nirenberg [= moniliforme Sheldon] [teleomorph = G. fujikuroi (Sawada) Wr.] and F.subglutinans (Wollenw. and Reinking) Nelson, Toussoun and Marasas [teleomorph = G.subglutinans]. All three species can produce mycotoxins in the grain. The toxins of mostconcern are those produced by F. graminearum (deoxynivalenol [DON] and zearalenone) and F.verticilliodes (fumonisins); F. subglutinans can contaminate the grain with moniliformin but thistoxin is rarely found in Canada.

Entry of Fusarium sps. into maize ears can occur by growth of mycelium down silks to thekernels and cob (rachis) from spores germinating on the silks or through wounds caused byinsects or birds. Fusarium graminearum produces a pink- to reddish-coloured mold on kernelsthat usually spreads from the tip of the ear downward or outwards from an insect wound. It isoften referred to as pink ear rot/mold or gibberella ear rot. The mold growth of F. subglutinansis similar to that of F. graminearum but has a slightly more orange than pink colouration. Fusarium verticillioides infection is called fusarium ear/kernel rot and produces a whitishcoloured mold growth that tends to be scattered on the ear. Each species grows better underdifferent environmental conditions with F. graminearum and F. subglutinans generallypreferring cooler climates than F. verticillioides. Significant interactions have been foundbetween Fusarium species. Fusarium verticillioides is able to prevail over F. graminearumwhen both species are simultaneously inoculated into the silk channel of maize ears and cansuppress the growth of other maize ear rotting fungi. Negative associations between theoccurrence of F. verticillioides with both F. graminearum and F. subglutinans have also beenreported.

Development of inbred lines of maize and subsequent hybrids is the most feasible andeconomical method of reducing the incidence of mycotoxins in maize grain. Since 1986, an earrot resistance breeding program has been conducted at the Central Experimental Farm of AAFCin Ottawa. This is the only publically funded ear rot breeding program in Canada. Initial workwas successful in developing field screening techniques for assessing both silk and kernelresistance and in identifying some adapted germplasm with moderate resistance. Thisgermplasm was used to initiate the breeding program and to standardize the inoculationtechniques for routine screening of large numbers of genotypes. To date, most of the breedingwork has focussed on F. graminearum.

3

Objective of Breeding ProgramTo develop and release new elite inbred lines of corn with improved resistance ear rot infectionthrough the silk and/or kernels and superior agronomic performance in hybrid combination.

Inoculation TechniquesDue to the sporadic nature of ear rot epidemics in maize, inoculation techniques are needed toenhance incubation and infection and to overcome variability of infection during years whennatural contamination is too low to identify genotypic differences. Two field inoculationtechniques have been developed, one for assessing resistance to infection through the silk andone for assessing resistance to infection through kernel wounds (i.e., simulating insect damage). Both techniques allow for excellent differentiation between genotypes, ranging from verysusceptible to highly resistant and are suitable for use with all of the three major Fusariumspecies (Reid et al., 1996).

The silk inoculation technique consists of injecting 2 mL of a 250,000 conidia/mL suspensioninto the silk channel of the primary ear of each plant using a graduated, self-refilling, automaticcattle vaccinator attached to a 2.5 L backpack. One individual worker can inoculate 300-400 earsper hour. For kernels to become infected, the conidia must germinate and hyphae must growdown the silks to infect developing kernels. The rate of this progression is a function of thedegree of inherent silk resistance, silk age and the environment. Once the fungus reaches thekernels, the severity of infection is determined by kernel maturity, environmental conditions andany inherent kernel resistance. The kernel inoculation technique involves wounding the husk andkernels by stabbing them with four small needles and injecting a spore suspension into thewounded kernels. Only 3-4 kernels are wounded, creating a point source of inoculation fromwhich the spread of infection from wounded to non-wounded kernels can be evaluated.

Of all the parameters tested, timing of inoculation was found to be the most important factor toconsider when doing inoculations. Silk channel inoculations are best if done 4-7 days after silkemergence when there is a peak in expression of susceptibility. This period corresponds to thestage when silks are elongated, pollinated and may have some tip browning but are still green. Kernel inoculations are made 10-15 days post-silk emergence, corresponding roughly to theblister to early milk stages of kernel development. With both techniques, inoculations conductedearlier or later than the recommended time result in too little or too much infection, respectively,and it is difficult to differentiate between genotypes.

Sources of ResistanceSeveral sources of intermediate to moderate resistance to either silk or kernel infection have beenfound. CO272, an AAFC Ottawa inbred, was the first source of silk resistance found. CO272 isderived from an Iowa Two ear Synthetic crossed to CO106 and then backcrossed twice to CO109to improve earliness. As an inbred, CO272 is considered a ‘dog’ with very poor germination andplant vigour; however, it appears to possess resistance to several corn pests, both diseases andinsects. CO272 has no resistance to kernel infection. Another inbred source found was CO325which possesses intermediate silk and kernel resistance. Two French lines, F7 and F2 were also

4

found to possess intermediate resistance to silk infection. Two commercial hybrids, Pride K127and Funks G-4106, are also sources of resistance to silk and kernel infection. Pride K127 is nolonger available but the Funks hybrid is marketed as Enerfeast in recognition of its ear rottolerance. To date, there are no commercial hybrids with adequate resistance and yield availableto Canadian corn producers.

The five sources of resistance above formed the basis of AAFC’s ear rot breeding program. Inaddition, several new populations and synthetics were developed from hybrids and inbreds with intermediate resistance. Every year, we screen dozens of genotypes including inbreds, hybrids,populations and landraces, for ear rot resistance. Only a few additional sources of resistancehave been found and incorporated into the program.

Breeding and Selection MethodsInbred lines are derived by continual inbreeding using a modified pedigree method. The originalfamily from which the inbreds are selected consists of selection out of either an ear rot resistantpopulation or from a cross between two inbreds or an inbred and a hybrid. Families initiatedfrom an inbred x inbred cross are tested for yield and resistance before selection. During inbreddevelopment, selection for resistance occurs at the S2, S3, S4 and S7 generations using thescreening protocol outlined by Reid et al. (1996). Individual ears are hand-pollinated and then atthe appropriate time, the pollination bags are lifted, the plants are inoculated, and the bags arereplaced.

To be advanced to the next generation, 50% of the inoculated ears must be ‘resistant’. Thismeans no visual symptoms on kernels for the silk inoculated ears and for kernel inoculated ears,no visual spread of infection from wounded to non-wounded kernels. To speed up thedevelopment of inbreds, some generations not requiring selection are sent to the winter nursery inNew Zealand. During development, lines are also selected on the basis of combining ability andadaptation with testing at the S3, S4 and S7 generations to testers of different heterotic groups; it isessential that released inbreds can perform as a hybrid parent, not just possess resistance.

Evaluation of hybrid performance is conducted at Ottawa, (2750-2850 CHUs) in trials consistingof two row plots with four replications each year, as well as at several cooperating industrial anduniversity partner research stations in Ontario, Quebec and the USA. Four commercial hybridsare used as checks. The ear rot resistance of the testcross hybrid is also evaluated at Ottawa.Since DON levels are highly correlated to visual symptoms in maize, mycotoxin analyses areonly performed three times during inbred development: parent selection and on an inbred and itstestcross hybrids prior to release.

Before release inbreds undergo an ‘inscription’ process in which several morphological andmaturity traits are recorded for the purposes of inbred identification and to provide informationon inbred performance as a male or female parent. In addition, all inbreds are evaluated for twoyears to determine their resistance to other pests of importance in Canada including: eyespot[Aureobasidium zeae (Narita and Hiratsuka) J.M. Dingley = Kabatiella zeae Narita and

5

Hiratsuka], northern leaf blight [Exserohilum turcicum (pass.) K.J. Leonard and E.G. Suggs =Helminosporium turcicum Pass.], common rust (Puccinia sorghi Schwein), common smut[Ustilago maydis (DC.) Corda], Fusarium stalk rot and the European corn borer (Ostrinianubilalis Hübner).

Released InbredsSo far, AAFC has released seven inbreds with improved resistance to ear rot. CO387 was thefirst release in 1996 and was derived from CO272 X CO266. CO388 and CO389 are sister linesderived from (B73 X CO272) CO272; CO388 has exceptional combining ability and is currentlyused as one of our testers. CO430, CO431 and CO432 were derived from a synthetic populationmade up of five commercial hybrids (Pride K127, Funks G4106, Renk RK21, Northrup KingNK9060, and First Line FL1656), which were found during a routine screening of commercialhybrids to possess moderate to high levels of resistance. CO432 has the best combining abilityof the three inbreds. All five inbreds were developed for and possess high silk resistance; inaddition, CO387 CO430, CO431 and CO432 have moderate to high levels of kernel resistance.

The latest inbred to be released, CO433, was developed from the hybrid Pride K127. CO433 hashigh silk and kernel resistance. Since it takes approximately 4-5 years from inbred release torelease as a commercial hybrid, none of these inbreds have been commercialized yet. AAFCinbreds are released to all interested corn seed companies free of charge. If a company isinterested in commercializing an AAFC inbred, then a commercialization agreement is arrangedand royalties are paid on the seed sales of the hybrid. AAFC does not release maize hybrids butwe do provide information on the hybrid performance of our inbreds.

Future ReleasesSeveral new families are being advanced and initiated from several different sources ofresistance. We are also developing food grade, sweet, and flour corn with improved silkresistance; we have not been successful in incorporating kernel resistance into these types ofmaize without altering the quality traits of the kernels. In 2002, we will be releasing an inbredwith very high resistance to ear rot, eyespot, and leaf blight. This inbred was selected out of thesame population as the CO431 to CO432 series but has dent rather than flint kernels. Allprevious releases have been flint or semi-dent types.

ReferencesReid, L.M., Hamilton, R.I., and Mather, D.E. 1996. Screening maize for resistance to Gibberella

ear rot. Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON. Tech. Bull. Publ. 1996-5E.Reid, L.M., McDiarmid, G., Parker, A.J., Woldemariam, T., and R.I. Hamilton. 2001. CO388

and CO389 corn inbred lines. Can. J. Plant Sci. 81:457-459.Reid, L.M., McDiarmid, G., Parker, A.J., Woldemariam, T., and R.I. Hamilton. 2001. CO430,

CO431 and CO432 corn inbred lines. Can. J. Plant Sci. 81:283-284.

6


Progress Towards Fusarium Head Blight Resistant Spring Wheat in Canada

G. Humphreys1, D. Brown1, J. Clarke2, R. DePauw2, S. Fox1, H. Nass3, L. Shugar4, and H. Voldeng5

1Cereal Research Centre (CRC), Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), Winnipeg, MB.2Semiarid Prairie Agricultural Research Centre (SPARC), AAFC, Swift Current, SK.3Crops and Livestock Research Centre (CLRC), AAFC, Charlottetown, PEI.4Hyland Seeds, Nairn Research Lab, W.G. Thompson and Sons Limited, Ailsa Craig, ON.5Eastern Cereal and Oilseed Research Centre (ECORC), AAFC, Ottawa, ON.

IntroductionRecently, the importance of Fusarium Head Blight (FHB) worldwide has increased significantly. In Canada, it is endemic in many parts of the country and economically important epidemics haveoccurred in Manitoba, Ontario, Quebec and the Maritimes. Losses to Manitoba wheat producershave been estimated at $50 million annually and losses to the industry are estimated at $100million. Negative aspects of FHB include grain yield losses, grade reduction and reduced end-use quality. Fusarium damaged grain may be refused by end-users because of the risks ofaccumulated mycotoxins. The mycotoxin dioxynivalenol (DON) renders Fusarium infected grainunfit for both human consumption and animal feed. Breeding varieties resistant to FHB is animportant breeding objective due to its economic importance for the industry and food securityconcerns for consumers. Further, few registered spring wheat varieties have an adequate level oftolerance to the disease and none is resistant to the pathogen. The purpose of this report is topresent an brief overview of efforts by Canadian spring wheat breeders to develop varietiesresistant to Fusarium Head Blight. The report will discuss the germplasm sources, breedingmethods and breeding progress in spring wheat.

SourcesBreeding for resistance to FHB has resulted in a search of germplasm banks worldwide. FHBresistance has been found in various sources although some wild wheats and wheat relatives aredeemed unsuitable for direct use in cultivar development programs. In general, Canadian wheatbreeders have depended on four major sources of FHB resistance: (i) Asian (Chinese andJapanese); (ii) Brasilian; (iii) CIMMYT; and (iv) North American breeding lines.

The primary source of FHB resistance from China is Sumai 3 or one of its derivatives such asNing8331. These sources have been used in most major AAFC spring wheat breeding programsincluding those at Swift Current, Winnipeg and Charlottetown. The Chinese line Wuhan hasalso been used in the Swift Current and Charlottetown breeding programs. Due to the agronomicweaknesses of such Chinese sources, in some cases a reselection from within the Chinese sourcemight be used (eg. Wuhan#2-37E). ECORC has used the Japanese line, Nyu Bay, as their Asiansource of resistance because it was shorter and earlier maturing than other exotic sources.SPARC, CLRC and CRC have made crosses with Brasilian cultivars including Frontana,

7

Maringa and BRS179 to access an alternative source of FHB resistance. In the case of Maringa,barley yellow dwarf resistance would also be accessible. Hyland Seeds is attempting to transferthe Frontana-derived FHB resistance in its winter wheats and into its spring wheats. Recentevaluation of Brasilian germplasm by AAFC researchers has identified other Brasilian sourceswith potentially useful levels of FHB resistance. CIMMYT germplasm that has been usedincludes CIMMYT-1, CIMMYT-11 among others.

Efforts to breed for improved FHB resistance has been ongoing for many years. As a result, FHBresistant germplasm from North American breeding programs is now available. These linescould be divided into two groups: (i) Older breeding lines such as FHB#21, FHB#37, 9229G-003B and ND2710; and (ii) Newer lines, some of which are registered varieties, such as ACVoyageur, Alsen, BW278, HY644 and McVey. The latter group is becoming the preferredsource of resistance because they do not necessarily carry the agronomic and quality detrimentsof the exotic sources and less adapted lines.

Breeding for FHB resistance in durum wheat is a unique challenge because no durum sourceshave been found that are resistant to Fusarium. As a result, the SPARC program has madecrosses with Triticum diccoides L. in collaboration with Drs. F. Townley-Smith and J. Gilbert atCRC; Triticum carthlicum L. in collaboration with Dr. G. Fedak at ECORC and Triticumaestivum L. (ND2710). FHB resistance breeding is in the germplasm development phase butprogress is being made.

Breeding MethodsBreeding for FHB resistance is complicated by various factors including the agronomicundesirability and poor quality attributes of resistant germplasm, the quantitative inheritance ofthe resistance and perhaps most importantly, the large role the environment plays in FHB diseasedevelopment. This review will discuss two aspects of breeding methods for FHB resistance:Population development and Screening methods.

The original crosses for FHB resistance were primarily crosses of elite lines by an exotic FHBresistant donor and backcrossing was used where possible. From the first sets of crosses, lineshave been developed with greatly improved FHB resistance as well as better agronomics andend-use quality. Thus, some breeding programs are now able to adopt a convergent crossingstrategy; whereby, elite lines with an improved level of FHB resistance can be crossed with otheradapted FHB resistant germplasm. Populations have been manipulated in various manners butthe majority of Canadian spring wheat breeding programs are using traditional line developmentmethods (e.g. pedigreed or modified pedigree). Traditional methods permit ongoing selectionand testing for resistance under disease pressure at various generations (e.g. F2, F4 etc.) whichshould ensure effective selection for FHB resistance. Double haploid (DH) technology is alsoused to accelerate the development of pure lines at the CRC, Crop Development Centre (CDC)and Hyland Seeds.

8

Due to the large genotype x environment interaction for FHB resistance, screening is achallenging enterprise that has required the ongoing collaboration of breeders, geneticists andplant pathologists. FHB disease screening nurseries have been established at Charlottetown (R. Martin and H. Nass, CLRC), Ottawa (A. Xue and H. Voldeng, ECORC), Winnipeg (J. Gilbert, CRC), Portage la Prairie (J. Gilbert, D. Brown, S. Fox and G. Humphreys, CRC) andCarmen (A. Brule-Babel, University of Manitoba). The CRC and Carmen FHB nurseries aresupported in part by wheat producers through the Western Grains Research Foundation funding. Ag-Quest has established a private FHB nursery at Minto, MB. In these nurseries, diseaseestablishment is usually aided using Fusarium infected corn inoculum but natural infection andFusarium condial spore inoculum are also used. The disease establishment in all nurseries isenhanced through regularly scheduled misting or irrigation to ensure adequate moisture for FHBinoculum growth, infection and disease development. Inadequate moisture has been cited as thereason for insufficient disease development in some nurseries. ECORC has found diseaseincidence seemed to improve using strains of Fusarium graminearum collected in EasternOntario that readily produce perithecia in the laboratory.

Early generation (F2 to F5) screening is usually a “keep or discard” method based solely onvisual symptoms while later generation screening (F6 to F9 etc.) tends to be more refined. Advanced lines are often individually inoculated using controlled conditions and lines are usuallyrated using a FHB index evaluating both disease incidence and severity. Advanced lines withsuperior disease ratings are often analysed for mycotoxin (DON) content. DON testing is costlybut it is an important aspect of screening because breeding lines with low visual symptoms forthe disease do not necessarily have low mycotoxin levels.

Breeding ProgressThe development of a FHB resistant spring wheat variety has been slow and arduous but progressis being made. Presently, all major spring wheat breeding programs have access to a FHBnursery that is suitable for screening both early generation and advanced lines. Many of thesescreening nurseries did not exist 4 years ago. The nurseries have resulted in the development ofnumerous new collaborations. For example, the CRC FHB nurseries (Portage and Glenlea)screen lines for CRC, SPARC, CDC, ECORC, Proven Seeds, Hyland Seeds as well as variousother wheat breeding programs. FHB screening is technically demanding and particularlyimportant due to the multigenic inheritance of the resistance of the disease and the critical rolethe environment plays in disease development.

Progress within the various spring wheat breeding programs is at various stages of maturitydepending how long the breeding effort has been underway. All breeding programs (SPARC,CRC, CDC, CLRC, ECORC) have lines in early generation testing and Hyland Seeds expect thefirst FHB resistant DH lines to be in the field in 2002. New resistant germplasm would includeBW278, HY644. BW278 has good FHB resistance but is agronomically poor with about 10%lower yield than Neepawa, weak straw and susceptible to leaf rust and common bunt. CDC andCRC have advanced lines in registration trials in Western Canada. CDC has two advanced linesin the Central Bread Wheat Coop: BW304 and BW305. CRC has advanced lines with improved

9

FHB resistance in three registration trials. These include: BW308, BW309, BW310, BW311,BW312 in the Central Bread Wheat Coop Test; HY644 which has been tested in the HighYielding Wheat Coop Test; and ES66, in the Canada Western Extra Strong (CWES) WheatCoop Test. SPARC has two lines in the CWES Coop Test, ES48 and ES50, with FHB tolerancesimilar to AC Barrie, an improvement over Glenlea.

SummaryFusarium Head Blight is an economically important disease for which no resistant varieties arepresently available. Breeding progress has been slow due to the agronomic and qualityweaknesses associated with resistant germplasm coupled with the quantitative inheritance andthe influence the environment on disease development. Progress to date includes thedevelopment of robust FHB disease nurseries and screening protocols for most spring wheatbreeding programs in Canada and improved FHB resistant germplasm with better agronomicsand end-use quality compared to the original sources.

While significant progress has been made, a continued breeding effort is required to developFHB resistant spring wheat varieties in Canada. Improvements in screening protocols that reducethe interference by the environment on line evaluation would increase breeding effectiveness andefficiency. This may be partly accomplished using molecular markers for FHB resistance genesin the breeding process. Much of the FHB resistance presently deployed in Canadian breedingprograms is derived from Chinese sources, and Sumai3 in particular. It is possible that over timethe Sumai3 FHB resistance could breakdown, which would render varieties with Suamai3 basedresistance susceptible to the disease. The search for alternative sources of FHB resistance and itsincorporation into adapted germplasm would reduce the dependancy of Canadian spring wheatbreeders on the Chinese resistance sources.

10


Fusarium Research and Development at the Eastern Cereal and Oilseed Research Centre

R. Pandeya1, L. Shugar2, E. Bevis1, N. Long1, M. McLean1, and M. Etienne2

1Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.2Hyland Seeds, Nairn Research Lab, W.G. Thompson and Sons Limited, Ailsa Craig, ON.

Author’s NoteThe following is ‘Part A’ of a joint presentation on collaborative Fusarium Head Blight (FHB)research and development at the Eastern Cereal and Oilseed Research Centre (ECORC) andW.G. Thompson and Sons Limited, Nairn Research Lab (WGT). The initial developmentalresearch was conducted at ECORC; four Fusarium resistant / tolerant winter wheat donorgenetic stocks (with resistance gene from a Brazilian spring variety, Frontana) were developed. AAFC-WGT collaboration, established in 1995, has led to the development of winter wheatcultivar candidates and advanced lines in multi-location experimental trials.

IntroductionWheat, as the number one crop, generates $3.2 billion or 25% of the total Canadian Crops’ FarmCash Receipts (of $13.292 billion; 1999 Statistics). Ninety five per cent of production comesfrom spring wheat, produced mainly in the Canadian prairies. Spring wheat in Eastern Canada isrelatively small but is growing steadily. Winter wheat is the 5th or 6th most important field cropand second most important cereal (following corn) in Ontario. Its value added processing isconsidered to be well over a $ billion industry in Ontario. Figures 1 and 2 show the impact ofimproved genetics and crop husbandry practices in the continuous climb in per unit yield ofspring and winter wheat since 1881. However, the wheat crop in Canada and the USA has beensuffering from a continued Fusarium Head Blight (FHB) onslaught over the past several yearswhich stands to nullify all previous gains.

Figure 1 Figure 2

11

A sustained production of winter and spring wheat in Canada is threatened by FHB, which hadalready devastated the Canadian wheat crop in the nineteen eighties and nineties. Damage in1981, 1986 and 1988 in Ontario was tolerable. In the 1995-96 crop season, Ontario crop suffereda great loss due to a FHB epidemic. Only 42% of the expected production target (from 850,000 acres) of 1.4 million tons were achieved. Food-feed and seed quality was drasticallyimpaired. Thus a $ billion wheat agri-industry has been affected to a greater or lesser degree byFusarium ever since. FHB, from being a disease of eastern Canada has acquired a national scopesince the early nineteen nineties (Fig.3)

Figure 3 Epidemiology of Fusarium Head Blight in Canada

Development of Fusarium Resistant Winter Wheat Genetic StocksThe FHB epidemic in the early nineteen eighties and a total lack of suitable chemicalphytoprotection agents at the time indicated an urgency to find genetic sources of resistance anddevelop FHB resistant / tolerant cultivars. In 1984, Dr. Sampson selected a Saint-Hyacintheaccession of Frontana, a Brazilian spring wheat variety as a donor source of FHB resistance, andmade crosses with the standard winter wheat cultivars of the day (Harus, Augusta and Fredrick). Segregating generations were grown and seed of F3 and F4 generations were preserved.

Screening Procedure EvaluatedECORC established a FHB screening nursery with misting provisions to maintain the requiredhumidity for the disease development under epiphytotic conditions (Figures 4,5,6). Wedeveloped a suitable method of inoculation to assess the tolerance of different winter wheat lines. Injection and spray methods of inoculation were compared for pedigree derived and doubledhaploid lines. Visual ratings for spray and injection methods exhibited a very high positivecorrelation (r=0.92). There were significant differences amongst wheat lines for visual rating.

12

The correlation between DON and visual rating was 0.39 to 0.6. DON values in two-cropseasons were different. However, the ratio between DON (from inoculated) and DON (from thecontrol) were comparable. Subsequently, we used the spray method of inoculation at the anthesisperiod.

Figure 4 Field Inoculation of Genetic Lines Figure 5 Epiphytotic Nursery

Figure 6 Aerial View of the Fusarium Nursery

A pedigree population of 625 lines (in F3-F4) was sprayed with FHB spores (50,000 spores perml of suspension) under greenhouse epiphytotic nursery conditions in 1990 during the First Cycleof Selection. Lines were rated visually on a 1-10 scale (where higher numbers indicatesusceptibility). Samples of selected lines with a rating score of less than 4 were analysed for themycotoxin deoxynivalenol (DON) by GC-MASS SPEC method. Based on the visual symptom ratings (VSR), (Fig. 7) ratings below 4 were advanced for the nextcycle of epiphytotic evaluation and selection in 1991-92 in the field nursery. Further inoculationand selection were conducted and 176 lines were advanced for the third cycle of selection in

13

1992-93. We determined DON on the 1992-93 selections by the monoclonal antibody basetechnique developed at ECORC (Figures 7,8,9).

Figure 7 First Cycle of Selection for Symptoms and DON. The Genotype distributiongraph includes data for segregant lines and not checks falling in that range.

Figure 8 Second Cycle of Selection for Symptoms and DON

14

Figure 9 Third Cycle of Selection for Symptoms and DON

Over a three-year period, continuous selection pressure was applied in favour of a low visualrating and / or DON level. By the 1992-93 crop season, a large number of lines were identified,with DON values ranging from 3 to 43 ppm. We succeeded in transferring genes for resistancefrom a spring to winter wheat. The data distribution for disease rating suggested a multi-genicinheritance control. Correlation analysis revealed no definite associations between visual ratingand DON contents. This indicated that symptom expression and DON are under separate geneticcontrol (Table 1). Low or no correlation between DON and VSR appeared to be compatible withthe discrete class distribution (suggesting few major genes with modifiers may be controlling thecharacteristics).

Fusarium Tolerant Genetic Stock IdentifiedLines with HIGH-HIGH, LOW-HIGH, HIGH-LOW and LOW-LOW combinations of DON andVSR were identified. Also, the inference that the DON and VSR were independently inheritedappeared justified. Based on low DON and VSR, 27 lines were advanced for final evaluation in1993-94

Table 1VISUAL RATING DON CONCENTRATION NUMBER OF ENTRIES

HIGH HIGH 25HIGH LOW 55LOW HIGH 41LOW LOW 53

Further full-sibs of FHB 143, 147, 148 and 161 (with Low DON and Low visual symptomrating), were evaluated under epiphytotic conditions and all sister lines regressed to the originalparental line, suggesting that the four lines were approaching a required level of homozygosityand stability of performance as far as Fusarium tolerance was concerned. Data distribution

15

regressed towards the parent (Fig. 10). Thus the above four selected lines were chosen as donorparents for Fusarium resistance.

Figure 10 Winter Wheat Genetic Stocks with Fusarium Resistance

Collaboration Established and Development of Fusarium Resistant / Tolerant CultivarsRadhey Pandeya of ECORC and Leslie Shugar of W.G. Thompson and Sons Limited receivedapproval from the management of the two organisations for a MII-funded collaborative project todevelop Fusarium resistant soft winter wheat cultivar(s) in 1995. Techniques of haploidy, viawheat-maize pollination, embryo rescue and colchicine doubling were opted for to develop largenumbers of doubled haploid lines (DHS) from single, three-way, double and multiple crosscombinations with one or all of the four designated donor parents and standard cultivars (Figure 11). Since 1995-96, well over 20,000 lines have been developed. Almost 85-90% of thelines with poor agronomy and / or susceptibility to Fusarium are eliminated. Selected lines wereincreased for seed, and replicated tests are routinely conducted to assess yield potential, qualityand agronomic types, and FHB tolerance (Figure 12). FHB assessment is carried on all linesfrom the very beginning at the two experimental Centres. DON is determined on advancedreplicated trials’ entries.

16

Figure 11 Sequential Steps for Double Haploid Production

Figure 12 Field Expression of Fusarium Resistance

17

Progress to date• A DH line, OTH 017-033, has been advanced to the Ontario Winter Wheat Performance

Trial in the 2001-02 crop year. It has yield comparative to all checks and three to fourtimes lower Fusarium Index values (35 to 40 for checks vs 12 for the line). We will belicensing the line in January 2002.

• Three new lines, TWF013-043, TWF020-038 and OTF013-081, are advanced to anorthogonal test. Lines with good quality will become candidates for licensing in January2003.

• Table 2 lists the some of the selected lines with excellent FHB tolerance compared tochecks. These have been already evaluated for FHB tolerance. These are in replicatedtrials for final yield and quality parameter determinations for eventual licensing of aselected few.

Table 2 Fusarium Index of Doubled Haploid Lines Compared to Checks

NAME FHB NAME FHBAUGUSTA 42.5, 40, 35 AUGUSTA 35, 45, 40, 30, 70, 30

AC RON 30, 40, 30 AC RON 45, 40, 40, 40, 70, 50FREEDOM 32.50, 35, 40 FREEDOM 50, 40, 40, 50, 40, 40

P2540 20, 25, 15 P2540 25, 25, 20, 30, 30, 20WISDOM 15 OTF025-079 10

OTH017-033 10 OTF008-025 20OTF13-037 12.5 OTF012-019 10OTF13-081 17.5 OTF029-052 25OTF13-082 22.5 OTF029-072 20

OTF13-104S 12.5 OTF025-027 25TWF013-043 15 OTF012-074 10TWF013-045 22.5 OTF012-035 10TWF013-065 10 OTF012-001 40*TWF020-038 15 OTF012-100 10OTF022-074 27.5 OTF029-001 15TWF007-003 10 OTF012-030 25TWF007-066 55* OTF012-015 10TWF013-060 25 OTF025-073 30*TWF019-018 10 OTF029-080 30*TWF026-059 10 OTF012-101 20TWF028-011 15 OTF012-069 30*TWF032-014 50* OTF020-034 30*TWF032-029 25 OTF025-056 30*TWF032-039 10 OTF012-080 20TWF036-007 20 OTF008-034 10TWF036-052 20 OTF012-051 20

18

TWF037-001 40* OTF029-037 30*TWF037-006 10 WF034-055 20

WF034-006 10

*A few lines with high FHB Index are carried forward because of their excellent yield records.

New Germplasm Collected and New Lines Developed• Germplasm from Hungary, Austria, Ukraine, Russia, USA and China have been acquired.• Five new Fusarium spring wheat lines (resistant to Fusarium) have been developed at

ECORC with Chinese source of resistance.

AcknowledgementsWe gratefully acknowledge the collaboration from Les Shugar, Mark Etienne and staff at W.G. Thompson. Most of progress reported in this article in relation to cultivar development isfrom the AAFC-ECORC and W.G. Thompson joint project.

19


FHB Resistant Pastry Winter Wheat: A Case History

L.P. Shugar1 and R.S. Pandeya2

1Hyland Seeds, Nairn Research Lab, W.G. Thompson and Sons Limited, Ailsa Craig, ON. 2Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Author’s NoteThe following is ‘Part B’ of a joint presentation on collaborative Fusarium Head Blight (FHB)research and development at the Eastern Cereal and Oilseed Research Centre (ECORC) andW.G. Thompson and Sons Limited, Nairn Research Lab (WGT). The initial developmentalresearch was conducted at ECORC; four Fusarium resistant / tolerant winter wheat donorgenetic stocks (with resistance gene from a Brazilian spring variety, Frontana) were developed. AAFC-WGT collaboration, established in 1995, has led to the development of winter wheatcultivar candidates and advanced lines in multi-location experimental trials.

IntroductionThe objective of this collaborative effort is: to produce varieties of pastry winter wheat resistantto Fusarium head blight for the North American market in the fastest time possible. Theobjective may only be achieved by (1) having the means to reach it and (2) understanding andovercoming the challenges along the way. Good progress has been made since 1995-96. Wehave elite populations and lines within these populations with resistance categorized as R to MR. We will be seeking registration support for one SRW in 2002 and have 5 SWW in final yeartrials for 2001-2002. Radhey and I thank AAFC and W.G. Thompson and Sons Limited for thesupport we have received to date.

Means to Achieve ObjectiveMost breeders who are working on Fusarium resistance in wheat understand that althoughresistant donors are present around the world, most of these "exotics" are not well adapted toNorth America. This project started with four donors developed at ECORC of the parentageHarus/Frontana that were somewhat tall and late heading but selected as low for Fusarium indexand DON (better than Frontana itself). Harus's great, great grandfather was a sib of one parent ofFrontana, so the combining ability of these donors seem to be high when crossed to elite materialthat are themselves quite related to Harus.

We use the doubled-haploid method of producing pure lines (maize pollinator) from crosses ofelite with the ECORC donors. ECORC produces about 1500 dh lines and WGT about 3000 to3500 dh lines per year in a recurrent or convergent fashion. This methodology is fast, fixes bothmajor gene and quantitatively inherited genes, works well with recurrent, backcross andconvergent crossing, and is easier to identify resistance within populations.

20

ECORC has developed inoculum of a very virulent strain of Fusarium graminearum. We usemultiple sprays and misting at ECORC and Nairn. We have learned when to spray and when totake screening notes. We share research facilities, knowledge and lines and have a protocol todevelop resistant material in a step by step process that maximizes our potential to produce,screen and select "winners".

We also understand that any Fusarium resistance incorporated into elite material must continue toimpart protection over the medium to long term. So eventually, recurrent parents will carry goodresistance into future crossing, which should reduce the size of our current programs. We haveadded other resistant genes into the mix; newer Asian sources and lines that seem to have somemoderating influence on amount of infection.

Challenges in the WayEnvironmental interaction is the largest obstacle. Most of the time, we overestimate resistancedue to avoidance (temperature/humidity), screening at inappropriate times and by makingconclusions from too few inoculation events. Good planning, hard work and a lot of fieldevaluation help. Simple collaborations help.

Progress to DateWe have screened about 20,000 dh lines produced since 1996. We cull about 95% before yieldtrial stage. We are on our 6th cycle of dh production and 7th cycle of crossing. Together, at over 6to 7 locations, we are growing about 46 trials containing material from our collaborative projectat various levels (observation, preliminary, advanced and final year registration). ECORC/WGTwill be seeking registration support in 2002 for one SRW from this project that has a yield levelsimilar to controls, excellent milling and baking properties and is rated MR for Fusarium. Thereare five soft white winter wheat lines in final year registration tests and hundreds making theirway through yield trials and thousands more in inoculation nurseries.

ConclusionsECORC/WGT collaboration started with an obtainable objective to produce marketableFusarium resistant pastry winter wheat varieties and has used a simple approach to reach it: gooddonors, dh methodology, good screening and testing techniques over many locations and years,timely field evaluations, commitment and sharing resources and information.

We conclude that since we have elite material with type 1 resistance after six years and that it isreported that resistance seems to be holding up around the world over time, that resistantvarieties may be released from this program for years to come.

AcknowledgementsRadhey and I thank AAFC/ECORC and staff (past and present): Dexter Sampson, Eric Bevis,Nancy Long, Judith Fregeau-Reid, Don Flynn. Ramesh Sinha and Neil Howes. We also thank theWGT/Hyland staff: Mark Etienne, Craig Smith, Karen O'Neill, Julie Bullock and MargaretSpeller and the WGT elevator branches at Ailsa Craig, Hensall and Norwich.

21


Breeding Winter Wheat for Resistance to Fusarium Head Blight in the Eastern Prairies

A. Brûlé-Babel and D. FernandoDepartment of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg, MB.

With the exception of 1998, winter wheat in western Canada has escaped significant FusariumHead Blight (FHB) infection. The main reason for escape is that in most years temperature andhumidity conditions during flowering of winter wheat have not been conducive to FHB infection. Nevertheless, winter wheat cultivars are not resistant to FHB, and under conditions that favourthe disease, significant levels of FHB infection may occur. This, coupled with the fact that alarge portion of winter wheat production is being directed to the feed industry, makes itimportant to consider breeding for FHB resistance in this crop.

Efforts to breed for resistance to FHB in winter wheat began in 1999 at the University ofManitoba. FHB resistant winter wheat sources were obtained from ECORC-AAFC and springwheat resistant sources were obtained from CRC-AAFC, the United States, and China. Winterwheat lines from Europe were also tested. The genetic sources of resistance being used are notunique to other breeding programs. Crosses were made among advanced breeding lines andcultivars of winter wheat and several of the resistant sources. Due to the complexity of FHBinheritance and difficulty of evaluating individual plant responses to FHB, material from thesecrosses has been directed to production of doubled haploids. Materials are at various stages ofdoubled haploid production. Since it will be important to recover winter hardiness, kernelvariety distinguishability, and end-use quality characteristics, doubled haploids from thesecrosses will only be useful as parents for further crosses. Doubled haploids generated from thecrosses will be screened for reaction to FHB under controlled environment conditions. Lineswith the best FHB resistance will be selected and backcrossed to the adapted parents. From thereanother round of doubled haploids will be produced. Depending on the parents, these may bedirected to field testing or to further crossing cycles. Although this is a very slow process, giventhe nature of resistance and the sources being used, this is a logical method of ensuring somelevel of success in breeding winter wheat for FHB resistance.

Prior to initiation of the breeding work, there was almost no information about the reaction ofcurrently registered cultivars of winter wheat in western Canada. Therefore, nurseries were setup at Winnipeg and Carman to evaluate currently registered cultivars, lines in cooperativetesting, advanced breeding lines and sources of FHB resistance obtained from other programs. These nurseries showed that all currently registered cultivars has some level of FHBsusceptibility but that there were differences in reaction among these cultivars. Infection levelswere quite high in 1999 but were lower in 2000 and 2001. It appears that despite application ofFHB infected corn inoculum to plots prior to heading and inoculation with macroconidialsuspensions at anthesis (followed by mist irrigation), temperatures in 2000 and 2001 were toolow to support high FHB infections. This will pose some interesting challenges for fieldscreening of breeding materials in the future. It is obvious that further investigations will berequired to characterize the strains of FHB being used for screening and to determine if there aredifferences in temperature sensitivity of strains isolated from different sources.

22


Improving FHB Resistance in Barley for Western Canada

W.G. Legge1, M.C. Therrien1, J. Tucker1, A. Tekauz2, D. Somers2, M. Savard3, B.G. Rossnagel4, E. Lefol4, D. Voth4, T. Zatorski4, B.L. Harvey5, and G.J. Scoles5

1Brandon Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), Brandon, MB.2Cereal Research Centre (CRC), AAFC, Winnipeg, MB.3Eastern Cereal and Oilseed Research Centre (ECORC), AAFC, Ottawa, ON.4Crop Development Centre (CDC), University of Saskatchewan, Saskatoon, SK.5Department of Plant Sciences, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK.

IntroductionFusarium head blight (FHB), incited mainly by Fusarium graminearum, has recently emerged asthe most serious disease of barley in the eastern prairie region of Manitoba and Saskatchewan,causing millions of dollars in damage over the past five years. Although it can reduce yield, themost significant effect is in reducing quality due to the accumulation of the mycotoxin,deoxynivalenol (DON), in the seed. Improving genetic resistance to FHB would allow producersto regain access to malting barley markets and grow feed barley with low DON levels for theexpanding hog industry. This would also assure the feeding industry of a good supply of locallygrown, uncontaminated barley at lower cost, and reduce the need to use costly fungicides whichare not 100% effective in controlling the disease. The 1999 Canadian Workshop on FusariumHead Blight in Winnipeg, and the recent spread of FHB into western Manitoba andSaskatchewan provided the impetus for the researchers listed above to develop a project in 2000aimed at improving FHB resistance in barley for western Canada.

Funding AgenciesWe successfully approached the following funding agencies for a 3-year project commitment:• Manitoba Agri-Food Research and Development Initiative (ARDI)• Saskatchewan’s Agriculture Development Fund (ADF)• AAFC’s Matching Investment Initiative (MII)• Western Grains Research Foundation (WGRF) Barley Check-off• WGRF Endowment Fund

OverviewThe key was to establish a large nursery at the Brandon Research Centre where barley lines couldbe evaluated for their reactions to FHB and subsequently tested for DON content. The nursery isinoculated with infected corn seed (using 3 isolates of F. graminearum) spread on the ground 3-5times at weekly intervals, starting before the earliest lines in the nursery head, and irrigated asrequired to promote the development of FHB. All entries are rated visually on a 0-5 scale 2-3weeks after heading. ECORC provides the DON analyses which are critical to the project. TheCRC provides additional information and back-up for high priority material in a smaller nurseryalready established at Glenlea. Promising lines are also sent to a FHB nursery at Hangzhou,

23

China for evaluation. A number of specific objectives are conducted simultaneously each yearand will be discussed below.

ResultsThe 2000 FHB nursery at Brandon was successful with about 12,000 entries evaluated. Mostwere grown in 1.5 m rows although 0.9-m rows and hill plots were also used. The 0.9 m rowsappeared to be acceptable, while hill plots were unreliable. A total of 2,770 samples were testedfor DON content. FHB ratings were received for the 1,000 entries sent to China. The mostpromising lines were advanced to the 2001 FHB nursery at Brandon.

The 2001 FHB nursery at Brandon was expanded to its maximum size of about 16,000 rows. Most of these were 0.9-m rows. There was a moderate infection of F. graminearum with 5,000samples (maximum under the project) to be prepared and sent for DON analysis. An additional1,200 to 1,400 samples may be sent if the mycotoxin laboratory is able to handle them. A total of2,000 entries were sent to the FHB nursery in China this fall.

A fungicide trial was initiated in 2001 to determine the effectiveness of Dithane and Tilt incontrolling Cochliobolus sativus to allow optimal development of FHB symptoms on barleyspikes and kernels. The presence of C. sativus is a significant problem in rating the nursery (dueto confounding symptoms) and may affect DON levels as well. This addition to the projectutilized 420 rows.

Progress on ObjectivesBarley Varieties and Co-op Entries• Evaluated current barley varieties, entries in registration trials, and some advanced

breeding lines from other programs in about 1,000 rows. This included some advancedbreeding lines from Alberta Agriculture Food and Rural Development.

• We plan to provide FHB ratings from 2000 and 2001 and the 2000 DON data for varietiesto the committees that develop the provincial seed guides this fall. If we receive the 2001DON data in time, we will be able to provide them two full years of data to consider.

• In general, our results supported previous findings with 2-row varieties tending to have alower DON content than 6-row varieties. The 2-row malting varieties, AC Bountiful, ACMetcalfe, CDC Stratus and CDC Kendall, were among the best with a moderate level ofresistance. CDC Sisler continued to be one of the most resistant 6-row varieties withmost of the others being susceptible. The hulless varieties varied somewhat, but the 2-row variety CDC Freedom was particularly promising.

• There is some evidence of lines with high FHB ratings having relatively low DON levels,but this needs confirmation. In some cases, the symptoms may be caused by C. sativus.

Germplasm Exchange• Evaluated some elite FHB-resistant lines from ECORC, University of Minnesota, Busch

Agricultural Resources Inc. (6-row germplasm with low DON), and CIMMYT in about450 rows. We hope to have some lines to exchange with these organizations next year.

24

The material from the USA is an addition this year, and we hope to evaluate someadditional material from North Dakota State University in 2002.

New Sources of Resistance• Evaluated miscellaneous sources of FHB resistance previously identified, recent 2-row

malting barley varieties from Europe, and 500 accessions from Plant Gene Resources ofCanada (PGRC), originating from Asia and Eastern Europe that have not been screenedelsewhere to our knowledge. About 900 rows were used for this objective. Most of thePGRC entries lodged badly, but some showed promise and will be evaluated again in2002.

Advanced Breeding Lines and Segregating Crosses• Evaluated about 5,100 rows from Drs. Brian Rossnagel’s and Bryan Harvey’s breeding

programs at Saskatoon, and 500 from Dr. Mario Therrien’s program at Brandon. Thesetotals included both advanced breeding lines and lines from crosses segregating for FHBresistance. For my own (Bill Legge) program, we evaluated about 2,900 rows foradvanced breeding and miscellaneous resistant lines, and 3,750 rows for crossessegregating for FHB resistance ranging from lines that have already been screened severaltimes in FHB nurseries to lines selected as single heads from F4 bulk populations. Manyof these lines were also grown in yield tests outside the nursery. Promising lines wereselected for further research from all breeding programs. This is the largest component ofthe project, utilizing about 12,250 rows or over 75% of the nursery.

• Exotic sources of resistance being used in crosses include: Chevron, CI4196,Frederickson, Gobernadora, Golozernyj 1, Harbin, HDE84194-622-1, Krasnojarskij,Nepolegajuscij, Niedzical, Primus, Seijo II, Shyri, Suvenir, Svanhals, Ussurijskij 8,Zaoshu 3 and Zhedar #1.

• Other sources of resistance being crossed to our more resistant lines include: AC Sterling,Morrison, Symko and MNBrite. It is hoped that we may be able to increase FHBresistance through transgressive segregation.

In vitro Selection• The in vitro selection study, which uses DON and other mycotoxins in anther culture

media to select doubled haploid (DH) lines with potentially enhanced tolerance to thesemycotoxins and field resistance to FHB, was expanded greatly from about 20 rows in2000 to nearly 1,200 rows in 2001. We look forward to receiving the DON data for thismaterial. Some of the material was also grown in yield tests. We continue to producemore DH lines from segregating populations by in vitro selection in the laboratory atBrandon.

• We hope to use this technique as a means of differentiating FHB resistant and susceptiblebarley lines, as a selection tool in segregating populations, and as a source of somaclonalvariation.

25

Development of Special Populations • Development of special populations for determining the inheritance of FHB resistance is

underway, and seed will be increased as required.• Genetic research will not proceed further under the current project.

DiscussionWe are making progress towards improving FHB resistance in barley for western Canada and allbreeding programs have some moderately resistant material to work with. Unless we are veryfortunate with in vitro selection, this will likely be a long term project. FHB is a very expensivedisease to work with because of the DON testing costs and intensive labour required. Our levelof funding, which is mostly from external sources, is adequate at the moment, but we may not beable to maintain that level beyond the 2002-03 fiscal year.

The DON testing capacity for our project is currently set at 5,000 samples. We need to find aneconomical means of increasing this capacity. This is particularly critical in barley since thesymptoms can be easily confused with those of other diseases. While sending breeding materialto China may help to sort out this problem, the associated cost is increasing, and we are not yetsure if the results from China will be directly applicable to western Canada. We have only oneyear of experience with the Chinese nursery, but are encouraged by the North Dakota experiencethere and the fact that the Chinese data related reasonably well with the 2000 Brandon FHBnursery data, particularly for selections from the better cross combinations.

The exotic sources of Fusarium resistance we are using are very undesirable in terms ofagronomic traits and resistance to other diseases. Therefore, it will definitely be a long termproject to incorporate these sources of resistance into a new adapted variety. Because of thequantitative nature of FHB resistance in barley and the influence of morphological andphysiological traits, the use of molecular marker assisted selection (MMAS) may not bepractical, particularly in the short term. More genetic studies need to be conducted withgermplasm of interest; this also will be very time consuming and costly. Accurate phenotyping iscritical for the development of useful markers, and this is not easy to do for FHB. There are alsoissues of cross specificity with markers.

The lack of good sources of Fusarium resistance in 6-row barley is problematic. The startingpoint for 2-row barley is better, but it may be difficult to achieve significant improvement overthat in our more resistant 2-row varieties. We are aiming at a very low DON target in barley(non-detectable or < 0.5 ppm DON content).

ConclusionProgress is being made in improving FHB resistance in barley for western Canada, but we areconcerned about the ability to maintain this effort for the long term period needed to achievetangible results.

26


Breeding Barley for Resistance to Mycotoxin Accumulation for Eastern Canada

T.-M. ChooEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

In Eastern Canada, the mycotoxin-producing fungi Fusarium species are prevalent (Tamburic-Ilincic et al. 2000, Martin et al. 2001) and mycotoxin contamination in barley is severe in recentyears (Campbell et al. 2000). Deoxynivalenol (DON) is the most common mycotoxin in barley.Other mycotoxins, such as nivalenol, zearalenone, 3-acetyl DON, 15-acetyl DON, and T-2 arepresent but at a low frequency (Campbell et al. 2000). Barley is as susceptible to DONaccumulation as wheat and it contains more DON than corn and oats in Eastern Canada (Vigieret al. 2001). Approximately 22% of the barley samples surveyed in 1991-1998 exceeded 1 mgkg-1 of DON, the maximum tolerance level recommended for swine feed in Canada. Equallysignificant, approximately one third of barley samples were contaminated with 2 to 4mycotoxins. DON contamination was most severe in 2000 (Table 1). The worst samplecontained 17.6 mg kg-1 of DON, 1.3 mg kg-1 of 15-acetyl DON, 0.2 mg kg-1 of 3-acetyl DON, 0.6 mg kg-1 ofzearalenone, and 0.1 mg kg-1 of nivalenol. The above results clearly suggest that breeding barleyfor resistance to DON accumulation is warranted in Eastern Canada.

Table 1. DON content of 44 barley samples collected from Eastern Canada in 2000.

Province & Region DON (mg kg-1)Newfoundland & Labrador 0.0Nova Scotia 0.0Prince Edward Island 0.1, 0.2, 0.2, 0.4, 3.4New Brunswick 0.0, 0.1Quebec Lower St. Lawrence & Gaspé 0.0, 0.0,0.0, 0.0, 0.1 Quebec City Region 0.3, 0.5, 0.6 Nicolet & Richelieu 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.7, 0.8, 1.1 Mauricie & North of Montreal 0.2, 0.6, 3.2 Saguenay-Lac-St-Jean 0.5, 5.8Ontario Eastern 0.0, 1.7, 2.4 Central 11.9 Western 0.2, 0.3, 0.3, 0.5, 0.8, 1.1, 1.6, 2.8, 5.3, 8.9, 17.6

Source: Canadian Food Inspection Agency

27

Winter barley occupies only approximately 1.4% of the barley production in Ontario if we usethe acreages of pedigreed seed production as an indicator. Winter barley research is very limited;only W.G. Thompson & Sons conducts winter barley breeding in Eastern Canada. Unlessindicated otherwise, this article deals only with spring barley.

Varietal ResponseRecently, Tekauz et al. (2000) found that the barley cultivar AC Sterling, which was developedin Eastern Canada (Choo et al. 1994), had a low Fusarium Head Blight (FHB) index and a lowlevel of DON. We believe that besides AC Sterling, some other barley cultivars from EasternCanada may have a good level of resistance to FHB as well. Therefore, 49 local barley cultivarsand advanced lines were screened for FHB resistance under artificial inoculation conditions atCharlottetown, Ottawa, and Hangzhou (China). Seed samples from the 2000 OntarioPerformance Trial (OPT) at five locations were also analyzed for DON content. Results (Choo etal. unpublished data) showed that two-row cultivars on average had less FHB incidence and lessDON than six-row cultivars (Table 2). The two-row cultivars AB214-2 (to be registered) andAC Alberte (Choo et al. 2001) were most resistant to FHB incidence and DON accumulation. Rioux (unpublished data) also found that AB214-2 (1.7 mg kg-1) and AC Alberte (1.8 mg kg-1) had a DON level as low as Chevron (1.4 mg kg-1) under artificial inoculation conditions in aQuebec field trial in 2000. The six-row cultivars Myriam and OAC Kippen (Falk and Reinbergs1991) are warranted for further testing because they contained a low level of DON in theCharlottetown and Ottawa tests.

Table 2. FHB incidence (%) and DON content (mg kg-1) between two-row and six-rowbarley.

BarleyOttawaIncidence

OttawaDON

CharlottetownIncidence

CharlottetownDON

HangzhouIncidence

OPTz

DON

2-Rowy 3.4 ax 1.5 a 43.2 a 11.6 a 52.4 a 0.6 a

6-row 11.4 b 4.3 b 55.4 b 12.4 a 75.6 b 1.9 b

zAverage DON content of four locations (Westmeath, Elora, Palmerston, Winthrop). Note: Onlytraces of DON were detected at Ottawa, and thus data from Ottawa were not included in themean values.yThe numbers of two-row cultivars and six-row cultivars were 18 and 31, respectively in theartificial inoculation tests and were 16 and 21, respectively, in the Ontario Performance Trial. XMeans followed by the same letter were not different at the 0.05 level by the F-test.

In the Maritimes, Richard Martin has been screening entries of the Maritime Two-Row and Six-Row Barley Registration-Recommendation Tests for FHB resistance under artificial inoculationconditions. Likewise, Sylvie Rioux has been monitoring the level of FHB resistance of entriesof the Quebec Two-Row and Six-Row Barley Registration-Recommendation Tests. Currently,

28

no one has screened entries of the Ontario Performance Trial for FHB resistance. Three winterbarley cultivars are registered for use in Canada. All three were susceptible to DONaccumulation: OAC Elmira (5.8 mg kg-1), McGregor (9.4 mg kg-1), and MacDiarmid (5.1 mg kg-1) at Ridgetown (Ontario) in 1997 (Schaafsma and Tamburic-Ilincic, unpublisheddata).

Correlation Between DON and FHB IncidenceQuantitation of DON content is a time-consuming, labor-intensive, and relatively expensiveprocess. If the visual symptom of FHB is correlated with DON content, then one can use thevisual ratings to predict the severity of DON contamination and to carry out indirect selection forresistance to DON accumulation without resorting to ELISA. Choo et al. (unpublished data)found the following regression equation for 31 six-row cultivars: DON = 2.0 + 0.19 (FHBincidence) with a coefficient of determination of 0.77 (Fig. 1). Therefore, the results suggest that FHB incidence can be used as a selection criterion for DON content in barley breeding.

Figure 1. The DON content (Y) and FHB incidence (X) of 31 six-row cultivars grown in artificialinoculation tests at Ottawa and Charlottetown in 2000.

29

Effect of Morphological TraitsBesides head type, other morphological traits may also enhance the resistance level of FHB. Recently, Skadhauge et al. (1997) found that some flavonoids can inhibit Fusarium growth inbarley. Therefore, a study was conducted at Ottawa and Hangzhou in 2000 to investigate theeffects of head type, lemma color, awn type, and length of rachilla hairs on FHB of barley. Results (Choo et al. unpublished data) showed that six-row lines on average were 2 to 3 timesmore susceptible to FHB and 3 times more severe than two-row lines (Table 3). The averageFHB incidences of the four classes of barley at Hangzhou were as follows: two-row purple(42%), two-row yellow (69%), six-row purple (83%), and six-row yellow (94%). The averageFHB severities at Hangzhou were as follows: two-row purple (11%), two-row yellow (18%),six-row purple (27%), and six-row yellow (32%).

Therefore, the results suggest that besides a close linkage with the two-row/six-row locus, purplelemma per se decreased FHB incidence and FHB severity at Hangzhou where the infection wassevere. Further studies on the effect of lemma color are needed. If substantiated, then purplecolor may be useful for marker-assisted selection for FHB resistance in feed barley. Purplebarley has been reported to be associated with low fibre content (Frégeau-Reid et al. 2001), thuspurple barley may have better feed quality than yellow barley. Rough awns and long rachillahairs had very little effect on FHB infection.

Table 3. FHB incidence (%) and FHB severity (%) of two classes of barley doubled-haploid(DH) lines derived from a Léger/CI9831 cross.

Class of barley No. of DH lineszOttawaFHB incidence

Hangzhou FHB incidence

HangzhouFHB severity

Two-row 94 6.7 ay 45.2 a 11.8 a

Six-row 95 19.5 b 92.4 b 31.3 b

z One two-row purple line was not tested in Hangzhou.Y Means followed by the same letter were not different at the 0.05 level by the F-test.

Quantitative-Trait-Loci (QTL) analysisAt Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Armstrong et al. (2001) have initiated a studywith an attempt to identify major QTLs affecting FHB infection and DON accumulation in aChevron/AC Stephen cross. The cross was made in 1997 and DH lines were derived from theF1 hybrids. Approximately 150 DH lines were tested in seven environments (Ottawa 1999,Hangzhou 1999-2000, Ottawa 2000, Charlottetown 2000, Hangzhou 2000-2001, Ottawa 2001,and Charlottetown 2001). Screening for polymorphisms in micro-satellite markers are inprogress.

30

Discussion and ConclusionsDuring the past two years, we have made significant progress in breeding barley for resistance toDON accumulation in Eastern Canada. The severity of DON contamination in barley in EasternCanada has been documented. A number of FHB-resistant, well-adapted cultivars have beenidentified for use in commercial production. Two-row cultivars have been shown to be moreresistant than six-row cultivars. Ten of the 44 barley seed samples we collected fromcommercial seedlots in Eastern Canada in the epidemic year of 2000 were of two-row type. Thehighest DON content among the ten two-row barley samples was 2.77 mg kg-1. Although thislevel of DON content is too high for swine feed, it is still lower the maximum tolerance levelrecommended for diets for cattle and poultry in Canada (i.e., 5 mg kg-1). Two-row barley,however, generally yields lower than six-row barley (Jui et al. 1997). Increased efforts in two-row breeding are needed to improve the yield potential and to maintain/improve the level ofFHB resistance, particularly if we plan to develop a malting barley production system forEastern Canada.

Sources of resistance are lacking in six-row barley. It appears that Chevron, the most FHB-resistant six-row cultivar identified to date, may not have QTLs with major effects for FHBresistance (Ma et al. 2000). Furthermore, its agronomic performance is very poor in EasternCanada. Two commercial six-row barley cultivars Myriam and OAC Kippen may have a goodlevel of resistance. Further studies on these two cultivars and further search for other sources ofresistance are needed for six-row barley breeding. Besides head type, we have also found thatpurple barley was more resistant to FHB than yellow barley where the infection was severe. Hullessness can also be used as a means to reduce DON contamination (Clear et al. 1997). Perhaps, other plant traits may also inhibit FHB infection in barley. A better understanding ofthe resistance mechanisms for DON accumulation should facilitate the development of resistantcultivars in barley.

AcknowledgementsThe author is grateful to the following researchers for their collaborations in conducting theabove mycotoxin and FHB studies: Harold Campbell and Lynne Underhill (both with theCanadian Food Inspection Agency), Qiuquan Shen and Junmei Wang (both with the ZhejiangAcademy of Agricultural Sciences), Richard Martin (Crops and Livestock Research Centre), KehMing Ho, George Fedak, Marc Savard and Bernard Vigier (all with the Eastern Cereal andOilseed Research Centre), Duane Falk (University of Guelph), Mark Etienne (W.G. Thompson &Sons), and Ellen Sparry (C & M Seeds). The author is also grateful to Sylvie Rioux (Centre derecherche sur les grains) and Lily Tamburic-Illincic (Ridgetown College) for their unpublisheddata.

ReferencesArmstrong, K. et al. 2001. In Proc. 2nd Canadian Workshop on Fusarium Head Blight.Campbell, H. et al. 2000. Can. J. Plant Sci. 80:977-980.Choo, T.M. et al. 1994. Can. J. Plant Sci. 74:817-819.

31

Choo, T.M. et al. 2001. Can. J. Plant Sci. 81:425-426.Clear, R.M. et al. 1997. Can. J. Plant Sci. 77:161-166.Falk, D.E. and Reinbergs, E. 1991. Can. J. Plant Sci. 71:205-206.Frégeau-Reid, J. et al. 2001. Crop Sci. 41:(in press).Jui, P.Y. et al. 1997. Theor. Appl. Genet. 94:549-556.Ma, Z. et al. 2000. Phytopathology 90:1079-1088.Martin, R.A. et al. 2001. In Proc. 2nd Canadian Workshop on Fusarium Head Blight.Skadhauge, B. et al. 1997. Hereditas 126:147-160.Tamburic-Ilincic, L. et al. 2000. In Proc. 2000 National Fusarium Head Blight ForumTekauz, A. et al. 2000. Can. J. Plant Pathol. 22:9-16.Vigier, B. et al. 2001. In Proc. 2nd Canadian Workshop on Fusarium Head Blight.

32


Sources of Fusarium Head Blight Resistance in Spring Wheat

G. Fedak1,2, J. Gilbert2, A. Comeau3, H. Voldeng1, M. Savard1, and G. Butler1

Research Branch, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC).1Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Ottawa, ON. 2Cereal Research Centre, Winnipeg, MB. 3Soils and Crops Research and Development Centre, Sainte-Foy, QC.

Sources of FHB resistance have been introduced into North America mainly from China, Braziland Japan. The best over all introduction from China was Sumai3 which was released as acultivar in 1970. It not only is one of the best original sources of Type II resistance but as shownin Table 1, also one of the best for Type I resistance plus having the lowest DON level followinginoculation of all introductions. The other accessions of Chinese origin shown in Table 1 do nothave low levels of symptoms and DON similar to Sumai3. The Ning lines were derived fromSumai3 but show higher levels of symptoms and DON. Line 894013, derived as a somaclonalvariant from the variety Yangmai 5 is short statured with fairly strong straw. Cm 82036 is aCIMMYT line with FHB tolerance derived from Sumai3 plus some Brazilian sources. Ittypically gives good seed samples following inoculation.

Japanese lines such as Shinchunaga (Table 2) have levels of FHB resistance equal to the Chinesesources of resistance. Some of the Japanese accessions have relatively low DON levels, e.g.Sakai in Table 2 at 0.6 ppm. Unfortunately, these accessions are not adapted to Canadiangrowing conditions and progeny from single crosses with Canadian cultivars usually show apreponderance of tall, weak strawed, late maturing progeny. Major improvements in quality ofsegregates can be achieved by a single backcross of such F1 hybrids.

It has been suggested that Sumai3 and Frontana each contain a pair of unique genes for FHBresistance. Accordingly, we produced F1 hybrids between the two accessions and produced boththree-way and four-way crosses with these F1 hybrids. The 3 way crosses involved top-crossingthe F1 hybrids with an improved cultivar whereas 4 way crosses involved crosses with another F1hybrid between unrelated FHB resistant accessions. F2 head selections were made on F2populations in a FHB nursery following spray inoculation. Because of erratic expression of FHBsymptoms on F2 populations it is not possible to carry out conventional tests of allelism todetermine if allelic differences occur between the parents. However, cursory observationsindicated that there was transgressive segregation in the progeny based on visual symptoms. Inthe progeny of four way crosses involving four resistant parents there were fewer highlysusceptible segregates than in three-way crosses. Is this an indication that some resistant alleleswere segregating in progeny of 4-way crosses?

In segregating populations of the 3 and 4 way crosses, head selections were made in F2 and F4populations, alternating with winter increases in New Zealand. In F6 populations, the rows from

33

3 way crosses were fairly uniform, whereas numerous rows from 4 way crosses were stillsegregating for traits such as height, maturity, awnedness etc. In those cases single headselections were made again. Whereas, the F2 populations from 4 way crosses were very ragged interms of strain strength, plant height and maturity, F6 rows were found with low FHB symptomswhile height maturity and straw strength approximated the local check varieties. DON levels inseed harvested from selected F6 rows approximated those of Sumai3.

Mapping PopulationsSeveral doubled haploid populations developed for the molecular mapping efforts have beenscreened in detail in replicated trials over several years and locations. The traits that were scoredincluded FHB symptoms following point and spray inoculation, DON content, plant height andmaturity.

Transgressive segregation for FHB symptoms has been recorded in a number of populations suchas Sumai3 x Biggar and Wuhan x Maringa. In the former, lines such as H181, H305, have beenused in further crosses to current cultivars. In the Wuhan and Maringa population 6-7 linesconsistently exceeded the checks for FHB symptoms. One of these lines, H450, has good strawstrength, reasonable height and maturity and is being used as a parent in further FHB crosses. Inthe same population, BYDV resistance has been contributed by Maringa. One line H467,combines good levels of tolerance to both FHB and BYDV and has been used extensively inadditional crosses. The selected lines had lower FHB symptoms and slightly lower DONcontents than Sumai3.

Gene Pools with Improved FHB ToleranceAs already mentioned, the original accessions from China, Japan and Brazil were not welladapted to Canadian growing conditions being too tall, and late with weak straw. Most breedingprograms around the world have been able to transfer these sources of resistance into theiradapted material and in some cases released the first FHB tolerance cultivars such as McVey andH4644 that was nearly licenced. Other improved sources of FHB tolerance include such lines asFHB37 and HY644 from the Cereal Research Centre, ND2710 and ND2827 from North DakotaState and numerous accessions from the CIMMYT FHB program. Data in Table 2 and Table 3show that the ND lines have lower DON levels than some of the Chinese accessions. We haveobtained some impressive looking progenies in terms of FHB tolerance combined with goodagronomic characteristics, from crosses such as FHB37 with some of the CIMMYT lines.

There is now a number of improved FHB tolerant lines available. In addition to the linesmentioned above, some of the elite materials being generated by the CIMMYT program combinegood agronomic traits with a high level of FHB tolerance. The FHB resistance is likely acombination of Brazilian and Chinese germplasm. Ideally, for gene pyramiding purposes, onewould like to know the allelic constitution at known FHB loci. Molecular marker informationwill be used to provide information on allelic relationships.

34

With an increasing array of lines with good FHB tolerance and acceptable agronomiccharacteristics, it should be possible to continue improving such lines and not resorting back tothe original FHB tolerant introductions. We have for example obtained some very goodprogenies from crosses with FHB37, or the WF lines with some of the CIMMYT lines or 894013etc.

Alien SpeciesWith extended screening efforts it is possible to identify FHB tolerance in a number of alienTriticeae species or their derivatives. Thus far we have found FHB tolerance in landraces of ryefrom Brazil and accessions of Thinpyrum intermedium, in partial amphiploids obtained fromThinopyrum intermedium and Lophopyrum ponticum and amphiploids involving Hordeumcalifornicum and in Tritordeum hybrids (Triticum turgidum x Hordeum chilense). The idealmethod for accessing the FHB resistance in such combinations is first to produce the alienaddition lines, identify the line carrying the resistance loci, inducing recombination of the alienchromosome with wheat chromosome(s) then screening the recombinants to identify thosecarrying the integrated loci.

In cases where addition lines already exist, these were screened to find the critical ones, forexample, the series of addition lines from Thinopyrum intermedium, Secale, Hordeum chilense,Dasypyrum villosum and Thinopyrum elongatum (2χ).

Considerable effort has been expended to find FHB tolerance in the A, B and D genome donorwheat species. However, finally we have found reasonable levels of tolerance in all threespecies. Efforts are now underway to transfer the resistance from each into a contemporarywheat cultivar through a backcrossing process and use the three species to resynthesize tetraploidand hexaploid lines from the respective FHB tolerant diploid species.

In addition, hybrids have been made between resistant and susceptible accessions within eachspecies and development of mapping populations is underway. These will permit thedevelopment of molecular markers which will facilitate the backcrossing process.

The only source of immunity to FHB that we have found is in Elymus humidus, a polyploidnative Japanese species. It is currently being crossed to wheat and barley.

AcknowledgementsThe expert technical assistance of Mike Burvill and Svetlana Kritenko is gratefullyacknowledged.

35

Table 1. Fusarium head blight symptoms and DON levels in a selected group of springwheat accessions.

1998 Field DataAccession % floret infection Average DON level ppm

CIMMYT 11 17.0 12.6Sumai3 17.8 1.5Cm 82036 21.0 4.9894013 21.5 9.1Wuhan 22.0 7.2Ning 8343 22.0 4.0Ning 8331 23.5 9.8Frontana 24.0 11.7Maringa 25.5 4.4Ning 9016 29.0 11.6HY368 35.5 30.0Katepwa 43.8 6.7AC Domain 51.0 20.2Glenlea 52.0 22.9Roblin 60.8 40.1

36

Table 2. Fusarium head blight symptoms and DON levels in a selected group of springwheat accessions.

1999 Field DataAccession Average floret infection % Average DON level ppmWongshiubai 5.6 3.0ND2710 7.8 0.9Cm 82036 8.1 3.1Sumai3 8.3 1.5CIMMYT 11 8.6 8.1Shinchunaga 9.2 4.5BW252 9.8 9.3Frontana 11.1 7.9ND2827 12.1 1.0BW264 12.5 15.4Sakai 165 13.3 0.693FHB21 13.4 2.8Tokai 63 14.2 2.9Nabeokobozu 17.9 1.3AC Foremost 20.3 13.4 Remus 26.6 10.4Roblin 27.5 24.7

Table 3. Fusarium head blight symptoms and DON levels in advanced FHB accessions.2000 Field Data

Accession % floret infection DON ppm*ND2827 0.88 0.9**WF4 3.07 2.6WF1 3.70 2.3CIMMYT-11 4.17 4.5Sumai3 4.30 1.9WF7 4.84 2.8WF5 5.07 2.5WF2 5.63 2.8894013 6.69 5.4WF6 6.97 4.11FHB37 7.49 4.8WF8 8.43 5.9Frontana 8.62 3.5Roblin 9.46 7.46Cm82036 9.70 4.2HY644 10.5 5.6WF3 11.4 7.9Wongshiubai 15.80 4.8

*Obtained from North Dakota State University**WF lines selected from FL4802/AC Majestic at CRC. RL4802 - Pasqua/Ning 8331

37

CWFHB/CCF Session 1- Breeding, Nurseries and Genetic ResourcesASSOCIATED POSTERS

P1-1 Coordinated Fusarium Head Blight Screening Nursery for Wheat Breeding Programs inWestern CanadaA.L. Brûlé-Babel, D. Fernando, P. Hucl, G. Hughes, S. Fox, R. DePauw, M. Fernandez, J. Clarke, R. Knox, J. Gilbert, G. Humphreys, and D. Brown

P1-2 In vitro Selection for Resistance to Fusarium Head Blight in Wheat Anther Culture: fieldevaluation under artificial infectionJ. Collin, F. Eudes, S. Rioux, and A. Comeau

P1-3 Brazilian Wheat as a Source of Resistance to Fusarium Head BlightA. Comeau, G. Humphreys, J. Gilbert, D. Brown, J. Collin, S. Rioux, H. Voldeng, F. Langevin, and G. Fedak

P1-4 Increasing the Biodiversity of Sources of Resistance to FHB: A Possible Way AroundPotential Pleiotropic Effects and Deleterious LinkagesA. Comeau, J. Gilbert, D.G. Humphreys, G. Fedak, F. Eudes, R. DePauw, and J. Collin

P1-5 Fusarium Head Blight Symptom Development in Spring Wheat Genotypes AfterInoculation With ‘Point’ and “Spray’ MethodsJ.-F. Desmeules, T. Paulitz, S. Rioux, L O’Donoughue, and D. Mather

P1-6 Gametophyte Selection for Type III and Type IV Resistance to Fusarium Head Blight inWheatF. Eudes, R.J. Graf, R.S. Sadasivaiah, and D.A. Gaudet

P1-7 Breeding for Fusarium Head Blight Resistance in Wheat (Triticum aestivum L.)D.G. Humphreys, P.D. Brown, S.L. Fox, T.F. Townley-Smith, and J. Gilbert

P1-8 Germplasm Screening Approach and Sources of FHB Resistance Identified from theUSDA Spring Wheat collectionY. Jin, X. Zhang, and J. Rudd

P1-9 Observations on Resistance to Fusarium Head Blight in Interspecific Wheat Lines, F. Langevin and A. Comeau

P1-10 Resistance of Argentine Maize Germplasm to Gibberella and Fusarium Ear Rots D.A. Presello, L.M. Reid, and D.E. Mather

P1-11 Pedigree Selection for Gibberella Ear Rot Resistance in Four Maize PopulationsD.A. Presello, L.M. Reid, and D.E. Mather

38

P1-1. Coordinated Fusarium Head Blight Screening Nursery for Wheat BreedingPrograms in Western Canada

A.L. Brûlé-Babel1, D. Fernando1, P. Hucl2, G. Hughes2, S. Fox2, R. DePauw3,M. Fernandez3, J. Clarke3, R. Knox3, J. Gilbert4, G. Humphreys4, and D. Brown4

1Department of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg, MB.2Crop Development Centre, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK.3Semiarid Prairie Agricultural Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC),Swift Current, SK. 4Cereal Research Centre, AAFC, Winnipeg, MB.

Fusarium Head Blight (FHB) continues to be a serious disease of wheat in western Canada and inparticular, the eastern prairies. Breeders recognize that wheat cultivars will require FHBresistance if they are to be suitable for production in all regions of western Canada. Screeningfor FHB resistance has been difficult for breeders working outside of the eastern prairie region. As a result, breeders and pathologists entered into a collaborative agreement to establish acommon screening nursery in an environment that is more conducive to FHB development. In2001 this nursery was established at Carman, Manitoba to evaluate FHB reaction of breedinglines from wheat breeding programs in western Canada. Each program was assigned a quota forentry of lines into the nursery. Approximately 6000 1 m row plots were grown in the nursery. This included breeding lines, checks and replicated trials of entries in cooperative trials.

FHB infected corn inoculum was applied to plots two to three weeks prior to anthesis. Date ofheading and anthesis were recorded for each plot. A macroconidial suspension of F.graminearum was applied to plots at 50% anthesis and again three to four days later. After eachmacroconidial inoculation plots were irrigated with a mist irrigation system to maintain highhumidity. Eighteen to 21 days after inoculation plots were visually rated for incidence (% ofspikes infected) and severity (% area of spike infected) of FHB infection and an FHB index wascalculated for each plot. Conditions in the nursery were highly conducive to FHB development. Disease incidence and severity on susceptible checks often exceeded 80% and 60%, respectively. Resistant checks also had a relatively high disease incidence but had substantially lower diseaseseverity than the susceptible checks. This provided a good distinction between susceptible andresistant lines.

A large portion of the lines tested were susceptible to FHB. Identification of these lines willallow plant breeders to focus on more promising material. Factors that complicate evaluation oflines are currently being examined. These include evaluation of the effect of different times ofinoculation (because of different times to anthesis), effect of different evaluators on ratings, andeffect of environmental conditions at the time of inoculation. Information gained from thisevaluation will be used to modify procedures in following years.

39

P1-2. In Vitro Selection for Resistance to Fusarium Head Blight in Wheat Anther Culture:Field Evaluation under Artificial Infection

J. Collin1, F. Eudes2, S. Rioux3, and A. Comeau4

1Département de Phytologie, Université Laval, Laval, QC. 2Lethbridge Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), Lethbridge, AB. 3CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville, QC.4Soils and Crops Research and Development Centre, AAFC, Sainte-Foy, QC.Corresponding author: [email protected]

AbstractThe trichothecenes produced by Fusarium graminearum are phytotoxic and play a role in thepathogenesis of Fusarium head blight (FHB) of wheat. A F. graminearum culture filtrate and acombination of four trichothecenes (deoxynivalenol (DON), 15-acetyldeoxynivalenol (15-ADON), nivalenol (NIV) and T-2 toxin) were evaluated for their efficiency as potential selectionfactors in anther culture. The three resistant / susceptible spring wheat populations Nyu-Bay /Norseman, Frontana / Norseman and Katepwa / Norseman were evaluated twice in a greenhouseand for three years in a field test under artificial infection. Visual disease index, DON contentand different agronomic data were recorded on each doubled haploid line. Greenhouse data ondisease resistance were not correlated to field data, but higher correlations were observed amongthe field tests. The efficiency of in vitro selection varied according to the cross. The best resultswere observed for Frontana / Norseman, but little effect was observed for Katepwa / Norseman.Some unexpected results were observed for the Nyu-Bay / Norseman population. Selectedsignificant results are presented and discussed in order to assess the feasibility of in vitroselection for resistance to FHB in wheat.

mailto:[email protected]

40

P1-3. Brazilian Wheat as a Source of Resistance to Fusarium Head Blight

A. Comeau1, G. Humphreys2, J. Gilbert2, D. Brown2, J. Collin3, S. Rioux4, H. Voldeng5, F. Langevin1, and G. Fedak2

1Soils and Crops Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada(AAFC), Sainte-Foy, QC.2Cereal Research Centre, AAFC, Winnipeg, MB.3Département de Phytologie, Laval University, Sainte-Foy, QC. 4CEROM, St-Bruno-de-Montarville, QC. 5Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, AAFC, Ottawa, ON.Corresponding author: [email protected]

AbstractIt is commonly perceived that Brazilian wheat lines contain some resistance to Fusarium HeadBlight (FHB). Yet, although the use of older cultivars such as Frontana as a source of resistancehas become a tradition, recent cultivars may have received less attention. A visit to Brazil byAAFC scientists led to the idea of testing available Brazilian cultivars for FHB resistance as wellas other traits. Indeed, Brazil has a high incidence of FHB, and the resistance factors that areuseful in Brazil might be valuable in Canada. Our study of a series of old and new cultivars fromBrazil in comparison to Canadian and US wheat checks indicates that Brazilian cultivars,especially a few of the more recent ones, may possess special value as sources of genes of FHBresistance. About half a dozen cultivars might deserve more attention as potential sources ofresistance. One of these (BRS 179) was in the same category as the resistant check HY 644,displaying a strong type II resistance. Other cultivars may possess different mechanisms whichmight be useful in gene pyramiding.

IntroductionBrazilian wheat has been recognized by CIMMYT as a source of disease resistance, and whenjoint research was undertaken with CIMMYT at AAFC Ste-Foy, it became obvious that for virusresistance and other disease resistance traits, the Brazilian germplasm stood out as the best(Comeau 1986). When Fusarium head blight devastated the crops in Canada and USA, the valueof Frontana and other sources of Brazilian origin was rapidly recognized (Miller et al. 1985,1986; Wang & Miller 1988). However recent Brazilian wheat cultivars did not receive muchattention until quite recently when a series was introduced for BYDV resistance evaluation atAAFC Ste-Foy. Many of these were satisfactory for BYDV reaction, and the grain of somecultivars seemed relatively free from disease.

A subsequent visit of Canadian scientists to Brazil in Oct.-Nov. 2000 coincided with one of theworst epidemic of Fusariun Head Blight (FHB) in Brazil for the decades. Our hosts led usthrough various parts of the country, so that we could see how the germplasm responded. Asmall number of the new cultivars seemed to possess field resistance. Brazilian scientists hadalready reported the resistance of Cep 24, BRS 179, and BRS 177 (Commissao Sul-Brasileira dePesquisa de Trigo, 2001). An obsolete cultivar, BR 32, also had the reputation of having acertain level of resistance.


41

As seed of Brazilian cultivars was already available in Canada, it became logical to test a seriesof these cultivars against many diseases, with special attention to FHB, and to evaluate theagronomic potential as well. This was done in 2001. The present report presents the results withrespect to FHB. The lines evaluated also included Canadian and US checks (Table 1).

MethodsThe germplasm was included with current artificial inoculation trials done in Winnipeg, Ste-Foy,St-Hyacinthe and Ottawa. The spray method was used for infecting; this was done at anthesis. The evaluation was done through the index method in Winnipeg and St-Hyacinthe (percentinfection of spikes x percent infection of spikelets, immune = 0, worst possible = 100), and withthe overall symptom score in Ste-Foy (0= immune, 9 = worst sensitive possible ). Indoors testswere also done in Ottawa and Ste-Foy, with the point inoculation method, in order to assess thetype of resistance as type I (resistance (R) to infection) or type II (resistance (R) to spread).

ResultsThe results of artificially inoculated tests show that a number of Brazilian wheat lines are equalor better, when compared to the check cultivars, in terms of FHB resistance. For the mostresistant lines, greenhouse tests were done to determine the resistance type as I (R to infection) orII (R to spread). A good level of type 1 resistance seems present in Cep 24, but its Type IIresistance is medium only. For Type 2 resistance, BRS 179 seems roughly the equivalent of HY644. Despite a low level of type II resistance, BR 32 and BR 43, among others, may possessdiverse useful FHB resistance genes; a number of other cultivars may also have minor genesworth exploring.

These observations bring a new hope in the fight against FHB. So far, a large proportion of theNorth American research was based on the potential use of Sumai 3 resistance, but practicalresults have been slow to come. In general, it is not easy to develop a FHB resistant wheat. InBrazil, a decade before the creation of most cultivars used in the current study, a 25-year researchprogram attempting to use Nobeoka Bozu and Nyu Bay as sources of resistance had beencompleted, without leading to one single useful cultivar (Caetano, pers. comm.). Observations innatural epidemics and conventional wheat breeding research over many decades thus led to thisrecent progress in Brazil, and the exact origin of the resistance genes in Cep 24, BRS 179 andother recent cultivars remains unknown (De Sousa, pers. comm.).

In general the Brazilian wheat lines are not equal to the Northern American ones for qualitytraits, but most of them might carry fewer problems than Sumai 3 for bread-making purposes(Fregeau, pers. comm).

ReferencesComeau, A. 1986. Brazilian wheats: a good source of disease resistance [Les blés brésiliens: une

bonne source de résistance aux maladies]. Phytoprotection 67:146. (Fr.)Commissao Sul-Brasileira de Pesquisa de Trigo, 2001.www.cnpt.embrapa.br/rcsbpt01/index.htm

www.cnpt.embrapa.br/rcsbpt01/index.htm

42

Miller JD, Young JC, Arnison PG. 1986. Degradation of deoxynivalenol by suspension culture ofthe Fusarium head blight resistant wheat cultivar Frontana. Can. J. Plant Pathol. 8:147-150.

Miller JD, Young JC, Sampson DR. 1985. Deoxynivalénol and Fusarium head blight resistancein spring cereals. Phytopathol. Z. 113:359-367.

Wang YZ , Miller JD. 1988. Effects of Fusarium graminearum metabolites on wheat tissues inrelation to Fusarium Head Blight resistance. J. Phytopathol. 122:118-125.

AcknowledgementsOur most sincere thanks are expressed to EMBRAPA for sharing with us the above germplasm,to D. Frohberg and R. Stack, who helped us obtain BRS 177, and to the many EMBRAPAscientists who led us through their trials at various test sites of EMBRAPA, CNPT and CPACT(Drs. Bacaltchuk, De Sousa, Caetano, Scheeren, Del Duca, So e Silva, Arias, De Lima and manyothers). This research would have been impossible without their collaboration.

Table 1. Data from artificial inoculation trials with Fusarium graminearum*.Winnipeg St-Hyacinthe Ste-Foy

Cultivar or line FHB index FHB index FHB score

1 AC Superb 23.0 4.4 4.72 HY 644 (R) 9.8 1.6 2.23 AC Barrie 17.5 2.3 3.84 AC Walton 24.5 4.1 5.75 AC Brio 27.0 1.2 4.26 AC Voyageur

(MR)28.0 3.9 3.5

7 94 ARR-4413.2.1B 28.8 4.2 5.78 Maringa 21.0 1.6 3.39 BR 34 19.3 4.3 3.210 BR 35 28.0 5.8 3.711 BR 43 9.5 3.9 3.312 BR 21 63.0 9.1 7.713 BR 23 42.0 2.3 5.014 BR 32 13.0 2.3 3.215 BR 38 24.0 2.4 4.816 BR 39 31.0 7.9 7.017 BRS 120 16.5 2.7 3.518 BRS 179 9.8 1.8 2.019 CEP 14 14.5 7.0 3.220 CEP 24 8.0 3.3 2.821 CEP 27 18.0 4.7 3.7

43

22 EMBRAPA 10 49.5 12.5 7.023 EMBRAPA 24 16.1 1.9 4.524 EMBRAPA 27 25.5 2.6 3.825 EMBRAPA 40 24.8 7.6 2.826 EMBRAPA 41 33.8 11.3 7.027 BRS 49 43.5 9.8 7.228 BRS 119 8.0 5.1 3.329 Fundacep 29 19.4 5.5 3.730 IAC 13 52.5 1.8 4.731 IAC 24 52.0 2.9 5.332 IAC 227 36.5 5.3 5.733 IAPAR 40 39.0 6.0 5.034 MG 1 33.8 1.6 3.335 OR 1 18.5 3.5 3.836 OCEPAR 20 64.0 8.7 3.837 Parshall (-) * 2.3 2.538 Alsen (-) * 2.2 2.339 BRS 177 (-) * 1.6 3.040 Frontana 2.741 Katepwa 1.4 6.742 Norseman 6.543 Nyu-Bay 0.6 2.344 AC Morse 28.945 AC Vista 37.946 FHB 37 (R) 10.947 Glenlea 65.948 Teal 55.9

* There were 2 replicates in Winnipeg and St-Hyacinthe and 3 in Ste-Foy. The ANOVA F-values for the test sites were respectively 5.53, 2.93 and 18.4. A (-) indicates fewer replicateswere available.

44

P1-4. Increasing the Biodiversity of Sources of Resistance to FHB: a Possible Way AroundPotential Pleiotropic Effects and Deleterious Linkages

A. Comeau1, J. Gilbert2, D.G. Humphreys2, G. Fedak2, F. Eudes3, R. DePauw4, and J. Collin5 1Soils and Crops Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada(AAFC), Sainte-Foy, QC.2Cereal Research Centre, AAFC, Winnipeg, MB.3Lethbridge Research Centre, AAFC, Lethbridge, AB.4Semiarid Prairie Agriculture Research Centre, AAFC, Swift Current, SK.5Dept. de Phytologie, Laval University, Sainte-Foy, QC.Corresponding author: [email protected]

AbstractCurrent efforts dedicated to the creation of fusarium head blight (FHB) resistant material hasmade extensive use of Chinese resistance sources. Yet, some Chinese scientists recentlyconcluded that "low yield potential and tall plant height make selection for progenies with shortheight and high yield impossible via crosses", at least when using some of the most popularresistance sources. The Chinese research also devoted more attention to alternate sources ofresistance. If the public breeding system maintains its goal of cereal food safety and qualitythrough mycotoxin-free grain, the means to achieve this goal must be adjusted to the level of thescientific challenge. Using only a very restricted number of resistance sources may be anapproach that may result in a limitation of future progress. Increasing our understanding of theavailable resistance mechanisms and of the biodiversity of sources of resistance to FHB becomesa logical endeavor. Also, because only a restricted number of resistance sources have beenstudied, in the absence of unequivocal genetic information, small population sizes, and relianceon phenotypic information, the degree of certainty of any current conclusions regardingpleiotropy and linkage remains quite unsatisfactory. An increased understanding of the knownresistance mechanisms aided by the development and application of molecular markers willreveal possible pleiotropy and linkage effects which, so far, may have hindered progress inbreeding for FHB resistance.

IntroductionThe best sources of FHB resistance available seem to be from China and Japan, and all seem topossess some amount of type II resistance which prevents fungal invasion, plus sometrichothecene degradation efficiency. These are lines like Sumai 3, Wangshuibai, Ning 8331,Ning 7840, Nyu Bay, Nobeoka Bozu, Tokai 66, etc.

Breeders who used these lines found it difficult to create agronomic material that possesses FHBresistance together with yield and quality. The number of genes involved is still subject todebate; there could be as few as 2 or 3 major genes in some of the best sources, but in somesources it is suspected the resistance is quite polygenic. Logically if resistance were related to 2


45

or 3 genes, introgression of FHB resistance in a good yielding and high quality cultivar shouldnot be a major problem. But in practice, achieving the goal does seem difficult.

The ProblemOne could ask what caused the observed difficulties. One explanation could be linkage withdeleterious alleles. But it is remarkable that after over 25 years of work with the Japanesesources, not one agronomically acceptable line was found by Brazilian scientists (pers. comm.Caetano, in 1983). In the last decades, a few cultivars with high FHB resistance were created,but at this point in time, very few have had commercial success in any country, apparently due tovarious agronomic defects of the cultivars.

One of the main teams involved in breeding against FHB in China concluded: "a long period oftime and numerous difficulties will be encountered to develop a variety combining both yield andscab resistance..." (Lu et al., 2000). A lot of the current efforts worldwide are devoted to the useof Sumai 3 and Wangshuibai as sources of resistance. About those specific parents, the sameauthors conclude: "sources of scab resistance such as Wangshuibai and Sumai 3 have highresistance and genetic transmission ability. However, low yield potential and tall plant heightmake selection for progenies with short height and high yield impossible via crosses" (Lu et al.,2000).

The use of Sumai 3 and other Chinese resistance sources remains likely to yield some usefulcultivars, with relatively acceptable agronomics and FHB resistance, within a few years. Currentresearch has confirmed that this hope is realistic. However, legitimate questions could be askedabout the longer term possibility of progress of wheat breeding, if the predominant focus ofresearch remained with the current type II resistance sources from China or Japan.

Problem AnalysisSo far, only a restricted number of resistance sources have been studied. There is much relianceon phenotypic information, but phenotyping the FHB response is complicated by the presence ofmany modes of infection and many resistance mechanisms. The response is also highlyenvironment-dependent, which leads to a need for data from many sites and years, and reducesthe size of plant populations that can be analyzed. This may be why the current data have notgiven definite genetic information.

Resistance to certain diseases can have a high physiological cost, for example in the case ofmildew (Smedegaard-Petersen and Tolstrup 1985). Some available data would support thehypothesis that the use of many of the current sources of FHB resistance might correlate to ayield penalty in the 5 to 10% range under disease-free conditions, which is serious enough towarrant attention (Fig. 1). Research in order to verify that hypothesis is warranted, and has notbeen done yet; but another hypothesis could be that the physiological cost of differentmechanisms may not be the same, some mechanisms being more efficient than others. It mustalso be recognized that under severe FHB conditions, a resistant line is likely to be a top yieldingone if compared to sensitive lines, despite the physiological cost of resistance.

46

An alternate hypothesis exists: it is possible that high yield is intimately associated with amicroclimate that increases fungal growth, due to the more humid environment associated withthe dense canopy of high yielding cultivars (Tollenaar and Wu 1999). In this case, it is the yieldtraits that would increase the FHB, and the cause-effect relationship would be reversed. However this alternate hypothesis does not preclude the possibility that the first hypothesis mightalso describe a reality.

One or the other or both hypotheses might explain the current observations (Fig. 1). If canopymicroclimate problems were significant, a large number of traits that modify canopy architecturedeserve more attention. If some of the most efficient resistance genes were proven to impose asignificant limitation on the physiological efficiency of the plant, for example, through obligatorylinkage with plant height, perhaps long term progress may be obtained more easily after a studyof FHB resistance genes in terms of their physiological costs. It is possible that some of thegenes present in Chinese and Japanese sources might present more deleterious linkages thanothers. A knowledge of these linkages would be advantageous for sorting out the most usefulfrom the least useful, in terms of the genes available from these Chinese or Japanese sources. What has been qualified as "deleterious linkage" could actually be pleiotropy, a feature which isnot rare, but is often hard to prove. One example of pleiotropy has been found in yeast; a mutantresistant to trichothecenes has a modified enzyme that is not blocked by the toxins. However,this enzyme is also less energy-efficient at producing proteins (Schindler et al., 1974). In a caseof pleiotropy, linkage-breaking is impossible. Such a case would clearly give a signal to directmajor efforts at searching for alternate sources of resistance.

Interestingly, in barley, many cases of suspected pleiotropy were shown to exist. FHB resistancegenes co-mapped with several morphological traits (Zhu et al. 1999, Ma et al. 2000). The use ofSumai 3 in wheat breeding could thus be a stopgap, a temporary solution. This does not giveclues about how to obtain more rapidly a cultivar with good agronomic traits and FHB resistance. For the future, there are possibilities of exploring various germplasm pools which may offermore diverse sources of genes. Some of the existing genes could be more compatible with yieldand other agronomic traits. For example, some of the FHB tolerant cultivars in the USA do nothave any ancestry from Japan of China. Linkages to undesirable agronomic traits might not be aproblem in this gene pool. But these cultivars are perhaps also just a temporary solution, sincethe resistance is not as high as that of Sumai 3.

JP Dubuc, a retired AAFC wheat breeder, had independently drawn a negative conclusion aboutthe possible usefulness of Nobeoka Bozu and Nyu Bay in 1987-90. He saw total linkage of theresistance with excess height and low yield. Couture also had demonstrated the strong linkagebetween FHB resistance and plant height in a number of Canadian cultivars (Couture 1982). Dubuc made attempts to find other sources of resistance that were not linked to low yield andexcess height. This led to AAFC Ste-Foy's cultivars AC Pollet, AC Voyageur and AC Brio; allseem quite close to Neepawa in terms of FHB resistance (Neepawa is still one of the better onesin Canada for FHB resistance). Yet the current problem necessitates higher resistance.

47

The most optimistic hypothesis about Sumai 3 and similar sources is that pleiotropy is notsignificant, and that there is just so many genes involved that rapid progress in breaking thedeleterious linkages is slow. An example supporting this optimism could be 93B42-DK5C (Fig. 1), which yielded 2% above the checks. Yet this one may be allocating insufficientphotosynthate to the straw, and it lodges. Thus, the credibility of the "linkage" hypothesis stillneeds in-depth verification, as major teams worldwide (in China, USA, Brazil, Canada) have notobserved the rate of progress one would hope to see in linkage breaking. It is possible that thereis a large number of FHB related genes (major or minor) in wheat, and some of these might bepleiotropic with morphology traits, just as was the case in the barley QTL studies (Zhu et al.1999, Ma et al. 2000). If plant and canopy structure effects were part of the problem, pleiotropiceffects would likely be complex. Some of the pleiotropic effects might be detrimental toagronomic value; but one can also hope pleiotropic effects and linkages that have positive effectson the agronomic traits. Once a deleterious linkage is broken, a beneficial linkage maysometimes replace it.

Efforts at gene pyramiding to increase FHB resistance have been undertaken by some researchgroups in many countries. However, gene pyramiding would be more efficient after some of thefundamental knowledge concerning the nature and behavior of the genes has been obtained.

Conclusion: Time Has Come to Investigate More Avenues In this context of difficult progress, a number of research avenues remain attractive. A seriousbroadening of the search for new genes now becomes a high priority. Chinese scientists obtainedvaluable results from somaclonal variation; this conclusion might be worth our attention. Perhaps the doubts commonly expressed about the usefulness of somaclonals reflect excesspessimism. Eudes (1998) used in vitro selection with toxin-containing anther culture media totry to select FHB resistant wheat lines from segregating plants; the approach seemed successfuland might deserve extra efforts (Eudes 1998, Collin et al. 2001). A germplasm developmenteffort in Quebec, aimed at improving BYDV tolerance, and including a large diversity of aliengene sources, might have led to a few novel sources of FHB resistance with novel mechanisms.

Hypersensitive resistance mechanisms that protect plants against rusts and mildew have alwaysseemed nonfunctional against Fusarium (Dahleen et al. 2001); however, perhaps progress in thisdirection is possible (Langevin and Comeau 2001). Dahleen et al. concluded that transgenicwheat could allow progress in this direction; alien derivatives might also offer possibilities. Yet,the search for resistance mechanisms in bread wheat and its relatives is far from complete, andmany members of the Triticeae such as Elymus humidus, E. tsukushiensis, E. racemifer,Roegneria kamoji, R ciliaris which seem immune or near immune to FHB, might possess genesthat could provide part of the answer to the problem (Lu et al. 2000; Fedak 2000; Ban 2000). Afew Aegilops species might contain useful genes. Last but not least, some of the CIMMYT linesand a few of the newest Brazilian cultivars deserve further research, as their resistancemechanisms might differ somewhat from those that received early attention in Canadian breedingprograms (Comeau et al. 2001). Pyramiding genes that have the lowest physiological cost andfew associated problems might lead to faster progress.

48

One point highlighted at the previous Canadian FHB workshop needs to be emphasized. Toomuch unknown still remains in terms of our knowledge of the various resistance mechanisms. Many of the Type 1 mechanisms are of a morphological or an anatomical nature, and representthe first line of defence mechanisms. True Type 1 and Type 2 resistance involve limitedphysiological defensive reactions and many passive mechanisms. Other types of resistancedescribed in the literature can be based for example on trichothecene degradation, membranestability and permeability, and cellular signal transduction cascade. These might be important inthe field, but the current status of investigation may have led researchers to lump many existingmechanisms under the denomination Type I or II, without sufficient knowledge of the mode ofaction.

Ban (2000) describes 6 different types of resistance and discusses the numerous factors thatmight be associated. The next good question is: which of these factors and mechanisms are mostcompatible with agronomic requirements. Type I mechanisms seem especially complex anddiverse, and represent one of the avenues which might lead to rapid progress, once one hasmastered the complex technical difficulties that relate to Type I resistance evaluation (forexample, one Type I mechanism might relate to midge resistance, this insect being a vector ofFHB, see Mongrain et al. 2000). In-depth academic knowledge of the diverse resistancemechanisms is thus essential for a fruitful exploration of the existing biodiversity, and for genepyramiding efforts in which different mechanisms could be combined.

Whenever the first step of identification of novel resistant germplasm offers sufficient promise,the second logical step may be to better understand the mode of operation of the resistancemechanism(s). The third step might be to use markers to characterize the FHB resistance genesand any linkages and/or pleiotropic-like behavior related to agronomic traits, which should helpbreeders select the best strategy for future work.

References Ban, T. 2000. Review - Studies on the genetics of resistance to Fusarium Head Blight caused by

Fusarium graminearum in wheat. pp. 82-93 in Proc. Int. Symp. Wheat Improvement forScab Resistance. Suzhou and Nanjing, China.

Collin, J., Eudes, F., Rioux, S., Comeau, A. 2001. In vitro selection for Fusarium Head Blightresistance in wheat. 2nd Canadian Fusarium Head Blight Workshop, Ottawa (poster).

Comeau, A., Humphreys, G., Gilbert, J., Brown, D., Collin, J., Rioux, S., Voldeng, H., Langevin,F., Fedak, G. 2001. Brazilian wheat as a source of resistance to Fusarium Head Blight. 2ndCanadian Fusarium Head Blight Workshop, Ottawa (poster).

Couture, L. 1982. Réceptivité de cultivars de céréales de printemps à la contamination desgraines sur inflorescences par les Fusarium spp. [Receptiveness of spring cereal cultivars tocontamination of seeds within spikes by Fusarium spp.] Can J. Plant Sci. 62:29-34.

Dahleen, L.S., Okubara, P.A., Blechl, A.E. 2001. Transgenic approaches to combat Fusariumhead blight in wheat and barley. Crop Sci. 41:628-637.

49

Eudes, F. 1998. Étude de l’impact des trichothécènes de Fusarium chez le blé, et sélection invitro pour la résistance à la fusariose de l’épi. [A study of the impact of trichothecenes onwheat, and in vitro selection for resistance to FHB]. Ph.D. Thesis, Laval U. 148 p.

Fedak, G. 2000. Sources of resistance to Fusarium head blight. p. 4 in Proc. Int. Symp. WheatImprovement for Scab Resistance. Suzhou and Nanjing, China.

Langevin, F., Comeau, A. 2001. Observations on resistance to Fusarium Head Blight ininterspecific wheat lines. 2nd Canadian Fusarium Head Blight Workshop, Ottawa (poster).

Lu, W., Zhou, M., Zhang, X. 2000. Studies and improvement on wheat breeding for scabresistance using biotechnology. pp. 151-156 in Proc. Int. Symp. Wheat Improvement forScab Resistance. Suzhou and Nanjing, China.

Ma, Z., Steffenson, B.J., Prom, L.K., Lapitan, N.L.V. 2000. Mapping of quantitative trait loci forfusarium head blight resistance in barley. Phytopathology 90:1079-1088.

Mongrain, D., Couture, L., Comeau, A. 2000. Natural occurrence of Fusarium graminearum onadult wheat midge and transmission to wheat spikes. Cereal Res. Comm. 28:173-180.

Schindler et al., 1974. Trichodermin resistance - mutation affecting eucaryotic ribosomes. Nature248:535-536.

Smedegaard-Petersen, V., Tolstrup, K. 1985. The limiting effect of disease resistance on yield. Ann. Rev. Phytopathol. 23:475-490.

Tollenaar, M., Wu, J. 1999. Yield improvement in maize is attributable to greater stresstolerance. Crop Sci. 39:1597-1604.

Zhu, H , Gilchrist, L, Hayes, P, Kleinhofs, A, Kudrna, D, Liu, Z, Prom, L, Steffenson, B,Toojinda, T , Vivar, H. 1999. Does function follow form? Principal QTLs for Fusariumhead blight (FHB) resistance are coincident with QTLs for inflorescence traits and plantheight in a doubled-haploid population of barley. TAG 99:1221-1232.

50

Fig. 1. An example of the complex issues related to breeding for resistance to FHB. The datacomes from year 2000 Central Bread Wheat A3 Test, a bread wheat trial with 42 lines, many ofwhich were created for FHB resistance. Yield is on the vertical axis and FHB response toartificial inoculation is on the horizontal axis. Near the target area (good to high yield with lowFHB levels), lines with normal maturity tend to be rare.

Specific example: Line 96F05*C75 (=N93-3026/China Scab#7) has good yield, but it ripens 5.3d later than the average of older checks (Katepwa, Roblin, Barrie). Thus it is possible that theyield advantage of 96F05*C75 comes from a lateness which may be undesirable for somegrowing areas.Source: 2000 summary report, western spring wheat breeding programs, page 28-29.The yield data is averaged from Glenlea, Morden, Indian head, Portage.

51

P1-5. Fusarium Head Blight Symptom Development in Spring Wheat Genotypes afterInoculation with ‘Point’ and ‘Spray’ Methods

J.-F. Desmeules1, T. Paulitz2, S. Rioux3, L. O’Donoughue4, and D. Mather1

1Department of Plant Science, McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, QC. 2USDA/ARS, Pullman, WA.3CÉROM, Sainte-Foy, QC. 4DNA LandMarks, St-Jean-sur-Richelieu, QC.

Assessment of resistance to fusarium head blight is often done using either ‘point’ inoculation(involving introduction of inoculum into one central floret) or spray inoculation (involvingspraying inoculum onto an entire spike), yet there have been few studies directly comparing theresults obtained with these methods. Here, a large number of plants of 10 spring wheatgenotypes (AC Napier, AC Voyageur, Columbus, Frontana, Katepwa, Q.W. 1.32, Nyu Bay,Roblin and Sumai 3) were grown under greenhouse conditions, with a range of sowing dates toensure that sufficient plants of all genotypes would reach anthesis simultaneously. At anthesis,spikes of each genotype were inoculated with a macroconidial suspension of Fusariumgraminearum (Schwabe), using both point and spray inoculation methods.

The experiment was arranged as a randomized block design with three complete blocks in time(including all 10 genotypes) followed by an incomplete block (including 6 of the 10 genotypes). Within each block, 12 spikes of each genotype were inoculated by each method. For each spike,the total number of spikelets was counted, and the number of infected spikelets was counted at 7,14 and 21 days after inoculation. Twenty-one days after point inoculation, the proportion ofspikes exhibiting symptoms ranged from 0.44 (Sumai 3) to 0.75 (Katepwa). Sumai 3 and NyuBay had the fewest infected spikelets per spike while AC Napier, Q.W.1.32 and Columbus hadthe most. Twenty-one days after spray inoculation, the mean proportion of spikes exhibitingsymptoms was only 0.15 and the mean numbers of infected spikelets were quite low for allgenotypes. This very low disease incidence may limit the usefulness of genotype comparisonsobtained after spray inoculation in this experiment, but comparison of results obtained with thetwo inoculation methods illustrate the importance of the inoculation method used. With pointinoculation, Max (normally considered to be a susceptible cultivar) ranked near Sumai 3 (aknown source of resistance), with only a few infected spikelets per spike. However, with sprayinoculation Max had the highest proportion of infected spikes, and a relatively high number ofinfected spikelets, while Sumai 3 had very few infected spikelets. It may be that Max has someType II resistance (resistance to spread of infection) but lacks Type I resistance (resistance toinitial infection). In contrast, Sumai 3 may possess both types of resistance.

52

P1-6. Gametophyte Selection for Type III And Type IV Resistance to Fusarium HeadBlight in Wheat

F. Eudes, R.J. Graf, R.S. Sadasivaiah, and D.A. GaudetLethbridge Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Lethbridge, AB.

AbstractThe trichothecenes produced by Fusarium graminerarum are phytotoxic and play a role in thepathogenesis of wheat Fusarium head blight (FHB). A gametophytic screening process for typeIII and IV resistance was developed in an attempt to select FHB resistant genotypes. Preliminaryresults indicate that the use of a mixture of purified trichothecenes as a selection factor ispromising.

Microspore culture selection techniques allow the exploitation of the abundant haploid single cellrecombinants produced through meiosis and microsporogenesis, and targets specific resistancemechanisms at the cellular level. Selection for FHB Type III and IV resistance has two benefits:(1) no inhibition of plant protein synthesis and no suppression or delay in plant defence responsesagainst fungal attack; and (2) reduction of mycotoxin accumulation in the grain. The benefits ofin vitro gametophyte selection and possible improvements to the process are discussed. Emphasis is placed on mechanisms involved in resistance to FHB and the importance of earlyscreening for Type III and IV resistance using in vitro selection techniques. A new researchinitiative in which genes for Type III and IV resistance will be pyramided into five wheat classesfrom 16 sources of resistance is also presented.

53

P1-7. Breeding for Fusarium Head Blight Resistance in Wheat (Triticum aestivum L.)

D.G. Humphreys, P.D. Brown, S.L. Fox, T.F. Townley-Smith, and J. GilbertCereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, MB

Recently, the importance of fusarium head blight (FHB) has increased worldwide and majorepidemics have occurred in southern Manitoba in most years during the last decade. Annuallosses to Manitoba wheat producers have been estimated at $50 million. Developing varietiesresistant to FHB is an important breeding objective because few registered spring wheat varietieshave a useful level of tolerance to the disease and none is resistant to the pathogen. At the CerealResearch Centre (CRC), a collaborative effort between wheat breeders and pathologists has leadto the development of improved germplasm and effective screening nurseries. Early generationbreeding material is screened in a special FHB nursery where an artificial epidemic is generatedusing Fusarium-infected corn inoculum and regularly scheduled irrigation. Later generationbreeding material is screened under closely controlled conditions of inoculation (using a conidialspore suspension) followed by rating of incidence and severity at 21 days after inoculation. Breeding lines with improved FHB resistance produced by CRC include: FHB#21, FHB#37,BW278, HY644.

54

P1-8. Germplasm Screening Approach and Sources of FHB Resistance Identified from theUSDA Spring Wheat Collection

Y. Jin, X. Zhang, and J. RuddPlant Science Department, South Dakota State University, Brookings, SD.

IntroductionFusarium head blight (FHB) of wheat, caused primarily by Fusarium graminearum, is a complexdisease. Environments have a strong influence on the disease onset, progress, and outcome. Thisgenotype-by-environment interaction between wheat and the FHB pathogen can hinder theprogress in developing resistant cultivars. Thus, a reliable FHB evaluation system is essential foridentifying and utilizing resistance. Since 1998, we have been systematically evaluating theUSDA spring wheat germplasm collection in an attempt to characterize the variations for FHBresistance in this germplasm pool. At the meantime, we have focused on the development of agermplasm evaluation system that would allow us to reliably identify new sources of FHBresistance in spring wheat. This report describes the techniques and schemes that we have beenutilizing in our germplasm screening project. Fusarium head blight resistant materials identifiedthrough this system are also reported.

Materials and MethodsThe germplasm screening system consists of four nurseries: Preliminary Screening Nursery(PSN), Greenhouse Evaluation, Elite Germplasm Nursery (EGN), and Uniform Regional ScabNursery (URSN). A large number of germplasm accessions (ca. 1000/year) from diverse originswere initially evaluated in PSN. Test entries were planted into row-plots. The nursery wasinoculated with FHB pathogen-colonized corn grains at a weekly interval for four consecutiveweeks beginning at the early jointing stage of plant development. Entries at anthesis were taggedand inoculated with a conidial suspension (ca. 50,000-75,000 conidia/ml), and a second spray-inoculation was applied four days later. The nursery was mist-irrigated. Disease severity (% ofinfected spikelets) and incidence (% of infected spikes) were recorded 14 to 20 days after the firstspray inoculation, depending upon the environmental conditions and disease progress. Entries(or plants within an entry) with a low disease index (severity* incidence) were harvested andseed infection was evaluated. After row/plant selection, the entire PSN was harvested in bulk,and mass selection was made based on test-weight. The composite will be evaluated andselected under a high disease pressure for several cycles (years) before individual lines will bederived.

Accessions (or plants/spikes within an accession) with a low disease index and/or low seedinfection were selected and advanced into the EGN in the next field season. Selections fromPSN were first evaluated by point inoculation in the greenhouse prior to testing in EGN. Themanagement of EGN was similar to PSN except that entries were replicated and blocked bymaturity. Fusarium head blight incidence and severity were assessed. All entries were harvestedfor assessing seed infection (% scabby seed), yield (weight per row), and volume-weight. Entrieswith low or moderate FHB reactions were tested for DON. Generally, entries in EGN were

55

evaluated for two consecutive years. Entries with high disease index, high seed infection, andsusceptible to point inoculation were discarded during this repeated evaluation process. Fivemost resistant selections from EGN every year were entered into the URSN for spring wheat(currently in place in the spring wheat region). These entries were often selected based on origin,pedigree, and agronomic traits that may imply uniqueness of the resistance. Testing theseresistant sources across the region allows a vigorous evaluation of the elite germplasm throughreplicated trials over multiple locations. This approach also provides the accessibility toindividual programs for utilizing these resistant sources if they desire to do so.

Results and Discussion Evaluation data for FHB reaction of each tested accession in PSN are stored in the GRINdatabase (USDA-ARS, National Genetic Resources Program, Germplasm Resources InformationNetwork, www.ars-grin.gov/cgi-bin/npgs/html/desc.pl?65066). A descriptor “SCAB” was usedfor query the evaluation data. Elite selections from EGN are reported in the US Wheat andBarley Scab Initiative website (www.scabusa.org). Seed of the most elite selections is distributedto breeding programs through the system of Uniform Regional Scab Nursery for spring wheat. This report summaries the evaluation results of selections from the 2000 and 2001 EGN whichwere initially evaluated in the 1998 and 1999 PSN (Zhang et al. 2000b). A total of 1432accessions were evaluated through PSN in the 1998 and 1999 field seasons, and 215 accessionswere selected for further testing. Among these selections, one hundred forty-seven accessionshave been eliminated in the subsequent evaluations in the greenhouse as well as in EGN.

Table 1 presents selections that exhibited either a low FHB index (£40%) or low seed infection(£40%) averaged between two EGN seasons in 2000 and 2001. The DON data from the 2000season were based on bulked seed among replicates, and a number of entries were not tested. DON testing has not been completed for the 2001 EGN. Selections were grouped into threecategories: 1) selections with low FHB indices (£40%) AND low seed infection (£40%); 2)selections with low seed infection (£40%) but high FHB indices (>40%); and 3) selections withlow FHB indices (£40%) but high seed infection (>40%). We have observed that most linesfrom group 1 exhibited stable FHB reaction over years, whereas materials in group 2 werevariable. Materials in group 3, namely Sin Chunaga, Norin 61 and several other lines originatedfrom Japan, consistently showed a lower disease index, but high seed infection (in the form ofbleached seed, not tombstone kernels). The level of geographical diversity was unexpectedlyhigh. Diverse origins of these selections may imply that potential genetic diversity for FHBresistance exists in the spring wheat gene pool (Zhang et al. 2000c). A number of selectionswere land races, likely possess different resistant genes. Studies are in progress to elucidate thegenetics of resistance and allelic relations among these new resistant sources (Zhang et al.2000a).

Although the intense inoculation and misting enabled us to generate a relatively consistentdisease pressure during the field evaluation period, wide range of maturity encountered in thegermplasm continues to pose challenges in field screening operations. Our screening protocolrequires a selected line to be evaluated several times with multiple selection criteria. This

www.ars-grin.gov/cgi-bin/npgs/html/des.pl?65066

www.scabusa.org

56

approach, though time consuming, will continue to be necessary for selecting reliable sources ofresistance.

57

ReferencesZhang, X., Y. Jin, and J. Rudd. 2000a. Resistance in Sapporo Haru Komugi Jugo. Pages 98-99 in

Proc. Int. Symp. Wheat Improv. Scab Resistance. May 5-11, 2000. Suzhou, China.Zhang, X., Y. Jin, R. Rudd, T. Hall, J. Rudd, and H. Bockelman. 2000b. Fusarium head blight

resistant sources of spring wheat identified from the USDA collection. Pages 228-233 in2000 National Fusarium Head Blight Forum, The U.S. Wheat and Barley Scab Initiative.Dec. 10-12, 2000. Erlanger, KY.

Zhang, X., Y. Jin, R. Rudd, J. Rudd, and H. Bockelman. 2000c. Geographical distribution andpedigree analysis of Fusarium head blight resistant selections from the USDA springwheat germplasm collection. Pages 234-238 in 2000 National Fusarium Head BlightForum. The U.S. Wheat and Barley Scab Initiative. Dec. 10-12, 2000, Erlanger, KY.

Table 1. Fusarium head blight resistant accessions of spring wheat identified from theUSDA germplasm collection.

Accession ID Country Scabc Seedd DONe Maturityf

of origin index (%) infection (%) (ppm)group

PI 478282 Sonalika --CK India 85.7 79.9 37.0 EarlyPI 469271 Wheaton--CK MN, USA 87.7 95.7 24.3 Early

ND 2710--CK ND, USA 11.5 19.4 5.4 EarlyPI 596533 Bacup--CK MN, USA 21.0 30.4 7.7 EarlyPI 382161a Tokai 66 Brazil 8.5 14.0 1.9 Interm.PI 349478b 193C Switzerland 8.9 14.0 4.4 EarlyPI 382154 Nyu Bai Japan 10.6 15.0 1.5 Interm.PI 350768b 69Z108.42 Austria 12.8 19.8 6.1 EarlyPI 382153 Nobeoka Bozu Japan 14.0 14.9 4.8 Interm.PI 382140b Abura Brazil 16.4 35.7 3.3 EarlyPI 182568 Norin 34 Japan 18.7 38.3 7.8 Interm.PI 382167a 16-52-9 Brazil 19.7 20.7 5.5 LateCItr 5103 274 Argentina 20.1 21.2 16.5 LatePI 434987 Estanzuela Young Uruguay 21.5 42.0 9.4 EarlyCItr 12002 Renacimiento Uruguay 23.0 39.2 -- Interm.PI 519790 274-1-118 Uruguay 24.1 36.7 -- EarlyPI 345731 Tezanos Pintos Precoz Argentina 24.9 20.0 12.0 EarlyPI 462151 Shu Chou Wheat No. 3 China 24.9 19.4 4.2 Interm.PI 192660 Prodigio Italiano Italy 27.3 20.8 16.4 LatePI 163429 Argentina 28.4 27.5 12.0 EarlyPI 185380b Prodigio Italiano Italy 28.6 21.8 11.2 LatePI 351256 Japon 2 Japan 28.7 34.2 7.6 EarlyPI 81791a Sapporo Haru Komugi Jugo Japan 30.2 19.8 18.0 LateCItr 12021 Centenario Uruguay 32.0 35.8 -- EarlyPI 285933 Chudoskaja Poland 32.6 24.2 21.8 Interm.

58

PI 382144 Encruzilhada Brazil 33.5 39.2 -- LatePI 351221 Newthatch Selection Switzerland 34.6 20.0 -- LatePI 104131b Excelsior Argentina 37.4 17.8 7.6 Interm.PI 168727 Bahiense Argentina 37.8 22.5 20.0 EarlyPI 192634 Trintecinco Brazil 38.4 34.2 11.4 EarlyCItr 13136 Rio Negro Brazil 39.0 36.0 18.4 EarlyCItr 2492 Manchurian China 40.0 22.5 -- EarlyPI 264927 220 Greece 40.0 18.3 5.6 Interm.CItr 17427 16-52-2 Brazil 41.6 30.0 19.4 EarlyPI 362437 III/14-B Yugoslavia 43.9 27.9 8.9 LatePI 83729 Magyarovar 81 Hungary 44.1 34.5 10.5 LatePI 185843 Surpresa Brazil 44.4 33.3 13.9 Interm.PI 264998 628 Greece 45.8 28.3 -- Interm.PI 294975 Artemowska Bulgaria 45.8 20.0 11.4 LatePI 163428 Argentina 47.3 37.3 -- LatePI 344467 Oncativo Inta Argentina 49.2 31.9 -- EarlyPI 256958 Academia 48 Romania 50.7 23.3 11.7 Interm.PI 264940 111a Greece 51.5 33.8 -- EarlyPI 351743 CLUJ 49-926 Romania 52.0 28.0 9.1 LatePI 519798 PF 79782 Brazil 53.8 25.8 14.6 Interm.PI 351748 JASI 10T Romania 56.3 36.7 -- LatePI 184512 H 51 Argentina 57.2 26.2 18.5 EarlyPI 351993 Z.88.54 Switzerland 57.8 27.5 -- Interm.PI 344465 Laureano Alvarez Laah Argentina 59.3 33.3 -- Interm.PI 362043 Arnaut De Toamina Romania 60.5 28.3 -- LatePI 349534 533B Switzerland 60.8 23.3 11.6 Interm.PI 168716 Klein Condor Argentina 61.8 33.0 13.0 Interm.CItr 11215 Belgrade 4 Yugoslavia 61.9 32.0 9.2 LatePI 584934 Whestphalen Brazil 63.5 37.1 -- Interm.PI 192219 Hatvani Hungary 64.0 30.8 -- LatePI 351187 Taillens Velu Selection Switzerland 64.5 30.3 -- LatePI 351476 Vaulion Switzerland 65.6 32.5 13.4 LatePI 113949 Stepnjachka Ukraine 66.9 31.2 -- LatePI 352000 Z.89.37 Switzerland 67.2 35.0 8.1 Interm.PI 192229 Gran Commune Ungerese Romania 67.8 35.8 22.7 LatePI 349447 1882A Switzerland 69.1 33.3 17.5 LatePI 344454 Buck Austral Argentina 70.8 29.4 13.1 LatePI 113948 Kooperatorka Ukraine 76.3 34.8 7.1 LatePI 182561 Sin Chunaga Japan 21.4 81.7 15.5 Interm.PI 360869 Fujimi Komugi Japan 22.2 51.7 -- LatePI 182586 Norin 43 Japan 25.3 53.0 14.9 EarlyPI 411132 Gogatsu-Komugi Japan 25.9 72.1 9.4 EarlyPI 197128 Shinchunaga Japan 26.6 78.3 -- Interm.

59

PI 182583 Chuko Japan 29.9 76.9 7.1 Interm.PI 351816 Froment Du Japon Japan 31.1 58.5 9.0 Early PI 182591 Norin 61 Japan 34.6 53.8 8.2 Interm.

a&bLines were entered into the Uniform Regional Scab Nursery for Spring Wheat in 2000 and2001, respectively.c&dScab index and seed infection data were averages between 2000 and 2001.eDON data were based on bulked seed among replicates in 2000. DON testing for 2001 entries hasnot been completed. fMaturity groups were based on days between planting and flowering: £60 (early), ³64 (late), and61-63 (intermediate).

60

P1-9. Observations on Resistance to Fusarium Head Blight in Interspecific Wheat Lines

F. Langevin and A. ComeauSoils and Crops Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Sainte-Foy, QC.Corresponding author: [email protected]

AbstractFHB resistance trials done in Ste-Foy on products from past interspecific hybridization projects(ledby Drs. St-Pierre, Collin, Comeau, Fedak, Ahmad and Armstrong) led to the finding of two groupsof resistant lines with resistance apparently better or equal to that of the best known resistantchecks. Mechanisms of resistance might also be different. Backcrossing is under way, and it iseasy to find FHB resistance in the backcross products. However, the genetics still remains to beinvestigated, and will not be mendelian in the earlier stages of the backcrossing process. Transferof the genes from the parental perennial Agropyron species into the wheat genome will beattempted through backcrosses combined with severe selection pressure. Modifyinghomoeologous pairing might also be attempted for this goal.

IntroductionThe discovery of resistance as a result of a preliminary trial done on the products from pastinterpecific hybridization projects is a serendipitous event. This germplasm had been previouslyexplored only for BYDV tolerance and resistance. Until now, a few lines from that project hadshown some amount of FHB resistance in the field; but none had been equal to the current resistantchecks (Frontana, Nyu Bay, Sumai 3). Thus, the search for FHB resistance in this germplasm wasnot viewed as a top priority. After a more serious experimental verification, it seems thisgermplasm pool deserves more attention than we had initially anticipated.

Methods Plants of interspecific lines and check cultivars were grown in the greenhouse in the spring of 2001and in novel type growth rooms later on. A field test was also done with some of these lines. Atflowering time, spikes were inoculated with FHB using 75 spores/spikelet, and 2 spikelets/spike. To obtain the most severe possible test for resistance mechanisms other than Type I, the headswere kept bagged for over 18 days, so as to provide a hot and humid microclimate ideal for thefungus. Symptom scores were obtained after 20-22 days. In the last trial, due to the breakdown ofthe cooling units of the growth rooms, we had 26-36oC temperatures under 95% relative humidity,lasting 4 to 5 d, in the 4-10 days after inoculation.

Results In controlled conditions, the bagged heads of most cultivars became rapidly bleached by thedisease; even lines quoted as medium resistant in the field, like Frontana and AC Pollet, werealmost totally bleached by the disease after 20 d. But in a few lines that displayed small brownand black spots near the inoculation point after 6 d, the disease was stopped and did not go any


61

further (Table 1). These lines were interspecific, derived either from Agropyron repens (Fedakand Comeau 1986) or Agropyron fragile (Ahmad et al. 1991). None of the lines were very close towheat in terms of general appearance and cytogenetics. But the best lines might possessmechanisms related to a form of induced resistance (phenolic accumulation, as in a hypersensitivereaction). The hypersensitive response was previously described as nonexistent in wheat (Dahleenet al. 2000). In backcrosses to wheat, evaluated in the growth room that accidentally went up to26-36oC, the resistance seemed partly dominant and was distributed in a non-mendelian manner,which is the expected event for such hybrids. It was obvious that the resistance mechanism doesnot kill the fungus deposited in the inoculation point. Even without bags on the spikes, the fungusgrew very fast and gave aerial mycelium, under this hot climate which was ideal for the fungus. As the cooling unit failure led to a very hot and humid climate, no germplasm remained in thehighly resistant category except perhaps 91 RER 16.1. But many backcross lines were equal orbetter than all checks.

DiscussionRestricting oneself to the use of Aegilops in alien introgression efforts may not justified, sincesome more distant relatives of wheat, for example Agropyron fragile, possess mechanisms thatincrease the rate of pairing (Ahmad and Comeau 1991). The Aegilops group is also one thatcontains fewer FHB resistance genes. The observations of a potentially useful mechanism ofhypersensitive FHB resistance in some wheat/Agropyron crosses should be followed by the use ofa disruptive selection system such as the one used with some success to transfer BYDV resistanceinto a wheat-like background (Comeau et al. 1994). This system alternates severe selection forstress resistance with selection for agronomic goals; by this process, it maximizes the recovery ofuseful translocations. In studying the progenies, one must remind that gene expression goesthrough major changes after interspecific hybridization. Some changes are rapid, but other may beslow, and certain changes might be reversible (Ozkan et al. 2001; Shaked et al. 2001, Eckardt2001). The walk-in growth rooms used in the last trial were judged highly efficient; perhaps theirdesign offers the best possible environment for resistance evaluation, since the design of "highlight intensity" growth room available in AAFC Ste-Foy results in a hot and humid microclimateon the spikes, which may make spike bagging less necessary.

Conclusion Introgression of genes from alien sources is a major project, but our current work on BYDV showsit is feasible. Currently available advanced lines from backcrosses derived from these alienspecies had been selected only for BYDV tolerance, and do not display the extreme FHBresistance seen in 91 RER 16.1 , 91 RER 5.3 or 89 TAF-6HD1. It is thus necessary to backtrack toour the earliest seed stocks of the A. repens and A. fragile crosses to find the high levels of FHBresistance. It is also necessary to initiate a new backcross project process under a differentselection pressure, ie FHB. It is hypothesized that selection over 3 or 4 generations with FHBcombined with a proper backcrossing strategy could help introgress the new resistancemechanisms into the wheat genome. This is the hypothesis we hope to verify in the next two years.

62

ReferencesAhmad F., Comeau A. 1991. A new intergeneric hybrid between Triticum aestivum L. and

Agropyron fragile (Roth) Candargy: variation in A. fragile for suppression of thewheat Ph-locus activity. Plant Breed. 106:275-283.

Comeau A., Makkouk KM., Ahmad F., St-Pierre CA. 1994. Bread wheat x Agrotricum crosses asa source of immunity and resistance to the PAV strain of barley yellow dwarfluteovirus. Agronomie 2:153-160

Dahleen LS., Okubara PA., Blechl AE. 2001. Transgenic approaches to combat Fusarium headblight in wheat and barley. Crop Sci. 41:628-637.

Eckardt N. 2001. A sense of self: the role of DNA sequence elimination in allopolyploidization.Plant Cell 13:1699-1703.

Fedak G., Comeau A., St-Pierre CA. 1986. Meiosis in Triticum aestivum and Elytrigia repens.Can. J. Genet. Cytol. 28:430-432.

Ozkan H., Levy AA., Feldman M. 2001. Allopolyploidy-indiced rapid genome evolution in thewheat (Aegilops-Triticum) group. Plant Cell 13:1753-1747.

Shaked H., Kashkush K., Ozkan H., Feldman M., Levy AA. 2001. Sequence elimination andcytosine methylation are rapid and reproducible responses of the genome to widehybridization and allopolyploidy in wheat. Plant Cell 13:1749-1759.

Table 1. Symptomatology observations in various interspecific lines and check cultivarsartificially inoculated with Fusarium graminearum, 21 days after a point inoculation.

Line 1Infectedspiklets

Length of rachiswith symptoms

Percent of spikes fullybleached

89 TAF 6-HD1/QW500.35 F2 0.50 ab 2 0.00 a 0.00 a91 RER 5.3 F2 0.75 abc 0.00 a 0.00 a91 RER 16.1 F2 0.44 a 0.38 ab 0.00 aNyu Bay (R) 1.45 abcde 0.78 abc 0.00 a89 TAF 6-HD1 1.23 abcd 1.12 abc 0.00 aBRS 179 (R) 2.13 bcdef 1.65 abcd 15.00 abcdeJUNCEA2 RC2-5 F2 2.42 defg 2.47 bcde 19.92 abcdefJUNCEA2 RC2-6 F2 2.73 defgh 2.49 bcde 8.10 abcMU2-BC3-61 2.33 cdefg 2.50 bcde 5.56 abINN 5 RC2 3.00 efghi 2.95 cdef 2.38 abLaval-19 (MS) 3.36 fghij 3.00 cdef 46.25 fghijklCEP 24 (MR) 3.27 fghij 3.05 cdef 24.58 abcdefgFrontana (MR) 3.63 fghij 3.13 cdef 41.67 efghijk90 AN 9 3.51 fghij 3.14 cdef 30.00 bcdefghMU2-BC2F2-3 3.19 fghij 3.59 defg 22.54 abcdefgBR-32 (MR) 4.07 hijkl 3.72 defgh 22.62 abcdefg2000 Key 191 4.44 ijklmn 3.91 defghi 37.38 defghi

63

BR-38 5.65 lmnop 4.01 defghi 35.42 cdefghi90 IN 20 3.82 ghijk 4.19 efghi 11.33 abcd97 ARR-7214 F4 6.08 op 4.26 efghi 69.44 klmAC Pollet (MR-MS) 5.40 klmnop 4.64 efghi 79.17 mnConsens (S) 5.83 mnop 5.03 fghi 60.83 ijklm89 FRE 1.1.12 F2 5.65 lmnop 5.28 fghij 58.33 hijklmQG 22.24 6.67 p 5.65 ghijk 56.67 hijklm91 RER 7.2 F2 4.81 jklmno 5.94 ghijk 38.06 defghij90 MULTI-4.4 4.37 hijklm 6.00 hijk 15.11 abcde3.10.2.3 HD 6.48 p 6.13 ijk 100.00 n90 AN 20 5.35 klmnop 6.28 ijk 49.60 ghijkl91 RER 3.2 F2 6.79 p 7.63 jk 66.67 jklmAC Pollet/89 TAF 6-2 6.04 nop 7.69 k 72.22 klmTAR 1.1/QW 500.35 6.82 p 10.09 l 79.17 mn

1 Italicized line names represent interspecific germplasm.2 Means with the same letter are not significantly different, based on a Waller-Duncan test (p £0.05)

64

P1-10. Resistance of Argentine Maize Germplasm to Gibberella and Fusarium Ear Rots

D.A. Presello1,2,3, L.M. Reid3, and D.E. Mather1

1Department of Plant Science, McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, QC.2Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, CC 31, 2700 Pergamino, Argentina.3Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON. Corresponding author: [email protected]

The identification of sources of resistance to diseases is an important goal in maize breedingprograms. Maize germplasm from Argentina is a potential source of resistance to fusarium andgibberella ear rots because both diseases are present in maize growing regions from that country,causing frequent outbreaks (Sauvois et al., 1996).

A wide sample of Argentine maize germplasm, which included ancient landraces and improvedmaterials, was tested for resistance to Fusarium graminearum (Schwabe), the causal agent ofgibberella ear rot, and F. verticillioides [(Saccardo) Nirenberg], the causal agent of fusarium earrot, after inoculation of macroconidia suspensions into the silk channel or into developing kernels. The landraces evaluated in this study involved 41 accessions with samples from 12 different races.Improved materials consisted of six populations and six commercial hybrids.

Two commercial hybrids, four improved populations, and eight landraces exhibited relatively highresistance for F. graminearum and/or F. verticillioides in comparison with local check hybrids andwere relatively early for local conditions. The higher frequency of accessions exhibiting fusariumthan gibberella ear rot resistance was consistent with the higher prevalence of F. verticillioides asmaize contaminant in Argentina and suggested that natural or artificial selection may have beeneffective to increase disease resistance.

Ratings of the severity of disease symptoms obtained after inoculation into the silk channel wereassociated with ratings obtained after inoculation into developing kernels (r = 0.65** in 1999 and0.66** in 2000 for F. graminearum and r = 0.72** and 0.69** in 1999 and 2000 for F.verticillioides) suggesting the existence of general mechanisms controlling silk and kernelresistance. Kernel inoculation, in which developing kernels are wounded, mostly screens forresistance to fungal colonization. Silk inoculation, in which kernels are not wounded, screensmostly for initial penetration, but in order to reach the kernel the fungus must colonize the silktissue and it is therefore likely that mechanisms of resistance to colonization expressed in kernelsmay also be expressed in silks. Phenolic compounds that may impede tissue colonization havebeen found in silks (Reid et al., 1992) and in kernels (Assabgui et al., 1993) from maizegermplasm with resistance to gibberella ear rot.

The significant association found in the current study between resistance to F. graminearum andresistance to F. verticillioides (r = 0.74** in 1999 and 0.77** in 2000 for silk inoculations and r =0.64** and 0.68** in 1999 and 2000 for kernel inoculations) is consistent with the proposal of


http://res2.agr.ca/ecorc/staff/reid/presello1.pdf

JOMPHEMJ

Resistance of Argentine Maize Germplasm to Gibberella and Fusarium Ear Rots

65

Mesterházy (1989) that, like wheat, maize might have a complex resistance to various Fusariumspecies. It was similar to observations reported by Al-Heeti (1978) for maize ear rots caused by F.graminearum, F. sporotrichioides Sherb. and F. poae (Peck) Wollenw., but different from resultsreported by Rheeder et al. (1990), which indicated that resistance to F. graminearum was mostlyindependent of resistance to F. verticillioides in a set of commercial maize hybrids.

A cluster analysis was performed with the disease severity ratings as variables. The 53 exoticaccessions and the two local checks were grouped into two major clusters. Cluster R consisted ofthe most resistant entries, 31 exotic accessions and the resistant check, and Cluster S included 22exotic accessions and the susceptible check. The two landraces with the sweet-corn kernel weregrouped Cluster S. These results are consistent with several previous reports showing sweet-corngermplasm to be relatively susceptible to ear rots (Al-Heeti, 1987; Headrick et al., 1990). Alllandraces with white or yellow flint endosperm (Cristalino Blanco, Cristalino Amarillo, BlancoOcho Hileras, Amarillo Ocho Hileras and Morochito) were also grouped in Cluster S. On theother hand, all Cristalino Colorado accessions, which have orange-flint endosperm, were groupedin Cluster R. Accessions from the races Dentado Amarillo, Avatí Morotí, Amargo and PericarpioRojo were also grouped in Cluster R. Accessions belonging to the races Socorro and Pisingallowere scattered in both clusters.

Cristalino Colorado and other landraces with orange-flint kernel type exhibited more resistancethan landraces having white and yellow flint kernel type, even in cases in which accessions werecollected from the same regions. Results reported about effects of the endosperm colour ondisease resistance have been inconclusive (Melchers, 1956, Rheeder et al., 1990, Krsikapa, 1997)and have tended to indicate that disease resistance may be mostly independent of endospermcolour. Thus, it seemed that white and yellow flint landraces evaluated here embody a group ofmaterials that, for some unknown reason such as a common susceptible ancestral parent or arelatively short time of co-evolution with pathogens, have developed relatively low levels ofdisease resistance.

Cristalino Colorado is the most common ancient maize race in Argentina, and it seems to be apromising source of resistance to ear rots independently of the region of collection. CristalinoColorado accessions exhibited not only disease resistance but also among-population variabilityfor earliness, with most of the accessions relatively well adapted to the conditions under whichthey were evaluated in Canada. All breeding populations and open-pollinated varieties wererelatively early in both years and they were grouped in Cluster R. Since ear rot resistance undernatural infection is considered one of the most important selection traits, it is likely that artificialselection increased the frequency of genes for ear rot resistance in the maize germplasm developedin that region.

AcknowledgementsFinancial support for this research was provided by the Ontario Corn Producers’ Association andby the Matching Investment Initiative of Agriculture and Agri-Food Canada.

66

Literature CitedAl-Heeti, A.A. 1987. Pathological, toxicological and biological evaluations of Fusarium species

associated with ear rot of maize. PhD. thesis, University of Wisconsin-Madison. Univ.Microfilms Int. Diss. Inf. Serv. 8727220.

Assabgui, R.A., Reid, L.M., Hamilton, R.I. and Arnason, J.T. 1993. Correlation of kernel (E)-ferulic acid content of maize with resistance to Fusarium graminearum.Phytopathology 83:949-953.

Headrick, J.K, Pataki, J.R. and Juvic, J.A. 1990. Relationship among carbohydrate content inkernels, condition of silk after pollination and the response to sweet corn inbreds toinfection of kernels with Fusarium moniliforme. Phytopathology 80:487-494.

Krsikapa, N. 1997. Variation for resistance to Fusarium graminearum ear rot in selfed familiesfrom the corn population Zapalote Chico. M.Sc. thesis, Department of Plant Science,McGill University, Montreal.

Melchers, L.E. 1956. Fungi associated with Kansas hybrid seed corn. Plant Dis. Rep. 40:500-506.Mesterházy, A. 1989. Progress in breeding of wheat and corn genotypes not susceptible to

infection by Fusaria. Pages 357-386 in Chelkovsky, J. Fusarium Mycotoxins,Taxonomy and Pathogenicity. Elsevier, Amsterdam, Netherlands.

Reid, L.M., Mather, D.E., Arnason, J.T., Hamilton, R.I. and Bolton, A.T. 1992. Changes inphenolic constituents of maize silks infected with Fusarium graminearum. Can. J.Bot. 70:1697-1702.

Rheeder, J.P., Marasas, W.F.0., Van Wyk, P.S. and Van Schalkwyk, D.J. 1990. Reaction of SouthAfrican maize cultivars to ear inoculation with Fusarium moniliforme, F.graminearum and Diplodia maydis. Phytophylactica 22:213-218.

Saubois, A., Nepote, M.C. and Piontelli, E. 1996. Regional distribution of Fusarium strains incorn from the Province of Santa Fe, Argentina. Boletín Micológico 11(1-2):75-80.

67

P1-11. Pedigree Selection for Gibberella Ear Rot Resistance in Four Maize Populations

D.A. Presello2, L.M. Reid3, and D.E. Mather1

1Department of Plant Science, McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, QC. 2Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, CC 31, 2700 Pergamino, Argentina. 3Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.Corresponding author: [email protected]

Increasing gibberella ear rot resistance is an important objective in maize breeding, particularly inregions where environmental conditions favour the occurrence of outbreaks. This study wasconducted to assess the effectiveness of pedigree selection for improving gibberella ear rotresistance in four maize populations and to analyse alternatives that might improve selectionresponses.

Four maize populations were selected by the pedigree method for resistance to gibberella ear rotafter inoculation of macroconidial suspensions of Fusarium graminearum (Schwab.). Two of thepopulations were selected for resistance to infection via the silk and the other two for resistance toinfection via the developing kernel. Selection was conducted until the S4 or S5 generations.Inoculation and selection protocols were outlined by (Reid et al., 1996). Samples of the S0populations and selfed families, recovered from remnant seed of the pedigree selection programs,were tested for disease resistance using inoculation and evaluation techniques similar to those usedduring selection. Genetic gain was partitioned into two components: that due to among-familyselection and that due to within-family selection, with the families being the sets of plantsdescended from the same plant in the previous generation. The among-family genetic gain wasestimated as the difference between the average of selected families and the average of all familiesin any generation. The within-family genetic gain was estimated as the average of differencesbetween the symptom severity in families from any generation and the symptom severity of thecorresponding family in the preceding generation.

Responses to selection were significant in both populations selected for silk resistance and in oneof the populations selected for kernel resistance. This conclusion is similar to that reached byDe León and Pandey (1989), for modified ear-to-row selection for resistance to fusarium ear rot. All genetic progress in the programs assessed in this study was accounted for among-familygenetic gains. The lack of response to selection within the families and the relatively low broadsense genotypic heritability observed in some environments for S0 populations indicate that plantbased selection may not be efficient to improve resistance to gibberella ear rot in maize. Among-family genetic gains were higher in later than in earlier generations for both silk and kernelresistance. Responses to selection were consistent with the evolution of among-family genotypicvariances, which increased in early and decreased in later generations. Genotype-by-yearinteraction effects were significant and affected the estimation of genetic gains. Under theenvironmental conditions of these experiments, resistance was stable in all of advanced-generation


http://res2.agr.ca/ecorc/staff/reid/presello2.pdf

JOMPHEMJ

Pedigree Selection for Gibberella Ear Rot Resistance in Four Maize Populations

68

families selected for kernel resistance and in most of the advanced-generation families selected forsilk resistance.

Based on the results obtained in this study, it appears that responses to selection for resistance togibberella ear rot could be more efficiently obtained by increasing among-family selectionintensity; particularly in later generations, in which among-family variability would be highenough to permit significant responses. A new selection scheme for resistance to gibberella ear rotin maize could employ mild selection in early generations (S0 to S1), eliminating only the mostsusceptible individuals. Large numbers of families would then be available in late generations (S2to S5), facilitating more intense selection in those generations, in which genotypic variances areexpected to be high. By keeping most of the early-generation individuals, the total number offamilies to be handled would be higher than it is in the programs assessed here, and this wouldincrease operational costs. Considering that pollination and inoculation account for most of theselection expenses, there are two approaches that may help to reduce the number of inoculatedindividuals without affecting selection efficiency. One of them is to manage S1 generations inbalanced-seed bulks. Given that no substantial responses would be expected in the S1 generation,it may not be worthwhile to plant S1 in an ear-to-row fashion. Rather, a single plot could be grownwith a balanced mixture of selected individuals in generation S0.

Another approach would be to reduce the number of plants per family to reduce selection costs. Given that within-family selection is not expected to be effective, the number of plants inoculatedper family could be reduced to the minimum number needed to assess family performance withoutexcessive experimental error. The average sample size in the actual selection schemes evaluatedhere was 10 plants per family. According to estimations of expected plot errors for parentalmaterials and S5 families, for silk channel inoculations, expected errors would not increasesubstantially unless the number of plants per family was reduced below six. Thus, it seems thatinoculation and assessment of only six plants may provide a satisfactory estimate of family means. Consistently with the low environmental variance component observed in the S0 generation,sampling errors were less important for kernel inoculation than for silk channel inoculation; fiveplants per family seems to be an adequate sample size to carry out selection for kernel resistance.

AcknowledgementsFinancial support for this research was provided by the Ontario Corn Producers’ Association andby the Matching Investment Initiative of Agriculture and Agri-Food Canada.

Literature CitedDe León, C. and Pandey, S. 1989. Improvement of resistance to ear and stalk rots and agronomic

traits in tropical maize gene pools. Crop Sci. 29:12-17.Reid, L.M., Hamilton, R.I. and Mather D.E. 1996. Screening maize for resistance to gibberella ear

rot. Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON. Tech. Bull. Publ. 1996-5E.

Session 1Amélioration, pépinières et ressourcesgénétiques

Lana ReidProgrès réalisés au CRECO en vue d’obtenir des maïs résistants à la fusariose

Gavin HumphreysProgrès réalisés au Canada en vue d’obtenir des blés de printemps résistants à la fusariose

Radhey PandeyaRecherche et développement sur la fusariose au Centre de recherches de l’Est sur les céréales etoléagineux

Les ShugarCréation de blés d’hiver à pâtisserie résistants à la fusariose de l’épi : historique

Anita Brûlé-BabelSélection de blés d’hiver résistants à la fusariose pour l’est des Prairies

Bill LeggeAmélioration de la résistance de l’orge à la fusariose de l’épi pour l’Ouest canadien

Alek ChooAmélioration de la résistance de l’orge à l’accumulation de mycotoxines pour l’est du Canada

George FedakSources de résistance à la fusariose de l’épi chez le blé de printemps

Affiches

2

CCF/CWFHB : Session 1 - Amélioration, pépinières et ressources génétiques

Progrès réalisés au CRECO en vue d’obtenir des maïs résistants à la fusariose

L.M. ReidCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario)

IntroductionTrois espèces de Fusarium sont principalement responsables de la fusariose de l’épi chez le maïsau Canada : le F. graminearum Schwabe [téléomorphe = Gibberella zeae (Schw.) Petch], leF. verticillioides (Sacc.) Nirenberg [= moniliforme Sheldon] [téléomorphe = G. fujikuroi(Sawada) Wr.] et le F. subglutinans (Wollenw. et Reinking) Nelson, Toussoun et Marasas[téléomorphe = G. subglutinans]. Les trois espèces peuvent produire des mycotoxines dans legrain. Les toxines qui soulèvent le plus d’inquiétude sont le désoxynivalénol [DON] et lazéaralénone, produites par le F. graminearum, et les fumonisines, produites par leF. verticillioides. Le F. subglutinans peut également contaminer le grain, en produisant de lamoniliformine, mais cette toxine se rencontre rarement au Canada.

Les diverses espèces de Fusarium peuvent pénétrer dans l’épi de maïs de deux façons : lemycélium peut croître à partir de spores germant sur les soies et ainsi descendre jusqu’au rachiset aux grains, ou le champignon peut infecter directement les grains à la faveur de blessurescausées par des insectes ou des oiseaux. Le Fusarium graminearum produit sur les grains unemoisissure rose à rougeâtre qui se propage généralement vers le bas à partir du sommet de l’épiou dans toutes les directions à partir d’une blessure d’insecte. Le mycélium se développe defaçon similaire chez le F. subglutinans, sauf que la moisissure est davantage orangée que rose.L’infection due au Fusarium verticillioides produit une moisissure blanchâtre qui tend à êtreéparpillée sur l’épi. Chacune des espèces de Fusarium a ses propres conditions optimales decroissance; ainsi, le F. graminearum et le F. subglutinans préfèrent généralement un climat plusfrais que le F. verticillioides. Par ailleurs, des interactions importantes ont été signalées entre lesdifférentes espèces. Par exemple, le Fusarium verticillioides est capable de l’emporter sur leF. graminearum lorsque les deux espèces sont inoculées simultanément dans le canal des soiesd’un épi, et il peut même empêcher la croissance des autres champignons pouvant causer unepourriture de l’épi. On a également observé une corrélation négative entre la présence duF. verticillioides et celle du F. graminearum ou du F. subglutinans.

La mise au point de lignées pures de maïs et l’obtention d’hybrides au moyen de ces lignéesconstituent la façon la plus simple et la plus économique de réduire la fréquence desmycotoxines dans le grain. En 1986, un programme d’amélioration du maïs axé sur la résistanceà la fusariose a été entrepris à la Ferme expérimentale centrale d’AAC, à Ottawa. C’est le seulprogramme du genre à bénéficier d’un financement public au Canada. Les premiers travaux ontpermis de mettre au point des méthodes de criblage servant à évaluer au champ la résistance àl’infection des soies et des grains et à reconnaître le matériel génétique adapté présentant unerésistance modérée à la maladie. Le matériel ainsi sélectionné a servi de base au programme

3

d’amélioration et a aussi été employé pour établir des méthodes d’inoculation standardpermettant d’évaluer de façon régulière de grands nombres de génotypes. Jusqu’à présent, la plusgrande partie des travaux ont porté sur le F. graminearum.

Objectif du programme d’améliorationMettre au point et mettre en circulation de nouvelles lignées pures de maïs élite qui sont capablesde résister aux infections fusariennes s’introduisant par les soies et/ou les grains et qui donnentdes hybrides à performance agronomique supérieure.

Techniques d’inoculationÉtant donné le caractère sporadique des épidémies de fusariose chez le maïs, il fallait mettre aupoint des techniques d’inoculation permettant d’optimiser l’incubation et l’infection et desurmonter le problème des variations annuelles du taux d’infection naturelle, qui est parfois tropfaible pour qu’on puisse reconnaître les différences génotypiques. Nous avons donc mis au pointdeux techniques d’inoculation au champ, dont l’une sert à évaluer la résistance aux infectionsempruntant les soies, et l’autre, la résistance aux infections exploitant des blessures dans le grain(simulant celles dues aux insectes). Les deux techniques sont excellentes pour distinguer lesgénotypes très sensibles à très résistants et conviennent aux trois principales espèces deFusarium (Reid et al., 1996).

La première de ces techniques, l’inoculation des soies, consiste à injecter 2 mL d’une suspensionde 250 000 conidies/mL dans le canal des soies de l’épi primaire de chaque plante, à l’aide d’unappareil à vaccination bovine gradué, à remplissage automatique, relié à un réservoir de 2,5 Lporté sur le dos. L’appareil permet de traiter en une heure 300 à 400 épis. Pour que les grainssoient infectés, il faut que les conidies germent et que les hyphes progressent vers la base dessoies et aillent ainsi infecter les grains en développement. La vitesse de cette progression dépendde la résistance inhérente des soies, de l’âge des soies ainsi que de l’environnement. Une fois quele champignon a atteint les grains, la gravité de l’infection dépend du degré de maturation dugrain, des conditions environnementales et de la résistance inhérente du grain. La deuxièmetechnique, l’inoculation des grains, consiste à blesser l’enveloppe de l’épi et quelques grains enles piquant avec quatre petites aiguilles, puis à injecter une suspension de spores dans les grainsainsi blessés. Seulement 3 ou 4 grains sont blessés, ce qui crée un foyer d’infection ponctuel àpartir duquel on peut évaluer la progression du champignon depuis les grains blessés vers lesgrains intacts.

Parmi tous les paramètres étudiés, c’est le moment de l’inoculation qui s’est avéré le plusimportant. L’inoculation des soies se pratique idéalement 4 à 7 jours après l’apparition des soies,car c’est à ce moment qu’elles sont le plus sensibles. Cette période correspond au stade où lessoies ont eu le temps de s’allonger et d’être pollinisées mais sont encore essentiellement vertes,bien que leur extrémité puisse avoir commencé à brunir. L’inoculation des grains se fait 10 à15 jours après l’apparition des soies, alors que le grain se trouve approximativement au stadepré-laiteux (blister stage) ou au début du stade laiteux. Avec l’une ou l’autre des techniques, uneinoculation effectuée plus tôt ou plus tard que le moment recommandé risque de provoquer une

4

infection insuffisante ou excessive, selon le cas, et il est alors difficile de différencier lesgénotypes.

Sources de résistanceNous avons trouvé plusieurs sources de résistance intermédiaire à modérée à l’infection des soiesou à celle des grains. En ce qui concerne l’infection des soies, la première source de résistanceque nous ayons trouvée est la lignée pure CO272, mise au point par AAC à Ottawa. Cette lignéeest issue d’un croisement entre une lignée synthétique à deux épis d’Iowa et la lignée CO106,dont les produits ont été rétrocroisés deux fois avec CO109 de manière à en améliorer laprécocité de maturation. Malgré son très faible taux de germination et son manque de vigueur, lalignée pure CO272 présente un intérêt, car elle semble résistante à plusieurs insectes etpathogènes du maïs. Cependant, elle ne présente aucune résistance à l’infection des grains. Uneautre source de résistance que nous avons trouvée est la lignée pure CO325, qui possède unerésistance intermédiaire à la fois à l’infection des soies et à celle des grains. Deux lignéesfrançaises, F7 et F2 ont également affiché une résistance intermédiaire à l’infection des soies.Enfin, deux hybrides commerciaux, Pride K127 et Funks G-4106 constituent également dessources de résistance à l’infection des soies et à celle des grains. Pride K127 n’est plusdisponible, mais l’hybride Funks est commercialisé sous le nom « Enerfeast » qui sert justementà mettre en valeur sa tolérance à la fusariose. Jusqu’à présent, les producteurs canadiens de maïsn’ont accès à aucun hybride commercial ayant à la fois une résistance adéquate et un bonrendement.

C’est à partir de ces cinq sources de résistance qu’AAC a entrepris son programmed’amélioration du maïs pour la résistance à la fusariose de l’épi, et plusieurs nouvellespopulations et lignées synthétiques ont été mises au point à partir des hybrides et des lignéespures à résistance intermédiaire. Chaque année, nous évaluons quant à leur résistance à lafusariose plusieurs douzaines de génotypes, dont des lignées pures, des hybrides, des populationset des races locales, mais nous n’avons pu ainsi découvrir et intégrer à notre programme qu’unpetit nombre de sources de résistance additionnelles.

Méthodes d’amélioration et de sélectionLes lignées pures sont obtenues par autofécondation répétée et sélection généalogique modifiée.La famille d’où provient chaque lignée est constituée de sujets sélectionnés soit parmi unepopulation résistante à la fusariose, soit parmi la descendance d’un croisement entre deux lignéespures ou entre un hybride et une lignée pure. Les familles issues d’un croisement entre deuxlignées pures sont testées quant à leur rendement et à leur résistance avant que ne débute lasélection. Durant la mise au point de la lignée pure, les générations S2, S3, S4 et S7 sont soumisesà une sélection quant à leur résistance, selon le protocole de criblage décrit par Reid et al.(1996). Chaque épi est pollinisé manuellement, puis, au moment voulu, les sacs de pollinisationsont enlevés, l’inoculation est effectuée, et les sacs sont remis.

Pour qu’une lignée soit portée à la génération suivante, il faut qu’au moins 50 % des épisinoculés se révèlent « résistants », c’est-à-dire qu’aucun symptôme visible n’apparaisse sur lesgrains de ces épis, dans le cas d’une inoculation des soies, ou qu’il n’y ait aucune progression

5

visible de l’infection depuis les grains blessés vers les grains intacts, dans le cas d’uneinoculation des grains. Pour accélérer le processus, les générations ne nécessitant aucunesélection sont cultivées à contre-saison dans une pépinière de Nouvelle-Zélande. Par ailleurs, lesgénérations S3, S4 et S7 sont également soumises à une sélection quant à leur aptitude à lacombinaison et à leur degré d’adaptation, au moyen de croisements avec des lignées appartenantà des groupes hétérotiques différents. Il est en effet essentiel que les lignées pures mises encirculation ne soient pas seulement résistantes mais constituent également de bons parents pourles croisements.

La performance des hybrides est évaluée à Ottawa (2750 à 2850 UTM) au moyen d’essaisportant sur des parcelles de deux rangs, à raison de quatre répétitions par année. Elle estégalement évaluée dans plusieurs stations de recherche appartenant à des partenaires industrielset universitaires, en Ontario, au Québec et aux États-Unis. Quatre hybrides commerciaux sontutilisés comme témoins. La résistance à la fusariose des hybrides d’essai obtenus est égalementévaluée à Ottawa. Comme la concentration de DON, chez le maïs, présente une forte corrélationavec les symptômes visibles de la maladie, nous n’effectuons que trois analyses des mycotoxinesavant la mise en circulation d’une lignée pure : au moment de la sélection du matériel parental,chez la lignée pure elle-même, puis chez les hybrides d’essai.

Avant leur mise en circulation, les lignées pures doivent être « inscrites » à des essais visant àétablir quelques caractères distinctifs liés à leur morphologie ou à leur précocité et à recueillirdes données sur leur performance comme parent mâle ou femelle. De plus, toutes les lignéespures doivent être évaluées pendant deux ans quant à leur résistance à d’autres maladies etravageurs ayant un impact important sur le maïs au Canada, dont la kabatiellose [Aureobasidiumzeae (Narita et Hiratsuka) J.M. Dingley = Kabatiella zeae Narita et Hiratsuka], la brûlure desfeuilles [Exserohilum turcicum (Pass.) K.J. Leonard et E.G. Suggs = Helminosporium turcicumPass.], la rouille (Puccinia sorghi Schwein.), le charbon commun [Ustilago maydis (DC.)Corda], la pourriture fusarienne de la tige (Fusarium spp.) et la pyrale du maïs (Ostrinianubilalis Hübner).

Lignées pures mises en circulationJusqu’à présent, AAC a mis en circulation sept lignées pures présentant une résistance amélioréeà la fusariose de l’épi. La première de ces lignées a été CO387, mise en circulation en 1996 etissue du croisement CO272 × CO266. Les lignées sœurs CO388 et CO389 sont quant à ellesissues du croisement (B73 × CO272) × CO272; comme CO388 possède une aptitude à lacombinaison exceptionnelle, c’est une des quatre lignées que nous utilisons actuellement pourobtenir des hybrides d’essai. Les lignées CO430, CO431 et CO432 sont issues d’une populationsynthétique constituée des hybrides commerciaux Pride K127, Funks G4106, Renk RK21,Northrup King NK9060 et First Line FL1656, qui ont affiché durant les essais de criblageréguliers une résistance modérée à élevée à la fusariose. Parmi ces trois lignées, c’est CO432 quipossède la meilleure aptitude à la combinaison. Les cinq lignées pures ont toutes été mises aupoint de manière à posséder une résistance élevée à l’infection des soies; les lignées CO387,CO430, CO431 et CO432 possèdent en outre une résistance élevée à l’infection des grains.

6

La dernière lignée pure, CO433, est issue de l’hybride Pride K127 et possède une résistanceélevée à l’infection des soies et à celle des grains. Comme il faut compter environ 4 ou 5 ansavant que la mise en circulation d’une lignée pure se traduise par celle d’un hybride commercial,aucune de nos lignées pures n’a encore été commercialisée. Les lignées pures d’AAC sontoffertes gratuitement aux entreprises produisant des semences de maïs, mais l’entrepriseintéressée doit conclure avec AAC une entente de commercialisation prévoyant le versement dedroits sur les ventes de l’hybride. Nous ne mettons aucun hybride en circulation, mais nouspouvons fournir de l’information sur la performance de nos lignées pures comme parent mâle oufemelle.

Prochaines mises en circulationNous sommes en train d’entreprendre ou continuer le processus de sélection pour plusieursnouvelles familles issues de diverses sources de résistance. Nous sommes également en train demettre au point des lignées de maïs alimentaire, de maïs sucré et de maïs farineux présentant unerésistance améliorée à l’infection des soies. Cependant, nous n’avons pas encore réussi à intégrerà ces variétés une résistance à l’infection des grains sans altérer leurs caractères relatifs à laqualité du grain. En 2002, nous mettrons en circulation une lignée pure possédant une très bonnerésistance à la fusariose, à la kabatiellose et à la brûlure des feuilles. Cette lignée a étésélectionnée parmi la même population que les lignées CO431 et CO432, mais elle possède ungrain denté plutôt que corné. Toutes nos lignées pures antérieures ont un grain corné ou semi-denté.

RéférencesReid, L.M., Hamilton, R.I., and Mather, D.E. 1996. Screening maize for resistance to Gibberella

ear rot. Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa (Ontario). Tech. Bull. Publ. 1996-5E.[Un résumé français est disponible : http://res2.agr.ca/ecorc/program1/maize/resume.htm]

Reid, L.M., McDiarmid, G., Parker, A.J., Woldemariam, T., and R.I. Hamilton. 2001. CO388and CO389 corn inbred lines. Can. J. Plant Sci. 81:457-459.

Reid, L.M., McDiarmid, G., Parker, A.J., Woldemariam, T., and R.I. Hamilton. 2001. CO430,CO431 and CO432 corn inbred lines. Can. J. Plant Sci. 81:283-284.

7


Progrès réalisés au Canada en vue d’obtenir des blés de printemps résistants à la fusariose

G. Humphreys1, D. Brown1, J. Clarke2, R. DePauw2, S. Fox1, H. Nass3, L. Shugar4 et H. Voldeng5

1Centre de recherches sur les céréales (CRC), Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC),Winnipeg (Manitoba)2Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides (CRAPSA), AAC, Swift Current(Saskatchewan)3Centre de recherches sur les cultures et les bestiaux (CRCB), AAC, Charlottetown (Île-du-Prince-Édouard)4Hyland Seeds, Nairn Research Lab, W.G. Thompson and Sons Limited, Ailsa Craig (Ontario)5Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux (CRECO), AAC, Ottawa (Ontario)

IntroductionAu cours des dernières années, la fusariose de l’épi a considérablement gagné en importance àl’échelle de la planète. Au Canada, la maladie est présente à l’état endémique dans plusieursrégions, et des épidémies d’importance économique sont survenues au Manitoba, en Ontario, auQuébec et dans les Maritimes. Au Manitoba, les pertes subies chaque année par les producteursont été estimées à quelque 50 millions de dollars, tandis que les pertes subies par l’industrie sechiffraient à environ 100 millions. La fusariose de l’épi provoque à la fois une perte derendement grainier, un déclassement du grain et une réduction de sa qualité d’utilisation finale.Le client peut en effet refuser les céréales endommagées par la fusariose, à cause du risqued’accumulation de mycotoxines. Une de ces mycotoxines, le désoxynivalénol (DON) rend lesgrains infectés impropres à la consommation humaine et à l’alimentation animale. La création devariétés résistantes à la fusariose constitue donc un objectif important pour les sélectionneurs,étant donné l’importance économique du problème, dans l’industrie, et les préoccupations desconsommateurs, qui veulent des aliments sans danger. De plus, peu de variétés enregistrées deblé de printemps possèdent une tolérance adéquate à la maladie, et aucune n’est résistante aupathogène. Dans le présent article, nous résumerons brièvement les efforts entrepris par lessélectionneurs canadiens en vue de mettre au point des variétés de blé de printemps résistantes àla fusariose de l’épi. Nous traiterons notamment des sources de matériel génétique, des méthodesde sélection et des progrès réalisés.

Sources de résistancePour améliorer le blé de printemps quant à sa résistance à la fusariose, il fallait d’abordrechercher des sources de résistance dans les banques de matériel génétique du monde entier.Diverses sources de résistance ont été trouvées, mais il s’est avéré que certains de ces typessauvages de blé ou d’espèces apparentées ne peuvent être utilisés directement pour la mise aupoint de cultivars. De manière générale, les sélectionneurs de blé canadiens ont finalement utiliséquatre principales sources de résistance à la fusariose : (i) le matériel asiatique (chinois etjaponais); (ii) le matériel brésilien; (iii) le matériel du CIMMYT; (iv) les lignées généalogiquesnord-américaines.

8

La principale source de résistance provenant de Chine est constituée par la lignée Sumai 3 et leslignées qui en sont issues, dont Ning8331. AAC a utilisé ces lignées dans la plupart de sesprincipaux programmes d’amélioration du blé de printemps, notamment ceux de Swift Current,Winnipeg et Charlottetown. La lignée chinoise Wuhan a également été employée à Swift Currentet à Charlottetown. À cause de certaines faiblesses agronomiques de ces lignées chinoises, il aparfois fallu effectuer une resélection immédiate parmi le matériel, en n’utilisant par exempleque le matériel Wuhan#2-37E. Au CRECO, on a utilisé comme source asiatique de résistance lalignée japonaise Nyu Bay, parce que celle-ci donne une plante plus courte et a une maturationplus hâtive que les autres lignées exotiques. Le CRAPSA, le CRCB et le CRC ont réalisé descroisements avec certains cultivars brésiliens, dont ‘Frontana’, ‘Maringa’ et ‘BRS179’, pouravoir à leur disposition d’autres sources de résistance à la fusariose. Le cultivar ‘Maringa’constitue en outre une source de résistance à la jaunisse nanisante de l’orge. Par ailleurs, lasociété Hyland Seeds essaie actuellement d’introduire chez ses lignées de blés d’hiver et deprintemps la résistance à la fusariose obtenue de ‘Frontana’. Les chercheurs d’AAC ontrécemment évalué le matériel génétique brésilien et ont pu y trouver d’autres sourcespotentiellement utiles de résistance à la fusariose. On a également utilisé du matériel génétiquedu CIMMYT, dont CIMMYT-1 et CIMMYT-11.

Les travaux de sélection visant à améliorer la résistance à la fusariose se poursuivent depuisnombre d’années en Amérique du Nord, où les divers programmes offrent déjà du matérielgénétique résistant à cette maladie. Ces lignées résistantes se répartissent en deux groupes :(i) lignées généalogiques relativement anciennes, comme FHB#21, FHB#37, 9229G-003B etND2710; (ii) lignées plus récentes, dont certaines sont maintenant des variétés enregistrées,comme AC Voyageur, Alsen, BW278, HY644 et McVey. Ce deuxième groupe est de plus enplus privilégié comme source de résistance, parce que ces lignées ne comportent pasnécessairement les défauts agronomiques et les problèmes de qualité du grain observés chez lessources exotiques et les lignées moins adaptées.

L’amélioration de la résistance à la fusariose présente des difficultés particulières dans le cas dublé dur (Triticum durum Desf.), car on n’a pas encore découvert chez cette espèce des lignéesrésistantes aux Fusarium. Le CRAPSA a donc dû effectuer des croisements avec leT. dicoccoides L. (en collaboration avec F. Townley-Smith et J. Gilbert, du CRC), avec leT. carthlicum L. (en collaboration avec G. Fedak, du CRECO) et avec le T. aestivum L.(ND2710). On en est encore à mettre au point le matériel génétique, mais les travaux de sélectionprogressent.

Méthodes de sélectionPlusieurs facteurs compliquent les travaux d’amélioration de la résistance à la fusariose, dont lamédiocrité des propriétés agronomiques et de la qualité du grain chez le matériel résistant, lanature quantitative des gènes conférant la résistance ainsi que le rôle prépondérant del’environnement dans le développement de la maladie. Ce dernier facteur est sans doute le plusimportant. Dans la présente section, nous aborderons deux aspects des méthodes de sélectionemployées pour améliorer la résistance : la mise au point des populations et les méthodes decriblage.

9

Les premiers travaux d’hybridation réalisés en vue d’améliorer la résistance à la fusariose ontsurtout consisté à croiser une lignée élite avec une lignée exotique résistante, puis à rétrocroiserles produits dans la mesure du possible. Les lignées mises au point à partir de ces premierscroisements se sont révélées considérablement améliorées quant à leur résistance à la fusariose, àleur performance agronomique et à leur qualité d’utilisation finale. Dans le cas de certainsprogrammes, on peut maintenant adopter une stratégie d’hybridation convergente, consistant àcroiser des lignées élites à résistance améliorée avec d’autres lignées adaptées résistantes à lafusariose. Les populations ont été manipulées de diverses façons, mais, dans la majorité desprogrammes canadiens d’amélioration du blé de printemps, on utilise des méthodes classiques desélection généalogique, modifiée ou non modifiée. Ces méthodes permettent d’effectuer unesélection continue et de vérifier successivement la résistance de plusieurs générations (F2, F4,etc.) en exposant celles-ci à la maladie, ce qui doit garantir l’efficacité de la sélection à l’égardde ce facteur. La technique du doublement des haploïdes est également employée au CRC, auCrop Development Centre (CDC) et chez Hyland Seeds, pour accélérer la mise au point delignées pures.

Comme l’interaction entre le génotype et l’environnement joue un rôle important dans larésistance à la fusariose, le criblable des sujets obtenus est une opération difficile qui exige lacollaboration constante des sélectionneurs, des généticiens et des phytopathologistes. Despépinières à fusariose ont été aménagées à cette fin à Charlottetown (R. Martin et H. Nass, duCRBC), à Ottawa (A. Xue et H. Voldeng, du CRECO), à Winnipeg (J. Gilbert, du CRC), àPortage la Prairie (J. Gilbert, D. Brown, S. Fox et G. Humphreys, du CRC) et à Carmen (A.Brûlé-Babel, de l’Université du Manitoba). Les pépinières à fusariose de Portage la Prairie et deCarmen sont en partie financées par les producteurs de blé eux-mêmes, par l’entremise de laFondation de recherches sur le grain de l’Ouest. La société Ag-Quest a aménagé sa proprepépinière à fusariose, à Minto, au Manitoba. Dans ces pépinières, le pathogène est généralementintroduit sous forme d’inoculum de maïs infecté, mais il arrive qu’on fasse appel à l’infectionnaturelle ou qu’on utilise comme inoculum des conidies de Fusarium. Ensuite, pour favoriserl’établissement de la maladie, on effectue régulièrement une nébulisation ou une irrigationassurant toute l’humidité nécessaire à la croissance de l’inoculum, à l’infection du blé et audéveloppement de la maladie. D’ailleurs, c’est justement le manque d’humidité qui a été invoquépour expliquer le développement insuffisant de la maladie dans certaines pépinières. AuCRECO, on a constaté que la maladie semble plus fréquente lorsqu’on utilise des souches deFusarium graminearum prélevées dans l’est de l’Ontario, qui produisent rapidement despérithèces en laboratoire.

Dans le cas des premières générations (F2 à F5), le criblage consiste généralement à conserver ourejeter chaque sujet uniquement en fonction de symptômes visibles. Dans le cas des générationsplus avancées (F6 à F9, etc.), on tend à employer des méthodes plus élaborées : l’inoculation sefait souvent individuellement, dans des conditions contrôlées, et les lignées sont cotées à l’aided’un index prenant en compte à la fois la fréquence et la gravité de la fusariose. Lorsqu’une coteélevée est attribuée à une lignée avancée, on procède souvent à une analyse visant à déterminerla teneur du grain en mycotoxine (DON). Malgré son coût élevé, cette analyse constitue un

10

aspect important du criblage, car il arrive que des lignées présentant peu de symptômes visiblesde la maladie renferment tout de même une concentration élevée de mycotoxine.

Progrès réalisésLes travaux visant à créer une variété de blé de printemps résistante à la fusariose sont lents etardus, mais ils progressent. En ce moment, tous les principaux programmes d’amélioration dublé de printemps ont accès à une pépinière à fusariose qui permet une sélection à la fois chez lespremières générations et chez les lignées avancées. Plusieurs de ces pépinières n’existaient pas ily a seulement quatre ans, et leur établissement a donné lieu à de nombreuses collaborationsnouvelles. Par exemple, dans les pépinières à fusariose du CRC, situées à Portage la Prairie et àGlenlea, on crible les lignées mises au point par le CRC, le CRAPSA, le CDC, le CRECO, laProven Seeds, la Hyland Seeds ainsi que par diverses autres organisations menant desprogrammes d’amélioration du blé. Le criblage des lignées à l’égard de leur résistance à lafusariose est à la fois exigeant sur le plan technique et particulièrement important, parce que latransmission génétique de la résistance fait appel à plusieurs gènes et parce que l’environnementjoue un rôle critique dans le développement de la maladie.

Les différents programmes d’amélioration du blé de printemps sont à divers stadesd’avancement, selon le nombre d’années d’efforts déjà consenti. Dans le cas du CRAPSA, duCRC, du CDC, du CRBC et du CRECO, les premières générations de certaines lignées sont déjàà l’essai. La société Hyland Seeds compte semer en 2002 ses premières lignées dihaploïdesrésistantes à la fusariose. Le nouveau matériel résistant comprend notamment les lignées BW278et HY644. La lignée BW278 présente une bonne résistance à la fusariose, mais son rendementinférieur d’environ 10 % à celui de ‘Neepawa’, sa résistance à la verse est médiocre, et la planteest sensible à la rouille des feuilles et à la carie commune. Dans l’Ouest canadien, Le CDC et leCRC ont inscrit plusieurs lignées avancées à des essais d’enregistrement. Le CDC a inscrit deuxlignées avancées, BW304 et BW305, aux Essais coopératifs du blé panifiable du Centre, tandisque le CRC a inscrit à trois essais d’enregistrement plusieurs lignées avancées possédant unerésistance améliorée à la fusariose : BW308, BW309, BW310, BW311 BW312, aux Essaiscoopératifs du blé panifiable du Centre; HY644, aux Essais coopératifs de blé à haut rendement;ES66, aux Essais coopératifs de blé extra fort de l’Ouest canadien (CWES). Le CRAPSA a quantà lui inscrit aux Essais coopératifs de blé CWES deux lignées, ES48 et ES50, dont la tolérance àla fusariose est semblable à celle de ‘AC Barrie’, ce qui constitue déjà une amélioration parrapport à ‘Glenlea’.

SommaireLa fusariose de l’épi est une maladie importante sur le plan économique, et aucune variétérésistante n’est encore disponible. Les travaux d’amélioration sont lents à cet égard, parce que lematériel résistant présente des faiblesses quant aux propriétés agronomiques de la plante et à laqualité du grain, parce que la résistance est multigénique et parce que l’environnement joue unrôle important dans le développement de la maladie. Jusqu’à présent, on a pu établir despépinières à fusariose performantes, élaborer des protocoles de criblage pour la plupart desprogrammes canadiens d’amélioration du blé de printemps et obtenir du matériel génétiqueprésentant à la fois une résistance améliorée à la fusariose ainsi que des propriétés agronomiques

11

et une qualité d’utilisation finale supérieures à celles des sources de résistance utilisées audépart.

Malgré ces progrès importants, il faudra poursuivre les travaux de sélection en vue de mettre aupoint au Canada des variétés de blé de printemps résistantes à la fusariose. En améliorant lesprotocoles de criblage de manière à réduire l’effet des facteurs environnementaux dansl’évaluation des lignées, on pourrait rendre les travaux de sélection plus efficients et efficaces.Pour y parvenir, on pourrait notamment faire appel à des marqueurs moléculaires de la résistanceà la fusariose. En ce moment, une bonne partie de la résistance introduite dans le cadre desprogrammes d’amélioration canadiens provient de sources chinoises, notamment de la lignéeSumai3. Or, la résistance procurée par Sumai3 risque de finir par disparaître avec le temps, cequi rendrait à nouveau sensibles à la fusariose les variétés dont la résistance est fondée sur cematériel. Par conséquent, la recherche de nouvelles sources de résistance à la fusariose etl’introduction de cette résistance chez un matériel adapté permettraient de réduire la dépendancedes sélectionneurs canadiens de blé de printemps à l’égard des sources de résistance chinoises.

12


Recherche et développement sur la fusariose au Centre de recherches de l’Est sur lescéréales et oléagineux

R. Pandeya1, L. Shugar2, E. Bevis1, N. Long1, M. McLean1, et M. Etienne2

1Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario)2Hyland Seeds, Nairn Research Lab, W.G. Thompson and Sons Limited, Ailsa Craig (Ontario)

Note des auteursLe texte qui suit constitue la « Partie A » d’une présentation conjointe sur les travaux derecherche et développement sur la fusariose réalisés dans le cadre d’une collaboration entre leCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux (CRECO) et le Nairn Research Labde la société W.G. Thompson and Sons Limited (WGT). Les premiers travaux, menés au CRECO,ont permis la mise au point de quatre lignées sources de blé d’hiver qui comportent unerésistance ou une tolérance à la fusariose conférées par un gène provenant de ‘Frontana’,variété brésilienne de blé de printemps. La collaboration entre AAC et la WGT, entreprise en1995, a permis la mise au point de plusieurs lignées avancées et variétés candidates de bléd’hiver dans le cadre d’essais menés dans plusieurs localités.

IntroductionLe blé est la première production végétale du Canada, où il génère 3,2 milliards de dollars parannée, ce qui représente 25 % de l’ensemble des recettes monétaires agricoles (qui sont de13,292 milliards de dollars par année, selon les statistiques de 1999). En fait, 95 % de laproduction de blé est constituée par le blé de printemps, principalement cultivé dans les Prairiescanadiennes. Dans l’est du Canada, la culture du blé de printemps est relativement peuimportante, mais elle est en expansion constante. Le blé d’hiver est la 5e ou 6e productionvégétale du Canada et la deuxième production céréalière d’Ontario, après le maïs. De plus, danscette province seulement, le blé d’hiver soutient une industrie de transformation à valeur ajoutéeévaluée à plus d’un milliard de dollars. Les figures 1 et 2 montrent que les rendements du blé deprintemps et du blé d’hiver ont connu une augmentation constante depuis 1881, laquelle estattribuable à l’amélioration génétique de ces céréales ainsi qu’à l’amélioration des pratiques deculture. Cependant, depuis plusieurs années, la fusariose de l’épi fait constamment subir despertes énormes aux producteurs de blé du Canada et des États-Unis, et ce problème risque deréduire à néant les gains antérieurs.

13

Figure 1 Figure 2

YIELD OVER YEARS = PROGRESSION DU RENDEMENTYIELD (BU/AC) = RENDEMENT (BOISSEAUX/ACRE)YEAR = ANNÉEWINTER WHEAT = BLÉ D’HIVER5 YEAR AVE = MOYENNE SUR 5 ANSSPRWHEAT = BLÉ DE PRINTEMPS

Le maintien de la production de blé d’hiver et de printemps au Canada est donc menacé par lafusariose de l’épi, qui avait déjà dévasté la récolte canadienne durant les années 1980 et 1990.Les dégâts observés en 1981, 1986 et 1988 en Ontario étaient tolérables. En 1995-1996, laproduction ontarienne a subi des pertes considérables dues à une épidémie de fusariose : on aatteint seulement 42 % de l’objectif fixé, qui était de 1,4 million de tonnes (sur 850 000 acres).De plus, la fusariose a grandement nui à la qualité de la récolte, qu’il s’agisse de semences ou degrains destinés à la consommation humaine ou à l’alimentation animale. Depuis ce temps, c’esttoute l’industrie agroalimentaire du blé, d’une valeur de plusieurs milliards de dollars, qui estconstamment affectée à divers degrés par la fusariose de l’épi. Cette maladie, qui était unproblème propre à l’est du Canada, constitue depuis le début des années 1990 un problèmed’envergure nationale (figure 3).

14

Figure 3. Épidémiologie de la fusariose de l’épi au Canada

British Columbia = Colombie-BritanniqueQuebec = QuébecNewfoundland = Terre-NeuveP.E.I. = Î.-P.-É.N.B. = N.-B.Nova Scotia = Nouvelle-ÉcosseFHB REPORTED = FUSARIOSE SIGNALÉEFHB PREVALENT CAUSING DAMAGE = FUSARIOSE PRÉVALENTE ET CAUSANTDES DÉGÂTS

Mise au point de lignées de blé d’hiver résistantes à la fusarioseL’épidémie de fusariose survenue au début des années 1980 et le fait qu’il n’existait à l’époqueaucun agent chimique adéquat contre cette maladie ont rendu urgente la recherche de sourcesgénétiques de résistance et la mise au point de cultivars résistants ou tolérants à la fusariose. En1984, D.R. Sampson a sélectionné comme source de résistance à la fusariose un génotype de bléde printemps maintenu à Saint-Hyacinthe et appartenant à la variété brésilienne ‘Frontana’, puisil a croisé ce génotype avec les cultivars de blé d’hiver couramment cultivés à l’époque (Harus,Augusta et Fredrick). Il a ensuite cultivé les générations suivantes et conservé les graines desgénérations F3 et F4.

Évaluation de la procédure de criblageLe CRECO a établi une pépinière à fusariose dotée d’un système de nébulisation permettant demaintenir l’humidité nécessaire au développement de la maladie dans des conditions d’épiphytie(figures 4, 5 et 6). Nous avons mis au point une méthode d’inoculation permettant d’évaluer latolérance de diverses lignées de blé d’hiver. Nous avons d’abord comparé les méthodes

15

d’inoculation par injection et par pulvérisation, chez des lignées obtenues par sélectiongénéalogique et chez des lignées dihaploïdes. Les cotes de symptômes visuels (CSV) obtenuesavec ces deux méthodes présentaient une très forte corrélation positive (r = 0,92), et il existaitdes différences significatives entre les lignées de blé. Par contre, la corrélation entre laconcentration de mycotoxine DON et la CSV était de seulement 0,39 à 0,6. La concentration deDON était variable d’une année à l’autre, mais le rapport entre les concentrations de DONmesurées chez les sujets inoculés et chez les sujets témoins demeurait comparable. Nous avonsfinalement décidé d’utiliser comme méthode d’inoculation la pulvérisation pendant l’anthèse.

Figure 4. Inoculation au champ Figure 5. Pépinière avec conditionsd’épiphytie

Figure 6. Vue aérienne de la pépinière à fusariose

En 1990, durant le premier cycle de sélection de 625 lignées généalogiques (F3-F4), unesuspension de spores de Fusarium (50 000 spores par mL) a été pulvérisée dans une serre où

16

étaient maintenues des conditions d’épiphytie. Nous avons ensuite établi la cote de symptômesvisuels (CSV) de chaque lignée, selon une échelle de 1 à 10, les nombres les plus élevésindiquant la plus grande sensibilité. Chez les lignées sélectionnées ayant une CSV inférieure à 4,des échantillons ont été prélevés et analysés quant à leur teneur en DON par chromatographie enphase gazeuse et spectroscopie de masse. Ces lignées (figure 7) ont aussi été retenues pour lecycle suivant d’évaluation et de sélection, réalisé en pépinière de plein champ en 1991-1992. Desessais supplémentaires d’inoculation et de sélection ont été effectués, et 176 lignées ont étéretenues pour le troisième cycle de sélection, réalisé en 1992-1993. Chez les lignéessélectionnées dans le cadre de ce troisième cycle, nous avons déterminé la concentration deDON par la technique de base des anticorps monoclonaux mise au point au CRECO (figures 7, 8et 9).

Figure 7. Premier cycle de sélection quant à la cote de symptômes visuels et à laconcentration de DON. La distribution ici illustrée inclut les lignées affichant uneségrégation des caractères mais non les témoins se situant dans cette gamme de valeurs.GENOTYPE DISTRIBUTION - 1991 FHB LINES = DISTRIBUTION DES GÉNOTYPES -LIGNÉES RÉSISTANTES DE 1991ENA MEAN = MOYENNE POUR ENANO. OF ENTRIES = NOMBRE DE LIGNÉESRATING = COTE

17

Figure 8. Deuxième cycle de sélection quant la cote de symptômes visuels et à laconcentration de DONGENOTYPE DISTRIBUTION - 1992 FHB LINES = DISTRIBUTION DES GÉNOTYPES -LIGNÉES RÉSISTANTES DE 1992ENA MEAN = MOYENNE POUR ENAHARUS MEAN = MOYENNE POUR HARUSNO. OF ENTRIES = NOMBRE DE LIGNÉESRATING = COTE

18

Figure 9. Troisième cycle de sélection quant la cote de symptômes visuels et à laconcentration de DONGENOTYPE DISTRIBUTION - 1993 FHB LINES = DISTRIBUTION DES GÉNOTYPES -LIGNÉES RÉSISTANTES DE 1993ENA MEAN = MOYENNE POUR ENAHARUS MEAN = MOYENNE POUR HARUSNO. OF ENTRIES = NOMBRE DE LIGNÉESRATING = COTE

Pendant trois ans, nous avons appliqué une pression de sélection favorisant une faible cote desymptômes visuels (CSV) et/ou une faible concentration de DON. Dès 1992-1993, nous avonsisolé un grand nombre de lignées, présentant des concentrations de DON de 3 à 43 ppm. Nousavons aussi réussi à transférer des gènes de résistance d’un blé de printemps à un blé d’hiver. Ladistribution des CSV obtenues semble indiquer que la résistance est multigénique. D’ailleurs,comme l’analyse des données n’a permis de relever aucune corrélation sûre entre la CSV et laconcentration de DON, il semble que l’expression des symptômes et la concentration de DONsont régies par des gènes différents (tableau 1). Le fait qu’il n’existe aucune corrélation entre lesdeux facteurs, ou que cette corrélation soit peu marquée, semble concorder avec la répartitiondes génotypes en classes distinctes, ce qui laisse suggérer que les deux caractères sont peut-êtrerégis par un petit nombre de gènes principaux et par leurs gènes modificateurs.

Dépistage de matériel génétique tolérant à la fusarioseNous avons réparti les lignées selon les quatre combinaisons possibles de CSV et deconcentration de DON : ÉLEVÉE-ÉLEVÉE, FAIBLE-ÉLEVÉE, ÉLEVÉE-FAIBLE et FAIBLE-FAIBLE. L’hypothèse selon laquelle ces deux facteurs sont transmis indépendamment semble seconfirmer. Nous avons retenu 27 lignées à faible CSV et à faible concentration de DON pourl’évaluation finale de 1993-1994.

19

Tableau 1COTE DE SYMPTÔMES

VISUELSCONCENTRATION DE DON NOMBRE DE LIGNÉES

ÉLEVÉE ÉLEVÉE 25ÉLEVÉE FAIBLE 55FAIBLE ÉLEVÉE 41FAIBLE FAIBLE 53

Nous avons évalué dans les conditions d’épiphytie les descendances biparentales des lignéesFHB 143, 147, 148 et 161, à faible concentration de DON et à faible CSV. Nous avons soumis àune analyse de régression les données obtenues à l’égard de ces deux facteurs, et nous avonsobservé une similitude par rapport à chaque lignée parentale (figure 10). Il semble donc que lesquatre lignées avaient pratiquement atteint un degré suffisant d’homozygotie et de stabilité àl’égard de leur tolérance à la fusariose, et nous les avons retenues comme source de résistance àla fusariose pour des croisements futurs.

Figure 10. Matériels génétiques de blé d’hiver résistants à la fusariose

FHB INDECIES =INDICES DE FUSARIOSEFHB INDEX =INDICE DE FUSARIOSE

20

Lancement d’un projet de collaboration et mise au point de cultivars résistants ou tolérantsà la fusarioseEn 1995, Radhey Pandeya, du CRECO, et Leslie Shugar, de la W.G. Thompson and SonsLimited, ont été autorisés par la direction de leurs organisations respectives à entreprendre, dansle cadre du Programme de partage des frais, un projet de collaboration visant à mettre au pointun ou plusieurs cultivars de blé mou d’hiver résistants à la fusariose. À l’aide de techniquesfondées sur la pollinisation blé-maïs, la récupération d’embryons et le traitement à la colchicine,les chercheurs ont créé un grand nombre de lignées dihaploïdes issues de croisements simples, àtrois voies, doubles et multiples entre des cultivars standard et une ou plusieurs des quatrelignées retenues comme sources de résistance (figure 11). Depuis 1995-1996, plus de 20 000lignées ont ainsi été créées. Près de 85 ou 90 % de ces lignées ont été éliminées parce qu’ellesétaient sensibles à la fusariose ou médiocres sur le plan agronomique. La semence des lignéesretenues a été multipliée, et des essais avec répétitions sont effectués de façon régulière quant àla qualité du grain obtenu, au rendement potentiel des lignées, à leurs propriétés agronomiques età leur tolérance à la fusariose de l’épi (figure 12). La tolérance à la fusariose est évaluée cheztoutes ces lignées depuis leur création, dans les deux centres de recherches. La concentration deDON est mesurée chez les lignées avancées inscrites aux essais avec répétitions.

Figure 11. Étapes de la production de lignées dihaploïdesAU LIEU DE SEPT ANS, LA PRODUCTION DE LIGNÉES GÉNÉALOGIQUES PURESNE PREND QUE 18 MOIS GRÂCE AU DOUBLEMENT DES HAPLOÏDES OBTENUS À

L’AIDE DE CROISEMENTS ENTRE BLÉ ET MAÏS

SUJETS DONNEURS HYBRIDESCULTIVÉS DANS DES CHAMBRES SPÉCIALES DE MANIÈRE À OBTENIR DES SUJETSVIGOUREUX POUR LES CROISEMENTS

CASTRATIONPOLLINISATION

POLLINISATION MAÏS-BLÉ : LES SUJETS DONNEURS DE BLÉ SONT TRAITÉS AUPOLLEN DE MAÏS AFIN D’INDUIRE LA FORMATION D’UN EMBRYON.

APPLICATION D’HORMONE

APPLICATION DE 2,4-DLes épis de blé sont traités 24 et 48 heures après leur traitement au pollen de maïs.

EXTRACTION DE LA GRAINE

CROISSANCE DU CARYOPSE15 JOURS PLUS TARD DES GRAINS IMMATURES À EMBRYON HAPLOÏDEAPPARAISSENT

21

PRÉLÈVEMENT DE L’EMBRYON

EMBRYON IMMATURE(VISIBLE ICI AU CENTRE DE LA GRAINE DISSÉQUÉE)

CULTURE DE L’EMBRYON EN MILIEU NUTRITIF

JEUNES PLANTULESSE DÉVELOPPANT À PARTIR DES EMBRYONS APRÈS QUELQUES SEMAINES

DOUBLAGE DES CHROMOSOMES

TRAITEMENT DES PLANTULES À LA COLCHICINEPOUR RESTAURER LEUR FERTILITÉ ET LEUR DIPLOÏDIE NORMALE

CULTURE DES PLANTULES

PLANTULE DIHAPLOÏDEREPIQUÉE EN PLEINE TERRE

PRÉLÈVEMENT DES GRAINES DES LIGNÉES PURES

PLANTE TRAITÉEON LA LAISSE PRODUIRE DES GRAINES

MULTIPLICATION DES GRAINES POUR LES ESSAIS DE PERFORMANCE

MULTIPLICATION DES GRAINESEN SERRE

22

Figure 12. Expression au champ de la résistance à la fusariose

Progrès réalisés jusqu’à présent• La lignée dihaploïde OTH 017-033 a été inscrite aux Essais de rendement du blé d’hiver

de l’Ontario de 2001-2002. Son rendement s’est avéré comparable à celui des lignéestémoins, mais avec une sensibilité à la fusariose 3 à 4 fois plus faible (indice de 12, parrapport à 35 à 40 pour les témoins). Des licences seront accordées en janvier 2002.

• Trois nouvelles lignées, TWF013-043, TWF020-038 et OTF013-081, ont été soumises àun essai orthogonal. Celles qui donneront un grain de bonne qualité seront envisagéespour l’octroi de licences en janvier 2003.

• Au tableau 2 sont énumérées quelques-unes des lignées sélectionnées présentant uneexcellente tolérance à la fusariose par rapport aux témoins. Cette tolérance a déjà étéévaluée. Les lignées font l’objet d’essais répétés quant à leur rendement et à la qualité dugrain, en vue de l’octroi de licences pour les quelques lignées qui seront finalementretenues.

Tableau 2. Indice de fusariose des lignées dihaploïdes et des lignées témoins

NOM INDICE NOM INDICEAUGUSTA 42,5, 40, 35 AUGUSTA 35, 45, 40, 30, 70, 30

AC RON 30, 40, 30 AC RON 45, 40, 40, 40, 70, 50FREEDOM 32, 50, 35, 40 FREEDOM 50, 40, 40, 50, 40, 40

P2540 20, 25, 15 P2540 25, 25, 20, 30, 30, 20WISDOM 15 OTF025-079 10

OTH017-033 10 OTF008-025 20OTF13-037 12,5 OTF012-019 10OTF13-081 17,5 OTF029-052 25OTF13-082 22,5 OTF029-072 20

OTF13-104S 12,5 OTF025-027 25TWF013-043 15 OTF012-074 10

23

TWF013-045 22,5 OTF012-035 10TWF013-065 10 OTF012-001 40*TWF020-038 15 OTF012-100 10OTF022-074 27,5 OTF029-001 15TWF007-003 10 OTF012-030 25TWF007-066 55* OTF012-015 10TWF013-060 25 OTF025-073 30*TWF019-018 10 OTF029-080 30*TWF026-059 10 OTF012-101 20TWF028-011 15 OTF012-069 30*TWF032-014 50* OTF020-034 30*TWF032-029 25 OTF025-056 30*TWF032-039 10 OTF012-080 20TWF036-007 20 OTF008-034 10TWF036-052 20 OTF012-051 20TWF037-001 40* OTF029-037 30*TWF037-006 10 WF034-055 20

WF034-006 10

*Quelques lignées présentant un indice de fusariose élevé ont quand même été conservées pourle cycle de sélection suivant, en raison de leur rendement excellent.

Récolte de nouveau matériel génétique et mise au point de nouvelles lignées• Du matériel génétique a été obtenu de Hongrie, d’Autriche, d’Ukraine, de Russie, des

États-Unis et de Chine.• Cinq nouvelles lignées de blé de printemps résistantes à la fusariose ont été mises au

point au CRECO à partir de sources de résistance chinoises.

RemerciementsNous tenons à remercier de leur collaboration Les Shugar, Mark Etienne ainsi que le personnelde la W.G. Thompson. La plus grande partie des progrès signalés dans le présent article enmatière de mise au point de cultivars sont issus du projet de collaboration entre le CRECO(AAC) et la W.G. Thompson.

24


Création de blés d’hiver à pâtisserie résistants à la fusariose de l’épi : historique

L.P. Shugar1 et R.S. Pandeya2

1Hyland Seeds, Nairn Research Lab, W.G. Thompson and Sons Limited, Ailsa Craig (Ontario). 2Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario).

Note des auteursLe texte qui suit constitue la « Partie B » d’une présentation conjointe sur les travaux derecherche et développement sur la fusariose réalisés dans le cadre d’une collaboration entre leCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux (CRECO) et le Nairn Research Labde la société W.G. Thompson and Sons Limited (WGT). Les premiers travaux, menés au CRECO,ont permis la mise au point de quatre lignées sources de blé d’hiver qui comportent unerésistance ou une tolérance à la fusariose conférées par un gène provenant de ‘Frontana’,variété brésilienne de blé de printemps. La collaboration entre AAC et la WGT, entreprise en1995, a permis la mise au point de plusieurs lignées avancées et variétés candidates de bléd’hiver dans le cadre d’essais menés dans plusieurs localités.

IntroductionLe présent projet de collaboration vise à créer le plus rapidement possible des variétés de bléd’hiver à pâtisserie résistantes à la fusariose pour le marché nord-américain. Pour atteindre cetobjectif, il est essentiel (1) de disposer des moyens voulus et (2) de comprendre et surmonter lesobstacles rencontrés en cours de route. Nous avons réalisé de bons progrès depuis 1995-1996.Nous disposons déjà de populations élites (et de lignées à l’intérieur de ces populations) qui sesont révélées résistantes à modérément résistantes. Nous essaierons d’obtenir unerecommandation d’enregistrement pour une lignée de blé tendre rouge de printemps (SRW) en2002, et cinq de nos lignées de blé tendre blanc d’hiver (SWW) sont inscrites aux essais finauxd’enregistrement de 2001-2002. Nous tenons à remercier AAC ainsi que la W.G. Thompson andSons Limited pour le soutien qu’ils nous ont accordé jusqu’à présent.

Moyens pour atteindre l’objectifLa plupart des sélectionneurs qui essaient d’obtenir une résistance à la fusariose chez le blésavent fort bien que des sources de résistance existent dans plusieurs régions du monde mais quela plupart de ces lignées exotiques ne sont pas bien adaptées aux conditions d’Amérique duNord. Nous avons utilisé comme premières sources de résistance quatre lignées mises au pointau CRECO à partir d’un croisement Harus/Frontana, qui donnaient une plante plutôt haute, àépiaison tardive, mais qui présentaient à la fois un faible indice de fusariose et une faibleconcentration de DON (encore plus faibles que chez ‘Frontana’). Comme l’arrière-arrière-grand-père de ‘Harus’ est une lignée-soeur d’un des parents de ‘Frontana’, on peut supposer quel’aptitude à la combinaison des quatre lignées sources est élevée lorsqu’elles sont croisées avecdu matériel élite suffisamment apparenté à ‘Harus’.

25

Nous avons employé une technique de doublement des haploïdes (avec traitement au pollen demaïs) pour obtenir des lignées pures à partir de croisements entre les lignées élites et les lignéessources du CRECO. Chaque année, le CRECO produit environ 1500 lignées dihaploïdes, et laWGT, environ 3000 à 3500, par des méthodes récurrentes et convergentes. La technique estrapide, permet de fixer à la fois les gènes majeurs et les gènes quantitatifs, fonctionne bien avecles rétrocroisements, les croisements récurrents et les croisements convergents et facilite ladétection des sujets résistants parmi les populations obtenues.

Le CRECO a mis au point un inoculum d’une souche très virulente du Fusarium graminearum.Au CRECO comme au Nairn Research Lab, nous employons des pulvérisations multiples et unenébulisation. Nous avons appris à établir un calendrier efficace des pulvérisations et des prisesde données. Nous partageons nos installations de recherche, nos connaissances et nos lignées, etnous avons adopté, pour la mise au point du matériel résistant, une procédure par étapes quipermet d’exploiter nos forces au maximum pour la production, le criblage et la sélection desujets « gagnants ».

Nous reconnaissons enfin que toute résistance intégrée à du matériel élite doit continuer deprotéger celui-ci à moyen ou à long terme. Il faut en effet que le matériel utilisé comme parentrécurrent dans le cadre de croisements futurs puisse transmettre un bon degré de résistance auxproduits d’hybridation, ce qui permettrait notamment de réduire la taille de nos programmesd’amélioration. Nous avons ajouté de nouveaux gènes de résistance à notre panoplie. Il s’agit desources asiatiques récentes et de lignées qui semblent avoir un effet modérateur sur le degréd’infection.

Obstacles rencontrésLe principal obstacle à surmonter est l’effet de l’environnement. Dans la plupart des cas, nousavons tendance à surestimer la résistance, soit parce que les sujets ont été protégés par desconditions de température ou d’humidité non propices à l’infection, soit parce que le criblage n’apas été effectué au bon moment, soit encore parce que nos conclusions étaient fondées sur unnombre insuffisant d’inoculations. Pour surmonter ces difficultés, il faut une bonne planification,un travail acharné, beaucoup d’évaluations au champ et, avant tout, une bonne collaboration.

Progrès réalisés jusqu’à présentDepuis 1996, nous avons criblé quelque 20 000 nouvelles lignées dihaploïdes. Environ 95 % deces lignées sont éliminées avant l’étape des essais de rendement. Nous en sommes à notre6e cycle d’haplodiploïdisation et à notre 7e cycle d’hybridation. En ce moment, environ 46lignées issues de notre projet de collaboration sont à l’essai dans quelque 6 ou 7 localités, àdiverses étapes du processus (observation, essais préliminaires, essais avancés, ou essais finauxd’enregistrement). En 2002, le CRECO et la WGT demanderont conjointement unerecommandation d’enregistrement pour une lignée de blé tendre rouge d’hiver (SRW) issue denotre projet; cette lignée a un rendement semblable à celui des lignées témoins, possèded’excellentes propriétés meunières et boulangères et s’est avérée modérément résistante à lafusariose. Par ailleurs, en ce moment, cinq lignées de blé tendre blanc d’hiver (SWW) sont

26

inscrites à des essais finaux d’enregistrement, des centaines de lignées font l’objet d’essais derendement, et des milliers d’autres sont cultivées en pépinière d’inoculation.

ConclusionsLe projet de collaboration CRECO/WGT avait au départ un objectif réaliste, celui de créer desvariétés de blé d’hiver à pâtisserie résistantes à la fusariose et commercialisables. Pour yparvenir, nous avons utilisé une stratégie simple faisant appel à de bonnes sources de résistance,à une méthode d’haplodiploïdisation rigoureuse, à de bonnes techniques de criblage et d’essaiappliquées dans de nombreuses localités pendant plusieurs années, à des évaluations au champfaites en temps opportun, à un engagement réel et à un partage des ressources et del’information.

Six ans de travaux nous ont permis d’obtenir du matériel élite présentant une résistance detype 1, et cette résistance semble se maintenir dans divers pays du monde. Nous pouvons doncespérer mettre des variétés résistantes en circulation au cours des prochaines années.

RemerciementsNous souhaitons remercier les employés et ex-employés suivants du CRECO (AAC) : DexterSampson, Eric Bevis, Nancy Long, Judith Frégeau-Reid, Don Flynn, Ramesh Sinha et NeilHowes. Nous désirons également remercier les employés de la Highland Seeds (WGT) MarkEtienne, Craig Smith, Karen O’Neill, Julie Bullock et Margaret Speller ainsi qu’aux employés decette société travaillant aux silos d’Ailsa Craig, Hensall et Norwich.

27


Sélection de blés d’hiver résistants à la fusariose pour l’est des Prairies

A. Brûlé-Babel et D. FernandoDepartment of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg (Manitoba)

Dans l’Ouest canadien, le blé d’hiver a toujours été épargné par les infections importantes defusariose de l’épi, sauf en 1998. Cette relative indemnité est principalement due au fait que lesconditions de température et d’humidité présentes pendant la floraison du blé d’hiver ne sontgénéralement pas propices à l’infection fusarienne. Il n’en reste pas moins que les cultivars deblé d’hiver ne sont pas résistants à cette maladie. Ainsi, lorsque les conditions sont favorables,des taux élevés d’infection fusarienne peuvent survenir. Il est donc important d’envisager lacréation de variétés résistantes, d’autant plus qu’une grande partie de la récolte de blé d’hiver estdestinée à l’industrie des aliments pour animaux.

Les travaux d’amélioration de la résistance à la fusariose ont débuté en 1999 à l’Université duManitoba. Nous avons obtenu comme sources de résistance certaines lignées de blé d’hiverprovenant du CRECO (AAC) ainsi que certaines lignées de blé de printemps provenant du CRC(AAC), des États-Unis ou de Chine. Nous avons également mis à l’essai des lignées de bléd’hiver d’Europe. Les sources génétiques utilisées ne sont pas propres à d’autres programmesd’amélioration. Plusieurs de ces sources de résistance ont été croisées avec divers cultivars etdiverses lignées généalogiques avancées de blé d’hiver. Étant donné la complexité de latransmission génétique de la résistance à la fusariose ainsi que la difficulté que présentel’évaluation individuelle de la réaction des sujets à la maladie, le matériel issu de cescroisements a été utilisé pour obtenir des sujets dihaploïdes. En ce moment, le matériel se trouveà diverses étapes de l’haplodiploïdisation. Les lignées ainsi obtenues ne pourront servir que deparents pour de nouveaux croisements, car il est important de récupérer les caractères derusticité, de distinction variétale des grains et de qualité d’utilisation finale. Les lignéesdihaploïdes feront d’abord l’objet d’un criblage quant à leur réaction à la fusariose, en milieucontrôlé, puis celles qui afficheront la meilleure résistance seront sélectionnées et rétrocroiséesavec leurs parents déjà adaptés. Ensuite, de nouvelles lignées dihaploïdes seront créées à partirdes lignées obtenues. Selon les caractéristiques des parents, ces lignées dihaploïdes serontdirectement soumises à des essais au champ ou utilisées pour de nouveaux croisements. Ceprocédé est lent, étant donné la nature de la résistance et les sources utilisées, mais il s’agit d’unedémarche logique si nous voulons réussir à améliorer la résistance du blé d’hiver à la fusariose.

Avant que nous n’entreprenions ces travaux, il n’existait pratiquement aucune information sur laréaction des cultivars de blé d’hiver actuellement enregistrés, dans l’Ouest canadien. Parconséquent, des pépinières ont été établies à Winnipeg et à Carman pour évaluer ces cultivarsainsi que les lignées inscrites aux essais coopératifs, les lignées généalogiques avancées ainsique les sources de résistance à la fusariose obtenues d’autres programmes. Ces pépinières nousont permis de constater que tous les cultivars actuellement enregistrés possèdent une certainesensibilité à la fusariose, mais qu’il existe des différences de sensibilité entre les cultivars. Lesniveaux d’infection ont été assez élevés en 1999, mais plus faibles en 2000 et en 2001. Lestempératures ont apparemment été trop basses durant ces deux années pour qu’un niveau élevéd’infection soit atteint, malgré l’application d’un inoculum de maïs infecté, avant l’épiaison, ou

28

d’une suspension de macroconidies, pendant l’anthèse, laquelle application était suivie d’unenébulisation. Cette situation soulève des problèmes intéressants pour le criblage au champ deslignées futures. Il faudra évidemment des recherches supplémentaires pour caractériser lessouches de fusariose utilisées aux fins de criblage et pour déterminer s’il y a des différences desensibilité à la température entre les souches d’origines différentes.

29


Amélioration de la résistance de l’orge à la fusariose pour l’Ouest canadien

W.G. Legge1, M.C. Therrien1, J. Tucker1, A. Tekauz2, D. Somers2, M. Savard3, B.G. Rossnagel4, E. Lefol4, D. Voth4, T. Zatorski4, B.L. Harvey5 et G.J. Scoles5

1Centre de recherches de Brandon, Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), Brandon(Manitoba)2Centre de recherches sur les céréales (CRC), AAC, Winnipeg (Manitoba).3Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux (CRECO), AAC, Ottawa (Ontario).4Crop Development Centre (CDC), University of Saskatchewan, Saskatoon (Saskatchewan).5Department of Plant Sciences, University of Saskatchewan, Saskatoon (Saskatchewan).

IntroductionLa fusariose de l’épi, principalement causée par le Fusarium graminearum, est récemmentdevenue la maladie la plus grave chez l’orge cultivée au Manitoba et en Saskatchewan, dans lapartie est de la région des Prairies, où elle a provoqué des millions de dollars de dommages aucours des cinq dernières années. Cette maladie peut nuire au rendement de la culture, mais sonimpact le plus grave est une réduction de la qualité du grain, due à l’accumulation d’unemycotoxine, le désoxynivalénol (DON). Une amélioration de la résistance génétique de l’orge àla fusariose permettrait aux producteurs de regagner accès aux marchés de l’orge brassicole et deproduire de l’orge de provende à faible concentration de DON pour l’industrie du porc, en pleineexpansion. Une telle amélioration garantirait par ailleurs à l’industrie des grains de provende unbon approvisionnement en orge locale non contaminée, à meilleur coût, et elle réduirait lanécessité d’utiliser des fongicides, qui coûtent cher et ne sont pas totalement efficaces contre lamaladie. Le premier Colloque canadien sur la fusariose, tenu à Winnipeg en 1999, et lapropagation récente de la fusariose à l’ouest du Manitoba et à la Saskatchewan, ont incité leschercheurs énumérés ci-dessus à entreprendre en 2000 un projet visant à améliorer la résistancede l’orge à la fusariose de l’épi pour l’Ouest canadien.

Bailleurs de fondsNous avons réussi à obtenir des organismes de financement suivants un engagement pour lestrois premières années du projet :• Projet de recherche et de développement agroalimentaires du Manitoba (PRDA)• Fonds de développement agricole de la Saskatchewan (ADF)• Programme de partage des frais pour l’investissement en recherche et développement;

(PPFIRD) d’AAC• Programme de prélèvements auprès des producteurs d’orge (Barley Check-off) de la

Fondation de recherche sur les grains de l’Ouest (WGRF)• Fonds de dotation (Endowment Fund) de la WGRF.

30

AperçuIl s’agissait avant tout d’établir au Centre de recherches de Brandon une grande pépinière où leslignées d’orge pourraient être évaluées quant à leur réaction à la fusariose de l’épi puis analyséesquant à la concentration de DON présente dans le grain. Pour inoculer la maladie, on répand ausol du grain de maïs infecté (on utilise trois isolats du F. graminearum), 3 à 5 fois à intervalled’une semaine, en commençant avant l’épiaison des lignées les plus hâtives, et on arrose aubesoin, de manière à favoriser le développement de la maladie. Toutes les lignées sont cotéesselon une échelle de 0 à 5, en fonction des symptômes visibles 2 à 3 semaines après l’épiaison.Le CRECO se charge de mesurer la concentration de DON présente dans le grain, ce quiconstitue un volet essentiel du projet. Le CRC fournit des données supplémentaires ainsi que desinstallations de soutien pour le matériel prioritaire, grâce à une pépinière plus petite déjà établieà Glenlea. Les lignées prometteuses sont également évaluées dans une pépinière à fusariose deHangzhou, en Chine. Chaque année, nous travaillons simultanément à l’atteinte de plusieursobjectifs précis, qui sont décrits ci-dessous.

RésultatsEn 2000, nous avons réussi à évaluer environ 12 000 lignées dans la pépinière à fusariose deBrandon. La plupart de ces lignées ont été cultivées en rangs de 1,5 m, mais des rangs de 0,9 mainsi que des parcelles en poquets ont également été utilisés. Les rangs de 0,9 m semblaientconvenir, mais les parcelles en poquets n’ont pas donné des résultats fiables. En tout,2 770 échantillons ont été analysés quant à leur concentration de DON. Nous avons égalementreçu de Chine les cotes de symptômes visuels du millier de lignées qui avaient été envoyées dansce pays. Les lignées les plus prometteuses ont été retenues en vue des essais de 2001 de lapépinière de Brandon.

En 2001, la pépinière à fusariose de Brandon a été exploitée à sa capacité maximale, qui estd’environ 16 000 rangs. La plupart de ces rangs mesuraient 0,9 m. L’infection par leF. graminearum a été modérée, et 5 000 échantillons (le maximum aux termes du projet) ont étéprélevés et envoyés au laboratoire chargé de mesurer leur concentration de DON. Un lotadditionnel de 1 200 à 1 400 échantillons pourraient être envoyés au laboratoire si celui-ci étaiten mesure de les analyser. Un total de 2 000 lignées ont été envoyées cet automne à la pépinièreà fusariose de Chine.

En 2001, nous avons aussi entrepris des essais de traitement fongicide visant à évaluerl’efficacité du Dithane et du Tilt contre le Cochliobolus sativus, en vue d’utiliser ces produitspour permettre le développement optimal des symptômes de fusariose chez les épis et grainsd’orge. La présence du C. sativus peut en effet nuire de façon appréciable au criblage enpépinière (à cause de ses symptômes ressemblant à ceux de la fusariose), et elle peut aussiaffecter la concentration de DON. Cet ajout au projet a monopolisé 420 rangs de la pépinière.

31

Progrès réalisésVariétés et lignées inscrites aux essais coopératifs• Nous avons utilisé environ 1000 rangs pour évaluer les variétés actuelles d’orge, les

lignées inscrites aux essais d’enregistrement ainsi que certaines lignées généalogiquesavancées provenant d’autres programmes, dont celui du ministère de l’Agriculture, del’Alimentation et du Développement rural de l’Alberta.

• En ce qui concerne les variétés actuelles, nous avons l’intention de transmettre cetautomne les cotes de fusariose (essais de 2000 et 2001) et les concentrations de DON(essais de 2000) aux comités chargés d’élaborer les guides d’ensemencementprovinciaux. Nous communiquerons également les données DON de 2001, si nous lesrecevons assez tôt, afin que les comités puissent disposer de deux années complètes dedonnées.

• De manière générale, nos résultats confirment les observations antérieures selonlesquelles les variétés à deux rangs ont tendance à renfermer moins de DON que celles àsix rangs. Les orges brassicoles à deux rangs ‘AC Bountiful’, ‘AC Metcalfe’, ‘CDCStratus’ et ‘CDC Kendall’ étaient parmi les meilleures, étant modérément résistantes à lafusariose. Parmi les orges à six rangs, ‘CDC Sisler’ demeure une des plus résistantes, laplupart des autres variétés étant sensibles à la maladie. Les orges à grains nus ont unerésistance plutôt variable, mais la variété à deux rangs ‘CDC Freedom’ s’est révéléeparticulièrement prometteuse.

• Certaines lignées à cote élevée de fusariose semblent ne présenter qu’une concentrationrelativement faible de DON, mais cela reste à confirmer. Dans certains cas, il se peut queles symptômes aient été causés par le Cochliobolus sativus.

Échange de matériel génétique• Nous avons consacré environ 450 rangs à l’évaluation de lignées élites résistantes à la

fusariose provenant du CRECO, de l’Université du Minnesota, de la Busch AgriculturalResources Inc. (matériel à six rang et à faible concentration de DON) et du CIMMYT.Nous espérons disposer de quelques lignées à échanger avec ces organisations l’annéeprochaine. C’est la première fois que nous évaluons du matériel des États-Unis, et nouscomptons évaluer en 2002 du matériel additionnel de ce pays, en provenance de la NorthDakota State University.

Nouvelles sources de résistance• Nous avons évalué diverses sources de résistance à la fusariose déjà connues, en plus de

nouvelles variétés européennes d’orge brassicole à deux rangs et de 500 génotypesd’Asie et d’Europe de l’Est conservés par Ressources phytogénétiques Canada (RPC),qui, à notre connaissance, n’avaient encore jamais été soumis à un criblage. Environ 900rangs ont été consacrés à ces essais. La plupart des génotypes de RPC présentaient desproblèmes graves de verse, mais certains se sont avérés prometteurs et seront réévaluésen 2002.

32

Lignées généalogiques avancées et produits d’hybridation affichant une résistance• Nous avons consacré environ 5100 rangs à l’essai de matériel issu des programmes

d’amélioration de Brian Rossnagel et Bryan Harvey, à Saskatoon, et 500 rangs à l’essaide matériel issu du programme de Mario Therrien, à Brandon. Ce matériel comprend à lafois des lignées généalogiques avancées et des produits d’hybridation où s’exprime unerésistance à la fusariose. Dans le cadre du programme dirigé par l’un d’entre nous (BillLegge), nous avons consacré environ 2 900 rangs à l’essai de lignées généalogiquesavancées et de diverses lignées résistantes et 3 750 rangs à l’essai de produitsd’hybridation où s’exprime une résistance à la fusariose; ce matériel allait de lignées déjàplusieurs fois évaluées en pépinière à fusariose à des lignées issues d’épis sélectionnésindividuellement parmi des populations F4 cultivées en masse. Nombre de ces lignées ontété également soumises à des essais de rendement externes. Les lignées prometteuses detous les programmes d’amélioration ont été retenues pour des recherches plusapprofondies. C’est le plus grand volet du programme, puisque nous y consacronsenviron 12 250 rangs, soit plus de 75 % de la pépinière.

• Les sources de résistance exotiques que nous utilisons dans le cadre de nos croisementssont les suivantes : Chevron, CI4196, Frederickson, Gobernadora, Golozernyj 1, Harbin,HDE84194-622-1, Krasnojarskij, Nepolegajuscij, Niedzical, Primus, Seijo II, Shyri,Suvenir, Svanhals, Ussurijskij 8, Zaoshu 3 et Zhedar #1.

• Les autres sources de résistance que nous croisons à nos lignées les plus résistantes sontles suivantes : AC Sterling, Morrison, Symko et MNBrite. Nous espérons pouvoiraméliorer la résistance à la fusariose par voie de ségrégation transgressive.

Sélection in vitro• Dans le cadre de notre étude sur la sélection in vitro, nous introduisons du DON et

d’autres mycotoxines dans les milieux utilisés pour la culture d’anthères, afin desélectionner les lignées dihaploïdes qui pourraient avoir une meilleure tolérance à cestoxines et une résistance au champ à la fusariose. Nous avons beaucoup augmenté lenombre de rangs consacrés à cette étude, qui est passé d’une vingtaine, en 2000, à près de1 200, en 2001. Nous attendons avec impatience les données sur la concentration deDON présente dans ce matériel. Une partie du matériel a également fait l’objet d’essaisde rendement. Nous continuons de produire de nouvelles lignées dihaploïdes à partir depopulations affichant une résistance, dans le cadre des travaux de sélection in vitroeffectués dans notre laboratoire de Brandon.

• Nous espérons utiliser cette technique pour distinguer les lignées d’orge résistantes etsensibles à la fusariose, comme outil de sélection parmi les populations affichant de telscaractères et comme source de variation somaclonale.

Mise au point de populations spéciales• Nous sommes en train de mettre au point des populations devant spécialement servir à

évaluer la transmission héréditaire de la résistance à la fusariose, et les semences de cespopulations seront multipliées au besoin.

• Les recherches génétiques n’iront pas plus loin dans le cadre du projet actuel.

33

DiscussionL’amélioration de la résistance de l’orge à la fusariose pour l’Ouest canadien progresse bien, ettous les programmes d’amélioration disposent déjà de matériel modérément résistant avec lequelils peuvent travailler. Cependant, à moins de succès inespérés avec la sélection in vitro, il faudraprobablement beaucoup de temps pour atteindre notre objectif. Les travaux sur la résistance à lafusariose coûtent très cher, parce qu’ils exigent beaucoup de travail et parce que l’analyse de laconcentration de DON est elle-même coûteuse. Notre financement actuel, qui est principalementexterne, suffit pour le moment, mais il est probable que des sommes additionnelles serontnécessaires après 2002-2003.

Le nombre maximal d’échantillons dont nous pouvons faire analyser quant à leur concentrationde DON est actuellement fixé à 5 000. Il nous faut trouver une façon économique d’augmentercette capacité. Cela est particulièrement critique dans le cas de l’orge, car chez cette plante lessymptômes de la fusariose peuvent facilement être confondus avec ceux d’autres maladies.L’expédition de matériel génétique en Chine peut aider à résoudre le problème, mais ces envoiscoûtent de plus en plus cher, et nous ne savons pas encore si les résultats obtenus en Chinepeuvent être appliqués directement à l’Ouest canadien. Nous ne traitons avec la pépinièrechinoise que depuis un an, mais nos collègues du Dakota du Nord ont obtenu en Chine desrésultats encourageants, et les données que nous avons nous-mêmes obtenus la première annéeconcordent assez bien avec les données recueillies en 2000 dans la pépinière de Brandon,particulièrement en ce qui concerne les sélections issues des meilleures combinaisons.

Les sources exotiques de résistance à la fusariose que nous utilisons présentent des caractèresmédiocres quant à leurs propriétés agronomiques et à leur résistance à d’autres maladies. Parconséquent, l’utilisation de leurs gènes de résistance à la fusariose pour obtenir une nouvellelignée adaptée constitue certainement un projet à long terme. Comme la résistance de l’orge à lafusariose est de nature quantitative, étant associée à plusieurs caractères morphologiques etphysiologiques, il se peut que la sélection assistée par marqueurs ne constitue pas une solutionpratique, surtout à court terme. Il faudra soumettre le matériel prometteur à des études génétiquesplus approfondies, ce qui exigera aussi beaucoup de temps et d’argent. De plus, la mise au pointde marqueurs efficaces exige une détermination précise des phénotypes, ce qui est difficile àréaliser dans le cas de la fusariose. Il faudra enfin s’intéresser au problème de la spécificitécroisée entre gènes et marqueurs.

Le fait qu’il n’existe aucune bonne source de résistance à la fusariose chez l’orge à six rangs estun problème réel. Dans le cas de l’orge à deux rangs, les sources sont plus riches, mais il serapeut-être difficile d’en tirer une résistance meilleure que celle déjà affichée par les variétés àdeux rangs les plus résistantes. Nous visons pour l’orge une très faible concentration de DON,non détectable ou à tout le moins inférieure à 0,5 ppm.

ConclusionLes travaux d’amélioration de la résistance de l’orge à la fusariose pour l’Ouest canadienprogressent, mais nous ne savons pas s’il sera possible de poursuivre nos efforts suffisammentlongtemps pour obtenir des résultats concrets.

35


Amélioration de la résistance de l’orge à l’accumulation de mycotoxines pour l’est duCanada

T.-M. ChooCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario).

Dans l’est du Canada, les champignons du genre Fusarium qui produisent des mycotoxines sontprévalents (Tamburic-Ilincic et al., 2000; Martin et al., 2001), et l’orge a été gravementcontaminée par ces mycotoxines au cours des dernières années (Campbell et al., 2000). Chezl’orge, la plus commune de ces mycotoxines est le désoxynivalénol (DON). D’autresmycotoxines, comme le nivalénol, la zéaralénone, le 3-acétyl-DON, le 15-acétyl-DON et le T-2,sont également présentes, mais peu fréquentes (Campbell et al., 2000). L’orge est aussi sensibleque le blé à l’accumulation de DON, et elle en renferme davantage que le maïs et l’avoine dansl’est du Canada (Vigier et al., 2001). Environ 22 % des échantillons d’orge analysés de 1991 à1998 renfermaient plus de 1 mg kg-1 de DON, tolérance maximale recommandée au Canada pourl’alimentation porcine. Il est tout aussi important de noter qu’environ un tiers des échantillonsd’orge étaient contaminés par 2 à 4 mycotoxines. C’est en 2000 que la contamination par leDON a été la plus grave (tableau 1). L’échantillon le plus contaminé renfermait 17,6 mg kg-1 deDON, 1,3 mg kg-1 de 15-acétyl-DON, 0,2 mg kg-1 de 3-acétyl-DON, 0,6 mg kg-1 de zéaralénoneet 0,1 mg kg-1 de nivalénol. Étant donné ces résultats, il est manifeste qu’il y a lieu, dans l’est duCanada, de sélectionner l’orge en fonction de sa résistance à l’accumulation de DON.

36

Tableau 1. Concentration de DON chez 44 échantillons d’orge prélevés dans l’est duCanada en 2000.

Province et région Concentration de DON (mg kg-1)Terre-Neuve et Labrador 0,0Nouvelle-Écosse 0,0Île-du-Prince-Édouard 0,1 ; 0,2 ; 0,2 ; 0,4 ; 3,4Nouveau-Brunswick 0,0 ; 0,1Québec Bas-Saint-Laurent et Gaspésie 0,0 ; 0,0 ; 0,0 ; 0,0 ; 0,1 Région de Québec 0,3 ; 0,5 ; 0,6 Nicolet et Richelieu 0,1 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,4 ; 0,7 ; 0,8 ; 1,1 Mauricie et Nord de Montréal 0,2 ; 0,6 ; 3,2 Saguenay-Lac-Saint-Jean 0,5 ; 5,8Ontario Est 0,0 ; 1,7 ; 2,4 Centre 11,9 Ouest 0,2 ; 0,3 ; 0,3 ; 0,5 ; 0,8 ; 1,1 ; 1,6 ; 2,8 ; 5,3 ; 8,9 ; 17,6

Source : Agence canadienne d’inspection des aliments

L’orge d’hiver représente seulement environ 1,4 % de la production d’orge ontarienne, en termesde superficie cultivée à partir de semences contrôlées. Les recherches sur l’orge d’hiver sont trèslimitées; la société W.G. Thompson & Sons est seule à effectuer des travaux d’amélioration surcette céréale dans l’est du Canada. À moins d’indication contraire, le présent article ne traite quede l’orge de printemps.

Réaction des variétésRécemment, Tekauz et al. (2000) ont découvert que l’orge ‘AC Sterling’, cultivar mis au pointdans l’est du Canada (Choo et al., 1994), présente à la fois un faible indice de fusariose et unefaible concentration de DON, et nous avons supposé qu’il doit exister d’autres cultivars de l’estdu Canada affichant une bonne résistance à cette maladie. Nous avons donc soumis 49 lignéesavancées et cultivars locaux d’orge à un criblage quant à leur résistance à la fusariose, sousinoculation artificielle, à Charlottetown, à Ottawa et à Hangzhou (Chine). De plus, deséchantillons provenant des Essais de rendement de l’Ontario de 2000 ont été prélevés dans cinqlocalités et analysés quant à leur concentration de DON. Ces travaux (Choo et al., donnéesinédites) montrent que les cultivars à deux rangs affichent en moyenne une incidence defusariose moindre et une concentration de DON plus faible que les cultivars à six rangs(tableau 2). Les orges à deux rangs ‘AB214-2’ (en voie d’enregistrement) et ‘AC Alberte’ (Chooet al., 2001) se sont avérés les plus résistants, autant en terme d’incidence de la fusariose que deconcentration de DON. Dans le cadre d’essais au champ menés en 2000 au Québec, sousinoculation artificielle, Rioux (données inédites) a également constaté que la concentration deDON est pratiquement aussi basse chez ‘AB214-2’ (1,7 mg kg-1) et ‘AC Alberte’ (1,8 mg kg-1)que chez Chevron (1,4 mg kg-1). Par ailleurs, les cultivars à six rangs ‘Myriam’ et ‘OAC Kippen’

37

(Falk et Reinbergs, 1991) mériteraient d’être soumis à des essais plus approfondis, car ils ontaffiché de faibles concentrations de DON dans le cadre des essais menés à Charlottetown et àOttawa.

Tableau 2. Incidence de la fusariose (%) et concentration de DON (mg kg-1) chez les orges àdeux et à six rangs.

Typed’orge

IncidenceOttawa

DONOttawa

IncidenceCharlottetown

DONCharlottetown

IncidenceHangzhou

DONEROz

2 rangsy 3,4 ax 1,5 a 43,2 a 11,6 a 52,4 a 0,6 a

6 rangs 11,4 b 4,3 b 55,4 b 12,4 a 75,6 b 1,9 b

zEssais de rendement de l’Ontario. Concentration moyenne de DON dans quatre localités de cesessais (Westmeath, Elora, Palmerston et Winthrop). Note : À Ottawa, seulement des quantitéstraces de DON ont été détectées, et les données de cette localité ne sont pas prises en comptedans la moyenne.y18 cultivars à deux rangs et 31 cultivars à six rangs ont été soumis aux essais d’inoculationartificielle, tandis que 16 cultivars à deux rangs et 21 cultivars à six rangs ont été soumis auxEssais de rendement de l’Ontario.XLes moyennes suivies de la même lettre ne présentent aucune différence significative à 0,05selon le test du F.

Dans le cadre des Essais de recommandation aux fins d’enregistrement des orges à deux et à sixrangs des Maritimes, Richard Martin a commencé à soumettre les variétés inscrites à un criblagequant à leur résistance à la fusariose, sous inoculation artificielle. De même, dans le cadre desEssais de recommandation aux fins d’enregistrement des orges à deux et à six rangs du Québec,Sylvie Rioux a commencé à vérifier la résistance à la fusariose des variétés inscrites. Jusqu’àprésent, ce criblage n’a pas été fait dans le cadre des Essais de rendement de l’Ontario. Parailleurs, les trois cultivars d’orge d’hiver enregistrés pour le Canada se sont tous avérés sensiblesà l’accumulation de DON (‘OAC Elmira’, 5,8 mg kg-1, ‘McGregor’, 9,4 mg kg-1, et‘MacDiarmid’, 5,1 mg kg-1), dans le cadre d’essais réalisés en 1997 à Ridgetown, en Ontario(Schaafsma et Tamburic-Ilincic, données inédites).

Corrélation entre la concentration de DON et l’incidence de la fusarioseLa mesure de la concentration de DON prend beaucoup de temps, exige beaucoup de travail etcoûte relativement cher. Par conséquent, si les symptômes visuels de fusariose présentaient unecorrélation avec la concentration de DON, on pourrait utiliser les cotes de symptômes visuelspour prédire la concentration de DON, ce qui permettrait une sélection indirecte en fonction de laconcentration de DON sans qu’une épreuve ELISA soit nécessaire. Choo et al. (donnéesinédites) ont réussi à établir l’équation de régression suivante à partir de 31 cultivars à six rangs :DON = 2,0 + 0,19 (incidence de la fusariose), avec un coefficient de détermination de 0,77

38

(figure 1). Il semble donc que l’incidence de la fusariose pourrait constituer un critère desélection quant à la concentration de DON, dans le cadre des programmes d’amélioration.

Figure 1. Concentration de DON (Y) et incidence de la fusariose (X) chez 31 cultivars d’orge àsix rangs cultivés en 2000, sous inoculation artificielle, à Ottawa et à Charlottetown.DON content : Concentration de DONFHB incidence : Incidence de la fusarioseY = 2,0 + 0,19X

Effet des caractères morphologiquesOutre le type d’épi, certains caractères morphologiques pourraient améliorer la résistance à lafusariose. Skadhauge et al. (1997) ont récemment constaté que certains flavonoïdes peuventinhiber la croissance des Fusarium chez l’orge. Nous avons donc effectué en 2000, à Ottawa et àHangzhou, une étude sur l’effet du type d’épi, de la couleur du lemma, du type d’arête et de lalongueur des poils de la baguette sur l’incidence de la fusariose. Nous avons ainsi constaté (Chooet al., données inédites) que les lignées à six rangs sont en moyenne 2 à 3 fois plus sensibles à lafusariose et 3 fois plus gravement atteintes que les lignées à deux rangs (tableau 3). À Hangzhou,l’incidence moyenne de la fusariose a été la suivante chez les 4 classes d’orge testées : orge àdeux rangs violette, 42 %; orge à deux rangs jaune, 69 %; orge à six rangs violette, 83 %; orge àsix rangs jaune, 94 %. Toujours à Hangzhou, la gravité de la maladie s’établissait ainsi : orge à

39

deux rangs violette, 11 %; orge à deux rangs jaune, 18 %; orge à six rangs violette, 27 %; orge àsix rangs jaune, 32 %.

Par conséquent, outre le lien étroit déjà constaté entre la sensibilité et le locus deux rangs/sixrangs, il semble que la présence d’un lemma violet avait elle-même pour effet de diminuer à lafois l’incidence et la gravité de la maladie à Hangzhou, où le niveau d’infection était élevé. Ilfaudrait des études plus approfondies sur cet effet de la couleur du lemma. Si cet effet étaitconfirmé, la couleur violette pourrait faciliter la sélection assistée par marqueurs à l’égard de larésistance à la fusariose des orges de provende. Comme la couleur violette de l’orge a déjà étéassociée à une faible teneur en fibres (Frégeau-Reid et al., 2001), il se peut que l’orge violettedonne une meilleure qualité fourragère que l’orge jaune. La rugosité des arêtes et la longueur despoils de la baguette ont eu très peu d’effet sur l’infection fusarienne.

Tableau 3. Incidence de la fusariose (%) et gravité de la fusariose (%) chez deux classes delignées dihaploïdes (DH) d’orge issues d’un croisement Léger/CI9831.

Classe d’orgeNombre delignées DHz

Incidence de lafusariose àOttawa

Incidence de lafusariose àHangzhou

Gravité de lafusariose àHangzhou

Deux rangs 94 6,7 ay 45,2 a 11,8 a

Six rangs 95 19,5 b 92,4 b 31,3 b

z Une des lignées à deux rangs violettes n’a pas été testée à Hangzhou.Y Les moyennes suivies de la même lettre ne présentent aucune différence significative à 0,05selon le test du F.

Analyse des locus quantitatifsAu Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Armstrong et al. (2001) ontentrepris une étude visant à identifier les principaux locus quantitatifs influant sur l’infectionfusarienne et l’accumulation de DON chez un croisement Chevron/AC Stephen. Le croisement aété réalisé en 1997, et des lignées DH ont été créées à partir de la génération F1. Environ150 lignées DH ont été mises à l’essai, dans 7 environnements (Ottawa, 1999; Hangzhou, 1999-2000; Ottawa, 2000; Charlottetown, 2000; Hangzhou, 2000-2001; Ottawa, 2001; Charlottetown,2001). Le criblage à l’égard des polymorphismes présents chez les marqueurs microsatellitairesest en cours.

Discussion et conclusionsAu cours des deux dernières années, nous avons fait des progrès appréciables dans le domaine del’amélioration de la résistance de l’orge à l’accumulation de DON dans l’est du Canada. Nousavons notamment établi la gravité de la contamination de l’orge par le DON dans cette partie dupays. Nous avons relevé un certain nombre de cultivars à la fois bien adaptés et résistants à lafusariose qui conviennent à la production commerciale. Nous avons aussi établi que les cultivars

40

à deux rangs sont plus résistants que ceux à six rangs. Par ailleurs, 10 des 44 échantillons degrain que nous avons prélevés dans des lots commerciaux de l’est du Canada, durant l’épidémiede 2000, étaient du type à deux rangs, et la concentration de DON la plus élevée que nous ayonsobservée parmi ces 10 échantillons était de 2,77 mg kg-1. Cette concentration est trop élevée pourque le grain puisse servir à l’alimentation porcine, mais elle demeure inférieure à la tolérancemaximale recommandée au Canada pour l’alimentation des bovins et de la volaille (5 mg kg-1).Par contre, l’orge à deux rangs donne généralement un rendement inférieur à celui de l’orge à sixrangs (Jui et al., 1997). Il faudrait donc intensifier les travaux d’amélioration chez l’orge à deuxrangs, afin d’en augmenter le rendement tout en conservant ou améliorant sa résistance à lafusariose, particulièrement dans l’optique de l’élaboration d’un système de production d’orgebrassicole pour l’est du Canada.

On manque de sources de résistance pour l’orge à six rangs. L’orge à six rangs ‘Chevron’, quipossède la meilleure résistance connue à la fusariose, semble ne posséder aucun des locusquantitatifs ayant un effet important sur cette résistance (Ma et al., 2000). De plus, saperformance agronomique est très médiocre dans l’est du Canada. Deux cultivars commerciauxd’orge à six rangs, ‘Myriam’ et ‘OAC Kippen’, présentent peut-être un bon degré de résistance àla fusariose et mériteraient d’être étudiés de façon plus approfondie. Il faudrait aussi chercherd’autres sources de résistance pour l’orge à six rangs. Sans égard au type d’épi, nous avonsconstaté que l’orge violette est plus résistante que l’orge jaune lorsque l’infection fusarienne estgrave. L’utilisation d’orges à grains nus pourrait aussi constituer une façon de réduire lacontamination par le DON (Clear et al., 1997), et il semble que d’autres caractères encorepeuvent inhiber l’infection fusarienne chez l’orge. Enfin, une meilleure connaissance desmécanismes de résistance influant sur l’accumulation de DON faciliterait la mise au point decultivars d’orge résistants.

RemerciementsNous aimerions remercier les chercheurs suivants de leur collaboration à l’étude qui précède surles mycotoxines et la fusariose : Harold Campbell et Lynne Underhill, de l’Agence canadienned’inspection des aliments, Qiuquan Shen et Junmei Wang, de l’Académie des sciencesagronomiques de Zhejiang, Richard Martin, du Centre de recherches sur les cultures et lesbestiaux, Keh Ming Ho, George Fedak, Marc Savard et Bernard Vigier, du Centre de recherchesde l’Est sur les céréales et oléagineux, Duane Falk, de l’Université de Guelph, Mark Etienne, dela W.G. Thompson & Sons, ainsi qu’Ellen Sparry, de la C & M Seeds. Nous tenons également àremercier Sylvie Rioux, du Centre de recherches sur les grains, et Lily Tamburic-Illincic, duCollège de Ridgetown, qui nous ont permis d’utiliser leurs données inédites.

RéférencesArmstrong, K., et al. 2001. Dans Compte rendu du deuxième Colloque canadien sur la fusariose.Campbell, H., et al. 2000. Can. J. Plant Sci. 80:977-980.Choo, T.M., et al. 1994. Can. J. Plant Sci. 74:817-819.Choo, T.M., et al. 2001. Can. J. Plant Sci. 81:425-426.Clear, R.M., et al. 1997. Can. J. Plant Sci. 77:161-166.Falk, D.E., and Reinbergs, E. 1991. Can. J. Plant Sci. 71:205-206.

41

Frégeau-Reid, J., et al. 2001. Crop Sci. 41 (sous presse).Jui, P.Y., et al. 1997. Theor. Appl. Genet. 94:549-556.Ma, Z., et al. 2000. Phytopathology 90:1079-1088.Martin, R.A., et al. 2001. Dans Compte rendu du deuxième Colloque canadien sur la fusariose.Skadhauge, B., et al. 1997. Hereditas 126:147-160.Tamburic-Ilincic, L., et al. 2000. Dans Proc. 2000 National Fusarium Head Blight Forum.Tekauz, A., et al. 2000. Can. J. Plant Pathol. 22:9-16.Vigier, B., et al. 2001. Dans Compte rendu du deuxième Colloque canadien sur la fusariose.

42


Sources de résistance à la fusariose de l’épi chez le blé de printemps

G. Fedak1,2, J. Gilbert2, A. Comeau3, H. Voldeng1, M. Savard1 et G. Butler1

Direction générale de la recherche, Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC)1Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Ottawa (Ontario)2Centre de recherches sur les céréales, Winnipeg (Manitoba)3Centre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, Sainte-Foy(Québec)

Les sources de résistance à la fusariose jusqu’à présent introduites en Amérique du Nord nousviennent principalement de Chine, du Brésil et du Japon. De manière globale, la meilleure sourcechinoise a été la lignée Sumai3, mise en circulation comme cultivar en 1970. En effet, celle-ciconstitue non seulement la meilleure des sources originales de résistance de type II, maiségalement, comme le montre le tableau 1, une des meilleures sources de résistance de type I, etelle présente en outre la plus faible concentration de DON après inoculation, parmi toutes leslignées introduites. Les autres génotypes d’origine chinoise énumérés au tableau 1 n’affichentpas la faible cote de symptômes et la faible concentration de DON observées chez Sumai3. Leslignées de la série Ning ont été mises au point à partir de Sumai3 mais présentent une cote desymptômes et une concentration de DON plus élevées. La lignée 894013, issue d’une variationsomaclonale de la variété Yangmai 5, donne une plante basse avec une assez bonne résistance àla verse. La lignée Cm 82036, créée par le CIMMYT, possède une tolérance à la fusariose qui luivient de Sumai3 et de diverses sources brésiliennes. Les grains récoltés après inoculationdonnent généralement de bons résultats.

Les lignées japonaises telles que Shinchunaga (tableau 2) présentent une résistance à la fusarioseégale à celle des sources chinoises. Certains des génotypes japonais présentent une concentrationde DON relativement faible, comme Sakai (0,6 ppm, voir tableau 2). Malheureusement, cesgénotypes ne sont pas adaptés aux conditions de culture canadiennes, et les croisements simplesentre ces génotypes et les cultivars canadiens donnent généralement surtout des sujets hauts, peurésistants à la verse et ayant une maturation tardive. Cependant, il suffit de rétrocroiser une seulefois ces hybrides F1 pour obtenir une amélioration appréciable des générations suivantes.

On a déjà avancé que la résistance à la fusariose des lignées Sumai3 et Frontana leur est conféréepar des paires différentes de gènes. Nous avons donc croisé ces deux lignées, puis effectué descroisements triples et quadruples avec les hybrides F1 ainsi obtenus. Les croisements triplesconsistaient à croiser ces hybrides avec un cultivar amélioré, tandis que les croisementsquadruples consistaient à les croiser avec un autre hybride F1, issu d’un croisement entregénotypes résistants non apparentés. Des épis F2 ont été sélectionnés parmi les populationsobtenues, après inoculation par pulvérisation en pépinière à fusariose. Comme les symptômes dela fusariose apparaissent de façon erratique chez les populations F2, les tests d’allélismeclassiques ne permettaient pas de déterminer s’il existe des différences alléliques entre lesparents. Cependant, une observation sommaire des symptômes visuels nous a permis de

43

constater une ségrégation transgressive des caractères. La descendance des croisementsquadruples entre parents résistants présentait moins de sujets très sensibles que celle descroisements triples. Cela pourrait-il signifier que certains allèles liés à la résistance s’exprimentindépendamment parmi la descendance des croisements quadruples?

Nous avons soumis la descendance des croisements triples et quadruples à une sélection par épiseffectuée aux générations F2 et F4, en alternance avec une multiplication hivernale effectuée enNouvelle-Zélande. Chez les populations F6, les rangs issus des croisements triples étaient assezuniformes, tandis que de nombreux rangs issus des croisements quadruples affichaient toujoursune ségrégation à l’égard de caractères tels que la hauteur, la précocité de maturation, laprésence d’arêtes, etc. Nous avons effectué une nouvelle sélection par épis parmi ces rangs.Alors que les populations F2 issues des croisements quadruples avaient été très irréguliers quantà la résistance à la verse, à la hauteur de la plante et à la précocité, les rangs F6 ont affiché peu desymptômes de fusariose ainsi qu’une précocité et une résistance à la verse à peu près égales àcelles des variétés témoins locales. Les grains récoltés chez les rangs F6 sélectionnés avaient uneconcentration de DON approximativement égale à celle des grains de Sumai3.

Cartographie moléculaire des populationsPour le projet de cartographie moléculaire, nous avons produit plusieurs populations dihaploïdeset les avons soumises à un criblage détaillé au moyen d’essais répétés étalés sur plusieurs annéeset plusieurs localités. Les sujets ont été cotés quant aux symptômes de fusariose (aprèsinoculation ponctuelle ou inoculation par pulvérisation), à la concentration de DON, à la hauteurde la plante et à sa précocité de maturation.

Nous avons observé une ségrégation transgressive à l’égard des symptômes de fusariose chez uncertain nombre de populations, notamment issues des croisements Sumai3 × Biggar et Wuhan ×Maringa. Parmi la descendance du premier croisement, des lignées telles que H181 et H305 ontété retenues comme parents pour des croisements avec des cultivars actuellement utilisés. Parmila descendance de Wuhan × Maringa, 6 ou 7 lignées dépassaient régulièrement les témoins quantà leurs symptômes de fusariose. Une de ces lignées, H450, présentait en outre une bonnerésistance à la verse ainsi qu’une hauteur et une précocité acceptables; elle a donc été retenuecomme parent pour d’autres croisements. Cette population possédait en outre une résistance auBYDV provenant de Maringa. Une des lignées, H467, possède une bonne tolérance à la fois à lafusariose et au BYDV et a été beaucoup utilisée pour des croisements additionnels. Les lignéessélectionnées présentaient moins de symptômes de fusariose et une concentration un peu plusfaible de DON que Sumai3.

Fonds génétiques comportant une tolérance améliorée à la fusarioseComme nous l’avons mentionné, les génotypes originaux obtenus de Chine, du Japon et duBrésil ne sont pas bien adaptés aux conditions de culture du Canada, car ils donnent une plantetrop haute, trop tardive et trop sensible à la verse. Dans le monde entier, la plupart desprogrammes d’amélioration ont permis de transférer ces sources de résistance à du matérieladapté aux conditions locales. Dans certains cas, on a même réussi à mettre en circulation depremiers cultivars tolérants à la fusariose, comme ‘McVey’ et ‘H4644’. Ce dernier a même

44

presque fait l’objet de licences. Parmi les sources améliorées de tolérance à la fusariose,mentionnons les lignées FHB37 et HY644, du Centre de recherches sur les céréales, ND2710 etND2827, de la North Dakota State University, ainsi que les nombreux génotypes issus duprogramme de résistance à la fusariose du CIMMYT. Les données des tableaux 2 et 3 montrentque les lignées du Dakota du Nord présentent des concentrations de DON inférieures à celles decertains génotypes chinois. Certains de nos croisements, notamment entre FHB37 et des lignéesdu CIMMYT, ont donné des descendances très prometteuses, tant en termes de tolérance à lafusariose que de propriétés agronomiques.

Un certain nombre de lignées améliorées tolérantes à la fusariose sont maintenant disponibles.Outre le matériel déjà mentionné, certaines lignées élites créées par le CIMMYT possèdent à lafois de bonnes propriétés agronomiques et une tolérance élevée à la fusariose. La résistance à lafusariose résulte probablement de la combinaison de matériels provenant du Brésil et de Chine.Idéalement, pour que les gènes intéressants puissent être pyramidés, il faudrait connaître l’étatallélique des locus que l’on sait liés à la résistance à la fusariose. Nous utiliserons doncl’information fournie par des marqueurs moléculaires pour obtenir des données sur les relationsalléliques.

Comme la gamme des lignées présentant à la fois une bonne tolérance à la fusariose et despropriétés agronomiques acceptables s’accroît constamment, on pourra sans doute continuer àaméliorer ces lignées sans recourir aux sources exotiques de résistance. Par exemple, nous avonsobtenu de très bonnes descendances en croisant FHB37 ou une des lignées WF avec 894013 ouavec certaines des lignées du CIMMYT.

Espèces exotiquesAu moyen de vastes programmes de criblage, il est possible de détecter des sources de toléranceà la fusariose chez certaines espèces exotiques de la tribu des Triticées ou chez du matériel issude ces espèces. Jusqu’à présent, nous avons découvert une tolérance à la fusariose chez des raceslocales brésiliennes de seigle, chez certains génotypes du Thinopyrum intermedium, chez desamphiploïdes partiels issus du T. intermedium et du Lophopyrum ponticum, chez desamphiploïdes dont un des parents est l’Hordeum californicum ainsi que chez des hybrides detype Tritordeum (Triticum turgidum × Hordeum chilense). La manière idéale d’exploiter larésistance à la fusariose de telles combinaisons consiste à produire des lignées d’addition à partirdu matériel exotique, à isoler une lignée comportant les locus de résistance, à induire unerecombinaison génétique entre le chromosome exotique et un ou plusieurs chromosomes du blé,puis à soumettre les recombinants à un criblage quant à la présence des locus recherchés.

Lorsqu’il existait déjà des lignées d’addition, nous avons isolé par criblage celles qui étaientcritiques. C’est ce que nous avons fait dans le cas des lignées d’addition issues du Thinopyrumintermedium, du genre Secale, de l’Hordeum chilense, du Dasypyrum villosum et du Thinopyrumelongatum (2P).

Nous avons consacré beaucoup d’énergie à rechercher des gènes de tolérance chez les espècesd’où proviennent les génomes A, B et D du blé commun. Nous avons fini par découvrir un degré

45

acceptable de tolérance chez les trois espèces. Nous essayons maintenant de transférer larésistance de chacune à un cultivar moderne de blé, par rétrocroisement, et de reconstituer deslignées tétraploïdes et hexaploïdes à partir de chacune de ces espèces diploïdes tolérantes.

Nous avons également effectué des croisements entre des génotypes résistants et sensibles dechaque espèce et avons commencé à élaborer les populations nécessaires aux travaux decartographie moléculaire. Nous pourrons ainsi mettre au point des marqueurs moléculaires quifaciliteront le processus de rétrocroisement.

La seule source d’immunité à la fusariose que nous ayons trouvée est l’Elymus humidus, espècepolyploïde indigène du Japon. Nous sommes en train de croiser cette espèce avec le blé et l’orge.

RemerciementsNous aimerions remercier Mike Burvill et Svetlana Kritenko pour leur expertise technique.

46

Tableau 1. Symptômes de fusariose de l’épi et concentration de DON du grain chez diversgénotypes de blé de printemps (données des essais au champ de 1998)

Génotype Taux d’infection des fleurs Concentration moyenne de DON(%) (ppm)

CIMMYT 11 17,0 12,6Sumai3 17,8 1,5Cm 82036 21,0 4,9894013 21,5 9,1Wuhan 22,0 7,2Ning 8343 22,0 4,0Ning 8331 23,5 9,8Frontana 24,0 11,7Maringa 25,5 4,4Ning 9016 29,0 11,6HY368 35,5 30,0Katepwa 43,8 6,7AC Domain 51,0 20,2Glenlea 52,0 22,9Roblin 60,8 40,1

Tableau 2. Symptômes de fusariose de l’épi et concentration de DON du grain chez diversgénotypes de blé de printemps (données des essais au champ de 1999)

Génotype Taux moyen d’infection des fleurs Concentration moyenne de DON(%) (ppm)

Wongshiubai 5,6 3,0ND2710 7,8 0,9Cm 82036 8,1 3,1Sumai3 8,3 1,5CIMMYT 11 8,6 8,1Shinchunaga 9,2 4,5BW252 9,8 9,3Frontana 11,1 7,9ND2827 12,1 1,0BW264 12,5 15,4Sakai 165 13,3 0,693FHB21 13,4 2,8Tokai 63 14,2 2,9Nabeokobozu 17,9 1,3AC Foremost 20,3 13,4 Remus 26,6 10,4Roblin 27,5 24,7

47

Tableau 3. Symptômes de fusariose de l’épi et concentration de DON du grain chez diversgénotypes avancés (données des essais au champ de 2000)

Génotype Taux d’infection des fleurs Concentration de DON(%) (ppm)

*ND2827 0,88 0,9**WF4 3,07 2,6WF1 3,70 2,3CIMMYT-11 4,17 4,5Sumai3 4,30 1,9WF7 4,84 2,8WF5 5,07 2,5WF2 5,63 2,8894013 6,69 5,4WF6 6,97 4,11FHB37 7,49 4,8WF8 8,43 5,9Frontana 8,62 3,5Roblin 9,46 7,46Cm82036 9,70 4,2HY644 10,5 5,6WF3 11,4 7,9Wongshiubai 15,80 4,8 *Données fournies par la North Dakota State University.**Les lignées WF ont été mises au point au CRC à partir de CRC FL4802/AC Majestic. RL4802est issue de Pasqua/Ning 8331.

48

CCF/CWFHB : Session 1 - Amélioration, pépinières et ressources génétiquesAFFICHES

P1-1 Une pépinière à fusariose conjointe pour les programmes d’amélioration du blé del’Ouest canadienA.L. Brûlé-Babel, D. Fernando, P. Hucl, G. Hughes, S. Fox, R. DePauw, M. Fernandez, J. Clarke, R. Knox, J. Gilbert, G. Humphreys et D. Brown

P1-2 La sélection in vitro des cultures d’anthères de blé à l’égard de la résistance à la fusariosede l’épi : évaluation au champ sous inoculation artificielleJ. Collin, F. Eudes, S. Rioux et A. Comeau

P1-3 Utilisation des blés du Brésil comme sources de résistance à la fusariose de l’épiA. Comeau, G. Humphreys, J. Gilbert, D. Brown, J. Collin, S. Rioux, H. Voldeng, F. Langevin et G. Fedak

P1-4 La diversification des sources de résistance à la fusariose de l’épi : solution possible auxrisques de pléiotropie ou de liaison avec des gènes délétèresA. Comeau, J. Gilbert, D.G. Humphreys, G. Fedak, F. Eudes, R. DePauw et J. Collin

P1-5 Développement des symptômes de fusariose de l’épi chez des génotypes de blé deprintemps après inoculation ponctuelle et inoculation par pulvérisationJ.-F. Desmeules, T. Paulitz, S. Rioux, L. O’Donoughue et D. Mather

P1-6 Sélection des gamétophytes à l’égard de la résistance de types III et IV à la fusariose del’épi chez le bléF. Eudes, R.J. Graf, R.S. Sadasivaiah et D.A. Gaudet

P1-7 Sélection du blé (Triticum aestivum L.) à l’égard de la résistance à la fusariose de l’épiD.G. Humphreys, P.D. Brown, S.L. Fox, T.F. Townley-Smith et J. Gilbert

P1-8 Criblage de matériel génétique et sources de résistance à la fusariose de l’épi repéréesdans la collection de blés de printemps de l’USDAY. Jin, X. Zhang et J. Rudd

P1-9 Observations sur la résistance à la fusariose de l’épi chez des lignées de blé issues decroisements interspécifiquesF. Langevin et A. Comeau

P1-10 La résistance des maïs d’Argentine à la fusariose de l’épi D.A. Presello, L.M. Reid et D.E. Mather

P1-11 Sélection généalogique à l’égard de la résistance à la fusariose de l’épi chez quatrepopulations de maïsD.A. Presello, L.M. Reid et D.E. Mather

49

P1-1. Une pépinière à fusariose conjointe pour les programmes d’amélioration du blé del’Ouest canadien

A.L. Brûlé-Babel1, D. Fernando1, P. Hucl2, G. Hughes2, S. Fox2, R. DePauw3,M. Fernandez3, J. Clarke3, R. Knox3, J. Gilbert4, G. Humphreys4 et D. Brown4

1Department of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg (Manitoba).2Crop Development Centre, University of Saskatchewan, Saskatoon (Saskatchewan).3Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture et AgroalimentaireCanada (AAC), Swift Current (Saskatchewan). 4Centre de recherches sur les céréales, AAC, Winnipeg (Manitoba).

La fusariose de l’épi constitue toujours une maladie grave pour le blé de l’Ouest canadien,particulièrement dans la partie est des Prairies. Les sélectionneurs reconnaissent que les cultivarsde blé devront posséder une résistance à la fusariose pour pouvoir servir à la production danstoutes les régions de l’Ouest canadien. Or, le criblage à l’égard d’une telle résistance s’est avérédifficile pour les sélectionneurs travaillant ailleurs que dans l’est des Prairies. Pour surmonter ceproblème, les sélectionneurs et les pathologistes ont conclu une entente de collaboration visant àétablir une pépinière de criblage commune dans un environnement convenant davantage audéveloppement de la fusariose. C’est ainsi qu’en 2001 une telle pépinière a été établie à Carman,au Manitoba, pour évaluer la réaction à la fusariose des lignées généalogiques issues desprogrammes d’amélioration du blé de l’Ouest canadien. Un contingent de lignées pouvant êtreévaluées dans la pépinière a été attribué à chaque programme, et environ 6 000 parcellesconstituées chacune d’un rang de 1 m ont été mises en culture, ce qui correspond à autant delignées généalogiques, de lignées témoins, ou de répétitions dans le cas des lignées inscrites auxessais coopératifs.

Un inoculum de maïs fusarié a été appliqué aux parcelles deux à trois semaines avant l’anthèse.Les dates d’épiaison et d’anthèse ont été notées pour chaque parcelle. Une suspension demacroconidies de Fusarium graminearum a été appliquée aux parcelles lorsque la moitié dessujets avaient atteint le stade de l’anthèse puis à nouveau trois ou quatre jours plus tard. Aprèschaque application de macroconidies, les parcelles étaient arrosées avec un système denébulisation permettant de maintenir une humidité élevée. Entre 18 et 21 jours aprèsl’inoculation, les parcelles étaient cotées visuellement quant à l’incidence (% d’épis infectés) et àla gravité (% de la superficie des épis infectée) de l’infection fusarienne, et un indice defusariose a été calculé pour chaque parcelle. Dans la pépinière, les conditions étaient trèspropices au développement de la maladie; en effet, chez les sujets sensibles utilisés commetémoins, l’incidence de la maladie dépassait souvent 80 %, et sa gravité, souvent 60 %. Chez lestémoins résistants, l’incidence était relativement élevée, mais la gravité de la maladie était bienmoindre que chez les témoins sensibles, ce qui permettait de distinguer aisément les lignéessensibles et résistantes.

Une forte proportion des lignées testées se sont avérées sensibles à la fusariose. Cette évaluationpermettra aux sélectionneurs de se concentrer sur d’autres lignées plus prometteuses. Noussommes en train d’examiner les facteurs dont l’effet peut compliquer l’évaluation des lignées,

50

dont la date d’inoculation (puisque la date de l’anthèse est variable), le recours à plusieursévaluateurs (cotant de manière différente) ainsi que les conditions environnementales présentesau moment de l’inoculation. Les données recueillies dans le cadre de cette évaluationpermettront d’améliorer la procédure utilisée au cours des années à venir.

51

P1-2. La sélection in vitro des cultures d’anthères de blé à l’égard de la résistance à lafusariose de l’épi : évaluation au champ sous inoculation artificielle

J. Collin1, F. Eudes2, S. Rioux3 et A. Comeau4

1Département de phytologie, Université Laval, Sainte-Foy (Québec). 2Centre de recherches de Lethbridge, Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), Lethbridge(Alberta). 3CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville (Québec).4Centre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, AAC, Sainte-Foy(Québec).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

RésuméLes trichothécènes produites par le Fusarium graminearum sont phytotoxiques et jouent un rôledans la pathogenèse de la fusariose de l’épi chez le blé. Un filtrat de culture de F. graminearumet une combinaison de quatre trichothécènes (le désoxynivalénol (DON), le15-acétyldésoxynivalénol (15-ADON), le nivalénol (NIV) et la toxine T-2) ont été évalués quantà leur efficacité comme facteurs de sélection potentiels pour les cultures d’anthères. Troispopulations de blé de printemps issues de croisements entre lignées résistantes et sensibles, Nyu-Bay / Norseman, Frontana / Norseman ainsi que Katepwa / Norseman, ont été évaluées deux foisen serre et pendant trois années au champ, sous inoculation artificielle. La cote de symptômesvisuels, la concentration de DON et diverses propriétés agronomiques ont été notées à l’égard dechaque lignée dihaploïde. En ce qui concerne la résistance à la maladie, les données recueilliesen serre ne présentaient pas de corrélation avec celles recueillies au champ, mais une corrélationplus significative a été observée entre les divers essais au champ. L’efficacité de la sélectionin vitro variait selon les croisements. Les meilleurs résultats ont été obtenus dans le cas deFrontana / Norseman, mais peu d’effet a été observé dans le cas de Katepwa / Norseman. Desrésultats inattendus ont été obtenus dans le cas de la population issue de Nyu-Bay / Norseman.Nous présentons quelques résultats significatifs et en tirons quelques conclusions sur lafaisabilité de la sélection in vitro à l’égard de la résistance du blé à la fusariose.

52

P1-3. Utilisation des blés du Brésil comme sources de résistance à la fusariose de l’épi

A. Comeau1, G. Humphreys2, J. Gilbert2, D. Brown2, J. Collin3, S. Rioux4, H. Voldeng5, F. Langevin1 et G. Fedak2

1Centre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, Agriculture etAgroalimentaire Canada (AAC), Sainte-Foy (Québec).2Centre de recherches sur les céréales, AAC, Winnipeg (Manitoba).3Département de phytologie, Université Laval, Sainte-Foy (Québec). 4CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville (Québec). 5Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, AAC, Ottawa (Ontario).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

RésuméIl est généralement reconnu que les lignées brésiliennes de blé comportent une certainerésistance à la fusariose de l’épi. Pourtant, bien qu’il soit devenu pratique courante d’utilisercomme sources de résistance certains cultivars relativement anciens, comme ‘Frontana’, lescultivars plus récents n’ont peut-être pas reçu toute l’attention qu’ils méritent. Une visite auBrésil a incité des chercheurs d’AAC à mettre à l’essai les cultivars brésiliens disponibles, tant àl’égard de leur résistance à la fusariose qu’à l’égard d’autres caractères. Il se trouve en effet quel’incidence de la fusariose est élevée au Brésil, et les facteurs de résistance qui se révèlent utilesdans ce pays pourraient bien l’être tout autant au Canada. Nous avons donc étudié une série decultivars brésiliens anciens et nouveaux, en les comparant avec des cultivars témoins du Canadaet des États-Unis, et nous avons constaté que certains cultivars brésiliens, notamment quelques-uns des plus récents, pourraient avoir un intérêt comme sources de gènes conférant unerésistance à la fusariose. Une demi-douzaine de ces cultivars ont tout particulièrement retenunotre attention. Un d’entre eux (BRS 179) s’est retrouvé dans la même catégorie que la variététémoin résistante HY 644, affichant une forte résistance de type II. D’autres cultivars pourraientposséder des mécanismes de résistance différents et potentiellement utiles lorsqu’on souhaitepyramider plusieurs gènes.

IntroductionLe blé brésilien a été reconnu par le CIMMYT comme source de résistance aux maladies.Lorsque le Centre de recherches d’AAC de Sainte-Foy a entrepris des recherches avec cetorganisme, le matériel génétique brésilien s’était déjà révélé le meilleur en matière de résistanceaux virus et de résistance à d’autres maladies (Comeau, 1986). Lorsque la fusariose de l’épi adévasté les cultures au Canada et aux États-Unis, l’utilité de ‘Frontana’ et d’autres sourcesbrésiliennes de résistance a fait rapidement l’unanimité (Miller et al., 1985 et 1986; Wang &Miller, 1988). Cependant, les cultivars brésiliens plus récents n’ont pas reçu beaucoupd’attention jusqu’à ce que tout récemment une série de ceux-ci soient introduits aux finsd’évaluation de leur résistance au BYDV au centre de recherches de Sainte-Foy. Plusieurs de cescultivars ont affiché une réaction satisfaisante au BYDV, et le grain de certains semblaitrelativement exempt de maladie.

Une nouvelle délégation de chercheurs canadiens s’est rendue au Brésil en octobre et novembre2000, alors que sévissait dans ce pays une des pires épidémies de fusariose depuis plusieurs

53

décennies. Nos hôtes nous ont fait visiter diverses régions du pays, afin que nous puissionsobserver la réaction du matériel génétique. Quelques-uns des nouveaux cultivars semblaientposséder une résistance au champ. Des chercheurs brésiliens avaient déjà signalé la résistancedes cultivars Cep 24, BRS 179 et BRS 177 (Comissão Sul-Brasileira de Pesquisa de Trigo,2001). Un cultivar désuet, BR 32, avait également la réputation de posséder un certain degré derésistance.

Comme les semences des cultivars brésiliens étaient déjà disponibles au Canada, il a parulogique de mettre à l’essai une série de ces cultivars quant à leur résistance à plusieurs maladies,en accordant une attention particulière à la fusariose, et à en évaluer également le potentielagronomique. Ce fut fait en 2001. Nous présentons ici les résultats de ces essais en ce quiconcerne la fusariose de l’épi. L’évaluation portait également sur des cultivars canadiens etaméricains, servant de témoins (tableau 1).

MéthodesLe matériel génétique a été intégré aux essais d’inoculation déjà en cours à Winnipeg, Sainte-Foy, Saint-Hyacinthe et Ottawa. L’inoculation a été réalisée par pulvérisation durant l’anthèse.À Winnipeg et à Saint-Hyacinthe, l’évaluation a été faite au moyen d’un indice égal aupourcentage d’infection des épis multiplié par le pourcentage d’infection des épillets (où 0signifie une immunité et 100, la pire des infections possibles). À Sainte-Foy, on a plutôt utiliséune cote globale de symptômes (où 0 signifie une immunité et 9, la plus forte sensibilitépossible). Des essais d’inoculation ponctuelle en serre, réalisés à Ottawa et à Sainte-Foy, ontpermis de déterminer dans chaque cas s’il s’agissait d’une résistance de type I (résistance àl’infection elle-même) ou de type II (résistance à la propagation de l’infection).

RésultatsLes résultats de nos essais d’inoculation artificielle montrent qu’un certain nombre des lignéesde blé brésiliennes présentent une résistance à la fusariose égale ou supérieure à celle descultivars témoins. Dans le cas des lignées les plus résistantes, les essais en serre semblentindiquer que Cep 24 possède un bon degré de résistance de type I mais seulement un degrémoyen de résistance de type II. En ce qui concerne la résistance de type II, la lignée BRS 179semble à peu près équivalente à HY 644. Malgré leur faible degré de résistance de type II, BR32, BR 43 et certaines autres lignées pourraient posséder divers gènes utiles de résistance à lafusariose. Certains des autres cultivars pourraient également posséder des gènes mineursméritant d’être étudiés.

Ces observations suscitent de nouveaux espoirs en matière de lutte contre la fusariose de l’épi.Jusqu’à présent, une grande partie des recherches effectuées en Amérique du Nord était fondéesur l’utilisation potentielle de la résistance affichée par Sumai 3, mais les résultats concretsétaient lents à venir. De manière générale, il n’est pas facile de mettre au point un blé résistant àla fusariose. Au Brésil, une dizaine d’années avant la création de la plupart des cultivars utilisésdans la présente étude, on avait déjà réalisé 25 années de recherches en vue d’utiliser commesources de résistance les lignées Nobeoka Bozu et Nyu Bay, et on n’avait pas encore réussi àobtenir un seul cultivar utile (Caetano, comm. pers.). Les progrès réalisés récemment au Brésil

54

sont le fruit de plusieurs décennies d’observations sur les épidémies naturelles et de recherchessur la sélection classique du blé, et on ne connaît toujours pas l’origine exacte des gènes derésistance présents chez Cep 24, BRS 179 et d’autres cultivars récents (De Sousa, comm. pers.).

En général, les lignées de blé brésiliennes ne sont pas aussi bonnes que les lignées nord-américaines quant aux caractères liés à la qualité du grain, mais la plupart pourraient présentermoins de problèmes que Sumai 3 quant à leurs propriétés boulangères (Frégeau, comm. pers.).

RéférencesComeau, A. 1986. Les blés brésiliens : une bonne source de résistance aux maladies.

Phytoprotection 67:146.Comissão Sul-Brasileira de Pesquisa de Trigo, 2001. www.cnpt.embrapa.br/rcsbpt01/index.htmMiller, J.D., Young, J.C., and Arnison, P.G. 1986. Degradation of deoxynivalenol by suspension

culture of the Fusarium head blight resistant wheat cultivar Frontana. Can. J. PlantPathol. 8:147-150.

Miller, J.D., Young, J.C., and Sampson, D.R. 1985. Deoxynivalenol and Fusarium head blightresistance in spring cereals. Phytopathol. Z. 113:359-367.

Wang, Y.Z., and Miller, J.D. 1988. Effects of Fusarium graminearum metabolites on wheattissues in relation to Fusarium Head Blight resistance. J. Phytopathol. 122:118-125.

RemerciementsNous voudrions tout particulièrement remercier l’EMBRAPA, qui a partagé avec nous lematériel génétique susmentionné, D. Frohberg et R. Stack, qui nous ont aidés à obtenir lematériel de BRS 177, et les nombreux chercheurs de l’EMBRAPA qui nous ont fait visiterdiverses localités d’essai de l’EMBRAPA, de la CNPT et de la CPACT (les docteurs Bacaltchuk,De Sousa, Caetano, Scheeren, Del Duca, So e Silva, Arias, De Lima et de nombreux autres). Leprésent travail n’aurait pas pu être réalisé sans leur collaboration.

55

Tableau 1. Résultats des essais d’inoculation artificielle du Fusarium graminearum*

Winnipeg St-Hyacinthe Ste-FoyCultivar ou lignée indice de

fusarioseindice defusariose

cote desymptômes

1 AC Superb 23 4,4 4,72 HY 644 (R) 9,8 1,6 2,23 AC Barrie 17,5 2,3 3,84 AC Walton 24,5 4,1 5,75 AC Brio 27 1,2 4,26 AC Voyageur

(MR)28 3,9 3,5

7 94 ARR-4413.2.1B 28,8 4,2 5,78 Maringa 21 1,6 3,39 BR 34 19,3 4,3 3,210 BR 35 28 5,8 3,711 BR 43 9,5 3,9 3,312 BR 21 63 9,1 7,713 BR 23 42 2,3 514 BR 32 13 2,3 3,215 BR 38 24 2,4 4,816 BR 39 31 7,9 717 BRS 120 16,5 2,7 3,518 BRS 179 9,8 1,8 219 CEP 14 14,5 7 3,220 CEP 24 8 3,3 2,821 CEP 27 18 4,7 3,722 EMBRAPA 10 49,5 12,5 723 EMBRAPA 24 16,1 1,9 4,524 EMBRAPA 27 25,5 2,6 3,825 EMBRAPA 40 24,8 7,6 2,826 EMBRAPA 41 33,8 11,3 727 BRS 49 43,5 9,8 7,228 BRS 119 8 5,1 3,329 Fundacep 29 19,4 5,5 3,730 IAC 13 52,5 1,8 4,731 IAC 24 52 2,9 5,332 IAC 227 36,5 5,3 5,733 IAPAR 40 39 6 5

56

34 MG 1 33,8 1,6 3,335 OR 1 18,5 3,5 3,836 OCEPAR 20 64 8,7 3,837 Parshall (-) * 2,3 2,538 Alsen (-) * 2,2 2,339 BRS 177 (-) * 1,6 340 Frontana 2,741 Katepwa 1,4 6,742 Norseman 6,543 Nyu-Bay 0,6 2,344 AC Morse 28,945 AC Vista 37,946 FHB 37 (R) 10,947 Glenlea 65,948 Teal 55,9

* Les essais de Winnipeg et Saint-Hyacinthe comportaient 2 répétitions; ceux de Sainte-Foycomportaient 3 répétitions. Les tests ANOVA, dans ces trois localités, ont donné des valeurs Frespectives de 5,53, 2,93 et 18,4. Le signe (-) indique qu’il a fallu utiliser un nombre moindre derépétitions.

57

P1-4. La diversification des sources de résistance à la fusariose de l’épi : solution possibleaux risques de pléiotropie ou de liaison avec des gènes délétères

A. Comeau1, J. Gilbert2, D.G. Humphreys2, G. Fedak2, F. Eudes3, R. DePauw4 et J. Collin5

1Centre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, Agriculture etAgroalimentaire Canada (AAC), Sainte-Foy (Québec).2Centre de recherches sur les céréales, AAC, Winnipeg (Manitoba).3Centre de recherches de Lethbridge, AAC, Lethbridge (Alberta).4Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, AAC, Swift Current(Saskatchewan).5Département de phytologie, Université Laval, Sainte-Foy (Québec).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

RésuméLes travaux actuels visant à créer du matériel génétique résistant à la fusariose de l’épi ont faitlargement appel à des sources de résistance chinoises. Pourtant, certains chercheurs chinois ontrécemment estimé que les sources de résistance actuellement utilisées, ou à tout le moinscertaines des plus populaires, ont un rendement potentiel trop faible et donnent des plantes trophautes pour que leur croisement puisse produire des sujets courts à rendement élevé. D’ailleurs,les chercheurs chinois ont commencé à accorder plus d’attention à la recherche de nouvellessources. Or, il est vrai que le système public d’amélioration végétale doit continuer à garantir laqualité et l’innocuité des céréales de consommation humaine, par l’obtention de grains exemptsde mycotoxines, mais il faut que les moyens utilisés pour atteindre cet objectif soient rajustés enfonction des difficultés qu’ils présentent sur le plan scientifique. Si on n’utilise qu’un très petitnombre de sources de résistance, on risque de restreindre les progrès à venir. Dans cesconditions, il devient logique de chercher à mieux comprendre les mécanismes de résistance dontnous disposons ainsi que la biodiversité des sources de résistance à la fusariose. De plus, commenous manquons de données génétiques sûres (les résultats actuels sont fondés sur des donnéesphénotypiques et sur de petites populations), seulement un petit nombre de sources de résistanceont été étudiées, ce qui nuit à la crédibilité des conclusions actuelles sur la pléiotropie et lesliaisons génétiques. C’est pourquoi une meilleure compréhension des mécanismes de résistanceconnus, appuyée par la mise au point et l’utilisation de marqueurs moléculaires, devraitpermettre de détecter certains effets de pléiotropie ou de liaison qui ont pu jusqu’à présent faireobstacle à l’avancement des travaux d’amélioration sur la résistance à la fusariose.

IntroductionLes meilleures sources de résistance à la fusariose actuellement disponibles semblent venir deChine et du Japon, et toutes semblent posséder un certain degré de résistance de type II(résistance à la propagation du champignon) ainsi qu’une certaine capacité à dégrader lestrichothécènes. C’est notamment le cas des lignées Sumai 3, Wangshuibai, Ning 8331, Ning7840, Nyu Bay, Nobeoka Bozu et Tokai 66.

58

Les sélectionneurs qui ont utilisé ces lignées ont eu de la difficulté à en tirer du matériel agricolepossédant à la fois une résistance à la fusariose, un bon rendement et une bonne qualité de grain.On ne s’entend pas encore sur le nombre de gènes visés; il pourrait s’agir de seulement 2 ou3 gènes majeurs chez quelques-unes des meilleures sources, mais on craint que dans d’autres casla résistance soit passablement polygénique. Logiquement, si la résistance est due à l’action deseulement 2 ou 3 gènes, il ne devrait pas être difficile d’obtenir l’introgression de ce caractèrechez un cultivar à bon rendement et à bonne qualité de grain. Cependant, en pratique, il n’est pasfacile d’obtenir un tel résultat.

Le problèmeOn peut se demander quelle est la cause des difficultés éprouvées. Il se peut que les gènes derésistance présentent une liaison avec des allèles délétères. Cependant, il est surprenant que leschercheurs brésiliens, après plus de 25 années de recherches sur les sources japonaises, n’aientpas encore réussi à obtenir une seule lignée acceptable sur le plan agronomique (Caetano, comm.pers., 1983). Au cours des dernières décennies, on a créé quelques cultivars possédant unerésistance élevée à la fusariose, mais seulement un très petit nombre, jusqu’à présent, ont pu êtrecommercialisés avec succès quelque part dans le monde. Cet échec semble dû à la présence dedivers défauts agronomiques chez ces cultivars.

En Chine, une des principales équipes d’amélioration de la résistance à la fusariose a concluqu’il faudrait travailler encore longtemps et surmonter bien des difficultés avant de pouvoir créerun cultivar possédant à la fois un bon rendement et une résistance à la fusariose (Lu et al., 2000).Dans le monde entier, une grande partie des travaux actuels portent sur l’utilisation de Sumai 3et Wangshuibai comme sources de résistance. Or, les mêmes auteurs ont conclu que ces deuxlignées possèdent à la fois une résistance élevée et une capacité de transmettre ce caractère, maisleur petite taille et leur faible rendement font qu’il est impossible, lorsqu’on les croise, d’obtenirparmi la descendance des sujets courts à rendement élevé (Lu et al., 2000).

Il n’en demeure pas moins que Sumai 3 et les autres sources chinoises de résistance permettrontsans doute bientôt de créer quelques cultivars utiles possédant à la fois une résistance à lafusariose et des propriétés agronomiques relativement acceptables. En effet, les recherchesrécentes permettent d’espérer un tel résultat. Cependant, il est légitime de s’interroger sur lespossibilités de progrès à long terme, si les recherches ne cessent d’être avant tout axées sur lessources actuelles de résistance de type II de Chine et du Japon.

Analyse du problèmeJusqu’à présent, on n’a étudié qu’un petit nombre de sources de résistance, et on se fonde surtoutsur des données phénotypiques. Or, il est difficile de bien cerner le phénotype d’une plante quantà sa réaction à la fusariose, parce que cette réaction est compliquée par la présence de nombreuxmodes d’infection et de nombreux mécanismes de résistance. De plus, comme la réaction estfortement liée à l’environnement, il faut l’observer pendant plusieurs années et dans plusieurslocalités, ce qui réduit la taille des populations végétales pouvant être analysées. Il n’est donc passurprenant que les données actuelles n’aient pas encore produit d’information génétique sûre.

59

La résistance à une maladie peut avoir un coût physiologique très élevé, comme le montre le casdu mildiou (Smedegaard-Petersen et Tolstrup, 1985). Or, certaines données tendent à confirmerl’hypothèse selon laquelle l’utilisation de plusieurs des sources actuelles de résistance à lafusariose serait corrélée avec une baisse de 5 à 10 % du rendement en conditions exemptes demaladie, et ce désavantage est suffisamment grave pour qu’on s’y intéresse (figure 1). Il y auraitlieu de faire des recherches plus approfondies pour vérifier cette hypothèse, mais il se peutégalement que les divers mécanismes de résistance n’aient pas le même coût physiologique etque certains soient plus efficients que les autres à cet égard. Il faut enfin se rappeler qu’en casd’infection fusarienne grave, la lignée résistante donnera sans doute un rendement bien meilleurà celui des lignées sensibles, malgré le coût physiologique de cette résistance.

Une autre hypothèse mérite d’être retenue : il se peut que le rendement élevé soit étroitementassocié à un microclimat favorisant la croissance du champignon, la couverture végétale plusdense des cultivars à haut rendement ayant pour effet de créer un milieu plus humide (Tollenaaret Wu, 1999). En pareil cas, ce seraient les caractères favorisant le rendement qui auraient poureffet d’augmenter la gravité de la fusariose, et il faudrait inverser le sens de la relation de cause àeffet. En fait cette deuxième hypothèse n’exclut pas que la première puisse égalementcorrespondre à un phénomène réel.

Les observations actuelles peuvent donc s’expliquer par l’une ou l’autre des hypothèses quiprécèdent, ou par une combinaison des deux (figure 1). Si l’effet du microclimat est significatif,il faudrait étudier plus attentivement un grand nombre de caractères influant sur l’architecture dela couverture végétale. S’il s’avère que certains des gènes de résistance les plus efficientslimitent de façon appréciable l’efficience physiologique de la plante, en étant par exemple liés defaçon obligatoire avec la hauteur de la plante, il se peut qu’à long terme il soit plus faciled’obtenir de bons résultats une fois qu’on aura étudié le coût physiologique des divers gènesconférant une résistance à la fusariose. Il est aussi possible que certains des gènes de résistanceprésents chez les sources chinoises et japonaises soient davantage liés à des gènes délétères queles autres. Or, une compréhension de ces liaisons nous aiderait à déterminer lesquels des gènesofferts par ces sources sont les plus utiles, ou au contraire les moins utiles. Il se pourrait mêmeque cette présumée liaison avec des gènes délétères soit un cas de pléiotropie, phénomènecommun mais souvent difficile à prouver. Un tel effet pléiotropique a déjà été relevé chez unelevure mutante résistante aux trichothécènes, qui produit une enzyme modifiée dont l’actionn’est pas inhibée par ces toxines; cependant, cette enzyme est moins efficiente que l’enzymenormale, quant à l’énergie nécessaire à la synthèse protéique (Schindler et al., 1974). S’il y aeffectivement pléiotropie dans le cas de nos sources de résistance, il est impossible de briser laliaison entre les gènes visés, et il devient essentiel de concentrer nos efforts sur la recherche denouvelles sources.

Fait intéressant, chez l’orge, plusieurs cas présumés de pléiotropie ont fini par être confirmés, lacartographie génétique ayant permis de relier aux mêmes locus la résistance à la fusariose etplusieurs caractères morphologiques (Zhu et al., 1999; Ma et al., 2000). Il se pourrait donc quel’utilisation de Sumai 3 pour l’amélioration du blé n’ait été finalement qu’une solutiontemporaire, qui ne nous aide aucunement à obtenir plus rapidement un cultivar ayant à la fois

60

une résistance à la fusariose et de bonnes propriétés agronomiques. Dans l’avenir, on peutenvisager l’étude de divers bassins génétiques offrant potentiellement des sources de résistanceplus diversifiées. Certains des gènes présents dans ces bassins pourraient s’avérer davantagecompatibles avec le rendement et d’autres propriétés agronomiques. Ainsi, certains des cultivarstolérant la fusariose utilisés aux États-Unis ne comportent aucun ancêtre issu du Japon ou deChine. Il se peut donc que cette tolérance ne présente aucune liaison génétique avec descaractères agronomiques non désirés, mais il se peut également que ces cultivars n’offrent encorequ’une solution temporaire, puisque leur résistance n’est pas aussi élevée que celle de Sumai 3.

Vers 1987-1990, J.-P. Dubuc, sélectionneur de blé d’AAC aujourd’hui à la retraite, avaitindépendamment tiré des conclusions pessimistes quant à l’utilité potentielle des lignéesNobeoka Bozu et Nyu Bay. Il avait constaté que leur résistance est entièrement liée à unehauteur excessive et à un rendement faible. Couture (1982) avait déjà démontré qu’il existe uneforte liaison entre la résistance à la fusariose et la hauteur de la plante chez un certain nombre decultivars canadiens. Dubuc a essayé de trouver d’autres sources de résistance, qui ne soient pasliées à un rendement faible et à une hauteur excessive. C’est d’ailleurs grâce à ses recherchesqu’AAC a pu créer à Sainte-Foy les cultivars AC Pollet, AC Voyageur et AC Brio, qui semblenttous assez proches de Neepawa quant à leur résistance à la fusariose (Neepawa demeure un desmeilleurs cultivars canadiens à cet égard). Cependant, le problème actuel commande unerésistance encore plus élevée.

Dans le meilleur des cas, il se peut que l’effet pléiotropique soit négligeable dans le cas deSumai 3 et des sources semblables et qu’il y ait simplement trop de gènes en jeu pour que larupture des liaisons avec des gènes délétères puisse se faire rapidement. Le cas du génotype93B42-DK5C, dont le rendement dépasse de 2 % celui des témoins (figure 1), tend à appuyercette hypothèse. Pourtant, même dans ce cas, il se peut que la plante dirige trop peu dephotosynthétat à sa paille et que cela soit une cause de verse. Il demeure essentiel de mener desrecherches en profondeur en vue de vérifier la validité de l’hypothèse « liaison », puisque lesnombreuses équipes de recherche de Chine, des États-Unis, du Brésil et du Canada ne peuventmême pas dire à quel rythme on peut espérer voir progresser les travaux sur la rupture de cesliaisons. Il y a peut-être chez le blé un grand nombre de gènes majeurs ou mineurs reliés à larésistance à la fusariose, dont certains, pléiotropiques, pourraient en outre agir sur des caractèresmorphologiques, comme dans le cas des locus quantitatifs observés chez l’orge par Zhu et al.(1999) ainsi que Ma et al. (2000). Si une partie du problème est liée à la structure de la plante ouà l’architecture de la couverture végétale, de tels effets pléiotropiques risquent d’être fortcomplexes. En ce qui concerne les propriétés agronomiques de la plante, il se peut que certainesliaisons pléiotropiques soient nuisibles, mais on peut espérer que d’autres, ainsi que leurs effets,se révéleront utiles. Par ailleurs, dans le même ordre d’idées, une fois que la liaison avec un gènedélétère est brisée, il arrive qu’elle soit remplacée par une liaison utile.

Dans de nombreux pays, certaines équipes de recherche ont entrepris de pyramider des gènesafin d’améliorer la résistance à la fusariose. Cependant, les travaux de ce type seront plusefficients lorsqu’on disposera de meilleures connaissances fondamentales sur la nature et lecomportement des gènes visés.

61

Conclusion : il est temps d’explorer de nouvelles avenues de rechercheMalgré le progrès difficile des recherches, un certain nombre d’avenues demeurentprometteuses. Tout d’abord, il est prioritaire d’élargir sérieusement la recherche de nouveauxgènes. Ainsi, comme les chercheurs chinois ont obtenu des résultats utiles en exploitant lavariation somaclonale, cette démarche devrait retenir notre attention; il se peut que les doutesentretenus à son égard soient le fruit d’un pessimisme excessif. Par ailleurs, Eudes (1998) autilisé la culture d’anthères en milieu additionné de toxine pour tenter la sélection in vitro delignées de blé résistantes à la fusariose parmi une descendance où il y a ségrégation de cecaractère; cette démarche semblait prometteuse et mériterait sans doute des travaux plus poussés(Eudes, 1998; Collin et al., 2001). Un projet de mise au point de matériel génétique entrepris auQuébec, visant à améliorer la tolérance au BYDV et portant sur une vaste gamme de sourcesexotiques, pourrait également aboutir à la découverte de nouvelles sources de résistance à lafusariose fondée sur des mécanismes différents.

Les mécanismes de résistance hypersensibles qui protègent les plantes contre les rouilles et lemildiou se sont toujours révélés inefficaces contre les Fusarium (Dahleen et al., 2001); on peutnéanmoins espérer des progrès dans cette direction (Langevin et Comeau, 2001). Dahleen et al.ont conclu que la mise au point de blés transgéniques permettrait ce genre de percée; les dérivésexotiques présenteraient aussi des possibilités. Par ailleurs, la recherche de mécanismes derésistance chez le blé panifiable et chez les espèces apparentées est loin d’être terminée, et denombreuses espèces de la tribu des Triticées, comme l’Elymus humidus, l’E. tsukushiensis,l’E. racemifer, le Roegneria kamoji et le R. ciliaris, qui paraissent immuns ou pratiquementimmuns à la maladie, pourraient renfermer des gènes qui permettraient de résoudre en partie leproblème (Lu et al., 2000; Fedak, 2000; Ban, 2000). Quelques espèces du genre Aegilopspourraient également renfermer des gènes utiles. Finalement, il est important de mentionner quecertaines lignées du CIMMYT et quelques-uns des cultivars brésiliens les plus récents méritentd’être étudiés plus à fond, car leurs mécanismes de résistance sont peut-être légèrementdifférents de ceux qui ont déjà été étudiés dans le cadre de programmes canadiens d’amélioration(Comeau et al., 2001). On pourrait aussi obtenir des résultats plus rapides en pyramidant lesgènes qui présentent le plus faible coût physiologique et le plus petit nombre de problèmesconnexes.

Un des points soulevés au dernier Colloque canadien sur la fusariose mérite ici d’être souligné :nos connaissances sur les divers mécanismes de résistance sont encore trop incomplètes. On saitque plusieurs des mécanismes de type I sont de nature morphologique ou anatomique etconstituent la première ligne de défense de la plante. Par ailleurs, les véritables cas de résistancede type I ou de type II comportent peu de réactions de défense physiologiques, mais ils fontappel à de nombreux mécanismes passifs. Les autres types de résistance déjà décrits peuvent êtrefondés, par exemple, sur la dégradation des trichothécènes, sur la stabilité et la perméabilité desmembranes, ou sur une cascade de signaux cellulaires transduits. Ces mécanismes sont peut-êtreimportants sur le terrain, mais l’état actuel des travaux peut avoir incité les chercheurs àregrouper de nombreux mécanismes différents sous le type I ou le type II avant même dedisposer de connaissances suffisantes sur le mode d’action lié à ces mécanismes.

62

Ban (2000) décrit six types différents de résistance et traite des nombreux facteurs pouvant êtreassociés à chacun. Il faudra maintenant avant tout établir lesquels de ces facteurs et mécanismessont le plus compatibles avec les exigences agronomiques. Les mécanismes de type I semblentparticulièrement complexes et diversifiés, et leur étude pourrait ouvrir la voie à des progrèsrapides, une fois que seront surmontées les difficultés techniques liées à la complexité del’évaluation de ce type de résistance (il se peut par exemple qu’un mécanisme de type I procureen fait une résistance à la cécidomyie du blé, lequel insecte est un vecteur de la fusariose; voirMongrain et al., 2000). Une connaissance scientifique approfondie des divers mécanismes derésistance est donc essentielle à une exploration fructueuse de la biodiversité actuelle et auxtravaux visant à pyramider des gènes de résistance associés à des mécanismes différents.

Lorsque la recherche de nouveaux génotypes résistants aura donné des résultats suffisammentprometteurs, l’étape suivante consistera logiquement à mieux comprendre le mode d’action duou des mécanismes de résistance visés. La troisième étape sera l’utilisation de marqueurs pourcaractériser les gènes de résistance à la fusariose ainsi que toute liaison pléiotropique ou autreliaison génétique entre ces gènes et certaines propriétés agronomiques, ce qui devrait aider lessélectionneurs à adopter la meilleure stratégie possible pour leurs travaux à venir.

63

Références Ban, T. 2000. Review - Studies on the genetics of resistance to Fusarium Head Blight caused by

Fusarium graminearum in wheat. Pages 82-93 dans Proc. Int. Symp. Wheat Improvementfor Scab Resistance. Suzhou and Nanjing, China.

Collin, J., Eudes, F., Rioux, S., and Comeau, A. 2001. In vitro selection for Fusarium HeadBlight resistance in wheat. Deuxième Colloque canadien sur la fusariose de l’épi, Ottawa(affiche).

Comeau, A., Humphreys, G., Gilbert, J., Brown, D., Collin, J., Rioux, S., Voldeng, H., Langevin,F., and Fedak, G. 2001. Brazilian wheat as a source of resistance to Fusarium Head Blight.Deuxième Colloque canadien sur la fusariose de l’épi, Ottawa (affiche).

Couture, L. 1982. Réceptivité de cultivars de céréales de printemps à la contamination desgraines sur inflorescence par les Fusarium spp. Can. J. Plant Sci. 62: 29-34.

Dahleen, L.S., Okubara, P.A., and Blechl, A.E. 2001. Transgenic approaches to combatFusarium head blight in wheat and barley. Crop Sci. 41: 628-637.

Eudes, F. 1998. Étude de l’impact des trichothécènes de Fusarium chez le blé, et sélection invitro pour la résistance à la fusariose de l’épi. Thèse de Ph.D., Université Laval. 148 pp.

Fedak, G. 2000. Sources of resistance to Fusarium head blight. Page 4 dans Proc. Int. Symp.Wheat Improvement for Scab Resistance. Suzhou and Nanjing, China.

Langevin, F., and Comeau, A. 2001. Observations on resistance to Fusarium Head Blight ininterspecific wheat lines. Deuxième Colloque canadien sur la fusariose de l’épi, Ottawa(affiche).

Lu, W., Zhou, M., and Zhang, X. 2000. Studies and improvement on wheat breeding for scabresistance using biotechnology. Pages 151-156 dans Proc. Int. Symp. Wheat Improvementfor Scab Resistance. Suzhou and Nanjing, China.

Ma, Z., Steffenson, B.J., Prom, L.K., and Lapitan, N.L.V. 2000. Mapping of quantitative traitloci for fusarium head blight resistance in barley. Phytopathology 90: 1079-1088.

Mongrain, D., Couture, L., and Comeau, A. 2000. Natural occurrence of Fusarium graminearumon adult wheat midge and transmission to wheat spikes. Cereal Res. Comm. 28: 173-180.

Schindler et al., 1974. Trichodermin resistance - mutation affecting eucaryotic ribosomes.Nature 248: 535-536.

Smedegaard-Petersen, V., and Tolstrup, K. 1985. The limiting effect of disease resistance onyield. Ann. Rev. Phytopathol. 23: 475-490.

Tollenaar, M., and Wu, J. 1999. Yield improvement in maize is attributable to greater stresstolerance. Crop Sci. 39: 1597-1604.

Zhu, H., Gilchrist, L., Hayes, P., Kleinhofs, A., Kudrna, D., Liu, Z., Prom, L., Steffenson, B.,Toojinda, T., and Vivar, H. 1999. Does function follow form? Principal QTLs forFusarium head blight (FHB) resistance are coincident with QTLs for inflorescence traitsand plant height in a doubled-haploid population of barley. TAG 99: 1221-1232.

64

Figure 1. Exemple de la complexité des questions reliées à l’amélioration génétique de larésistance à la fusariose de l’épi. Les données proviennent des Essais A3 de blé panifiable duCentre de 2000. Ces essais portaient sur 42 lignées, dont plusieurs avaient été sélectionnées pourleur résistance à la fusariose. Le rendement est donné par l’axe vertical, tandis que la réaction àla fusariose artificiellement inoculée est donnée par l’axe horizontal. Près de la zone cible(rendement bon à élevé et faible indice de fusariose), les lignées à précocité normale tendent àêtre rares.

65

À titre d’exemple précis, la lignée 96F05*C75 (=N93-3026/China Scab#7) donne un bonrendement, mais elle arrive à maturité 5,3 jours après la moyenne des cultivars plus anciensutilisés comme témoins (Katepwa, Roblin et Barrie). Il est donc possible que le rendementamélioré de 96F05*C75 lui soit conféré par une maturation tardive, laquelle peut ne pas convenirà certaines zones de culture.Source : 2000 summary report, western spring wheat breeding programs, pages 28-29.Les données de rendement sont une moyenne des résultats obtenus à Glenlea, Morden, IndianHead et Portage la Prairie.

66

P1-5. Développement des symptômes de fusariose de l’épi chez des génotypes de blé deprintemps après inoculation ponctuelle et inoculation par pulvérisation

J.-F. Desmeules1, T. Paulitz2, S. Rioux3, L. O’Donoughue4 et D. Mather1

1Department of Plant Science, McGill University, Sainte-Anne-de-Bellevue (Québec). 2USDA/ARS, Pullman (Washington).3CÉROM, Sainte-Foy (Québec). 4DNA LandMarks, Saint-Jean-sur-Richelieu (Québec).

On évalue souvent la résistance à la fusasiose de l’épi par inoculation « ponctuelle »(introduction de l’inoculum dans une fleur centrale) ou par inoculation par pulvérisation(pulvérisation de l’inoculum sur l’épi entier), mais peu d’études ont comparé directement lesrésultats obtenus avec ces deux méthodes. Dans le cadre de la présente expérience, un grandnombre de plants de 10 génotypes de blé de printemps (AC Napier, AC Voyageur, Columbus,Frontana, Katepwa, Q.W.1.32, Nyu Bay, Roblin et Sumai 3) ont été cultivés en serre; ils ont étéplantés à des dates plus ou moins espacées pour qu’un nombre suffisant de plants de tous lesgénotypes atteignent l’anthèse simultanément. À l’anthèse, des épis de chaque génotype ont étéinoculés avec une suspension de macroconidies de Fusarium graminearum (Schwabe), parinoculation ponctuelle et par inoculation par pulvérisation.

Le concept de bloc aléatoire a été utilisé, avec trois blocs complets à la fois (comprenant les10 génotypes) suivis d’un bloc incomplet (comprenant 6 des 10 génotypes). Dans chaque bloc,12 épis de chaque génotype ont été inoculés par chaque méthode. Pour chaque épi, on a comptéle nombre total d’épillets et le nombre d’épillets infectés 7, 14 et 21 jours après l’inoculation.Vingt-et-un jours après l’inoculation ponctuelle, la proportion d’épis présentant des symptômesvariait entre 0,44 (Sumai 3) et 0,75 (Katepwa). Les génotypes Sumai 3 et Nyu Bay présentaientle moins d’épillets infectés par épi, alors que les génotypes AC Napier, Q.W.1.32 et Columbusen présentaient le plus. Vingt-et-un jours après l’inoculation par pulvérisation, la proportionmoyenne d’épillets présentant des symptômes n’était que de 0,15 et le nombre moyen d’épilletsinfectés était assez faible pour tous les génotypes. Cette très faible incidence de la maladiepourrait limiter l’utilité de la comparaison des génotypes après l’inoculation par pulvérisationdans cette expérience, mais la comparaison des résultats obtenus par les deux méthodesd’inoculation illustre l’importance de la méthode d’inoculation utilisée. Avec l’inoculationponctuelle, le cultivar Max (normalement considéré comme un cultivar sensible) se classait prèsdu cultivar Sumai 3 (une source de résistance réputée), et ne présentait que peu d’épilletsinfectés par épi. Toutefois, avec l’inoculation par pulvérisation, le cultivar Max présentait laproportion la plus élevée d’épis infectés et un nombre relativement élevé d’épillets infectés, alorsque le cultivar Sumai 3 présentait très peu d’épillets infectés. Le cultivar Max pourrait posséderune certaine résistance de type II (résistance à la propagation de la maladie), mais seraitdépourvu de résistance de type I (résistance à l’infection initiale). Par contre, le cultivar Sumai 3pourrait posséder les deux types de résistance.

67

P1-6. Sélection des gamétophytes à l’égard de la résistance de types III et IV à la fusariosede l’épi chez le blé

F. Eudes, R.J. Graf, R.S. Sadasivaiah et D.A. GaudetCentre de recherches de Lethbridge, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Lethbridge (Alb.)

RésuméLes trichothécènes produites par le Fusarium graminearum sont phytotoxiques et jouent un rôledans la pathogenèse de la fusariose de l’épi chez le blé. Un procédé de criblage gamétophytiqueà l’égard de la résistance de types III et IV a été mis au point en vue d’opérer une sélection àl’égard de génotypes résistant à la fusariose de l’épi. Les résultats préliminaires indiquent quel’utilisation d’un mélange de trichothécènes purifiées comme facteur de sélection s’avèreprometteuse.

Les techniques de sélection par culture de microspores permettent d’exploiter l’abondanteproduction de cellules haploïdes recombinantes au cours de la méiose et de la microsporogenèseet visent des mécanismes spécifiques de résistance au niveau cellulaire. La sélection à l’égard dela résistance de types III et IV comporte deux avantages : 1) aucune inhibition de la synthèse desprotéines de la plante et aucune suppression ou retard de la réponse de défense de la plantecontre l’attaque du champignon; 2) réduction de l’accumulation de mycotoxine dans le grain. Ondiscute des avantages de la sélection gamétophytique in vitro et des améliorations qui peuventêtre apportées au processus. On met l’accent sur les mécanismes intervenant dans la résistance àla fusariose de l’épi et sur l’importance d’un criblage précoce à l’égard de la résistance de typesIII et IV à l’aide de techniques de sélection in vitro. On présente également un nouveau projet derecherche dans lequel les gènes encodant la résistance de types III et IV seront empilés dans cinqclasses de blé à partir de 16 sources de résistance.

68

P1-7. Sélection du blé (Triticum aestivum L.) à l’égard de la résistance à la fusariose de l’épi

D.G. Humphreys, P.D. Brown, S.L. Fox, T.F. Townley-Smith et J. GilbertCentre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Winnipeg(Manitoba)

Récemment, la fusariose de l’épi a pris de l’importance dans le monde, et on a observé desépidémies majeures dans le sud du Manitoba au cours de la plupart des années de la dernièredécennie. Les pertes annuelles encourues par les producteurs de blé du Manitoba ont étéestimées à 50 millions de dollars. La création de variétés résistantes à la fusariose de l’épi est unobjectif de sélection important, car peu de variétés de blés de printemps enregistrées présententun niveau de tolérance appréciable à la maladie et aucune n’est résistante au pathogène. AuCentre de recherches sur les céréales (CRC), une collaboration entre des sélectionneurs de blé etdes pathologistes a mené à la création de matériels génétiques améliorés et de pépinières àfusariose efficaces. Du matériel de sélection de première génération est criblé dans une pépinièreà fusariose spéciale dans laquelle on produit une épidémie artificielle à l’aide d’un inoculum demaïs infecté par le Fusarium et d’une irrigation régulière. Le matériel de sélection de générationsplus avancés est criblé dans des conditions d’inoculation étroitement contrôlées (à l’aide d’unesuspension de spores de conidies), puis l’incidence et la gravité de la maladie sont déterminées21 jours après l’inoculation. Les lignées généalogiques du CRC présentant une résistance accrueà la fusariose de l’épi sont : FHB#21, FHB#37, BW278 et HY644.

69

P1-8. Criblage de matériel génétique et sources de résistance à la fusariose de l’épi repéréesdans la collection de blés de printemps de l’USDA

Y. Jin, X. Zhang et J. RuddPlant Science Department, South Dakota State University, Brookings (Dakota du Sud).

IntroductionLa fusariose de l’épi chez le blé, causée principalement par le Fusarium graminearum, est unemaladie complexe. L’environnement a un effet important sur l’apparition, l’évolution et lerésultat de la maladie. Cette interaction au niveau environnemental et génotypique entre le blé etle pathogène de la fusariose de l’épi peut ralentir les progrès dans la mise au point de cultivarsrésistants. Par conséquent, il est essentiel de disposer d’un système fiable d’évaluation de lafusariose du maïs pour repérer et utiliser la résistance. Depuis 1998, nous évaluonssystématiquement la collection de blés de printemps de l’USDA en vue de caractériser lesvariations de la résistance à la fusariose de l’épi dans cette collection. Entretemps, nous avonstravaillé à la mise au point d’un système d’évaluation du matériel génétique qui nous permettraitde repérer de façon fiable de nouvelles sources de résistance à la fusariose de l’épi chez le blé deprintemps. Le présent rapport décrit les techniques et les plans utilisés dans le cadre de notreprojet de criblage du matériel génétique. On mentionne également le matériel résistant à lafusariose de l’épi décelé grâce à ce système.

Matériel et méthodesLe système de criblage du matériel génétique est constitué de quatre pépinières : une pépinièrede criblage préliminaire (PSN), une pépinière d’évaluation en serre, une pépinière de matérielgénétique élite (EGN)et une pépinière de criblage contre la fusariose (URSN). Un grand nombrede génotypes (environ 1 000 par année) d’origines diverses font l’objet d’une évaluation initialeà la PSN. Les lignées criblées sont plantées dans des parcelles disposées en rangs. L’inoculationest réalisée avec des grains de maïs colonisés par le pathogène de la fusariose de l’épi à desintervalles d’une semaine pendant quatre semaines consécutives commençant avec le début de lamontaison. Les lignées à l’anthèse sont marquées et inoculées avec une suspension de conidies(environ 50 000 à 75 000 conidies/mL), puis soumises à une deuxième inoculation, parpulvérisation, quatre jours plus tard. Les plants sont irrigués par nébulisation. La gravité de lamaladie (% d’épillets infectés) et l’incidence de la maladie (% d’épis infectés) sont enregistrées14 à 20 jours après la première inoculation par pulvérisation, selon les conditions du milieu etl’évolution de la maladie. Les lignées (ou les plants d’une lignée) peu atteints par la maladie(tant du point de vue de l’incidence que de la gravité) sont récoltées et les grains font l’objetd’une évaluation de l’infection. Après une sélection en fonction du rang ou du plant, toute lapépinière PSN est récoltée en vrac et soumise à une sélection massale en fonction du poidsspécifique. L’ensemble est évalué et sélectionné sous une forte présence de la maladie pendantplusieurs cycles (années) avant le choix des lignées individuelles.

Les génotypes (ou les plants/épis à l’intérieur d’un génotype) peu atteints par la maladie ouprésentant une faible infection des grains sont sélectionnés et passent à la deuxième étape (EGN)la saison suivante. Les génotypes provenant de la sélection PSN font l’objet d’une première

70

évaluation par inoculation ponctuelle en serre avant d’être soumis à l’évaluation EGN. Les plantdans la pépinière EGN sont traités de la même façon que dans la pépinière PSN, sauf que lesessais sont répétés et que les lignées sont réparties en blocs en fonction de leur maturité. Onprocède à une évaluation de l’incidence et de la gravité de la maladie. On récolte toutes leslignées, puis ont détermine le degré d’infection des grains (% de grains fusariés), le rendement(poids par rang) et le poids au volume. Les lignées peu ou modérément fusariées font l’objetd’une détermination de la concentration du DON. En général, les lignées sont évaluées dans lapépinière EGN pendant deux années consécutives. Les lignées gravement atteintes par lamaladie, présentant une infection grave des grains et sensibles à l’inoculation ponctuelle sontéliminées au cours de cette procédure d’évaluation répétée. Les cinq lignées les plus résistantesissues de l’évaluation EGN passent à l’évaluation URSN qui porte sur le blé de printemps (envigueur actuellement dans la région du blé de printemps). Ces lignées étaient souventsélectionnées auparavant en fonction de l’origine, de la généalogie et des caractèresagronomiques, ce qui pouvait leur conférer une certaine unicité sur le plan de la résistance.L’évaluation des lignées résistantes portant sur toute une région permet une évaluationrigoureuse du matériel génétique élite grâce aux essais répétés effectués à plusieurs endroits.Cette approche permet également d’utiliser ces sources résistantes dans tous les programmes.

Résultats et discussionLes données de l’évaluation PSN de chaque génotype évalué en ce qui concerne la fusariose del’épi sont stockées dans la base de données GRIN (USDA-ARS, National Genetic ResourcesProgram, Germplasm Resources Information Network, www.ars-grin.gov/cgi-bin/npgs/html/desc.pl?65066). Un descripteur « SCAB » sert à récupérer les donnéesd’évaluation. Les données sur les plants élites sélectionnés au terme de l’épreuve EGN figurentsur le site web de la US Wheat and Barley Scab Initiative (www.scabusa.org). Les semences desmeilleurs plants élites sont distribuées aux programmes de sélection par le système URSN(Uniform Regional Scab Nursery) pour le blé de printemps. Le présent rapport résume lesrésultats de l’évaluation des plants sélectionnés au terme de l’épreuve EGN 2000 et 2001, qui ontété évalués précédemment dans le cadre de l’épreuve PSN 1998 et 1999 (Zhang et al., 2000b).Un total de 1 432 génotypes ont été évalués dans l’épreuve PSN au cours des saisons 1998 et1999, et 215 génotypes ont été sélectionnés pour une évaluation plus poussée. Parmi ces derniersgénotypes, 147 ont été éliminés dans les évaluations subséquentes en serre ainsi qu’au terme del’épreuve EGN.

Le tableau 1 présente les génotypes qui étaient peu fusariés (#40 %) ou dont les grains étaientpeu infectés (#40 %) (moyennes de l’épreuve EGN au cours des saisons 2000 et 2001). Lesconcentrations de DON au cours de la saison 2000 ont été mesurées après mise en commun desgrains obtenus dans le cadre des essais répétés, et un certain nombre de génotypes n’ont pas étéanalysés. Les concentrations de DON ne sont pas terminées pour l’épreuve EGN de 2001. Lesgénotypes sélectionnés ont été regroupés en trois catégories : 1) génotypes peu fusariés (#40 %)ET dont les grains sont peu infectés (#40 %); 2) génotypes dont les grains sont peu infectés(#40 %) mais qui sont gravement fusariés (>40 %); et 3) génotypes peu fasariés (#40 %), maisdont les grains sont gravement infectés (>40 %). Nous avons observé que la plupart des lignéesdu groupe 1 présentaient une réaction stable à la fusariose au cours des années, alors que celles

71

du groupe 2 présentaient une réaction variable. Les lignées appartenant au groupe 3, notammentSin Chunaga, Norin 61 et plusieurs autres lignées du Japon, étaient régulièrement moins atteintespar la maladie, mais leurs grains étaient gravement infectés (sous la forme de grains décolorés,mais non fusariés). Le degré de diversité géographique était étonnamment élevé. L’originediverse des génotypes sélectionnés peut signifier l’existence d’une diversité génétique de larésistance à la fusariose de l’épi dans le bagage génétique du blé de printemps (Zhang et al.,2000c). Un certain nombre de génotypes sélectionnés appartenaient à des races locales etpossèdent probablement des gènes de résistance différents. Des études sont en cours pourélucider les propriétés génétiques de la résistance et les relations alléliques entre ces nouvelleslignées résistantes (Zhang et al., 2000a).

Bien que l’inoculation intense et la nébulisation nous permettent d’obtenir un taux de maladierelativement constant au cours de la période d’évaluation au champ, la maturité très variable dumatériel génétique continue de présenter des problèmes dans les opérations de criblage auchamp. Notre protocole de criblage exige plusieurs évaluations d’une lignée sélectionnée etcontre plusieurs critères de sélection. Cette approche est laborieuse, mais elle est toujoursnécessaire pour sélectionner des sources fiables de résistance.

RéférencesZhang, X., Y. Jin, and J. Rudd. 2000a. Resistance in Sapporo Haru Komugi Jugo. Pages 98-99 in

Proc. Int. Symp. Wheat Improv. Scab Resistance. May 5-11, 2000. Suzhou, China.Zhang, X., Y. Jin, R. Rudd, T. Hall, J. Rudd, and H. Bockelman. 2000b. Fusarium head blight

resistant sources of spring wheat identified from the USDA collection. Pages 228-233 in2000 National Fusarium Head Blight Forum, The U.S. Wheat and Barley Scab Initiative.Dec. 10-12, 2000. Erlanger, KY.

Zhang, X., Y. Jin, R. Rudd, J. Rudd, and H. Bockelman. 2000c. Geographical distribution andpedigree analysis of Fusarium head blight resistant selections from the USDA springwheat germplasm collection. Pages 234-238 in 2000 National Fusarium Head BlightForum. The U.S. Wheat and Barley Scab Initiative. Dec. 10-12, 2000, Erlanger, KY.

Tableau 1. Génotypes de blé de printemps résistant à la fusariose de l’épi dans le collectionde matériel génétique de l’USDA

Génotype Groupe Paysd’origine

Indice defusariosec

%

Infectiondes grainsd

%

DONe Maturitéf

PI 478282 Sonalika --CK Inde 85,7 79,9 37 Précoce

PI 469271 Wheaton--CK Montana 87,7 95,7 24,3 Précoce

ND 2710--CK Dakota du N, 11,5 19,4 5,4 Précoce

PI 596533 Bacup--CK Montana 21 30,4 7,7 Précoce

PI 382161a Tokai 66 Brésil 8,5 14 1,9 Interm,


Indice defusariosec

%


%

DONe Maturitéf

72

PI 349478b 193C Suisse 8,9 14 4,4 Précoce

PI 382154 Nyu Bai Japon 10,6 15 1,5 Interm,

PI 350768b 69Z108,42 Autriche 12,8 19,8 6,1 Précoce

PI 382153 Nobeoka Bozu Japon 14 14,9 4,8 Interm,

PI 382140b Abura Brésil 16,4 35,7 3,3 Précoce

PI 182568 Norin 34 Japon 18,7 38,3 7,8 Interm,

PI 382167a 16-52-9 Brésil 19,7 20,7 5,5 Tardif

CItr 5103 274 Argentine 20,1 21,2 16,5 Tardif

PI 434987 Estanzuela Young Uruguay 21,5 42 9,4 Précoce

CItr 12002 Renacimiento Uruguay 23 39,2 -- Interm,

PI 519790 274-1-118 Uruguay 24,1 36,7 -- Précoce

PI 345731 Tezanos Pintos Precoz Argentine 24,9 20 12 Précoce

PI 462151 Shu Chou Wheat No, 3 Chine 24,9 19,4 4,2 Interm,

PI 192660 Prodigio Italiano Italie 27,3 20,8 16,4 Tardif

PI 163429 Argentine 28,4 27,5 12 Précoce

PI 185380b Prodigio Italiano Italie 28,6 21,8 11,2 Tardif

PI 351256 Japon 2 Japon 28,7 34,2 7,6 Précoce

PI 81791a Sapporo Haru KomugiJugo Japon

30,2 19,8 18 Tardif

CItr 12021 Centenario Uruguay 32 35,8 -- Précoce

PI 285933 Chudoskaja Pologne 32,6 24,2 21,8 Interm,

PI 382144 Encruzilhada Brésil 33,5 39,2 -- Tardif

PI 351221 Newthatch Selection Suisse 34,6 20 -- Tardif

PI 104131b Excelsior Argentine 37,4 17,8 7,6 Interm,

PI 168727 Bahiense Argentine 37,8 22,5 20 Précoce

PI 192634 Trintecinco Brésil 38,4 34,2 11,4 Précoce

CItr 13136 Rio Negro Brésil 39 36 18,4 Précoce

CItr 2492 Manchurian Chine 40 22,5 -- Précoce


Indice defusariosec

%


%

DONe Maturitéf

73

PI 264927 220 Grèce 40 18,3 5,6 Interm,

CItr 17427 16-52-2 Brésil 41,6 30 19,4 Précoce

PI 362437 III/14-B Yougoslavie 43,9 27,9 8,9 Tardif

PI 83729 Magyarovar 81 Hongrie 44,1 34,5 10,5 Tardif

PI 185843 Surpresa Brésil 44,4 33,3 13,9 Interm,

PI 264998 628 Grèce 45,8 28,3 -- Interm,

PI 294975 Artemowska Bulgarie 45,8 20 11,4 Tardif

PI 163428 Argentine 47,3 37,3 -- Tardif

PI 344467 Oncativo Inta Argentine 49,2 31,9 -- Précoce

PI 256958 Academia 48 Roumanie 50,7 23,3 11,7 Interm,

PI 264940 111a Grèce 51,5 33,8 -- Précoce

PI 351743 CLUJ 49-926 Roumanie 52 28 9,1 Tardif

PI 519798 PF 79782 Brésil 53,8 25,8 14,6 Interm,

PI 351748 JASI 10T Roumanie 56,3 36,7 -- Tardif

PI 184512 H 51 Argentine 57,2 26,2 18,5 Précoce

PI 351993 Z,88,54 Suisse 57,8 27,5 -- Interm,

PI 344465 Laureano Alvarez Laah Argentine 59,3 33,3 -- Interm,

PI 362043 Arnaut De Toamina Roumanie 60,5 28,3 -- Tardif

PI 349534 533B Suisse 60,8 23,3 11,6 Interm,

PI 168716 Klein Condor Argentine 61,8 33 13 Interm,

CItr 11215 Belgrade 4 Yougoslavie 61,9 32 9,2 Tardif

PI 584934 Whestphalen Brésil 63,5 37,1 -- Interm,

PI 192219 Hatvani Hongrie 64 30,8 -- Tardif

PI 351187 Taillens Velu Selection Suisse 64,5 30,3 -- Tardif

PI 351476 Vaulion Suisse 65,6 32,5 13,4 Tardif

PI 113949 Stepnjachka Ukraine 66,9 31,2 -- Tardif

PI 352000 Z,89,37 Suisse 67,2 35 8,1 Interm,


Indice defusariosec

%


%

DONe Maturitéf

74

PI 192229 Gran CommuneUngerese

Roumanie 67,8 35,8 22,7 Tardif

PI 349447 1882A Suisse 69,1 33,3 17,5 Tardif

PI 344454 Buck Austral Argentine 70,8 29,4 13,1 Tardif

PI 113948 Kooperatorka Ukraine 76,3 34,8 7,1 Tardif

PI 182561 Sin Chunaga Japon 21,4 81,7 15,5 Interm,

PI 360869 Fujimi Komugi Japon 22,2 51,7 -- Tardif

PI 182586 Norin 43 Japon 25,3 53 14,9 Précoce

PI 411132 Gogatsu-Komugi Japon 25,9 72,1 9,4 Précoce

PI 197128 Shinchunaga Japon 26,6 78,3 -- Interm,

PI 182583 Chuko Japon 29,9 76,9 7,1 Interm,

PI 351816 Froment du Japon Japon 31,1 58,5 9 Précoce

PI 182591 Norin 61 Japon 34,6 53,8 8,2 Interm,

aetb Ces lignées ont été incorporée à la base de données Uniform Regional Scab Nursery for Spring Wheat en 2000 et2000, respectivement.cetd L’indice de fusariose et les donnés sur l’infection des grains constituent des moyennes entre 2000 et 20001.e Les concentrations de DON au cours de la saison 2000 ont été mesurées après mise en commun des grains obtenusdans le cadre des essais répétés. Celles pour les essais de 2001 n’ont pas encore été mesurées.fLes groupes de maturité sont basés sur les jours écoulés entre le moment du semis et la floraison : #60 (précoce),$64 (tardif) et 61-63 (intermédiaire).

75

P1-9. Observations sur la résistance à la fusariose de l’épi chez des lignées de blé issues decroisements interspécifiques

F. Langevin et A. ComeauCentre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, Agriculture etAgroalimentaire Canada, Sainte-Foy (Québec).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

RésuméDes essais antérieurs sur la résistance à la fusariose de l’épi effectués sur des produits decroisements interspécifiques (par St-Pierre, Collin, Comeau, Fedak, Ahmad et Arsmtrong) ontpermis de trouver deux groupes de lignées résistantes dont la résistance est apparemment plusélevée ou égale à celle des meilleures lignées résistantes témoins. Les mécanismes de larésistance pourraient également être différents. Des expériences de rétrocroisement sont encours, et il est facile de trouver des produits de rétrocroisement qui manifestent une résistance àla fusariose de l’épi. Toutefois, l’étude génétique reste à faire, et l’hérédité ne sera pasmendélienne dans les premiers stades du rétrocroisement. Nous tenterons de transférer les gènesde l’espèce parentale vivace d’Agropyron dans le génome du blé par des rétrocroisements enprésence d’une pression sélective importante. On pourrait également tenter de modifierl’appariement des homologues dans ce but.

IntroductionLa découverte d’une résistance à la suite d’un essai préliminaire sur des produits de projets decroisements interspécifiques antérieurs a été inopinée. Ce matériel génétique n’avait été étudiéauparavant que dans le cadre de la recherche d’une tolérance et d’une résistance au BYDV.Jusqu’à maintenant, quelques lignées étudiées dans le cadre de ce projet ont manifesté unecertaine résistance à la fusariose de l’épi au champ, mais aucune n’égale la résistance des lignéesrésistantes témoins (Frontana, Nyu Bay, Sumai 3). C’est pourquoi la recherche d’une résistance àla fusariose de l’épi dans ce matériel génétique n’a pas été considéré alors comme une priorité.Après une vérification expérimentale plus poussée, il nous est apparu que ce matériel génétiqueméritait une plus grande attention que celle prévue au départ.

MéthodesDes plants de lignées issues de croisements interspécifiques est des cultivars témoins ont étécultivés en serre au cours du printemps de 2001 et dans des chambres de culture d’un typenouveau par la suite. Certaines de ces lignées ont également fait l’objet d’un essai au champ. Aumoment de la floraison, des épis ont été inoculés avec l’agent de la fusariose de l’épi à raison de75 spores/épillet et de 2 épillets/épi. Pour obtenir l’essai de résistance le plus rigoureux possiblefaisant intervenir des mécanismes autre que le type I, les épis ont été ensachés pendant plus de18 jours, de façon à maintenir un microclimat chaud et humide idéal pour le champignon. Lessymptômes ont été évalués après 20 à 22 jours. Dans le dernier essai, une panne du système declimatisation des chambres de culture a entraîné des températures de 26 à 36 °C sous unehumidité relative de 95 % pendant 4 à 5 jours dans les 4 à 10 jours après l’inoculation.

76

RésultatsDans des conditions contrôlées, les épis ensachés de la plupart des cultivars se sont décolorésrapidement par suite de la maladie; même les lignées considérées comme moyennementrésistantes au champ, comme Frontana et AC Pollet, étaient totalement décolorées par la maladieau bout de 20 jours. Cependant, chez quelques lignées présentant de petites taches brunes etnoires près du point d’inoculation après 6 jours, la maladie s’est arrêtée et n’a pas évolué(tableau 1). Ces lignées résultaient d’un croisement interspécifique provenant de l’Agropyronrepens (Fedak et Comeau, 1986) ou de l’Agropyron fragile (Ahmad et al.,1991). Aucune deslignées n’était très proche du blé en terme d’apparence générale et de cytogénétique. Toutefois,les meilleures lignées pourraient posséder des mécanismes liés à une forme de résistance induite(accumulation de composés phénoliques, comme dans le cas d’une réaction d’hypersensibilité).Selon certains auteurs, le blé ne manifesterait aucune réaction d’hypersensibilité (Dahleen et al.,2000). Chez les lignées rétrocroisées avec le blé, évaluées dans la chambre de culture dont latempérature a accidentellement atteint 26 à 36 °C, la résistance semblait partiellement dominanteet était distribuée selon un mode non mendélien, un phénomène prévu pour de tels hybrides. Ilétait évident que le mécanisme de résistance ne tue pas le champignon déposé au pointd’inoculation. Même sans ensachement, le champignon poussait très rapidement et produisait unmycélium aérien dans de telles conditions de chaleur, un milieu idéal pour lui. Étant donné quela panne de l’appareil de climatisation s’est traduite par des conditions très chaudes et humides,aucun matériel génétique n’a été conservé chez la catégorie des lignées très résistantes, saufpeut-être la lignée 91 RER 16.1. Toutefois, de nombreuses lignées issues du rétrocroisement sesont révélées égales ou supérieures à tous les témoins.

DiscussionIl pourrait ne pas être justifié de restreindre au genre Aegilops les activités d’introgression avecdu matériel exotique, puisque certains parents plus éloignés du blé, par exemple l’Agropyronfragile, possèdent des mécanismes qui augmentent le taux d’appariement (Ahmad et Comeau,1991). Le groupe Aegilops est également un groupe qui renferme moins de gènes de résistance àla fusariose de l’épi. On devrait mettre à profit les observations ayant trait à un mécanismeéventuellement utile de résistance hypersensible à la fusariose de l’épi chez certains croisementsentre le blé et l’Agropyron en utilisant un système de sélection divergente comme celui utiliséavec un certain succès pour transférer la résistance au BYDV à des lignées apparentées au blé(Comeau et al., 1994). Un tel système fait alterner une sélection sévère à l’égard de la résistanceau stress avec la sélection à l’égard de caractères agronomiques; on peu ainsi maximiser larécupération de translocations utiles. Dans l’étude de la descendance, il faut se rappeler quel’expression génique subit des changements majeurs après une hybridation interspécifique.Certains changements sont rapides, mais d’autres peuvent être plus lents et certains peuvent serévéler réversibles (Ozkan et al.,2001; Shaked et al.,2001; Eckardt, 2001). Les chambres deculture dans lesquelles on peut pénétrer qui ont été utilisées au cours du dernier essai ont étéjugées très efficaces. L’environnement qu’elles offrent est probablement idéal pour l’évaluationde la résistance; en effet, les conditions d’« éclairage à haute intensité » qui règnent dans leschambres de culture d’AAC, à Sainte-Foy, maintiennent les épis dans un microclimat chaud ethumide qui pourrait peut-être rendre l’ensachage inutile.

77

ConclusionL’introgression de gènes de sources exotiques est un projet ambitieux, mais nos travaux actuelssur le BYDV indiquent que l’opération est faisable. Les lignées avancées disponiblesactuellement qui sont issues de rétrocroisement avec ces espèces exotiques ont été sélectionnéesuniquement à l’égarde de la tolérance au BYDV et ne manifestent pas la résistance extrême à lafusariose de l’épi observée chez les lignées 91 RER 16.1, 91 RER 5.3 ou 89 TAF-6HD1. Il estdonc nécessaire de retourner à nos anciens lots de semences d’hybrides de l’A. repens et de l’A.fragile pour trouver des niveaux élevés de résistance à la fusariose de l’épi. Il est égalementnécessaire d’amorcer un nouveau projet de rétrocroisement sous une pression sélective différente(fusariose de l’épi). On pense que la sélection sur 3 ou 4 générations à l’égard de la fusariose del’épi associée à une stratégie adéquate de rétrocroisement pourrait faciliter l’introgression denouveaux mécanismes de résistance dans le génome du blé. C’est là l’hypothèse que nous avonsl’intention de vérifier au cours des deux prochaines années.

RéférencesAhmad F., Comeau A. 1991. A new intergeneric hybrid between Triticum aestivum L. and

Agropyron fragile (Roth) Candargy: variation in A. fragile for suppression of the wheatPh-locus activity. Plant Breed. 106:275-283.

Comeau A., Makkouk KM., Ahmad F., St-Pierre CA. 1994. Bread wheat x Agrotricum crossesas a source of immunity and resistance to the PAV strain of barley yellow dwarfluteovirus. Agronomie 2:153-160

Dahleen LS., Okubara PA., Blechl AE. 2001. Transgenic approaches to combat Fusarium headblight in wheat and barley. Crop Sci. 41:628-637.

Eckardt N. 2001. A sense of self: the role of DNA sequence elimination in allopolyploidization.Plant Cell 13:1699-1703.

Fedak G., Comeau A., St-Pierre CA. 1986. Meiosis in Triticum aestivum and Elytrigia repens.Can. J. Genet. Cytol. 28:430-432.

Ozkan H., Levy AA., Feldman M. 2001. Allopolyploidy-indiced rapid genome evolution in thewheat (Aegilops-Triticum) group. Plant Cell 13:1753-1747.

Shaked H., Kashkush K., Ozkan H., Feldman M., Levy AA. 2001. Sequence elimination andcytosine methylation are rapid and reproducible responses of the genome to widehybridization and allopolyploidy in wheat. Plant Cell 13:1749-1759.

78

Tableau 1. Observation des symptômes chez diverses lignées issues de croisementsinterspécifiques et des cultivars témoins inoculés artificiellement avec le Fusariumgraminearum 21 jours après une inoculation ponctuelle.

Lignée 1Épilletsinfectés

Longueur du rachisavec symptômes

Pourcentage d’épispleinement décolorés

89 TAF 6-HD1/QW500.35 F2 0,50 ab 2 0,00 a 0,00 a91 RER 5.3 F2 0,75 abc 0,00 a 0,00 a91 RER 16.1 F2 0,44 a 0,38 ab 0,00 aNyu Bay (R) 1,45 abcde 0,78 abc 0,00 a89 TAF 6-HD1 1,23 abcd 1,12 abc 0,00 aBRS 179 (R) 2,13 bcdef 1,65 abcd 15,00 abcdeJUNCEA2 RC2-5 F2 2,42 defg 2,47 bcde 19,92 abcdefJUNCEA2 RC2-6 F2 2,73 defgh 2,49 bcde 8,10 abcMU2-BC3-61 2,33 cdefg 2,50 bcde 5,56 abINN 5 RC2 3,00 efghi 2,95 cdef 2,38 abLaval-19 (MS) 3,36 fghij 3,00 cdef 46,25 fghijklCEP 24 (MR) 3,27 fghij 3,05 cdef 24,58 abcdefgFrontana (MR) 3,63 fghij 3,13 cdef 41,67 efghijk90 AN 9 3,51 fghij 3,14 cdef 30,00 bcdefghMU2-BC2F2-3 3,19 fghij 3,59 defg 22,54 abcdefgBR-32 (MR) 4,07 hijkl 3,72 defgh 22,62 abcdefg2000 Key 191 4,44 ijklmn 3,91 defghi 37,38 defghiBR-38 5,65 lmnop 4,01 defghi 35,42 cdefghi90 IN 20 3,82 ghijk 4,19 efghi 11,33 abcd97 ARR-7214 F4 6,08 op 4,26 efghi 69,44 klmAC Pollet (MR-MS) 5,40 klmnop 4,64 efghi 79,17 mnConsens (S) 5,83 mnop 5,03 fghi 60,83 ijklm89 FRE 1.1.12 F2 5,65 lmnop 5,28 fghij 58,33 hijklmQG 22,24 6,67 p 5,65 ghijk 56,67 hijklm91 RER 7.2 F2 4,81 jklmno 5,94 ghijk 38,06 defghij90 MULTI-4.4 4,37 hijklm 6,00 hijk 15,11 abcde3,10,2,3 HD 6,48 p 6,13 ijk 100,00 n90 AN 20 5,35 klmnop 6,28 ijk 49,60 ghijkl91 RER 3.2 F2 6,79 p 7,63 jk 66,67 jklmAC Pollet/89 TAF 6-2 6,04 nop 7,69 k 72,22 klmTAR 1,1/QW 500.35 6,82 p 10,09 l 79,17 mn

1 Les noms de lignées en italique désignent du matériel génétique issu de croisementsinterspécifiques.2 Les moyennes suivies de la même lettre ne sont pas significativement différentes d’après le testde Waller-Duncan (p # 0,05).

79

P1-10. La résistance des maïs d’Argentine à la fusariose de l’épi

D.A. Presello1,2,3, L.M. Reid3 et D.E. Mather1

1Department of Plant Science, McGill University, Sainte-Anne-de-Bellevue (Québec).2Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, CC 31, 2700 Pergamino (Argentine).3Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario). Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

La découverte de sources de résistance aux maladies constitue un objectif important desprogrammes d’amélioration du maïs. Le maïs d’Argentine est une source potentielle derésistance à la fusariose de l’épi causée par le Fusarium graminearum et par leFusarium verticillioides parce que ces deux pathogènes sont présents dans les régions de ce paysoù l’on cultive le maïs, et parce qu’ils y causent souvent des épidémies (Saubois et al., 1996).

Nous avons évalué un vaste échantillon de maïs d’Argentine, comprenant d’anciennes raceslocales et des génotypes améliorés, en fonction de leur résistance au Fusariumgraminearum (Schwabe) et au F. verticillioides [(Saccardo) Nirenberg], deux agents de lafusariose de l’épi. La résistance à la maladie a été estimée après inoculation de suspensions demacroconidies dans le canal des soies ou dans les grains en développement. Les races localesévaluées dans notre étude comprenaient 41 génotypes provenant de 12 races différentes. Quantau groupe de génotypes améliorés, il contenait six populations et six hybrides commerciaux.

Deux hybrides commerciaux, quatre populations améliorées et huit races locales ont manifestéune résistance relativement élevée au F. graminearum et/ou au F. verticillioidescomparativement aux hybrides locaux témoins et se sont avérés relativement hâtifs pour lesconditions locales. La fréquence plus élevée de génotypes manifestant une résistance auF. verticillioides plutôt qu’au F. graminearum concordait bien avec la plus grande prévalence duF. verticillioides comme contaminant du maïs en Argentine, et elle permet de supposer qu’unesélection naturelle ou artificielle a peut-être joué un rôle dans cette résistance accrue à lamaladie.

Nous avons observé une association entre les cotes de gravité des symptômes obtenus aprèsinoculation dans le canal des soies et celles obtenues après inoculation dans les grains endéveloppement : r = 0,65** en 1999 et 0,66** en 2000, pour le F. graminearum; r = 0,72** et0,69** en 1999 et 2000, pour le F. verticillioides. Ces résultats donnent à penser qu’il existe desmécanismes communs assurant la résistance des soies et celle des grains. L’inoculation dans lesgrains, qui exige que l’on blesse les grains en développement, permet surtout de détecter larésistance à la colonisation par le champignon. L’inoculation par le canal des soies, qui ne blessepas les grains, permet surtout de détecter la résistance à la pénétration initiale du champignon.Cependant, pour atteindre les grains, le champignon doit d’abord coloniser les soies; il est doncvraisemblable que les mécanismes de résistance exprimés dans les grains puissent aussis’exprimer dans les soies. Des composés phénoliques qui pourraient empêcher la colonisation

80

des tissus ont été retrouvés dans les soies (Reid et al., 1992) et dans les grains (Assabgui et al.,1993) de génotypes de maïs résistants à la fusariose de l’épi causée par le F. graminearum.

Dans la présente étude, l’association significative que l’on constate entre la résistance auF. graminearum et la résistance au F. verticillioides (r = 0,74** en 1999 et 0,77** en 2000, pourl’inoculation dans le canal des soies, et r = 0,64** et 0.68** en 1999 et 2000, pour l’inoculationdans les grains) rejoint l’hypothèse de Mesterházy (1989) selon laquelle, à l’instar du blé, le maïsserait doté d’une résistance complexe à différentes espèces de Fusarium. Cette observation estd’ailleurs conforme à celles rapportées par Al-Heeti (1978) dans des cas de fusariose de l’épicausée par le F. graminearum, le F. sporotrichioides Sherb. et le F. poae (Peck) Wollenw., maisdifférente des résultats obtenus par Rheeder et al. (1990) selon lesquels la résistance auF. graminearum serait généralement indépendante de la résistance au F. verticillioides chez unesérie de maïs hybrides commerciaux.

Une analyse typologique a été effectuée avec les cotes de gravité de la maladie comme variables.Cette analyse a permis de répartir les 53 génotypes exotiques et les deux témoins locaux en deuxgrands groupes : le groupe R, composé des génotypes les plus résistants, comprenant31 génotypes exotiques et le témoin résistant, et le groupe S, comprenant 22 génotypes exotiqueset le témoin sensible. Les deux races locales de maïs sucré ont été classées dans le groupe S. Cesrésultats concordent avec ceux de rapports précédents montrant que le maïs sucré estrelativement sensible à la fusariose de l’épi (Al-Heeti, 1987; Headrick et al., 1990). Toutes lesraces locales avec un albumen corné blanc ou jaune (Cristalino Blanco, Cristalino Amarillo,Blanco Ocho Hileras, Amarillo Ocho Hileras et Morochito) ont aussi été classées dans legroupe S. Par contre, tous les génotypes de Cristalino Colorado, dont l’albumen est corné etorangé, ont été classés dans le groupe R. Les génotypes des races Dentado Amarillo, AvatíMorotí, Amargo et Pericarpio Rojo ont aussi été classés dans le groupe R. Les génotypesappartenant aux races Socorro et Pisingallo ont été répartis entre les deux groupes.

La race Cristalino Colorado et les autres races locales à albumen corné orangé ont manifesté plusde résistance que les races locales à albumen corné blanc ou jaune, même dans les cas où lesgénotypes provenaient des mêmes régions. Jusqu’à présent, les études des effets de la couleur del’albumen sur la résistance à la maladie ne se sont pas avérées concluantes (Melchers, 1956;Rheeder et al., 1990; Krsikapa, 1997) et tendent à indiquer que la résistance à la maladie seraitessentiellement indépendante de la couleur de l’albumen. Ainsi, il semblerait que les raceslocales à albumen jaune ou blanc qui ont été évaluées dans notre étude constituent un groupe degénotypes qui ont acquis des niveaux de résistance à la maladie relativement faibles. On neconnaît pas la raison de cette faible résistance; il pourrait s’agir d’un ancêtre commun sensibleou encore du fait de n’avoir eu qu’une période relativement courte de coévolution avec lesorganismes pathogènes.

La race Cristalino Colorado est la plus courante des races de maïs anciennes en Argentine, et ilsemble s’agir d’une bonne source de résistance à la fusariose de l’épi quelle que soit la régiond’où proviennent les spécimens. Les génotypes de Cristalino Colorado ont en outre manifesté

81

une variabilité de la précocité à l’intérieur de la population : la plupart des génotypes étaientrelativement bien adaptés aux conditions canadiennes dans lesquelles ils ont été évalués. Toutesles lignées généalogiques et les variétés à pollinisation libre se sont avérées relativement hâtivesau cours des deux années de l’étude et elles ont été classées dans le groupe R. Étant donné que,dans les conditions naturelles d’infection, la résistance à la fusariose de l’épi est considéréecomme un des caractères de sélection les plus importants, il est fort probable que la sélectionartificielle a augmenté la fréquence des gènes conférant une telle résistance chez les maïs mis aupoint dans cette région.

RemerciementsNous tenons à remercier l’Association des producteurs de maïs de l’Ontario et le Programme departage des frais pour l’investissement d’Agriculture et Agroalimentaire Canada pour leur aidefinancière.

RéférencesAl-Heeti, A.A. 1987. Pathological, toxicological and biological evaluations of Fusarium species

associated with ear rot of maize. Ph.D. thesis, University of Wisconsin-Madison. Univ.Microfilms Int. Diss. Inf. Serv. 8727220.

Assabgui, R.A., Reid, L.M., Hamilton, R.I., and Arnason, J.T. 1993. Correlation of kernel (E)-ferulic acid content of maize with resistance to Fusarium graminearum. Phytopathology83:949-953.

Headrick, J.K, Pataki, J.R., and Juvic, J.A. 1990. Relationship among carbohydrate content inkernels, condition of silk after pollination and the response to sweet corn inbreds toinfection of kernels with Fusarium moniliforme. Phytopathology 80:487-494.

Krsikapa, N. 1997. Variation for resistance to Fusarium graminearum ear rot in selfed familiesfrom the corn population Zapalote Chico. M.Sc. thesis, Department of Plant Science,McGill University, Montréal.

Melchers, L.E. 1956. Fungi associated with Kansas hybrid seed corn. Plant Dis. Rep. 40:500-506.

Mesterházy, A. 1989. Progress in breeding of wheat and corn genotypes not susceptible toinfection by Fusaria. Pages 357-386 dans Chelkovsky, J., Fusarium Mycotoxins,Taxonomy and Pathogenicity. Elsevier, Amsterdam.

Reid, L.M., Mather, D.E., Arnason, J.T., Hamilton, R.I., and Bolton, A.T. 1992. Changes inphenolic constituents of maize silks infected with Fusarium graminearum. Can. J. Bot.70:1697-1702.

Rheeder, J.P., Marasas, W.F.O., Van Wyk, P.S., and Van Schalkwyk, D.J. 1990. Reaction ofSouth African maize cultivars to ear inoculation with Fusarium moniliforme,F. graminearum and Diplodia maydis. Phytophylactica 22:213-218.

Saubois, A., Nepote, M.C., and Piontelli, E. 1996. Regional distribution of Fusarium strains incorn from the Province of Santa Fe, Argentina. Boletín Micológico 11(1-2):75-80.

82

P1-11. Sélection généalogique à l’égard de la résistance à la fusariose de l’épi chez quatrepopulations de maïs

D.A. Presello2, L.M. Reid3 et D.E. Mather1

1Department of Plant Science, McGill University, Sainte-Anne-de-Bellevue (Québec). 2Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, CC 31, 2700 Pergamino (Argentine). 3Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

L’augmentation de la résistance à la fusariose de l’épi est un objectif important de l’améliorationdu maïs, notamment dans les régions où les conditions environnementales favorisent l’apparitiond’épidémies. La présente étude a été effectuée dans le but d’évaluer l’efficacité de la sélectiongénéalogique pour améliorer la résistance à la fusariose de l’épi chez quatre populations de maïset pour évaluer des solutions qui pourraient améliorer la réponse à la sélection.

Quatre populations de maïs ont fait l’objet d’une sélection généalogique à l’égard de larésistance à la fusariose de l’épi après inoculation de suspensions de macroconidies du Fusariumgraminearum (Schwab.). Deux des populations ont fait l’objet d’une sélection à l’égard de larésistance à l’infection par le canal des soies et les deux autres à l’égard de la résistance àl’infection par le grain en développement. La sélection s’est poursuivie jusqu’à la génération S4ou S5. Les protocoles d’inoculation et de sélection ont été décrits par Reid et al.(1996). On avérifié la résistance à la maladie chez des échantillons des populations S0 et des familles issuesde l’autofécondation provenant de semences restantes des programmes de sélection généalogiqueà l’aide de techniques d’inoculation et d’évaluation semblables à celles utilisées durant lasélection. Le gain génétique a été séparé en deux : celui dû à la sélection entre famillesdifférentes et celui dû à la sélection à l’intérieur d’une même famille, les familles étant lesensembles de plants provenant d’un même plant de la génération précédente. Le gain génétiqueentre familles était égal à la différence entre la moyenne des familles sélectionnées et la moyennede toutes les familles d’une génération. Le gain génétique à l’intérieur d’une famille était égal àla moyenne des différences entre la gravité des symptômes des familles d’une génération et lagravité des symptômes de la famille correspondante dans la génération précédente.

La réponse à la sélection a été significative chez les deux populations sélectionnées à l’égard dela résistance des soies et chez l’une des populations sélectionnées à l’égard de la résistance desgrains. Cette conclusion est similaire à celle à laquelle sont parvenus De León et Pandey (1989),dans le cas d’une sélection épi-à-la-ligne modifiée à l’égard de la résistance à la fusariose del’épi. Tous les progrès génétiques réalisés dans le cadre des programmes évalués au cours de laprésente étude peuvent être attribués à des gains génétiques entre familles différentes. L’absencede réponse à la sélection à l’intérieur d’une même famille et la faible héritabilité génotypique ausens large observée dans certains environnements pour les populations S0 indiquent que lasélection des plants pourrait ne pas être une méthode efficace pour augmenter la résistance à lafusariose de l’épi chez le maïs. Les gains génétiques en ce qui concerne la résistance des soies et

83

des grains entre familles différentes étaient plus élevés chez les générations plus avancées. Laréponse à la sélection coïncidait avec l’évolution des variances génotypiques entre famillesdifférentes, qui augmentaient chez les premières générations et diminuaient chez les générationsplus avancées. Les effets dus à l’interaction entre le génotype et l’année étaient significatifs etinfluençaient l’estimation des gains génétiques. Dans les conditions environnementales de cesexpériences, la résistance des grains était stable chez toutes les familles des générationsavancées, et la résistance des soies était stable chez la plupart des familles des générationsavancées.

Compte tenu des résultats obtenus dans le cadre de la présente étude, la réponse à la sélection àl’égard de la résistance à la fusariose de l’épi pourrait être plus efficace si l’on augmentaitl’intensité de la sélection entre familles différentes, notamment chez les générations plusavancées pour lesquelles la variabilité entre familles serait assez élevée pour permettre uneréponse significative. Un nouveau programme de sélection à l’égard de la résistance à lafusariose de l’épi chez le maïs pourrait faire appel à une sélection douce au cours des premièresgénérations (S0 et S1), de façon à éliminer seulement les individus les plus sensibles. Un grandnombre de familles serait alors disponible dans les générations plus avancées (S2 à S5), ce quifaciliterait une sélection plus intense chez ces générations pour lesquelles la variancephénotypique devrait être élevée. En gardant la plupart des individus des premières générations,le nombre total de familles à manipuler serait plus élevé que dans le cadre des programmesévaluées au cours de la présente étude, ce qui augmenterait les coûts d’exploitation. Étant donnéque la pollinisation et l’inoculation sont responsables de la plupart des coûts de la sélection, deuxapproches pourraient contribuer à réduire le nombre de plants inoculés sans réduire l’efficacitéde la sélection. L’une d’entre elles consiste à traiter la génération S1 comme un ensembleéquilibré. Étant donné qu’aucune réponse notable n’est prévue dans la génération S1, il ne vautprobablement pas la peine d’utiliser la méthode de l’épi-à-la-ligne. On pourrait plutôtensemencer une seule parcelle avec un mélange équilibré de plants de la génération S0.

L’autre approche consisterait à réduire le nombre de plants par famille en vue de réduire lescoûts de sélection. Étant donné qu’on ne s’attend pas à ce que la sélection à l’intérieure d’unefamille soit efficace, on pourrait réduire le nombre de plants inoculés par famille au minimumnécessaire pour évaluer la performance de la famille sans erreur expérimentale excessive. Lataille moyenne de l’échantillon dans les plans de sélection évalués dans le cadre de la présenteétude est de 10 plant par famille. Selon l’estimation des erreurs liées au matériel parental et auxfamilles S5 par parcelle, dans le cas de l’inoculation du canal des soies, les erreurs prévuesn’augmenteraient pas de façon notable tant que le nombre de plants par famille est maintenu à aumoins six. Il semble donc que l’inoculation et l’évaluation de six plants seulement pourraitpermettre une évaluation satisfaisante des familles. Outre la faible variance environnementaleobservée dans la génération S0, les erreurs d’échantillonnage sont moins importantes dans le casde l’inoculation des grains que dans le cas de l’inoculation du canal des soies; cinq plants parfamille semble être une taille d’échantillon adéquate pour la sélection à l’égard de la résistancedes grains.

84

RemerciementsNous tenons à remercier l’Association des producteurs de maïs de l’Ontario et le Programme departage des frais pour l’investissement d’Agriculture et Agroalimentaire Canada pour leur aidefinancière.RéférencesDe León, C. and Pandey, S. 1989. Improvement of resistance to ear and stalk rots and agronomic

traits in tropical maize gene pools. Crop Sci. 29:12-17.Reid, L.M., Hamilton, R.I. and Mather D.E. 1996. Screening maize for resistance to gibberella

ear rot. Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON. Tech. Bull. Publ. 1996-5E.

Session 2Toxicology, Quality and Impact on Industry

Tine Kuiper-GoodmanRecent developments in the risk assessment of deoxynivalenol

Tom NowickiVomitoxin and fusarium damaged kernels - Is there a relationship in Canadian wheat?

Peter ScottThe effect of matrix on analytical methodology for fusarium toxins.

Kelly TurkingtonThe Alberta head blight situation

Ieuan EvansThe Alberta fusarium response plan

Randy ClearEffect of dry heat treatment on Fusarium graminearum in seed

Associated posters

2

CWFHB/CCF Session 2 - Toxicology, Quality and Impact on Industry

Recent Developments in the Risk Assessment of Deoxynivalenol

T. Kuiper-GoodmanBureau of Chemical Safety, Food Directorate, Health Canada, Ottawa, ON.

Deoxynivalenol (DON, vomitoxin) is a mycotoxin of the type B trichothecenes, which are epoxy-sesquiterpenoids. Surveys have shown that deoxynivalenol occurs predominantly in grains suchas wheat, barley, and maize and less often in oats, rice, rye, sorghum, and triticale. The presenceof DON in cereal grains has been a concern in Canada since the early eighties. In Canada theoccurrence of DON is associated primarily with Fusarium graminearum (Gibberella zeae) animportant plant pathogen, causing Fusarium head blight in wheat and Gibberella ear rot inmaize. Deoxynivalenol has been implicated in incidents of mycotoxicoses in both humans andfarm animals. The toxicology of DON was evaluated by the present author as part of the JointFAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) in 2001 and a provisional tolerabledaily intake was established. Highlights of this evaluation are presented below.

Toxicological StudiesDeoxynivalenol is metabolized by, in particular, de-epoxidation and glucuronidation, generally toless toxic metabolites. Deoxynivalenol may have adverse health effects after acute, short-term,or long-term administration. After acute administration, deoxynivalenol produces twocharacteristic toxicological effects: decreased feed consumption (anorexia) and emesis(vomiting). Both effects have been linked to increased central serotoninergic activity. Singledoses of deoxynivalenol also damage rapidly dividing cells, such as those of the gastrointestinaltract.

Many early studies were conducted with deoxynivalenol-contaminated cereal incorporated intofeed. In later studies, purified deoxynivalenol was generally administered to smaller animalspecies (laboratory rodents). In studies with livestock species, feed naturally contaminated withdeoxynivalenol tended to be more toxic than feed to which purified deoxynivalenol had beenadded. This result was attributed to the presence of additional fungal metabolites. Lowconcentrations of zearalenone or the 3- or 15-acetyl-deoxynivalenol precursors were found insome cases.

After short- or long-term administration, one of the most consistent effects observed in mostspecies was reduced growth. This was often the most sensitive parameter in routine studies oftoxicity. At higher doses, the thymus, spleen, heart, and liver were affected. A No ObservedAdverse Effect Level (NOAEL) of 0.1 mg/kg of body weight per day was determined from a 2-year study in mice, based on a reduction in body weight.

A working group convened by IARC in 1993 placed deoxynivalenol in Group 3, not classifiableas to its carcinogenicity to humans. A study of carcinogenicity in mice conducted since that time

3

showed fewer tumours of the liver in treated male mice than in the controls. JECFA concludedthat the lower incidence was due to the reduced body weight of the treated animals. Nosignificant difference in tumour incidence was seen in female mice.

Deoxynivalenol was not mutagenic in bacteria, but chromosomal aberrations were observed bothin vitro and in vivo, suggesting that deoxynivalenol is genotoxic. However, in the one in vivostudy, most of the aberrations consisted of gaps, and the overall significance of the results wasconsidered to be equivocal.

Deoxynivalenol was teratogenic but not maternally toxic when given to pregnant mice at 5 mg/kgof body weight per day by gavage over a short critical period (days 8-11) of gestation, but notwhen given at 2.5 mg/kg of body weight per day. When deoxynivalenol was administered in thefeed, the NOEL for maternal toxicity and fetotoxicity was 0.38 mg/kg of body weight per day.

The results of two studies in mice suggested that deoxynivalenol can suppress host resistance toListeria monocytogenes and Salmonella enteritidis, with a NOEL of 0.25 mg/kg of body weightper day and a LOEL of 0.12 mg/kg of body weight per day, respectively. Antibody responseswere also affected by deoxynivalenol, the NOEL being 1 mg/kg of body weight per day in mice. In pigs given naturally contaminated feed the NOEL was 0.08 mg/kg of body weight per day.

Observations in HumansMany outbreaks of acute human disease involving nausea, vomiting, gastrointestinal upset,dizziness, diarrhea, and headache have occurred in Asia. These outbreaks have been attributed toconsumption of Fusarium-contaminated grains and, more recently, to the presence ofdeoxynivalenol at reported concentrations of 3-93 mg/kg in grain for human consumption.Occasionally, other trichothecenes were present as well, but at much lower incidence and muchlower concentrations. When the contaminated food was replaced with uncontaminated food, thesigns and symptoms disappeared. In one study, these effects were not observed afterconsumption of grain containing deoxynivalenol at reported concentrations of 0.4-13 mg/kg, butunder reporting or false-negative results at the higher concentrations may have occurred. In twostudies, none of the health effects described above were observed after consumption of graincontaining deoxynivalenol at 0.02-3.5 mg/kg. Most of the studies on acute effects in humanswere population-based or ecological studies.

In data submitted to FAO in 2000/2001, deoxynivalenol was found to be a frequent contaminantof cereal grains such as wheat (57% positive), corn ( 41% positive), oats (68% positive), barley(59% positive), rye (49% positive) and rice (27% positive). It was also detected in buckwheat,popcorn, sorghum, triticale and in some processed food products such as wheat flour, bread,breakfast cereals, noodles, baby and infant foods, and cooked pancakes. In addition, it has beenreported in barley products, malt and beer. The mean concentrations in data sets in whichsamples containing deoxynivalenol were found were 4-9000 µg/kg for barley, 3-3700 µg/kg formaize, 4-760 µg/kg for oats, 6-5100 µg/kg for rice, 13-240 µg/kg for rye, and 1-5700 µg/kg forwheat. The submitted data showed wide annual variation in the deoxynivalenol concentrations in

4

most of the cereals tested. These results emphasize the need for regular screening fordeoxynivalenol in cereal crops.

Carry-over of deoxynivalenol to food products of animal origin does not appear to be of concernbecause animals refuse feed when the mycotoxin is present at high concentrations, anddeoxynivalenol undergoes rapid metabolism and elimination in livestock species.

Derivation of Tolerable Daily IntakeResults of a 2-year feeding study in mice did not suggest that deoxynivalenol presents acarcinogenic hazard. JECFA considered that this study was appropriate for evaluation of otherlong-term effects. A provisional maximum tolerable daily intake (PMTDI) of 1 µg/kg of bodyweight was established on the basis of the NOEL of 100 µg/kg of body weight per day in thisstudy and a safety factor of 100. It was concluded that intake at this level would not result ineffects of deoxynivalenol on the immune system, growth, or reproduction. This PMTDI is 3-foldand 1.5- fold lower than the previous preliminary TDI for adults and children set in Canada in1983.

JECFA recognized that deoxynivalenol can lead to outbreaks of acute illness in humans;however the available data did not permit the establishment of a level below which no acuteeffects would be expected to occur.

Food Consumption/Dietary Intake AssessmentThe average intake of deoxynivalenol can be estimated by multiplying the average concentrationtimes the estimates of average food consumption. For the dietary intake assessment, JECFAused the WHO GEMS/Food regional diets, which provide information on the averageconsumption of commodities for five regions (Asia, the Middle East, Africa, Latin America andEurope). Most of the data on mean concentrations of deoxynivalenol that were available for thisevaluation were pooled; that is, each data point represented the mean concentration in a numberof individual samples. The weighted mean concentration for each commodity (barley, maize,oats, rice, rye, wheat, popcorn, sorghum and triticale) was multiplied by the respective value forconsumption in each of the five GEMS/Food regional diets.

The total intake of deoxynivalenol was estimated to range from 0.77 µg/kg of body weight perday in the African diet to 2.4 µg/kg of body weight per day in the Middle Eastern diet Themajor source of intake in three of the five regional diets (Middle Eastern, Latin American andEuropean) was wheat (64-88% of total intake), whereas the sources in the other two regionaldiets were more varied (wheat and rice in the Far East, and wheat, rice and maize in Africa). These estimates of average intake were based on the assumption that consumers will choosefoods randomly with respect to the distribution of contaminant concentration and will, therefore,over a period of time, have an intake that approximates the mean of that distribution. Possiblereductions in levels of deoxynivalenol as a result of processing were not taken into considerationin this assessment.

5

In general, more data on the occurrence of deoxynivalenol in food products are required for betterestimates of intake. JECFA noted that the distribution function for processed products mightdiffer from that adjusted for data on raw cereals; contamination tends to be more homogeneousafter processing. Despite the uncertainty associated with the data on both concentration and foodconsumption, they provide useful preliminary estimates of contamination and intake at theinternational level.

Prevention and ControlPreharvest measures to control Fusarium infection can also reduce the formation of DON.Reducing the inoculum of Fusarium in host debris and other reservoirs in the field seems to beone important control measure. Consequently, reduced tillage seems to increase levels ofdeoxynivalenol in subsequent crops. Crop rotation is also very important in reducing theinoculum, and rotation of wheat and maize with non-host crops has been recommended. Use ofappropriate fungicides and timing of application of fungicides is another important measure forcontrolling Fusarium head blight. Good agricultural practice, such as immediate drying afterharvest and proper storage, prevents further contamination with deoxynivalenol.

Physical, chemical and biological methods have been used for decontaminating grains containingtrichothecenes. Some of the treatments reduce the concentration of toxin, while others areineffective. Cleaning methods, such as gravity separation and washing procedures, can reducedeoxynivalenol levels in wheat and maize. The effectiveness of milling practices for reducingthe levels of deoxynivalenol in flour depends to a large extent on the degree of fungal penetrationof the endosperm. Thermal processing is usually ineffective. Chemical and biologicaldecontamination processes cannot yet be applied on a commercial scale.

Risk AssessmentEstimation of the dietary intake of deoxynivalenol on the basis of the single weighted meanconcentrations and the GEMS/Food regional diets resulted in values that exceeded the PMTDIfor four of the five regional diets. JECFA noted that there was considerable uncertainty in theintake estimates because of uncertainties in the values for concentration and consumption used inthe assessment. Furthermore, food processing would be expected to reduce the levels ofdeoxynivalenol to varying extents, which would result in lower estimates of dietary intake.

Risk ManagementFor purposes of risk reduction Canadian guidelines for DON were established in the mid-eighties. The guideline level for DON in uncleaned (prior to milling) soft wheat for non-staplefoods other than infant foods is 2.0 ppm, and it is half of this for wheat destined for infant foods. Since DON normally did not affect hard wheat in western Canada, no guidelines for this wheatwere established. These guidelines are at present under review.

6

ReferencesJECFA 2001. Summary report. Evaluation of certain mycotoxins. 56 th meet. Joint FAO/WHO

Expert Committee on Food Additives (JECFA), Herman, J. (ed.). World HealthOrganization, Geneva, Switzerland.

GEMS/Food regional diets. 1998. Regional per capita consumption of raw and semi-processedagricultural commodities. Geneva, World Health Organization, (unpublished documentWHO/FSF/FOS/98.3; available on request from the Food Safety Programme, WorldHealth Organization, 1211 Geneva 27, Switzerland).

Kuiper-Goodman, T. 1985. Potential human health hazards and regulatory aspects. InMycotoxins: A Canadian perspective. NRCC Publication No. 22848. Ottawa, ON.

7


Vomitoxin and Fusarium Damaged Kernels – Is there a Relationship in Canadian Wheat?

T. NowickiGrain Research Laboratory, Canadian Grain Commission, Winnipeg, MB.

Increasing concern over the high incidence of FHB infection in wheat and worldwide tighteningof safety standards for DON have resulted in unprecedented requirements for all wheat exportingcountries for safety assurance of both domestic and export shipments.

Dealing with the challenges associated with safety assurance of Canadian wheat for DONrequires an understanding of many issues related to DON and FHB infection. One importantissue is the relationship between concentration of DON (ppm DON) and percentage of Fusarium-damaged kernels (%FDK) - the DON-FDK relationship.

The association between high DON concentration and the presence of visually detected Fusariumdamage is well known within the wheat industry. This association has stimulated interest withinthe trade for possible use of %FDK for estimating DON concentration and possibly for otherFHB/DON management schemes.

The strength of the DON-FDK relationship in wheat is evident in the relationships between DONconcentration and (1) occurrence of FHB and (2) amount of fungal material present. Correlations(r) varying from 0.59 to 0.98 have been reported for the relationship between DON concentrationand percentage of seeds infected with F. graminearum determined by mycological procedures(Boyacio-lu et al., 1992; Dalcero et al., 1997; Love and Seitz, 1987; Trigo-Stockli et al., 1995).Canadian Grain Commission (CGC) studies on various classes of Canadian wheat grown acrossdifferent locations and years showed similar correlations, r= 0.62 to 0.96 (unpublished data). The strength of the DON-FDK relationship is also supported by the strong relationship betweenDON and ergosterol concentrations (Love and Seitz, 1987; Seitz and Bechtel, 1985; Seitz et al.,1982; Young et al., 1984).

A wide range of correlations (r=0.58 to 0.93) has been reported for the observed relationshipbetween DON concentration and visually determined percentage of Fusarium-damaged kernelsin various types of wheat grown in Canada, the United States and Europe (Trenholm et al., 1981;Teich et al., 1987; Eppley et al., 1984; Shotwell et al., 1985; McMullen et al., 1993; Wong et al.,1995; Sinha and Savard, 1997; Ittu et al., 2000; Perkowski et al., 1991). For many of thesestudies, it is difficult to assess the validity of the observed correlations due to a lack of pertinentinformation and details.

The CGC has been investigating the DON-FDK relationship in the major classes of wheat fromwestern and eastern Canada for over 15 years. The mean %FDK and mean ppm DON for thedifferent surveys has varied from <0.1 to >9% and 0.1 to >6 ppm respectively. Samples utilized

8

in these studies have been from a wide variety of points in the production and handling system. Data for recent investigations involving Canada Western Red Spring (CWRS) wheat are shownin Table 1.

Table 1. Relationships between ppm DON1 and percent Fusarium-damaged kernels (FDK)in Canada Western Red Spring wheat.

Year

Samples

Type2 NumberMean

% FDK Mean

PPM DON

PPM DON / % FDK

Mean Ratio3 C.V. (%)

CorrelationCoefficient

R

2000 C 8 0.77 0.80 1.0 35 0.96

2000 F 4 0.64 0.54 1.1 35 0.99

2000 H 68/604 3.0/3.34 1.8/2.04 0.75/0.704 59/574 0.70/0.664

1999 C 10 0.29 0.38 2.25 87.1 0.41

1999 H 62/564 2.5/2.74 1.8/1.94 0.92/0.784 72/524 0.77/0.764

1998 C 6 0.40 0.54 1.5 33 0.84

1998 H 21/204 2.2/2.34 1.9/2.04 1.1/1.14 81/834 0.32/0.244

1Based on results obtained by a gas chromatography-mass spectroscopy procedure.2Type of samples: V = vessel loading, H = harvest survey, C = harvest survey regionalcomposites, F = harvest survey final composites, R = railway carlots. 3Average of ratio of ppm DON to percent Fusarium-damaged kernels for all samples in sampleset.4With/without samples with less than 0.5% Fusarium-damaged kernels.

CGC studies have shown that the observed DON-FDK relationship is often misleading. This isdue to a wide variety of factors that include:• Distribution of samples over the %FDK range - The weighting of samples over the

%FDK range will have a major affect on the observed DON-FDK relationship,especially the ratio of ppm DON to percent Fusarium-damaged kernels (DF- ratio). CGC results show that the DF-ratio is not constant over the entire range of %FDK andtends to be high at very low %FDK and decreases with increasing FDK percentage.

• Samples with < 0.5% FDK - Samples with < 0.5% FDK frequently show exceptionallyhigh DF-ratios. These can have a significant effect on the mean DF-ratio andcoefficient of variation (C.V.) for linear regression analysis of DON-FDK data. Samplesets with more than 25% of samples having less than 0.5% FDK are particularlyvulnerable.

• Samples positive for FDK but negative for DON? - If samples from areas affectedprimarily by species of Fusarium that do not produce DON are included in a sample set

9

along with samples from areas primarily affected by F. graminearum, the observedDON-FDK relationship will be very misleading.

• Accuracy of %FDK counts - FDK counts are highly vulnerable to underestimation. Thiscan result in an artificially high mean DF- ratio and may also affect the C.V.

• Types of samples that a survey is based upon - Harvest surveys composite samplesgenerally showed stronger correlation coefficients, lower coefficients of variation andslightly higher mean DF-ratios than individual harvest survey samples.

• DON not associated with Fusarium-damaged kernels - Sinha et al. (1997) showed that a portion of the DON content of a sample can be from kernels that contain DON, but arenot FDK. DON concentrations up to 1.6 ppm in non-FDK have also been found by theCGC (1993, unpublished data)

• Definition of Fusarium-damaged kernels upon which %FDK determinations were based.• The accuracy and precision of the test method - Method bias will bias mean DF-ratios,

and poor precision will lower correlations.• Class of wheat - CGC data show that for eight classes of Canadian wheat the mean DF-

ratio is dependent on wheat class, and strongly correlated (r=0.88) to kernel hardnesswhen measured by the Particle Size Index test (PSI) described by Williams and Sobering(1986). Class differences in mean DF-ratio have implications for interpreting thestrength and reliability of the DON-FDK relationship for mixed classes of wheat.

• Averaging over narrow %FDK ranges - For 1999 and 2000 CWRS wheat, very strongDON-FDK relationships, r=0.96 and r=0.97 respectively, resulted when data wasaveraged over narrow FDK ranges.

ConclusionsDON-FDK relationships in Canadian wheat are neither sufficiently strong nor robust enough tosupport prediction of DON concentration in commercial shipment with acceptable accuracy andprecision. However, when considered on a class-by-class basis, the relationships are strongenough and reliable enough to be used as a basis for establishing grade tolerances for Fusarium-damaged kernels for the purpose minimizing DON levels in bulk shipments. Logically, thepotential for using DON-FDK relationships for DON management will be greatest in countriessuch as Canada where wheat classes are visually distinguishable.

AcknowledgementsSpecial thanks are extended to the CGC Industry Services Division for quantifying fusariumdamage and providing ELISA DON data for eastern Canadian wheats.

ReferencesBoyacio-lu, D., Hettiarachchy, N.S., and Stack R.W. 1992. Effect of three systemic fungicides

on deoxynivalenol (vomitoxin) production by Fusarium graminearum in wheat. Can. J.Plant Sci. 72:93-101.

Dalcero, A., Torres, A., Etcheverry, M., Chulze, S., and Varsavsky, E. 1997. Occurrence ofdeoxynivalenol and Fusarium graminearum in Argentinian wheat. Food AdditivesContamin. 14:11-14.

10

Eppley, R.M., Trucksess, M.W., Nesheim, S., Thorpe, C.W., Wood, G.E., and Pohland, A.E. 1984. Deoxynivalenol in winter wheat: Thin layer chromatographic method and survey.J. Assoc. Off. Anal. Chem. 67:43-45.

Ittu, M., Grabarkiewicz-Szczesna, J., Kostecki, M., and Golinski, P. 2000. Deoxynivalenolaccumulation and other scab symptoms in six Romanian wheat genotypes inoculatedwith Fusarium graminearum. Mycotoxin Res. 16:15-22.

Love, G.R., and Seitz, L.M. 1987. Effects of location and cultivar on Fusarium head blight(Scab) in wheat from Kansas in 1982 and 1983. Cereal Chem. 64:124-128.

McMullen, M.P., Casper, H., and Stack, RW. 1993. Correlation of vomitoxin levels and visiblescab in 1991 spring wheat (Abstr). Phytopathology 83:885.

Perkowski, J., Chelkowski J., Blazczak, P., Snijders, C.H.A., and Wakulinski, W. 1991. A studyof the correlation between the amount of deoxynivalenol in grain of wheat and triticaleand percentage of Fusarium damaged kernels. Mycotoxin Res. 7A Part II:102-114.

Trigo-Stockli, D.M., Curran, S.P., and Pedersen, J.R. 1995. Distribution and occurrence ofmycotoxins in 1993 Kansas wheat. Cereal Chem. 72:470-474.

Seitz, L.M., and Bechtel, D.B. 1985. Chemical, physical, and microscopical studies of scab-infected hard red winter wheat. J. Agric. Food Chem. 33:373-377.

Seitz, L.M., Sauer, D.B., and Mohr, H.E. 1982. Storage of high moisture corn: fungal growthand dry matter loss. Cereal Chem. 59:100-105.

Shotwell, O.L., Bennett, G.A., Stubblefield, R.D., Shannon, G.M., Kwolek, W.F., and Plattner,R.D. 1985. Deoxynivalenol in hard red winter wheat: Relationship between toxin levelsand factors that could be used in grading. J. Assoc. Off. Anal. Chem. 68:954-957.

Sinha, R.C., and Savard, M.E. 1997. Concentration of deoxynivalenol in single kernels andvarious tissues of wheat heads. Can. J. Plant Pathol. 19:8-12.

Teich, A.H., Shugar, L., and Smid, A. 1987. Soft white winter wheat cultivar field-resistance toscab and deoxynivalenol accumulation. Cer. Res. Comm. 15:109-114.

Trenholm, H.L., Cochrane, W.P., Cohen, H., Elliot, J.I., Farnworth, E.R., Friend, D.W.,Hamilton, R.M.G., Neish, G.A., and Standish, J.F. 1981. Survey of vomitoxincontamination of the 1980 white winter wheat crop in Ontario, Canada. J. Am. OilChem. Soc. 58:992A-994A.

Visconti, A., Chelkowski, J., and Bottalico, A.1986. Deoxynivalenol and 3-acetoxydeoxynivalenol - mycotoxins associated with wheat head fusariosis in Poland.Mycotoxin Res. 2:59-64.

Williams, P.C., and Sobering, D.C. 1986. Attempts at standardization of hardness testing ofwheat. I. The grinding/sieving (particle size index) method. Cereal Foods World 31:359,362-364.

Wong, L.S.L, Abramson, D., Tekauz, A., Leisle, D., and McKenzie, R.I.H. 1995. Pathogenicityand mycotoxin production of Fusarium species causing head blight in wheat cultivarsvarying in resistance. Can. J. Plant Sci. 75:261-267.

Young, J.C., Fulcher, R.G., Hayhoe, J.H., Scott, P.M., and Dexter, J.E. 1984. Effect of millingand baking on deoxynivalenol (vomitoxin) content of eastern Canadian wheats. J. Agric.Food Chem. 32:659-664.

11


The Effect of Matrix on Analytical Methodology for Fusarium Toxins

P.M. Scott and E.-K. KimHealth Canada, 2203D, Ottawa, ON.

In analytical methods for determination of Fusarium mycotoxins a matrix effect might beobserved in sampling and subsampling, extraction, cleanup, and the analytical procedure.

The coefficient of variation (CV) associated with sampling shelled corn for fumonisins has beenexperimentally estimated at 16.6% and the subsampling CV 9.1% at a contamination level of2 µg/g1. The corresponding CV’s for a small grain such as wheat containing deoxynivalenol are lower - 6.3% and 10%, respectively, at a contamination level of 5 µg/g2. The samplingvariability difference probably reflects the number of kernels per gram of corn and wheat.

The effect of the matrix on extraction of fumonisins from naturally contaminated grain foods hasbeen documented. Extraction procedures that have been developed for analysis of corn may notbe suitable for corn-based foods. As examples, corn bran flour may require an alkalineextraction solvent3 and other processed corn foods are best extracted with methanol-acetonitrile-water (25:25:50)4-7 or an extraction solvent containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)disodium salt5, 8, 9. Usually there is no problem extracting fumonisins from spiked foods. However, recovery of fumonisins from spiked white rice flour was very poor although it wassatisfactory from other rice foods4. In an attempt to optimize the extraction of fumonisin B1 andB2 from white rice flour, we have tested different solvent mixtures including EDTA mixed withorganic solvents for extraction10. In addition, various apparent pH’s and temperatures of theextraction solvents were examined and a-amylase and b-glucosidase enzymes were also added toimprove recoveries of fumonisin B1 and fumonisin B2 from white rice flour10. Consecutiveextraction three times with 0.1 M EDTA was found to be the best means of extraction10. However, initial recoveries of fumonisins from Thai white rice flour were still only 50 %,although more than 90% in another brand of white rice flour processed in the UK. Subsequentstudies showed instability of fumonisins in the two types of white rice flour, as well as in cornstarch, glucose and even in corn meal10. Other matrices that are difficult to analyse forfumonisins because of low recoveries are canned and frozen sweet corn11, corn flakes6, 12, 13 andrainbow trout feed14.

There are examples of the influence of the matrix on enzyme-assisted extraction. Thus whilethere was no effect of a-amylase on extraction of fumonisin B1 with methanol-water (70:30)from unextruded corn grits, 2.7 times more fumonisin was extracted from extruded corn gritsusing a-amylase15. Using an extraction solvent of water pH 5.0, there were greatly increasedrecoveries of fumonisins B1 and B2 from spiked rice with a-amylase and of fumonisins B1 and B2from spiked corn soup with a-amylase and b-mannosidase, but spiked wheat, popcorn andcanned sweet corn did not require enzyme(s) for good recovery16. Similarly, greater amounts of

12

deoxynivalenol were extracted from extruded corn grits in the presence of a-amylase17.

In processing experiments, it is very desirable to test that the method works on the processedproduct as well as the original material; control recovery experiments are often not done. Wherethese control spiking experiments have been carried out for fumonisins, there has usually beenno difference in recoveries for unprocessed and processed matrices. However, in one recentstudy, recoveries of fumonisin B1 from baked and fried tortilla chips extracted with acetonitrile-water (1:1, pH 4.5) were much lower than from corn and masa starting materials18.

An effect of matrix on cleanup was found when additives (sodium chloride or sucrose) presentin corn flour naturally contaminated with fumonisins B1 and B2 eliminated or reduced overallrecovery by affecting retention on the SAX column19.

A matrix effect may be evident in interferences in the analytical chromatography procedure;these are well known, particularly if the cleanup is insufficient. Recent examples concernanalysis of canned dog food and baked corn bread for fumonisin B1, where interfering peaks co-eluted on LC after C18 (not SAX) cleanup20. An example of a differential matrix effect due tointerferences was observed in LC-atmospheric pressure chemical ionization (APCI) MS analysisof barley, oat, wheat flour and corn for nivalenol, deoxynivalenol and zearalenone, where barleyquenched the MS signal for all three mycotoxins21. Differences in reported detection limits fordifferent matrices analysed by the same method also constitute a matrix effect22.

Although enzyme linked immunosorbent assays (ELISAs) are generally matrix independent, anabsolute matrix effect has been observed, as in indirect competitive ELISA of 3-acetyldeoxynivalenol in grass23 and competitive direct ELISA of fumonisins in corn24 andbeer25. Standards prepared in a blank matrix (or matrix extract) may be necessary forconstructing a standard curve if no cleanup has been carried out25.

References1Whitaker, T.B., Trucksess, M.W., Johansson, A.S., Giesbrecht, F.G., Hagler, W.M., Jr., and

Bowman, D.T. 1998. J. AOAC Int. 81:1162-1168.2Whitaker, T.B., Hagler, W.M., Jr., Giesbrecht, F.G., and Johansson, A.S. 2000. J. AOAC Int.

83:1285-1292.3Scott, P.M., and Lawrence, G.A. 1994. J. AOAC Int. 77:541-545.4Scott, P.M., Lawrence, G.A., and Lombaert, G.A. 1999. Mycotoxin Res. 15:50-60.5Scott, P.M., and Lawrence, G.A. 1996. Food Addit. Contam. 13:823-832.6Solfrizzo, M., De Girolamo, A., and Visconti, A. 2001. Food Addit. Contam. 18:227-235.7Hartl, M, and Humpf, H.-U. 1999. J. Agric. Food Chem. 47:5078-5083.8Sydenham, E.W., Stockenström, S., Thiel, P.G., Shephard, G.S., Koch, K.R., and Marasas,

W.F.O. 1995. J. Agric. Food Chem. 43:198-12019Dombrink-Kurtzman, M.A., and Dvorak, T.J. 1999. J. Agric. Food Chem. 47:622-62710Kim, E.-K., Scott, P.M., Lau, B.P.-Y., and Lewis, D.A. 2001. Abstr. AOAC Int. Ann. Mtg.,

September 9-13, 2001, Kansas City, MO. p.93.

13

11Trucksess, M.W., Stack, M.E., Allen, S., and Barrion, N. 1995. J. AOAC Int. 78:705-710.12Meister, U. 1999. Mycotoxin Res. 15:13-23.13Schneider, E., Usleber, E., and Märtlbauer, E. 1995. J. Agric. Food Chem. 43:2548-2552. 14Meredith, F.I., Riley, R.T., Bacon, C.W., Williams, D.E., and Carlson, D.B. 1998. J. Food

Prot. 61:1034-1038.15Castello, M.M., Katta, S.K., Sumner, S.S., Hanna, M.A., and Bullerman, L.B. 1998. J. Food

Sci. 63:696-698.16Akiyama, H., Miyahara, M., Toyoda, M., and Saito, Y. 1996. Shokuhin Eiseigaku Zasshi

37:54-58.17Wolf-Hall, C.E., Hanna, M.A., and Bullerman, L.B. 1999. J. Food Prot. 62:962-964.18Voss, K.A., Poling, S.M., Meredith, F.I., Bacon, C.W., and Saunders, D.S. 2001. J. Agric.

Food Chem. 49:3120-3126.19De Girolamo, A., Solfrizzo, M., and Visconti, A. 2001. J. Food Prot. 64:701-705.20Castello, M.M., Sumner, S.S., and Bullerman, L.B. 1998. J. Food Prot. 61:1030-1033.21Pallaroni, L., von Holst, C., and Anklam, E. 2001. Abstr. 23. Mykotoxin Workshop, May 28-

30, 2001, Vienna, Austria. p. 23.22Meister, U., Symmank, H., and Dahlke, H. 1996. Z. Lebensm. Unters. Forsch. 203:528-523.23Garthwaite, I., Shearer, S.S., and Towers, N. 1994. Food Agric. Immunol. 6:235-239.24Sydenham, E.W., Shephard, G.S., Thiel, P.G., Bird, C., and Miller, B.M. 1996. J. Agric. Food

Chem. 44:159-164.25Scott, P.M., Yeung, J.M., Lawrence, G.A., and Prelusky, D.B. 1997. Food Addit. Contam. 14:

445-450.

14


The Alberta Head Blight Situation

T.K. TurkingtonLacombe Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Lacombe, AB.

BackgroundEach year, Alberta barley and wheat producers deal with leaf and root diseases, and except forrusts, most are the same diseases that concern producers in Saskatchewan and Manitoba. Fusarium head blight (FHB), is a fungal disease that is now the most significant cereal diseasefaced by producers in Manitoba, Eastern Saskatchewan and the Midwestern United States. Thecausal agent of this disease is typically the fungus Fusarium graminearum. Currently, FHBcaused by this pathogen is not a destructive disease in Alberta. However, economic awarenessof FHB by Alberta’s agricultural community has increased dramatically in the last couple ofyears. Producers attending extension meetings have been informed about this issue throughpresentations by pathologists and Cereal and Oilseed Crop Specialists. In addition, informationon FHB has been available through extension factsheets, news media broadcasts, and websites.Extensive coverage of the FHB problem has also occurred via a number of agriculturalpublications including: Alberta Crops and Beef, Barley Country (Alberta Barley Commission),Country Guide, Grainews, Top Crop Manager, Western Grains Research Foundation IndustryReports, and the Western Producer. In addition, there have been substantial advertisingcampaigns in the fall of 2000 and spring of 2001 for seed treatments targeted at F.graminearum.

The Current Alberta SituationIn Alberta, F. graminearum was detected in a few irrigated wheat fields in 1989 (Clear andPatrick 2001). In 1994, surveys by the Canadian Grain Commission indicated the presence of F.graminearum in seed from a single dryland field. Subsequent new crop surveys conducted bythe Canadian Grain Commission have found F. graminearum at trace levels in wheat grainsamples from 10, 8, 14, 70, 36 and 39 locations in 1995, 1996, 1997, 1998, 1999 and 2000,respectively (Clear and Patrick 2000, 2001). In 1998, most of these fields were under irrigationin Crop Districts 1 and 2, however, trace levels have been found in other parts of the provincefrom central Alberta to the Peace River region. In Alberta, the most commonly found Fusariumspp. associated with harvested grain currently includes F. avenaceum and F. culmorum.

Seed surveys in 1995, 1996 and 1997 have been conducted by personnel from Agriculture andAgri-Food Canada, the Canadian Grain Commission, and provincial extension personnel fromvarious regions of Alberta. Results from all three years indicated the absence of F.graminearum in the barley and wheat samples that were collected. However, significant levelsof other pathogens including the causal agents of net blotch and septoria glume blotch werefound. Recently, the Alberta government offered subsidized grain testing primarily for seedintended for planting in the 2001 growing season. From March to early June of 2001

15

approximately 483 samples were tested with 469 having no detectable F. graminearum. Positive results at trace levels were found in 14 samples, and at least 4 of these were feedsamples from outside of the province.

During the summers of 1999, 2000 and 2001 cooperative in-field surveys of wheat fields atvarious locations in the province were initiated by AAFC staff at Lacombe and Lethbridge,AAFRD staff at Edmonton and Beaverlodge, and by Cereal and Oilseed Crop Specialistsprovince wide. The survey typically covered an area from Barrhead, east to Provost, and southto Vauxhall and Taber. Fields were also surveyed in the Peace River region of Alberta. Over100 wheat fields in 1999, 80 in 2000 and at least 149 fields were inspected with no symptoms ofFHB found in most crops, although a small number of fields had the occasional head of wheatwith symptoms that were typical of FHB. Assessment of the pathogens associated withobserved FHB symptoms indicated no F. graminearum in the samples tested in 1999, while thispathogen was isolated from a single head in one field from southern Alberta in 2000. Preliminary assessments from 2001 head samples are underway with no F. graminearum foundto be present. Currently, symptoms of FHB in wheat samples collected in Alberta so far aremainly caused by other Fusarium spp. including F. avenaceum and F. culmorum.

What about the environment and differences between provinces? The most dramatic differenceespecially when you look at central and northern Alberta is in terms of temperature. Mean dailytemperatures in these areas are often 3-4oC lower for the month of July compared with locationsin Manitoba (Table 1). In southern regions of Alberta July temperatures are very similar tothose in Manitoba. However, if we look at locations in eastern Saskatchewan where F.graminearum is becoming more common and in areas outside of the Red River valley inManitoba differences in mean July temperatures compared with Alberta locations can be as lowas �3oC. Differences in long-term rainfall and relative humidity between Alberta and Manitobafollow an opposite trend (Table 1). Most sites in central and northern Alberta tend to havesimilar or even higher total rainfall, number of days with rainfall, and relative humidity in Julycompared to sites in Manitoba. In 1993, significant infection levels with F. graminearumoccurred in Manitoba cereal grain due to above average precipitation in July even though meantemperatures were 2 to 3oC below normal. It is currently unclear whether environmentalconditions in Alberta are different enough from those in the eastern Prairies, where F.graminearum is established, to prevent this pathogen from becoming a bigger issue.

Alberta producers are well aware of the ongoing battle against FHB in Manitoba and thedeveloping problem in eastern Saskatchewan, and they are concerned about FHB becoming anissue of concern in their province. Although it may be unclear whether FHB caused by F.graminearum will become a problem in Alberta, the potential impact of this disease requires thatproducers in this province should at least be fully aware of this disease and the control measuresthat must be used to manage it. With this information the Alberta cereal industry can minimizethe possible impact of this disease until there is a better understanding of its potential to becomea province-wide problem and more resistant cereal varieties become available.

16

Table 1. Long-term mean daily temperature, total precipitation, number of days with measurableprecipitation, and mean % relative humidity (at 1500 hr) in July for selected locations in Manitoba, easternSaskatchewan and Alberta.

JulyProvince &location†

Mean temp. (C) Total precip.(mm)

Number of dayswith precip.

Mean relativehumidity (%)

ManitobaBrandon 19.2 71.6 10 -Dauphin 18.6 69.3 11 53Morden 20.4 70.3 12 -Portage 19.8 76.9 11 52Winnipeg 19.8 72.0 11 52

SaskatchewanEstevan 20.1 61.1 9 44Yorkton 18.2 64.2 12 49

AlbertaEdmonton 16.0 101 14 54Grande Prairie 16.0 67.9 13 48Lethbridge 18.1 39.8 8 -Medicine Hat 19.8 40.9 9 35Peace River 15.9 61.7 12 50Red Deer 15.8 88.0 14 51Vegreville 16.2 83.2 13 -Vermilion 16.5 78.5 13 53

† Data from Environment Canada Canadian climate normals (http://www.cmc.ec.gc.ca/climate/normals).

www.cmc.ec.gc.ca/climate/normals

17


The Alberta Fusarium Response Plan

I. EvansAgronomy Unit, Alberta Agriculture, Food and Rural Development, Edmonton, [email protected]

The FHB Response Plan was developed as a co-operative effort between government andindustry, including commissions and cereal producers, and is intended to give guidance andoutline strategies for dealing with the threat of F. graminearum to Alberta. The current focus ison voluntary compliance, education, regulatory components, and research leading to effectivedisease control procedures, in order to keep uninfested areas disease-free and to control thedisease in the few areas where F. graminearum is present at trace levels. The causal agent, F.graminearum, is now included as a pest under the Alberta Agricultural Pests Act.

Recommended Control ProceduresFor uninfested land (F. graminearum has not been detected):• Do not use seed from known F. graminearum infested areas.• Ensure that purchased seed is tested by an accredited laboratory and has a certificate

showing that the seed tested negative for Fusarium graminearum.• As a precautionary measure, all grain intended for seed should be treated with a

recommended fungicide.• Adopt a minimum two year rotation between successive cereal crops, and avoid planting

corn, which is also a host.• Ensure that rotation crops or fallow are free from volunteer cereals and grassy weeds.Susceptibility to FHB decreases from durum wheat to CPS wheat to HRS wheat to barley tooats.

For infested land (F. graminearum has been confirmed):• Do not use or sell grain from infested land for seed purposes.• Clean crop residue from all equipment before moving to uninfested fields. • Incorporate cereal residue, preferably in the fall. • For the next two years:

S Do not seed cereals or corn on or adjacent to infested land.S Use shallow tillage or direct seeding to avoid bringing infested crop residue to the

surface.S Use non-host crops, such as canola, alfalfa, clover, or pulses.S Control volunteer cereals and grassy weeds on infested land, including headlands.

S After the rotation, plant disease-free, treated seed and do not purchase seed from known F.graminearum infested areas.


18

For seed producers, merchants, and seed cleaners:In addition to the above procedures, seed cleaning operations need precautions to avoid crosscontamination of seed lots. Since cross contamination may still occur, all cereals cleaned andintended as seed should be treated with a recommended fungicide.

For feedlot operators: Avoid buying feed from areas known to have F. graminearum. Do not spread spilled graindirectly onto crop fields; rather, dispose of grain by feeding, composting or burying.

ReferencesClear, R.M., and S.K. Patrick. 2000. Fusarium head blight pathogens isolated from fusarium-

damaged kernels of wheat in western Canada, 1993 to 1998. Can. J. Plant Pathol. 22:51-60.Clear, R.M., and S.K. Patrick. 2001. Fusarium head blight in Canada. Canadian Grain

Commission, Winnipeg MB. http://www.cgc.ca/Pubs/fusarium/fusarium-e2.htm.

www.cgc.ca/Pubs/fusarium/fusarium-e2.htm

19


Effect of Dry Heat Treatment on Fusarium Graminearum in Seed

R.M. Clear1, S.K. Patrick1, T.K. Turkington2, and R. Wallis1

1Grain Research Laboratory, Canadian Grain Commission, Winnipeg, MB.2Lacombe Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Lacombe, AB.

AbstractA wheat and barley sample infected by Fusarium graminearum were heated at 50°C, 60°C,70°C and 80°C in a drying oven for up to 24 days. Pathogen level and seed viability wereassessed by plating seed onto PDA and wet filter paper respectively. Initial pathogen level in thewheat was 23% and in the barley 84%. Fusarium graminearum was eliminated from wheat seedafter 15 days at 60°C, 5 days at 70°C and 2 days at 80°C. F. graminearum was eliminated frombarley after 21 days at 60°C, 9 days at 70°C and 5 days at 80°C. Germination rates in the wheatwere relatively unaffected by the treatment times and temperatures sufficient to eradicate F.graminearum, but barley heated at 80°C showed a slight decline in viability. It is recommendedthat thermotherapy be used to control the national and international movement of F.graminearum by seed.

IntroductionThermotherapy has long been recognised as an effective way of eliminating seedbornepathogens (Agarwal and Sinclair 1987). Thermotherapy treatments include hot-water, hot air,solar heat, aerated steam, and radiation treatment (Agarwal and Sinclair 1987). Dry heat is aneffective way of eliminating some seedborne viruses (Soenartiningsih et al. 1996), bacteria(Grondeau and Samson 1994), fungi (Takano et al. 1985) and nematodes (Tenente et al. 1999). Besides pathogen control, dry heat can also kill weed seeds (Staker 1925) and insects in grain(Eman 1992; Czerniakowski 1993). Studies have shown that both seeds and pathogens vary intheir ability to tolerate heating (Takano et al. 1985; Gao 1990; Temiesagdie and Takano 1990).Therefore, effective incubation conditions must be determined for each combination of host seedand pathogen.

Fusarium species are common components of the mycoflora of wheat (Triticum spp.) and barley(Hordeum vulgare L. emend. Bowden) seed worldwide, and can sometimes be found at highlevels in Canadian grain (Clear et al. 2000). During the last few decades the area in westernCanada affected by Fusarium graminearum (Schwabe), the primary causal agent of fusariumhead blight, has increased (Clear and Patrick 2000). However, it is rarely detected in Albertaand western Saskatchewan (Turkington et al. 1999; Clear and Patrick 2000). In 1999, theAlberta provincial government placed this fungus on its list of Declared Pests under theAgricultural Pests Act, and cereal producers are being advised to plant seed free of this pathogenin the hopes that this will delay introduction of this organism to fields where it is absent. International movement of this pathogen via seed may also pose a risk with regard tointerspecific hybridization and the transfer of biotypes of F. graminearum to and from Canada.

20

Brasier et al. (1999) found evidence to support the occurrence of interspecific hybridization inPhytophthora spp., and stated that this risk is greatest when closely related but geographicallyisolated taxa come in to contact in the same niche.

O’Donnell et al. (2000) identified seven biogeographical lineages within F. graminearumworldwide, only one of which is known to occur in the USA. A method that would eradicatethis and other pathogens from seed and also maintain seed germination would eliminate the risk ofnational and international seedborne transmission of these organisms. There has been success ineliminating F. graminearum from seed. Kabeere et al. (1997) safely eliminated this speciesfrom corn at 10% and 14% moisture content after being stored at 30°C and 25°C for 9 and 6months, respectively. However, a more rapid method is necessary if it is to be practical. Thisstudy was done to determine if high temperature heating of cereal seed could quickly eradicatesome seedborne pathogens without seriously affecting seed viability.

Materials and MethodsIn the spring of 2001, a composite sample of CWRS wheat with an average of 2.6% fusariumdamaged kernels (RS), and a sample of Robust (six row) barley grown on a farm north ofWinnipeg, Manitoba (B) were collected from the 2000 harvest. Sub-samples were placed inopen petri dishes (200 seeds per plate) and heated in a forced air oven for up to 24 days at 50°C,60°C, 70°C and 80°C. After heating, samples were stored in plastic bags for up to 4 weeks at4°C. Fusarium graminearum levels were determined by plating one hundred non-surfacedisinfested seeds onto potato dextrose agar (10 per 9.0 cm plate), then incubating for 5 days(untreated and 50° C heat treatment) or 7 days (60°C, 70°C and 80°C heat treatment) at 23°Cunder UV and fluorescent light. All plates were examined at 5 days, and those containing seedsheated at 60°C, 70°C, or 80°C were re-examined at 7 days. The longer incubation period wasnecessary to compensate for the slower growth of the fungi.

Germination was determined by placing 100 seeds/sample on #3 Whatman filter paper (50 per15 cm plastic petri plate) wetted with 10ml of sterile water and incubated for 7 days at 23°C. Toensure continued high humidity the germination plates were enclosed in a clear plastic bag (6plates per bag, not stacked) containing a small beaker of water. Seedlings were considerednormal if they met the requirements outlined by the Canadian Food Inspection Agency(Anonymous 1997). Initial moisture content (MC) of the wheat and barley was 13.5% and13.0% respectively. Moisture loss during heating at 50°C and 70°C was determined by heating35g of RS in open petri dishes. Immediately upon removal from the oven the samples wereplaced in heat sealed plastic bags until their MC was measured. The MC of samples wasdetermined using the method of the American Association of Cereal Chemists (Anonymous 1981).

Results and DiscussionHeating at 50°C for 14 days reduced the level of F. graminearum but did not eradicate it (Table1). Heat treatment at higher temperatures was more effective, and a noticeable decline in the

21

frequency of the detection of F. graminearum began after 2 days (Table 1). Fusariumgraminearum was eliminated from wheat seed after 15 days at 60°C, 5 days at 70°C and 2 daysat 80°C. F. graminearum was eliminated from barley after 21 days at 60°C, 9 days at 70°C, and5 days at 80°C. Germination rates in the wheat were relatively unaffected by the treatment timesand temperatures sufficient to eradicate F. graminearum, but barley heated at 80°C showed aslight decline in viability (Table 2). Emergence of the cotyledon and roots in heated sampleswas delayed by about 1 day as compared to the unheated samples, possibly due to the extra timerequired by the very dry seeds to imbibe enough moisture. Moisture content of the heated grainsdecreased sharply at the beginning of the trial, but declined slowly as the trial progressed (Table3).

This study has demonstrated that dry heat is a viable way of eradicating F. graminearum fromwheat and barley seed. Elimination of F. graminearum from the seed reduces the opportunityfor national and international transfer of biogeographical lineages of F. graminearum, assuresgrowers that the seed they plant will be free of this pathogen, and provides organic growers witha means of controlling F. graminearum in seed. It would also eliminate insect infestation andcould reduce or eradicate a number of bacteria, viruses and nematodes that may be present on orin the seed. Further study is needed to determine the effect this treatment has on crop emergenceand development under field conditions, but if the treated grain performs within acceptablestandards, then thermotherapy should be considered as a routine treatment for cereal germplasmin international programs. This has been done or suggested for other pathogens and hosts inother countries (Zeigler and Alvarez 1986; Mathur and Neergaard 1987).

AcknowledgementsThe authors thank Josie Dion for technical support.

ReferencesAgarwal, V.K., and Sinclair, J.B. eds.1987. Principles of seed pathology:Volume 2. CRC Press,

Inc. Boca Raton, FL.Anonymous. 1981. Moisture - Air-Oven Method 44-15A. AACC Method.Anonymous. 1997. Canadian Methods and Procedures for Testing Seed. Laboratory Services

Division, Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, ON. CFIA0018E. 115 p.Brasier, C.M., Cooke, D.E.L., and Duncan, J.M. 1999. Origin of a new Phytophthora pathogen

through interspecific hybridization. Proc. Natl. Acad. Sci. 96:5878-5883.Clear, R.M., and Patrick, S.K. 2000. Fusarium head blight pathogens isolated from fusarium-

damaged kernels of wheat in western Canada, 1993 to 1998. Can. J. Plant Pathol. 22:51-60Clear, R.M., Patrick, S.K., and Gaba, D. 2000. Prevalence of fungi and fusariotoxins on barley

seed from western Canada, 1995 to 1997. Can. J. Plant Pathol. 22: 44-50.Czerniakowski, Z. 1993. Stored seed-grain protection by hot air stream. Zesz. Probl.Postepow

Nauki Rolniczych 399:29-30.Eman, M.D. 1992. Heat treatment for the control of corn weevil (Sitophilus zeamais) Motsch in

stored corn. MSc. Thesis, Philippines Univ., Los Banos College, Laguna, Philippines.Gao, W. H. 1990. Effect of different treatments on the disinfection of the seed-borne virus TMV

22

in tomato and pepper. Virol. Sin. 5(4):419-422.Grondeau, C., and Samson, R. 1994. A review of thermotherapy to free plant materials from

pathogens, especially seeds from bacteria. Crit. Rev. Plant Sci. 13(1):57-75.Kabeere, F., Hill, M.J., and Hampton, J.G. 1997. Effect of maize seed storage conditions on the

survival of Fusarium spp. Seed Sci. Technol. 25:329-332.Mathur, S.B., and Neergaard, P. (eds.).1987. Testing and production of healthy germplasm.

Tech. Bull. Dan. Gov. Inst. Seed Pathol. Developing Countries. Copenhagen, Denmark.The Institute.

O'Donnell, K., Kistler, H.C., Tacke, B.K., and Casper, H.H. 2000. Gene genealogies revealglobal phylogeographic structure and reproductive isolation among lineages of Fusariumgraminearum, the fungus causing wheat scab. Proc. Natl. Acad. Sci. 97 (14):7905-7910.

Soenartiningsih, Rahamma, S., Saenong, S. and Hasanuddin, A. 1996. Suppressing PStVinfection on groundnut seed by heating correlated with water content. In Proc. seminarand tenth Annu. Meet. Indonesian Entomol. Assoc., branch of Ujung Pandang, IndonesianPhytopathol. Assoc. regional secretariat of South Sulawesi, Indonesian Plant ProtectionAssoc., regional secretariat of South Sulawesi, 1996, Maros, Indonesia. p. 219-225.

Staker, E.V. 1925. The effect of dry heat on alfalfa seed and its adulterants. Agron-J. Madison, Wis. Am. Soc. Agron. 17(1):32-40.

Takano, T., Takayama, M., and Hagiwara, J. 1985. The disinfecting effectiveness of dry heat on3 species of seed-borne pathogens of quarantine significance. Res. Bull. PlantProtection Service Jpn. 21:1-9.

Temiesagdie, P. and Takano, T. 1990. Heat resistance of the tropical vegetable seeds [inThailand]. Scientific Reports Faculty of Agriculture, Meijo University (Jpn.). 26:7-16.Tenente, R.C.V., Gonzaga, V., Pinheiro, F.P., Tarchetti, P., and Rodrigues, V. 1999. Techniques

to eradicate plant parasitic nematodes from infested maize, oat, and rice seeds.Nematropica 29(1):17-24.

Turkington, T.K., Clear, R.M., Burnett, P.A., and Xi, K. 1999. Seed-borne cereal disease survey,Alberta 1995-1997. In Proc. Canadian Workshop on Fusarium Head Blight. 28-30

Nov. 1999, Winnipeg, MB. Canadian Grain Commission, Winnipeg, MB. p. 124 (Abstr.).Zeigler, R.S. and Alvarez, E. 1986. Bacterial sheath brown rot (BSBR) in Latin America. Int.Rice Res. Newsl. (Philippines). 11(5):15-16.

23

Table 1. Percent of seeds with Fusarium graminearum after heating for up to 24 days.

Sample* °C Days0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

011

12

13

14

15

18

21

24

RS 50

23

23

22

22

23

17

26 23

22

18

12

20

13

12

7

60

23

5 13

12 2 1 0 0

70

23

25

6 5 3 0 0 0 0 0 0

80

23

4 0 0 0 0 0 0 0 0 0

B2 50

84

87

84

87

64

77

79 77

77

71

69

60

84

63

56

46 10

12

1 1 0 0

70

84

83

55

34

32

12

13 4 1 0 0

80

84

28

1 0 1 0 0 0 0 0 0

*RS- an elevator composite of CWRS wheat with an average of 2.6% fusarium damaged kernels; B- a sample ofRobust barley grown in Manitoba.

Table 2. Percent of seeds germinating normally after heating for up to 24 days.

Sample* °C Days0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

011

12

13

14

15

18

21

24

RS 50 90

78

87

83

80

95

75

88

89

91

86

83

94

89

81

60 90

82

95

93

92

88

88

92

91

90

70 90

90

87

87

83

90

90

87

85

89

87

80 90

86

90

89

85

90

86

84

86

89

85

B 50 75

76

69

75

75

73

71

73

86

91

80

60 75

72

83

78

84

78

74

69

72

76

70 75

65

68

83

81

78

81

82

88

83

77

80 75

65

58

60

62

61

67

55

63

49

41

*RS- an elevator composite of CWRS wheat with an average of 2.6% fusarium damagedkernels; B- a sample of Robust barley grown in Manitoba.

24

Table 3. Percent seed moisture content after heating at 50° and 70°C for up to 14 days.

Sample* °C Days0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

RS 50

13.50 6.78 6.06 5.14 4.88 4.82 4.70

4.61 ---- ---- ---- ---- ---- ---- 4.43

70

13.50 4.83 3.79 3.40 2.94 2.75 2.48

2.66 ---- ---- 2.58

*RS- an elevator composite of Canada western red spring wheat with an average of 2.6%fusarium damaged kernels

25

CWFHB/CCF Session 2 - Toxicology, Quality and Impact on IndustryASSOCIATED POSTERS

P2-1 Moniliformin Production in Culture and Field Environments by Fusariumavenaceum Isolates from Western CanadaR.M. Clear, D. Abramson, and B. McCallum

P2-2 Distribution of Barley, Corn, Oats and Wheat Samples Contaminated withDeoxynivalenol in Eastern Canada During 1991-1998B. Vigier, T.M. Choo, H. Campbell, and L. Underhill

26

P2-1. Moniliformin Production in Culture and Field Environments by Fusariumavenaceum Isolates from Western Canada

R.M. Clear1, D. Abramson2, and B. McCallum2 1Grain Research Laboratory, Canadian Grain Commission, Winnipeg, MB.2Cereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg MB.

AbstractIsolates of Fusarium avenaceum were obtained from Fusarium-damaged wheat seed grown invarious crop districts in Manitoba, Saskatchewan and Alberta. The isolates were almost alltoxigenic in rice cultures, with 40/42 producing the mycotoxin moniliformin at levels between1.3 and 138.1 ppm. In field trials, inoculation of 4 barley cultivars with toxigenic isolates over 3crop years produced moniliformin in about half the plots, at levels between 0.06 and 1.62 ppm. In years when conditions allow for extensive growth by F. avenaceum, moniliformin is likely toappear in barley. The oral toxicity of moniliformin in avian species is about 4 mg/kg.

27

P2-2. Distribution of Barley, Corn, Oats and Wheat Samples Contaminated withDeoxynivalenol in Eastern Canada During 1991-1998

B. Vigier1, T.-M. Choo1, H. Campbell2, and L. Underhill2

1Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.2Feed Section, Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, ON.

Surveys for the detection of mycotoxins in grain samples are done annually by the CanadianFood Inspection Agency through its National Feed Inspection Program across the country. Samples consist of 5-kg grain taken by inspectors at the farm, feed mill and grain elevatorsacross the country. Results of deoxynivalenol (DON) are reported here over an 8-year period inEastern Canada. Barley, corn, oat and wheat samples were identified at the county level andcompiled by agricultural regions.

Corn had the highest ratio (90%) of DON contaminated samples (0.1 mg.kg-1 and over). Wheat(spring and winter wheat combined) had 82% of samples contaminated with DON, followed bybarley (73%) and oats (48%). Other mycotoxins such as fumonisins B and zearalenone, werealso detected. These recent findings declare the presence of up to seven mycotoxins on corn andbarley samples, including zearalenone, T-2, HT-2, ochratoxin A, nivalenol, fumonisins B andDON.

Atlantic ProvincesHighest mean DON levels were found in contaminated wheat produced in Nova Scotia (3.4 mg.kg-1), and in New Brunswick (2.5 mg.kg-1). Barley samples were DON-free in NewBrunswick and Nova Scotia, but DON contamination in barley was in the range of 0.6 mg.kg-1 inPEI. Despite few records, corn samples were contaminated throughout the Atlantic provinceswith peaks appearing in Nova Scotia and Newfoundland samples.

OntarioDeoxynivalenol levels averaged 0.6 mg.kg-1 in corn samples across the province, with peaks inCentral Ontario (0.9 mg.kg-1) and in Southern Ontario (0.8 mg.kg-1). DON level in wheat wasthe highest across the four species with 1.1 mg.kg-1 on contaminated samples. A sharp peak wasobserved in Southern Ontario (2.4 mg.kg-1) on 8 out of 9 samples. Barley contaminationreached 72% in Ontario with highest DON level (1.4 mg.kg-1) observed also in SouthernOntario, followed by 0.8 and 0.7 mg.kg-1 in Eastern and Western Ontario, respectively. Oatscontamination remained stable across Ontario with an average 0.4 mg.kg-1 on 82% of thesamples.

QuébecThe incidence of DON contaminated corn samples and the average levels were similar acrossQuébec and Ontario. Within Québec, levels appeared higher in Montérégie-St.Hyacinthe (0.8mg.kg-1) compared to the average (0.5 mg.kg-1) in other regions. The number of wheat samplescontaminated with DON was also similar in Québec and Ontario, but infected samples contained

28

a higher DON concentration (2.0 mg.kg-1) in Québec compared to Ontario. Barleycontamination reached 77% of the samples with more than double the DON levels observed inOntario. Peak contamination (2 mg.kg-1 and over) was observed in Montérégie-St.Hyacinthe,Mauricie, Lanaudière-Joliette, and the Québec South shore regions. Least infected barleysamples were observed on the Québec North shore sub-region. Oats contamination in Québecwas less than half compared to Ontario, with 37 and 82% of infected samples, respectively.

These results show that grain quality in relation to DON mycotoxin is quite variable acrossEastern Canada agricultural regions, mostly for barley and wheat. Oats quality appeared higherin Québec and in the Atlantic Provinces, compared to Ontario. Corn is the crop with the highestnumber of infected samples but with the lowest average DON level in contaminated samplesafter oats.

Session 2Toxicologie, qualité du grain et impact surl’industrie

Tine Kuiper-GoodmanProgrès récents dans l’évaluation des risques du désoxynivalénol

Tom NowickiRelation entre la concentration de DON et le pourcentage de grains fusariés chez le blé canadien

Peter ScottEffet de la matrice sur la méthodologie analytique utilisée pour les toxines fusariennes

Kelly TurkingtonLa situation de la fusariose de l’épi en Alberta

Ieuan EvansLe plan albertain d’intervention contre la fusariose

Randy ClearEffet du traitement à la chaleur sèche sur le Fusarium graminearum présent dans les graines

Affiches

2

CCF/CWFHB : Session 2 - Toxicologie, qualité du grain et impact sur l’industrie

Progrès récents dans l’évaluation des risques du désoxynivalénol

T. Kuiper-GoodmanBureau de l’innocuité des produits chimiques, Direction des aliments, Santé Canada, Ottawa,ON.

Le désoxynivalénol (DON, vomitoxine) est une mycotoxine appartenant aux trichothécènes detype B, qui sont des époxy-sesquiterpénoïdes. Les enquêtes ont révélé que le désoxynivalénol estprésent surtout dans les grains comme le blé, l’orge et le maïs et, plus rarement, dans l’avoine, leriz, le seigle, le sorgho et le triticale. Au Canada, la présence du DON dans les céréales est unesource de préoccupation depuis le début des années 80; elle est associée principalement auFusarium graminearum (Gibberella zeae), un important pathogène végétal qui est à l’origine dela fusariose de l’épi du blé et de la fusariose de l’épi, causée par le Fusarium graminearum, dansle cas du maïs. Le désoxynivalénol a été mis en cause dans des cas de mycotoxicose tant chez leshumains que chez les animaux d’élevage. La toxicologie du DON a été évaluée par l’auteur deces lignes dans le cadre des travaux d’un Comité mixte FAO/OMS d’experts des additifsalimentaires (JECFA) en 2001, et une dose journalière admissible provisoire a été définie. Nousprésentons dans les paragraphes suivants les points saillants de cette évaluation.

Études toxicologiquesLe désoxynivalénol est métabolisé en particulier par désépoxydation et glucuronidation,généralement en des métabolites moins toxiques. Le désoxynivalénol peut avoir des effetsnéfastes sur la santé après une administration aiguë, de courte durée ou prolongée. Après uneadministration aiguë, le désoxynivalénol produit deux effets toxiques caractéristiques chez lebétail : un refus de la nourriture (anorexie) et des vomissements. Ces deux effets ont été attribuésà une augmentation de l’activité sérotoninergique centrale. Des doses uniques dedésoxynivalénol ont aussi un effet délétère sur les cellules qui se divisent rapidement, commecelles qu’on retrouve dans le tube digestif.

Les premières études ont été effectuées avec des céréales contaminées par le désoxynivalénolincorporées dans les aliments pour le bétail. Dans les études ultérieures, les chercheursadministraient généralement du désoxynivalénol purifié à des espèces animales de plus petitetaille (rongeurs de laboratoire). Dans les études réalisées sur le bétail, des aliments qui avaientété naturellement contaminés par le désoxynivalénol étaient généralement plus toxiques que lesaliments auxquels on avait ajouté du désoxynivalénol purifié. Ce résultat a été attribué à laprésence de métabolites fongiques additionnels. De faibles concentrations de zéaralénone ou desprécurseurs l’acétyl-3- ou 15 désoxynivalénol ont été relevées dans certains cas.

Après l’administration pendant une période courte ou prolongée, un ralentissement de lacroissance était l’un des effets le plus souvent observés dans la plupart des espèces. Il s’agissaitsouvent du paramètre le plus sensible dans les études courantes de la toxicité. À des doses plusélevées, le thymus, la rate, le coeur et le foie étaient atteints. On a déterminé un niveau sans effet

3

nocif observé (NOAEL) de 0,1 mg/kg de poids corporel par jour au terme d’une étude de 2 ansréalisée sur des souris, en se fondant sur une réduction du poids corporel.

Un groupe de travail constitué par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) en1993 a placé le désoxynivalénol dans le Groupe 3, « inclassable quant à sa cancérogénicité pourl’homme ». Une étude de la cancérogénicité chez la souris réalisée depuis lors a mis en évidencedes tumeurs hépatiques moins nombreuses chez les souris mâles traitées que chez les animauxtémoins. Le JECFA a conclu que cette observation était attribuable à la masse corporelleinférieure des animaux traités. Dans le cas des souris femelles, on n’a relevé aucune différencesignificative de l’incidence des tumeurs.

Le désoxynivalénol n’était pas mutagène chez les bactéries, mais des aberrationschromosomiques ont été observées in vitro et in vivo, ce qui donne à penser que ledésoxynivalénol serait génotoxique. Dans la seule étude in vivo, cependant, la plupart desaberrations étaient des brèches, et la signification générale des résultats était jugée équivoque.

Administré par gavage à des souris gestantes à raison de 5 mg/kg de poids corporel par jour surune période critique brève (jours 8 à 11) de la gestation, le désoxynivalénol s’est révélétératogène, mais il n’affichait aucune toxicité maternelle, ce qui n’était pas le cas lorsqu’il étaitadministré à raison de 2,5 mg/kg de poids corporel par jour. Quand le désoxynivalénol étaitadministré dans les aliments, la concentration sans effet observé (NOEL) s’établissait à0,38 mg/kg de poids corporel par jour pour ce qui est de la toxicité maternelle et la foetotoxicité.

Les résultats des deux études réalisées chez la souris donnaient à penser que le désoxynivalénolpeut supprimer la résistance de l’hôte à la Listeria monocytogenes et à la Salmonella enteritidisavec une NOEL de 0,25 mg/kg de poids corporel par jour et une dose minimale avec effetobservé (LOEL) de 0,12 mg/kg de poids corporel par jour, respectivement. L’administration dedésoxynivalénol influait également sur la production d’anticorps, la NOEL étant de 1 mg/kg depoids corporel par jour chez les souris. Chez les porcs qui recevaient des aliments contaminésnaturellement, la NOEL se chiffrait à 0,08 mg/kg de poids corporel par jour.

Observations chez les humainsDe nombreuses éclosions d’intoxications aiguës humaines ont été signalées en Asie. Elles secaractérisaient par des nausées, des vomissements, des troubles gastro-intestinaux, des vertiges,de la diarrhée et des céphalées. Ces éclosions ont été attribuées à l’ingestion de céréalescontaminées par le Fusarium et, plus récemment, à la présence de désoxynivalénol à desconcentrations de 3 à 93 mg/kg dans des céréales destinées à la consommation humaine. Danscertains cas, on a également détecté d’autres trichothécènes, mais beaucoup plus rarement et àdes concentrations bien inférieures. Lorsque les aliments contaminés étaient remplacés par desaliments non contaminés, les signes et symptômes disparaissaient. Dans une étude, aucun effetsemblable n’a été observé après l’ingestion de céréales contenant du désoxynivalénol à desconcentrations de 0,4 à 13 mg/kg, mais il pourrait y avoir eu sous-déclaration des cas ou des fauxnégatifs aux concentrations supérieures. Dans deux études, aucun des effets décritsprécédemment n’a été observé après l’ingestion de céréales contenant du désoxynivalénol à des

4

concentrations variant de 0,02 à 3,5 mg/kg. La plupart des études sur les effets aigus chezl’homme étaient des études réalisées dans la population générale ou des études écologiques.

Dans les données présentées à la FAO en 2000-2001, il a été établi que le désoxynivalénol étaitun contaminant fréquent des céréales comme le blé (taux de positivité : 57 %), le maïs (taux depositivité : 41 %), l’avoine (taux de positivité : 68 %), l’orge (taux de positivité : 59 %), le seigle(taux de positivité : 49 %) et le riz (taux de positivité : 27 %). Ce contaminant a également étédétecté dans le sarrasin, le maïs à éclater, le sorgho, le triticale et dans certains alimentstransformés, comme la farine de blé, le pain, les céréales pour petit déjeuner, les nouilles, lesaliments pour bébés et nourrissons et les crêpes cuites. En outre, on a signalé sa présence dansles produits à base d’orge, ainsi que dans l’orge germée et la bière. Dans les ensembles dedonnées où l’on a trouvé des échantillons contenant du désoxynivalénol, les concentrationsmoyennes s’échelonnaient de 4 à 9000 :g/kg pour l’orge, 3 à 3700 :g/kg pour le maïs, 4 à760 :g/kg pour l’avoine, 6 à 5100 :g/kg pour le riz, 13 à 240 :g/kg pour le seigle et 1 à5700 :g/kg pour le blé. Les données fournies laissaient voir des variations annuelles importantesdes concentrations de désoxynivalénol dans la plupart des céréales analysées. Ces résultatsmettent en lumière la nécessité de contrôles réguliers des cultures céréalières afin de détecter laprésence de désoxynivalénol.

Les arrières-effets du désoxynivalénol dans les produits alimentaires d’origine animale nesemblent pas être une source de préoccupation parce que les animaux refusent les aliments quicontiennent de fortes concentrations de mycotoxines et que le désoxynivalénol est rapidementmétabolisé et éliminé chez le bétail.

Calcul de la dose journalière admissible (DJA)Les résultats d’une étude de deux ans réalisée sur des souris à qui l’on avait administré dudésoxynivalénol dans les aliments n’ont pas indiqué que cette myotoxine avait un potentielcancérigène. Le JECFA a jugé que cette étude permettait d’évaluer d’autres effets à long terme.Une dose journalière admissible maximale provisoire (DJAMP) de 1 :g/kg de poids corporel aété fixée à partir de la NOEL de 100 :g/kg de poids corporel par jour dans cette étude et d’unfacteur de sécurité de 100. On a conclu qu’une dose semblable n’entraînerait pas d’effets dudésoxynivalénol sur le système immunitaire, la croissance ou la reproduction. Cette DJAMP esttrois fois et 1,5 fois inférieure à la DJA préliminaire antérieure pour les adultes et les enfants quiavait été fixée au Canada en 1983.

Le JECFA a reconnu que le désoxynivalénol peut être à l’origine d’éclosions d’intoxicationsaiguës chez l’homme, mais les données disponibles ne permettaient pas de déterminer uneconcentration en deçà de laquelle aucun effet aigu ne devrait se produire.

Évaluation de la consommation alimentaire/dose quotidienneIl est possible d’estimer la dose moyenne de désoxynivalénol en multipliant la concentrationmoyenne par les estimations de la consommation alimentaire moyenne. Pour l’évaluation de lapart alimentaire, le JECFA a utilisé les diètes régionales du GEMS/aliments de l’OMS quifournissent de l’information sur la consommation moyenne de produits alimentaires pour

5

cinq régions (Asie, Moyen-Orient, Afrique, Amérique latine et Europe). La plupart des donnéessur les concentrations moyennes de désoxynivalénol dont on disposait pour cette évaluationétaient des données totalisées, c’est-à-dire que chaque donnée simple représentait laconcentration moyenne dans un certain nombre d’échantillons individuels. La concentrationmoyenne pondérée pour chaque produit (orge, maïs, avoine, riz, seigle, blé, maïs à éclater,sorgho et triticale) était multipliée par la valeur respective pour la consommation dans chacunedes cinq diètes régionales GEMS/aliments.

On a estimé que la dose totale de désoxynivalénol variait de 0,77 :g/kg de poids corporel parjour dans la diète africaine à 2,4 :g/kg par jour au Moyen-Orient. Dans trois des cinq diètesrégionales (Moyen-Orient, Amérique latine et Europe), la principale source de désoxynivalénolétait le blé (entre 64 % et 88 % de la dose totale), alors que dans les deux autres diètesrégionales, les sources étaient plus variées (blé et riz en Extrême-Orient et blé, riz et maïs enAfrique). Ces estimations de la dose moyenne étaient fondées sur l’hypothèse selon laquelle lesconsommateurs choisissent les aliments au hasard pour ce qui est de la distribution de laconcentration en contaminants et, par conséquent, qu’ils recevront sur une période donnée unedose qui correspond approximativement à la moyenne de cette distribution. Des réductionséventuelles des concentrations de désoxynivalénol résultant de la transformation des alimentsn’ont pas été prises en considération dans cette évaluation.

En général, il faut avoir plus de données sur la présence de désoxynivalénol dans les produitsalimentaires pour mieux estimer la dose. Le JECFA a noté que la fonction de distribution pourles produits transformés pourrait différer de celle pour les céréales brutes, car la contaminationest généralement plus homogène après la transformation. En dépit de l’incertitude inhérente auxdonnées sur la concentration et la consommation alimentaire, celles-ci fournissent néanmoins desestimations préliminaires utiles de la contamination et de la dose à l’échelle internationale.

Prévention et lutte contre l’infectionLes mesures mises en oeuvre avant la récolte pour lutter contre l’infection par Fusarium peuventégalement réduire la formation de DON. La réduction de l’inoculum de Fusarium dans les débrisde cultures hôtes et d’autres réservoirs sur le terrain semble représenter une mesure importantede lutte contre cette infection. Par conséquent, le labourage moins intensif de la terre sembleaccroître les concentrations de désoxynivalénol dans les récoltes subséquentes. La rotation descultures constitue une autre mesure très importante de réduction de l’inoculum, et il a étérecommandé de procéder à la rotation des cultures de blé et de maïs avec des cultures qui ne sontpas colonisées par le Fusarium. L’usage de fongicides appropriés et l’application en temps utilede ces produits représente une autre mesure importante dans la lutte contre la fusariose de l’épi.De bonnes pratiques agricoles, comme le séchage immédiat après la récolte et des techniquesd’entreposage adéquates, permettent de prévenir la contamination accrue par le désoxynivalénol.

Différentes méthodes physiques, chimiques et biologiques ont été utilisées pour décontaminerdes céréales contenant des trichothécènes. Certains de ces traitements permettent effectivementde réduire la concentration de toxines alors que d’autres sont inefficaces. Les méthodes denettoyage, comme la séparation par gravité et des techniques de lavage, peuvent réduire les

6

concentrations de désoxynivalénol dans le blé et le maïs. L’efficacité des procédés de mouturepour ce qui est de réduire les concentrations de désoxynivalénol dans la farine dépend dans unelarge mesure du degré de pénétration fongique de l’endosperme. Quant au traitement thermique,il est habituellement inefficace. Les procédés de décontamination chimique et biologique ne sontpas encore applicables à l’échelle commerciale.

Évaluation du risqueL’estimation de la dose alimentaire de désoxynivalénol à partir des concentrations moyennespondérées uniques et des diètes régionales du GEMS/aliments a donné des valeurs qui étaientsupérieures à la DJAMP pour quatre des cinq diètes régionales. Le JECFA a noté qu’il existaitune incertitude considérable en ce qui concerne les estimations de la dose parce qu’on ignoredans quelle mesure les valeurs pour la concentration et la consommation utilisées dansl’évaluation étaient fiables. En outre, on pourrait s’attendre à ce que la transformation desaliments réduise les concentrations de désoxynivalénol à des degrés divers, ce qui se traduiraitpar des estimations inférieures de la dose alimentaire.

Gestion des risquesPour les fins de la réduction des risques, les lignes directrices canadiennes relatives au DON ontété établies au milieu des années 80. Dans ces lignes directrices, la concentration de DON fixéepour le blé tendre non nettoyé (avant la mouture) dans les aliments qui ne sont pas de premièrenécessité autres que les aliments pour nourrissons est de 2,0 ppm, et elle n’est que la moitié decette valeur dans le cas du blé destiné aux aliments pour nourrissons. Étant donné que le DONn’était pas généralement un contaminant du blé dur dans l’Ouest du Canada, aucune lignedirectrice pour ce blé n’a été établie. Ces lignes directrices sont actuellement en voie de révision.

RéférencesJECFA 2001. Summary report. Evaluation of certain mycotoxins. 56 th meet. Comité mixte

FAO/OMS d’experts des additifs alimentaires (JECFA), Herman, J. (ed.). Organisationmondiale de la Santé, Genève, Suisse.

GEMS/Food regional diets. 1998. Regional per capita consumption of raw and semi-processedagricultural commodities. Genève, Organisation mondiale de la Santé, (document inédit)WHO/FSF/FOS/98.3; ce document est disponible sur demande auprès du Programme desalubrité des aliments, Organisation mondiale de la Santé, 1211 Genève 27, Suisse).

Kuiper-Goodman, T. 1985. Potential human health hazards and regulatory aspects. InMycotoxins: A Canadian perspective. Publication du CNRC No 22848. Ottawa, ON.

7


Relation entre la concentration de DON et le pourcentage de grains fusariés chez le blécanadien

T. NowickiLaboratoire de recherches sur les grains, Commission canadienne des grains, Winnipeg(Manitoba)

L’inquiétude croissante soulevée par la fréquence élevée de la fusariose de l’épi chez le blé ainsique le resserrement des normes relatives au DON dans le monde entier ont forcé tous les paysexportateurs de blé à imposer un niveau sans précédent d’assurance de la qualité à tous lesenvois de blé, qu’ils soient destinés à l’exportation ou au marché intérieur.

Pour bien cerner les enjeux associés à l’assurance de la qualité en matière de DON dans le blécanadien, il faut d’abord comprendre les nombreuses questions reliées au DON et à l’infectionfusarienne. Une des plus importantes de ces questions est la relation existant entre laconcentration de DON (mesurée en parties par million, ou ppm) et le pourcentage de grainsfusariés (%GF).

La relation existant entre la présence d’une concentration élevée de DON et celle de dommagesvisibles causés par la fusariose est bien connue dans l’industrie du blé, laquelle envisaged’utiliser le %GF pour estimer la concentration de DON et pourrait même élaborer d’autresoutils de gestion fondés sur cette relation.

Chez le blé, la puissance de la relation DON-GF est illustrée de façon évidente par les relationsexistant d’une part entre la concentration de DON et la fréquence de la fusariose et d’autre partentre cette concentration et la quantité de matériel fongique présent. Dans le premier cas, uncoefficient de corrélation (r) de 0,59 à 0,98 a été signalé pour la relation entre la concentration deDON et le pourcentage de graines infectées par le Fusarium graminearum, lequel pourcentage aété établi par une procédure mycologique (Boyacio-lu et al., 1992; Dalcero et al., 1997; Love etSeitz, 1987; Trigo-Stockli et al., 1995). Les études réalisées par la Commission canadienne desgrains (CCG) sur les différentes classes de blé canadien cultivées dans diverses localités etdurant diverses années ont donné des coefficients de corrélation semblables, allant de 0,62 à 0,96(données inédites). La puissance de la relation DON-GF est également confirmée par la fortecorrélation existant entre les concentrations de DON et d’ergostérol (Love et Seitz, 1987; Seitz etBechtel, 1985; Seitz et al., 1982; Young et al., 1984).

Un coefficient de corrélation très variable (r=0,58 à 0,93) a été signalé dans le cas de la relationobservée entre la concentration de DON et le pourcentage de grains fusariés établi visuellementchez divers types de blé cultivés au Canada, aux États-Unis et en Europe (Trenholm et al., 1981;Teich et al., 1987; Eppley et al., 1984; Shotwell et al., 1985; McMullen et al., 1993; Wong et al.,1995; Sinha et Savard, 1997; Ittu et al., 2000; Perkowski et al., 1991). Dans plusieurs de cesétudes, il s’est avéré difficile d’évaluer la validité des corrélations observées, parce qu’il

8

manquait des détails et certaines informations pertinentes.

La CCG étudie depuis plus de 15 ans la relation DON-GF chez les principales classes de blécultivées dans l’Ouest canadien ainsi que dans l’est du pays. Ces diverses études ont permis demesurer un %GF variant de moins de 0,1 à plus de 9 % et une concentration de DON variant de0,1 à 6 ppm. Les échantillons avaient été prélevés à des points très variés de la chaîne deproduction et de manutention. On trouvera dans le tableau 1 les données obtenues dans le cadred’études récentes sur le blé rouge de printemps de l’Ouest canadien (CWRS).

Tableau 1. Relation existant entre la concentration de désoxynivalénol1 (CDON) et lepourcentage de grains fusariés (%GF) chez le blé rouge de printemps de l’Ouest canadien.

Échantillons %GFmoyen

CDONmoyenne

(ppm)

CDON / %GF Coefficientde corrélation

(r)Année Type2 Nombre Rapportmoyen3 C.V. (%)

2000 C 8 0,77 0,8 1 35 0,96

2000 F 4 0,64 0,54 1,1 35 0,992000 H 68/604 3,0/3,34 1,8/2,04

0,75/0,704 59/5740,70/0,664

1999 C 10 0,29 0,38 2,25 87,1 0,41

1999 H 62/564 2,5/2,74 1,8/1,94 0,92/0,784 72/524 0,77/0,764

1998 C 6 0,4 0,54 1,5 33 0,84

1998 H 21/204 2,2/2,34 1,9/2,04 1,1/1,14 81/834 0,32/0,244

1Résultats obtenus par chromatographie en phase gazeuse et spectroscopie de masse.2Type d’échantillon : H = enquête sur la récolte, C = enquête sur la récolte - échantillon compositerégional, F = enquête sur la récolte - échantillon composite final. 3Rapport moyen entre la concentration de DON (en ppm) et le pourcentage de grains fusariés pour tousles échantillons de l’ensemble.4Avec/sans les échantillons renfermant moins de 0,5 % de grains fusariés.

Les études réalisées par la CCG ont montré que la relation DON-GF observée est souventtrompeuse. Cette situation est due à de nombreux facteurs, dont les suivants :• Distribution des échantillons dans la plage de valeurs du %GF - La pondération des

échantillons selon le %GF a un effet important sur la relation DON-GF observée,particulièrement dans le cas du rapport entre la concentration de DON et le %GF. Lesrésultats obtenus par la CCG montrent que ce rapport n’est pas constant dans toutel’étendue des %GF et tend à être très élevé aux %GF très faibles et à diminuer avecl’augmentation de ce pourcentage.

• Échantillons renfermant moins de 0,5 % de GF - Ces échantillons présentent souvent unrapport PPM DON / %GF exceptionnellement élevé, qui peut influer de façonappréciable sur la moyenne et le coefficient de variation (C.V.) de ce rapport, utiliséspour l’analyse de régression linéaire des données DON-GF. Les ensemblesd’échantillons renfermant plus de 25 % d’échantillons dont le %GF est inférieur à 0,5 %

9

sont particulièrement sensibles à ce facteur.• Échantillons positifs pour les GF mais négatifs pour le DON - Si des échantillons

provenant de secteurs principalement touchés par des espèces de Fusarium ne produisantpas de DON sont placés dans le même ensemble que des échantillons provenant desecteurs principalement touchés par le F. graminearum, la relation DON-GF observéeest très trompeuse.

• Exactitude du dénombrement des grains fusariés - Le pourcentage de grainsendommagés risque fortement d’être sous-estimé, ce qui peut entraîner un rapportCDON / %GF moyen artificiellement élevé et en outre affecter le C.V.

• Type d’échantillons sur lequel est fondée chaque enquête - Dans le cadre des enquêtessur la récolte, les échantillons composites produisent généralement un coefficient decorrélation plus élevé, un coefficient de variation moins élevé et un rapport CDON /%GF légèrement moins élevé que les échantillons individuels.

• DON non associé à des grains fusariés - Sinha et al., (1997) ont montré qu’une partie duDON que renferme un échantillon peut provenir de grains qui renferment du DON maisne sont pas fusariés. De même, en 1993, la CCG a mesuré des concentrations de DONpouvant atteindre 1,6 ppm chez des grains non fusariés (données inédites).

• Définition de « grain fusarié » sur laquelle est fondé le calcul du %GF.• Exactitude et précision de la méthode d’essai - Les biais liés à la méthode employée

influent sur le rapport CDON / %GF, et le manque de précision a pour effet d’abaisser lecoefficient de corrélation.

• Classe de blé - Les données de la CCG montrent que chez les huit classes de blécanadien le rapport CDON / %GF moyen dépend de la classe et présente une fortecorrélation (r = 0,88) avec la vitrosité du grain mesurée en termes de l’indicegranulométrique (Particle Size Index) de Williams et Sobering (1986). Les différencesde rapport CDON / %GF moyen observées entre les classes de blé ont une incidence surla manière d’interpréter la puissance et la fiabilité de la relation DON-GF dans le cas desclasses mélangées de blé.

• Moyennes établies sur des plages peu étendues de valeurs du %GF - Dans le cas desblés CWRS de 1999 et de 2000, de très fortes corrélations (r=0,96 et r=0,97) ont étéobservées entre la concentration de DON et le %GF, lorsque les moyennes étaientétablies à partir de plages peu étendues de valeurs du %GF.

ConclusionsDans le cas du blé canadien, la relation DON-GF n’est pas assez puissante ni assez robuste pourpermettre une prédiction suffisamment exacte et précise de la concentration de DON dans lesenvois commerciaux. Cependant, si on examine une seule classe de blé à la fois, la relation estassez puissante et assez fiable pour servir de fondement à l’établissement de tolérances pourchaque grade, à l’égard des grains fusariés, de manière à réduire au minimum la concentrationde DON présente dans les envois en vrac. Selon toute logique, l’utilisation de la relation DON-GF pour la gestion du DON est le plus prometteuse au Canada et dans les autres pays où lesclasses de blé peuvent être distinguées visuellement.

10

RemerciementsNous tenons particulièrement à remercier la Division des services à l’industrie de la CCG, quis’est chargée de quantifier les dommages dus à la fusariose et nous a fourni les données ELISAsur la concentration de DON présente dans les blés de l’est du Canada.

RéférencesBoyacio-lu, D., Hettiarachchy, N.S., and Stack R.W. 1992. Effect of three systemic fungicides

on deoxynivalenol (vomitoxin) production by Fusarium graminearum in wheat. Can. J.Plant Sci. 72:93-101.

Dalcero, A., Torres, A., Etcheverry, M., Chulze, S., and Varsavsky, E. 1997. Occurrence ofdeoxynivalenol and Fusarium graminearum in Argentinian wheat. Food AdditivesContamin. 14:11-14.

Eppley, R.M., Trucksess, M.W., Nesheim, S., Thorpe, C.W., Wood, G.E., and Pohland, A.E.1984. Deoxynivalenol in winter wheat: Thin layer chromatographic method and survey.J. Assoc. Off. Anal. Chem. 67:43-45.

Ittu, M., Grabarkiewicz-Szczesna, J., Kostecki, M., and Golinski, P. 2000. Deoxynivalenolaccumulation and other scab symptoms in six Romanian wheat genotypes inoculatedwith Fusarium graminearum. Mycotoxin Res. 16:15-22.

Love, G.R., and Seitz, L.M. 1987. Effects of location and cultivar on Fusarium head blight(Scab) in wheat from Kansas in 1982 and 1983. Cereal Chem. 64:124-128.

McMullen, M.P., Casper, H., and Stack, RW. 1993. Correlation of vomitoxin levels and visiblescab in 1991 spring wheat (résumé). Phytopathology 83:885.

Perkowski, J., Chelkowski J., Blazczak, P., Snijders, C.H.A., and Wakulinski, W. 1991. A studyof the correlation between the amount of deoxynivalenol in grain of wheat and triticaleand percentage of Fusarium damaged kernels. Mycotoxin Res. 7A Part II:102-114.

Trigo-Stockli, D.M., Curran, S.P., and Pedersen, J.R. 1995. Distribution and occurrence ofmycotoxins in 1993 Kansas wheat. Cereal Chem. 72:470-474.

Seitz, L.M., and Bechtel, D.B. 1985. Chemical, physical, and microscopical studies of scab-infected hard red winter wheat. J. Agric. Food Chem. 33:373-377.

Seitz, L.M., Sauer, D.B., and Mohr, H.E. 1982. Storage of high moisture corn: fungal growthand dry matter loss. Cereal Chem. 59:100-105.

Shotwell, O.L., Bennett, G.A., Stubblefield, R.D., Shannon, G.M., Kwolek, W.F., and Plattner,R.D. 1985. Deoxynivalenol in hard red winter wheat: Relationship between toxin levelsand factors that could be used in grading. J. Assoc. Off. Anal. Chem. 68:954-957.

Sinha, R.C., and Savard, M.E. 1997. Concentration of deoxynivalenol in single kernels andvarious tissues of wheat heads. Can. J. Plant Pathol. 19:8-12.

Teich, A.H., Shugar, L., and Smid, A. 1987. Soft white winter wheat cultivar field-resistance toscab and deoxynivalenol accumulation. Cer. Res. Comm. 15:109-114.

Trenholm, H.L., Cochrane, W.P., Cohen, H., Elliot, J.I., Farnworth, E.R., Friend, D.W.,Hamilton, R.M.G., Neish, G.A., and Standish, J.F. 1981. Survey of vomitoxincontamination of the 1980 white winter wheat crop in Ontario, Canada. J. Am. OilChem. Soc. 58:992A-994A.

Visconti, A., Chelkowski, J., and Bottalico, A.1986. Deoxynivalenol and3-acetoxydeoxynivalenol mycotoxins associated with wheat head fusariosis in Poland.

11

Mycotoxin Res. 2:59-64.Williams, P.C., and Sobering, D.C. 1986. Attempts at standardization of hardness testing of

wheat. I. The grinding/sieving (particle size index) method. Cereal Foods World 31:359,362-364.

Wong, L.S.L, Abramson, D., Tekauz, A., Leisle, D., and McKenzie, R.I.H. 1995. Pathogenicityand mycotoxin production of Fusarium species causing head blight in wheat cultivarsvarying in resistance. Can. J. Plant Sci. 75:261-267.

Young, J.C., Fulcher, R.G., Hayhoe, J.H., Scott, P.M., and Dexter, J.E. 1984. Effect of millingand baking on deoxynivalenol (vomitoxin) content of eastern Canadian wheats. J. Agric.Food Chem. 32:659-664.

12


Effet de la matrice sur la méthodologie analytique utilisée pour les toxines fusariennes

P.M. Scott et E.-K. KimSanté Canada, 2203D, Ottawa (Ontario)

Dans les méthodes analytiques employées pour l’analyse des mycotoxines fusariennes, il estpossible qu’on observe un effet de la matrice lors de l’échantillonnage, du sous-échantillonnage,de l’extraction, de la purification et du processus analytique.

Le coefficient de variation (CV) attribué à l’échantillonnage de maïs égrené pour l’analyse desfumonisines a été évalué expérimentalement à 16,6 %, et le CV attribué au sous-échantillonnageà 9,1 %, pour un niveau de contamination de 2 :g/g1. Les mêmes CV, mais pour des petitsgrains, comme celui de blé, contenant du désoxynivalénol, sont moins élevés - respectivement6,3 % et 10 %, à un niveau de contamination de 5 :g/g2. La différence de variabilité dans le casde l’échantillonnage s’explique probablement par l’écart entre les nombres de grains pargramme de maïs et de blé.

L’effet de la matrice sur l’extraction de fumonisines à partir d’aliments céréaliers contaminésnaturellement est bien documenté. Les méthodes d’extraction mises au point pour l’analyse dumaïs ne conviennent pas nécessairement aux aliments obtenus par transformation du maïs. Parexemple, pour la farine de son de maïs, il faut peut-être un solvant d’extraction alcalin3, alorsque l’extraction par un mélange méthanol-acétonitrile-eau (25:25:50)4-7 ou par un solvant à basede sel disodique d’acide éthylènediaminetétracétique (EDTA)5, 8, 9 pourrait mieux convenir pourd’autres aliments à base de maïs. Généralement, l’extraction des fumonisines à partir d’alimentsenrichis avec ces composés ne présente aucun problème. Cependant, la récupération desfumonisines à partir de farine de riz blanc enrichie avec les mêmes composés était trèsmédiocre, alors qu’elle était satisfaisante avec d’autres aliments à base de riz4. Lors d’unetentative pour optimiser l’extraction de fumonisine B1 et B2 à partir de farine de riz blanc, nousavons testé différents mélanges de solvants, y compris l’EDTA mélangé avec des solvantsorganiques pour extraction10. De plus, on a examiné divers pH et températures apparents dessolvants d’extraction et on a ajouté des enzymes "-amylase et $-glucosidase pour améliorer lestaux de récupération de fumonisine B1 et de fumonisine B2 à partir de farine de riz blanc10. Troisextractions consécutives avec une solution 0,1 M d’EDTA ont donné le meilleur tauxd’extraction10. Cependant, les taux initiaux de récupération de fumonisines à partir de farine deriz blanc thaïlandais n’étaient toujours que de 50 %, alors qu’ils atteignaient 90 % avec uneautre sorte de farine de riz blanc produite dans le R.-U. Des études ultérieures ont montré queles fumonisines étaient instables dans les deux types de farine de riz blanc, ainsi que dansl’amidon, le glucose et même la semoule de maïs10. Parmi les autres matrices dans lesquelles ilest difficile d’analyser les fumonisines en raison du faible taux de récupération, on peut citer lemaïs sucré11 en conserve et congelé, les flocons de maïs6, 12, 13 et la nourriture de truite-arc-en-ciel14.

13

Il y a des exemples de l’influence de la matrice sur l’extraction assistée par une enzyme. Ainsi,alors que l’"-amylase n’exerçait aucun effet sur l’extraction de fumonisine B1, à l’aide deméthanol-eau (70:30), à partir de gruau de maïs non extrudé, l’utilisation d’"-amylase15 apermis d’extraire 2,7 fois plus de fumonisine à partir de gruau non extrudé. L’extraction à l’aided’eau à pH 5,0 comme solvant a nettement augmenté les taux de récupération de fumonisines B1et B2 à partir de riz enrichi, en présence d’"-amylase, et de fumonisines B1 et B2 à partir depotage de maïs enrichi, en présence d’"-amylase et de $-mannosidase; par contre, il n’y avaitpas besoin d’enzyme(s) pour obtenir une bonne récupération16 à partir de blé, de maïs à éclaterou de maïs sucré en conserve, tous enrichis. De façon analogue, de plus grandes quantités dedésoxynivalénol ont été extraites de gruau de maïs en présence d’"-amylase17.

Dans les expériences portant sur le traitement, il est fortement recommandé de vérifier que laméthode convient aussi bien pour le produit traité que pour la matière de départ; souvent, onomet d’effectuer des expériences de récupération avec un témoin. Dans les cas où cesexpériences avec enrichissement et témoins ont été effectuées pour les fumonisines, il n’y agénéralement pas eu de différence dans la récupération entre matrices traitées et matrices nontraitées. Cependant, lors d’une étude récente, les taux de récupération de fumonisine B1 à partirde croustilles au maïs cuites et frites, par extraction avec un mélange acétonitrile-eau (1:1, pH4,5), étaient beaucoup plus faibles qu’à partir de maïs et de masa comme produits de départ18.

On a observé que la matrice exerçait un effet sur la purification, causé par la présence d’additifs(chlorure de sodium ou sucrose) dans la farine de maïs naturellement contaminée par lesfumonisines B1 et B2, additifs qui ont éliminé ou réduit la récupération globale en modifiant larétention sur la colonne SAX19.

L’effet de la matrice peut être noté de façon évidente dans les interférences qui interviennent aucours du processus de chromatographie analytique; elles sont bien connues, particulièrementlorsque la purification est insuffisante. Il y a des exemples récents avec l’analyse de nourritureen conserve pour chiens et de pain de maïs pour déceler la fumonisine B1, où on a noté desinterférences en CL par coélution de pics après la purification20 sur colonne C18 (mais nonSAX). Un exemple d’effet différentiel de la matrice, attribuable aux interférences, a été notédans l’analyse du nivalénol, du désoxynivalénol et de la zéaralénone par CL, avec ionisationchimique sous pression atmosphérique (ICPA), de farine de blé, d’orge, d’avoine et de maïs, oùl’orge a causé l’extinction du signal SM de l’ensemble des trois mycotoxines21. Les différencesdans les limites de détection indiquées pour diverses matrices analysées par la même méthodeconstituent elles aussi un effet matriciel22.

Bien qu’il n’y ait généralement aucun lien entre le dosage immunoenzymatique (ELISA) et lamatrice, on a observé un effet absolu exercé par la matrice, notamment dans l’épreuve ELISAde type compétitif, indirecte pour le 3-acétyldésoxynivalénol dans des graminées23, et directepour les fumonisines dans le maïs24 et la bière25. Pour obtenir une courbe d’étalonnage, ilpourrait être nécessaire, en l’absence de purification25, d’utiliser des étalons préparés dans unblanc de matrice (ou extrait de matrice).

14

Références1Whitaker, T.B., Trucksess, M.W., Johansson, A.S., Giesbrecht, F.G., Hagler, W.M., Jr., and

Bowman, D.T. 1998. J. AOAC Int. 81:1162-1168.2Whitaker, T.B., Hagler, W.M., Jr., Giesbrecht, F.G., and Johansson, A.S. 2000. J. AOAC Int.

83:1285-1292.3Scott, P.M., and Lawrence, G.A. 1994. J. AOAC Int. 77:541-545.4Scott, P.M., Lawrence, G.A., and Lombaert, G.A. 1999. Mycotoxin Res. 15:50-60.5Scott, P.M., and Lawrence, G.A. 1996. Food Addit. Contam. 13:823-832.6Solfrizzo, M., De Girolamo, A., and Visconti, A. 2001. Food Addit. Contam. 18:227-235.7Hartl, M, and Humpf, H.-U. 1999. J. Agric. Food Chem. 47:5078-5083.8Sydenham, E.W., Stockenström, S., Thiel, P.G., Shephard, G.S., Koch, K.R., and Marasas,

W.F.O. 1995. J. Agric. Food Chem. 43:198-12019Dombrink-Kurtzman, M.A., and Dvorak, T.J. 1999. J. Agric. Food Chem. 47:622-62710Kim, E.-K., Scott, P.M., Lau, B.P.-Y., and Lewis, D.A. 2001. Abstr. AOAC Int. Ann. Mtg.,

September 9-13, 2001, Kansas City, MO. p.93.11Trucksess, M.W., Stack, M.E., Allen, S., and Barrion, N. 1995. J. AOAC Int. 78:705-710.12Meister, U. 1999. Mycotoxin Res. 15:13-23.13Schneider, E., Usleber, E., and Märtlbauer, E. 1995. J. Agric. Food Chem. 43:2548-2552. 14Meredith, F.I., Riley, R.T., Bacon, C.W., Williams, D.E., and Carlson, D.B. 1998. J. Food

Prot. 61:1034-1038.15Castello, M.M., Katta, S.K., Sumner, S.S., Hanna, M.A., and Bullerman, L.B. 1998. J. Food

Sci. 63:696-698.16Akiyama, H., Miyahara, M., Toyoda, M., and Saito, Y. 1996. Shokuhin Eiseigaku Zasshi

37:54-58.17Wolf-Hall, C.E., Hanna, M.A., and Bullerman, L.B. 1999. J. Food Prot. 62:962-964.18Voss, K.A., Poling, S.M., Meredith, F.I., Bacon, C.W., and Saunders, D.S. 2001. J. Agric.

Food Chem. 49:3120-3126.19De Girolamo, A., Solfrizzo, M., and Visconti, A. 2001. J. Food Prot. 64:701-705.20Castello, M.M., Sumner, S.S., and Bullerman, L.B. 1998. J. Food Prot. 61:1030-1033.21Pallaroni, L., von Holst, C., and Anklam, E. 2001. Abstr. 23. Mykotoxin Workshop, May 28-

30, 2001, Vienna, Austria. p. 23.22Meister, U., Symmank, H., and Dahlke, H. 1996. Z. Lebensm. Unters. Forsch. 203:528-523.23Garthwaite, I., Shearer, S.S., and Towers, N. 1994. Food Agric. Immunol. 6:235-239.24Sydenham, E.W., Shephard, G.S., Thiel, P.G., Bird, C., and Miller, B.M. 1996. J. Agric. Food

Chem. 44:159-164.25Scott, P.M., Yeung, J.M., Lawrence, G.A., and Prelusky, D.B. 1997. Food Addit. Contam. 14:

445-450.

15


Situation de la fusariose de l’épi en Alberta

T.K. TurkingtonCentre de recherches de Lacombe, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Lacombe (Alberta)

ContexteChaque année, les producteurs d’orge et de blé d’Alberta subissent les effets de maladiesfoliaires et racinaires qui, sauf dans le cas des rouilles, causent des problèmes semblables auxproducteurs de Saskatchewan et du Manitoba. La fusariose de l’épi, causée par un champignon,est maintenant la maladie qui nuit le plus à la production céréalière au Manitoba, dans l’est de laSaskatchewan et dans le Midwest américain. Le champignon responsable de cette maladie esthabituellement le Fusarium graminearum. En ce moment, la fusariose de l’épi due à cetorganisme ne constitue pas encore une maladie destructive en Alberta, mais les inquiétudes dela communauté agricole de cette province ont augmenté de façon dramatique au cours desdernières années. Les pathologistes et les spécialistes des céréales et des oléagineux ont présentédes exposés sur cette question aux producteurs assistant à des réunions de vulgarisation. Del’information a également circulé sous forme de fiches techniques, de bulletins dans les médiaset de sites web. Le problème a également été traité de manière approfondie dans plusieurspériodiques agricoles, dont Alberta Crops and Beef, Barley Country (publié par l’Alberta BarleyCommission), Country Guide, Grainews, Top Crop Manager, Western Grains ResearchFoundation Industry Reports et The Western Producer. Enfin, d’importantes campagnes depublicité ont été menées à l’automne 2000 et au printemps 2001 à l’égard de traitementsdestinés à protéger les semences contre le F. graminearum.

Situation actuelle en AlbertaEn Alberta, le F. graminearum a été détecté dans quelques champs de blé irrigués en 1989(Clear et Patrick, 2001). En 1994, des enquêtes menées par la Commission canadienne desgrains ont révélé la présence du champignon dans les graines provenant d’un seul champ, nonirrigué. Les années suivantes, les enquêtes sur les récoltes menées par la CCG ont permis dedétecter des traces de F. graminearum dans des échantillons de blé provenant de 10, 8, 14, 70,36 et 39 localités pour chacune des années 1995, 1996, 1997, 1998, 1999 et 2000,respectivement (Clear et Patrick, 2000 et 2001). En 1998, la plupart de ces champs étaient deschamps irrigués situés dans les districts agricoles 1 et 2, mais des traces du champignon ont ététrouvées dans d’autres parties du territoire albertain, depuis le centre de la province jusqu’à larégion de la rivière de la Paix. En ce moment, en Alberta, les espèces de Fusarium les plussouvent détectées dans le grain récolté sont le F. avenaceum et le F. culmorum.

En 1995, 1996 et 1997, des enquêtes sur les semences ont été menées par le personneld’Agriculture et Agroalimentaire Canada et de la Commission canadienne des grains ainsi quepar le personnel de vulgarisation provincial de diverses régions d’Alberta. Les résultats de cesenquêtes ont révélé l’absence de F. graminearum dans les échantillons d’orge et de blé quiavaient été prélevés. Cependant, on a détecté des taux significatifs d’autres pathogènes, dont les

16

agents de la rayure réticulée et de la tache septorienne. Récemment, le gouvernement del’Alberta a lancé un programme de financement de l’analyse des grains visant principalementles semences destinées à la campagne de 2001. Sur les 483 échantillons prélevés de mars audébut juin 2001, environ 469 ne renfermaient aucune quantité détectable de F. graminearum.Seulement des traces du champignon ont été détectées dans les 14 échantillons restants, dont 4étaient constitués de grains de provende produits à l’extérieur de la province.

Au cours des étés 1999, 2000 et 2001, des essais coopératifs ont été menés dans des champs deblé de diverses localités albertaines par les fonctionnaires d’Agriculture et AgroalimentaireCanada (Lacombe et Lethbridge) et du ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et duDéveloppement rural de l’Alberta (Edmonton et Beaverlodge) ainsi que par des spécialistes descéréales et oléagineux de toute la province. Le projet portait essentiellement sur le territoires’étendant depuis Barrhead vers l’est jusqu’à Provost et vers le sud jusqu’à Vauxhall et Taber.Des champs ont également été examinés dans la région de rivière de la Paix, du côté albertain.Plus de 100 champs de blé ont été examinés en 1999, 80 en 2000 et au moins 149 en 2001, etaucun symptôme de fusariose n’a été remarqué dans la plupart des récoltes. Cependant, dans unpetit nombre de champs, on a observé à l’occasion un épi de blé présentant des symptômestypiques de fusariose. Une analyse des épis présentant de tels symptômes n’a permis de détecteraucune trace de F. graminearum en 1999, et le pathogène a été détecté dans un seul épi,provenant d’un champ du sud de l’Alberta, en 2000. Une évaluation préliminaire deséchantillons prélevés en 2001 est en cours, et aucun F. graminearum n’a encore été détecté.Jusqu’à présent, les symptômes de fusariose observés dans les échantillons de blé d’Albertaétaient principalement causés par d’autres espèces de Fusarium, dont le F. avenaceum et leF. culmorum.

On peut se demander quels facteurs environnementaux peuvent expliquer les différencesobservées entre les provinces. Le facteur le plus évident, notamment dans le cas du centre et dunord de l’Alberta, a trait à la température. En juillet, dans ces régions, la température moyennequotidienne est souvent plus basse de 3 ou 4 oC par rapport aux localités manitobaines(tableau 1). Dans le sud de l’Alberta, les températures de juillet sont très semblables à cellesmesurées au Manitoba. Cependant, par rapport aux localités de l’est de la Saskatchewan, où leF. graminearum est de plus en plus commun, et aux secteurs manitobains autres que la vallée dela Rouge, les localités albertaines peuvent présenter des températures moyennes de juillet plusbasses pouvant atteindre 3 oC. Les différences d’humidité relative et de pluviosité à long termeentre l’Alberta et le Manitoba suivent une tendance inverse (tableau 1). Par rapport aux localitésmanitobaines, la plupart des localités du centre et du nord de l’Alberta connaissent desprécipitations totales, un nombre de jours avec précipitations et un taux d’humidité relative dejuillet qui sont semblables ou plus élevés. En 1993, chez les céréales du Manitoba, des tauxappréciables d’infection par le F. graminearum ont été causés par les précipitations plus élevéesque la normale, en juillet, alors que les températures moyennes étaient de 2 à 3 oC plus bassesque la normale. On ne sait pas encore avec certitude si les conditions environnementales del’Alberta sont suffisamment différentes de celles de l’est des Prairies, où le F. graminearum estétabli, pour empêcher que ce pathogène ne deviennent un problème plus grave.

17

Les producteurs d’Alberta savent qu’une lutte constante est menée au Manitoba contre lafusariose de l’épi et que cette maladie gagne en importance dans l’est de la Saskatchewan, et ilscraignent que la question ne devienne également préoccupante en Alberta. On ne peut pasencore prédire avec certitude si la fusariose due au F. graminearum deviendra un jour unproblème dans cette province. Cependant, étant donné l’impact potentiel de cette maladie, il estessentiel que les producteurs albertains soient à tout le moins bien informés sur la maladie et surles mesures de lutte permettant de la maîtriser. Grâce à cette information, l’industrie céréalièrealbertaine demeurera capable de réduire au minimum l’impact éventuel de la maladie jusqu’à cequ’on connaisse mieux le risque qu’elle présente à l’échelle de la province et que des variétés decéréales plus résistantes soient disponibles.

18

Tableau 1. Données à long terme sur la température moyenne quotidienne, les précipitations totales, lenombre de jours avec précipitations mesurables et le taux moyen d’humidité relative, à 15 h, en juillet, pourdiverses localités du Manitoba, de l’est de la Saskatchewan et d’Alberta.

JuilletProvince etlocalité†

Températuremoyenne

(oC)

Précipitationstotales(mm)

Nombre de joursavec précipitations

Humidité relativemoyenne

(%)Manitoba

Brandon 19,2 71,6 10 -Dauphin 18,6 69,3 11 53Morden 20,4 70,3 12 -Portage la Prairie 19,8 76,9 11 52Winnipeg 19,8 72 11 52

SaskatchewanEstevan 20,1 61,1 9 44Yorkton 18,2 64,2 12 49

AlbertaEdmonton 16 101 14 54Grande Prairie 16 67,9 13 48Lethbridge 18,1 39,8 8 -Medicine Hat 19,8 40,9 9 35Peace River 15,9 61,7 12 50Red Deer 15,8 88 14 51Vègreville 16,2 83,2 13 -Vermilion 16,5 78,5 13 53

† Données tirées des Normales climatiques canadiennes d’Environnement Canada :http://www.msc-smc.ec.gc.ca/climate/climate_normals/index_f.cfm

19


Le plan albertain d’intervention contre la fusariose

I. EvansAgronomy Unit, Alberta Agriculture, Food and Rural Development, Edmonton (Alberta)[email protected]

Le Plan d’intervention contre la fusariose (FHB Response Plan) de l’Alberta est le fruit d’unecollaboration entre le gouvernement, les commissions et les producteurs de céréales et vise àfournir des conseils et à proposer des stratégies à l’égard de la menace que constitue leF. graminearum en Alberta. Le plan est actuellement axé sur l’autodiscipline, l’éducation, deséléments de réglementation et des recherches visant à obtenir des moyens de lutte efficaces.L’objectif est de garder les régions non infestées exemptes de maladie et de lutter contre lamaladie dans les quelques secteurs où le F. graminearum est présent à l’état de traces. LeF. graminearum, agent de la maladie, figure maintenant sur la liste des organismes nuisibles auxtermes de l’Alberta Agricultural Pests Act.

Méthodes de lutte recommandéesTerres non infestées (où le F. graminearum n’a pas été détecté) :• Ne pas utiliser de semences provenant de régions que l’on sait infestées par le

F. graminearum.• S’assurer que les semences achetées ont été testées par un laboratoire accrédité et sont

accompagnées d’un certificat indiquant que des analyses ont confirmé l’absence deF. graminearum.

• Comme mesure de précaution, traiter tous les grains destinés à servir de semences avec unfongicide recommandé.

• Prévoir dans la rotation au moins deux années entre les cultures de céréales, et éviter desemer du maïs durant ces deux années, car cette espèce est également hôte de la maladie.

• S’assurer que les cultures de rotation et les jachères sont exemptes de mauvaises herbes dela famille des graminées et de sujets spontanés de céréales.

Les céréales se classent ainsi en ordre décroissant de sensibilité à la fusariose de l’épi : blé dur,blé de printemps des Prairies canadiennes (CPSW), blé roux vitreux de printemps (HRSW),orge, avoine.

Terres infestées (où la présence du F. graminearum a été confirmée) :• Ne pas utiliser ou vendre comme semences les grains provenant de terres infestées.• Nettoyer les machines de tout résidu de culture avant de les déplacer vers des champs non

infestés.• Enfouir les résidus de céréales, de préférence dès l’automne.• Au cours des deux années suivant une récolte :

S ne pas semer de céréales ni de maïs dans les champs infestés et dans les champsadjacents;

S travailler le sol à faible profondeur, ou semer sans travail du sol, afin d’éviter de

20

ramener à la surface des résidus de récolte infestés;S cultiver des espèces non hôtes, comme le canola, la luzerne, le trèfle ou les

légumineuses à grains;S lutter contre les sujets spontanés de céréales ainsi que les mauvaises herbes de la

famille des graminées, dans les champs infestés, y compris les tournières.• Pour les cycles suivants de la rotation, utiliser des semences traitées et exemptes de maladie

et éviter d’acheter des semences provenant de régions que l’on sait infestées par leF. graminearum.

Producteurs, marchands et nettoyeurs de semencesEn plus de suivre les mesures qui précèdent, les établissements de nettoyage des semencesdoivent prendre des précautions pour éviter la contamination croisée des lots. Comme lacontamination croisée risque de survenir malgré ces précautions, toutes les céréales nettoyées etdestinées à servir de semences doivent être traitées avec un fongicide recommandé.

Exploitants de parcs d’engraissementLes exploitants de parcs d’engraissement doivent éviter d’acheter des grains de provende quiproviennent de régions que l’on sait infestées par le F. graminearum. Si des grains sontrenversés, il faut éviter de les rejeter directement dans les champs cultivés; il vaut mieux leséliminer en les donnant comme nourriture aux animaux, en les compostant, ou en lesenfouissant.

RéférencesClear, R.M., and S.K. Patrick. 2000. Fusarium head blight pathogens isolated from fusarium-

damaged kernels of wheat in western Canada, 1993 to 1998. Can. J. Plant Pathol. 22:51-60.Clear, R.M., et S.K. Patrick. 2001. La fusariose au Canada. Commission canadienne des grains,

Winnipeg (Manitoba). http://www.ccg.ca/pubs/fusarium/fusarium-f.htm

21


Effet du traitement à la chaleur sèche sur le Fusarium graminearum présent dans lesgraines

R.M. Clear1, S.K. Patrick1, T.K. Turkington2 et R. Wallis1

1Laboratoire de recherches sur les grains, Commission canadienne des grains, Winnipeg(Manitoba)2Centre de recherches de Lacombe, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Lacombe (Alberta)

RésuméDes échantillons de blé et d’orge infectés par le Fusarium graminearum ont été chauffés à 50,60, 70 et 80 °C dans une étuve à séchage pendant des périodes pouvant atteindre 24 jours. Pourdéterminer les taux d’infection des graines traitées, nous les avons déposées sur de la gélosedextrosée à la pomme de terre; pour évaluer leur viabilité, nous les avons placées sur du papierfiltre humide. Le taux d’infection initial était de 23 % pour le blé et de 84 % pour l’orge. LeFusarium graminearum a été éliminé des graines de blé après 15 jours à 60 °C, 5 jours à 70 °Cet 2 jours à 80 °C. Le F. graminearum a été éliminé des graines d’orge après 21 jours à 60 °C,9 jours à 70 °C et 5 jours à 80 °C. Chez le blé, les températures et les temps de traitementsuffisants pour éradiquer le F. graminearum n’ont pas entravé la faculté germinative desgraines, mais pour l’orge on a observé une légère diminution dans la viabilité des graineschauffées à 80 °C. Le traitement thermique est recommandé comme moyen de lutter contre lapropagation du F. graminearum par les semences au pays et à l’échelle internationale.

IntroductionIl y a longtemps que le traitement thermique est reconnu comme moyen efficace d’éliminer lespathogènes transmis par les semences (Agarwal et Sinclair, 1987). Ce traitement peut se faire àl’eau chaude, à l’air chaud, à la chaleur solaire, à la vapeur aérée ou par rayonnement thermique(Agarwal et Sinclair, 1987). La chaleur sèche est efficace contre certains virus (Soenartiningsihet al., 1996), bactéries (Grondeau et Samson, 1994), champignons (Takano et al., 1985) etnématodes (Tenente et al., 1999) portés par les semences. De plus, la chaleur sèche peut tuer lesgraines de mauvaises herbes (Staker, 1925) ainsi que les insectes présents dans les graines(Eman, 1992; Czerniakowski, 1993). Les études ont démontré que la tolérance à la chaleur varieselon les graines et selon les organismes pathogènes (Takano et al., 1985; Gao, 1990;Temiesagdie et Takano, 1990). Il faut donc déterminer les conditions de traitement thermiqueefficaces pour chaque association de semence hôte et d’organisme pathogène.

Les Fusarium sont des éléments courants de la mycoflore des graines de blé (Triticum spp.) etd’orge (Hordeum vulgare L. emend. Bowden) à travers le monde, et on en trouve parfois destaux élevés dans les grains canadiens (Clear et al., 2000). Au cours des dernières décennies,dans l’Ouest canadien, le territoire touché par le Fusarium graminearum Schwabe, principalecause de fusariose de l’épi, s’est accru (Clear et Patrick, 2000). Cependant, on détecte rarementce champignon en Alberta et dans l’ouest de la Saskatchewan (Turkington et al., 1999; Clear etPatrick, 2000). En 1999, le gouvernement de l’Alberta plaçait le F. graminearum sur sa liste

22

d’organismes nuisibles à déclarer en vertu de l’Agricultural Pests Act et avisait les producteursde céréales d’utiliser des semences exemptes de ce champignon, dans l’espoir que cette mesurepermettra de retarder l’introduction du pathogène dans les champs où il est encore absent. Lapropagation de cet organisme à l’échelle internationale par l’intermédiaire de semences peutaussi présenter un risque à l’hybridation entre espèces et de transmission de biotypes duF. graminearum à destination et en provenance du Canada. Brasier et al. (1999) ont relevé dessignes d’hybridation entre espèces du genre Phytophthora, et, selon eux, le risque est maximallorsque des taxons étroitement apparentés, mais isolés sur le plan géographique, entrent encontact dans une même niche.

O’Donnell et al. (2000) ont identifié sept lignages biogéographiques du F. graminearum àtravers le monde, dont un seul se rencontre aux États-Unis. Une méthode, qui permettrait à lafois d’éradiquer ce champignon ainsi que d’autres pathogènes des semences et de maintenir lafaculté germinative des graines, éliminerait le risque de transmission de ces organismes entre lesrégions et les pays par les semences. Certains procédés ont permis d’éliminer le F. graminearumdes semences. Ainsi, Kabeere et al. (1997) ont réussi à éradiquer ce champignon, de manièresécuritaire, des graines de maïs dont la teneur en eau était de 10 %, après qu’elles aient étéconservées à 30 °C pendant 9 mois, ou de 14 %, après qu’elles aient été conservées à 25 °Cpendant 6 mois. Mais, côté pratique, il faudrait une méthode plus rapide. L’objet de la présenteétude était de déterminer si le traitement à des températures élevées permettrait d’éliminerrapidement des pathogènes portés par les semences sans trop nuire à la viabilité de cesdernières.

Matériel et méthode Au printemps 2001, un échantillon composite de blé roux de printemps de l’Ouest canadien(CWRS) constitué d’une moyenne de 2,6 % de grains fusariés (RS) et un échantillon d’orgeRobust (à six rangs) cultivé au nord de Winnipeg, au Manitoba (B) ont été prélevés des récoltesde l’année 2000. Des sous-échantillons ont été placés dans des boîtes de Pétri ouvertes(200 graines par boîte) et chauffés dans une étuve à air forcé pour des périodes pouvantatteindre 24 jours à 50, 60, 70 et 80 °C. Après le traitement par la chaleur, les échantillons ontété conservés dans des sacs en plastique à 4 °C pour des périodes pouvant atteindre 4 semaines.Pour mesurer les taux d’infection par le Fusarium graminearum, nous avons placé 100 graines,qui n’avaient pas été désinfectées en surface, sur de la gélose dextrosée à la pomme de terre (àraison de 10 graines par boîte de Pétri de 9,0 cm de diamètre), puis nous avons incubé les boîtesà 23 °C pendant 5 jours (graines non traitées et graines traitées à 50 °C) ou 7 jours (grainestraitées à 60, 70 et 80 °C) sous un éclairage UV et fluorescent. Toutes les boîtes de Pétri ont étéexaminées après 5 jours, et celles contenant des graines traitées à 60, 70 ou 80 °C ont étéréexaminées après 7 jours. Il a fallu prolonger l’incubation de ces boîtes à cause de la croissanceplus lente du champignon.

Pour déterminer la faculté germinative, nous avons déposé 100 graines de chaque échantillonsur du papier filtre Whatman no 3 (à raison de 50 graines par boîte de Pétri en plastique de 15 cmde diamètre) imprégné de 10 mL d’eau stérile, puis nous avons incubé les boîtes à 23 °Cpendant 7 jours. Pour maintenir un taux d’humidité élevé, nous avons placé les boîtes de

23

germination dans des sacs en plastique transparent sans les empiler (à raison de 6 boîtes par sac)avec un petit bécher d’eau. Les plantules étaient considérées comme normales si ellessatisfaisaient aux exigences de l’Agence canadienne de l’inspection des aliments (Anonyme,1997). La teneur en eau initiale du blé et de l’orge était de 13,5 % et 13,0 % respectivement.Pour mesurer la perte d’humidité lors du traitement thermique à 50 et 70 °C, nous avons chauffé35 g de RS (blé CWRS) dans des boîtes de Pétri ouvertes. Dès leur sortie de l’étuve, leséchantillons ont été placés dans des sacs en plastique scellés à chaud jusqu’à ce que l’on mesureleur teneur en eau avec la méthode de l’American Association of Cereal Chemists (Anonyme,1981).

Résultats et discussion Le traitement thermique à 50 °C pendant 14 jours a permis de diminuer le taux deF. graminearum mais non d’éradiquer le champignon (tableau 1). Le traitement thermique àtempérature plus élevée s’est avéré plus efficace, et on a observé une diminution marquée del’incidence du F. graminearum après 2 jours (tableau 1). Le Fusarium graminearum a étééradiqué des graines de blé après 15 jours à 60 °C, 5 jours à 70 °C et 2 jours à 80 °C. LeF. graminearum a été éradiqué de l’orge après 21 jours à 60 °C, 9 jours à 70 °C et 5 jours à80 °C. La faculté de germination du blé est demeurée sensiblement la même après lestraitements comportant des températures et des temps suffisants pour éradiquer leF. graminearum, mais chez l’orge chauffée à 80 °C on a noté une légère diminution de laviabilité des graines (tableau 2). Dans les échantillons chauffés, l’apparition du cotylédon et desracines a été retardée d’un jour environ comparativement aux échantillons non chauffés, peut-être à cause du temps supplémentaire qu’il faut à des graines très sèches pour imbibersuffisamment d’eau. La teneur en eau des graines chauffées a connu une diminution marquée audébut de l’essai, mais, par la suite, la diminution a été plus lente (tableau 3).

La présente étude a permis de démontrer que le traitement à la chaleur sèche constitue un moyenefficace pour éradiquer le F. graminearum des semences de blé et d’orge. L’élimination duF. graminearum des semences diminue les risques de propagation de lignages biogéographiquesdu F. graminearum à l’intérieur du pays et à l’échelle internationale. Elle permet aussi d’offriraux producteurs des semences exemptes de ce pathogène et à ceux qui pratiquent l’agriculturebiologique, un moyen de lutter contre le F. graminearum dans les semences. Le traitementthermique peut aussi éliminer les infestations d’insectes et réduire, voire éradiquer, un certainnombre de bactéries, virus et nématodes présents à la surface ou encore à l’intérieur des graines.Il faut poursuivre les recherches pour déterminer l’effet de ce traitement sur la levée et ledéveloppement des plantes dans les conditions qui prévalent au champ. Si, avec les semencestraitées, on obtient des résultats satisfaisant à certaines normes, le traitement thermique devraitêtre considéré comme un traitement régulier pour le matériel génétique de céréales dans le cadredes programmes internationaux. Une telle mesure a déjà été proposée et adoptée dans certainspays pour d’autres hôtes et pathogènes (Zeigler et Alvarez, 1986; Mathur et Neergaard, 1987).

Remerciements Les auteurs remercient Josie Dion pour son aide technique.

24

RéférencesAgarwal, V.K., and Sinclair, J.B. eds.1987. Principles of seed pathology. Volume 2. CRC Press,

Inc. Boca Raton, FL.Anonyme. 1981. Moisture - Air-Oven Method 44-15A. AACC Method.Anonyme. 1997. Méthodes et procédés canadiens d’essai des semences. Division des services

de laboratoire, Agence canadienne d'inspection des aliments, Ottawa, ON. PublicationACIA-0018F. v + 126 pages.

Brasier, C.M., Cooke, D.E.L., and Duncan, J.M. 1999. Origin of a new Phytophthora pathogen through interspecific hybridization. Proc. Natl. Acad. Sci. 96:5878-5883.

Clear, R.M., and Patrick, S.K. 2000. Fusarium head blight pathogens isolated from fusarium-damaged kernels of wheat in western Canada, 1993 to 1998. Can. J. Plant Pathol. 22:51-60

Clear, R.M., Patrick, S.K., and Gaba, D. 2000. Prevalence of fungi and fusariotoxins on barley seed from western Canada, 1995 to 1997. Can. J. Plant Pathol. 22: 44-50.

Czerniakowski, Z. 1993. Stored seed-grain protection by hot air stream. Zesz. Probl.Postepow Nauki Rolniczych 399:29-30.

Eman, M.D. 1992. Heat treatment for the control of corn weevil (Sitophilus zeamais) Motsch in stored corn. MSc. Thesis, Philippines Univ., Los Banos College, Laguna, Philippines.

Gao, W. H. 1990. Effect of different treatments on the disinfection of the seed-borne virus TMVin tomato and pepper. Virol. Sin. 5(4):419-422.

Grondeau, C., and Samson, R. 1994. A review of thermotherapy to free plant materials from pathogens, especially seeds from bacteria. Crit. Rev. Plant Sci. 13(1):57-75.

Kabeere, F., Hill, M.J., and Hampton, J.G. 1997. Effect of maize seed storage conditions on the survival of Fusarium spp. Seed Sci. Technol. 25:329-332.

Mathur, S.B., and Neergaard, P. (eds.).1987. Testing and production of healthy germplasm.Tech. Bull. Dan. Gov. Inst. Seed Pathol. Developing Countries. Copenhagen, Denmark.

O'Donnell, K., Kistler, H.C., Tacke, B.K., and Casper, H.H. 2000. Gene genealogies revealglobal phylogeographic structure and reproductive isolation among lineages of Fusariumgraminearum, the fungus causing wheat scab. Proc. Natl. Acad. Sci. 97 (14):7905-7910.

Soenartiningsih, Rahamma, S., Saenong, S., and Hasanuddin, A. 1996. Suppressing PStVinfection on groundnut seed by heating correlated with water content. Pages 219-225 inProc. seminar and tenth Annu. Meet. Indonesian Entomol. Assoc., branch of UjungPandang, Indonesian Phytopathol. Assoc. regional secretariat of South Sulawesi,Indonesian Plant Protection Assoc., regional secretariat of South Sulawesi, 1996, Maros,Indonesia.

Staker, E.V. 1925. The effect of dry heat on alfalfa seed and its adulterants. Agron-J. Madison, Wis. Am. Soc. Agron. 17(1):32-40.

Takano, T., Takayama, M., and Hagiwara, J. 1985. The disinfecting effectiveness of dry heat on3 species of seed-borne pathogens of quarantine significance. Res. Bull. Plant ProtectionService Jpn. 21:1-9.

Temiesagdie, P., and Takano, T. 1990. Heat resistance of the tropical vegetable seeds [enThaïlande]. Scientific Reports Faculty of Agriculture, Meijo University (Jpn.). 26:7-16.

Tenente, R.C.V., Gonzaga, V., Pinheiro, F.P., Tarchetti, P., and Rodrigues, V. 1999. Techniquesto eradicate plant parasitic nematodes from infested maize, oat, and rice seeds.Nematropica 29(1):17-24.

25

Turkington, T.K., Clear, R.M., Burnett, P.A., and Xi, K. 1999. Seed-borne cereal diseasesurvey, Alberta 1995-1997. Page 124 in Compte rendu du Colloque canadien sur lafusariose, 28-30 nov. 1999, Winnipeg (Manitoba). Commission canadienne des grains,Winnipeg (Manitoba) (Résumé).

Zeigler, R.S. and Alvarez, E. 1986. Bacterial sheath brown rot (BSBR) in Latin America. Int.Rice Res. Newsl. (Philippines) 11(5):15-16.

26

Tableau 1. Pourcentage de graines infectées par le Fusarium graminearum après untraitement thermique pouvant atteindre 24 jours.

Échantillon °C Jours0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 21 24

RS 50 23 23 22 22 23 17 26 23 22 18 12 20 13 12 760 23 5 13 12 2 1 0 070 23 25 6 5 3 0 0 0 0 0 080 23 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0

B 50 84 87 84 87 64 77 79 77 77 71 6960 84 63 56 46 10 12 1 1 0 070 84 83 55 34 32 12 13 4 1 0 080 84 28 1 0 1 0 0 0 0 0 0

*RS - échantillon composite de blé CWRS prélevé en silo, avec un taux moyen d’infectionfusarienne de 2,6 % ; B - échantillon d’orge Robust cultivée au Manitoba.

Tableau 2. Pourcentage de graines germant normalement après un traitement thermiquepouvant atteindre 24 jours.

Échantillon °C Jours0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 21 24

RS 50 90 78 87 83 80 95 75 88 89 91 86 83 94 89 8160 90 82 95 93 92 88 88 92 91 9070 90 90 87 87 83 90 90 87 85 89 8780 90 86 90 89 85 90 86 84 86 89 85

B 50 75 76 69 75 75 73 71 73 86 91 8060 75 72 83 78 84 78 74 69 72 7670 75 65 68 83 81 78 81 82 88 83 7780 75 65 58 60 62 61 67 55 63 49 41

*RS - échantillon composite de blé CWRS prélevé en silo, avec un taux moyen d’infectionfusarienne de 2,6 % ; B - échantillon d’orge Robust cultivée au Manitoba.

Tableau 3. Teneur en eau des semences après un traitement thermique à 50 ou 70 °C pourdes périodes pouvant atteindre 14 jours.

Échantillon °C Jours0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

RS 50 13,5 6,78 6,06 5,14 4,88 4,82 4,7 4,61 ---- ---- ---- ---- ---- ---- 4,4370 13,5 4,83 3,79 3,4 2,94 2,75 2,5 2,66 ---- ---- 2,58

*RS - échantillon composite de blé CWRS prélevé en silo, avec un taux moyen d’infection

27

fusarienne de 2,6 %.

28

CCF/CWFHB : Session 2 - Toxicologie, qualité du grain et impact sur l’industrieAFFICHES

P2-1 Production de moniliformine par les isolats de Fusarium avenaceum de l’Ouestcanadien, en culture et au champR.M. Clear, D. Abramson et B. McCallum

P2-2 Répartition de l’orge, du maïs, de l’avoine et du blé contaminés par ledésoxynivalénol, dans l’est du Canada, de 1991 à 1998B. Vigier, T.M. Choo, H. Campbell et L. Underhill

29

P2-1. Production de moniliformine par les isolats de Fusarium avenaceum de l’Ouestcanadien, en culture et au champ

R.M. Clear1, D. Abramson2 et B. McCallum2 1Laboratoire de recherches sur les grains, Commission canadienne des grains, Winnipeg(Manitoba).2Centre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Winnipeg(Manitoba).RésuméNous avons obtenu des isolats de Fusarium avenaceum à partir de grains de blé fusariésprovenant de divers districts agricoles du Manitoba, de Saskatchewan et d’Alberta. Les isolatsétaient presque tous toxigènes en culture sur riz, puisque 40 des 42 isolats ont produit entre 1,3 et138,1 ppm de moniliformine. Dans le cadre d’essais au champ, nous avons inoculé des isolatstoxigènes à 4 cultivars d’orge, pendant 3 années, et nous avons constaté dans environ la moitiédes parcelles la production de 0,06 à 1,62 ppm de moniliformine. Les années où les conditionsfavorisent la croissance du F. avenaceum, l’orge tend à renfermer de la moniliformine. Chez lesoiseaux, le seuil de toxicité orale de cette substance est d’environ 4 mg/kg.

30

P2-2. Répartition de l’orge, du maïs, de l’avoine et du blé contaminés par ledésoxynivalénol, dans l’est du Canada, de 1991 à 1998

B. Vigier1, T.-M. Choo1, H. Campbell2 et L. Underhill2

1Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ontario)2Section des aliments du bétail, Agence canadienne d’inspection des aliments, Ottawa (Ontario)

Dans le cadre du Progamme national d’inspection des aliments du bétail, l’Agence canadienned’inspection des aliments effectue chaque année, dans tout le pays, des relevés visant à détecterla présence éventuelle de mycotoxines dans les échantillons de grain. Chaque échantillon estconstitué de 5 kg de grain prélevé par un inspecteur à la ferme, à la provenderie ou au silo. Nousprésentons ici les résultats obtenus en ce qui concerne le désoxynivalénol (DON), dans l’est duCanada, pendant une période de huit années. Les échantillons d’orge, de maïs, d’avoine et de bléont été identifiés quant à leur comté de provenance, mais les résultats ont été compilés par régionagricole.

C’est chez le maïs que nous avons relevé la plus forte proportion (90 %) d’échantillonscontaminés par le DON (au moins 0,1 mg.kg-1). Cette proportion était de 82 % chez le blé (blé deprintemps et blé d’hiver), de 73 % chez l’orge et de 48 % chez l’avoine. D’autres mycotoxines,comme les fumonisines B et la zéaralénone, ont également été détectées. Ces données récentesrévèlent en outre que jusqu’à 7 mycotoxines peuvent être présentes chez le maïs et l’orge; ce sontla zéaralénone, les toxines T-2 et HT-2, l’ochratoxine A, le nivalénol, les fumonisines B et leDON.

Provinces de l’AtlantiqueLes plus fortes concentrations moyennes de DON ont été relevées chez le blé contaminé produiten Nouvelle-Écosse (3,4 mg.kg-1) et au Nouveau-Brunswick (2,5 mg.kg-1). Les échantillonsd’orge de ces deux provinces étaient exempts de DON, mais la concentration de DON était del’ordre de 0,6 mg.kg-1 chez l’orge produite à l’Île-du-Prince-Édouard. Dans le cas du maïs, il yavait peu d’échantillons contaminés, mais ceux-ci étaient répartis dans les quatre provinces, etles concentrations de DON les plus élevées s’observaient en Nouvelle-Écosse et à Terre-Neuve.

OntarioNous avons relevé une concentration moyenne de DON de 0,6 mg.kg-1 dans les échantillons demaïs de l’ensemble de la province, les concentrations les plus fortes s’observant dans le centre(0,9 mg.kg-1) et le sud (0,8 mg.kg-1). Parmi les quatre espèces étudiées, ce sont les échantillonscontaminés de blé qui renfermaient le plus de DON (1,1 mg.kg-1). Un pic prononcé s’observaitdans le sud de la province (2,4 mg.kg-1), chez 8 des 9 échantillons prélevés. Le taux decontamination de l’orge atteignait en Ontario 72 %, la plus forte concentration de DONs’observant dans le sud de la province (1,4 mg.kg-1), suivi de l’est (0,8 mg.kg-1) et de l’ouest(0,7 mg.kg-1). La contamination de l’avoine était à peu près uniforme dans la province; 82 % deséchantillons étaient atteints, et ces échantillons renfermaient en moyenne 0,4 mg.kg-1 de DON.

31

QuébecLa proportion d’échantillons de maïs contaminés par le DON et la concentration de DONprésente dans ces échantillons étaient à peu près les mêmes au Québec et en Ontario. Au Québec,c’est dans la région Montérégie-Saint-Hyacinthe que la concentration semblait la plus élevée(0,8 mg.kg-1), alors que la moyenne était de 0,5 mg.kg-1 dans les autres régions. Le nombred’échantillons de blé contaminés par le DON était également à peu près le même dans les deuxprovinces, mais les échantillons infectés renfermaient plus de DON (2,0 mg.kg-1) au Québecqu’en Ontario. Dans le cas de l’orge, le taux de contamination des échantillons atteignait 77 %,et les concentrations de DON étaient plus de deux fois plus élevées qu’en Ontario. Lesconcentrations les plus élevées (égales ou supérieures à 2 mg.kg-1) ont été relevées dans lesrégions Montérégie-Saint-Hyacinthe, Mauricie, Lanaudière-Joliette et Côte-Sud. Les échantillonsles moins infectés étaient ceux provenant de la sous-région Côte-Nord. Dans le cas de l’avoine,le taux de contamination était plus de deux fois plus bas au Québec qu’en Ontario (37 % parrapport à 82 %).

Ces résultats montrent que la qualité du grain, en ce qui concerne la mycotoxine DON, est assezvariable dans les différentes régions agricoles de l’est du Canada, surtout dans le cas de l’orge etdu blé. La qualité de l’avoine semble meilleure au Québec et dans les provinces de l’Atlantiquequ’en Ontario. Parmi les quatre espèces, c’est le maïs qui comptait le plus grand nombred’échantillons contaminés, mais c’étaient les échantillons contaminés de maïs qui présentaient laplus faible concentration moyenne de DON, après ceux d’avoine.

Session 3Epidemiology, Pathology and Control Strategies

Shea MillerUse of a GFP-transformed strain of Fusarium graminearum to study infection in wheat and corn

Art SchaafsmaPredicting deoxynivalenol content in winter wheat using weather variables around heading

Gaetan BourgeoisEvaluating and implementing forecasting models for fusarium head blight in wheat and barley

Dave KaminskiProgress in epidemiology and forecasting: FHB risk forecasts in Manitoba

Dave KaminskiFungicide (Folicur) update: FHB management in Manitoba

Yves DionFungicide assays for control of fusarium head blight on barley and wheat in Quebec

Veldon SorensenFusarium head blight and the commercial wheat market

Dilantha FernandoBiological control of fusarium head blight of wheat and barley

Andy TekauzCultivar selection for integrated management of fusarium head blight

Myriam FernandezProgress in management of fusarium head blight in Saskatchewan

Richard MartinFusarium head blight in the Atlantic region, an overview of R&D.

Associated posters

2

CWFHB/CCF Session 3 - Epidemiology, Pathology and Control Strategies

Use of a GFP-transformed Strain of Fusarium Graminearum to Study Infection in Wheatand Corn

S.S. Miller, D. Chabot, T. Ouellet, L. Harris, L. Reid, and G. FedakEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

A strain of Fusarium graminearum, which has been transformed to constitutively express thegreen fluorescent protein (GFP) from jellyfish, has been used to study the infection process inwheat. Because the fungus is fluorescent, it can be visualized by fluorescence microscopy in oron fresh tissue, without prior staining.

Using plants of both a susceptible (Roblin) and a resistant (Sumai 3) cultivar, greenhouse-grownwheat plants at anthesis were point inoculated inside the lemma at mid-spike with a sporesuspension of GFP-Fusarium. Heads were harvested for microscopy at several points during thefirst 24 hours after inoculation, and subsequently at longer periods up to 21 days afterinoculation. Infected material was visualized as whole mounts, and in addition tissue was fixedand cryosectioned to examine the progress of the fungus within the wheat tissues. In both Roblinand Sumai 3, the hyphae were visible inside the floret at the point of inoculation by only a fewhours after inoculation. The fungus displayed a particular affinity for the pollen and anthers ofboth wheat varieties. Fungal growth was most prolific on the ovaries and stigmas of bothvarieties throughout the course of the infection. In general, only after the soft tissues of theovaries and stigmas were thoroughly infected, did the fungus begin to move into the rachis, andto the exterior of the floret. The fungus was able to spread along the spike both internally,through the rachis, and across the external surfaces of the rachis and florets. Although weobserved differences in the responses of the two wheat varieties to infection at the macroscopiclevel, we were unable to determine the cause of the differences microscopically. The fungusspread further, and was more damaging to the adjacent florets in Roblin than in Sumai 3.

In corn, we used immature ears of corn placed on water agar in large petri dishes, and inoculatedthe silks with a suspension of spores of the transformed fungus. Because the fungus isfluorescent, we were able to monitor the progress of infection on the same plate over time usingfluorescence microscopy. Germination of spores was observed by 4-6 hours after inoculation. Avariable period of “aimless” growth often followed, after which the fungus would grow in moreor less straight lines down the silk towards the cob, and ultimately infect the kernels on theimmature cob. The final step was infection of the cob itself.

3


Predicting Deoxynivalenol Content in Winter Wheat Using Weather Variables AroundHeading

D.C. Hooker, A.W. Schaafsma, and L. Tamburic-IlinicRidgetown College, University of Guelph, Guelph, ON.Corresponding author: [email protected]

AbstractA model is presented to predict deoxynivalenol (DON) levels in mature wheat grain usingweather variables around wheat head emergence (HE). Mature wheat grain was harvested byhand and analyzed for DON from 399 farm fields in southern Ontario, Canada, from 1996 to2000. An array of environmental conditions were assessed across these fields, which resulted inDON levels from 0 to over 29 µg g-1 in the mature wheat grain. The date of heading wasnormalized for each field, then daily rainfall, daily minimum and maximum air temperatures(Tmin and Tmax), and hourly relative humidity (Rh) were obtained for a 48-day period centeredaround HE. All weather data were converted to binary values using a pre-defined set of criteria;the values were then summed in 4-day intervals around HE. Stepwise regression procedureswere used to determine the most influential weather variables, and their timing, for DONaccumulation.

We found that the timing of weather most influential for DON accumulation occurred in threeperiods around heading, and that these periods were likely associated with inoculum productionand infection at anthesis. In Period One (4 to 7 days before HE), DON generally increased withthe number of rain days (>5 mm), and decreased with the number of days with air temperatures<10�C. In Period Two (3 to 6 days after HE), DON increased with the number of rain days (>3 mm) and decreased with number of days with temperatures exceeding 32�C. In Period Three(7 to 10 days after HE), DON increased with number of rain days >3mm. We did not findrelative humidity to influence DON in any period around heading. Using the summed binaryvalues for rainfall and temperature, an equation was developed for an early prediction of DONusing only the weather information before heading; 46% of the variability in DON was explainedby this equation. Two other equations were developed for predicting DON using weather datafrom all three periods; these equations would be used to assess the need for fungicide application.

Overall, 67% of the variation of DON was explained by using weather from all three criticalperiods around heading. The model gave the best predictions when low to moderate DON levelsoccurred; over 89% of the fields were predicted to contain <1.0 µg g-1. Predictions will beespecially useful to determine when not to spray a fungicide because of low DON potential. Thismodel has been used for two years in Ontario as a decision tool for fungicide application inwinter wheat. The forecast employs phenology outputs from a crop growth model and actualfield crop growth staging from variety performance sites to determine critical periods. As cropphenology progresses, actual weather, five day weather forecasts and 30-year normalized weatherare utilized to drive the forecast.

[email protected]

4


Evaluating and Implementing Forecasting Models for Fusarium Head Blight in Wheat andBarley

G. Bourgeois1, Y. Dion2, and S. Rioux3

1Horticulture Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Saint-Jean-sur-Richelieu, QC.2CÉROM Inc., Saint-Bruno-de-Montarville, QC. 3CÉROM Inc., Sainte-Foy, QC.

Despite the fact that Fusarium head blight seems to be an ideal disease to use a prediction systemfor the timing of fungicide applications, relatively little work has been done until recently. Therehave been two models developed for Fusarium head blight (FHB), one on wheat in Argentina andthe other on maize in Ontario, Canada.

The model from Argentina was developed using historical disease incidence and weather datasets. There were three years of data used for validation of the model. The data set containedmany different wheat cultivar but they were pooled for each year. The weather data wereexamined from 8 days before heading (Zadoks stage 55) for 32 days when the plants wereconsidered no longer susceptible. Several meteorological parameters were investigated includingdaily maximum and minimum temperatures, relative humidity (RH), and precipitation. Twomodels were selected (R2 > 85%) to be good predictors of Fusarium head blight incidence. However these modelsappear to be problematic because of the variables used. These variables seem to be very sitespecific and included such parameters as the number of two-day periods where the first day therewas rain (> 0.2 mm) and air RH of 81% and the second day with a RH of greater than 78%. There is also the practicality of collecting such complicated variables in a timely manner so to beable to inform producers that an application of fungicide would be effective.

The model developed in Ontario for the prediction of FHB in maize is unlikely to be applicablein wheat or barley. It considers the mode of entry into the ear, through the silk, insect damage orbird damage, as a major variable in the model. Such problems are not as common in wheat orbarley. It also aimed to predict which species of Fusarium was responsible.

In Manitoba, the provincial ministry of agriculture has established, with the aid of a group at theUniversity of Guelph, a website that gives the forecasted risks for southern Manitoba and easternSaskatchewan. The forecast takes into account the moisture conditions, the predictedtemperature, and predicted relative humidity conditions. It specifies that these predictions are forflowering wheat fields only and what rotations may elevate the inoculum potential. The group atthe University of Guelph has been investigating the correlation between weather phenomena suchas relative humidity, temperature and precipitation at the time of heading and the production ofmycotoxins. The mycotoxins are proposed to be a good indicator of latent infections.

5

The major objective of this project was to evaluate and implement forecasting models ofinfection risks by FHB in wheat and barley under the Quebec climatic conditions. Furthermore,since this pathogen infects cereal crops during specific phenological stages, another objectivewas to develop prediction models of these stages for important cultivars of wheat and barley inQuebec.

All experimental data during the summers of 2000 and 2001 were collected in official cultivartesting sites and in commercial wheat and barley fields. The research team of CÉROM of Saint-Bruno-de-Montarville and Sainte-Foy collected these data in the Montréal area and in the Québecarea, respectively. Starting close to the seeding date, the phenology of both crops were noted twotimes a week at each site using the Zadoks phenological scale. Weather data were also collectedas close as possible to each experimental site and they were all integrated in the CIPRA(Computer Centre for Agricultural Pest Forecasting) software developed at AAFC/CRDH inSaint-Jean-sur-Richelieu. All these data were used to develop phenological models, based on thedegree-days approach, for wheat and barley, and to predict the period of susceptibility to FHB forboth crops. Phenological models will be combined with a bioclimatic model expressing thefavorability of the environment for FHB infection.

For wheat in 2000, 78 data sets were obtained from official testing sites and 26 data sets wereobtained from commercial fields. Cultivars were Aquino, Blomidon, Brio and Voyageur. Ingeneral, the best predictions of phenological stages for all cultivars were obtained with the simplesine method with a base temperature of 0ºC starting at the seeding date. Data of the 2001 are stillin the process of analysis and interpretation.

For barley in 2000, 84 data sets were obtained from official testing sites and 34 data sets wereobtained from commercial fields. Cultivars were Béluga, Grant, Myriam and Nadia. In general,the best predictions of phenological stages for all cultivars were obtained with the simple sinemethod with a base temperature of 0ºC starting at the seeding date. Data of the 2001 are still inthe process of analysis and interpretation.

6


Progress in Epidemiology and Forecasting: FHB Risk Forecasts In Manitoba

D. KaminskiManitoba Agriculture and Food, Carman, MB.

Manitoba Agriculture and Food and an arm’s-length agency, ACE (Agrometeorological Centre ofExcellence), collaborate on a number of disease risk forecasting projects, one of which focuseson Fusarium Head Blight in HRS wheat. After three seasons with the forecast maps available tothe public via the internet, we are still engaged in attempts to ground truth by correlation withactual FHB incidence in commercial production. The collection of agronomic data, particularlyseeding date and use/timing of fungicide application, may add strength to the confidence growershave in using the risk forecast as a decision-making tool.

The forecast is based on weather data collected from a network of stations (about 50 in southernMB) and shows risk graphically on a regional basis. Growers still need to be keenly aware of thedevelopmental stages of their own fields. Furthermore, there are complicating factors in relatedcrops, such as durum and barley, that preclude the use of fungicides as an effective method ofcontrol.

7


Fungicide (Folicur) Update: FHB Management in Manitoba

D. KaminskiManitoba Agriculture and Food, Carman, MB.

Manitoba Agriculture and Food has been instrumental in the Emergency Use Registration ofFolicur (tebuconazole), the current product-of-choice among wheat growers in the northern greatplains. Growers have recently voiced a number of concerns relating to expectations for theproduct, cost, and alternatives. The label of a seed treatment with the same active, Raxil, warnsagainst repetitive use, citing the risk of resistance development.

The product-of-choice for foliar diseases of cereals in the Canadian Prairies is Tilt(propiconazole). While acknowledging an inferior level of control of FHB comparingpropiconazole with tebuconazole in research trials, Manitoba growers know that Tilt is registeredagainst FHB in North Dakota. Despite the lack of a Canadian registration for this use, andinfluenced by marketing strategies of the manufacturer, many see Tilt as a low-cost substitute forFHB management.

Growers are at a loss to explain the lack of control that occurs when disease-conduciveconditions persist from flowering through kernel development. Finally, they are frustrated thatthere are no registrations for the control of FHB in durum and barley, two crops whose acreagehas declined drastically in Manitoba over that past few years.

8


Fungicide Assays for Control of Fusarium Head Blight on Barley and Wheat In Quebec

Y. Dion1, N. Lanoie2, S. Rioux3, and M. Savard4 1CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville, QC.2Semico Inc., Sainte-Rosalie, QC.3CÉROM, Sainte-Foy, QC.4Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Fungicide tests for control of Fusarium Head Blight began in 1997 at CÉROM. The very firstessay was conducted under controlled moisture and inoculation conditions at St-Hyacinthe. Folicur was tested in spring wheat using two doses of 125 and 250 grammes of active ingredientand with or without the use of a surfactant (AGRAL). The Folicur treatments contributed tolower the infection and the DON content in grains. In a similar test with more fungicides in1998, we did not observe any advantage with the use of fungicides compared to the controltreatment. Bravo was used in two treatments, being sprayed at heading and anthesis or onlysprayed at anthesis (table 1). These experiments were realized to evaluate the potential offungicide to control the disease. We also conducted experiments where the infection was natural. The objective was to evaluate the effect of fungicide treatments on performance of spring wheat. We used two varieties in these experiments and results showed that reaction of varieties wassimilar to fungicide treatments.

In 1998, for spring wheat, some fungicide treatments contributed to a lower FHB index thancontrol treatment but we did not detect significant differences in DON content. A series ofexperiments on spring wheat and barley showed that fungicides contributed to yield increases. An increase of 18.8 % was observed for the best fungicide treatment tested on spring wheat in1998. Conditions were not favorable to Fusarium infection, consequently FHB index were low. Location showing the highest infection was tested for DON content in grain. Results showedthat, while DON content were very low, DON was significantly higher for control treatment(0.43 ppm) than for Folicur and Bravo fungicide treatments (0.28 and 0.19 ppm, respectively).

Results of experiments on barley also showed the benefits of fungicide treatments on yield, testweight, thousand kernel weight and foliar diseases (table 2).

9

Table 1. Fusarium infection from inoculated test (St-Hyacinthe).

1997 1998

Dose (g) Use of a DON DONFungicide a.i. /ha surfactant FHB Index (ppm) FHB Index (ppm)

Folicur 250 no 5.7 13.1 4.1 1.2Folicur 125 no 6.2 12.1 5.8 1.5Folicur 125 yes 6.9 13.1 5.1 1.5Folicur 250 yes 17.1 23.1 3.3 1.1Tilt 8.7 1.8Dithane 5.9 2.0Bravo (anth.) 5.0 1.5Bravo(Hdg &anth.)

3.6 1.9

Control 15.8 22.7 5.5 1.7

Table 2. Performance test under fungicide treatments in 1999 and 2000 (Ste-Rosalie).

1999 2000

Treatment Mean Treatment Mean

Yield Folicur 250 S+ 6612 Folicur 250 S+ 7819(kg/ha) Folicur 125 S- 6512 Folicur 250 S- 7755

Folicur 250 S- 6190 Tilt 7394Folicur 125 S+ 5999 Folicur 125 S+ 7349Tilt 5939 Folicur 125 S- 6938Bravo Hdg & later 5856 Control 6710Dithane 5625 Dithane 6662Bravo Anth. 5566 Bravo Hdg & later 6653Control 5340 Bravo Anth. 6437

Test Weight Folicur 250 S+ 66.4 Folicur 250 S- 68.9(kg/hl) Folicur 125 S- 66.4 Folicur 125 S+ 68.8

Folicur 250 S- 66.0 Folicur 125 S- 68.7Folicur 125 S+ 65.9 Folicur 250 S+ 68.6Tilt 65.6 Tilt 68.5Bravo Hdg & later 65.2 Bravo Hdg & later 68.4Bravo Anth. 65.2 Bravo Anth. 68.4Control 65.2 Dithane 68.3Dithane 64.9 Control 68.0

1000 KernelW.

Folicur 125 S- 42.3 Folicur 250 S- 42.0

10

(g) Folicur 125 S+ 42.1 Folicur 125 S+ 41.7Folicur 250 S- 41.8 Tilt 41.4Folicur 250 S+ 41.8 Dithane 41.4Tilt 41.2 Folicur 250 S+ 41.3Dithane 40.7 Folicur 125 S- 41.2Bravo Hdg & later 40.7 Bravo Hdg & later 41.1Control 40.6 Bravo Anth. 41.0Bravo Anth. 40.4 Control 40.2

Net blotch Folicur 250 S- 5.4 Folicur 250 S+ 6.6(0-9) Folicur 125 S+ 5.4 Tilt 6.6

Folicur 250 S+ 5.5 Folicur 125 S+ 6.7Folicur 125 S- 5.6 Folicur 250 S- 6.7Tilt 6.1 Bravo Hdg & later 6.8Bravo Hdg & later 6.2 Dithane 6.8Bravo Anth. 6.6 Control 7.1Dithane 6.7 Folicur 125 S- 7.1Control 7.3 Bravo Anth. 7.3

Bravo treatments: at heading and one week later or only at the latter growth stage. Folicur treatments: 125 and 250 g of active ingredients per ha, with/without surfactant (S+/S-).

11


Fusarium Head Blight and the Commercial Wheat Market

V. SorensonAgricultural Division, Bayer, Inc.

Folicur 1. Common name - tebuconazole 2. Research code - HWG 1608 3. Chemical name - (1-(4-Chlorophenyl)-4,4-dimethyl-3-[1,2,4]-triazol-1-ylmethylpentan-3-

ol)4. 3rd generation azole/triazole systemic fungicide5. Also sold as Raxil seed treatment

IPM Strategies are Recommended6. Scouting, weather monitoring7. Knowledge of pathogen8. Cultural practices9. Varieties with FHB tolerance10. Proper crop rotation11. Folicur emergency use - Canada12. Emergency use requested by growers13. Emergency use in Canada received 1999, 2000, 200114. Bayer registration activities 15. PMRA required residues completed16. Soil dissipation in progress17. Request emergency use in 2002

Folicur Use - USA18. USA update19. IR-4 seeking barley registration20. Anticipate renewed Section 18 in ND, SD, MN, MI, OR, ID, WA, CA for 2002

Commercial Situation21. Farmer concern is yield and quality loss22. DON levels greatest concern of CGC & processors (livestock producers?)23. Fungicide usage is growing24. FHB problem is growing

Folicur is Acknowledged as Best Fungicide Treatment: 25. Reducing FHB symptoms

12

26. Leaf diseases & DON levels27. Ramifications are alarmingAt Risk:28. Canadian reputation as quality international grain supplier 29. National farm economy30. Food quality 31. Livestock

Bayer is Concerned that…32. Folicur is part of the FHB cure 33. Farmer’s need is immediate and long term34. End users (processors, millers, etc.) have no forum for their issues35. Extensive research isn’t coordinated - there is no single "go to point"

Bayer is Prepared to ...36. Support an integrated initiative

13


Biological Control of Fusarium Head Blight of Wheat and Barley

D. FernandoDepartment of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg, MB.

IntroductionFusarium head blight (FHB) is one of the most damaging diseases of wheat and barley, nationallyand globally. Losses are; an estimated $ 1 billion annually in lost yields, quality and marketingopportunities. In Manitoba alone, the Red River Valley epidemic of 1993 caused losses in wheatand barley of over $100 million, and since then annual losses have been estimated at over $50million (Fernando, 1999). Despite these losses in revenue, wheat will continue to occupy 25-40% of the crop production acreage in western Canada. Fusarium graminearum Schw.(Teleomorph = Gibberella zeae Schw. Petch.) is the most important pathogen species responsiblefor FHB conditions in barley and wheat in Canada.

Rational for Biological ControlThere is no known commercially grown fusarium-resistant variety available to the grower. Thedisease is reduced by a few fungicides such as Folicur. A careful reading of rising publicconcerns about pesticides suggests that pesticides may pose a substantial risk to the environmentor public health. If regulatory measures are implemented at short notice, an alternative strategyshould be in place in order for the farmer to make a profit. New ways must be found to farmprofitably with minimal reliance on chemicals. Because time is short, and the environmentalstakes are high, an accelerated research program is needed to assist growers to make thetransition to alternative management practices while achieving yields similar to those attained bychemical pesticides. Biological control seems an attractive alternative. Biological pesticides areeffective when the window of protection is narrow. Also, continuous use of fungicides couldquickly lead to occurrence of fungicide-resistant strains.

Many pathogens, and some saprotrophs, can and do develop resistance to chemical control agentsand the more specific a fungicide is, greater the likelihood of resistance developing (Campbell,1989). The fact that fusarium is extremely pathogenic, have a relatively broad host range (wheat,barley and corn - three major crops grown in North America), cause significant economicdamage, is persistent and withstand adverse environmental conditions, all point to the importanceof developing alternative disease control strategies, such as biological control. Also, withenvironmental concerns raised about chemicals, in the long term biological control may becomethe only viable alternative to chemicals for control of fusarium. A viable alternative, which alsocould be viewed as an additional strategy in combatting the fusarium foe, is to have a bio-pesticide consisting of a naturally occurring micro-organism(s) or their products. This could alsobe used in an integrated disease management approach to manage FHB.

a) Application to the Head

14

Why do we think biocontrol will work? The wheat plant is most susceptible at anthesis. As thewindow of infection that will lead to economic loss is quite narrow, an application of abiocontrol agent onto heads at or just prior to anthesis should work well. The antagonist will beapplied on heads (infection court) to abort, curtail or delay germination of spores (mainlyascospores), to achieve control. Though the window of infection in the barley plant issupposedly a little longer, if optimum conditions and timing of application are perfected,biocontrol should work. Therefore, our target is to develop a foliar bio-fungicide that will beeffective as a chemical fungicide application in reducing the FHB incidence and severity onheads, and in turn reduce DON levels. A biological pesticide capable of reducing initial infectionand disease progress should reduce the present economic impact caused by FHB.

b) Residue Management Microorganisms are naturally active in controlling pathogen propagules (i.e. pseudothecia) whilethey are on plant debris. This is one of the benefits of tillage, where there is more chance formicrobial degradation of pathogen propagules, as microbial contact on residue is increased. Thiscould be in the form of mycoparasitism, antibiosis or in the production of volatile compoundsthat are inhibitory to pathogen propagules. In lab assays, we found several bacterial strainscapable of producing volatile compounds that completely inhibited growth, and the germinationof overwintering structures of several plant pathogens (Fernando et al., 2000).

Using GC/MS we have identified these compounds as oxanamide, 2,5, cyclohaxadiene-1,4-dione,2,2,bis, and heptane,2,6, dimethyl. Some of these compounds are available commerciallyand are known to be used in pesticides. Microsphaeropsis sp. strain P130A, that attacksperithecia of the apple scab fungus reduced the production of fusarium perithecia on straw andspikelet residue when applied on the residue as a pre-planting or post-harvest application (Bujoldet al. 2001). However, in residue management, more work is needed in optimizing the efficacyof the biocontrol agent, including the dose, formulation and timing of application.

Biocontrol Research in Our LaboratoryWe have isolated and tested in vitro an excellent candidate for biological control against the FHBpathogen. An extremely potent and antibiotic-producing bacterial strain, Pseudomonaschlororaphis strain PA-23 has shown consistent reduction of mycelial growth of the fungus inlab studies and has reduced the FHB index in greenhouse (GH) experiments (Parks, et al., 2000).Strain PA-23 which produces three antibiotics (phenazine-1-carboxylic acid, 2-hydroxy-phenazine-1-carboxylic acid and 2-hydroxy-phenazine), was initially tested against the stem rotpathogen of canola, Sclerotinia sclerotiorum and has inhibited Sclerotinia mycelial growth,production of overwintering structures, and inhibited germination of ascospores in laboratoryassays (Savchuk et al., 2001).

In the greenhouse, the Sclerotinia ascospores were completely inhibited from causing any diseasesymptoms. In our greenhouse assay with PA-23 and fusarium, there was 23% less infected headscompared to the control. With P. aurantiaca strain200 isolated from canola, there was 15% lessinfected heads. In the summer of 2001 we screened microorganisms isolated from leaves, roots,

15

stems and heads of wheat plants against F. graminearum. Three isolates (strains H-08, S-01, L-01) has been identified to inhibit fusarium in lab assays. Strain H-08 was isolated from awheat head, and was observed to be present in fairly high populations. It is a gram positiveBacillus sp. We hope to further test antagonistic activity of three isolates in a GH trial.

Progress Made in Other Laboratories Dr. David Schisler’s group at NCAUR, Peoria, IL have been working on biocontrol of FHB forabout 4 years. They have several biocontrol agents under consideration for commercialdevelopment (Schisler et al., 2002) and are actively working on formulations (Schisler et al.,2001). They are presently working with three bacteria (Bacillus), and three yeast (Cryptococcus)sp. Anther colonizing organisms capable of utilizing tartaric acid (a compound that is poorlyutilized by G. zeae and could be utilized in formulations of biocontrol agents) reduced FHB(Khan et al. 2001). Work by Dr. Wilma da Luz in Brazil was one of the first attempts toinvestigate naturally occurring microorganisms against fusarium (Luz, 1988). Cornell Universityresearchers in collaboration with Dr. Luz have initiated a study identifying bioprotectantseffective in controlling G. zeae (Stockwell et al., 2000). Their approach mainly focuses onanthesis-time spray, seed application and crop residue treatment with bioprotectants. AAFC/Swift Current has initiated a biocontrol study on residue management (Hanson andFernandez, personal communication). To date, this study has found 28 bacterial and 7 fungalisolates that have in vitro antagonistic activity against plant pathogenic fungi commonlyassociated with wheat and barley. Four of these isolates have shown excellent control of allfungal species tested including F. graminearum types I and II.

Factors Limiting Biological Control in the PhyllosphereA relatively hostile environment on the phyllosphere prevents optimizing a biocontrol agent togive consistent control compared to a biocontrol agent that may be applied to the rhizosphere. These environmental conditions range from lack of free moisture, high UV, high temperature to adepleted food source. Addition of polymers and selecting organisms that are capable oftolerating severe environmental conditions are being investigatedhttp://www.ag.auburn.edu/bci/foliar.htm.Until such ploymers are developed and harsh environment tolerant bacteria are found, long termsurvival and multiplication of biocontrol agents on the phyllosphere may be difficult. For thephyllosphere, the ideal would be to find a pathogen that has a narrow window of infection (i.e.fusarium on wheat heads at anthesis, or sclerotinia on canola petals), and develop a biocontrolagent that can be effective in the short-term, thus avoiding the need for long-term survival of themicroorganisms or the establishment of a new ecological balance.

Fermentation and FormulationA key characteristic of a biocontrol product to be successful in the market is to have a long shelflife. Formulation technology provides opportunities to enhance numerous characteristics ofbiological control agents, including shelf life, efficacy, growth and survival in the environment,and compatibility with agricultural practices and machinery (Loper and Stockwell, 2000). Forexample uridine was chosen as a formulation ingredient to stimulate Bacillus subtilis

www.ag.auburn.edu/bci/foliar.htm

16

colonization of wheatheads (Ierulli et al., 2001). Osmolytes have been found to enhance shelf-life of freeze-driedculture cells of Enterobacter colacae (VanCauwenberge et al. 2001).

Success Stories and Commercially Available Biological Control AgentsThe successful control by biological means in the phyllosphere that have been reported involvemainly rusts, powdery mildews, and diseases caused by the following genera of pathogens:Alternaria, Epicoccum, Sclerotinia, Septoria, Drechslera, Venturia, Erwinia and Pseudomonas. The best known success story on the phyllosphere is the use of a Pseudomonas fluorescens strainA506 for the control of fire blight of apples and pears caused by Erwinia amylovora (Stockwell,et al., 1998). The product is commercially marketed as BlightBan A506. It is distributed as apellet formulation comprised of freeze-dried bacterial cells of A506, which suppresses the fireblight disease through pre-emptive exclusion of the pathogen (Wilson and Lindow, 1993).

Is there Potential for Biological Control of FHB?If the right biocontrol agent is identified, and developed with the right formulations, it should beable to control the narrow window of infection by FHB pathogen on wheat and barley heads.

References Bujold, I., Paultiz, T.C., and Carisse, O. 2001. Effect of Microsphaeropsis sp. on the production

of perithecia and ascospores of Gibberella zeae. Plant Dis. 85:977-984.Campbell, R. 1989. Biological control of microbial plant pathogens. Cambridge Univ. Press. p.

218.Fernando, W.G.D., Savchuk, S., Wang, B., and Parks, P. 2000. Biological control of Sclerotinia

sclerotiorum, stem rot pathogen of canola. In Proc. 50th Annu. Scientific Meet., Can. Soc.Microbiol. Winnipeg, MB.

Fernando, W.G.D. 1999. Fusarium head blight situation in Canada. Pages 11-18 in Proc. FirstCanadian Workshop on Fusarium Head Blight, Nov. 28-30, 1999. Winnipeg, MB.

Ierulli, J.M., Schisler, D.A. and Gessner, R.V. 2001. Potential of uridine augmentation toenhance wheat head colonization and efficacy of fusarium head blight antagonist Bacillussubtilis AS43.3 Phytopathology (Abstr.) 91:S42.

Khan, N.I., Schisler, D.A., Boehm, M.J., Slininger, P.J., and Bothast, R.J., 2001. Selection andevaluation of microorganisms for biocontrol of Fusarium head blight of wheat incited byGibberella zeae, Plant Dis. (in press).

Loper, J.E., and Stockwell, V.O. 2000. Current status in biological control of plant diseases.Pages 240-256 in G.G. Kennedy, and T.B. Turner, eds. Emerging technologies forintegrated pest management; concepts, research, and implementation.

Parks, P.S. and W.G.D. Fernando. 2000. Using the MicroLogTM system for identification ofpathogens and beneficial field bacteria. Page 162 in Proc. Manitoba Agronomists' Conf.Dec. 12-13, 2000.

Savchuk, S., Fernando, W.G.D., and Parks, P.S. 2001. Potential for biocontrol of Sclerotiniasclerotiorum on canola. Can. J. Plant Pathol. 23:205.

Schisler, D.A., Khan, N.I., and Boehm, M.J. 2002. Biological control of Fusarium head blight of

17

wheat and deoxynivalenol levels in grain via use of microbial antagonists. In L.S.Jackson, M.W. Trucksess, J.W. DeVries. eds. Mycotoxins and food safety. KluwerAcademic/Plenum Publishers, New York. (in press).

Schisler, D.A., Khan, N.I., Iten, L.B., and Boehm, M.J. 2001. Scale-up of biomass production,processing and storage for two yeast antagonists of Gibberella zeae. Phytopathology(abstr.) 91:S80.

Stockwell, V.O., Johnson, K.B., and Loper, J.E. 1998. Establishment of bacterial antagonists of Erwinia amylovora on pear and apple blossoms as influenced by inoculum preparation.Phytopathology 88:506-513.

VanCauwenberge, J.E., Schisler, D.A., and Slininger, P.J. 2001. Osmolytes enhance roomtemperature shelf-life of freeze-dried cells of the biocontrol agent Enterobacter cloacaeS11:T:07 (NRRL 21050). Phytopathology (Abstr.) 91:S180

Wilson, M., and Lindow, S.E. 1993. Interactions between the biological control agent Pseudomonas fluorescens strain A506 and Erwinia amylovora in pear blossoms.Phytopathology 86:1066-1070.

18


Cultivar Selection for Integrated Management of Fusarium Head Blight

A. Tekauz, J. Gilbert, and B. McCallumCereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, MB.

Until cereal cultivars with resistance (having low disease severity, low levels of Fusariumdamaged kernels (FDK) and deoxynivalenol (DON)) to fusarium head blight (FHB) becomeavailable, FHB must be managed by alternative means. No single method of control is likely tobe fully effective, and an integrated approach that includes selection of appropriate cultivars is adesirable strategy. To determine the relative reactions of wheat and barley to FHB, registeredcultivars were grown at several field sites and in an FHB disease nursery over 2 years. FHB wasmeasured by evaluating visual severity, levels of Fusarium on seed, levels of FDK, andaccumulation of deoxynivalenol (DON). Correlations were determined among these variables toassess their relatedness.

In wheat, the Canada Prairie Spring and durum cultivars tested generally had high levels of FHB(susceptible), whereas in the bread wheats, a few cultivars (e.g., AC Barrie, AC Cora, Katepwa)had an intermediate level of resistance. Similarly, in barley, the 6-rowed cultivars were found tobe susceptible, while some 2-rowed ones (e.g., AC Metcalfe, AC Oxbow) were partiallyresistant. Correlations were significant for most measures of FHB (e.g., severity and DON, FDKand DON, and F. graminearum and DON ) in wheat, but rarely so in barley. Correlations weremore robust using data from the FHB nurseries compared to that from naturally infected plants atfield sites. Production of registered wheat or barley cultivars with a level of resistance to FHBshould help reduce damage from this devastating disease, particularly if used in concert withother management options.

19


Progress in Management of Fusarium Head Blight in Saskatchewan

M.R. Fernandez1, S. Stolhandske-Dale1, R.P. Zentner1, and P. Pearse2

1Semiarid Prairie Agricultural Research Center, Agriculture and Agri-Food Canada, SwiftCurrent, SK.2Saskatchewan Agriculture and Food, Regina, SK.

Fusarium Head Blight (FHB) has become an increasingly important disease of cereal crops inSaskatchewan. Since its detection in the early 1990's, FHB has slowly spread westward fromManitoba to eastern Saskatchewan. This spread has had a major negative impact on yield andquality of common and durum wheat and barley in this area of the province.

The extent of FHB and its potential spread in Saskatchewan has been monitored for the past fiveyears. About half of the common/durum wheat and barley fields surveyed were found to haveFHB, but overall disease severity has been low. Both incidence and severity of infection werehighest in eastern areas of the province. F. graminearum has been mostly localized in thesoutheast area of the province. Other Fusarium spp., including F. avenaceum, have beencommonly isolated from FHB-affected fields in other areas of the province (see report in theseproceedings).

Until cereal cultivars resistant to FHB are developed, effective management practices to preventthe spread and reduce damage caused by FHB need to be identified.

Impact of Agronomic Practices on The Incidence And Severity of FHB in EasternSaskatchewanIn 1999, a 5-year (1999-2003) study was initiated to identify agronomic factors that may beassociated with FHB-infected fields. The objectives of this project were to identify riskproduction factors that might lead to the development of FHB and to develop recommendationsto producers for managing this disease.

Crop Districts 1B and 5A (both in eastern Saskatchewan) were selected for this study because ofthe presence of FHB in previous years. About 200 fields (common/durum wheat and barley) aresampled annually for the presence of FHB and species identification. A database has beendeveloped with the results obtained from these analyses and from detailed information onagronomic practices provided by the cooperating producers.

The results of three years of data indicate that environmental conditions (temperature, moisture)and susceptibility of the crop have been the most important factors influencing the developmentof FHB. Zero-till has not resulted in greater FHB severity than conventional-till, but minimum-till fields appeared to have a greater disease severity than fields under other methods of tillagemanagement. Crop rotations, comprised of noncereal crops, did not appear to influence the

20

development of FHB. Correlation analysis of FHB data with other agronomic practices isunderway.

Role of Underground Infections in the Spread of F. graminearum and F. avenaceumField studies in southwest Saskatchewan, as well as greenhouse experiments, have shown that F.graminearum can spread from infected seeds and cause seedling blight or root/crown rot inseedlings and mature plants. Other studies under controlled conditions using an inoculum sourceplaced next to healthy seeds have shown that differences among F. graminearum isolates in theirability to reduce emergence, cause seedling blight and form perithecia on infected tissue were notrelated to the source of the isolates (see abstract in these proceedings). Further pathogenicitytests using these F. graminearum isolates showed that they were all equally pathogenic to wheatheads. Whether the infection was developed from an infected seed or from an extraneousinoculum source, these results suggest that infected seedlings/mature plants could act as a sourceof F. graminearum inoculum for head infections.

Similar studies conducted with various F. avenaceum isolates from cereal heads and from cerealand noncereal underground sources, have shown that differences among them in pathogenicity towheat heads was not related to the source of the isolates (see abstract in these proceedings). Thissuggests that growing noncereal crops susceptible to F. avenaceum might cause an increase inFHB levels in subsequent cereal crops if conditions are suitable for its development. This mightexplain why results from other studies conducted in southwestern and southeastern Saskatchewanhave shown that the incidence of F. avenaceum was higher in roots or heads of wheat grown aftera pulse crop than in continuous wheat.

Chemical and Biological ControlSeed treatments: The effectiveness of seed treatments to prevent the spread of FHB in westernSaskatchewan is being examined. To date, it appears that none of the available seed treatmentsare totally effective in preventing the spread of F. graminearum and other Fusarium spp. frominfected seed to roots/crowns. More extensive greenhouse and multi-location field studies toexamine the effectiveness of seed treatments in the control of Fusarium spp. are being conductedin western Saskatchewan and Alberta.Effectiveness of fungicides: The effectiveness of Folicur application, and of applicationtechnology, is being investigated at several locations, including Swift Current and Indian Head inSaskatchewan and Melita in Manitoba. Biological control: The potential of biocontrol agents for the control of FHB and prevention ofits spread is being investigated. Several bacterial and fungal isolates from wheat and barley cropresidues have been found to inhibit hyphal growth of F. graminearum in vitro. The effectivenessof these isolates will be evaluated in growth chamber and field trials.

Conclusions and Further Research• Underground and above-ground plant parts of cereal and noncereal crops might serve as

sources of F. graminearum inoculum. Depending on the development of reproductivestructures, this inoculum might be a source of infection for heads the same year or in

21

subsequent years. Planting infected seed may lead to a build-up of inoculum in the fieldthrough an increase in root/crown infections directly, or indirectly through contact withhealthy seeds/plants.

• Management efforts to keep Fusarium populations may be important means of preventingthe spread of FHB in Saskatchewan. Recommendations to producers should include theuse of clean seed, avoid purchasing seed from areas where FHB has been a problem in thepast, and have the seed tested in an accredited lab. The use of seed treatment is alsobeing recommended although its effectiveness in preventing the spread of F.graminearum and other Fusarium spp. to roots has not been fully determined.

• In areas where FHB is well established, growing tolerant cultivars will decrease damagesignificantly. Fungicides, when applied properly to tolerant cultivars, have been provento provide added protection in FHB-affected areas of Saskatchewan.

• Results to date question the role of crop rotations in the control of FHB in Saskatchewan. FHB levels in eastern Saskatchewan have so far not been associated with the choice ofcrop rotation.

• In regards to tillage systems, it appears that not all reduced tillage systems have the samerole in the development of FHB. It is significant that zero-till has not resulted in higherFHB levels compared to conventional tillage.

Continuing research into agronomic factors associated with high levels of FHB and on theepidemiology of Fusarium spp. in Saskatchewan will allow a better understanding of thedevelopment and spread of FHB in the province. We hope that this information will help to stopthe spread and/or minimize the impact of this disease and will therefore be of great benefit toproducers and the grain industry.

Other Researchers Involved in the Projects Mentioned AboveK. Turkington and D. Orr, Lacombe Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada,

Lacombe, AB.G. Holzgang, Saskatchewan Agriculture and FoodK. Hanson and F. Selles, Semiarid Prairie Agricultural Research Center, Agriculture and Agri-

Food Canada, Swift Current, SKT. Wolf, Saskatoon Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Saskatoon, SK.R. Kutcher, Melfort Research Farm, Agriculture and Agri-Food Canada, Melfort, SK.G. Hughes, University of SaskatchewanW. May, IHARF/Semiarid Prairie Agricultural Research Center, Agriculture and Agri-FoodCanada, Swift Current, SK

Funding AgenciesAgriculture Development FundWestern Grains Research FoundationMatching Investment Initiative, Agriculture and Agri-Food CanadaGustafsonBayerSyngenta

22


Fusarium Head Blight in the Atlantic Region: An Overview of R & D

R.A. MartinCrops and Livestock Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Charlottetown, PEI.

Of the diseases of cereals in the Atlantic Region today fusarium head blight (FHB) has probablythe greatest potential to cripple the local industry, in lower yield and/or quality. FHB has been afrequent problem in the region over the last 20 years, with several severe epidemics. Whilewheat has been the most visually effected cereal, the impact of FHB in barley is becoming moreevident, with problems associated with mycotoxin contaminated grain feeding to livestock. Anumber of research and development projects on FHB are currently underway in the Atlanticregion, concentrated at the Agriculture and Agri-Food Canada - Crops and Livestock ResearchCentre (CLRC), including epidemiology, breeding and evaluation, and chemical control studies.

We have demonstrated that Fusarium infection can occur over the entire period between heademergence and harvest, although damage is most severe from early infections, making thedevelopment of control strategies challenging. While there are a number of different species ofthe fungus infecting cereal heads in the region, our primary concern is with Fusariumgraminearum, which is responsible for the major yield losses in wheat, and in the production ofDON in both wheat and barley. A number of studies will be embarked on relative to the rolewhich several other species may play in crop production, particularly Fusarium poae andFusarium sporotrichioides. New basic epidemiological studies will be initiated relative toinoculum production and distribution, as part of generalized FHB management studies.

Part of the program on FHB is the evaluation of genetic material for resistance. This isconducted under a field misting system to encourage infection and disease development. Currently wheat and barley lines from several breeding programs and as part of national trials,such as the east-west wheat trial, are evaluated for FHB resistance and DON production. TheCentre also participates in collaborative trials with other establishments, as a test location, theresults of which are being presented elsewhere by the coordinators of the trials. Barley isrelatively new to this study area at CLRC, and toxin levels will be depended on to determineresistance levels or effectiveness of other FHB control strategies. This given the lack ofconsistent symptom development/expression in barley, even under misting. The biggestchallenge facing the Centre in FHB research is maintaining the suitable conditions for infectionand symptom development, even under misting, given variation in environmental conditions.

Fungicides have been reported to have a potential for FHB control, in other parts of NorthAmerican. Work has been initiated at the Centre to determine if any have potential for FHBcontrol in the Atlantic region, for wheat and barley. These trials were started in 2000 undernatural environmental conditions, but with applied inoculum sprays. In two barley trials and onewheat trial there was some significant reduction in DON levels (from 5.15 to 2.73 ppm) from

23

several Folicur treatments. However reductions in DON levels or head blight symptoms fromFolicur or Tilt, applied after heading, were very limited. More testing is required to determine ifthe products have a long term and consistent potential role in FHB control strategies in theregion, and to define and refine application conditions to maximize benefits.

24

CWFHB/CCF Session 3 - Epidemiology, Pathology and Control StrategiesASSOCIATED POSTERS

P3-1 Reducing the impact of Fusarium graminearum on Alberta’s Cereal Value ChainT.K. Turkington, E. Armstrong, B. Chapman, R. Clear, R. Dunn, I. Evans, M. Fernandez, J. Gardner, D. Gaudet, J. Gilbert, L. Harrison, B. Irvine, R.Joy, R. Lange, F. Larney, D. McLaren, M. McLelland, B. Ralston, P.Ramsey, D. Spencer, B. Sutton, A Tekauz, J.P. Tewari, B. Witbeck, P. Woloshyn, K.Xi, and J. Zantinge

P3-2 Effect of Fungicide Treatments on Fusarium Head Blight and Leaf Disease Incidence inWinter Wheat

A. Brûlé-Babel and D. Fernando

P3-3 Pathogenicity of Fusarium graminearum and F. pseudograminearum Isolates fromDifferent Sources on Common and Durum Wheat

M.R. Fernandez

P3-4 Pathogenicity of Fusarium avenaceum Isolates from Cereal and Noncereal Crops inSaskatchewan

M.R. Fernandez

P3-5 Fusarium Head Blight in Saskatchewan in 1998-2001M.R. Fernandez, P. Pearse, G. Holzgang, G. Hughes, and R. Clear

P3-6 Heat Treatment to Control Fusarium graminearum in Infected Wheat SeedJ. Gilbert and A. Tekauz

P3-7 Screening Potential Biocontrol Microorganisms Effective Against Fusariumgraminearum and Related Cereal Pathogens

K.G. Hanson and M.R. Fernandez

P3-8 Potential Biological Control of Fusarium Head Blight of WheatS.A. Inch and J. Gilbert

P3-9 Identification of Virulent Strains of Fusarium graminearumS. Marchand, G. Marchand, J.V. Bourdages, and F.J. Belzile

P3-10 2000 Survey of Eastern Canada Barley for Fusarium spp. and MycotoxinsR.A. Martin, T.M. Choo, H. Campbell, L. Underhill, and B. Vigier

P3-11 Percentage of Fusarium Infected Seed From Cereal Samples Tested at Seed Testing

25

Laboratories in SaskatchewanP.G. Pearse, R.A.A. Morrall, and L.W. Thomson

P3-12 Effect of Range of Fungicides and Time of Application on the Development of FusariumHead Blight and the Accumulation of Deoxynivalenol (DON) in winter wheat grain

S.R. Pirogosliev, S.G. Edwards, M.C. Hare, and P. Jenkinson

P3-13 Incidence of Seeds Carrying Fusarium spp. in Wheat and Barley Harvested inQuebec

S. Pouleur and A. Comeau

P3-14 Fusarium Head Blight on Barley and Wheat in Quebec in 1999 and 2000S. Rioux, G. Bourgeois, and Y. Dion

P3-15 Fusarium Head Blight and the Commercial Wheat MarketV. Sorenson

P3-16 Identification of Bioprotectants for Control of Gibberella zeaeC.A. Stockwell, G.C. Bergstrom, and W.C. da Luz

P3-17 Fusarium Head Blight of Spring Wheat in Eastern Ontario in 2001A.G. Xue, H.D. Voldeng, Y. Chen, F. Sabo, P. Matthew, and R. Stanley

P3-18 Microbial Control of Fusarium and other Fungal PhytopathogensY.-K. Chan, W.A. McCormock, and M.E. Savard

26

P3-1. Reducing the Impact of Fusarium graminearum on Alberta’s Cereal Value Chain

T.K. Turkington1, E. Armstrong2, B. Chapman3, R. Clear4, R. Dunn5, I. Evans6, M. Fernandez7, J. Gardner8, D. Gaudet9, J. Gilbert10, L. Harrison11, B. Irvine12, R. Joy13, R. Lange14, F. Larney9, D. McLaren12, M. McLelland15, B. Ralston16, P. Ramsey17, D. Spencer18, B. Sutton13, A Tekauz10, J.P. Tewari19, B. Witbeck15, P. Woloshyn8, K. Xi15, and J. Zantinge15

1Lacombe Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), Lacombe, AB.2Brewing and Malting Barley Research Institute, Winnipeg, MB.3Alberta Agriculture, Food and Rural Development (AAFRD), Westlock, AB.4Grain Research Laboratory, Canadian Grain Commission, Winnipeg, MB.5AAFRD, Lethbridge, AB.6Agronomy Unit, AAFRD, Edmonton, AB.7Semiarid Prairie Agricultural Research Centre, AAFC, Swift Current, SK.8Econ. and Competitiveness Division, AAFRD, Edmonton, AB.9Lethbridge Research Centre, AAFC, Lethbridge, AB.10Cereal Research Centre, AAFC, Winnipeg, MB.11AAFRD, Beaverlodge, AB.12Brandon Research Centre, AAFC, Brandon, MB.13Westcan Malting Inc., Alix, AB.14Alberta Research Center, Vegreville, AB. 15Field Crop Development Center, AAFRD, Lacombe, AB.16AAFRD, Strathmore, AB. 17AAFRD, High River, AB.18AAFRD, Medicine Hat, AB.19University of Alberta, Edmonton, AB.

First recognized in a few fields in southern Manitoba in the early 1980’s, by the end of the1990’s Fusarium graminearum-induced Fusarium Head Blight (FHB) was costing cerealproducers and secondary processors in Manitoba hundreds of millions of dollars. Even greaterlosses were occurring in central Canada, North Dakota, and Minnesota resulting in losses of over$1 billion CAN and $1 billion US, respectively. By 1998, southeastern Saskatchewan producerswere experiencing losses in yield, quality, and grade due to this pathogen. The continuedwestward appearance of this organism could have a crippling effect on the ability of Alberta toproduce disease- and mycotoxin-free grain for the pivotal swine, malting and food sectors shouldit become well established in the province. Fusarium Head Blight is a disease that not onlyinfluences primary crop productivity, but more importantly grade and end use quality. Furthermore, the pathogen produces toxic metabolites, or mycotoxins, as it is growing oninfected plant tissues. These mycotoxins can have significant effects on subsequent end use aswell as rendering the grain unfit for human consumption and some livestock species, especiallymonogastrics.

During the fall of 2000 and early winter of 2001 a research proposal was developed for and

27

supported by the Alberta Agricultural Research Institute (AARI). The proposal is aimed atreducing the potential impact of FHB until more resistant cereal varieties are available. This willbe accomplished by gaining a better understanding of factors related to disease spread anddevelopment, the production and fine-tuning of management strategies for Alberta, and byknowledge of issues related to competitiveness and market access.

Minimizing the potential for development of FHB, and thereby its negative impact, would be ofsubstantial benefit to Alberta’s production targets and economic well being. This would berelated to maintaining or increasing Alberta’s ability to meet local and growing internationaldemand for disease- and mycotoxin-free grain as well as ensuring the continued availability of ahealthy, nutritious food and feed supply. Reducing the potential development and impact of FHBcould have a significant impact on Alberta’s promising value added industry.

The key objectives of the AARI FHB project are as follows:• Determine the dispersal risk for crops associated with using F. graminearum-infected

grain in Alberta’s cattle industry and evaluate whether composting will eliminate anypotential risks that may exist,

• Monitor the presence of F. graminearum in grain and other plant parts and evaluateassociated agronomic factors,

• Investigate the potential for rapid identification of causal agent(s) and the diversity ofraces of F. graminearum in western Canada,

• Evaluate infected seed as a mechanism of disease dispersal and the impact of heat andseed treatments to eradicate the pathogen,

• Investigate the development of FHB in relation to the environment,• Determine if irrigation management can be used to reduce the level of FHB and

associated mycotoxins,• Conduct a risk assessment of the potential future development of FHB in Alberta,

evaluate the impact and costs that FHB could have on Alberta’s small grain cerealindustry, associated feed/food industries and livestock industries, and identify the benefitsfor Alberta associated with slowing down the potential spread and development of FHBcaused by F. graminearum,

• Create awareness of the potential impact of FHB and management strategies to slowdown the introduction and potential spread of F. graminearum among the variousstakeholders in Alberta’s agricultural community.

28

P3-2. Effect of Fungicide Treatments on Fusarium Head Blight and Leaf Disease Incidencein Winter Wheat

A. Brûlé-Babel and D. FernandoDepartment of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg, MB.

Winter wheat cultivars produced in the eastern prairies are routinely treated with fungicides forcontrol of leaf diseases. In 1998 some winter wheat fields were severely affected by FusariumHead Blight (FHB). The objectives of this study were to evaluate the effect of fungicidetreatments on FHB and leaf disease incidence in winter wheat. In 1999 a four replicate split plotexperiment with fungicide treatment as the main plot and cultivar as the subplot was grown inCarman Manitoba. In 2000 and 2001 fungicide treatments were evaluated in four replicate trialson a single cultivar at two locations, Winnipeg and Carman, Manitoba. With the exception of theuninoculated check, all plots were inoculated with a macroconidial suspension of Fusariumgraminearum. Fungicide treatments included an untreated check, single applications of eitherTilt, Bravo or Folicur, and multiple fungicide applications, Tilt + Folicur, Tilt + Bravo or twoapplications of Bravo. Fungicides were applied according to label instructions. Therefore, Tiltwas applied at a time suited for control of leaf diseases, while Folicur and Bravo were applied ata time suited for FHB control.

Diseases levels were high in 1999 and moderate to low in 2000 and 2001. Results for 1999showed that Tilt was effective for control of leaf diseases but was not effective for control ofFHB. This was to be expected since the time of application was not suited for FHB control. Label restrictions related to the length of time required from application to maturity do not allowuse of Tilt after heading. Folicur and Bravo provided similar levels of FHB control and werebetter than Tilt or the untreated check. Folicur also provided some level of control of leafdiseases while Bravo provided little control of leaf diseases. The highest yield was obtainedfrom plots treated with Tilt + Folicur. These plots also has the lowest level of disease. Plotstreated with Folicur showed significantly lower levels of leaf disease than untreated checks andhad the second highest yield. Results from 2000 and 2001 followed similar trends as those in1999, but were less definitive because of lower levels of disease. In both 2000 and 2001conditions were wet, but cool, during the time of anthesis and despite inoculation, levels of FHBinfection were low. Therefore, fungicides can provide effective control of leaf disease and FHBin winter wheat when conditions favour disease development. However, good disease forecastmodels would be helpful for producers to determine whether fungicide treatments for control ofFHB are necessary.

29

P3-3. Pathogenicity of Fusarium graminearum and F. pseudograminearum Isolates fromDifferent Sources on Common and Durum Wheat

M.R. Fernandez Semiarid Prairie Agricultural Research Center, Agriculture and Agri-Food Canada, SwiftCurrent, SK.

The pathogenicity on common and durum wheat heads and seeds/roots/crowns of ten isolates ofF. graminearum and four isolates of F. pseudograminearum from different sources (heads androots/crowns of cereal and roots of noncereal crops) was determined. Plants were inoculated atanthesis, and % Fusarium head blight (FHB), kernel weight, and % Fusarium damaged kernels(FDK) determined. In general, there was no difference among isolates in their pathogenicity onheads.

An agar plug with mycelium placed next to healthy seed at planting was used in the seed androot/crown pathogenicity tests. There was a significant difference among isolates in their effecton seedling emergence, plant survival and number of tillers/heads. However, these differenceswere not associated with the source of the isolates, i.e. whether they were derived from heads orroots/crowns, or from cereal or noncereal crops. The most pathogenic were all F.pseudograminearum isolates and one isolate. There was also a significant difference betweencultivars; the durum wheat AC Avonlea had lower emergence and plant survival than the hardred spring wheat AC Elsa.

On average, dark to light brown discoloration were observed on the stems of plants up to thesecond node. Over half of the plants were severely discolored and in different stages of decay,with white to pink mycelium on the crowns and lower stems. Perithecia were observed on deadplants and on up to a third of live plants that had been inoculated with the F. graminearumisolates. Perithecia formed only on decaying lower stem/crown tissue.

Because of their greater effect on emergence, the less pathogenic F. graminearum isolates mightplay a more important role in fungal spread than the more pathogenic isolates because of thegreater number of plants on which perithecia could develop. Similarly, the lower susceptibilityof AC Elsa might mean that more perithecia are produced on lower stems/crowns of these plants. These findings suggest that F. graminearum colonizing roots and crowns of cereal and noncerealcrops in FHB-infected areas might play a significant role in the epidemiology of this disease inSaskatchewan. Infected cereal seeds or infected plant residue of cereal or noncereal crops in/onthe ground could cause root/crown infections in cereal plants which might later become a sourceof infection for heads.

Financial support by the Agriculture Development Fund is gratefully acknowledged.

30

P3-4. Pathogenicity of Fusarium avenaceum Isolates from Cereal and Noncereal Crops inSaskatchewan

M.R. Fernandez Semiarid Prairie Agricultural Research Center, Agriculture and Agri-Food Canada, SwiftCurrent, SK.

Fusarium avenaceum is one of the most common species isolated from heads showing Fusariumhead blight (FHB) symptoms and from discolored roots in Saskatchewan. Kernel infection bythis fungus could be the main cause of downgrading in areas of the province free of F.graminearum. Crop rotations with noncereal crops are usually recommended for the control ofcereal diseases, including FHB. However, noncereal crops could be susceptible to some of thesame pathogens cereals are susceptible to. Various Fusarium spp., including F. avenaceum,cause seedling blight and root rot in cereal and noncereal crops. Studies in southeastern andsouthwestern Saskatchewan have shown a higher level of F. avenaceum in heads or roots ofwheat grown in rotation with pulse crops compared to continuous wheat. The objective of thisstudy was to determine the pathogenicity of isolates of F. avenaceum from different sources(cereal and noncereal crops) and locations in Saskatchewan on heads of the durum wheat cultivarAC Avonlea.

Plants were inoculated at anthesis with 15 isolates of F. avenaceum (five from wheat heads, sixfrom subcrown internodes/crowns of wheat, barley or oat, and five from roots of noncerealcrops). They were rated for % FHB, kernel weight and % Fusarium damaged kernels (FDK). Differences among isolates for % FHB, kernel weight and % FDK were significant, however,these differences were not related to the source of the isolates. The isolates with the greatestpathogenicity were from either heads, subcrown internodes of wheat, or roots of noncereal crops. Isolates from noncereal crops were thus as able to cause FHB as those from cereal crops. Weconclude that F. avenaceum infecting roots of noncereal crops and grown in rotation with cerealsmight contribute to levels of FHB if conditions are conducive to its development.


31

9A

9B

8A

5B

6A

5A

6B

4A

7A

7B

2B

1A

8B

1B

3AS

3BN4B

2A3BS

3AN

Fig.1. Saskatchewan Crop districts and soil zones

GrayBlack

BrownDark Brown

P3-5. Fusarium Head Blight in Saskatchewan in 1998-2001

M.R. Fernandez1, P. Pearse2, G. Holzgang2, G. Hughes3, and R. Clear4

1Semiarid Prairie Agricultural Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, SwiftCurrent, SK.2Saskatchewan Agriculture and Food, Regina, SK.3Crop Science and Plant Ecology, University of Saskatchewan , Saskatoon, SK. 4Grain Research Laboratory, Canadian Grain Commission, Winnipeg, MB.

Province-wide surveys were conducted in Saskatchewan for the last few years to monitor thedevelopment of Fusarium head blight (FHB) and determine the Fusarium spp. involved. Thesefield surveys were supported by Agriculture Development Fund and conducted with theassistance of extension agrologists, Saskatchewan Agriculture and Food. Seed surveys forFusarium damaged kernels (FDK) have been conducted by the Canadian Grain Commission withgrain samples obtained from across Saskatchewan.

MethodologyHeads from 50 plants, at milk to dough stages, were sampled randomly from each field andanalyzed at the Crop Protection Lab, Saskatchewan Agriculture and Food. Twenty crop districts(CD) were sampled (Fig. 1). Some of the most drought-affected areas in the province were notsampled in 2001. A FHB index (percent number of heads affected x mean severity ofinfection/100) was determined for each field. An average FHB index was calculated for infectedfields in each CD, and for CDs grouped by soil zone (zone I=Brown, II=Dark Brown andIII=Black/Gray soil) (Fig. 1). Fusarium spp. in infected heads were identified. The 2001 datapresented is still preliminary. Precipitation and temperature data were obtained fromEnvironment Canada.

Results And Discussion

Environment. The mean amount of precipitation inSaskatchewan from the last week of June to thesecond week of August was highest in 1999 and 2000and lowest in 2001 (Table 1). Mean temperatures forthe same time period were highest in 1998 and lowestin 1999. Precipitation was low in 2001 in most CDs,except for the southeast corner of the province andsome east-central and northern areas. Temperaturesin many areas, especially in the southwest, were alsohigh. In general, from zones I to III for all years,precipitation increased and temperature decreased.

Table 1. Precipitation and temperature in

32

Saskatchewan by soil zone from 1998 to 2001.________________________________________________________________________

Precipitation (mm) Temperature (�C)__________________________ __________________________1998 1999 2000 2001 Mean 1998 1999 2000 2001 Mean

________________________________________ _________________________

Zone I 109 136 127 75 112 20.4 16.6 18.7 19.3 18.7Zone II 101 160 162 112 134 19.8 16.9 18.3 18.9 18.5Zone III 131 167 189 114 150 18.7 16.0 17.3 17.3 17.3

Mean: 114 154 159 100 132 19.6 16.5 18.1 18.5 18.2________________________________________________________________________

Incidence and severity of FHB. For common and durum wheat, FHB incidence (% affectedfields/total fields sampled) was lowest in 2001 compared to previous years (Table 2). However,the mean FHB indexes were highest in 2001. This was a reflection of higher than normal diseaseseverity in the southeast, primarily in CD 1A in zone II, which experienced high humidity andwarm temperatures during cereal flowering and seed fill. Zone III had a lower incidence andseverity of FHB in 2001 than in previous years and was a result of drought conditionsexperienced throughout most of this zone during the growing season. The lowest mean FHBindex for the province was observed in 1999 when low temperatures were not favourable for thedevelopment of F. graminearum (see below).

For barley, FHB incidence and severity have remained somewhat similar over the years. As forwheat, the FHB index for barley fields in 2001 was again the highest in the southeast corner (CD1A in zone II).

Overall, for all crops the percentage of infected fields and the average FHB index has been thelowest in the southwest (zone I) and highest in eastern and northern districts (most of zone III andpart of zone II).

Fusarium spp. isolated from infected heads. Overall, the most common species isolated frominfected heads have been F. avenaceum, F. graminearum, F. poae and F. sporotrichioides (Table3). Lower temperatures in 1999 appeared to have favoured the development of F. avenaceum butnot that of F. graminearum, which was most common in 1998 and 2001. In all crops, thenumber of fields affected by F. sporotrichioides has increased in the last few years. F. poae wasmore common in barley than in common or durum wheat.

Seed survey by Canadian Grain Commission, 1998-2000. The highest FDK incidence wasfound in the southeast corner of the province, whereas the lowest was in the southwest. F.graminearum was the primary causal agent of FDK in the south-east, but was rare in the westerndistricts. In other parts of the province, F. avenaceum was the most common species isolated

33

from FDK. F. culmorum, F. sporotrichioides and F. poae were recovered at low levels.

Table 2. Incidence of Fusarium head blight (% affected fields) and disease severity (FHBindex) in infected common and durum wheat and barley in Saskatchewan from 1998 to2001.______________________________________________________________________________

Common wheat Durum wheat Barley___________________ ___________________ __________________

% affected % affected % affectedSoil fields[#affected FHB1 fields[#affected FHB fields[#affected FHBZone fields/total] index fields/total] index fields/total] index______________________________________________________________________________

_________________________________ % _____________________________

1998Zone I 16 [3/19] 1.3 27 [3/11] 0.2 9 [1/11] 0.1Zone II 49 [22/45] 2.4 68 [13/19] 2.9 57 [12/21] 0.7Zone III 74 [2/43] 3.7 100 [5/5] 2.0 78 [28/36] 1.8

Mean: 53 3.0 60 2.3 59 1.4

1999Zone I 0 [0/20] - 23 [3/13] 0.6 44 [4/9] 0.1Zone II 43 [26/61] 1.2 58 [15/26] 0.5 52 [13/25] 1.3Zone III 73 [60/82] 1.1 67 [2/3] 0.6 82 [23/28] 1.0

Mean: 53 1.1 57 0.5 65 1.0


Mean: 62 1.7 56 1.2 75 0.6


34

Mean: 40 3.6 50 4.4 72 1.6______________________________________________________________________________

1 FHB index calculated as (percent # heads affected x mean severity of infection)/100.

Table 3. Percentage of fields where Fusarium spp. were isolated from infectedcommon/durum wheat and barley heads in Saskatchewan from 1998 to 2001.____________________________________________________________________

Common/Durum Wheat Barley ___________________ ___________________

1998 1999 2000 2001 1998 1999 2000 2001____________________________________________________________________ ____________________ % ____________________F. avenaceum 10 56 43 29 2 43 34 26F. culmorum 12 5 4 11 2 0 6 2F. graminearum 38 6 19 37 20 18 11 12F. poae 57 43 41 27 83 60 51 65F. sporotrichioides 29 33 76 59 22 40 77 84____________________________________________________________________

Conclusions• Over the last four years, the percentage of barley, common and durum wheat fields

affected by FHB has remained constant or decreased. Overall, just over half of the cerealfields sampled in the province were found to have FHB.

• Although disease severity has varied significantly in response to environmentalconditions, in general the FHB index has remained low. The highest FHB severity hasbeen usually found in eastern and northern areas and the lowest in the southwest.

• The percentage of infected fields where each of the Fusarium spp. has been isolated hasvaried among years and cereal types. Some of this variation could be attributed toenvironmental conditions.

• F. graminearum remains mostly concentrated in eastern areas of the province whereprecipitation and temperature have favoured its development. F. avenaceum was themost dominant species isolated from harvested grain in the rest of the province, whereasF. poae and F. sporotrichioides were dominant in infected heads.

We gratefully acknowledge the participation in the survey of Saskatchewan Agriculture and Foodextension agrologists, and financial support by the Agriculture Development Fund.

35

P3-6. Heat Treatment to Control Fusarium graminearum in Infected Wheat Seed

J. Gilbert and A. TekauzCereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, MB.

The traditional method of controlling seed-borne pathogens has been treatment of seed with aregistered fungicide. Fungicide treatments reduce the level of pathogen seed infestation, but donot provide total eradication. Heat treatment of seed has been proposed as an alternative to seed-treatment fungicides and may provide a method to achieve 100% control of seed-borneFusarium. A healthy and FHB-infected sample of Glenlea wheat were heat-treated at 90oC, 70oC,50oC, 30oC or kept at room temperature for 5 days. Levels of F. graminearum infection wereassessed before and after treatment. Plots, 7 rows wide and 6 m in length were seeded in acomplete randomised block design with 4 replicates. Emergence, tillering, FHB disease severity,and yield parameters were assessed.

After treatment at 90oC, germination was only 16% in the healthy and 0% in the infected wheatsamples. No F. graminearum was recovered from any seed after 90oC treatment and just 1% F.graminearum was isolated from healthy and infected samples after 70oC treatment. There wereno significant interactions between seed quality (infected vs healthy) and temperature treatments. Germination and emergence were very low after 90oC and the analysis was therefore restricted tothe other temperature treatments. Yield, thousand kernel weight, percent fusarium damagedkernels, fresh and dry weight of seedlings and stand establishment were not different betweenhealthy and infected samples for any heat treatment. Grain from plants grown from infectedwheat had a lower hectalitre weight than from healthy seed. Emergence in plots sown withinfected seed was significantly lower than from healthy seed. Temperature treatments had asignificant effect on emergence at 2 weeks, but not at 4 weeks. Low recovery of F. graminearumand limited differences in yield parameters justify further study of heat treatment as a means ofmanaging FHB-infected wheat seed.

36

P3-7. Screening Potential Biocontrol Microorganisms Effective Against Fusariumgraminearum and Related Cereal Pathogens

K.G. Hanson and M.R. FernandezSemiarid Prairie Agricultural Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, SwiftCurrent, SK.

Fusarium Head Blight (FHB) and other diseases cause losses in yield and quality in cereal cropsresulting in economic losses to producers of over $100 million per year in western Canada.Although some chemical fungicides are currently available for control of FHB and otherdiseases, use of agrichemicals has fallen out of favour due to public perceptions of food safety,worker exposure and non-target environmental effects. Use of biocontrol agents for control ofthese diseases may be a viable alternative if effective microorganisms can be identified. Thisstudy has found over 30 bacterial and fungal isolates from soil and cereal crop residues able toinhibit fungal growth in vitro. Four of these isolates have shown very significant control ofFusarium graminearum and other cereal pathogens. The potential of these isolates as biocontrolagents will be further evaluated in laboratory assays, growth chamber and field trials.


37

P3-8. Potential Biological Control of Fusarium Head Blight of Wheat

S.A. Inch and J. GilbertCereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, MB.

Fusarium Head Blight (FHB) is one of the most economically important diseases of wheat inNorth America. Several Fusarium species cause FHB. In Manitoba, Gibberella zeae (anamorphF. graminearum) is the principal pathogen. Fungicides are able to reduce disease incidence anddeoxynivalenol (DON) accumulation in small grain cereals, but results have not always beenconsistent from year to year. Currently, there is no reliable biological control method available. If an effective biological control were available it could provide a safe, environmentally soundoption for use as part of an integrated pest management program. The objectives of the projectwill be to identify organisms that are antagonistic to G. zeae from grass and wheat residues,heads, and soils. A second objective will be to determine the mechanisms by which control of thedisease is achieved. Possible organisms that are antagonistic to G. zeae will be paired togetheron nutrient agar and potato dextrose agar. Percent mycelial inhibition will be determined. Themechanisms of inhibition will be investigated using, thin layer chromatography (TLC), highpressure liquid chromatography (HPLC), and light microscopy. Antagonistic organisms will betested as possible seed, head, and debris treatments under greenhouse and field conditions todetermine their efficacy for disease control.

38

P3-9. Identification of Virulent Strains of Fusarium graminearum

S. Marchand, G. Marchand, J.V. Bourdages, and F.J. BelzileDépartement de Phytologie, Université Laval, Québec, QC.

In an attempt to identify a virulent strain of Fusarium graminearum for use in a breedingprogram, eight conidial strains were isolated from barley heads collected from two localities inQuebec (Saint-Césaire et Saint-Louis-de-Pintendre). Factorial experiments were carried out inthe field at Pintendre over three years (1999-2001). Nineteen spring barley accessions (two- andsix-row) were inoculated using 5 x 104 conidia/mL of each strain by spraying the entire head atanthesis. The incidence and severity of fusarium head blight (FHB) was determined on 20 barleyheads/plot. In 1999 the incidence of FHB following inoculation was very low and the ANOVArevealed no significant difference between the five strains used in the experiment. Among thefive strains, only three proved virulent on all barley accessions. In 2000, the experiment wasconducted with seven of the nineteen accessions (representing a broad range of susceptibility toFHB) and five strains. This time, a high level of infection (between 14% and 98%) was observed. Of the five strains, one (F2002) proved significantly more virulent as it showed a mean infectionrate of 54 percent (over the seven accessions). In contrast, in 2002, we observed overall a lowerlevel of infection, but strain F2002 still showed the highest mean rate of infection (23%). Thisresearch shows the importance of characterizing strains prior to their use to select for resistanceto FHB in barley.

39

P3-10. 2000 Survey of Eastern Canada Barley for Fusarium spp. and Mycotoxins

R.A. Martin1, T.-M. Choo2, H. Campbell3, L. Underhill4, and B. Vigier2

1Crops and Livestock Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC),Charlottetown, PEI.2Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, AAFC, Ottawa, ON. 3Feed and Fertilizer, Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, ON.4Feed Section, Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, ON.

In 2000, forty-four samples of barley were randomly collected, by inspectors of the CanadianFood Inspection Agency, from specific counties or districts across eastern Canada. Samples wereanalyzed for toxins and for the Fusarium species in the seed. Fusarium graminearium was themost commonly found species, representing 58.3% of all Fusarium isolates, and was recoveredfrom an average of 18.1% of seeds plated on selective media. Fusarium sporotrichiodes, F. poaeand F. avenaceum were observed an average of 13.1%, 11.5% and 10.0% of the Fusariumisolates recovered. Other species, including: F. acuminatum, F. culmorum, F. equisite,, F.moniliforme, F. sambucinum, F. scirpi and F. tricinctum were also recovered but at levels below1% of the total, and only on a small fraction of the samples.

Toxin analysis indicated that DON (vomitoxin) was detected in 82% of the samples. Nivalenol,15-acetyl-deoxynivalenol and 3-acetyl-deoxynivalenol were found in 34%, 11% and 14% of thesamples respectively. Zearalenone was detected in 16% of samples, all from Ontario. Westernand Central Ontario had the highest overall DON levels although some samples in Quebec andthe Atlantic regions also had significant DON levels. While there were a wide range ofenvironments and cultivars in the survey there was a exponential correlation between the DONlevels and the percent seeds contaminated with F. graminearum. The fitted line expressed as x=-0.594+0.722(1.04129y), where x=DON and y=%F. graminearum, accounted for 82.9% of thevariance.

While a large number of cultivars were represented in the survey, AC Sterling (2-row) andChapais (6-row) were the most widely sampled, 6 and 8 sites respectively. AC Sterling appearedto have lower F. graminearum and DON levels than Chapais. The average DON levels (andranges) for AC Sterling and Chapais were 0.22 mg/kg (0.0-0.55) and 0.66 mg/kg (0.0-3.43),respectively. Similarly the F. graminearum infection rates on the seed were 3.2% (0.5-7.6) forAC Sterling and 17.2% (1.1-49.4) with the Chapais samples. AC Legend, the next most widelysampled cultivar at 4 sites, had DON levels of 3.39 mg/kg (0.0-11.9) and F. graminearum levelsof 30.9% (9.3-70.0).

In 2000, DON contamination was widely distributed across eastern Canada, with the highestoverall level in western Ontario, but with significant levels in samples from other locations. DON was correlated with F. graminearum contamination. It would also appear that AC Sterlingmay be less susceptible to fusarium head blight than Chapais and AC Legend.

40

P3-11. Percentage of Fusarium Infected Seed from Cereal Samples Tested at Seed TestingLaboratories in Saskatchewan

P.G. Pearse1, R.A.A. Morrall2, and L.W. Thomson3

1Saskatchewan Agriculture and Food, Regina, SK.2Discovery Seed Labs Ltd., Saskatoon, SK.3Saskatchewan Wheat Pool, Saskatoon, SK.

Seed samples of barley, common wheat and durum wheat grown in Saskatchewan in 2000 weretested at two of the province’s accredited seed testing laboratories (Discovery Seed Labs Ltd.,Saskatoon; Seed Quality Control Laboratory, SK Wheat Pool, Saskatoon). Fusarium testing isnot recognized as an accredited test by the Canadian Food Inspection Agency. Either 200 or 400seeds from each seed sample were plated on potato dextrose agar. Plates were analyzed 5-7 dayslater to determine the percentage of Fusarium-infected seed and the Fusarium species.

Means were calculated for percentage of Fusarium-infected seed for each Rural Municipality(RM). Maps were created to demonstrate mean percentage infection per RM for each of barley(Figure 1), common wheat (Figure 2), durum wheat (Figure 3), and all cereal types combined(Figure 4).

The maps indicate that Fusarium head blight (FHB) is distributed throughout most ofSaskatchewan and that seed samples generally had light to moderate Fusarium infection in 2000.Durum seed samples had higher percentage of infection compared to the other cereal types,especially in eastern regions. Common wheat samples had higher percentage of infection innorthern regions, and barley samples had variable percentage of infection around the province. No seed samples were received from the extreme southwest region of the province, whereFusarium head blight is not found.

Fusarium species were identified in each infected sample and growers were informed whether thespecies were mycotoxin or non-mycotoxin producers. In Saskatchewan, the majority ofFusarium species were non-mycotoxin producers.

Weather conditions in Saskatchewan during the 2000-growing season were mostly favourable forFHB development, especially in eastern regions. Corresponding disease surveys of cereal fieldsindicated higher FHB severities in 2000 compared to 1998 and 1999 for all cereal types, withgreatest severities occurring in eastern Saskatchewan.

41

P3-12. Effect of Range of Fungicides and Time of Application on the Development ofFusarium Head Blight and the Accumulation of Deoxynivalenol (DON) in Winter WheatGrain

S.R. Pirgozliev, S.G. Edwards, M.C. Hare, and P. JenkinsonCrop and Environment Research Center, Harper Adams University College, Newport, Shropshire, UK.

Fusarium Head Blight (FHB) is an economically important disease in both temperate and semi-arid wheat growing areas in the world. The disease can cause severe yield and quality losses insmall grain cereals. Also several Fusarium species including F. culmorum and F. graminearum,can produce range of trichothecene mycotoxins including deoxynivalenol (DON), nivalenol(NIV) and T-2 toxin,which are responsible for a range of animal and human toxicoses as well asother health disorders.

Chemical control of FHB has proved inconsistent under field conditions and the proper time forfungicide application is still under review. In order to determine the optimum timing forfungicide application in order to minimize the development of FHB and subsequentaccumulation of mycotoxins in wheat grain, a field trial was undertaken during growing theseason of 2001. Wheat plots were sprayed at half the manufacturer’s recommended dose ratewith either metconazole, tebuconazole, azoxystrobin or a mixture of metconazole+azoxystrobinor tebuconazole+azoxystrobin, at either 5 days, 2 days pre inoculation or at 2 days and 5 dayspost inoculation. Plots were artificially inoculated with a conidial mixture (105 spores / ml water)of Fusarium graminearum, Fusarium culmorum and Mycrodchium nivale at GS 65 (midanthesis) and were mist-irrigated immediately after the inoculation for 14 days.

All fungicide treatments tested provided significant control of FHB severity (P<0.05) incomparison with unsprayed control plots. Factorial ANOVA showed that applications made 2days pre- or 2 days post-inoculation were more efficacious than applications made 5days pre- or 5days post-inoculation.

Timing of fungicide applications also had a significant effect on deoxynivalenol (DON)concentration in harvested grain. A statistically significant interaction between fungicide andtiming (P<0.05) revealed that metconazole, metconazole+azoxystrobin andtebuconazole+azoxystrobin all reduced siginificantly DON concentration, when applied 2 dayspost, 2 days pre and 5days post inoculation. Tebuconazole only significantly reduced DON whenapplied 2 days post inoculation. Applications of azoxystrobin had no effect of DONconcentration irrespective of time of application.

42

P3-13. Incidence of Seeds Carrying Fusarium Spp. in Wheat and Barley Harvested inQuebec

S. Pouleur and A. ComeauCentre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, Agriculture etAgroalimentaire Canada, Sainte-Foy, QC.Corresponding author: [email protected]

It is generally recommended to use pathogen-free seeds to grow wheat and barley crops, but seedborne inoculum of pathogenic fungi other than smut is not a criterion for certification in Canada. The goal of this work was to evaluate the level of Fusarium infection of seed lots that meet thegermination standard (85%) required for certification. We analysed seeds of wheat and barleyharvested in 2000 and meeting the requirement for germination. About half of the lots weresupplied as treated seeds. The treated ones where directly plated on selective media forFusarium, while the non treated seeds where surface-disinfected before plating. There is nostandard threshold to reject seed lots on the basis of infection but, in Hungary, it is suggested notto sow lots infected above 20% by Fusarium spp.

Results for non treated seeds show that 53% of the wheat lots (10/19) were infected above thisthreshold, and that 26% were above the same threshold as a results of presence of F.graminearum alone. In barley, 77% (24/31) where infected above the threshold by Fusariumspp. and 35% (11/31) by F. graminearum alone. In wheat seeds, the highest level of infectionobserved in a lot was 72% for Fusarium spp. and 62% for F. graminearum. In barley, thehighest level of infection was 86% for Fusarium spp. and 66% for F. graminearum. Fungalgrowth was not inhibited in all treated seeds. As a matter of fact, Fusarium infection levelsreached up to 36% in treated wheat and up to 54% in treated barley. Seed infection by Fusariumgraminearum alone reached up to 30% in treated wheat and up to 22% in treated barley. Theseresults indicate that a large proportion of wheat and barley seed lots are highly infected with F.graminearum and yet are able to pass successfully the germination test. Also, it is confirmed thatsome treated seed lots carry viable F. graminearum inoculum therefore introducing it in fieldswhere these lots are sown, and then contribute to the distribution of Fusarium strains. As there islittle relation between the germination test and the level of Fusarium infection, it would benecessary to evaluate the seed borne inoculum in seed samples to identify and discard the mostinfected lots.


43

P3-14. Fusarium Head Blight on Barley and Wheat in Quebec in 1999 and 2000

S. Rioux1, G. Bourgeois2, and Y.Dion3 1CÉROM, Sainte-Foy, QC. 2Horticulture Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Saint-Jean-sur-Richelieu, QC.3CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville, QC.

Previous surveys conducted at the beginning of 1980’s in spring wheat fields grown in Quebecrevealed that Fusarium graminearum was the most prevalent species involved in Fusarium headblight (FHB) damages. Since that time, grain growers have adopted several new culturalpractices. In the Montreal area, most growers have replaced forage crops by soybean in theirrotation program. Also, methods of soil conservation such as no-till and chisel are now widelyused. Such changes could have modified the occurrence of some Fusarium species associatedwith the disease. In barley, no survey had been conducted in Quebec with the objective to studythe FHB incidence, to identify the Fusarium species and their mycotoxins. Consequently, in1999 and in 2000, we inspected more than 100 wheat and barley fields located in differentregions. The percentage of diseased spikelets was estimated on spikes collected before ripening. Toxins content (DON, HT-2, T-2 and ZEN) was measured from seed samples obtained frominspected fields. Fusarium species will be identified from the same seed samples.

We observed that none of the fields surveyed was free of FHB and there was a high variabilityfor disease severity among fields. In 1999, for wheat, the percentage of infected spikelets variedfrom 0.4% to 19.3%. The same year, the average percentage was 5.7% for wheat and 16.2% forbarley. In 2000, even if the season was much more rainy than the one in 1999, the incidence ofFHB was lower for both cereals. It was especially lower for barley with 5.5% of infectedspikelets and was also lower for wheat with a level of infection of 3.6%. Difference between1999 and 2000 in FHB incidence was also observed for DON content. Actually, results of 1999showed that 47% of all seed samples had a DON content higher than 1 ppm, whereas in 2000,20% of wheat samples and only 7% of barley samples exceeded the 1 ppm level. Results for HT-2 and T-2 toxins showed that 25% of barley seed samples contained more than 0,025 ppm in1999, whereas in 2000, 43% of barley samples exceeded this limit. For wheat, none of thesamples exceeded the 0,025 ppm threshold in 1999 whereas 13% of the samples were over in2000. The 2000 growing season, which was cooler than the 1999 one, would have beenfavorable for the development of F. sporotrichioides, known as a Fusarium species producingHT-2 and T-2 toxins. The identification of Fusarium species will allow us to corroborate or toreject this hypothesis.

44

P3-15. Fusarium Head Blight and the Commercial Wheat Market

V. SorensonAgricultural Division, Bayer, Inc.

Folicur • Common name - tebuconazole • Research code - HWG 1608 • Chemical name - (1-(4-Chlorophenyl)-4,4-dimethyl-3-[1,2,4]-triazol-1-ylmethylpentan-3-ol)• 3rd generation azole/triazole systemic fungicide• Also sold as Raxil seed treatment

IPM Strategies are Recommended• Scouting, weather monitoring• Knowledge of pathogen• Cultural practices• Varieties with FHB tolerance• Proper crop rotation• Folicur emergency use - Canada• Emergency use requested by growers• Emergency use in Canada received 1999, 2000, 2001• Bayer registration activities • PMRA required residues completed• Soil dissipation in progress• Request emergency use in 2002

Folicur Use - USA• USA update• IR-4 seeking barley registration• Anticipate renewed Section 18 in ND, SD, MN, MI, OR, ID, WA, CA for 2002

Commercial Situation• Farmer concern is yield and quality loss• DON levels greatest concern of CGC & processors (livestock producers?)• Fungicide usage is growing• FHB problem is growing

Folicur is Acknowledged as Best Fungicide Treatment: • Reducing FHB symptoms• Leaf diseases & DON levels• Ramifications are alarming

At Risk:

45

• Canadian reputation as quality international grain supplier • National farm economy• Food quality • Livestock

Bayer is Concerned that…• Folicur is part of the FHB cure • Farmer’s need is immediate and long term• End users (processors, millers, etc.) have no forum for their issues• Extensive research isn’t coordinated - there is no single "go to point"

Bayer is Prepared to ...• Support an integrated initiative

46

P3-16. Identification of Bioprotectants for Control of Gibberella Zeae

C.A. Stockwell1*, G.C. Bergstrom1 and W.C. da Luz2

1Department of Plant Pathology, Cornell University, Ithaca, NY. 2Embrapa Trigo, Caixa Postal 569, Passo Fundo, RS 9900-970, Brazil.*Corresponding author: [email protected]

ObjectivesTo identify microbial bioprotectants effective in controlling Gibberella zeae when applied to cerealspikes, seed, or crop residue, and to evaluate bio-compatible chemicals for their ability to interferewith perithecial development or ascospore release when applied to crop residue.

IntroductionThere is a need for safe, affordable and efficacious biological and bio-compatible protectants in theintegrated management of Fusarium head blight (FHB) caused by the pathogen G. zeae.

Screening of microorganisms to control FHB was initiated in Brazil over a decade ago (Luz 1988). Ina glasshouse trial, an endospore-forming bacterial isolate not only reduced FHB on wheat but alsoreduced by 10-fold the contamination of grain with the mycotoxin deoxynivalenol (DON) (Stockwellet al., 1997). DON reduction, from a New York producer viewpoint, is the most important potentialeffect of bioprotectants.

We have evaluated candidate biological and bio-compatible protectants for use as a protective sprayat flowering-time, and as seed and residue treatments. By these studies we intend to advancebiological control of FHB of wheat closer to the ultimate goal of commercial application.

Materials and MethodsA culture collection was assembled with organisms isolated from environmental sources in NewYork and 19 elite Brazilian accessions provided by Dr. Wilmar Luz of Embrapa Trigo. Emphasiswas placed upon the selection of organisms which are likely to be robust under harsh fieldconditions. This resulted in the isolation and preservation, in 15% glycerol at -80°C, of 120candidate biocontrol organisms from 70 different sources.

In vitro and Glasshouse Evaluations - A substantial portion of the biocontrol culture collection hasbeen screened for antibiosis to G. zeae. Several of the more promising isolates were tested in aseries of glasshouse experiments. Two of these experiments were designed to determine the optimalconditions for G. zeae infection and efficacy of the elite biocontrol isolate, TrigoCor 1448. The goalof additional glasshouse experiments was to evaluate other promising isolates for their ability toreduce FHB under controlled environmental conditions. Wheat heads in anthesis were sprayed torun-off with water (control) or a bacterial suspension (72 hour-old culture grown in nutrient brothwith yeast extract [NBYE]) and allowed to air dry for 24 hours before inoculation with a conidialsuspension (105 cfu/ml) of G. zeae macroconidia. Plants were incubated for 24, 48 or 72 hours underconstant mist before being transferred to the glasshouse where they were rated for disease incidence


47

6 to 10 days after inoculation. Treatments were replicated 5 times.

Anthesis-time Spray - Three elite biocontrol bacteria and one bio-compatible fungicide were added astreatments to the Uniform Fungicide Trial conducted at Aurora, NY. In this same trial, TrigoCor1448 was combined with tebuconazole (4 fl oz Folicur) to determine if the combination would giveenhanced FHB control over either treatment alone. Bacteria were grown for 24 hours in NBYE plusmanganese (2-4 X 108 cfu/ml) and diluted 50% for application. Treatments were applied atflowering (Feekes 10.5.1) using a tractor-mounted sprayer. Pathogen inoculum was from naturalsources supplemented by ascospores released from G. zeae-colonized maize kernels scatteredbetween the plots 3 weeks prior to flowering. Plots were assessed for disease incidence, % Fusariumdamaged kernels (fdk), test weight, yield and DON content. Treatments were replicated 4 times andarranged in a randomized block design.

In order to evaluate additional promising biocontrol isolates under field conditions, 10 organisms andthree binary combinations were applied to small plots (two adjacent rows 36 inch in length) in aseparate ‘mini-plot’ experiment. Treatments, applied at anthesis using hand sprayers, werereplicated 5 times and arranged in a randomized block design.

Seed Treatment - The bioprotectant TrigoCor 1448 was included at three concentrations (109, 1010

and 1011 cfu/100 lbs seed) as part of a larger field trial on the effect of seed treatments on seedlingemergence, seedling weight, and grain yield of hard red winter wheat (cv. ‘Crimson’) with 25-32%incidence of seed infected with G. zeae. The bioprotectant was grown in broth (NBYE) withagitation, centrifuged and the pellet resuspended in 15 ml water. The treatments were coated ontothe seeds and allowed to air-dry. Treatments were replicated four times and arranged in arandomized block design.

Debris Treatment - Fourteen treatments (9 candidate biocontrol organisms, three bio-compatiblechemicals, and an nontreated control) were applied to artificially-infested maize stalks and grain byimmersing the plant tissue in the bacterial suspensions or chemical solutions for 3 minutes withconstant agitation. Treated material was allowed to air-dry. In December 1999, the samples wereplaced in nylon pouches, arranged on the ground in a randomized design and allowed to overwinterunder ambient field conditions. Samples were collected in Spring 2000 and were kept frozen untilevaluated. Plant tissue was placed on moistened filter paper covered by an inverted plate ofKomada’s medium and incubated at room temperature under fluorescent UV lights for a maximumof 14 days. Perithecia were counted completely or with the use of a sampling grid. Ascosporedischarge was determined by the presence of colonies of G. zeae on the surface of the agar.

Results and DiscussionGlasshouse Evaluation of Biocontrol Isolatesa) Timing - Incubation of wheat plants for 48 hours in a mist chamber following inoculation with aspore suspension (105 cfu/ml) of G. zeae macroconidia resulted in high incidence of infection (75%and 96%) and adequate seed set. Treatment of the wheat with TrigoCor 1448, 24 hours prior toinoculation with the spore suspension, reduced FHB incidence by 15 and 22% in the two

48

experiments and increased 100-seed weight by 13 and 45%. TrigoCor 1448 was included as abenchmark in subsequent glasshouse evaluations of other candidate biological control organisms.

b) Isolate Evaluation - Treatment with TrigoCor 1448 (average of five experiments) resulted in a33.5% decrease in disease incidence and a 29.5% increase in 100-seed weight when compared to thenontreated control. Treatment with TrigoCor 4712 gave a 93% increase in 100-seed weight (averageof two experiments). Several other isolates showed promising results as well. In the one glasshouseexperiment analyzed for the presence DON toxin, treatment with TrigoCor 1448 and TrigoCor 4712reduced the toxin content of the seed by 27 and 71%, respectively, compared to the nontreatedcontrol.

Anthesis-time Spray - Two of the three bacterial isolates (TrigoCor 1448 and TrigoCor 4712) testedin the Uniform Fungicide trial at the New York location gave slight reductions in the % incidence ofscabby heads and % fdk, although test weight and yield were not significantly different fromnontreated. TrigoCor 1448 reduced FHB incidence and DON content 17 and 23% respectively,compared to the nontreated control. When Folicur (4 fl oz) was combined with TrigoCor 1448, %incidence of scabby heads and % fdk was the lowest and test weight the highest of any of the 12treatments included in the trial. This combination reduced FHB incidence by 38% and DONcontamination by 25% compared to nontreated wheat.

Significant effects of biocontrol agents on FHB were not demonstrated in the ‘mini-plot’ experiment,possibly due to the restricted plot size.

Seed Treatment - TrigoCor 1448 at 1011 cfu/ 100 lbs seed increased seedling emergence but to alesser extent than Raxil-Thiram. No treatment of scabby seed had a significant effect on seedlingweight, test weight or grain yield.

Debris Treatment - In nodal tissue of maize, only treatment with acetic acid (5% v/v) resulted in thecomplete absence of perithecia. All other treatments resulted in higher numbers of perithecia andascospore discharge than the control (water). Internode stem pieces and kernels which werecollected from the field site at later dates were in more advanced states of decomposition, but thosetreated with acetic acid also did not produce any perithecia when incubated under favorablelaboratory conditions.

Discussion - The modest success of biocontrol of FHB in the glasshouse and the field with the elitebioprotectant TrigoCor 1448 suggests the potential of bioprotectants as a component in an integrativeapproach to FHB control. Combination of the bioprotectant with a chemical fungicide gavepromising results. At the same time, despite excellent spray coverage and nearly perfect spraytiming, no treatment reduced FHB or DON levels as dramatically as required for agricultureapplication. Reduction in disease incidence in biocontrol field tests falls within the range reportedby other groups (Boehm et al., 1999; Luo and Bleakley, 1999). Future efforts will be focussed togain a better understanding of the FHB biocontrol process and to improve efficacy of elitebioprotectants alone or in combination with chemical fungicides.

49

The complete inhibition of perithecial production by acetic acid (5% v/v) has redirected the searchfor effective products to control perithecial development and ascospore discharge. In future trials,infested maize debris will be treated with organic acids in a range of concentrations.

ReferencesBoehm, M.J., Khan, N.J., and Schisler, D.A. 1999. USDA-ARS, Ohio State University cooperative

research on biologically controlling Fusarium head blight: Field testing of antagonists. Pages45-48 in Proc. 1999 National Fusarium Head Blight Forum, Michigan State University,University Printing, East Lansing, MI.

Luo, Y., and Bleakley, B. 1999. Biological control of Fusarium head blight (FHB) of wheat by Bacillus strains. Page 60 in Proc. 1999 National Fusarium Head Blight Forum, MichiganState University, University Printing, East Lansing, MI.

Luz, W.C. da. 1988. Biocontrol of fungal pathogens of wheat with bacteria and yeasts. Page 348 in5th International Congress of Plant Pathology, Kyoto, Japan. (Abstr.).

Stockwell, C.A., Luz, W.C. da, and Bergstrom, G.C. 1997. Biocontrol of wheat scab with microbialantagonists. Phytopathology 87:S94. (Abstr.)

50

P3-17. Fusarium Head Blight of Spring Wheat in Eastern Ontario in 2001

A.G. Xue, H.D. Voldeng, Y. Chen, F. Sabo, P. Matthew, and R. StanleyEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

A disease survey for the presence of fusarium head blight (FHB) in spring wheat was conducted inthe third week of July when plants were at the milk-ripe to soft dough stages of development. The26 wheat fields surveyed were chosen at random from regions in eastern Ontario, where most of thespring wheat is grown. Fusarium head blight was rated for both incidence and severity using twoseparate 0-9 scales developed for plot assessments. Disease levels were calculated as the “FHBindex” (incidence x severity). The index values of <3, 3 -10, 11-30 and 31-81 were considered trace,slight, moderate, and severe infection, respectively.

To determine the occurrence and relative prevalence of Fusarium species, 10 infected heads werecollected randomly from each field and hand threshed after air-drying at room temperature. Tendiscolored kernels from each field were selected and subsequently surface sterilized in 1% NaOClfor 30 seconds and plated onto a potato dextrose agar with 100 ppm streptomycin sulfate in 9cm petridishes. Plates were incubated at 22-25°C, with 14 hour illumination from fluorescent and long waveultraviolet lamps for 14 days. Fusarium species isolated from the seeds were identified bymicroscopic examination.

Fusarium head blight was observed in all 26 fields surveyed. Both incidence and severity variedbetween 1 and 8, with the mean incidence of 3.6 and severity of 5.2 on the 0-9 scales. Disease indexvaried between 1 and 64. Trace, slight, moderate, and severe infections of FHB were observed for 2,8, 10 and 6 fields, respectively. The severely infected fields (disease index >30) were located at ornearby Winchester (3 fields), Vernon, Alfred and L’Orignal.

Six Fusarium species were isolated from the infected kernels. F. graminearum was the predominantspecies, occurred in 96.2% of fields and 67.1% of infected kernels. F. sporotrichioides and F.crookwellense were the second and third most frequently isolated, occurred in 19.2% and 15.4% offields and 3.5% and 1.9% of infected kernels, respectively. Other species including F. avenaceum,F. culmorum, and F. poae, were isolated infrequently, each from one field and 0.4% of infectedkernels.

Although there was no FHB disease survey conducted in spring wheat in the past, FHB severity wasconsidered less in 2001 than in 2000 (Dr. W.L. Seaman, personal communication). This may havebeen due to the hot and dry conditions in June and July. The relatively low FHB disease intensity in2001 will likely result in a higher quality of wheat to the market place and greater economical returnto Ontario wheat producers.

51

P3-18. Microbial Control of Fusarium and other Fungal Phytopathogens

Y.-K. Chan, W.A. McCormick, and M.E. SavardEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Soil bacteria antagonistic against Fusarium species were isolated from the Central ExperimentalFarm. Bioassays showed that the culture filtrates of one isolate inhibited both mycelial growth andconidia spore germination of F. graminearum, F. verticilliodes and F. subglutinans, the principalspecies that infect cereal crops, causing diseases such as corn ear rot and wheat head blight (scab).The fungal control agent(s), therefore, appeared to be water-soluble extracellular metabolite(s).Further testing of the bacterium against a collection of fungal phytopathogens extended its targetrange to include species that cause various common diseases in barley, oat and soybean. It alsoprevented the damping-off of alfalfa seedlings by F. graminearum in a growth chamber experiment.Hence the bacterium is a potential biochemical or genetic resource for developing biologicalfungicides or crop cultivars with resistance to diseases induced by Fusarium and other targetphytopathogens.

Session 4Markers, Gene Expression and Other MolecularAspects

Daryl SomersProspects for pyramiding FHB resistance genes in Canadian wheats.

Jim AndersonMapping and marker-assisted selection of fusarium head blight resistance genes in wheat.

Peter PaulsIdentification of molecular markers for resistance to Fusarium graminearum in maize.

Anne DesjardinsUsing a Gibberella zeae Mat- locus knockout to test the importance of ascospores in a wheatFHB field epidemic.

Julian ThomasBreeding for resistance to fusarium head blight: A cytogenetic approach

Thérèse OuelletMaize genes induced in the maize/Gibberella ear rot interaction.

Linda HarrisA genomics approach to understanding the Fusarium/plant interaction.

Associated posters

Session 3Épidémiologie, pathologie et stratégies de lutteShea MillerUtilisation d’une souche de Fusarium graminearum transformée de manière à produire la GFPpour étudier l’infection chez le blé et le maïs

Art SchaafsmaPrédiction de la concentration de désoxynivalénol dans le blé d’hiver d’après les conditionsmétéorologiques ayant cours aux alentours de l’épiaison

Gaétan BourgeoisÉvaluation et implantation de modèles de prévision de la fusariose de l’épi chez le blé et l’orge

Dave KaminskiProgrès en épidémiologie et en prévision des risques de fusariose de l’épi au Manitoba

Dave KaminskiFolicur : Le point sur ce fongicide utilisé contre la fusariose de l’épi au Manitoba

Yves DionEffets de traitements fongicides dans le cadre de la lutte contre la fusariose de l’épi chez l’orge etle blé au Québec

Veldon SorensenLa fusariose de l’épi et le marché commercial du blé

Dilantha FernandoLutte biologique contre la fusariose de l’épi chez le blé et l’orge

Andy TekauzSélection de cultivars pour une lutte intégrée contre la fusariose de l’épi

Myriam FernandezProgrès dans la lutte contre la fusariose de l’épi en Saskatchewan

Richard MartinLa fusariose de l’épi dans la région de l’Atlantique : un aperçu des travaux de R-D

Affiches

2

CCF/CWFHB : Session 3 - Épidémiologie, pathologie et stratégies de lutte

Utilisation d’une souche de Fusarium graminearum transformée de manière à produire laGFP pour étudier l’infection chez le blé et le maïs

S.S. Miller, D. Chabot, T. Ouellet, L. Harris, L. Reid et G. FedakCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Ottawa (Ontario).

Une souche transgénique de Fusarium graminearum où s’exprime de manière constitutive legène codant la protéine verte fluorescente (GFP) de la méduse a été utilisée pour étudier leprocessus d’infection chez le blé. Parce que le champignon est fluorescent, il peut être observéau microscope à fluorescence à l’intérieur ou à la surface des tissus frais, sans colorationpréalable.

Nous avons utilisé des plantes de blé de cultivars sensible (Roblin) et résistant (Sumai 3),cultivées en serre. Au moment de l’anthèse, une suspension de spores de Fusarium-GFP a étéinoculée à chaque plante à l’intérieur d’un lemma situé au milieu de l’épi. Les épis ont ensuiteété récoltés pour observation au microscope à fluorescence à différents moments pendant les24 premières heures suivant l’inoculation puis, à intervalles plus longs, jusqu’à 21 jours aprèsl’inoculation. Nous avons examiné des spécimens entiers de même que des échantillons de tissufixé et coupé à froid pour suivre la propagation du champignon dans les tissus du blé. Chez lesdeux cultivars, Roblin et Sumai 3, les hyphes étaient visibles au point d’inoculation, à l’intérieurde la fleur, dès les premières heures suivant l’inoculation. Le champignon manifestait uneaffinité particulière pour le pollen et les anthères des deux variétés de blé. Tout au long del’infection, la croissance fongique a été le plus abondante sur les ovaires et les stigmates desdeux cultivars. En général, ce n’est qu’une fois les tissus mous des ovaires et des stigmatescomplètement envahis que le champignon a commencé à se propager dans le rachis et àl’extérieur de la fleur. Le champignon s’est propagé à l’intérieur de l’épi, le long du rachis, et àl’extérieur, de part et d’autre des surfaces externes du rachis et des fleurs. Bien que sur le planmacroscopique nous ayons noté des différences dans les réactions à l’infection des deux variétésde blé, nous n’avons pas pu déterminer la cause de ces différences au niveau microscopique.C’est chez le cultivar Roblin que la propagation du champignon a été la plus marquée, et lesdommages aux fleurs adjacentes, les plus importants.

Chez le maïs, nous avons utilisé des épis immatures placés dans de grandes boîtes de Pétricontenant de l’eau gélosée, et nous leur avons inoculé une suspension de spores du champignontransformé. Comme ce dernier est fluorescent, nous avons pu suivre la propagation de l’infectiondans chaque boîte avec un microscope à fluorescence. La germination des spores a pu êtreobservée 4 à 6 heures après l’inoculation, et elle était souvent suivie d’une période de croissance« désordonnée » de durée variable, après laquelle le champignon se développait plus ou moins enlignes droites le long des soies vers le rachis, pour finalement infecter les grains de l’épiimmature. L’étape finale était l’infection du rachis.

3


Prédiction de la concentration de désoxynivalénol dans le blé d’hiver d’après les conditionsmétéorologiques ayant cours aux alentours de l’épiaison

D.C. Hooker, A.W. Schaafsma et L. Tamburic-IlinicRidgetown College, University of Guelph, Guelph (Ontario).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

Résumé Nous présentons un modèle permettant de prédire la concentration de désoxynivalénol (DON)présente dans les grains de blé mûrs à partir des conditions météorologiques ayant cours auxalentours de l’épiaison. De 1996 à 2000, des grains de blé mûrs provenant de 399 champs du sudde l’Ontario, au Canada, ont été récoltés à la main et analysés quant à leur concentration deDON. Une série de variables environnementales ont été évaluées pour ces champs, qui ontproduit des grains dont la concentration de DON variait de 0 à plus de 29 :g g-1. La date del’épiaison a été normalisée pour chaque champ, et les précipitations quotidiennes, lestempératures minimale et maximale de l’air quotidiennes (Tmin et Tmax) de même que l’humiditérelative horaire (Rh) ont été notées pour les 24 jours précédant et suivant l’épiaison. Toutes lesdonnées météorologiques ont été converties en valeurs binaires au moyen d’une série de critèresprédéfinis; ces valeurs ont ensuite été additionnées pour chaque intervalle de 4 jours avant ouaprès l’épiaison, puis on a procédé à une analyse de régression par degrés pour déterminerquelles variables météorologiques influaient le plus sur l’accumulation de DON et à quelmoment cet impact était le plus important.

Nous avons constaté que les conditions atmosphériques influent le plus sur l’accumulation deDON durant trois périodes proches de l’épiaison et que ces périodes sont sans doute liées aumoment de la production d’inoculum et de l’infection lors de l’anthèse. Durant la période no 1(4 à 7 jours avant l’épiaison), la concentration de DON augmentait généralement en fonction dunombre de jours où la quantité de pluie dépassait 5 mm et diminuait en fonction du nombre dejours où la température de l’air était inférieure à 10 °C. Durant la période no 2 (3 à 6 jours aprèsl’épiaison), la concentration de DON augmentait en fonction du nombre de jours où la quantitéde pluie dépassait 3 mm et diminuait en fonction du nombre de jours où la température excédait32 °C. Durant la période no 3 (7 à 10 jours après l’épiaison), la concentration de DONaugmentait en fonction du nombre de jours où la quantité de pluie excédait 3 mm. Nous n’avonspas trouvé de lien entre l’humidité relative et l’accumulation de DON durant les intervalles detemps analysés. En utilisant uniquement les sommes de valeurs binaires décrivant lesprécipitations et les températures précédant l’épiaison, nous avons élaboré une équationpermettant une prédiction hâtive de l’accumulation de DON. Cette équation a permis d’expliquer46 % de la variation de la concentration de DON. Deux autres équations ont été élaborées pourprédire la concentration de DON d’après les données météorologiques provenant des troispériodes; celles-ci permettent d’évaluer la nécessité d’appliquer ou non un fongicide.

Dans l’ensemble, 67 % de la variation de la concentration de DON a pu être expliquée enutilisant les données météorologiques des trois périodes critiques proches du moment de

4

l’épiaison. Les meilleures prédictions ont été obtenues lorsque les concentrations de DON étaientfaibles à modérées; ainsi, grâce au modèle mathématique, nous avons pu prédire que plus de89 % des champs produiraient du blé contenant moins de 1,0 :g g-1 de DON. Ce genre deprédiction est particulièrement utile pour déterminer dans quels cas il n’est pas utile d’appliquerdes fongicides, étant donné une faible accumulation de DON prévue. Le modèle est utilisédepuis deux ans en Ontario, où on s’en sert comme outil pour décider s’il faut oui ou nonappliquer un fongicide sur le blé d’hiver. La méthode permet de prédire les périodes critiques àpartir de données phénologiques produites par un modèle de croissance des cultures et dedonnées réelles sur le stade de croissance des cultures dans les stations d’essai de rendement desvariétés. À chaque stade phénologique, on utilise les données météorologiques du moment, lesprévisions sur cinq jours de même que les données météorologiques normalisées pour 30 ans,pour obtenir une prédiction.

5


Évaluation et implantation de modèles de prévision de la fusariose de l’épi chez le blé etl’orge

G. Bourgeois1, Y. Dion2 et S. Rioux3

1Centre de recherche et développement en horticulture, Agriculture et Agroalimentaire Canada,Saint-Jean-sur-Richelieu (Québec).2CÉROM Inc., Saint-Bruno-de-Montarville (Québec). 3CÉROM Inc., Sainte-Foy (Québec).

Bien que la fusariose de l’épi semble un cas idéal pour utiliser un système de prévision dumoment opportun pour appliquer des fongicides, jusqu’à tout récemment, relativement peu derecherches avaient été faites à ce sujet. Deux modèles ont été mis au point pour la fusariose del’épi, l’un pour le blé en Argentine et l’autre pour le maïs en Ontario (Canada).

Le modèle argentin a été élaboré à l’aide de données rétrospectives concernant l’incidence de lamaladie et les conditions météorologiques. Les données de trois années ont été utilisées pourvalider le modèle. La série de données concernait de nombreux cultivars de blé, et elles ont étémises en commun pour chacune des années. Les données météorologiques ont été examinéespendant 32 jours, à partir du 8e jour précédant l’épiaison (stade 55 de l’échelle de Zadoks) etjusqu’à ce que les plantes ne soient plus considérées comme sensibles. Plusieurs paramètresmétéorologiques ont été étudiés, dont les températures maximum et minimum quotidiennes,l’humidité relative (HR) et les précipitations. Deux modèles ont été choisis en fonction de leurefficacité (R2 > 85%) à prédire l’incidence de la fusariose de l’épi. Toutefois, ces modèlessemblent quelque peu problématiques à cause des variables auxquelles ils font appel. Celles-cisemblent en effet étroitement liées à l’emplacement et comprennent des paramètres comme lenombre de périodes de deux jours au cours desquelles il y a eu plus de 0,2 mm de pluie pendantla première journée avec une HR de 81 %, et une HR supérieure à 78 % pendant la deuxièmejournée. En outre, ce genre de modèle n’est pas très pratique, car il n’est pas facile de rassemblerles données de variables aussi complexes et de pouvoir informer les producteurs à temps de lanécessité d’effectuer un traitement fongicide.

Il est peu probable que le modèle mis au point en Ontario pour prédire la fusariose de l’épi chezle maïs puisse s’appliquer au blé et à l’orge. Dans ce modèle, en effet, le mode d’infection del’épi (par l’intermédiaire des soies ou de lésions causées par les insectes ou les oiseaux) constitueune variable majeure. Ce genre de distinction est moins pertinent dans le cas du blé et de l’orge.Le modèle vise aussi à prédire l’espèce de Fusarium responsable de l’infection.

Avec l’aide d’un groupe de chercheurs de l’Université de Guelph (Ontario), le ministère del’agriculture du Manitoba a mis sur pied un site Web sur lequel on trouve les risques de fusariosede l’épi prévus pour le sud du Manitoba et l’est de la Saskatchewan. Les probabilités d’infectiontiennent compte des conditions d’humidité, des températures prévues de même que desconditions d’humidité relative prévues. On y spécifie en outre que ces prévisions ne concernent

6

que les champs de blé en fleurs et on y précise le type de cultures qui, utilisées en rotation,peuvent augmenter les risques d’infection. Les chercheurs de l’Université de Guelph étudient lacorrélation entre les phénomènes météorologiques, telles l’humidité relative, la température etles précipitations au moment de l’épiaison, et la production de mycotoxines. Il semble que cesdernières soient un bon indicateur d’infections inapparentes.

Le principal objectif de notre projet était d’évaluer et d’implanter des modèles de prévision desrisques d’infection fusarienne chez le blé et l’orge cultivés dans les conditions climatiquespropres au Québec. De plus, comme le champignon infecte les céréales à des stadesphénologiques précis, un autre objectif de l’étude consistait à mettre au point un modèle deprévision de ces stades pour les principaux cultivars de blé et d’orge utilisés au Québec.

Toutes les données expérimentales concernant les étés 2000 et 2001 ont été obtenues à partir desemplacements expérimentaux officiels et des champs d’exploitation commerciale du blé et del’orge. Les données ont été rassemblées par les équipes du CÉROM de Saint-Bruno-de-Montarville, dans la région de Montréal, et de Sainte-Foy, dans la région de Québec. Un peuaprès l’ensemencement, les caractéristiques phénologiques ont été notées au moyen de l’échellede Zadoks pour chacune des céréales, deux fois par semaine à chacun des sites. Les donnéesmétéorologiques ont été notées aussi près que possible de chaque emplacement expérimental etelles ont toutes été intégrées au système CIPRA (Computer Centre for Agricultural PestForecasting = centre informatique de prévision des ravageurs en agriculture), un logiciel mis aupoint par l’AAC/CRDH à Saint-Jean-sur-Richelieu. Toutes ces données ont été utilisées pourélaborer des modèles phénologiques pour le blé et l’orge basés sur la méthode des degrés-jours,ainsi que pour prédire la période de sensibilité des deux céréales à la fusariose de l’épi. Lesmodèles phénologiques seront conjugués à un modèle bioclimatique exprimant la propension desconditions environnementales à l’infection fusarienne.

Pour le blé en 2000, 78 séries de données ont été obtenues à partir des emplacementsexpérimentaux officiels et 26 séries, des champs d’exploitation commerciale. Les cultivarsconcernés étaient les suivants : Aquino, Blomidon, Brio et Voyageur. Dans l’ensemble, lesmeilleures prévisions des stades phénologiques pour tous les cultivars ont été obtenues au moyende la méthode sinus simple avec une température de base de 0 ºC, à partir de la dated’ensemencement. Les données pour 2001 sont encore à l’étape d’analyse et d’interprétation.

Pour l’orge en 2000, 84 séries de données ont été obtenues à partir des emplacementsexpérimentaux officiels et 34 séries, des champs d’exploitation commerciale. Les cultivarsconcernés étaient les suivants : Béluga, Grant, Myriam et Nadia. Dans l’ensemble, les meilleuresprévisions des stades phénologiques pour tous les cultivars ont été obtenues au moyen de laméthode sinus simple avec une température de base de 0 ºC, à partir de la dated’ensemencement. Les données pour 2001 sont encore à l’étape d’analyse et d’interprétation.

7


Progrès en épidémiologie et en prévision des risques de fusariose de l’épi au Manitoba

D. KaminskiAgriculture et Alimentation Manitoba, Carman (Manitoba).

Le ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation du Manitoba ainsi qu’une agenceindépendante, l’Agrometeorological Centre of Excellence, collaborent à bon nombre de projetsde prévision des risques de maladies, dont l’un porte sur la fusariose de l’épi chez le blé de forceroux de printemps. Depuis trois ans, le public peut consulter les cartes prévisionnelles surInternet et nous continuons à valider notre modèle prévisionnel en établissant des corrélationsavec l’incidence réelle de la fusariose de l’épi dans les productions commerciales. La collectedes données agronomiques, notamment celles concernant les dates d’ensemencement et lemoment d’application d’un fongicide, peut aider à renforcer la confiance des producteurs dansl’utilisation d’un modèle de prévision des risques en tant qu’outil décisionnel.

Le modèle prévisionnel est fondé sur les données météorologiques rassemblées à partir d’unvaste réseau de stations (une cinquantaine dans le sud du Manitoba), et il illustre graphiquementles risques de fusariose de l’épi sur une base régionale. Les producteurs doivent être encore trèsattentifs aux stades de croissance de leurs cultures. Enfin, certains facteurs compliquent lasituation chez des céréales apparentées, comme le blé dur et l’orge, pour lesquelles les fongicidesne permettent pas de lutter efficacement contre la fusariose de l’épi.

8


Folicur : Le point sur ce fongicide utilisé contre la fusariose de l’épi au Manitoba

D. KaminskiAgriculture et Alimentation Manitoba, Carman (Manitoba).

Le ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation du Manitoba a joué un rôle important dansl’homologation d’urgence du Folicur (tébuconazole), l’actuel produit de choix des producteursde blé des grandes plaines nordiques. Dernièrement, les producteurs ont exprimé leursinquiétudes par rapport à la pertinence du produit, à son coût et aux solutions de rechangepossibles. Sur l’étiquette du Raxil, un autre produit de traitement des semences renfermant lamême matière active, les instructions du fabricant mettent en garde contre l’utilisation répétée duproduit et mentionnent le risque que le champignon devienne résistant au fongicide.

Le Tilt (propiconazole) est le produit de choix pour lutter contre les maladies foliaires descéréales dans les Prairies canadiennes. Bien que les études aient montré que le propiconazole estmoins efficace que le tébuconazole pour enrayer la fusariose de l’épi, les producteursmanitobains savent que le Tilt est homologué contre cette maladie dans le Dakota du Nord, auxÉtats-Unis. Malgré que ce produit ne soit pas homologué pour cet usage au Canada, denombreux producteurs, sous l’influence des stratégies de commercialisation, considèrent le Tiltcomme un substitut peu coûteux pour lutter contre la fusariose de l’épi.

Mais les producteurs ne comprennent pas pourquoi ce produit n’arrive pas à enrayer la fusariosede l’épi lorsque des conditions environnementales propices à la maladie persistent de la floraisonjusqu’au développement des grains. Finalement, ils se sentent frustrés qu’il n’y ait aucun produithomologué pour lutter contre la fusariose de l’épi chez le blé dur et l’orge, deux céréales pourlesquelles la superficie de culture a beaucoup diminué au cours des dernières années auManitoba.

9


Effets de traitements fongicides dans le cadre de la lutte contre la fusariose de l’épi chezl’orge et le blé au Québec

Y. Dion1, N. Lanoie2, S. Rioux3 et M. Savard4 1CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville (Québec).2Semico Inc., Sainte-Rosalie (Québec).3CÉROM, Sainte-Foy (Québec).4Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Ottawa (Ontario).

Les essais de fongicides pour lutter contre la fusariose de l’épi ont commencé en 1997 auCÉROM. Le tout premier essai a été réalisé à Saint-Hyacinthe dans des conditions d’humidité etd’inoculation contrôlées. On a testé le Folicur sur le blé de printemps en utilisant deux doses dematière active, 125 et 250 grammes, avec et sans surfactant (AGRAL). Les traitements auFolicur ont permis de réduire les taux d’infection et l’accumulation de DON dans les grains.Dans une épreuve semblable effectuée en 1998 avec d’autres fongicides, nous n’avons notéaucun avantage à l’utilisation de fongicides par rapport au témoin. Le Bravo a été utilisé dansdeux traitements; il a été pulvérisé au moment de l’épiaison et de l’anthèse, ou seulement àl’anthèse (tableau 1). Ces études avaient pour but d’évaluer l’efficacité des fongicides à enrayerla fusariose. Nous avons aussi examiné des plantes infectées naturellement dans le but d’évaluerl’effet des traitements fongicides sur le rendement du blé de printemps. Les deux variétésutilisées pour ces essais ont réagi de manière semblable aux traitements fongicides.

En 1998, certains traitements fongicides ont permis de diminuer le taux de fusariose de l’épi dublé de printemps par rapport au témoin, mais nous n’avons pas noté de différence significativedans la concentration de DON dans les grains. Une série d’études sur le blé de printemps etl’orge a montré que les fongicides permettent d’augmenter les rendements. En 1998, letraitement fongicide le plus efficace utilisé sur le blé de printemps a permis d’augmenter lerendement de 18,8 %. Cette année-là, les conditions n’étaient pas favorables à l’infectionfusarienne, et les taux d’infection n’étaient pas élevés. On a vérifié la concentration de DONdans les grains provenant de l’endroit où le taux d’infection était le plus élevé. Les résultasindiquent des concentrations très faibles de DON, mais celle des grains témoins non traités étaitsignificativement plus élevée (0,43 ppm) que celle des grains traités aux fongicides Folicur (0,28ppm) et Bravo (0,19 ppm).

Les résultas des essais avec l’orge ont aussi montré les effets positifs des traitements fongicidessur le rendement, le poids spécifique, le poids de mille grains et les maladies foliaires (tableau2).

10

Tableau 1. Infection fusarienne chez des plantes inoculées (Saint-Hyacinthe).

1997 1998

Dose (g) Utilisation de Taux de DON Taux de DONFongicide matière

active/hasurfactant fusariose (ppm) fusariose (ppm)

Folicur 250 non 5,7 13,1 4,1 1,2Folicur 125 non 6,2 12,1 5,8 1,5Folicur 125 oui 6,9 13,1 5,1 1,5Folicur 250 oui 17,1 23,1 3,3 1,1Tilt 8,7 1,8Dithane 5,9 2Bravo (anthèse) 5 1,5Bravo (épiaisonet anthèse)

3,6 1,9

Témoin 15,8 22,7 5,5 1,7

Tableau 2. Rendement des cultures traitées aux fongicides en 1999 et 2000 (Sainte-Rosalie).

1999 2000

Traitement Moyenne Traitement Moyenne

Rendement Folicur 250 S+ 6612 Folicur 250 S+ 7819(kg/ha) Folicur 125 S- 6512 Folicur 250 S- 7755

Folicur 250 S- 6190 Tilt 7394Folicur 125 S+ 5999 Folicur 125 S+ 7349Tilt 5939 Folicur 125 S- 6938Bravo, épiaison et plustard

5856 Témoin 6710

Dithane 5625 Dithane 6662Bravo, anthèse 5566 Bravo, épiaison et plus tard 6653Témoin 5340 Bravo, anthèse 6437

Poidsspécifique

Folicur 250 S+ 66,4 Folicur 250 S- 68,9

(kg/hl) Folicur 125 S- 66,4 Folicur 125 S+ 68,8Folicur 250 S- 66 Folicur 125 S- 68,7Folicur 125 S+ 65,9 Folicur 250 S+ 68,6Tilt 65,6 Tilt 68,5Bravo, épiaison et plustard

65,2 Bravo, épiaison et plus tard 68,4

Bravo, anthèse 65,2 Bravo, anthèse 68,4

11

Témoin 65,2 Dithane 68,3Dithane 64,9 Témoin 68

Poids de1000 grains

Folicur 125 S- 42,3 Folicur 250 S- 42

(g) Folicur 125 S+ 42,1 Folicur 125 S+ 41,7Folicur 250 S- 41,8 Tilt 41,4Folicur 250 S+ 41,8 Dithane 41,4Tilt 41,2 Folicur 250 S+ 41,3Dithane 40,7 Folicur 125 S- 41,2Bravo, épiaison et plustard

40,7 Bravo, épiaison et plus tard 41,1

Témoin 40,6 Bravo, anthèse 41Bravo, anthèse 40,4 Témoin 40,2

Tacheréticulée

Folicur 250 S- 5,4 Folicur 250 S+ 6,6

(0-9) Folicur 125 S+ 5,4 Tilt 6,6Folicur 250 S+ 5,5 Folicur 125 S+ 6,7Folicur 125 S- 5,6 Folicur 250 S- 6,7Tilt 6,1 Bravo, épiaison et plus tard 6,8Bravo, épiaison et plustard

6,2 Dithane 6,8

Bravo, anthèse 6,6 Témoin 7,1Dithane 6,7 Folicur 125 S- 7,1Témoin 7,3 Bravo, anthèse 7,3

Traitements avec le Bravo : lors de l’épiaison et une semaine plus tard, ou seulement une semaineaprès l’épiaison. Traitements avec le Folicur : 125 et 250 g de matière active par hectare, avec et sans surfactant(S+/S-).

12


La fusariose de l’épi et le marché commercial du blé

V. SorensenAgricultural Division, Bayer, Inc.

Folicur • Appellation courante - tébuconazole • Code de recherche - HWG 1608 • Nom chimique - (1-(4-Chlorophényl)-4,4-diméthyl-3-[1,2,4]-triazol-1-ylméthylpentan-3-

ol)• Fongicide systémique de 3e génération : composé de type azole/triazole • Aussi vendu sous le nom de Raxil pour le traitement des semences

Des stratégies de lutte intégrée sont recommandées • Dépistage et surveillance météorologique • Connaissance du pathogène • Pratiques agronomiques • Variétés tolérantes à la fusariose de l’épi • Rotation des cultures adéquate• Utilisation d’urgence du Folicur au Canada • Utilisation d’urgence demandée par les producteurs• Utilisation d’urgence au Canada accordée en 1999, 2000, 2001• Activités de Bayer en vue de l’homologation• Dossier ARLA sur les résidus, complété • Progrès dans l’étude de la dissipation dans le sol • Demande d’Utilisation d’urgence pour 2002

Utilisation du Folicur aux USA• Le point • IR-4 - tentative d’homologation pour l’orge • Renouvellement de l’homologation en vertu de l’exemption prévue à la section 18 dans

les États suivants : le Dakota du Nord et du Sud, le Minnesota, le Michigan, l’Orégon,l’Idaho, Washington et la Californie pour 2002

Conjoncture commerciale • Les pertes de rendement et de qualité sont les principales préoccupations des producteurs • Les concentrations de DON sont le principal souci de la CCG et des transformateurs (et

des éleveurs?)• Utilisation croissante de fongicides• La fusariose de l’épi : un problème de plus en plus sérieux

13

Le Folicur est reconnu comme le meilleur traitement fongicide : • Réduction des symptômes de la fusariose de l’épi • Maladies foliaires et concentrations de DON • Ramifications alarmantes •À risque :• Réputation du Canada en tant que fournisseur international de grains• Économie agricole nationale• Qualité des aliments• Animaux d’élevage

Préoccupations de Bayer…• Le Folicur fait partie de la lutte contre la fusariose de l’épi • Les producteurs doivent enrayer la maladie immédiatement et à long terme • Les utilisateurs finals (les transformateurs, meuniers, etc.) n’ont pas voix au chapitre • Les recherches importantes ne sont pas coordonnées, il n’y a pas d’objectif commun

Bayer est prête à ...• Appuyer une approche intégrée

14


Lutte biologique contre la fusariose de l’épi chez le blé et l’orge

D. FernandoDepartment of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg (Manitoba).

IntroductionLa fusariose de l’épi est l’une des maladies du blé et de l’orge les plus dévastatrices au pays et aumonde. On estime que les pertes sur le plan du rendement, de la qualité et de la commercialisationatteignent 1 milliard de dollars par année. Au Manitoba seulement, l’épidémie de la vallée de larivière Rouge, en 1993, a causé des pertes dans les récoltes de blé et d’orge de plus de 100millions de dollars, et, depuis, on estime que les pertes annuelles s’élèvent à plus de 50 millionsde dollars (Fernando, 1999). Malgré ces manques à gagner, le blé n’en continuera pas moinsd’occuper 25 à 40 % de la superficie totale des cultures agricoles dans l’Ouest canadien. LeFusarium graminearum Schw. (Téléomorphe = Gibberella zeae Schw. Petch.) est le principalagent pathogène responsable de la fusariose de l’épi du blé et de l’orge au Canada.

Justification de la lutte biologique contre la fusariose de l’épi À ce jour, il n’existe pas de variété commerciale de blé ou d’orge résistante à la fusariose.Certains fongicides, tel le Folicur, aident à réduire l’incidence de la maladie. Mais, une étudeattentive indique que le public se préoccupe de plus en plus des risques importants que cesproduits peuvent présenter pour la santé et l’environnement. Si des mesures réglementaires sontmises en œuvre dans un court délai, il faudra prévoir des stratégies pour que les producteurs nesoient pas pénalisés et qu’ils puissent réaliser des profits. Il faut trouver de nouvelles façons decultiver qui soient profitables et qui dépendent moins des produits chimiques. Cependant, commele temps manque et que les enjeux environnementaux sont considérables, il faut élaborer unprogramme de recherches accélérées pour aider les producteurs à faire la transition et à passer àd’autres pratiques qui leur assurent des rendements similaires à ceux obtenus avec les pesticideschimiques. La lutte biologique semble une solution de rechange intéressante. Les pesticidesbiologiques sont efficaces, mais la durée de leur protection est courte. En outre, l’utilisationcontinue de fongicides pourrait rapidement mener à l’apparition de souches résistantes auxproduits utilisés.

De nombreux organismes pathogènes et certains saprophytes peuvent développer une résistanceaux produits chimiques et, plus un fongicide est spécifique, plus la probabilité que l’organismecible développe une résistance est grande (Campbell, 1989). La grande pathogénicité duFusarium, sa gamme d’hôtes relativement étendue (blé, orge et maïs - trois céréales d’importancemajeure cultivées en Amérique du Nord) les dommages économiques considérables qu’il cause,sa persistance et sa résistance à des conditions environnementales défavorables, tous ces élémentsattestent bien l’importance de mettre au point d’autres méthodes et stratégies de lutte contre lafusariose de l’épi. De plus, à cause des effets des produits chimiques sur l’environnement, il sepeut que les méthodes biologiques de lutte contre la fusariose soient les seules qui puissent êtreutilisées à l’avenir. Une solution pratique serait de mettre au point un pesticide biologique

15

constitué d’un ou de plusieurs microorganismes naturels ou de leurs produits pour lutter contre lamaladie. Une telle méthode pourrait s’inscrire dans un programme intégré comprenant aussid’autres mesures pour lutter contre la fusariose de l’épi.

a) Application sur les épis Qu’est-ce qui nous fait croire qu’une méthode biologique fonctionnera? C’est surtout au momentde l’anthèse que le blé est vulnérable à la fusariose. Étant donné que la période de vulnérabilité àl’infection menant à des pertes économiques n’est pas très longue, l’application sur l’épi d’unagent biologique de lutte contre la fusariose de l’épi au moment de, ou juste avant, l’anthèsedevrait être efficace. L’agent antagoniste serait appliqué sur les épis (point d’entrée de l’agentinfectieux) pour interrompre, freiner ou retarder la germination des spores (surtout desascospores). Bien que, chez l’orge, la période de vulnérabilité à l’infection semble un peu pluslongue, si l’on peut déterminer les conditions optimales et le meilleur moment d’appliquer leproduit, la lutte biologique devrait être efficace. Ainsi, l’objectif de notre étude est de mettre aupoint un biofongicide foliaire qui soit aussi efficace qu’un fongicide chimique pour réduirel’incidence et la gravité de la fusariose de l’épi ainsi que les concentrations de DON. Un pesticidebiologique capable de réduire l’infection initiale et la progression de la maladie devrait permettrede limiter les pertes économiques attribuables à la fusariose de l’épi.

b) Gestion des résidus Les microorganismes agissent déjà comme des agents naturels de lutte contre les propagules(p. ex. pseudothèces) quand ils se trouvent sur des débris végétaux. C’est d’ailleurs l’un desavantages de travailler le sol : en augmentant les contacts entre résidus et microorganismes, onaugmente les chances de dégradation microbienne des propagules pathogènes. Cette luttenaturelle contre les propagules pathogènes peut se faire par mycoparasitisme, par antibiose ouencore par la production de composés volatils inhibiteurs de la formation des propagules. Dansnos essais en laboratoire, nous avons trouvé plusieurs souches de bactéries capables de produiredes composés volatils qui inhibent complètement la croissance, la germination et la production destructures permettant la survie hivernale de plusieurs agents phytopathogènes (Fernando et al.,2000).

En utilisant la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse, nous avons puidentifier ces composés. Il s’agit de l’oxanamide, de la cyclohexa-2,5-diène-1,4-dione,2,2,bis etdu 2,6-diméthylheptane. Certains de ces composés sont disponibles sur le marché, et on sait qu’ilssont utilisés dans la préparation de pesticides. La souche de Microsphaeropsis sp. P130A, quiattaque les périthèces du champignon responsable de la tavelure du pommier, a permis de réduirela production de périthèces fusariens dans les résidus d’épillets et de paille quand on l’appliquaitsur les résidus avant la plantation ou encore après la récolte (Bujold et al., 2001). Toutefois, en cequi concerne la gestion des résidus, il faut poursuivre les recherches pour améliorer l’efficacité del’agent biologique, en déterminant la dose et la préparation optimales de même que le meilleurmoment de l’appliquer à l’hôte.

Recherches sur les produits biologiques de lutte contre la fusariose de l’épi dans notrelaboratoire

16

Nous avons isolé un excellent candidat pour la lutte biologique contre la fusariose et nous avonsprocédé à des essais in vitro prometteurs. Il s’agit d’une bactérie productrice d’antibiotiquesextrêmement virulente, la souche Pseudomonas chlororaphis PA-23, qui a permis de réduire lacroissance mycélienne du champignon de manière constante au laboratoire, et de réduire le tauxde fusariose dans les essais en serre (Parks et al., 2000). On a d’abord vérifié l’effet de cettebactérie, qui produit trois antibiotiques (l’acide phénazine-1-carboxylique, l’acide 2-hydroxy-phénazine-1-carboxylique et la 2-hydroxy-phénazine), sur le Sclerotinia sclerotiorum, l’agentresponsable de la pourriture sclérotique du canola. La bactérie a inhibé la croissance mycéliennedu Sclerotinia et la production des structures de survie hivernale; elle a aussi empêché lagermination des ascospores lors des essais en laboratoire (Savchuk et al., 2001).

Dans les expériences réalisées en serre, les ascospores de Sclerotinia n’ont causé aucunsymptôme de maladie. Dans nos essais en serre avec la souche PA-23 et le Fusarium, il y a eu23 % moins d’épis infectés par rapport au témoin. Avec la souche P. aurantiaca 200, isolée ducanola, la réduction a été de 15 %. Au cours de l’été 2001, nous avons procédé au criblage demicroorgansimes isolés de feuilles, de racines, de tiges et d’épis de blé en fonction de leur effetantagoniste sur le F. graminearum. Trois isolats (les souches H-08, S-01 et L-01) ont réussi àinhiber la croissance du Fusarium dans les essais en laboratoire. La souche bactérienne H-08 a étéisolée d’un épi de blé où elle était présente en assez grand nombre. Il s’agit d’une bactérie grampositif du genre Bacillus sp. Nous espérons pouvoir pousser nos recherches sur l’activitéantagoniste des trois isolats dans le cadre d’un essai en serre.

Progrès réalisés dans d’autres laboratoiresAu National Center for Agricultural Utilization Research (NCAUR) à Peiora, en Illinois, l’équipede David Schisler travaille depuis 4 ans à la mise au point de méthodes biologiques pour luttercontre la fusariose de l’épi. Ils examinent actuellement plusieurs agents biologiques en vue de lesdévelopper pour la commercialisation (Schisler et al., 2002) et travaillent à la formulation de cesproduits (Schisler et al., 2001). Leurs travaux portent sur 3 bactéries (Bacillus sp.) et3 levures(Cryptococcus sp). Des microorganismes colonisateurs des anthères, capables d’utiliserl’acide tartrique (un composé qu’utilise difficilement le G. zeae et qui pourrait entrer dans lacomposition des préparations d’agents biologiques) ont permis de réduire le taux de fusariose del’épi (Khan et al., 2001). Les recherches de Wilmar da Luz, au Brésil, comptent parmi lespremières à examiner les effets antagonistes de microorganismes existant dans la nature contre lafusariose de l’épi (Luz, 1988). Les chercheurs de l’Université Cornell, de concert avec M. Luz,ont entrepris une étude visant à identifier des bioprotecteurs microbiens capables de lutter contrele G. zeae (Stockwell et al., 2000). Leur approche consiste principalement à analyser les effetsd’organismes bioprotecteurs, soit par pulvérisation au moment de l’anthèse, application sur lessemences ou traitement des résidus des récoltes. Des chercheurs d’Agriculture et AgroalimentaireCanada, à Swift Current, ont entrepris une étude sur la gestion biologique des résidus de récoltes(Hanson et Fernandez, communication personnelle). Jusqu’à présent, ils ont trouvé 28 souchesbactériennes et 7 isolats fongiques qui manifestent, in vitro, une activité antagoniste contre deschampignons phytopathogènes habituellement associés au blé et à l’orge. Quatre de ces isolatsont enrayé la croissance de toutes les espèces de champignons testées, dont celle desF. graminearum de types I et II.

17

Facteurs limitant la lutte biologique dans la phyllosphèreL’environnement relativement hostile de la phyllosphère constitue un obstacle majeur à la miseau point d’un agent de lutte biologique capable d’agir de façon constante. En effet, les conditionsenvironnementales qui sévissent dans la phyllosphère par rapport à celles que l’on retrouve dansla rhizosphère sont particulièrement difficiles : absence d’eau libre, rayonnement UV ettempératures élevés, épuisement des sources de nourriture. Les études portent actuellement sur lasélection d’organismes capables de tolérer des conditions environnementales extrêmes ainsi quesur l’ajout de polymères aux préparations http://www.ag.auburn.edu/bci/foliar.htm.Jusqu’à ce l’on ait réussi à mettre au point de tels polymères et trouvé des bactéries tolérant cegenre de conditions, la survie à long terme et la multiplication des organismes de lutte biologiquerisquent d’être difficiles dans la phyllosphère. L’idéal serait de choisir un organisme pathogènepour lequel la période propice à l’infection de l’hôte est courte (p. ex. le Fusarium sur les épis deblé à l’anthèse, ou le Sclerotinia sur les pétales du canola) et de mettre au point un agent de lutteefficace pendant cette courte période. De cette façon, il ne serait pas nécessaire que lemicroorganisme puisse survivre longtemps ou qu’un nouvel équilibre écologique soit atteint.

Fermentation et formulation La durée de conservation d’un produit biologique est une caractéristique très importante pour lacommercialisation. Grâce aux techniques de formulation, on peut influer sur de nombreusescaractéristiques des agents biologiques, dont leur durée de conservation, leur efficacité, leurcroissance et leur survie dans le milieu, de même que leur compatibilité avec les pratiquesagricoles et la machinerie utilisées (Loper et Stockwell, 2000). Par exemple, on ajoute del’uridine aux formulations de Bacillus subtilis pour stimuler la colonisation des épis de blé (Ierulliet al., 2001). On a aussi remarqué que les osmolytes peuvent augmenter la durée de conservationdes lyophilisats d’Enterobacter colacae (VanCauwenberge et al., 2001).

Expériences réussies et agents de lutte biologique offerts sur le marchéLes agents de lutte biologique efficaces dans la phyllosphère visent surtout les champignonscausant la rouille ou l’oïdium, ainsi que des microorganismes des genres suivants : Alternaria,Epicoccum, Sclerotinia, Septoria, Drechslera, Venturia, Erwinia et Pseudomonas. La souchePseudomonas fluorescens A506 constitue un cas exemplaire d’agent biologique efficace dans laphyllosphère pour lutter contre la brûlure bactérienne des pommes et des poires causée parErwinia amylovora (Stockwell et al., 1998). Le produit est mis en marché sous le nom deBlightBan A506 et est offert sous forme de granules constitués de bactéries (de la souche A506)lyophilisées, qui préviennent la maladie par un mécanisme d’exclusion de l’organisme pathogène(Wilson et Lindow, 1993).

18

La lutte biologique contre la fusariose de l’épi est-elle possible?Avec un microorganisme approprié et une formulation adéquate, on devrait pouvoir empêcherl’infection fusarienne pendant la courte période de vulnérabilité des épis de blé et d’orge.

Références Bujold, I., Paultiz, T.C., and Carisse, O. 2001. Effect of Microsphaeropsis sp. on the production

of perithecia and ascospores of Gibberella zeae. Plant Dis. 85:977-984.Campbell, R. 1989. Biological control of microbial plant pathogens. Cambridge Univ. Press. Page

218.Fernando, W.G.D., Savchuk, S., Wang, B., and Parks, P. 2000. Biological control of Sclerotinia

sclerotiorum, stem rot pathogen of canola. Dans Proc. 50th Annu. Scientific Meet., Can.Soc. Microbiol. Winnipeg, MB.

Fernando, W.G.D. 1999. Fusarium head blight situation in Canada. Pages 11-18 dans Compterendu du premier Colloque canadien sur la fusariose, 28 au 30 novembre 1999, Winnipeg(Manitoba).

Ierulli, J.M., Schisler, D.A. and Gessner, R.V. 2001. Potential of uridine augmentation to enhancewheat head colonization and efficacy of fusarium head blight antagonist Bacillus subtilisAS43.3 Phytopathology (Abstr.) 91:S42.

Khan, N.I., Schisler, D.A., Boehm, M.J., Slininger, P.J., and Bothast, R.J., 2001. Selection andevaluation of microorganisms for biocontrol of Fusarium head blight of wheat incited byGibberella zeae, Plant Dis. (sous presse).

Loper, J.E., and Stockwell, V.O. 2000. Current status in biological control of plant diseases.Pages 240-256 dans G.G. Kennedy, and T.B. Turner, eds. Emerging technologies forintegrated pest management; concepts, research, and implementation.

Parks, P.S. and W.G.D. Fernando. 2000. Using the MicroLogTM system for identification ofpathogens and beneficial field bacteria. Page 162 dans Proc. Manitoba Agronomists' Conf.Dec. 12-13, 2000.

Savchuk, S., Fernando, W.G.D., and Parks, P.S. 2001. Potential for biocontrol of Sclerotiniasclerotiorum on canola. Can. J. Plant Pathol. 23:205.

Schisler, D.A., Khan, N.I., and Boehm, M.J. 2002. Biological control of Fusarium head blight ofwheat and deoxynivalenol levels in grain via use of microbial antagonists. Dans L.S.Jackson, M.W. Trucksess, J.W. DeVries. eds. Mycotoxins and food safety. KluwerAcademic/Plenum Publishers, New York. (sous presse).

Schisler, D.A., Khan, N.I., Iten, L.B., and Boehm, M.J. 2001. Scale-up of biomass production,processing and storage for two yeast antagonists of Gibberella zeae. Phytopathology(abstr.) 91:S80.

Stockwell, V.O., Johnson, K.B., and Loper, J.E. 1998. Establishment of bacterial antagonists of Erwinia amylovora on pear and apple blossoms as influenced by inoculum preparation.Phytopathology 88:506-513.

VanCauwenberge, J.E., Schisler, D.A., and Slininger, P.J. 2001. Osmolytes enhance roomtemperature shelf-life of freeze-dried cells of the biocontrol agent Enterobacter cloacaeS11:T:07 (NRRL 21050). Phytopathology (Abstr.) 91:S180

19

Wilson, M., and Lindow, S.E. 1993. Interactions between the biological control agent Pseudomonas fluorescens strain A506 and Erwinia amylovora in pear blossoms.Phytopathology 86:1066-1070.

20


Sélection de cultivars pour une lutte intégrée contre la fusariose de l’épi

A. Tekauz, J. Gilbert et B. McCallumCentre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Winnipeg(Manitoba).

Jusqu’à ce que l’on dispose de cultivars de céréales résistants à la fusariose de l’épi, (c’est-à-diredes cultivars peu atteints par la maladie, présentant de faibles taux de grains fusariés et de faiblesconcentrations de désoxynivalénol (DON)), il nous faut trouver d’autres moyens pour luttercontre cette maladie. S’il est fort probable qu’aucune méthode ne sera totalement efficace à elleseule, une démarche intégrée comprenant la sélection de cultivars adaptés constitue sans douteune stratégie de choix. Pour évaluer les réactions du blé et de l’orge à la fusariose de l’épi, nousavons utilisé des cultivars enregistrés cultivés au champ à plusieurs endroits de même que dansune pépinière de recherches sur la fusariose de l’épi. Pendant les deux ans qu’a duré notre étude,nous avons déterminé l’intensité de la fusariose en évaluant visuellement le degré de gravité de lamaladie, en mesurant le taux de grains fusariés et l’accumulation de désoxynivalénol (DON). Lescorrélations entre ces variables ont permis de déterminer les relations qui existent entre elles.

Chez le blé, les variétés durum et printemps Canada Prairie ont généralement manifesté des tauxde maladie élevés (cultivars sensibles), tandis que chez le blé tendre, quelques cultivars (p. ex.AC Barrie, AC Cora, Katepwa) exprimaient un niveau de résistance intermédiaire. De même,chez l’orge, on a trouvé que les cultivars à six rangs étaient sensibles, tandis que certaines variétésà 2 rangs (p. ex. AC Metcalfe, AC Oxbow) étaient partiellement résistantes. Chez le blé, lescorrélations étaient statistiquement significatives pour la plupart des paramètres touchantl’infection (dont la gravité de la maladie et la concentration de DON, le taux de grains fusariés etla concentration de DON, et le taux de F. graminearum et la concentration de DON ), ce qui étaitrarement le cas chez l’orge. Les corrélations étaient plus robustes avec les données provenant despépinières de recherches sur la fusariose de l’épi qu’avec les données provenant de plantesinfectées naturellement au champ. La mise au point de cultivars enregistrés de blé ou d’orge dotésd’une résistance à la fusariose de l’épi devrait aider à réduire les ravages causés par cette maladiedévastatrice, notamment si les variétés résistantes sont utilisées de concert avec d’autres mesuresde lutte.

21


Progrès dans la lutte contre la fusariose de l’épi en Saskatchewan

M.R. Fernandez1, S. Stolhandske-Dale1, R.P. Zentner1 et P. Pearse2

1Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Swift Current (Saskatchewan).2Saskatchewan Agriculture and Food, Regina (Saskatchewan).

La fusariose de l’épi est une maladie des céréales qui prend de plus en plus d’importance enSaskatchewan. Depuis qu’on l’a détectée au début des années 1990, la fusariose de l’épi s’estgraduellement propagée du Manitoba vers l’est de la Saskatchewan. Cette propagation a eu deseffets négatifs importants sur le rendement et la qualité de l’orge ainsi que des blés tendre et durdans cette région.

Depuis cinq ans, on surveille l’étendue de la fusariose de l’épi et son potentiel de propagation enSaskatchewan. Environ la moitié des champs d’orge et de blés tendre ou dur étudiés se sontrévélés fusariés, mais dans l’ensemble la gravité de la maladie était faible. L’incidence et lagravité de l’infection étaient plus élevées dans l’est de la province. Le F. graminearum touchesurtout le sud-est de la province. D’autres espèces fusariennes, comme le F. avenaceum, ont étéisolées couramment de champs fusariés dans d’autres régions de la province (voir le rapport dansle présent compte rendu).

Jusqu’à ce que l’on réussisse à mettre au point des cultivars de céréales résistants à la fusariose del’épi, il faudra trouver des mesures de lutte efficaces pour prévenir la propagation de la fusariosede l’épi et réduire les dommages causés par cette maladie.

Impact des pratiques agricoles sur l’incidence et la gravité de la fusariose de l’épi dans l’estde la SaskatchewanEn 1999, on a entrepris une étude d’une durée de 5 ans (1999-2003) pour identifier les facteursagronomiques qui peuvent être associés aux cultures fusariées. Ce projet avait pour but derecenser les facteurs de risque qui pourraient mener au développement de la fusariose de l’épi etde définir une série de recommandations destinées aux producteurs pour les aider à combattrecette maladie.

Les districts agricoles 1B et 5A (tous les deux situés dans l’est de la Saskatchewan) ont étéchoisis pour cette étude à cause de la présence de la fusariose de l’épi dans ces régions au coursdes années précédentes. Environ 200 champs (d’orge et de blés tendre et dur) sont échantillonnéschaque année pour vérifier la présence de la fusariose de l’épi et déterminer les espèces en cause.Une base de données a été mise sur pied à partir des résultats de ces analyses et desrenseignements détaillés sur les pratiques culturales des producteurs concernés.

Les résultats pour les trois premières années indiquent que les conditions environnementales(température, humidité) et la sensibilité des céréales ont été les principaux facteurs à influer sur le

22

développement de la fusariose de l’épi. Dans les cultures à semis direct, la maladie n’a pas sévidavantage que dans les champs labourés de manière classique, mais il semble que dans leschamps qui ont été travaillés de façon minimale, la maladie a fait plus de dégâts que dans leschamps où le sol avait été travaillé différemment. La rotation des cultures, faite avec des plantesnon céréalières, ne semble pas avoir eu d’impact sur le développement de la fusariose de l’épi.L’analyse de corrélation des données de la fusariose de l’épi avec d’autres pratiques agricoles esten cours.

Rôle des infections souterraines dans la propagation du F. graminearum et du F. avenaceumDans le sud-ouest de la Saskatchewan, tant les études sur le terrain que les essais en serre ontmontré que le F. graminearum peut se propager à partir de semences infectées et causer la fontedes semis ou le pourridié chez les plantules et les plantes parvenues à maturité. D’autres étudesréalisées dans des conditions contrôlées et au moyen d’une source d’inoculum placée tout prèsdes semences saines ont montré que les différences observées dans la capacité des isolats duF. graminearum à réduire la levée des plantules, à causer la fonte des semis et à former despérithèces sur les tissus infectés n’était pas liée à la provenance des isolats (voir le résumé dans leprésent compte rendu). D’autres épreuves de pathogénicité faites avec ces isolats duF. graminearum ont montré que ceux-ci étaient aussi pathogènes les uns que les autres pour lesépis de blé. Que la source d’infection soit les semences fusariées ou un inoculum exogène, cesrésultats suggèrent que les plantes infectées, qu’elles soient ou non parvenues à maturité, peuventservir de source d’inoculum du F. graminearum pour infecter les épis.

Des études semblables menées avec divers isolats du F. avenaceum provenant d’épis de céréaleset de sources souterraines non céréalières ont montré que les différences de pathogénicité vis à visles épis de blé n’étaient pas liées à la provenance des isolats (voir le résumé dans le présentcompte rendu). Ainsi, il semble que la culture de plantes non céréalières sensibles auF. avenaceum pourrait augmenter les taux de fusariose de l’épi chez les céréales cultivées par lasuite, si les conditions environnementales sont propices au développement de la maladie. Cecipourrait expliquer les résultats de certaines études faites dans le sud-est et le sud-ouest de laSaskatchewan et dans lesquelles l’incidence du F. avenaceum était plus élevée dans les racines oules épis de blé lorsque la céréale était cultivée en rotation avec des légumineuses par rapport auxchamps où l’on ne cultivait toujours que du blé.

Agents de lutte chimique et biologique Traitement des semences : On examine actuellement l’efficacité du traitement des semences pourprévenir la propagation de la fusariose de l’épi dans l’ouest de la Saskatchewan. À ce jour, ilsemble qu’aucun des traitements disponibles ne réussisse à enrayer complètement la propagationdu F. graminearum et d’autres Fusarium spp. des semences infectées aux racines et au collet desplantes. En Alberta et dans l’ouest de la Saskatchewan, on procède actuellement à des études pluspoussées en serre et dans plusieurs champs pour évaluer l’efficacité du traitement des semencespour lutter contre les Fusarium spp.Efficacité des fongicides : Différentes équipes examinent actuellement l’efficacité du traitementau Folicur et la technique d’application du fongicide, dont des chercheurs à Swift Current etIndian Head, en Saskatchewan, et d’autres à Melita, au Manitoba.

23

Lutte biologique : En ce moment, certaines études visent à évaluer le potentiel d’agentsbiologiques pour lutter contre la fusariose de l’épi et prévenir sa propagation. Plusieurs souchesde bactéries et de champignons isolées de résidus de cultures de blé et d’orge ont pu inhiber lacroissance des hyphes du F. graminearum in vitro. Il faut maintenant vérifier l’efficacité de cesisolats dans des chambres de culture et des essais au champ.

Conclusions et recherches futures• Les parties souterraines et aériennes de plantes (céréalières et non céréalières) pourraient

servir de sources d’inoculum du F. graminearum. Selon le développement des structuresde reproduction de la plante, cet inoculum pourrait s’avérer une source d’infection pourles épis dans une même année ou dans les années subséquentes. L’utilisation de semencesinfectées peut entraîner une accumulation d’inoculum dans le champ, soit directement parune augmentation des infections du collet et des racines ou indirectement par le contactavec des semences et des plantes saines.

• La réduction des populations de Fusarium spp. pourrait se révéler importante pourprévenir la propagation de la fusariose de l’épi en Saskatchewan. On devrait recommanderaux producteurs d’utiliser des semences saines, d’éviter d’acheter celles provenant derégions où sévit la fusariose de l’épi, et de faire vérifier leurs semences dans unlaboratoire accrédité. Le traitement des semences est aussi recommandé bien que sonefficacité à prévenir la propagation du F. graminearum et des autres Fusarium spp. auxracines n’ait pas été établie avec certitude.

• Dans les endroits où la fusariose de l’épi est bien établie, la culture de cultivars tolérants àla maladie peut permettre de réduire significativement les dommages. On a remarqué quelorsque des fongicides sont appliqués correctement à des cultivars tolérants, ils permettentd’accroître la protection contre la maladie dans les régions touchées par la fusariose del’épi en Saskatchewan.

• À ce jour, les résultats obtenus mettent en doute l’efficacité de la rotation des culturespour lutter contre la fusariose de l’épi en Saskatchewan. Jusqu’à présent, les taux defusariose de l’épi dans l’est de la Saskatchewan n’ont pas été associés aux plantes choisiespour la rotation des cultures.

• En ce qui concerne le travail du sol, il semble que les systèmes de travail réduit du sol nejouent pas tous le même rôle dans le développement de la maladie. Il est important designaler que l’on n’obtient pas des taux de fusariose de l’épi plus élevés dans les culturessans labour que dans les cultures avec travail du sol classique.

Les recherches qui se poursuivent sur les facteurs agronomiques associés aux taux élevés defusariose de l’épi et sur l’épidémiologie de la fusariose de l’épi en Saskatchewan nous permettentde mieux comprendre le développement et la propagation de la maladie dans cette province. Nousespérons que ces renseignements seront utiles aux producteurs et à l’industrie céréalière et qu’ilsaideront à enrayer la maladie ou du moins à réduire son impact au minimum.

Autres chercheurs participant aux projets mentionnés ci-dessusK. Turkington et D. Orr, Centre de recherches de Lacombe, Agriculture et Agroalimentaire

Canada, Lacombe (Alberta).

24

G. Holzgang, Saskatchewan Agriculture and FoodK. Hanson et F. Selles, Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture

et Agroalimentaire Canada, Swift Current (Saskatchewan)T. Wolf, Centre de recherches de Saskatoon, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Saskatoon(Saskatchewan).R. Kutcher, Ferme expérimentale de Melfort, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Melfort(Saskatchewan).G. Hughes, University of SaskatchewanW. May, IHARF/Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture etAgroalimentaire Canada, Swift Current (Saskatchewan)

Organismes de financement Agriculture Development FundWestern Grains Research FoundationProgramme de partage des frais pour l’investissement en R et D, Agriculture et Agroalimentaire CanadaGustafsonBayerSyngenta

25


La fusariose de l’épi dans la région de l’Atlantique : un aperçu des travaux de R-D

R.A. MartinCentre de recherches sur les cultures et les bestiaux, Agriculture et Agroalimentaire Canada,Charlottetown (Île-du-Prince-Édouard).

De nos jours, la fusariose de l’épi constitue sans doute la maladie des céréales pouvant le plusnuire à l’industrie dans la région de l’Atlantique, sur le plan du rendement et/ou de la qualité.Avec plusieurs épidémies graves au cours de 20 dernières années, la fusariose de l’épi s’avère unproblème fréquent. Bien que le blé soit la céréale la plus touchée visuellement, l’impact de lafusariose de l’épi sur l’orge devient de plus en plus évident avec les problèmes liés aux grainsdestinés à l’alimentation animale qui sont contaminés par les mycotoxines. Des projets derecherche sur la fusariose de l’épi sont actuellement en cours dans la région de l’Atlantique, laplupart étant concentrés au Centre de recherches sur les cultures et les bestiaux (CRCB)d’Agriculture et Agroalimentaire Canada, dont des études sur l’épidémiologie, l’amélioration etl’évaluation des céréales, de même que sur des agents chimiques de lutte contre la fusariose del’épi.

Nous avons montré que l’infection au Fusarium peut survenir à tout moment entre l’épiaison et larécolte, quoique les dégâts soient pires lorsque l’infection survient tôt, d’où la difficulté de mettreau point des mesures pour lutter contre la fusariose de l’épi. Bien que plusieurs espèces deFusarium infectent les épis des céréales dans la région, nous nous préoccupons surtout duFusarium graminearum, qui est responsable des plus importantes pertes de rendement du blé, demême que de la production de DON, tant dans le blé que dans l’orge. Bon nombre d’étudesporteront sur le rôle d’autres espèces de Fusarium dans le rendement des cultures, parmilesquelles le Fusarium poae et le Fusarium sporotrichioides. De nouvelles étudesépidémiologiques fondamentales seront aussi entreprises sur la production et la distribution del’inoculum dans le cadre des études générales de lutte contre la fusariose de l’épi.

Une partie du programme de recherche sur la fusariose de l’épi concerne l’évaluation desgénotypes en fonction de leur résistance à la fusariose. Celle-ci sera évaluée sur des plantessoumises à un système d’arrosage par nébulisation pour favoriser l’infection et le développementde la maladie. On examine actuellement des lignées de blé et d’orge provenant de plusieursprogrammes d’amélioration et d’études nationales, comme l’étude est-ouest sur le blé, en fonctionde leur résistance à la fusariose de l’épi et de leur production de DON. Le Centre participe aussi àdes études en collaboration avec d’autres établissements; les résultats de ces études sont présentésailleurs par les coordonnateurs des projets. Il n’y a pas très longtemps que nous étudions l’orge auCRCB et, à cause du manque de constance dans l’expression des symptômes et dans ledéveloppement de la fusariose de l’épi chez cette céréale, même sous nébulisation, nousutiliserons les teneurs en mycotoxines pour déterminer les taux de résistance à la maladie ouencore l’efficacité d’autres mesures de lutte contre celle-ci. Le plus grand défi du Centre, en cequi concerne la recherche sur la fusariose de l’épi, est de maintenir des conditions convenant à

26

l’infection et au développement de la maladie, étant donné la variabilité des conditionsenvironnementales, même sous nébulisation.

Ailleurs en Amérique du Nord, on rapporte que les fongicides peuvent être efficaces dans la luttecontre la fusariose de l’épi. Au Centre, des recherches sont en cours pour déterminer s’ils peuventêtre efficaces dans la région de l’Atlantique, pour le blé et l’orge. Ces études ont été entreprisesen 2000, dans des conditions naturelles, bien que les plantes aient été inoculées par pulvérisationde l’agent pathogène. Dans deux études portant sur l’orge et une sur le blé, plusieurs traitementsau Folicur ont permis d’obtenir d’importantes réductions des concentrations de DON (de 5,15 à2,73 ppm). Toutefois, lorsqu’on appliquait le fongicide (Folicur ou Tilt) après l’apparition desépis, les réductions dans les concentrations de DON ou dans les symptômes de la fusariose del’épi, étaient très limitées. Il faudra davantage de recherches pour déterminer si ces produitsdonnent des résultats cohérents, s’ils peuvent être utilisés à long terme et s’ils peuvent êtreintégrés aux stratégies de lutte contre la fusariose de l’épi. Le cas échéant, il faudra définir etpréciser les conditions d’application de ces produits pour maximiser leurs bienfaits.

27

CCF/CWFHB : Session 3 - Épidémiologie, pathologie et stratégies de lutteAFFICHES

P3-1 Réduction de l’impact du Fusarium graminearum sur la chaîne de valeur des céréalesalbertaines

T.K. Turkington, E. Armstrong, B. Chapman, R. Clear, R. Dunn, I. Evans,M. Fernandez, J. Gardner, D. Gaudet, J. Gilbert, L. Harrison, B. Irvine,R. Joy, R. Lange, F. Larney, D. McLaren, M. McLelland, B. Ralston,P. Ramsey, D. Spencer, B. Sutton, A Tekauz, J.P. Tewari, B. Witbeck,P. Woloshyn, K. Xi et J. Zantinge

P3-2 Effet des traitements fongicides sur l’incidence de la fusariose de l’épi et des maladiesfoliaires chez le blé d’hiver

A. Brûlé-Babel et D. Fernando

P3-3 Pathogénicité d’isolats du Fusarium graminearum et du F. pseudograminearum provenantde différentes sources pour le blé tendre et dur

M.R. Fernandez

P3-4 Pathogénicité d’isolats du Fusarium avenaceum provenant de plantes céréalières et noncéréalières en Saskatchewan

M.R. Fernandez

P3-5 La fusariose de l’épi en Saskatchewan de 1998 à 2001M.R. Fernandez, P. Pearse, G. Holzgang, G. Hughes et R. Clear

P3-6 Traitement thermique pour lutter contre le Fusarium graminearum dans les semences deblé infectées

J. Gilbert et A. Tekauz

P3-7 Recherche de microorganismes efficaces contre le Fusarium graminearum et despathogènes des céréales apparentés

K.G. Hanson et M.R. Fernandez

P3-8 Recherche d’une méthode biologique pour lutter contre la fusariose de l’épi chez le bléS.A. Inch et J. Gilbert

P3-9 Identification de souches virulentes du Fusarium graminearumS. Marchand, G. Marchand, J.V. Bourdages et F.J. Belzile

P3-10 Étude de l’infection fusarienne et des mycotoxines chez l’orge cultivée dans l’est duCanada en 2000

R.A. Martin, T.M. Choo, H. Campbell, L. Underhill et B. Vigier

28

P3-11 Pourcentage de grains de céréales fusariés analysés dans des laboratoires accrédités enSaskatchewan

P.G. Pearse, R.A.A. Morrall et L.W. Thomson

P3-12 Effet de certains fongicides et du moment de leur application sur le développement de lafusariose de l’épi et l’accumulation de désoxynivalénol (DON) dans les grains de bléd’automne

S.R. Pirogosliev, S.G. Edwards, M.C. Hare et P. Jenkinson

P3-13 Incidence des grains fusariés chez le blé et l’orge récoltés au QuébecS. Pouleur et A. Comeau

P3-14 La fusariose de l’épi chez l’orge et le blé au Québec en 1999 et 2000S. Rioux, G. Bourgeois et Y. Dion

P3-15 La fusariose de l’épi et le marché commercial du bléV. Sorensen

P3-16 Recherche de bioprotecteurs pour lutter contre le Gibberella zeaeC.A. Stockwell, G.C. Bergstrom et W.C. da Luz

P3-17 La fusariose de l’épi chez le blé de printemps dans l’est de l’Ontario en 2001A.G. Xue, H.D. Voldeng, Y. Chen, F. Sabo, P. Matthew et R. Stanley

P3-18 Lutte microbiologique contre les Fusarium spp. Et d’autres phytopathogènes fongiques Y.-K. Chan, W.A. McCormock et M.E. Savard

29

P3-1. Réduction de l’impact du Fusarium graminearum sur la chaîne de valeur des céréalesalbertaines

T.K. Turkington1, E. Armstrong2, B. Chapman3, R. Clear4, R. Dunn5, I. Evans6, M. Fernandez7, J. Gardner8, D. Gaudet9, J. Gilbert10, L. Harrison11, B. Irvine12, R. Joy13, R. Lange14, F. Larney9, D. McLaren12, M. McLelland15, B. Ralston16, P. Ramsey17, D. Spencer18, B. Sutton13, A Tekauz10, J.P. Tewari19, B. Witbeck15, P. Woloshyn8, K. Xi15 et J. Zantinge15

1Centre de recherches de Lacombe, Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), Lacombe(Alberta).2Institut de recherche sur l’orge de brasserie et de maltage, Winnipeg (Manitoba).3Alberta Agriculture, Food and Rural Development (AAFRD), Westlock (Alberta).4Laboratoire de recherches sur les grains, Commission canadienne des grains, Winnipeg(Manitoba).5AAFRD, Lethbridge (Alberta).6Agronomy Unit, AAFRD, Edmonton (Alberta).7Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, AAC, Swift Current(Saskatchewan).8Econonomics and Competitiveness Division, AAFRD, Edmonton (Alberta).9Centre de recherches de Lethbridge, AAC, Lethbridge (Alberta).10Centre de recherches sur les céréales, AAC, Winnipeg (Manitoba).11AAFRD, Beaverlodge (Alberta).12Centre de recherches de Brandon, AAC, Brandon (Manitoba).13Westcan Malting Inc., Alix (Alberta).14Alberta Research Council, Vègreville (Alberta). 15Field Crop Development Center, AAFRD, Lacombe (Alberta).16AAFRD, Strathmore (Alberta). 17AAFRD, High River (Alberta).18AAFRD, Medicine Hat (Alberta).19University of Alberta, Edmonton (Alberta).

La fusariose de l’épi causée par le Fusarium graminearum a d’abord été détectée vers le débutdes années 1980, dans quelques champs du sud du Manitoba. À la fin des années 1990, cettemaladie coûtait déjà aux producteurs et transformateurs de céréales du Manitoba des centaines demillions de dollars, et des pertes encore plus élevées étaient signalées dans le centre du Canada(plus de un milliard de dollars canadiens) ainsi qu’au Dakota du Nord et au Minnesota (plus de unmilliard de dollars U.S.). Dès 1998, les producteurs du sud-est de la Saskatchewan subissaient despertes de rendement, de qualité et de grade dues à ce pathogène. Si le F. graminearum continuaità se propager vers l’ouest et venait à s’établir en Alberta, il pourrait gravement affaiblir lacapacité de cette province à fournir des céréales exemptes de maladie et de mycotoxine auxsecteurs clés de l’élevage porcin, du maltage et de la production alimentaire. La fusariose de l’épine fait pas que nuire à la productivité du secteur agricole primaire : elle a un impact encore plusgrave sur le grade des céréales et sur leur qualité d’utilisation finale. De plus, le pathogèneproduit des métabolites toxiques, les mycotoxines, à mesure qu’il croît dans les tissus végétaux

30

infectés, et ces substances peuvent avoir des effets appréciables sur l’utilisation finale et mêmerendre les grains impropres à la consommation humaine et à l’alimentation de certains animaux,notamment les espèces monogastriques.

Au cours de l’automne 2000 et au début de l’hiver 2001, nous avons élaboré un projet derecherche pour l’Alberta Agricultural Research Institute (AARI), qui l’a appuyé. Ce projet vise àréduire l’impact potentiel de la fusariose jusqu’à ce que des variétés plus résistantes de céréalessoient disponibles. Pour atteindre cet objectif, il faudra d’abord arriver à mieux comprendre lesfacteurs qui déterminent la propagation et le développement de la maladie, puis élaborer et mettreau point des stratégies de gestion applicables à l’Alberta, et enfin aborder certaines questionsreliées à la capacité concurrentielle et à l’accès aux marchés.

En réduisant au minimum le développement de la fusariose, et du même coup son impact négatif,on contribuerait grandement à l’atteinte des objectifs de production et au bien-être économique del’Alberta. En effet, on aiderait ainsi la province à maintenir ou même augmenter sa capacité desatisfaire à la demande locale, ainsi qu’à une demande internationale en pleine croissance, pourdes céréales exemptes de maladies et de mycotoxines. On garantirait en outre unapprovisionnement continu en denrées saines et nutritives pour la consommation humaine etl’alimentation animale. La réduction des risques associés à la fusariose aurait aussi une incidencepositive appréciable sur l’industrie albertaine de la transformation à valeur ajoutée, qui suscitebien des espoirs.

Les principaux objectifs du projet de l’AARI sont les suivants :• Évaluer le risque de propagation vers les cultures que présente l’utilisation de grain infecté

par le F. graminearum par l’industrie albertaine de l’élevage bovin et déterminer si lecompostage permet d’éliminer tout risque potentiel.

• Surveiller la présence du F. graminearum dans le grain ainsi que dans les autres parties dela plante et évaluer les facteurs agronomiques associés à cette présence.

• Étudier la possibilité d’une identification rapide du ou des pathogènes ainsi que ladiversité des races du F. graminearum présentes dans l’Ouest canadien.

• Évaluer l’importance des semences infectées comme mécanisme de propagation de lamaladie ainsi que l’efficacité du chauffage et des autres méthodes de traitement desgraines comme méthodes d’éradication du pathogène.

• Étudier l’incidence de l’environnement sur le développement de la fusariose de l’épi.• Déterminer si la gestion de l’irrigation peut servir à réduire la fréquence de la fusariose et

des mycotoxines associées à cette maladie.• Évaluer les risques de développement futur de la fusariose en Alberta ainsi que l’impact et

le coût potentiels de cette maladie sur l’industrie albertaine des petites céréales, et sur lesindustries connexes reliées à l’élevage ainsi qu’à l’alimentation animale et humaine, etdéterminer quels avantages l’Alberta pourrait tirer d’un ralentissement de la propagationet du développement potentiels de la fusariose de l’épi causée par le F. graminearum.

• Sensibiliser les divers intervenants de la communauté agricole de l’Alberta à l’impactpotentiel de la fusariose ainsi qu’aux stratégies de gestion qui permettraient de retarderl’introduction du F. graminearum et d’en ralentir la propagation éventuelle.

31

P3-2. Effet des traitements fongicides sur l’incidence de la fusariose de l’épi et des maladiesfoliaires chez le blé d’hiver

A. Brûlé-Babel et D. FernandoDepartment of Plant Science, University of Manitoba, Winnipeg (Manitoba).

Les cultivars de blé d’hiver produits dans l’est des Prairies sont habituellement traités avec desfongicides pour lutter contre les maladies foliaires. En 1998, certains champs de blé d’hiver ontété gravement touchés par la fusariose de l’épi. Le but de notre étude était d’évaluer l’effet destraitements fongicides sur l’incidence de la fusariose de l’épi et des maladies foliaires chez le bléd’hiver. En 1999, une expérience en parcelles divisées (split-plot) à quatre répétitions avec letraitement fongicide sur la grande parcelle et le cultivar sur les petites parcelles a été réalisée àCarman, au Manitoba. En 2000 et 2001, on a évalué l’effet des traitements fongicides dans desessais à quatre répétitions portant sur un seul cultivar cultivé à deux endroits, Winnipeg etCarman, au Manitoba. Toutes les parcelles d’essai, à l’exception de la parcelle témoin, ont étéinfectées avec une suspension de macroconidies du Fusarium graminearum. Les traitementsfongicides s’établissaient comme suit : un témoin non traité, une seule application de Tilt, deBravo ou de Folicur, des applications multiples de Tilt + Folicur, Tilt + Bravo ou deuxapplications de Bravo. Les fongicides ont été appliqués selon les instructions du fabricant. Ainsi,le Tilt a été appliqué au moment approprié pour empêcher les maladies foliaires, tandis que leFolicur et le Bravo ont été appliqués au moment approprié pour combattre l’infection fusarienne.

Les taux d’infection ont été élevés en 1999, et modérés à faibles en 2000 et 2001. Les résultatspour 1999 indiquent que le Tilt a été efficace pour combattre les maladies foliaires, mais non pourcombattre la fusariose de l’épi. Ces résultats étaient prévisibles puisque que le momentd’application suggéré n’est pas approprié pour lutter contre la fusariose de l’épi. Les restrictionsdu fabricant concernant l’intervalle de temps nécessaire entre l’application du fongicide etl’atteinte de la maturité de la plante ne permettent pas d’utiliser le Tilt après l’épiaison. Avec lestraitements au Folicur ou au Bravo on a obtenu des taux de fusariose de l’épi similaires, et ceux-ciétaient moindres que ceux des plantes témoin non traitées ou de celles traitées avec le Tilt. LeFolicur a aussi permis d’obtenir une certaine réduction de l’incidence des maladies foliaires,tandis que le Bravo a été peu efficace contre ce type de maladies. Le meilleur rendement a étéobtenu dans les parcelles traitées avec le Tilt + Folicur. C’est aussi dans ces parcelles qu’on anoté le plus faible taux de maladie. Dans les parcelles traitées au Folicur, le taux de maladiesfoliaires était significativement inférieur à celui des parcelles non traitées, et c’est aussi dans cesparcelles qu’on a obtenu le deuxième meilleur rendement. Les résultats des années 2000 et 2001manifestaient une tendance similaire à ceux de 1999, tout en étant moins probants à cause destaux d’infections inférieurs. Au cours des années 2000 et 2001, les conditions étaient humidesmais fraîches au moment de l’anthèse, et malgré l’inoculation, les taux d’infection ont été faibles.Par conséquent, les fongicides sont efficaces pour lutter contre la fusariose de l’épi et les maladiesfoliaires du blé d’hiver lorsque les conditions sont propices au développement des maladies.Néanmoins, de bons modèles de prévision des maladies seraient utiles pour aider les producteursà déterminer s’il faut ou non traiter contre la fusariose.

32

P3-3. Pathogénicité d’isolats du Fusarium graminearum et du F. pseudograminearumprovenant de différentes sources pour le blé tendre et le blé dur

M.R. Fernandez 1Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Swift Current (Saskatchewan).

Nous avons évalué la pathogénicité de 10 isolats du F. graminearum et de 4 isolats duF. pseudograminearum provenant de différentes sources (épis, racines et collets de plantescéréalières de même que des racines de plantes non céréalières) chez le blé tendre et le blé dur (auniveau de l’épi, de la semence, de la racine et du collet). Les plantes ont été infectées au momentde l’anthèse, et on a mesuré les taux de fusariose de l’épi, le poids des grains et le pourcentage degrains fusariés. En général, il n’y avait pas de différence entre les isolats quant à l’infection desépis.

Pour évaluer la pathogénicité des isolats au niveau de la semence, de la racine et du collet desplantes, on a placé un disque de gélose couvert de mycélium près de la semence saine lors dusemis. On a noté une grande différence entre les isolats quant à leur effet sur la levée desplantules, la survie des plantes et le nombre de talles ou d’épis. Cependant, ces différencesn’étaient pas liées à la source des isolats, c’est-à-dire au fait qu’ils proviennent des épis, desracines ou du collet des plantes, ou qu’il s’agisse ou non de plantes céréalières. Les isolats deF. pseudograminearum et une souche de F. graminearum se sont révélés les plus pathogènes. Ona aussi observé des différences importantes entre les cultivars : la levée des plantules et la surviedes plantes étaient moindres chez le blé dur AC Avonlea que chez le blé roux de printempsAC Elsa.

Dans l’ensemble, on a observé une coloration anormale (de brun clair à plus foncé) des tigesjusqu’au deuxième nœud. Plus de la moitié des plantes présentaient une importante altération dela coloration et étaient dans un état de pourriture plus ou moins avancée avec du mycélium blancà rosé au collet et sur les tiges. Des périthèces ont été observés sur les plantes mortes de mêmeque sur au plus le tiers des plantes vivantes infectées avec les souches de F. graminearum. Lespérithèces ne se formaient que sur la partie inférieure des tiges, près du collet, sur les tissus entrain de pourrir.

À cause de leur effet plus important sur la levée des plantules, les isolats de F. graminearum,moins pathogènes, pourraient jouer un plus grand rôle dans la propagation fongique que lesisolats plus pathogènes puisque les souches moins virulentes peuvent produire des périthèces surun plus grand nombre de plantes. De même, la sensibilité moindre du blé AC Elsa pourraitsignifier que, chez cette variété, un plus grand nombre de périthèces peuvent être produits sur lapartie inférieure des tiges, près du collet.

Ces résultats suggèrent que le F. graminearum, qui colonise les racines et les collets des plantescéréalières et non céréalières dans les régions où sévit la fusariose de l’épi, pourrait jouer un rôleimportant dans l’épidémiologie de cette maladie en Saskatchewan. Les semences de céréales

33

fusariées ou les résidus fusariés de plantes céréalières ou non céréalières se trouvant au sol oudans le sol pourraient causer une infection des racines ou du collet des céréales, et, plus tard,l’infection pourrait se propager aux épis.

Nous remercions le Agriculture Development Fund pour son aide financière.

34

P3-4. Pathogénicité d’isolats du Fusarium avenaceum provenant de plantes céréalières etnon céréalières en Saskatchewan

M.R. Fernandez 1Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Swift Current (Saskatchewan).

En Saskatchewan, le Fusarium avenaceum est l’une des espèces les plus communément isoléesdes épis manifestant des symptômes de fusariose de l’épi et de racines dont la coloration a étéaltérée. L’infection des grains par ce champignon pourrait être la principale cause dedéclassement des récoltes dans les régions exemptes du F. graminearum dans cette province.Pour lutter contre les maladies des céréales incluant la fusariose de l’épi, on recommandehabituellement une rotation des cultures avec des plantes non céréalières. Cependant, les plantesnon céréalières peuvent aussi être sensibles à certains pathogènes des céréales. Diverses espècesde Fusarium, dont le F. avenaceum, causent la fonte des semis et la pourriture sèche tant chez lesplantes céréalières que non céréalières. Des études menées dans le sud-est et le sud-ouest de laSaskatchewan ont montré un taux plus élevé de F. avenaceum dans les épis et les racines de blécultivé en rotation avec des légumineuses par rapport aux taux observés dans les champs où l’onne cultivait toujours que du blé. Le but de notre étude était de déterminer la pathogénicitéd’isolats du F. avenaceum provenant de différentes sources (plantes céréalières et non céréalières)et de divers endroits en Saskatchewan pour les épis de blé dur du cultivar AC Avonlea.

Les plantes ont été inoculées à l’anthèse avec15 isolats du F. avenaceum (dont 5 provenaientd’épis de blé, 6, du collet ou de l’entre-nœud sub-coronal de plantes de blé, d’orge ou d’avoine, et5, de racines de plantes non céréalières). On a évalué les taux de fusariose de l’épi, le poids desgrains et le pourcentage de grains fusariés pour les divers isolats, et on a obtenu des différencessignificatives, mais celles-ci n’étaient pas liées à la provenance des isolats. Les isolats les pluspathogènes provenaient des épis et de l’entre-nœud sub-coronal des plantes de blé ou des racinesde plantes non céréalières. Ainsi les isolats provenant des plantes non céréalières étaient aussicapables de causer la fusariose de l’épi que ceux provenant de plantes céréalières. Nousconcluons que le F. avenaceum, qui infecte les racines de plantes non céréalières cultivées enrotation avec des céréales, peut contribuer à l’infection fusarienne quand les conditionsenvironnementales favorisent le développement de la maladie.

Nous remercions l’Agriculture Development Fund pour son aide financière.

35

9A

9B

8A

5B

6A

5A

6B

4A

7A

7B

2B

1A

8B

1B

3AS

3BN4B

2A3BS

3AN

Fig.1. Saskatchewan Crop districts and soil zones

GrayBlack

BrownDark Brown

P3-5. La fusariose de l’épi en Saskatchewan de 1998 à 2001

M.R. Fernandez1, P. Pearse2, G. Holzgang2, G. Hughes3 et R. Clear4

1Centre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Swift Current (Saskatchewan).2Saskatchewan Agriculture and Food, Regina (Saskatchewan).3Crop Science and Plant Ecology, University of Saskatchewan, Saskatoon (Saskatchewan). 4Laboratoire de recherches sur les grains, Commission canadienne des grains, Winnipeg(Manitoba).

Des études à l’échelle provinciale ont été menées en Saskatchewan au cours des dernières annéespour suivre le développement de la fusariose de l’épi et identifier les espèces de Fusarium encause. Ces études au champ ont été financées par le Agriculture Development Fund et elles ontété menées avec l’assistance des agronomes de la Saskatchewan Agriculture and Food. Dans lecadre de ses études sur les grains fusariés, la Commission canadienne des grains a prélevé deséchantillons de grains d’un bout à l’autre de la Saskatchewan.

MéthodologieDes épis de 50 plantes, dont le degré de maturation des grains se situait au stade laiteux oupâteux, ont été prélevés aléatoirement dans chaque champ et analysés au Crop Protection Lab duministère de l’Agriculture et de l’Alimentation de la Saskatchewan. Des échantillons ont étéprélevés dans 20 districts agricoles (DA), (figure 1). Certaines des régions les plus touchées par lasécheresse n’ont pas été échantillonnées en 2001. Pour chaque champ, on a calculé un indice defusariose : (% d’épis fusariés X gravité moyenne de l’infection)/100. Puis on a déterminé l’indicede fusariose moyen pour les champs infectés de chaque DA de même que pour les DA groupéspar zone pédologique (zone I = brun, II = brun foncé, III = noir/gris; figure 1). On a aussi identifiéles Fusarium spp. qui infectaient les épis. Les données présentées pour 2001 sont encoreprovisoires; les données concernant les précipitations et les températures proviennentd’Environnement Canada.

Résultats et discussion

Environnement. De la dernière semaine de juinjusqu’à la deuxième semaine d’août, la quantitémoyenne de précipitations en Saskatchewan a été laplus élevée en 1999 et 2000, et la plus faible, en 2001(tableau 1). Pour la même période, les températuresles plus élevées ont été enregistrées en 1998, et lesplus faibles, en 1999. Dans la plupart des DA, il y aeu peu de pluie en 2001, sauf pour la pointe sud-estde la province et certaines régions du nord et ducentre-est de la province. Dans de nombreusesrégions, les températures étaient élevées, notammentdans le sud-ouest. Dans l’ensemble, pendant les

36

quatre années de l’étude, les précipitations ont augmenté des zones I à III, tandis que lestempératures ont diminué.

Fig. 1. Districts agricoles et zones pédologiques de la Saskatchewan

Gray = GrisBlack = NoirDark Brown = Brun foncéBrown = Brun

Tableau 1. Précipitations et températures par zone pédologique en Saskatchewan de 1998 à2001.________________________________________________________________________

Précipitations (mm) Températures (°C)___________________________ ___________________________1998 1999 2000 2001 Moyenne 1998 1999 2000 2001 Moyenne

_________________________________________ ___________________________

Zone I 109 136 127 75 112 20,4 16,6 18,7 19,3 18,7Zone II 101 160 162 112 134 19,8 16,9 18,3 18,9 18,5Zone III 131 167 189 114 150 18,7 16,0 17,3 17,3 17,3

Moyenne : 114 154 159 100 132 19,6 16,5 18,1 18,5 18,2________________________________________________________________________

Incidence et gravité de la fusariose de l’épi. Pour le blé tendre et le blé dur, c’est en 2001 quel’incidence de la fusariose de l’épi (% champs infectés/nombre total de champs échantillonnés) aété la plus faible (tableau 2). Mais, c’est aussi en 2001 que l’indice fusariose moyen a été le plusélevé. Ceci reflète une maladie de gravité supérieure à la normale dans le sud-est, et notammentdans la zone II du DA 1A, qui a connu un taux d’humidité élevé et des températures douces lorsde la floraison et de la formation des grains des céréales. Dans la zone III, l’incidence et la gravitéde la fusariose de l’épi ont été moins élevées que lors des années précédentes, à cause de lasécheresse qui a touché la majeure partie de cette zone pendant la saison de croissance desplantes. L’indice de fusariose moyen le plus faible de la province a été observé en 1999, année oùles températures fraîches n’ont pas été favorables au développement du F. graminearum (voir ci-dessous).

Pour l’orge, l’incidence et la gravité de la fusariose de l’épi sont demeurées à peu près stablesdans le temps. Comme dans le cas du blé, l’indice de la fusariose pour les champs d’orge en 2001était plus élevé dans la pointe sud-est de la province (zone II du DA 1A).

37

Dans l’ensemble, pour toutes les cultures, le pourcentage de champs fusariés et les indices defusariose moyens se sont révélés les plus bas dans le sud-ouest de la province (zone I) et les plusélevés, dans les districts du nord et de l’est (la majorité de la zone III et une partie de la zone II).

Espèces de Fusarium isolées des épis infectés. Dans l’ensemble, les espèces les plus courantesisolées des épis infectés ont été le F. avenaceum, le F. graminearum, le F. poae et leF. sporotrichioides (tableau 3). Les températures plus fraîches de 1999 semblent avoir favorisé ledéveloppement du F. avenaceum, mais non celui du F. graminearum, qui était l’espèce la pluscourante en 1998 et 2001. Pour toutes les cultures, le nombre de champs infectés par leF. sporotrichioides a augmenté au cours des dernières années. Le F. poae était plus fréquent chezl’orge que chez le blé tendre ou dur.

Étude sur les grains effectuée par la Commission canadienne des grains, 1998-2000. Le plus hauttaux de grains fusariés a été observé dans la pointe sud-est de la province et le taux le plus faible,dans le sud-ouest. Le F. graminearum était le principal agent responsable de la fusariose de l’épidans le sud-est de la province, mais il était rare dans les districts agricoles de l’ouest. Ailleursdans la province, le F. avenaceum était l’espèce la plus courante isolée des grains fusariés. LeF. culmorum, le F. sporotrichioides et le F. poae ont aussi été isolés, mais moins souvent.

Tableau 2. Incidence de la fusariose de l’épi (% de champs infectés) et gravité de la maladie(indice de fusariose) chez le blé tendre, le blé dur et l’orge en Saskatchewan, de 1998 à 2001.______________________________________________________________________________

Blé tendre Blé dur Orge___________________ ___________________ __________________% champs infectés % champs infectés % champs infectés

Sol [champs fusariés Indice [champs fusariés Indice [champs fusariés IndiceZone /total] fusariose1 /total] fusariose1 /total] fusariose1

_______________________________________________________________________________________________________________ % _____________________________

1998Zone I 16 [3/19] 1,3 27 [3/11] 0,2 9 [1/11] 0,1Zone II 49 [22/45] 2,4 68 [13/19] 2,9 57 [12/21] 0,7Zone III 74 [2/43] 3,7 100 [5/5] 2,0 78 [28/36] 1,8

Moyenne : 53 3,0 60 2,3 59 1,4

1999Zone I 0 [0/20] - 23 [3/13] 0,6 44 [4/9] 0,1Zone II 43 [26/61] 1,2 58 [15/26] 0,5 52 [13/25] 1,3Zone III 73 [60/82] 1,1 67 [2/3] 0,6 82 [23/28] 1,0

38

Moyenne : 53 1,1 57 0,5 65 1,0


Moyenne : 62 1,7 56 1,2 75 0,6


Moyenne : 40 3,6 50 4,4 72 1,6______________________________________________________________________________

1 Calcul de l’indice de fusariose : (% d’épis infectés X gravité moyenne de la maladie)/100.

Tableau 3. Pourcentage de champs dans lesquels on a isolé des Fusarium spp. à partir d’épis deblé tendre, de blé dur ou d’orge en Saskatchewan, de 1998 à 2001.____________________________________________________________________

Blé tendre et dur Orge ___________________ ___________________ 1998 1999 2000 2001 1998 1999 2000 2001

_________________________________________________________________________________________________ % ____________________

F. avenaceum 10 56 43 29 2 43 34 26F. culmorum 12 5 4 11 2 0 6 2F. graminearum 38 6 19 37 20 18 11 12F. poae 57 43 41 27 83 60 51 65F. sporotrichioides 29 33 76 59 22 40 77 84____________________________________________________________________

Conclusions• Depuis les quatre dernières années, le pourcentage de champs d’orge et de blé tendre ou dur

touchés par la fusariose de l’épi est demeuré stable ou a diminué. Dans l’ensemble, un peuplus de la moitié des champs de céréales de la province dans lesquels on a prélevé deséchantillons étaient fusariés.

• Bien que la gravité de la maladie ait beaucoup varié en réponse aux conditionsenvironnementales, en général, l’indice de fusariose est demeuré faible. L’indice de gravité leplus élevé a habituellement été observé dans les régions du nord et de l’est, et l’indice degravité le plus faible, dans le sud-ouest de la province.

39

• Le pourcentage de champs infectés dans lesquels chacune des espèces de Fusarium a étéisolée a varié au cours des années et selon les types de céréales. Une part de cette variationpourrait être attribuable aux conditions environnementales.

• Le F. graminearum demeure surtout concentré dans l’est de la province où les températures etles précipitations ont favorisé son développement. Dans le reste de la province, leF. avenaceum était l’espèce la plus fréquemment isolée des grains récoltés, tandis que leF. poae et le F. sporotrichioides étaient les espèces les plus fréquentes dans les épis infectés.

Nous tenons à remercier les agronomes du ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation de laSaskatchewan pour leur participation à cette étude, et le Agriculture Development Fund, pour sonaide financière.

40

P3-6. Traitement thermique pour lutter contre le Fusarium graminearum dans les semences deblé infectées

J. Gilbert et A. TekauzCentre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Winnipeg (Manitoba).

La méthode classique pour lutter contre les pathogènes transmis par les semences est de traiter lessemences avec un fongicide autorisé. Les traitements fongicides réduisent les taux d’infection dessemences, mais ils ne permettent pas d’éradiquer le pathogène. Le traitement thermique des semencesa été proposé comme solution de rechange aux traitements fongicides. En effet, celui-ci pourraitpermettre d’éliminer totalement le Fusarium transmis par les semences. Un échantillon de grainssains et un autre de grains fusariés de blé Glenlea ont été traités à des températures de 90, 70, 50 et30 oC ou encore laissés à la température ambiante pendant 5 jours. Les taux d’infection auF. graminearum ont été mesurés avant et après le traitement. Des parcelles constituées de 7 rangéesde 6 m de longueur ont été ensemencées en blocs complets randomisés. Nous avons effectué4 répétitions dans lesquelles nous avons évalué les paramètres suivants : la levée, le tallage et lerendement des cultures, de même que la gravité de la fusariose de l’épi.

Après le traitement à 90 oC, le taux de germination était de 16 % seulement dans l’échantillon degrains sains, et de 0 % pour les grains infectés. Aucun F. graminearum n’a été isolé des grainschauffés à 90 oC, et le taux d’infection des échantillons (grains sains et fusariés) chauffés à 70 oCn’était que de 1 %. Il n’y a pas eu d’interaction significative entre la qualité des grains (infectés ousains) et les traitements thermiques. Après le traitement à 90 oC, les taux de germination dessemences et de levée des plantules étaient très faibles; notre analyse a donc porté sur les effets destraitements aux autres températures. Nous n’avons relevé aucune différence entre les grains sains etinfectés sur le plan du rendement, du poids de mille grains, du taux de grains fusariés, des poidshumide et sec des semis de même que de l’établissement des cultures, quelle que soit la températurede traitement utilisée. Le poids à l’hectolitre des grains de blé provenant de semences fusariées étaitinférieur à celui des grains provenant de semences saines. Dans les parcelles ensemencées avec desgrains fusariés, la levée des plantules était significativement inférieure à celle des plantules provenantde grains sains. Le traitement thermique a eu un effet significatif sur la levée après 2 semaines, maispas sur la levée après 4 semaines. Les faibles taux d’infection fusarienne et le peu de différence dansles paramètres concernant le rendement justifient que l’on poursuive les recherches sur le traitementthermique des semences de blé fusariées.

41

P3-7. Recherche de microorganismes efficaces contre le Fusarium graminearum et despathogènes des céréales apparentés

K.G. Hanson et M.R. FernandezCentre de recherches sur l’agriculture des prairies semi-arides, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Swift Current (Saskatchewan).

La fusariose de l’épi et d’autres maladies causent des pertes de rendement et de qualité des culturescéréalières qui peuvent dépasser les 100 millions de dollars dans l’Ouest canadien. Bien qu’il existequelques fongicides chimiques pour lutter contre la fusariose de l’épi et d’autres maladies,l’utilisation de produits agrochimiques n’a vraiment plus la cote du public à cause de la manière dontcelui-ci perçoit la sécurité alimentaire, l’exposition des travailleurs et les effets non recherchés de cesproduits sur l’environnement. Le recours à des agents biologiques pour lutter contre ces maladiespeut s’avérer une solution de rechange viable si on découvre des microorganismes efficaces. Notreétude a permis de trouver plus de 30 souches de bactéries et de champignons provenant du sol et desrésidus de cultures céréalières qui étaient capables d’inhiber la croissance des champignons in vitro.Quatre de ces isolats ont manifesté une importante inhibition du Fusarium graminearum et d’autrespathogènes des céréales. Nous procéderons à d’autres essais en laboratoire, en chambre de croissanceet au champ pour évaluer plus en détail la possibilité d’utiliser ces organismes comme antifongiques.

Nous remercions l’Agriculture Development Fund pour son aide financière.

42

P3-8. Recherche d’une méthode biologique pour lutter contre la fusariode de l’épi chez le blé

S.A. Inch et J. GilbertCentre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Winnipeg (Manitoba).

Sur le plan économique, la fusariose de l’épi est l’une des maladies du blé les plus importantes enAmérique du Nord. Plusieurs espèces de Fusarium peuvent causer la fusariose de l’épi. Au Manitoba,le Gibberella zeae (anamorphe du F. graminearum) est le principal agent pathogène. Les fongicidespeuvent réduire l’incidence de la maladie et l’accumulation de désoxynivalénol (DON) dans lespetites céréales, mais l’utilisation de ces produits ne donne pas toujours des résultats constants d’uneannée à l’autre. Actuellement il n’existe pas de méthode biologique efficace pour lutter contre lafusariose de l’épi. Une méthode biologique, écologique et sans danger pour l’environnement pourraits’intégrer dans un programme de lutte contre les organismes nuisibles. Notre projet a pour butd’identifier des organismes antagonistes du G. zeae dans les résidus de graminées et de blé, les épis etle sol. Un autre objectif du projet sera de comprendre les mécanismes permettant de contenir ou dejuguler la maladie. Les organismes soupçonnés d’être des antagonistes du G. zeae seront assortis parpaires sur gélose nutritive et gélose dextrosée à la pomme de terre pour déterminer le pourcentaged’inhibition de la croissance mycélienne. Nous étudierons les mécanismes d’inhibition en utilisant lachromatographie sur couche mince (CCM), la chromatographie liquide à haute performance (CLHP)et la microscopie optique. Avec les antagonistes présumés, nous procéderons à des essais enpépinière et au champ pour déterminer leur efficacité dans le traitement des grains, des épis et desdébris pour lutter contre la fusariose de l’épi.

43

P3-9. Identification de souches virulentes du Fusarium graminearum

S. Marchand, G. Marchand, J.V. Bourdages et F.J. BelzileDépartement de phytologie, Université Laval, Québec (Québec).

Dans une étude visant à trouver une souche virulente du Fusarium graminearum qui pourrait êtreutilisée dans un programme d’amélioration, 8 souches sous forme de conidies ont été isolées d’épisd’orge provenant de deux localités au Québec (Saint-Césaire et Saint-Louis-de-Pintendre). Nousavons procédé à des expériences factorielles au champ à Pintendre, pendant trois ans (1999 à 2001).Dix-neuf génotypes d’orge de printemps (à deux et six rangs) ont été infectés avec5 X 104 conidies/mL de chaque souche par pulvérisation de l’épi en entier au moment de l’anthèse.Nous avons utilisé 20 épis d’orge par parcelle d’essai pour évaluer l’incidence et la gravité de lafusariose de l’épi. En 1999, l’incidence de la maladie après l’inoculation était très faible, et l’analysede la variance n’a pas révélé de différence significative entre les 5 souches utilisées. Parmi celles-ci,3 seulement se sont révélées virulentes pour tous les génotypes d’orge inoculés. En 2000,l’expérience a porté sur 7 des 19 génotypes d’orge (un grand éventail de degrés de sensibilité à lafusariose de l’épi) et 5 souches de Fusarium. Cette fois, on a noté un taux d’infection élevé (entre 14et 98 %). Une des 5 souches de Fusarium (F2002) s’est révélée beaucoup plus virulente que lesautres, avec un taux d’infection moyen de 54 % (pour les 7 génotypes). À l’inverse, en 2002, nousavons noté un taux d’infection plus faible dans l’ensemble, mais la souche F2002 était encore celleaccusant le taux d’infection moyen le plus élevé (23 %). Cette étude montre bien l’importance decaractériser les souches avant de les utiliser pour sélectionner des génotypes d’orge résistants à lafusariose de l’épi.

44

P3-10. Étude de l’infection fusarienne et des mycotoxines chez l’orge cultivée dans l’est duCanada en 2000

R.A. Martin1, T.-M. Choo2, H. Campbell3, L. Underhill4 et B. Vigier2

1Centre de recherches sur les cultures et les bestiaux, Agriculture et Agroalimentaire Canada(AAFC), Charlottetown (Île-du-Prince-Édouard).2Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, AAC, Ottawa (Ontario). 3Aliments du bétail et Engrais, Agence canadienne d’inspection des aliments, Ottawa (Ontario).4Section des engrais, Agence canadienne d’inspection des aliments, Ottawa (Ontario).

En 2000, les inspecteurs de l’Agence canadienne d’inspection des aliments ont prélevé44 échantillons d’orge au hasard dans des comtés et des districts répartis dans tout l’est du Canada.Les toxines contenues dans ces échantillons ont ensuite été analysées et les espèces de Fusariumprésentes, identifiées. Le Fusarium graminearium, l’espèce la plus répandue, a été retrouvé dans58,3 % des isolats de Fusarium spp. et sur une moyenne de 18,1 % des grains mis en culture surgélose sélective. Le Fusarium sporotrichiodes, le F. poae et le F. avenaceum ont été isolés à desfréquences moyennes de 13,1 %, 11,5 % et 10,0 %. D’autres espèces, dont le F. acuminatum, leF. culmorum, le F. equisite, le F. moniliforme, le F. sambucinum, le F. scirpi et le F. tricinctum ontaussi été retrouvées, mais à des fréquences inférieures à 1 %, et seulement dans une fraction réduitedes échantillons.

L’analyse des toxines indique que 82 % des échantillons contenaient du DON (vomitoxine), 34 %, dunivalénol, 11 %, du 15-acétyl-désoxynivalénol et 14 %, du 3-acétyl-désoxynivalénol. On a détecté dela zéaralénone dans 16 % des échantillons, lesquels provenaient tous de l’Ontario. Les concentrationsglobales les plus élevées de DON ont été trouvées dans les échantillons provenant du centre et del’ouest de l’Ontario, quoique certains échantillons du Québec et des provinces atlantiquesprésentaient aussi des concentrations élevées de cette toxine. Malgré la variété des milieux et descultivars, il y avait une corrélation exponentielle entre les concentrations de DON et le pourcentagedes grains contaminés par le F. graminearum. La droite d’ajustement exprimée comme suit :x = - 0,594+0,722(1,04129y), où x = DON et y = % de F. graminearum, compte pour 82,9 % de lavariance.

Bien que de nombreux cultivars étaient représentés dans l’étude, le AC Sterling (2 rangs) et leChapais (6 rangs) ont été ceux les plus prélevés, avec 6 emplacements pour le premier et 8, pour ledeuxième. Le AC Sterling semble avoir eu des taux de F. graminearum et de DON moins élevés quele Chapais. La concentration moyenne de DON (et l’écart des valeurs) était de 0,22 mg/kg (0,0 -0,55) pour le AC Sterling et de 0,66 mg/kg (0,0 - 3,43) pour le Chapais. De même, les tauxd’infection des grains par le F. graminearum étaient de 3,2 % (0,5 - 7,6) pour le AC Sterling et de17,2 % (1,1 - 49,4) pour le Chapais. Le AC Legend, la troisième variété la plus prélevée(4 emplacements) présentait des concentrations de DON de 3,39 mg/kg (0,0 - 11,9) et des taux deF. graminearum de 30,9 % (9,3 - 70,0).

En 2000, les cultures contaminées par le DON étaient largement réparties dans tout l’est du Canada,et la concentration globale la plus élevée a été retrouvée dans l’ouest de l’Ontario, mais des

45

échantillons provenant d’autres régions présentaient aussi des concentrations élevées de la toxine. Ona établi une corrélation entre la concentration de DON et la contamination par le F. graminearum. Ilsemblerait aussi que le cultivar AC Sterling soit moins sensible à la fusariose de l’épi que les variétésChapais et AC Legend.

46

P3-11. Pourcentage de grains de céréales fusariés analysés dans des laboratoires accrédités enSaskatchewan

P.G. Pearse1, R.A.A. Morrall2 et L.W. Thomson3

1Ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation de la Saskatchewan, Regina (Saskatchewan).2Discovery Seed Labs Ltd., Saskatoon (Saskatchewan).3Saskatchewan Wheat Pool, Saskatoon (Saskatchewan).

Des échantillons de grains d’orge, de blé tendre et de blé dur cultivés en Saskatchewan en 2000 ontété analysés dans deux laboratoires accrédités pour l’analyse des grains à Saskatoon : le DiscoverySeed Labs Ltd., et le Seed Quality Control Laboratory, SK Wheat Pool. Il n’existe pas d’épreuve dedétection du Fusarium accréditée par l’Agence canadienne d’inspection des aliments. Pour chaqueéchantillon prélevé, 200 ou 400 grains ont été mis en culture sur gélose dextrosée à la pomme deterre. Les boîtes de Pétri ont été analysées 5 à 7 jours plus tard pour déterminer le pourcentage degrains fusariés et identifier les espèces en cause.

On a calculé les pourcentages moyens de grains fusariés pour chaque municipalité rurale (MR). Descartes ont été établies pour illustrer les pourcentages moyens d’infection par MR pour chaquecéréale : l’orge, figure 1; le blé tendre, figure 2; le blé dur, figure 3; et tous les types de céréales,figure 4.

Les cartes montrent que la fusariose de l’épi est distribuée à travers la majeure partie de laSaskatchewan et, qu’en 2000, les échantillons contenaient des grains dont l’infection fusariennevariait de légère à modérée. Les taux d’infection chez le blé dur étaient supérieurs à ceux des autrestypes de céréales, notamment dans l’est de la province. Pour le blé tendre, les taux d’infection étaientplus élevés dans le nord et pour l’orge, ils variaient à travers la province. Aucun échantillon de grainsn’a été prélevé dans l’extrême sud de la province, région exempte de fusariose de l’épi.

Les espèces de Fusarium ont été identifiées dans chaque échantillon infecté, et nous avons indiquéaux producteurs si les espèces étaient ou non productrices de mycotoxines. En Saskatchewan, laplupart des espèces de Fusarium ne produisaient pas de mycotoxines.

En 2000, les conditions climatiques en Saskatchewan pendant la saison de croissance étaient plutôtfavorables au développement de la fusariose de l’épi, surtout dans l’est de la province. En effet, desétudes analogues faites sur des champs de céréales indiquent une gravité supérieure de la fusariose del’épi en 2000 comparativement aux années 1998 et 1999, et ce, pour tous les types de céréales. C’estdans l’est de la province que la maladie a été le plus grave.

47

P3-12. Effet de certains fongicides et du moment de leur application sur le développement de lafusariose de l’épi et l’accumulation de désoxynivalénol (DON) dans les grains de blé d’automne

S.R. Pirgozliev, S.G. Edwards, M.C. Hare et P. JenkinsonCrop and Environment Research Center, Harper Adams University College, Newport, Shropshire (Royaume-Uni)

La fusariose de l’épi est une maladie importante sur le plan économique dans toutes les régionstempérées et semi-arides où l’on cultive du blé dans le monde. La maladie peut causer des pertes derendement et de qualité considérables chez les céréales à petits grains. Par ailleurs, plusieurs espècesde Fusarium, dont le F. culmorum et le F. graminearum, peuvent produire un éventail demycotoxines de type trichothécènes parmi lesquelles on trouve le désoxynivalénol (DON), lenivalénol (NIV) et la toxine T-2, qui sont responsables de toute une gamme de toxicoses humaines etanimales de même que d’autres troubles de la santé.

Les produits chimiques utilisés pour lutter contre la fusariose de l’épi donnent des résultats variablesdans les conditions naturelles, et l’opportunité du moment d’application des fongicides est encore àl’étude. Nous avons entrepris un essai au champ pendant la saison de croissance 2001 pourdéterminer le meilleur moment d’appliquer un fongicide afin de réduire au minimum ledéveloppement de la fusariose de l’épi et l’accumulation subséquente de mycotoxines dans les grainsde blé. Les parcelles d’essai de blé ont été traitées avec la moitié de la dose recommandée par lefabricant des fongicides suivants : le metconazole, le tébuconazole, l’azoxystrobine ou un mélange demetconazole+azoxystrobine ou de tébuconazole+azoxystrobine, soit 5 jours ou 2 jours avantl’inoculation, ou encore 2 jours ou 5 jours après l’inoculation. La maladie a été inoculéeartificiellement au moyen d’une suspension de conidies (105 spores/mL d’eau) provenant duFusarium graminearum, du Fusarium culmorum et du Mycrodchium nivale au stade GS 65 (milieude l’anthèses). Les plantes ont été arrosées par nébulisation immédiatement après l’inoculation, et ce,pendant 14 jours.

Comparativement aux parcelles d’essai témoins non traitées, tous les traitements fongicides utilisésont permis de réduire significativement la gravité de la fusariose de l’épi (P<0,05). Une analysefactorielle de la variance a révélé que le traitement était plus efficace lorsque le fongicide étaitappliqué 2 jours avant ou 2 jours après l’inoculation par rapport aux traitements faits 5 jours avant ou5 jours après l’inoculation.

Le moment d’application du fongicide a aussi eu un effet significatif sur la concentration dedésoxynivalénol (DON) présente dans les grains récoltés. Une interaction statistiquementsignificative entre le fongicide et le moment de son application (P<0,05) révèle que le metconazole,les mélanges de metconazole+azoxystrobine et de tébuconazole+azoxystrobine permettent tous deréduire significativement la concentration de DON, lorsque les produits sont appliqués soit 2 joursaprès ou 2 jours avant l’inoculation, ou encore 5 jours après l’inoculation. En ce qui concerne letébuconazole, ce n’est que lorsqu’il est appliqué 2 jours après l’inoculation qu’il peut réduire lesquantités de DON de manière significative. L’azoxystrobine n’a eu aucun effet sur les concentrationsde DON, quel que soit le moment de son application.

48

P3-13. Incidence des grains fusariés chez le blé et l’orge récoltés au Québec

S. Pouleur et A. ComeauCentre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures, Agriculture etAgroalimentaire Canada, Sainte-Foy (Québec).Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

Bien que l’on recommande généralement d’utiliser des semences exemptes d’agents pathogènes pourcultiver le blé et l’orge, aucun champignon pathogène transmis par les semences, autre que celuicausant le charbon, ne figure dans les critères de certification au Canada. Le but de notre étude étaitd’évaluer le taux de grains fusariés dans les lots satisfaisant aux normes de germination (85 %) pourcertifier des semences. Nous avons analysé des grains de blé et d’orge récoltés en 2000 quisatisfaisaient aux normes de germination pour les semences. Environ la moitié des lots étaientconstitués de grains traités. Ceux-ci ont été placés directement sur milieu de culture sélectif pour leFusarium, tandis que les grains non traités ont été désinfectés en surface avant d’être mis en culture.Il n’existe pas de seuil d’infection à partir duquel les lots de semences sont rejetés, mais en Hongrie,on recommande de ne pas utiliser des semences dont le taux d’infection fusarienne est supérieur à20 %.

Nous avons obtenu les résultats suivants : pour les grains non traités, 53 % des lots de blé (10/19)étaient infectés au-delà de ce seuil, et dans 26 % des cas, le dépassement du seuil était attribuable à laseule présence du F. graminearum. Chez l’orge, 77 % des lots (24/31) étaient infectés par leFusarium spp. à un taux dépassant le seuil, et 35 % d’entre eux (11/31) par le F. graminearumseulement. Chez le blé, le plus haut taux d’infection observé dans un lot était de 72 % pourl’ensemble des Fusarium, et de 62 % pour le F. graminearum. Chez l’orge, le plus haut tauxd’infection était de 86 % pour l’ensemble des Fusarium, et de 66 % pour le F. graminearum. Lacroissance fongique n’a pas été inhibée chez tous les grains traités. En fait, le taux d’infection auFusarium atteignait 36 % dans les grains de blé traités, et 54 % dans les grains d’orge traités. En cequi concerne le blé traité, jusqu’à 30 % des grains étaient contaminés par le Fusarium graminearum,et pour l’orge traitée, ce taux atteignait 22 %. Ces résultats révèlent qu’une grande partie des lots degrains de blé et d’orge traités sont encore hautement contaminés par le F. graminearum, et qu’ilssatisfont malgré tout aux normes de germination pour les semences. Par ailleurs, il est confirmé quecertains lots de semences traitées véhiculent des champignons F. graminearum viables pouvant servird’inoculum. Ainsi lorsque ces lots sont utilisés pour ensemencer des champs, ils contribuent à lapropagation des souches de Fusarium. Étant donné qu’il n’y a à peu près pas de lien entre la facultégerminative et le taux d’infection fusarienne, il faudrait évaluer ce taux d’infection dans les lots desemences afin de repérer et d’éliminer les lots les plus contaminés.

49

P3-14. La fusariose de l’épi chez l’orge et le blé au Québec en 1999 et 2000

S. Rioux1, G. Bourgeois2 et Y.Dion3 1CÉROM, Sainte-Foy (Québec). 2Centre de recherche et de développement en horticulture, Agriculture et Agroalimentaire Canada,Saint-Jean-sur-Richelieu (Québec).3CÉROM, Saint-Bruno-de-Montarville (Québec).

Des études antérieures menées au début des années 1980 sur le blé de printemps cultivé au Québecont révélé que le Fusarium graminearum était l’espèce le plus souvent responsable des dommagescausés par la fusariose de l’épi. Depuis lors, les producteurs ont adopté plusieurs nouvelles méthodesde culture. Dans la région de Montréal, la plupart des producteurs ont remplacé les plantesfourragères par le soja dans leur programme de rotation des cultures. De plus, des méthodes deconservation du sol comme le semis direct et le chisel sont désormais couramment utilisées. De telschangements pourraient avoir modifié la fréquence de certaines espèces de Fusarium associées à lafusariose de l’épi. En ce qui concerne l’orge, aucune étude n’a encore été faite au Québec pourdéterminer l’incidence de la fusariose de l’épi de même que pour identifier les espèces en cause et lesmycotoxines produites. C’est pourquoi, en 1999 et 2000, nous avons inspecté plus de 100 champs deblé et d’orge situés dans différentes régions. Le pourcentage d’épillets fusariés a été estimé sur lesépis prélevés avant la maturation. Les concentrations de toxines (DON, HT-2, T-2 et ZEN) ont étémesurées à partir des échantillons de grains prélevés dans les champs inspectés. Les espèces deFusarium infectant ces grains seront aussi identifiées.

Nous avons constaté qu’aucun des champs inspectés n’était exempt de fusariose de l’épi et que ledegré de gravité de la maladie variait beaucoup d’un champ à l’autre. En 1999, pour le blé, lepourcentage d’épillets fusariés variait de 0,4 % à 19,3 %. Cette année-là, le pourcentage moyen étaitde 5,7 % pour le blé et de 16,2 % pour l’orge. En 2000, même si la saison a été beaucoup pluspluvieuse qu’en 1999, l’incidence de la fusariose de l’épi a été plus faible pour les deux céréales,mais surtout pour l’orge avec seulement 5,5 % d’épillets infectés. Le taux d’infection pour le blé étaitde 3,6 %. En 1999 et 2000, on a aussi noté des différences dans les concentrations de DON. Lesrésultats de 1999 montrent que 47 % des échantillons de grains avaient une concentration de DONsupérieure à 1 ppm, tandis qu’en 2000, 20 % des échantillons de blé, et seulement 7 % deséchantillons d’orge, avaient des concentrations excédant 1 ppm. Les résultats concernant les toxinesT-2 et HT-2 révèlent que 25 % des échantillons d’orge contenaient plus de 0,025 ppm de ces toxinesen 1999, tandis que 43 % excédaient cette limite l’année suivante, en 2000. Quant au blé, lesconcentrations relevées pour tous les échantillons ne dépassaient pas le seuil de 0,025 ppm en 1999,et 13 % des échantillons dépassaient ce seuil en 2000. En 2000, la saison de croissance a été plusfraîche qu’en 1999, et ceci aurait favorisé le F. sporotrichioides, une espèce reconnue pour saproduction de toxines HT-2 et T-2. L’identification des espèces de Fusarium nous permettra decorroborer ou de rejeter cette hypothèse.

50

P3-15. La fusariose de l’épi et le marché commercial du blé

V. SorensenAgricultural Division, Bayer, Inc.

Folicur • Appellation courante - tébuconazole • Code de recherche - HWG 1608 • Nom chimique - (1-(4-Chlorophényl)-4,4-diméthyl-3-[1,2,4]-triazol-1-ylméthylpentan-3-ol)• Fongicide systémique de 3e génération : composé de type azole/triazole • Aussi vendu sous le nom de Raxil pour le traitement des semences

Des stratégies de lutte intégrée sont recommandées • Dépistage et surveillance météorologique • Connaissance du pathogène • Pratiques agronomiques • Variétés tolérantes à la fusariose de l’épi • Rotation des cultures adéquate• Utilisation d’urgence du Folicur au Canada • Utilisation d’urgence demandée par les producteurs• Utilisation d’urgence au Canada accordée en 1999, 2000, 2001• Activités de Bayer en vue de l’homologation• Dossier ARLA sur les résidus, complété • Progrès dans l’étude de la dissipation dans le sol • Demande d’Utilisation d’urgence pour 2002

Utilisation du Folicur aux USA• Le point • IR-4 - tentative d’homologation pour l’orge • Renouvellement de l’homologation en vertu de l’exemption prévue à la section 18 dans les

États suivants : le Dakota du Nord et du Sud, le Minnesota, le Michigan, l’Orégon, l’Idaho,Washington et la Californie pour 2002

Conjoncture commerciale • Les pertes de rendement et de qualité sont les principales préoccupations des producteurs • Les concentrations de DON sont le principal souci de la CCG et des transformateurs (et des

éleveurs?)• Utilisation croissante de fongicides• La fusariose de l’épi : un problème de plus en plus sérieux

Le Folicur est reconnu comme le meilleur traitement fongicide : • Réduction des symptômes de la fusariose de l’épi • Maladies foliaires et concentrations de DON • Ramifications alarmantes

51

À risque :• Réputation du Canada en tant que fournisseur international de grains• Économie agricole nationale• Qualité des aliments• Animaux d’élevage

Préoccupations de Bayer…• Le Folicur fait partie de la lutte contre la fusariose de l’épi • Les producteurs doivent enrayer la maladie immédiatement et à long terme • Les utilisateurs finals (les transformateurs, meuniers, etc.) n’ont pas voix au chapitre • Les recherches importantes ne sont pas coordonnées, il n’y a pas d’objectif commun

Bayer est prête à ...• Appuyer une approche intégrée

52

P3-16. Recherche de bioprotecteurs pour lutter contre le Gibberella zeae

C.A. Stockwell1*, G.C. Bergstrom1 et W.C. da Luz2

1Department of Plant Pathology, Cornell University, Ithaca (New York)2Embrapa Trigo, Caixa Postal 569, Passo Fundo, RS 9900-970 (Brésil)*Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

ObjectifsDécouvrir des microorganismes bioprotecteurs capables d’enrayer le Gibberella zeaelorsqu’appliqués sur les épillets des céréales, les semences ou les résidus de culture, et évaluer lacapacité de produits chimiques biocompatibles d’inhiber le développement des périthèces ou lalibération des ascospores lorsqu’on les applique sur des résidus de culture.

IntroductionDans le cadre de la lutte intégrée contre la fusariose de l’épi causée par le G. zeae, il y a certainementune place pour des protecteurs biologiques et biocompatibles, sûrs, efficaces et à coût abordable.

C’est au Brésil, il y a plus de dix ans, qu’ont eu lieu les premiers essais pour trouver desmicroorganismes capables de lutter contre la fusariose de l’épi (Luz, 1988). Dans un essai en serre,une souche bactérienne formant des endospores a permis non seulement de diminuer la fusariose del’épi chez le blé, mais aussi de réduire d’un facteur de dix la contamination des grains par ledésoxynivalénol (DON) (Stockwell et al., 1997). Pour un producteur de l’État de New York, laréduction de cette mycotoxine constitue l’effet le plus important à rechercher chez un bioprotecteur.

Nous avons évalué divers protecteurs biologiques et biocompatibles en fonction de leur efficacité àréduire la fusariose de l’épi par pulvérisation lors de la floraison ou dans le cadre d’un traitement dessemences et des résidus de culture. Nous voulons, avec ces essais, faire un autre pas sur la voie de lalutte biologique contre la fusariose de l’épi chez le blé et nous approcher un peu plus du but ultime,soit l’application commerciale.

Matériel et méthodesNous avons mis sur pied une collection de cultures constituée de microorganismes provenant dediverses sources environnementales de l’État de New York et de 19 génotypes élites du Brésil, quinous ont été fournis par M. Wilmar Luz d’Embrapa Trigo. L’accent a été placé sur la sélectiond’organismes susceptibles de tolérer des conditions naturelles difficiles. C’est ainsi que nous avonsisolé 120 candidats pour la lutte biologique à partir de 70 sources différentes; nous les conservonsdans du glycérol à 15 %, à une température de - 80 /C.

Essais in vitro et en serre - La majorité des microorganismes de notre collection ont été sélectionnésen fonction de leur relation d’antibiose envers le G. zeae. Plusieurs des candidats les plus prometteursont été soumis à une série d’essais en serre. Deux de ces essais ont été conçus pour déterminer lesconditions optimales d’infection pour le G. zeae ainsi que l’efficacité de la souche brésilienne éliteTrigoCor 1448. Le but des autres essais en serre était d’évaluer d’autres candidats prometteurs quant

53

à leur capacité de réduire la fusariose de l’épi dans des conditions environnementales contrôlées. Aumoment de l’anthèse, on a pulvérisé sur les épis de blé de l’eau (témoin) ou une suspension debactéries (cultivées en bouillon nutritif supplémenté d’extrait de levure [NBYE] pendant 72 heures)jusqu’au point de ruissellement. Puis, on a laissé sécher les plantes à l’air pendant 24 heures avantd’inoculer une suspension de macroconidies de G. zeae (105 CFU/mL). Les plantes ont été incubéespendant 24, 48 ou 72 heures sous nébulisation constante avant d’être mises en serre où l’on a évaluél’incidence de la maladie 6 à 10 jours après l’inoculation. Les traitements ont été répétés 5 fois.

Pulvérisation au moment de l’anthèse - Trois souches bactériennes élites et un fongicidebiocompatible ont été ajoutés comme traitements dans le cadre de l’étude Uniform Fungicide Trialmenée à Aurora, dans l’État de New York. Dans cet essai, la souche TrigoCor 1448 a été associée autébuconazole (4 oz de Folicur) pour déterminer si une telle association permettrait de lutter plusefficacement contre la fusariose de l’épi que chacun des deux produits utilisé séparément. Lesbactéries ont été cultivées pendant 24 heures dans du NBYE supplémenté de manganèse jusqu’à uneconcentration de 2 à 4 X 108 CFU/mL, puis on a dilué la culture de moitié avant de l’appliquer auxplantes. Celles-ci ont été traitées au moment de la floraison (échelle de Feekes : 10.5.1) au moyend’un pulvérisateur monté sur tracteur. L’inoculum pathogène, de source naturelle, provenait deparcelles d’essais dans lesquelles on avait dispersé des ascospores libérées par des grains de maïscolonisés par le G. zeae trois semaines avant la floraison. On a évalué l’incidence de la fusariose del’épi dans les parcelles, le pourcentage de grains fusariés, le poids au boisseau, le rendement en grainset la concentration de DON. Les traitements ont été répétés 4 fois en blocs complets randomisés.

Pour évaluer d’autres isolats bioprotecteurs prometteurs dans des conditions naturelles, nous avonsappliqué 10 microorganismes et 3 mélanges binaires à de petites parcelles constituées de deux rangsadjacents de 36 pouces de longueur dans une expérience dite de « mini-parcelles ». Les traitementsappliqués au moment de l’anthèse au moyen de pulvérisateurs à main ont été répétés 5 fois en blocscomplets randomisés.

Traitement des semences - Le bioprotecteur TrigoCor 1448 a été utilisé à trois concentrations (109,1010 et 1011 CFU/100 lb semences) dans une étude de plus grande envergure au champ portant surl’effet du traitement des semences sur la levée des plantules, le poids de celles-ci et le rendement descultures de blé de force rouge d’hiver (CV Crimson) dont le taux d’infection des semences par leG. zeae se situait entre 25 et 32 %. Le bioprotecteur a été cultivé en bouillon (NBYE) avec agitation.La culture a ensuite été centrifugée et le culot a été remis en suspension dans 15 mL d’eau. Letraitement consistait à appliquer cette préparation sur les semences, puis à les laisser sécher à l’air.Les traitements ont été répétés 4 fois en blocs complets randomisés.

Traitement des résidus - Quatorze traitements (9 microorganismes de lutte biologique, 3 produitschimiques biocompatibles et un témoin sans microorganisme ni fongicide chimique) ont été appliquésà des grains et des tiges de maïs qui avaient été infectés artificiellement par immersion des tissusvégétaux dans les suspensions bactériennes ou les solutions de produits chimiques pendant 3 minutessous agitation constante. Le matériel traité a ensuite été séché à l’air. En décembre 1999, leséchantillons ont été placés dans des sachets en nylon, déposés sur le sol de manière aléatoire, etlaissés tout l’hiver dans les conditions ambiantes. Les échantillons ont été ramassés au printemps

54

2000 et congelés jusqu’au moment de l’évaluation. Les tissus végétaux ont été placés entre un papierfiltre humide et une gélose de Komada. Les boîtes de Pétri ont été incubées à l’envers à latempérature ambiante sous un éclairage UV fluorescent pendant un maximum de 14 jours. Lespérithèces ont été comptés un à un ou au moyen d’une grille. La libération des ascospores a étéévaluée en fonction du nombre de colonies de G. zeae à la surface de la gélose.

Résultats et discussion Évaluation en serre des isolats a) Moment du traitement - Des plantes de blé infectées au moyen d’une suspension de macroconidiesde G. zeae (105 CFU/mL) ont été incubées pendant 48 heures dans une chambre de nébulisation.L’incidence d’infection a été élevée (75 % et 96 %) et la grenaison convenable. Le traitement du bléavec la souche TrigoCor 1448, 24 heures avant l’inoculation avec la suspension de spores a permis,d’une part, de réduire l’incidence de la fusariose de l’épi de 15 et 22 % dans les deux expériences et,d’autre part, d’augmenter le poids spécifique de 100 grains de 13 et 45 %. Ensuite, la soucheTrigoCor 1448 a été utilisée comme point de référence dans les essais subséquents en serre pourévaluer le potentiel des autres microorganismes comme agents de lutte biologique.

b) Évaluation des isolats - Le traitement avec la souche TrigoCor 1448 (moyenne de 5 essais) apermis de réduire l’incidence de la fusariose de l’épi de 33,5% et d’augmenter le poids de 100 grainsde 29,5 % comparativement au témoin non traité. Le traitement avec la souche TrigoCor 4712 apermis d’augmenter de 93 % le poids de 100 grains (moyenne de 2 essais). Plusieurs autres isolatsétaient aussi prometteurs. Dans l’essai en serre portant sur la présence de DON, le traitement avec lasouche TrigoCor 1448 a permis de réduire la concentration de DON de 27 % et celui avec la soucheTrigoCor 4712, de 71 %, comparativement au témoin non traité.

Pulvérisation au moment de l’anthèse - Deux des trois souches bactériennes (TrigoCor 1448 etTrigoCor 4712) soumises au Uniform Fungicide trial dans l’État de New York ont permis de réduirelégèrement l’incidence de la fusariose de même que le pourcentage de grains fusariés, bien que lepoids au boisseau et le rendement ne se soient pas révélés significativement différents de ceuxobtenus pour les témoins non traités. La souche TrigoCor 1448 a permis de réduire l’incidence de lafusariose de l’épi de 17 % et la concentration de DON de 23 % comparativement au témoin nontraité. Lorsque le Folicur (4 oz) a été associé à la souche TrigoCor 1448, l’incidence de la fusariose etle pourcentage de grains fusariés ont été les plus faibles et le poids au boisseau, le plus élevé des12 traitements utilisés. Avec cette association, on a obtenu une réduction de 38 % de l’incidence de lafusariose de l’épi et de 25 % de la contamination par le DON, comparativement au blé non traité.

Dans les essais en « mini-parcelles », nous n’avons pas obtenu d’effet significatif sur la fusariose del’épi, peut-être à cause de la taille réduite des parcelles d’essai.

Traitement des semences - La souche TrigoCor 1448 utilisée à une concentration de 1011 CFU/100 lbde semences a permis d’augmenter la levée des plantules, bien que de manière moins importante quele traitement au Raxil-Thiram. Aucun des traitements n’a eu d’effet significatif sur le poids desplantules, le poids au boisseau ou le rendement en grains.

55

Traitement des résidus - Dans le tissu nodal du maïs, seul le traitement à l’acide acétique (5 % v/v) apermis d’enrayer complètement le développement des périthèces. Avec tous les autres traitementsutilisés, nous avons obtenu des nombres supérieurs de périthèces et une plus grande libérationd’ascospores par rapport au témoin (eau). Les segments de tige entre les nœuds et les grains ramassésplus tard dans les champs étaient dans un état de décomposition plus avancée, mais ceux traités avecl’acide acétique n’ont pas produit de périthèces lorsqu’on les a incubés dans des conditions delaboratoire favorables.

Discussion - Le succès modéré des essais en serre et au champ sur la lutte biologique contre lafusariose de l’épi avec la souche élite TrigoCor 1448 indique que des bioprotecteurs pourraient fairepartie d’un programme de lutte intégrée contre la fusariose de l’épi. Le fait d’associer un organismebioprotecteur avec un fongicide chimique a en effet donné des résultats prometteurs. Cependant,malgré une excellente distribution de la préparation pulvérisée et un moment de traitement quasiidéal, aucun des traitements n’a permis de réduire le taux de fusariose de l’épi et la concentration deDON de façon aussi importante qu’il le faudrait pour une application agricole. La réduction del’incidence de la maladie que nous avons obtenue dans nos essais au champ se situe dans lafourchette des résultats obtenus par d’autres chercheurs (Boehm et al., 1999; Luo et Bleakley, 1999).D’autres recherches permettront de mieux comprendre le processus de lutte biologique contre lafusariose de l’épi et d’améliorer l’efficacité des bioprotecteurs élites utilisés seuls ou associés à desfongicides chimiques. L’inhibition totale de la production de périthèces obtenue avec l’acide acétique (5 % v/v) a réorienténotre recherche de produits efficaces contre le développement des périthèces et la libération desascospores. Dans des essais ultérieurs, les résidus de maïs fusariés seront traités avec toute unegamme de concentrations d’acides organiques.

RéférencesBoehm, M.J., Khan, N.J., and Schisler, D.A. 1999. USDA-ARS, Ohio State University cooperative

research on biologically controlling Fusarium head blight: Field testing of antagonists. Pages45-48 in Proc. 1999 National Fusarium Head Blight Forum, Michigan State University,University Printing, East Lansing, MI.

Luo, Y., and Bleakley, B. 1999. Biological control of Fusarium head blight (FHB) of wheat by Bacillus strains. Page 60 dans Proc. 1999 National Fusarium Head Blight Forum, MichiganState University, University Printing, East Lansing, MI.

Luz, W.C. da. 1988. Biocontrol of fungal pathogens of wheat with bacteria and yeasts. Page 348 dans5th International Congress of Plant Pathology, Kyoto, Japan. (résumé)

Stockwell, C.A., Luz, W.C. da, and Bergstrom, G.C. 1997. Biocontrol of wheat scab with microbialantagonists. Phytopathology 87:S94. (résumé)

56

P3-17. La fusariose de l’épi chez le blé de printemps dans l’est de l’Ontario en 2001

A.G. Xue, H.D. Voldeng, Y. Chen, F. Sabo, P. Matthew et R. StanleyCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Ottawa (Ontario).

Une étude ayant pour objet d’évaluer la présence de la fusariose de l’épi chez le blé de printemps aété menée au cours de la troisième semaine de juillet, alors que les plantes se trouvaient au stadelaiteux ou pâteux mou. Les 26 champs étudiés ont été choisis au hasard dans l’est de l’Ontario, régionoù la plus grande partie du blé de printemps est produite. On a évalué l’incidence de la fusariose del’épi de même que la gravité de la maladie au moyen de deux échelles distinctes (0 à 9) mises aupoint pour évaluer les parcelles d’essais. Pour déterminer le degré de gravité de la maladie, on autilisé l’indice de fusariose (incidence X gravité). Lorsque l’indice de fusariose était inférieur à 3, onconsidérait que les plantes présentaient des traces d’infection, entre 3 et 10, l’infection étaitconsidérée comme légère, entre 11 et 30, modérée et entre 31 et 81, grave.

Pour calculer la fréquence et la prévalence relatives des différentes espèces de Fusarium, 10 épisinfectés ont été prélevés au hasard dans chacun des champs. Après les avoir laissés séchés à l’air à latempérature ambiante, on les a battus à la main. Pour chaque champ, on a choisi 10 grains dont lacoloration avait été altérée, on les a stérilisés en surface en les plongeant dans une solution de NaOClà 1 % pendant 30 secondes, puis on les a mis en culture sur gélose dextrosée à la pomme de terrecontenant 100 ppm de sulfate de streptomycine. Les boîtes de Pétri de 9 cm de diamètre ont étéincubées à une température comprise entre 22 et 25 /C, sous une lumière fluorescente et des lampesUV de grande longueur d’onde, à raison de 14 heures d’éclairage par jour, pendant 14 jours. Lesespèces de Fusarium isolées des grains ont été identifiées au microscope.

La fusariose de l’épi a été observée dans les 26 champs analysés. Tant l’incidence que la gravité de lamaladie variaient de 1 à 8, avec une incidence moyenne de 3,6 et une gravité moyenne de 5,2 sur leséchelles de 0 à 9 utilisées. L’indice de fusariose variait entre 1 et 64. Des traces d’infection ont étéconstatées dans 2 champs, une infection légère dans 8, une infection modérée dans 10, et uneinfection grave, dans 6 champs. Les champs gravement fusariés (indice de la maladie>30) étaientsitués à, ou près de, Winchester (3 champs), Vernon, Alfred et L’Orignal.

Six espèces de Fusarium ont été isolées des grains infectés. Le F. graminearum était l’espèceprédominante : on le retrouvait dans 96,2 % des champs et dans 67,1 % des grains infectés. LeF. sporotrichioides était la deuxième espèce la plus répandue, et on le retrouvait dans 19,2 % deschamps et 3,5 % des grains fusariés, tandis que le F. crookwellense, la troisième espèce la plusfréquente, a été retrouvé dans 15, 4 % des champs et 1,9 % des grains infectés. D’autres espèces,parmi lesquelles le F. avenaceum, le F. culmorum et le F. poae, ont aussi été isolées mais avec desfréquences moindres : un champ pour chacune des trois et chez 0,4 % des grains infectés seulement.

Malgré l’absence d’étude de la fusariose de l’épi chez le blé de printemps dans le passé, la gravité dela maladie a été considérée comme moindre en 2001 qu’en 2000 (W.L. Seaman, communicationpersonnelle). Ceci peut être attribuable aux conditions de chaleur et de sécheresse qui ont prévalu enjuin et en juillet. Le degré de gravité relativement faible de la fusariose de l’épi en 2001 aura sans

57

doute comme conséquence une meilleure qualité du blé sur le marché et une plus grande rentabilitépour les producteurs de blé de l’Ontario.

58

P3-18. Lutte microbiologique contre les Fusarium spp. et d’autres phytopathogènes fongiques

Y.-K. Chan, W.A. McCormick et M.E. SavardCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Ottawa (Ontario).

Des bactéries du sol qui ont un effet antagoniste envers les champignons du genre Fusarium ont étéisolées à la Ferme expérimentale centrale. Les épreuves biologiques ont montré que les filtrats descultures d’un des isolats pouvaient inhiber la croissance mycélienne et la germination des conidies duF. graminearum, du F. verticillioides et du F. subglutinans, les principales espèces qui infectent lescéréales et causent des maladies telles que la fusariose de l’épi chez le maïs et le blé. Ainsi, ilsemblerait que le ou les agents qui ont eu un effet inhibiteur sur la croissance fongique étaient desmétabolites extracellulaires solubles dans l’eau. Des épreuves plus poussées dans lesquelles on avérifié l’effet de la bactérie sur d’autres phytopathogènes fongiques ont permis d’étendre la gammedes cibles pour y inclure des espèces qui causent diverses maladies courantes chez l’orge, l’avoine etle soja. Cet isolat a aussi enrayé la fonte des semis des plantules de luzerne infectées par leF. graminearum dans un essai mené en chambre de croissance. Cette bactérie possède donc unpotentiel biochimique ou des ressources génétiques qui pourraient aider à l’élaboration de fongicidesbiologiques ou de cultivars résistants aux champignons du genre Fusarium et à d’autres agentsphytopathogènes.

2

CWFHB/CCF Session 4 - Markers, Gene Expression and Other Molecular Aspects

Prospects For Pyramiding FHB Resistance Genes in Canadian Wheats

D.J. SomersCereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, MB.

BackgroundFusarium Head Blight (FHB) is becoming, or is now, North America’s single most importantplant pathogen. This is due to substantial spread of the disease during the 1990’s, its wide hostrange, a lack of reliable genetic resistance, and our limited understanding of the host pathogeninteractions and knowledge of the inheritance of resistance.

Our current understanding in wheat indicates that resistance to FHB is controlled by multiplegenes and is very quantitative in nature. The degree of complexity of resistance, makes plantbreeding particularly difficult, when the sources of resistance come from unadapted, poor qualityaccessions. Crosses to such material can drastically disturb the fine balance of desirable allelesthat have been assembled in adapted lines to provide resistance to other diseases, superior seedcomposition and a strong agronomic package, including high yield.

A survey of the scientific literature suggests that 3-5 major genes control portions of the geneticresistance to FHB. There are few or no studies where all of these major genes have been studiedin any one cross, so their interactions are largely not understood. The three main chromosomesimplicated in genetic resistance are 3B, 5A and 6B. Further, QTL analysis and other linkagestudies suggest that 3B may have more than one important locus on the short arm and that 5A hastwo loci, one on each arm. Also implicated are chromosomes 1B and 7A.

One of the most powerful means to identify genes controlling quantitative characteristics such asresistance to FHB is genetic mapping followed by QTL analysis. Genetic mapping in wheat isvery established as are the statistical methods to identify resistance genes in segregatingpopulations. This strategy enables researchers to identify potentially different sources of geneticresistance to FHB based on phenotypic observations and pedigree analysis, and then map thelocation of these genes within the wheat genome. Ultimately, this will facilitate molecularbreeding strategies that can develop experimental populations containing a precise combinationof alleles from multiple sources of FHB resistance. This leads to studies that examine the geneinteractions and the overall level of resistance attainable and potentially transferable to elite,adapted Canadian wheats.

Current ObservationsResearch over the last two years in the molecular breeding lab at AAFC-CRC has focused onidentifying genes and mapping genetic loci controlling FHB resistance. We have examined indetail, two populations segregating for FHB resistance which are AC Superb[Grandin*2/Domain] X BW278 [Domain*2/Sumai 3] and Wuhan X Maringa [Frontana/Kenya

3

58//PGi]. BW278 is considered to be the CRC’s most resistant line based on multiple years ofreplicated testing. Wuhan is considered to be an alternate, potentially different source ofresistance and shows levels of resistance similar to or better than Sumai 3. Maringa showspartial resistance to FHB, presumable derived from Frontana. AC Superb is not known to carryany FHB resistance genes.

In both cases, we have recently constructed genetic maps from these crosses using microsatellitemarkers and supplementing with AFLP markers if needed. Both populations consist of DH linesand we examined approximately 92 lines genotypically as well as phenotypically. Phenotypingincluded: (1) replicated field trials in multiple years where spores were sprayed on orsupplemented by infected corn grain spread on the ground; (2) greenhouse evaluations usingpoint inoculation in a floret mid way up the length of the spike; and (3) deoxynivalenol (DON)analysis via ELISA on ground samples of infected grain.

The AC Superb X BW278 cross showed low levels of molecular polymorphism as a result ofhaving Domain on both sides of the cross; 25% of the microsatellites were polymorphic. Themap consisted of 120 microsatellites and 73 AFLP markers totaling 193 markers. QTL analysisusing field spray inoculation showed significant QTLs controlling disease incidence onchromosomes 3B, 5A, 6B and 7A. The locus identified on 5A was on the short arm, proximal tothe centromere. This is in contrast to a few reports of a major QTL being identified on 5AL, nearthe end and linked with the awn suppressor locus. The identification of a locus on 5AS isconsistent with a recent report from H. Buerstmayr. The data collected by point inoculation didnot show any significant QTLs controlling the spread of disease. The other loci detected were inpositions on chromosomes that were consistent with published data or other Fusarium mappingexperiments in the molecular breeding lab.

The Wuhan X Maringa cross showed high levels of polymorphism with over 50% of themicrosatellite markers showing polymorphism. This resulted in a moderate density mapconsisting of 320 markers. The QTL analysis indicated loci controlling: (a) Fusarium incidencereside on 2B, 3B, 6B; (b) DON levels reside on 7A; and (c) combined Fusarium incidence andDON levels reside on 2D. Higher DON levels and incidence were loosely correlated (0.43 to0.64). Wuhan alleles were favoured for resistance to incidence and spread of infection and forlower levels of DON. The results also suggest that low incidence and low DON levels may becontrolled by different loci.

There was a third cross examined in the molecular breeding lab AC Foremost X DH181[Biggar/Sumai 3], which was examined genotypically at all the key loci (2B, 3B, 5A, 6B and7A). This cross had a very low level of polmorphism due to Biggar being on both sides of thecross. The results did show significant QTLs on 3BS and 6B.

Taken all together, these mapping studies suggest the control of FHB resistance is very complexand our mapping and QTL results are likely dependant equally on our choice of the susceptibleparent as they are on the resistant parent. It is apparent that further mapping studies are likely

4

needed to comprehend the allelic makeup of important sources of FHB resistance. These futuregenetic maps will need to be coordinated with other international efforts in FHB mapping andQTL analysis in order to maximize the return on our investments in such studies. Also, thesestudies will have to consider the susceptible parent being used, and its utility in Canadian wheatbreeding.

RecommendationsThe next steps are conceptually simple. I suggest we begin assembling more complex genotypeswith molecular precision that include: (1) multiple sources of genetic resistance to FHBinfection; (2) lower DON levels; and (3) an adapted genetic background. These populations canmake use of recurrent selection and DH strategies and should be constructed entirely throughmarker-assisted selection of desirable allele combinations. Once the populations are constructed,the material should be evaluated under greenhouse and field conditions with appropriate checksto describe the level of resistance in the populations. The assembly of these complex genotypesdoes not need to carry a high level of precision where small portions of chromosome arms arebrought together in a single genotype. In reality, it may suffice to assemble genotypes withwhole chromosome arms known to carry FHB resistance QTLs. The remainder of the genotypecan be chromosomes and genome segments from adapted genotypes. We have the infrastructureand molecular technology to handle large populations required to assemble these complexgenotypes. This includes an ABI 3100 capillary electrophoresis genetic analyser and experiencewith >800 microsatellite markers placed on a concensus map of hexaploid wheat.

These crosses will not produce resistant, adapted, high yielding varieties in the short term, firstphase, but more importantly, we could develop within two years, essential populations enrichedwith lines carrying desirable allele combinations that are impossible to detect with conventionalplant breeding and pathology support. The populations are meant to be entirely experimental andrepresent an important and alternate strategy to develop germplasm that can feed directly intowheat breeding programs.

5


Mapping and Marker-assisted Selection of Fusarium Head Blight Resistance Genes inWheat

J.A. Anderson, S. Liu, M.O. Pumphrey, and E.J. WennerlindDepartment of Agronomy and Plant Genetics, University of Minnesota, St. Paul, MN.Corresponding author: [email protected]

IntroductionScreening for Fusarium head blight (FHB) resistance using greenhouse and field-based screeningare made difficult by quantitative inheritance, laborious screening methods, and environmentaleffects. Selection for molecular markers linked to resistance genes may be a more effectivemeans of screening. We have identified quantitative trait loci (QTL) for Fusarium head blight(FHB) resistance in two wheat populations (Waldron et al., 1999; Anderson et al., 2001). Themost significant QTL for FHB was located on the short arm of chromosome 3B and designatedQfhs.ndsu-3B. The best markers in this region explain 25 to 42% of the variation for FHBresistance in the Sumai/Stoa and ND2603/Butte 86 recombinant inbred populations, respectively(Anderson et al., 2001). Moreover, the selection for this region results in a significant skewingof the populations toward more resistant types (Anderson et al., 2001). For selection based onthis QTL region to be useful in breeding, as an initial selection for resistance before greenhouseor field-based screening, it must consistently express increased resistance when introgressed inother germplasm. We have identified near-isogenic lines (NILs) in well-adapted geneticbackgrounds that are suitable for testing the robustness of this QTL as a tool to aid in selectionfor FHB resistance. We have estimated that it costs $0.91-0.95 to screen one genotype for thepresence of this QTL region. This is opposed to a cost of $7.00 per genotype for adequate fieldscreening (Campbell and Lipps, 1998).

Materials and Methodsa) Marker Discovery: A population of 112 F5-derived recombinant inbred lines (RIL) from thecross Sumai 3 (resistant)/Stoa (mod. susceptible) grown in the greenhouse was evaluated forreaction to inoculation with conidia from Fusarium graminearum in two experiments asdescribed by Waldron et al. (1999). A population of 139 F5-derived recombinant inbred lines(RIL) from the cross ND2603 (Sumai 3/Wheaton) (resistant)/Butte 86 (mod. susceptible) wasevaluated for reaction to inoculation with conidia from F. graminearum in two greenhouseexperiments as described by Anderson et al. (2001). A combination of AFLP, RFLP, and SSRmarkers were mapped in each population, as described in Anderson et al. (2001) and Waldron etal. (1999).

b) Marker-Assisted Selection: During the summer of 2000, more than 50 F3-derived F4 lines fromthe University of Minnesota spring wheat breeding project were identified that wereheterogeneous for Qfhs.ndsu-3BS based on DNA markers in that region. F4 heterozygous plantswere identified from these families and seed was selfed to produce F4-derived near isogenic5


6

lines6 for the Qfhs.ndsu-3BS region. Seven NILs from these populations and five NILs from theaforementioned mapping populations were tested for FHB reaction in greenhouse tests.

Results and DiscussionResults from our marker discovery work are shown in Table 1.

Table 1. Coefficients of determination and P values for DNA markers associated withFusarium head blight resistance in the Sumai 3/Stoa and ND2603/Butte 86 recombinantinbred populations.

Source of Sumai 3/Stoa ND2603/Butte 86Marker a Chrom. Resistance Allele a R2 X 100 P R2 X 100 P Xgwm493/Xgwm533 3BS Sumai3/ND2603 41.6 <0.001 24.8 <0.001XksuH16 2AL Stoa 14.3 <0.001 0.0 0.66XksuH4 6AS Sumai3/ND2603 1.0 0.32 11.6 <0.001XBARC101/Xbcd1383

6BS Sumai3/ND2603 9.2 0.001 4.9 0.009

Xwg909 4BS Stoa 7.2 0.007 0.1 0.28Xbcd941 3AL ND2603 0.1 0.48 9.1 <0.001

a Markers and resistance sources to the left of the slash refer to the Sumai 3/Stoa population andto the right refer to the ND2603/Butte 86 population.

Preliminary results from the testing of NIL pairs are shown in Table 2. Five of the seven pairs ofNILs showed the expected significant (P<0.05) increase in FHB resistance in lines containing themarkers for the QTL. Although this was less than expected, the remaining seven pairs all havelow mean FHB severity in relation to the parents that did not contain the QTL (-), indicating thepresence of additional resistance genes in these pairs. These additional genes may mask theeffect of the 3BS QTL.

Table 2. Mean Fusarium head blight severity, standard deviation, and difference of 12pairs of wheat lines near-isogenic for the FHB QTL on chromosome 3BS as indicated byDNA markers (+ or -).

FHB Severity Entry Pedigree Gen. Mean std. dev. Diff. P valueNIL Pairs32-9-3-4 (+) ND2710//HJ98/Reeder F4:6 34 16 NS -32-9-3-3 (-) ND2710//HJ98/Reeder F4:6 32 10174-21-1-5 (+) Ivan/ND2710 F4:6 26 15 12 0.0000174-21-1-4 (-) Ivan/ND2710 F4:6 38 17

7

71-8 (+) ND2603/Butte 86 F6:11 19 14 17 0.000071-6 (-) ND2603/Butte 86 F6:11 36 1872-3 (+) ND2603/Butte 86 F6:11 28 14 05 0.012572-10 (-) ND2603/Butte 86 F6:11 33 1545-8 (+) Sumai3/Stoa F5:11 36 19 NS -45-3 (-) Sumai3/Stoa F5:11 39 18112-4 (+) Sumai3/Stoa F5:11 12 07 NS -112-8 (-) Sumai3/Stoa F5:11 13 06146-25-2-1 (+) ND2710/MN94055 F4:6 24 05 NS -146-25-2-2 (-) ND2710/MN94055 F4:6 26 081-62-1 (+) Verde/ND2710 F4:6 57 22 15 0.00001-62-3 (-) Verde/ND2710 F4:6 73 21187-23-1-4 (+) MN97045/ND2710 F4:6 19 05 NS -187-23-1-1 (-) MN97045/ND2710 F4:6 19 09187-48-2-4 (+) MN97045/ND2710 F4:6 30 03 NS -187-48-2-5 (-) MN97045/ND2710 F4:6 28 07188-27-1-2 (+) MN97762/ND2836 F4:6 32 23 NS -188-27-1-3 (+) MN97762/ND2836 F4:6 31 17ndb137-4 (+) ND2603/Butte 86 F6:11 39 17 17 0.0000ndb137-2 (-) ND2603/Butte 86 F6:11 56 21Parents and ChecksND2603 (+) 25 15ND2710 (+) 15 06ND2836 (+) 30 07Sumai 3 (+) 14 07Butte 86 (-) 55 08HJ98 (-) 47 11Ivan (-) 57 11MN94055 (-) 61 11MN97045 (-) 55 20MN97762 (-) 52 16Reeder (-) 70 11Stoa (-) 39 12Verde (-) 50 09

8

ReferencesAnderson, J.A., R.W. Stack, S. Liu, B.L. Waldron, A.D. Fjeld, C. Coyne, B. Moreno-Sevilla, J.

Mitchell Fetch, Q.J. Song, P.B. Cregan, and R.C. Frohberg. 2001. DNA markers forFusarium head blight resistance QTLs in two wheat populations. Theor. Appl. Genet.102:1164-1168.

Campbell, K.A. G., and P.E. Lipps. 1998. Allocation of resources: sources of variation inFusarium head blight screening nurseries. Phytopathology 88:1078-1086.

Waldron, B.L., B. Moreno-Sevilla, J.A. Anderson, R.W. Stack, and R.C. Frohberg. 1999. RFLPmapping of QTL for Fusarium head blight resistance in wheat. Crop Sci. 39:805-811.

9

0

10

20

30

40

50

0-0.4

0.5-0.

91-1

.4

1.5-1.

92-2

.4

2.5-2.

93-3

.4

3.5-3.

94-4

.4

4.5-4.

95-5

.4

5.5-5.

96-6

.4

6.5-6.

9

Disease Score

# of

Lin

es CO387 CG62

kernel

0

10

20

30

40

50

60

0-0.4

0.5-0.

91-1

.4

1.5-1.

92-2

.4

2.5-2.

93-3

.4

3.5-3.

94-4

.4

4.5-4.

95-5

.4

5.5-5.

96-6

.4

6.5-6.

9

Disease Score

# of

Lin

esCO387

CG62

silk

Disease scores for CG62xCO387 RI linesevaluated for ear rot after silk or kernelinoculation with F. graminearum conidia.Values are the means of two tests in 1999and 2000 performed in Ottawa.


Identification of Molecular Markers for Resistance to Fusarium graminearum in Maize

K.P. Pauls1, J.H. Taylor1, G. Sun2, M. William3, J. Liu1, K.J. Kasha1, and L.M. Reid4

1Department of Plant Agriculture, University of Guelph, Guelph, ON.2Department of Biology, St. Mary’s University, Halifax, NS.3CIMMYT, Apdo. Postal 6-641, 06600 Mexico, D.F., Mexico.4Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

The fungus Fusarium graminearum Schwabe, which causes Giberella ear rot in northern corn,infects corn ears by growing along silks to the kernels or by directly infecting kernels exposed bywounds to husks. Infected corn is lower yielding and contains toxins, like deoxynivalenol(DON), that are antifeedants and dangerous to animal and human health (Christensen andMeronuch 1986; Mirocha et al. 1976; Lou et al. 1990). Specific sources of silk and kernelresistance to infection by F. graminearum have been identified (Reid et al. 1992a, Chungu et al.1996a, b). Both types of resistance are multigenic and can be strongly modified byenvironmental factors. These characteristics havehampered attempts to develop Fusarium-resistantcorn varieties. The goals of the present work wereto identify and map molecular markers linked togenes for resistance to Gibberella ear rot.

Recombinant Inbred Population Developmentand Disease Screening.A recombinant inbred (RI) population was producedfrom a cross between a line with silk and kernelGibberella ear rot-resistance (CO387) and asusceptible line (CG62; Reid unpublished). The F4and F6 generations were evaluated for silk and kernelresistance in the field at Ottawa as described byChungu et al. (1996a). In short, replicated trials(two rows of 15 plants of each line per trial) whereinoculated through the silks (with 2 ml of conidialsuspension containing 5 x 105 spores / ml) and witha kernel inoculator, a device that drives four steelpins through the husk and kernel and injects amacroconidial suspension (5 x 105 spores / ml) intothe wound. Visual evaluations of disease severitywere made using a scale from 0 to 7, where 0 = novisual signs of infection and 7 = completely infected(http://res2.agr.ca/ecorc/program1/maize/disease.ht

res2.agr.ca/ecorc/program1/maize/disease.htm

10

Linkage map produced from the segregation of markers in theCG62xCO387 RI population. Darkly shaded and open boxeshighlight markers associated with silk resistance. Lightlyshaded boxes highlight markers associated with kernelresistance.

m). The disease score of a particular line was determined by averaging the score of both rowsinoculated in the same manner.

The distributions of the mean disease scores for the 144 CG62 x CO387 RI lines inoculatedthrough the silks or kernels were continuous and normal (Fig.1). There were some transgressivesegregants. However, the disease scores of individual lines assessed in the F4 (1999) and F6(2000)generations were poorlycorrelated for kernel resistance(R2 = 0.07) and silk resistance(R2 = 0.001).

A Molecular Marker LinkageMap for Northern Corn.Leaf samples from parental linesand individual F2 plants werecollected, freeze-dried andground to a powder. DNA wasextracted from powdered leafmaterial using the CTABmethod (Hoisington et al. 1994). Polymerase chain reaction(PCR) amplifications wereperformed as described byWilliams et al. (1990). ThePCR products were separated ina 3% MetaPhor gel. For SCARmarker development candidateRAPD bands were excised fromagarose gels stained withethidium bromide and the DNAwas recovered from gel with aPrep-A-Gene DNA PurificationKit (Bio-Rad Labs). The PCRproducts were cloned using aTOPO TA Cloning® Kit(Invitrogen). Plasmid DNA wasisolated and sequenced with thedideoxy nucleotide chaintermination method using T7primer and M13 reverse primer. Pairs of oligonucleotide primers were designed to amplify the sequences of the cloned RAPDfragments.

11

One-hundred and thirty-six markers were analyzed with DNA from 144 CG62 x CO387 F5s. Ofthese, 120 were connected in a linkage map using MAPMAKER. A scaffold map wasconstructed using only the codomonant markers. The RAPD and AFLP markers were added tothe map using the “ASSIGN” command. The default parameters were set to LOD = 3.0 and Maxdistance = 30.0cM (Haldane). Each linkage group was analyzed using the MAPMAKER“FRAMEWORK” command to determine map distances within linkage groups.

The linkage map for Northern corn that was created included SSRs, 31 RAPD markers, 2RFLPs and 7 SCARS (Fig. 2). Markers were placed on all 10 linkage groups and coverage ofmost linkage groups was good, except linkage groups 2, 3 and 8. Sixteen markers remainedunassigned.

Makers for Giberella Ear RotResistance in Corn. QTL analyses were performed byinterval mapping (Lander andBotstein 1989) using QTLCartographer (Statistical Genetics,NCSU) and by the single factorANOVA (Edwards et al. 1987)using SAS program (SAS InstituteInc., Cary, NC, USA).

ANOVA identified sevenmolecular markers that weresignificantly associated with silkresistance (Table 1). The locationof the marker with the largestaffect (BC324-1400) was notdetermined but the other markerswere located on chromosomes 1,3, 4, 9 and 10. Markers identifiedon chromosome 9 by ANOVA tobe associated with silk resistance(umc 1120, S119-1) as well asmarker BC203-2000 onchromosome 9 were found to beassociated with silk resistance bythe QTL chartographer analysis.

Nine markers were significantlyassociated with kernel resistance by ANOVA. The marker with the largest effect (umc 1177)was located at the end of an chromosome 1. This was the only marker that was identified in a

Table 1. Markers associated with resistance to corn Gibberella ear rot caused by Fusarium graminearum .

Trait Marker Chromosome ANOVA P

R2 QTL detected byQTL Cartographer

Silk Resistance

BC324-1400 ? 0.0003 9

umc 1084 10 0.012 5.3

umc 1120 9 0.015 4.8 Yes (LOD =2.6)

S119-1 9 0.015 4.2 Yes (LOD = 1.8)

BC203-2000 9 Yes (LOD = 2.6)

BC373-650 4 0.044 3.5

bnlg 197 3 0.054 3.5

umc 1128 1 0.039 3.5

KernelResistance

umc 1177 1 0.0082 7.8 Yes (LOD = 3.7)

umc 1021 1 0.035 4.1

umc 1402 1 0.026 4

mmc 0282 ? 0.0023 7.2

S610-1 9 0.044 2.8

BC487-1100 9 0.025 3.5

PIC 11 ? 0.03 3.5

BC324-1400 ? 0.027 3.4

BC603-700 ? 0.037 3.1

12

QTL cartographer analysis to be associated with a kernel resistance QTL. Two other markers onchromosome 1(umc 1402 and umc 1021) showed significant association with kernel resistanceon the basis of single marker ANOVA. Also, two markers on chromosome 9 (BC 487-1100 andS610-1), which occurred between two markers for silk resistance (umc 1120 and S119-1), weresignificantly associated with kernel resistance by ANOVA. In addition, several unmappedmarkers (mmc 0282, PIC 11, BC324 - 1400 and BC603 - 700) were associated with kernelresistance by ANOVA.

ConclusionsThis study identified markers for resistance to Gibberella ear rot in corn, based on fieldinoculations with F. graminearum macroconidia into the silk channels or into the kernels. Itconfirmed that multiple loci are involved in disease resistance and demonstrated the variability inthe reaction of lines to the screen from year to year. However, important resistance loci onchromosome 1, (bordered by markers umc C1177 and umc 1021) for kernel resistance and onchromosome 9 (near S119-1) for silk resistance were consistently identified by several analysis,including a single marker ANOVA and a QTL cartographer analysis. We are currently cloningand sequencing these markers to develop nonelectrophoretic methods for assaying theiroccurrence in corn breeding populations.

ReferencesChristensen, C.M. and R.A. Meronuck. 1986. Quality maintenance in stored grains and seeds.

University of Minneapolis Press, Minneapolis, MN.Chungu C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996a. Response of maize inbred lines

resistance to Fusarium graminearum infection via silk, kernel and cob tissue. Plant Dis.80:81-84.

Chungu C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996b. Inheritance of kernel resistanceto Fusarium graminearum in maize. J. Heredity 87:382-385.

Edwards, M.D., C.W. Stuber, and J.F. Wendel. 1987. Molecular marker facilitated investigationsof quantitative trait loci in maize. I. Numbers, genomic distributions, and types of geneaction. Genetics 116:113-125

Hoisington D.A., M.M. Khairallah, and D. Gonzales-de-Leon. 1994. Laboratory protocols.CIMMYT Applied Molecular Genetics Laboratory. CIMMYT, Hisfoa, Mexico, DF.

Lander, E.S., and D. Botstein. 1989. Mapping mendelian factors underlying quantitative traitsusing RFLP linkage maps. Genetics 121:185-199.

Luo, Y., T. Yoshizawa, and T. Katayama. 1990. Comparative study on the natural occurrence ofFusarium mycotoxins (Trichothecens and Zearalenone) in corn and wheat from high andlow risk areas for human esophageal cancer in China. Appl. Environ. Microbiol. 56:3723-3726.

Mirocha C.J., S.V. Pathre, B. Schauerhamer, and C.M. Christensen. 1976. Natural occurrence ofFusarium toxins in feedstuff. Appl. Environ. Microbiol. 32:553-556.

Reid L.M., D.E. Mather, R.I. Hamilton, and A.T. Bolton. 1992a. Diallel analysis of resistance inmaize to Fusarium graminaerum infection via the silk. Can. J. Plant Sci. 72:915-923.

13

Williams J.G.K., A.R. Kubelik, K.J. Rafalski, and S.V. Tingey. 1990. DNA polymorphismsamplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucl. Acids Res. 18:6531-6535.

14


Using a Gibberella Zeae Mat-locus Knockout to Test the Importance of Ascospores in aWheat FHB Field Epidemic

A. Desjardins1, D. Brown1, S.-H. Yun2, R. Plattner1, T. Lee2, and G. Turgeon2

1National Center for Agricultural Utilization Research, USDA-ARS, Peoria, IL.2Cornell University, Ithaca, NY.

Epidemics of Fusarium Head Blight (FHB) in the United States and Canada have been associatedwith colonization of residues of host crops including wheat, maize, and other cereals with thepathogen Gibberella zeae. On colonized crop residues, G. zeae can produce two types ofinfective spores: sexual spores or ascospores, and asexual spores or macroconidia. The dispersalof ascospores and macroconidia from infected residues and the relative importance of these twospore types in FHB epidemics are not well understood.

To investigate the importance of ascospores in FHB, we deleted the entire mating type (MAT)locus of G. zeae strain GZ3639 to create MAT-knockout strains that cannot produce ascospores. MAT-knockout strains appear similar to wild-type strain GZ3639 in morphology, production ofmacroconidia, and production of the mycotoxin deoxynivalenol. In greenhouse tests,macroconidia from MAT-knockout strains were able to cause blight following inoculation intowheat heads. During the 2001 growing season, we compared the ability of strain GZ3639 and aMAT-knockout strain to cause FHB on wheat in a small-scale field test in Illinois. To provideinoculum, autoclaved maize stalk pieces were inoculated with fungal strains and incubated in thelaboratory. After one month, strain GZ3639 produced abundant perithecia on the stalk pieces,while the MAT-knockout strain produced none. The stalk pieces were placed on the ground inplots (3m x 3m) of spring wheat cultivar Wheaton approximately 3 weeks before flowering. Oneplot received inoculum of strain GZ3639, one received inoculum of the MAT-knockout strain,and one plot received sterile inoculum. Plots were misted for 30 minutes thrice daily. Analysisof data from the field test is in progress.

Preliminary results indicate that the MAT-knock-out strain was significantly less effective thanstrain GZ3639 in reducing yield and in increasing deoxynivalenol levels of harvested seeds. Thisevidence confirms that ascospores can play a major role in FHB epidemics of wheat. Thus,blocking ascospore production could help disarm the virulence of G. zeae and break the cycle ofFHB epidemics in wheat and other cereal grains.

15


Breeding for Resistance to Fusarium Head Blight: A Cytogenetic Approach

J. Thomas and E. RiedelCereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, [email protected]

IntroductionA method to control inheritance of resistance to Fusarium Head Blight in wheat is described. The proposed unit for control of FHB genetics is a Robertsonian translocation or fusionmonosome. Robertsonian translocations result from refusion between nascent telocentrics of twodifferent chromosomes, at the centromere. Arms involved should be “opposite” to the arms thatare known to carry the FHB resistance genes that have been targeted for control. The correctfusion monosome is isolated from breakage and re-union of unpaired chromosomes at firstmeiotic anaphase of a double monosomic. Since the arms not involved in the translocation areexcluded and lost, pairing between the fusion monosome and the two standard chromosomesresults in a linear trivalent with the standard chromosomes deployed, one at each end of the chainof three and with the translocation in the middle. When such trivalents enter meiotic metaphasethey will most commonly adopt a “V” or alternate configuration since this arrangement is moststable. From this configuration, the two standard chromosomes must disjoin to one pole whilethe translocation disjoins to the other. Since the arms of the standard chromosomes not involvedin the translocation have no pairing partner, no recombination or crossover occurs and linkageblocks carrying the FHB resistance genes remain intact. In the meiocytes of a monosomic hybridbetween the translocation line and a resistant line that carries the two targeted FHB QTLs, mostof the trivalents will disjoin in the “V” configuration. For ovules, somewhat less than 50% willbe euhaploid and carry both QTLs while a similar number will be nullihaploid and carry neither. The small number of remaining ovules will result from non-alternate disjunction or loss of one ormore of the standard chromosomes. For pollen, selection against nullihaploid gametes(certation) will result in joint male transmission frequency for both resistance genes whichapproaches or exceeds 90%.

ResultsA translocation (C845) between 3BL and 5AS was isolated from a double monosomic (3B-5A) ofCWRS-type wheat. This translocation was targeted in order to control the inheritance of FHBQTLs that have been reported to occur on 3BS and 5AL. The translocation has not yet beentested for its effect on the recovery of FHB resistance. However, cytological and segregationdata show that its genetic behaviour will conform to the predictions outlined above. About 78%of PMC contained the trivalent co-oriented as a “V” at meiotic metaphase. Among haploidsrecovered from C845 by maize pollination, according to microsatellite data, 77% inherited bothtargeted linkage blocks and were presumably euploid, 15% inherited neither and presumablyacquired the fusion monosome while 8% involved other contingencies. The control of FHBresistance thus depends on two things: a high frequency of “V” type disjunctions at meiotic


16

anaphase followed by discrimination against deficiencies associated with the presence of thetranslocation.

DiscussionDoubling up two translocations could yield a genetic stock capable of orchestrating four FHBQTLs also in a predictable manner. Fertility and vigour of a double translocation is expected tobe only slightly subnormal, similar to a conventional double monosomic. Among the ovules ofan appropriate hybrid with a four-gene line, somewhat less than one quarter will carry all four Rgenes and be euhaploid, less than one half will carry two out of the four R genes and be nulli-haploid, while less than one quarter will carry none and be doubly nullihaploid. The fewremaining gametes will represent non-alternate disjunctions with a translocated chromosomesegregating with one or other of its standard partners. Among the pollen, strong selection againstnullihaploid gametes will result in male transmission of all four R genes that approaches orexceeds 90%.

If this technology is to be used to develop elite cultivars with resistance to Fusarium Head Blight,then we must pay close attention to the genetic background of the material to be crossed. Mostcritical is the parentage of the translocation stock itself. All our cytogenetic work is beingconducted in elite CWRS backgrounds. For instance the C845 translocation is currently 68%from AC Superb plus 30% from other CWRS cultivars and can be quickly diversified in anydirection through further crosses. Also important is the specific background of linkage blocksthat surround the targeted QTLs in FHB resistant parents (the linked genetic background). Thiswill vary depending on where and how crossovers occurred during the last transfer of resistance. If the linked background is worth transferring unchanged, translocations can be used to controlFHB resistance in a variety of standard breeding applications. The linked background is fixedwhile backcrossing or convergent crossing is used to introgress new genes from elite lines to theunlinked background. However, fixation of the linked background entirely depends on the orderin which crosses are made. Translocation stocks can also be used to sample and fix newrecombinants from hybrids where the linked genetic background is segregating (perhaps evenagainst a fixed unlinked background). In this application they can thus offer some precision inthe difficult process of recombining and then restacking FHB QTLs.

17


Maize Genes Induced in the Maize/Gibberella Ear Rot Interaction

T. Ouellet, S. Allard, K. Dadej, A. Johnston, A. Koul, A. Saparno, and L. HarrisEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Fusarium graminearum (teleomorph: Gibberella zeae) is a broad host pathogen, attacking a rangeof plant species including maize (gibberella ear and stalk rot), barley and wheat (headblight/scab). We are studying the molecular interactions between maize and F. graminearumduring early infection of the silk channel in a susceptible (CO354) and a resistant (CO387)inbred. Briefly, F. graminearum was inoculated into the silk channel of the maize ears 4 to 6days after silk emergence. Mock inoculations (with sterile fungal media) were also performed inparallel. Differential Display RT-PCR was used to identify genes, from maize and F.graminearum, that are elicited in the early stages of infection of maize silk by the fungus. DNAfragments showing differential expression during early infection were cloned and characterizedusing sequencing, as well as Northern and Southern analyses.

More than 20 fragments were cloned that showed a differential pattern of expression betweentime 0 and 48 h after fungal inoculation, as well as between fungal and mock-inoculated samples,when using the differential display procedure. Seven of the 18 maize clones (two of the twentyclones originated from the fungus) have been confirmed to be induced or up regulated early ininfection by Northern blot analysis. Focusing on a few genes, we have used 5’ RACE PCR toobtain near full-length cDNA clones for four of the genes. Comparisons with public sequencedatabases has revealed that three of those genes are novel or have an unknown function. Tofurther characterize these selected genes, we have used Northern analyses to follow theirbehavior during time course experiments after infection with F. graminearum as well as withother fungal pathogens and inducing agents (e.g. salicylic acid). We have also determined thespecificity of their expression between different parts of the plant. Our analyses suggest that thegenes characterized are responding to different stimuli which are possibly associated withcomponents of the infection by F. graminearum. (For more information see poster and abstract by Dadej et al.).

This work was partially funded by the Ontario Corn Producers’ Association, Canadian AdaptionCouncil, Ontario Research Enhancement Program, AAFC Matching Investment Initiative,Ontario Pork, Pioneer-HiBred, Novartis, W.G. Thompson & Sons and other industrial partners.

18


A Genomics Approach to Understanding the Fusarium/Host Plant Interaction

L. Harris, S. Allard, M. Balcerzak, C. Bordeleau, J. Chapados, P. Couroux, A. DeMoors,H. Dan, T. Glassco, J. Hattori, S. Kelso, A. Koul, M. Masotti, L. Robert, H. Rocheleau,A. Saparno, A. Savoie, J. Singh, D. Sprott, N. Tinker, R. Tropiano, K. Wu, and T. OuelletEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

The goal of the Fusarium/host plant genomics project is to understand how cereals respond to F.graminearum disease at the genic level, what mechanisms the fungus uses to attack andovercome the plant, to determine the molecular characteristics of existing resistance, and todevelop novel resistance strategies. To achieve this, we have initiated three collaborativegenomics projects:A) genomics of the wheat response to Fusarium; B) genomics of the maize response toFusarium; and C) genomics of the Fusarium pathogen.

A) Genomics of the Wheat Response to FusariumEfforts have initially been focussed on building cDNA libraries enriched, through suppressivesubtractive hybridization, for wheat genes induced by F. graminearum. The selected tissues forlibrary construction included infected wheat heads from Frontana, as well as from resistant linesdeveloped at ECORC (FHB148, a winter wheat derived from Frontana) and CRC (FHB37, aspring wheat derived from Sumai3). Over 5000 ESTs have been sequenced so far. Those ESTsrepresent well over 2000 distinct genes, including several candidates with homology to genesinvolved in plant defence, signal transduction and transcription regulation which could play arole in host-pathogen interaction and plant resistance. The large percentage of distinct or uniquegenes identified is indicative of the success of the enrichment approach used to construct thecDNA libraries. A subset of the wheat genes expressed during the infection have been furthercharacterised using Northern analysis. These genes include some potential regulatory proteins aswell as many novel genes and will be used as reference on larger scale expression experimentsusing DNA arrays. DNA microarrays containing either selected functional groups of genes or thewhole set of unique genes identified in the sequencing effort are being designed and built. Thesemicroarrays will be used to compare gene expression patterns in the presence and absence of thepathogen, in resistant and susceptible wheat cultivars. This will allow the identification of genesand pathways which are modified in resistant plants or which could be manipulated to improveresistance. (For more information see poster and abstract by Tropiano et al.).

B) Genomics of the Maize Response to FusariumWe have constructed 9 cDNA libraries (5 regular non-normalized; 4 subtracted using SSH) fromfungal-inoculated maize silk or kernel tissues, mainly from maize inbreds (developed at ECORC)demonstrating ear rot resistance. These libraries have yielded greater than 4500 ESTs. Theaverage EST sequence length from the regular non-normalized libraries is 680 bp (after trimmingvector sequence). Maize ESTs have been organized into contigs and annotated with respect to

19

possible function. Combined with the maize ESTs generated from the ECORC Maize/ColdTolerance project, we have ~4850 maize genes represented in our database. Representative ESTsequences from these genes plus controls have been chosen for the maize cDNA microarray andDNA is being prepared for gridding on glass slides. Meanwhile, we have documented theexpression patterns (e.g. time course studies) of 14 SSH clones found to be induced or up-regulated upon fungal infection. The expression of these SSH clones ranges from strong(detection by Northern analysis in hours) to weak (detected only by RT-PCR) and, in addition topreviously characterized Fusarium-induced differential display clones, will be importantreference points for our microarray analysis. We have initiated microarray hybridization studiesusing B73, a standard maize inbred, to establish the baseline expression profile of susceptiblemaize challenged by Fusarium. (For more information see poster and abstract by Saparno et al.).

C) Genomics of the Fusarium Pathogen The goal of the project is to identify and characterize fungal genes involved in the interactionbetween Fusarium graminearum and its hosts, maize and wheat, to determine which genes andpathways are essential for fungal pathogenicity and could be a target for control. A unigene setof ESTs is being developed and will be used to produce targeted arrays and unigene microarraysfor large scale expression analyses. To carry out functional genomics on candidate genes, wehave initiated research collaborations with ARS/USDA (Peoria, IL) and University of Ottawa andare co-founding members of the Gibberella Zeae International Genomics Consortium (GZIGC,represents public and private researchers from U.S. and Canada). (For more information seeposter and abstract by Rocheleau et al.).

20

CWFHB/CCF Session 4 - Markers, Gene Expression and Other Molecular AspectsASSOCIATED POSTERS

P4-1 A Study to Identify Molecular Markers for Fusarium Head Blight Resistance in Six-RowBarley K. Armstrong, K.M. Ho, G. Fedak, R. Martin, G. Butler, M. Savard, A. Xue,L.Langille, F. Sabo, M. Kuc, and M. Burville

P4-2 Phenylpropanoids and Maize Resistance to Fusarium graminearum: Role of Cell-WallBound dehydrodimers of Ferulic AcidA.C. Bily, L.M. Reid, D.A. Johnson, A.G. Burt, C. Regnault-Roger, J.T. Arnason,and B.J.R. Philogène

P4-3 Characterization of Kinases in Wheat Heads Following Fungal Infection by FusariumgraminearumC. Bordeleau, S. Kelso, L. Robert, H. Dan, D. Johnson, and T. Ouellet

P4-4 Differential Gene Expression in Response to Fusarium graminearum Early Infection inGibberella Ear RotK. Dadej, A. Koul, S. Allard, A. Saparno, L. Harris, and T. Ouellet

P4-5 A Transgenic Approach to Confer Resistance to Fusarium Head Blight in Barley andWheatS. Ganeshan, K. Caswell, M. Båga, L. Harris, and R.N. Chibbar

P4-6 Discovery of Mycotoxin Binding Peptides Using Phage DisplayS. Gleddie, S. Pabello, and L. Harris

P4-7 Chromosomal Locations of Fusarium-induced ESTsF. Han, G. Fedak, and T. Ouellet

,P4-8 QTL Analysis of FHB Resistance in a Two-Row by Six-Row Cross

D. Luckert, S. Molnar, T.M. Choo, and J. Wang

P4-9 Towards the Identification of Candidate Pathogenicity Genes of Fusarium graminearumH. Rocheleau, T. Ouellet, J. Hattori, M. Masotti, S. Allard, J. Chapados, P.Couroux, A. De Moors, T. Glassco, S. Kelso, A. Koul, L. Robert, D. Sprott, N.Tinker, andL. Harris

P4-10 Maize Gene Expression During Fusarium InfectionA. Saparno, M. Balcerzak, S. Allard, T. Ouellet, A. De Moors, D. Sprott, J.Chapados, S. Kelso, A. Savoie, P. Couroux, J. Hattori, J. Singh, N. Tinker, L.Robert, andL. Harris

21

P4-11 Mapping QTL for Fusarium Head Blight Resistance From Wheat Genotypes ‘Freedom’and Ning 7840C.H. Sneller, A. Gupta, P.E. Lipps, and K. Campbell

P4-12 Detection of FHB Resistance Genes From Wheat Cultivar WuhanD.J. Somers, M. Popovic, J. Gilbert, G. Fedak, and M. Savard

P4-13 Genetic Analysis of Resistance to Fusarium Head Blight (FHB) in a Winter WheatPopulation Carrying Type I ResistanceL. Tamburic-Illincic, G. Fedak, D.E. Falk, and A.W. Schaafsma

P4-14 Applying Microarrays to Marker-Assisted Selection for Resistance to Fusariumgraminearum in CornJ.H. Taylor, L. Jie, and K.P. Pauls

P4-15 Genomic Efforts to Understand Fusarium Head Blight in WheatR. Tropiano, T. Ouellet, H. Dan, K. Wu, D. Sprott, A. De Moors, J. Chapados, L. Robert, J. Hattori, Philippe Couroux, Nick Tinker, D. Procunier, and L. Harris

P4-16 Identification of AFLP Marker for Fusarium Head Blight Resistance in WheatZ. Zhu, W. Cao, W. Lu, G. Fedak, and K. Armstrong

22

P4-1. A Study to Identify Molecular Markers for Fusarium Head Blight Resistance in Six-Row Barley

K. Armstrong, K.M. Ho, G. Fedak, R. Martin, G. Butler, M. Savard, A. Xue, L. Langille, F. Sabo, M. Kuc, and M. BurvilleEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Work is underway to identify molecular markers for Fusarium head blight (FHB) resistance insix-row barley using 147 doubled haploid lines derived from a cross between AC Stephen andthe resistant cultivar Chevron. The doubled haploid lines were evaluated for visual symptoms(disease index) and/or grain deoxynivalenol (DON) content under spray and corn inoculationsystems in field nurseries at Ottawa (spray) and China (natural) during 1999, and at Ottawa(corn), Charlottetown (spray) and China (natural) during 2000 and 2001.

Disease index values at the three locations were positively and significantly correlated. Althoughthere was a significant positive correlation between Ottawa DON levels for 1999 and 2000,Charlottetown 2000 DON values were negatively correlated with 1999 and 2000 Ottawa DONlevels. The correlation between disease index and DON levels from the various locations andyears has been extremely variable. At least one more year of field testing at the three locations isrequired to better characterise the doubled haploid lines’ resistance to Fusarium.

Molecular mapping has been initiated using microsatellite or SSR (simple sequence repeat)markers. Of 103 SSR markers tested against Chevron and AC Stephen, 42 (40.8%) werepolymorphic and are being screened against the doubled haploid lines. Initial linkage analysishas found linkage groups on chromosomes 3(3H), 4(4H) and 7(5H). As additional markers areevaluated, we will be able to test for QTLs (quantitative trait loci) associated with FHBresistance. Markers linked to these regions may be useful for marker assisted selection (MAS) ofFusarium-resistant lines in barley breeding programs.

http://res2.agr.ca/ecorc/staff/armstrong/poster01.pdf

JOMPHEMJ

A Study to Identify Molecular Markers for Fusarium Head Blight Resistance in Six-

JOMPHEMJ

Row Barley

23

P4-2. Phenylpropanoids and Maize Resistance to Fusarium graminearum: Role of Cell-wallBound Dehydrodimers of Ferulic Acid

A.C. Bily1,2, L.M. Reid3, D.A. Johnson1, A.G. Burt1, C. Regnault-Roger2, J.T. Arnason1, andB.J.R. Philogène1

1Ottawa-Carleton Institute of Biology and Department of Biochemistry, University of Ottawa,Ottawa, ON.2Laboratoire d'Écologie Moléculaire, Institut de Biologie de l’Environnement Aquitaine-Sud IBEAS,Université de Pau et des Pays de l'Adour, F-64000, Pau, France.3Eastern Cereal and Oilseed Research Center, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Cell-wall bound diferulic acids (DFAs) in the pericarp have been previously shown to representanimportant maize resistance factor to insects. We are investigating DFAs implications inmechanisms of resistance of field-grown inbred lines artificially inoculated with a Fusariummacroconidial suspension during summer 2000. We developed a new and fast reverse HPLC C18procedure for cell-wall bound phenolics quantification. This assay was used for monitoring levels ofmajor simple phenylpropanoids (ferulic and p-coumaric acids) and DFAs in the pericarp collectedfrom corn grain from inoculation time (12 days after silking) to harvest time. Ergosterol (fungalinvasion marker) and symptoms were analyzed. This first report of variations of cell-wall diferulatesduring ear and grain development shows that these compounds are heterogeneously distributedbetween the butt, middle, and tip parts of the ear. Moreover, distinct DFAs profiles are seen forCO433 (resistant inbred), CO325 (moderately resistant inbred) and CO344 (susceptible inbred). Avery early induction is notably observed for the resistant inbred. Putative roles of these compoundsare discussed. Finally, RT-PCR and Northern-Blot are currently used to study the induction of keymaize phenylpropanoids metabolism genes (PAL, 4-CL, COMT and PPO) to elucidate thesephenomena.

24

P4-3. Characterization of Kinases in Wheat Heads Following Fungal Infection by Fusariumgraminearum

C. Bordeleau1,2, S. Kelso2, L. Robert2, H. Dan2, D. Johnson1, and T. Ouellet2

1Biology Department, University of Ottawa, Ottawa, ON.2Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

The involvement of kinases in defense responses have been well documented in plants (ex. tobacco,tomato, rice). The main goal of this research project is to characterize different types of kinasesinvolved in the wheat-fungal interaction during Fusarium head blight (FHB). Wheat heads atanthesis were sprayed with fungal spore suspension of Fusarium graminearum or water (control) andcollected at 0, 1, 6, 12, 24, 48 and 144 hours after infection (hai). Infected cultivars were: Frontana(resistant wheat) and Roblin (susceptible wheat).

Western analysis using monoclonal antibodies directed towards phosphothreonine, phosphotyrosineand phosphoserine have been used to characterize the changes existing in phosphorylation levels atthese residues between the infected and control groups.

To complement this analysis, kinase activity has been determined for specific classes of kinases. In-tube substrate kinase assays were conducted on crude protein extracts to measure kinase activity. The use of a range of specific substrate in this kinase assay, such as MBP (myelin base protein),casein and histone, allows the identification of the type of kinase involved in the phosphorylationactivity observed.

In addition to the protein work, we decided to look at the variation at the transcript level followingfungal treatment, using a low density array. Therefore, approximately 180 ESTs from several wheatlibraries produced by the Eastern Cereal and Oilseed Research Center (ECORC) and the CerealResearch Center (CRC) have been selected to create a targeted manual cDNA array. These ESTsrange from receptor kinases, MAP kinases, transcription factors and stressed-induced proteins. Preliminary results compares Fusarium-treated Frontana to water-treated Frontana RNA after a 24hrs treatment.

25

P4-4. Differential Gene Expression in Response to Fusarium graminearum Early Infection inGibberella Ear Rot

K. Dadej, A. Koul, S. Allard, A. Saparno, L. Harris, and T. OuelletEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Fusarium graminearum attacks the reproductive organs of maize causing Gibberella Rot Ear, whichis one of the most important plant diseases in Canada. To study defense-related genes against F.graminearum pathogen, we have isolated a number of maize cDNA clones up regulated upon silkchannel inoculation with F. graminearum using differential display PCR. Focusing on three genes,we have characterized their expression using Northern analyses which included time course studies,tissue specificity, and testing for induction by other fungal pathogens and elicitors. Northern’sresults and sequence analyses using BLAST from several sources including GenBank, ZmDB andEastern Cereal and Oilseed Research Centre EST database suggest that the three genes characterizedare novel proteins part of distinct pathways induced in response to F. graminearum. A summary ofour results will be presented.

http://res2.agr.ca/ecorc/staff/harris/poster03.pdf

JOMPHEMJ

Differential Gene Expression in Response to Fusarium graminearum Early Infection in Gibberella Ear Rot

26

P4-5. A Transgenic Approach to Confer Resistance to Fusarium Head Blight in Barley andWheat

S. Ganeshan1, K. Caswell1, M. Båga1, L. Harris2, and R.N. Chibbar1

1Plant Biotechnology Institute, Saskatoon, SK.2Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

The onset of Fusarium Head Blight in wheat and barley in Canada has triggered a multi-facetedapproach to tackle the problem. We are exploring a transgenic approach to enhance resistance toFHB. The modified ribosomal protein (RPL3), purported to confer resistance to FHB, wasintroduced into barley and wheat. Particle bombardment was used to deliver the gene(s) of interestto mature embryo and immature scutella explants. Polymerase chain reaction (PCR) analyses haverevealed several transgenic barley and wheat lines carrying the gene of interest. Southern analysesare currently underway to confirm the stable integration of the transgene.

27

P4-6. Discovery of Mycotoxin Binding Peptides using Phage Display

S. Gleddie, S. Pabello, and L. HarrisEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

A random library of phage-displayed heptapetides was screened for peptides capable of binding todeoxynivalenol (DON), the trichothecene mycotoxin produced by Fusarium graminearum. By usingthis technique it is possible to create a large library of genetic sequences which encode any of the 20amino acids at any position within a “peptide chain” of several residues in length. These peptides arecloned into a phage vector as a fusion to the minor coat protein (pIII) of filamentous bacteriophageM13. When these phage are used to infect bacterial cells (E. coli) the recombinant phage particlesare then said to “display” peptides on their coat protein. These phage particles can be treated asmonoclonal antibodies, since they can be used to “clonally” select for peptides which bind to atarget. The peptides displayed in this library represent any of the 20 possible amino acids at each ofseven consecutive positions (heptapeptides), and the library was constrained by a disulphide bondformed by cysteines before and after the heptapeptide. This creates a peptide with space-fillingproperties which is capable of binding to specific protein folds, or shapes of the target molecule. Following multiple rounds of panning against target molecules such as: 15-DON-conjugated toovalbumin, 3-DON-conjugated to ovalbumin, and the monoclonal antibody recognizing 15-DON, variouspeptide-displaying clones were selected and sequenced. Consensus sequences revealed a high degreeof co-relation at certain residue positions to specific amino acids indicating the specificity of somepeptides to bind to this non-protein ligand.

Why are peptides with high specificity and affinity for DON valuable? Peptides capable of bindingthe various forms of DON can have several uses including:i) Diagnostics: Fluorescent peptides are useful markers for the detection and quantitation ofmycotoxin levels in various formats, such as ELISAs, fluorescent polarization assays, Western blots,and in situ localizations. Essentially these molecules mimic antibodies with several exceptions; theyare monovalent, they are smaller, they can be conjugated with fluorescent molecules and useddirectly. ii) Plant Protection: Using a soybean protein as a scaffold, we have created a molecule with aheptapeptide loop which is hydrophilic and exposed on the folded protein surface. By substitution ofthis region for the specific peptide sequences we hope to modulate cytosolic DON levels within plantand yeast cells by the expression of this protein in the cytoplasm.

Previous work has established that the probable intercellular site of action of the mycotoxin DON isthe eukaryotic ribosomal protein Rpl3. By developing molecules capable of binding to DON, it maybe possible to reduce the cytotoxic affects of this mycotoxin. This work is intended to explore theuse of phage display to discover novel mycotoxin binding peptides, and to use this information toengineer protein scaffolds capable of attenuating the toxic effects of this toxin. We are expecting toevaluate promising peptide sequences in transgenic tobacco, and in yeast cells and to transfer andexpress good candidates in corn and other cereals.

28

This work is supported by the Ontario Corn Producers Association,CanAdapt, OREP, Ontario PorkProducers, Pioneer, Novartis, other industrial partners, and the matching investment initiative (MII)of Agriculture and Agri-Food Canada.

29

P4-7. Chromosomal Locations of Fusarium-induced ESTs

F. Han, G. Fedak, and T. OuelletEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

The objectives of the project are to identify and characterize the genes in wheat that are inducedfollowing inoculation with spores of FHB.

Spikes at mid anthesis stage of the cultivar Frontana were inoculated with a spore suspension(macroconidia at 50,000 spores per ml) and harvested at 24 hours after inoculation. A selectivesubtracted hybridization (SSH) library was made from the inoculated heads. The subtraction wasdone with RNA extracted from water-control spikes of Frontana in order to enrich the library withfungal-induced ESTs. About 1000 ESTs were sequenced and screened to select for genes induced byFusarium infection. About 35 potential candidate genes were verified by Northern blot analysis.

Twenty of the genes were selected for mapping. Using Southern blot analysis, the 20 clones werehybridized against the whole series of ditelo stocks and nulli-tetra stocks to determine theirchromosome location. Eight of the clones proved to have multiple chromosome locations and wereidentified as repetitive sequences.

The 7 clones with defined chromosome/arm locations were assigned to a more precise location, i.e.assigned to a particular portion of a chromosome or a specific bin using the series of chromosomedeletion stocks (Endo and Gill, 1996).

It is interesting to note that the wheat beta 1,3 glucanase clone was assigned to all threechromosomes of homoelogous group 3 which is in agreement with the findings of Li et al., 2001. Ithas previously been shown that clusters of beta glucanase loci are located on wheat chromosomes3BL and 3DL. Similarly, other clones were assigned to chromosomes of homoelogous group 6, fourand five.

As the ESTs were being assigned to chromosome locations, they were evaluated for polymorphismon wheat cultivars Wuhan and Maringa. Seven unique sequence clones were found to bepolymorphic on the two accessions. The next step in this study will involve mapping these ESTsonto the Wuhan x Maringa map to determine how these clones relate to the known FHB loci (SeeSomers et al., these proceedings...).

ReferencesEndo, T.R. and B.S. Gill. 1996. The deletion stocks of common wheat. J. Hered. 87:295-307.Li, W.L., J.D. Faris, S. Muthukrishnan, D.J. Liu, P.D. Chen, and B.S. Gill. 2001. Isolation and

characterization of novel cDNA clones of acidic chitenoses and B-1, 3-glucanases fromwheat spikes infected by Fusarium graminearum. Theor. Appl. Genet. 102:353-362.

30

P4-8. QTL Analysis of FHB Resistance in a Two-row by Six-row Cross

D. Luckert1, S. Molnar1, T.-M. Choo1, and J. Wang2

1Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food, Ottawa, ON.2Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou, China.

Fusarium Head Blight (FHB) is becoming the most significant disease of barley in some parts ofCanada (Tekauz et. al., 2000). The preferred solution would be genetically resistant cultivars. Generally, resistance to FHB is greater in two-rowed barley lines than in six-rowed, leading tosuggestions that the resistance from two-rowed lines can be introgressed into elite six-rowedbreeding lines. We have been mapping in a two-row by six-row doubled haploid population (Molnaret al., 1999). One parent, Leger, is an elite six-row Canadian barley cultivar susceptible to FHBwhereas the other parent, CI9831, is a two-row Ethiopian barley with increased resistance to FHB. Itis a wide cross and the parents contrast for many traits (Jui et al. 1997). Our molecular map consistsof many types of markers (morphological, isozymes, RAPDs, STS, SSRs and AFLPs) which couldbe useful in identifying markers for resistance to FHB. The whole population, consisting of theparents and 192 DH lines, was grown in two locations (Hangzhou and Ottawa) with four replicates inthe year 2001.

Data were collected for % Fusarium infected spike, Fusarium disease index (Hangzhou only), heightand heading date. Large differences in disease severity were observed between the twoenvironments. QTL analysis was performed with the software package MQTL (Tinker and Mather,1995). Each environment was analysed separately using the average of the four replicates and simpleinterval mapping. One main QTL was observed for % Fusarium infected spike in bothenvironments. This QTL was on chromosome 2 at the row locus and explained 80% of thephenotypic variation in Hangzhou but only 27 % in Ottawa. The same QTL was observed withFusarium disease index in Hangzhou. Analysis of just the two-row data or just the six-row datashowed a QTL near lemma colour. A minor QTL with additive effects was observed onchromosome 1 and another region near row on chromosome 2 showed some epistasis when the rowlocus was anchored. One of several QTL observed for height and heading date coincides with theQTL observed for FHB resistance at the row locus. Thus, the major QTL may derive frommorphological characters that affect FHB resistance. We have identified several additional putativeQTL that affect resistance to FHB which may be useful in breeding for resistance.

AcknowledgementsThe authors would like to thank Keh Ming Ho for planting the population and Bernard Vigier fordata collection.

ReferencesJui, P.Y., Choo, T.M., Ho, K.M., Konishi, T., and R.A. Martin.1997. Genetic analysis of a two-row x

six-row cross of barley using doubled-haploid lines. TAG 94:549-556.Molnar, S.J., James, L.E., and K.J. Kasha.1999. Inheritance and RAPD tagging of multiple genes for

resistance to net blotch in barley. Genome 43:1-8.

31

Tekauz, A., McCallum, B., and J. Gilbert. 2000. Review: Fusarium head blight of barley in westernCanada. Can. J. Plant Pathol. 22:9-16.

Tinker, N.A and D.E. Mather.1995. MQTL: software for simplified composite interval mapping ofQTL in multiple environments. (http://www.ncgr.org/jag/papers95/paper295/indexp295.html)

www.ncgr.org/jag/papers95/paper295/indexp295.html

32

P4-9. Towards the Identification of Candidate Pathogenicity Genes of Fusarium graminearum

H. Rocheleau, T. Ouellet, J. Hattori, M. Masotti, S. Allard, J. Chapados, P. Courroux, A. De Moors, T. Glassco, S. Kelso, A. Koul, L. Robert, Dave Sprott, N. Tinker, and L. Harris Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

A functional genomics approach was exploited to explore, at the molecular level, the biologicalpathways involved in Fusarium graminearum (Fg) pathogenicity. We used a variety of Fg-tissues(macroconidia, mycelia, perithecia), challenged Fg-culture conditions (plant contact, high DONproduction, growth on cornmeal, starvation, stress treatment) to generate a large collection ofexpressed sequence tags (ESTs). Preliminary data obtained from EST sequencing (~5000 sequences)has already given us hints concerning the gene specificity of each Fg-tissue. The knowledge offungal genomes is still in its infancy, which is the reason why a significant number of Fg genesobtain no homology match in the GenBank sequence database. We have observed a high percentageof genes homologous to Fusarium sporotrichioides ESTs without assigned function. We will presentthe main differences observed between Fg-libraries and some aspects of functional annotation. Wewill discuss how we have used datamining to select candidate genes suspected to be essential in thefungal infective process. These in turn will be used for the high-throughput determination of theirtranscriptional profiles via a microarray approach.

JOMPHEMJ

Towards the Identification of Candidate Pathogenicity Genes of Fusarium graminearum

http://res2.agr.ca/ecorc/staff/ouellet/poster04.pdf

33

P4-10. Maize Gene Expression during Fusarium Infection

A. Saparno, M. Balcerzak, S. Allard, T. Ouellet, A. De Moors, D. Sprott, J. Chapados, S. Kelso, A. Savoie, P. Couroux, J. Hattori, J. Singh, N. Tinker, L. Robert, and L. HarrisEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Fusarium graminearum causes gibberella ear and stalk rot in maize. While most studies havefocused on the mechanisms of action of the mycotoxins that reduce grain yield and quality, themolecular interaction between maize and Fusarium remains unclear. A molecular characterization ofthe maize-Fusarium interaction would complement the current studies and plant breeding strategiesaimed at developing resistance. A high-throughput method, involving the application of subtractivesuppressive hybridization (SSH), the production of EST libraries and microarray technology, waschosen to maximize the identification of maize genes significant to Fusarium infection. Maizeinbreds with various degrees of Fusarium resistance were silk channel- or kernel-inoculated withmock or Fusarium inoculum. Nine maize cDNA libraries were constructed from silk or kernel tissueat different time points post infection. Examination of the ESTs derived from these librariesrevealed that 55% had sequence homology to genes related to defence, stress, various metabolicpathways, energy maintenance, and other cellular functions. Forty-five per cent were categorized asunknown.

The SSH protocol, which we used to enrich for Fusarium-induced gene sequences by subtractinggenes expressed during mock inoculation, led to the construction of 4 of the cDNA libraries and tothe identification of several maize genes induced by the presence of the pathogen. The expressionpatterns of some of these genes will be presented. We have constructed a 5000 cDNA maizemicroarray with genes from abiotically and biotically stressed tissues. Some of the Fusarium-induced genes obtained by SSH and confirmed by Northern hybridization were also observed to beup-regulated in preliminary microarray analyses. This 5K maize microarray will be used to monitorthe expression level of thousands of genes during early and late events of the maize defenceresponse.


JOMPHEMJ

Maize Gene Expression during Fusarium Infection

34

P4-11. Mapping QTL for Fusarium Head Blight Resistance from Wheat Genotypes ‘Freedom’and Ning 7840

C.H. Sneller, A. Gupta, P.E. Lipps, and K. CampbellOhio State University, OARDC, Wooster, OH.Corresponding author: [email protected]

Fusarium Head Blight (FHB) is a devastating disease of wheat. Choosing resistant cultivars is one ofthe most effective control methods. Breeding for resistance is difficult resistance is incomplete andcontrolled by multiple genes, and the environment influences expression of resistance. There isconsiderable evidence that transgressive segregation for resistance can be obtained from crossesbetween parents with partial resistant parents. Mapping and marker assisted selection may be usefulin tagging and combining resistance genes and obtaining high levels of resistance.

Our objectives were to map QTLs for resistance in a cross between two resistant varieties (Freedomand Ning 7840) and the cross of Ning 7840 by a susceptible Ohio line (OH542). F2 derived familieswere obtained from both crosses and genotyped with SSR markers. Families were phenotypes infield and greenhouse trials for type II resistance. Several QTLs were identified in each cross,including several where dominant gene action was indicated. In general there was good agreementbetween QTLs found using greenhouse and field data. In particular, a QTL with a large effects wasnoted on 3BS with resistance derived from Ning 7840 while Freedom carried a susceptible alleles atthe 3BS region. Other QTL with resistance derived from Ning 7840 were also noted. A QTL with alarge effect and with resistance derived from Freedom was noted on chromosome 2A. This QTLhelps explain the transgressive segregation for resistance noted in the Ning 7840 x Freedom cross. Additional minor QTL with resistance derived from Freedom were also noted. The impact of thesefinding on breeding for resistance to FHB will be discussed.


35

P4-12. Detection of FHB Resistance Genes from Wheat Cultivar Wuhan

D.J. Somers1, M. Popovic1, J. Gilbert1, G. Fedak2, and M. Savard2

1Cereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), Winnipeg, MB.2Eastern Cereal and Oilseed Reseach Centre, AAFC, Ottawa, ON.

The inheritance of resistance to Fusarium graminearum infection in wheat is quantitative in nature. Reports in the literature suggest chromosomes 3B, 5A and 6B figure prominently in FHB resistancein wheat, derived from the Chinese variety Sumai 3. The present study examined potentially novelsources of FHB resistance. A DH population of 91 lines derived from Wuhan x Maringa[Frontana/Kenya 58//PGi] was evaluated in replicated field and greenhouse environments andincluded quantification of DON levels. In addition, the DH lines were genotyped with 320microsatellite markers to produce a moderate density genetic map. The QTL analysis indicated locicontrolling: (a) Fusarium incidence reside on 2B, 3B, 6B; (b) DON levels reside on 7A; and (c)combined Fusarium indicence and DON levels reside on 2D. Higher DON levels and incidencewere loosely correlated (0.43 to 0.64). Wuhan alleles were favoured for resistance to incidence andspread of infection and lower levels of DON. The results also suggest that low incidence and lowDON levels may be controlled by different loci. This information can be combined with QTLanalysis from unrelated crosses to facilitate pyramiding genes for FHB resistance.

36

P4-13. Genetic Analysis of Resistance to Fusarium Head Blight (FHB) in a Winter WheatPopulation Carrying Type I Resistance

L. Tamburic-Ilincic1, G. Fedak3, D.E. Falk2, and A.W. Schaafsma1

1Ridgetown College, University of Guelph, Ridgetown, ON.2Department of Plant Agriculture, University of Guelph, Guelph, ON.3Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

Objectives• To screen parents and progeny carrying Type 1 resistance using a spray inoculation method. • To evaluate visual symptoms, percentage of FDK, and DON (ppm) from each parents and

their progeny.• To identify and evaluate SSR markers linked to genes controlling Type 1 resistance.

IntroductionMesterhazy et al. (1999) reported five different modes of resistance to FHB: type I (resistance toinitial infection); type II (resistance to spread of symptoms within the head); type III (resistance toDON accumulation); type IV (resistance to kernel infection); and type V (tolerance). The goal ofthis study was to better understand the relationship between different modes of resistance to FHB,within a population carrying FHB resistance genes from Frontana, a widely used source of FHBresistance. Several DNA markers, for a major FHB resistance QTL on chromosome 3BS, have beenidentified in a spring wheat population, from the Sumai 3 background, carrying Type II resistance, byWaldron et al. (1999). In our study we wanted to identify SSR markers linked to genes controllingType I resistance in a population from the cross of Frontana-resistant (R)/Ruby-susceptible (S)winter wheat.

Materials and MethodsF2 plants from Ruby/Frontana cross, and parents, were sprayed with a suspension of macroconidia ofF. graminearum under greenhouse conditions in 2000. An area under disease progress curve(AUDPC) for FHB was calculated for each plant, according to Shaner and Finney (1977). DONlevel was estimated from groups of plants out of the cross which represented most resistant,moderate resistant, and most susceptible progeny plants, compared with parents, using a ELISA test(Sinha and Savard, 1996). In 2001, the parents and about twenty F3 plants per row were sprayed atanthesis with a suspension of a mixture of macroconidia included three isolates of F. graminearum. After inoculation, the plants were covered with clear plastic bags for 48 hours.

The number of diseased spikelets and the total number of spikelets were recorded for each inoculatedwheat head. The infection level for each spikelet was calculated as the percentage of diseasedspikelets per total spikelets, and these were averaged for each row. The inoculated heads wereharvested separately, and the infected heads from each row were threshed together. The amount ofhealthy and Fusarium damage kernels (FDK) were recorded, and the percentage of FDK wascalculated for each line and parents. DON content was estimated using the method mentioned above.

37

The F3 progeny was assigned to phenotypic classes on the basis of their position in the distribution ofFHB, FDK, and DON levels.

About 70 primers for SSRs published by Röder et al. (1998) were synthesized and screened forpolymorphism between the parents. PCR amplification was as described by Röder et al. (1998). Thefragments were visualized after electrophoresis on 3 % metaphor agarose gel. All polymorphicmarkers were used to screen the population.

Results and DiscussionTransgressive segregants were obtained for visual symptoms, and DON, after inoculation of F2 plantsin a greenhouse experiment conducted with this population (Tamburic-Ilincic et al, 2000). After afield experiment, the transgressive segregants were obtained again (Fig. 1, 3), except for FDK (Fig. 2) suggesting that the FHB susceptible parent contributed some resistance for visual symptoms,and DON. These results are consistent with Buerstmayer et al. (2000). However, a smaller numberof lines with better resistance than the resistant parent was observed after the field inoculation thanafter a greenhouse experiment, due to further segregation of some of F2 lines with good resistance. The Pearson correlation coefficient between DON data from evaluated greenhouse plants, and DONdata from the same plants evaluated in the field was significant (r = 0.39).

Overall correlation between FHB data from F2 plants from the greenhouse, and FHB data from F3rows from the field was not significant, but when the groups of most resistant and most susceptiblelines were pull out a significant positive correlation was found between FHB data from thegreenhouse, and from F3 rows (r = 0.52). The minimum DON level observed in F3 generation afterspray inoculation (n=130) was 0.29 ppm, while the maximum was 39.98 ppm. The mean DON levelfor F3 families was 19.94 ppm + 0.74 (SEM), which was roughly equal to the mean of the parentalscores (Ruby = 39.9 ppm, Frontana = 7.3 ppm). A significant positive correlation was foundbetween the visual symptoms, DON, and percentage of FDK for the groups of most resistant andmost susceptible F3 lines. DON and FDK correlate better (r = 0.60) than DON and visual symptoms(r = 0.36) or FDK and visual symptoms (r = 0.55). The scores for visual symptoms, and percentageof FDK were non-normally distributed (Fig. 1 and 2). Also, it was unexpected that the mean visualsymptom score (46.60 +2.1(SEM)), and mean percentage of FDK (21.00 +1.2 (SEM)), for the F3families after spray inoculation, were higher than scores for susceptible parent (34.9 and 11.7,respectively).

Two QTL on chromosome 3BS and 6BS were discovered in the Frontana/Ruby population. TwoSSR markers in 3BS QTL region (Xgwm 493 and Xgwm 533) were significantly associated withresistance to FHB in Frontana/Ruby population, while one marker (Xgw 644) from 6BS QTL regionwas significantly associated with resistance to FHB (Fig. 4). Because some different transgressivesegregants, better than resistant parent, were obtained for visual symptoms, DON, and FDK weassume that the lines showing the best resistance for evaluated traits can be intercrossed to increaseresistance to different types of resistance to FHB.

38

Fig. 1. Frequency distribution of FHB in F3 lines after spray inoculation w ith F.graminearum

0

5

10

15

20

1

Frontan

a 3 4 5Rub

y 6 7 8 9 10 11

FHB score %

Num

ber o

f lin

es

Fig. 2. Frequency distribution of % of FDK in F3 lines after spray inoculation w ith F.graminearum

05

1015202530

Frontan

a 2 3 4Rub

y 6 7 8 9 10 11 12 13 14

% of FDK

Num

ber o

f lin

es

ReferencesBuerstmayer, H., B. Steiner, M.Lemmens, and P. Ruckenbauer. 2000. Resistance to fusarium head

blight in winter wheat: heritability and trait association. Crop Sci. 40:1012-1018.Mesterhazy, A., T. Bartok, C.G. Mirocha, and R. Komoroczy. 1999. Nature of wheat resistance to

fusarium head blight and the role of deoxynivalenol for breeding. Plant Breed. 118:97-110.Röder, M.S., V. Korzum, K. Wendehake, J. Plaschke, M.H. Tixier, P. Leroy, and M.W. Ganal. 1998.

A microsatellite map of wheat. Genetics 149:2007-2023.Shaner, G. and Finney, R. 1977. The effect of nitrogen fertilization on the expression of slow-

mildewing resistance in Knox wheat. Phytopathology 1051-1056.Sinha, R.C. and Savard, M.E. 1996. Comparison of immunoassay and gas chromatography methods

for the detection of the mycotoxin deoxynivalenol in grain samples. Can J Plant Pathol.18:233-236.

Tamburic-Ilincic L., Schaafsma, A.W., Fedak, G., and Falk, D.E. 2000. Selecting for FHB resistancein early generations of winter wheat populations. Pages 284–287 in R.W. Ward et al. eds.Proc. 2000 National Fusarium Head Blight Forum, Erlanger, KY. 10-12 Dec. 2000. MichiganState University, East Lansing, MI.

Waldron, B.L., B. Moreno-Sevilla, J.A. Anderson, R.W. Stack, R.C. Fronhberg. 1999. RFLPmapping of QTL for fusarium head blight resistance in wheat. Crop Sci. 39:805-811.

39

0

5

10

15

20

DON (ppm)

Num

ber o

f lin

es

Fig. 3. Frequency distribution of DON (ppm) in F3 lines after spray inoculation with F.graminearum

Figure 4. DNA fragments from amplification of winter wheat susceptible (P1) and resistant parent(P2), and a random subsets of F3 lines carrying FHB Type 1 resistance, with SSR marker Xgwm 644from chromosome 6BS.

1 P1 P2 R R S R R R S S S S

Line 1 = 100 bp DNA ladderP1 = Ruby-susceptible (S) winter wheatP2 = Frontana-resistant (R) winter wheatR = resistantS = susceptible

40

P4-14. Applying Microarrays to Marker-assisted Selection for Resistance to Fusariumgraminearum in Corn

J.H. Taylor, L. Jie, and K.P. PaulsDepartment of Plant Agriculture, University of Guelph, Guelph, ON.

Resistance to Fusarium within the Graminearum has proven extremely difficult to breed for byconventional methods. One reason for this is the strong influence that environment has on theexpression of the disease (Reid and Hamilton, 1996). A second is that resistance seems to becontrolled by of multiple genes distributed throughout the genome (Boling and Grogan, 1965;Chiang et al., 1987; Reid et al., 1992a; Chungu et al., 1996a,b). Because of the environmentalsensitivity and the quantitative nature of resistance, marker-assisted selection (MAS) approaches arebeing actively investigated by plant breeding programs. Numerous studies have established thatMAS is an efficient means to accelerate the introduction of desirable traits into crop varieties (e.g.Yousef and Juvic, 2001).

The primary aim of MAS is to find markers that are closely linked to resistance gene(s). Typically,molecular markers such as simple sequence repeats (SSRs), random amplified polymorphic DNA(RAPDs), or amplified fragment length polymorphisms (AFLPs) are used. Markers linked toFusarium resistance genes have been found in wheat (Waldron et al., 1999), barley (Kolb et al.,2001), and corn (Pe et al., 1993). However, each of these markers generally account for a smallproportion of the total phenotypic varience, often less than 15%. Nevertheless, given the financialimpact of Fusarium on crops and the lack of alternatives, such markers could be valuable to a MASbreeding program.

Despite the availability of suitable markers, MAS has not been widely employed to breed forFusarium resistance. Perhaps the considerable time and high cost required to screen large breedingpopulations are the main obstacles to employing MAS. With an aim towards overcoming thesehurdles, we have been working on applying microarrays to MAS.

The first step in using microarrays for MAS is to convert conventional molecular markers into a non-electrophoretic format. In the case of RAPD or AFLP markers, it is necessary to convert thepolymorphic band/fragment into a sequence characterized amplified region (SCAR) marker, that isamplified only for one allelelic state. For example, a SCAR marker has been developed from theRAPD marker BC535 that is associated with resistance to Gibberella ear rot in corn (Taylor andPauls, unpublished). To use these SCAR markers, each member of a population to be screened isused in a PCR reaction with the SCAR primers, and the reactions are spotted on a slide to create amicroarray. Spotting can be done with a dedicated microarrayer, or with the Beckman-CoulterBiomek 2000 using a modified tip and a program supplied by David Galbraith of the University ofArizona (Macas et al., 1998). The microarray is probed with the SCAR marker fragment labeledwith fluorescent nucleotides. In the case of SSR markers, it is necessary to find sequence

41

polymorphisms in the DNA on either side of the repeat region, and create a labeled probe around thispolymorphism so that it will only bind to the ‘resistant’ allele. This method is outlined by Coryell etal. (1999).

We have developed microarray-suitable markers that are linked to resistance to Gibberella ear rot incorn. To date, our efforts have be focused on four RAPD markers linked to resistance in ourpopulation that have been converted to SCARS. Examples can be provided of our first microarrayswhere it is readily apparent which individuals bound the probe and which did not. However,microarray scanning software can quantify probe hybridization intensities and automatically producea spreadsheet of the results. Although time and effort are required to produce SCAR markers andoptimize the arrayer and hybridization conditions for the microarray, the format can be scaled toscreen large numbers of samples in a short time. Our goal is to produce a set of robust, reliablemarkers that can be used by Northern corn breeding programs to enhance selection of Gibberella earrot-resistant corn. The same methods could be applied to other crop species in which Fusarium is asignificant problem.

ReferencesBoling, M.B. and C.O. Grogan. 1965. Gene action affecting host resistance to Fusarium ear rot of

maize. Crop Sci. 5:305-307.Chiang, M.S., M. Hudon, A. Devaux, and I. Ogilvie. 1987. Inheritance of resistance to Gibberella

zeae ear rot in maize. Phytoprotection 68:29-33.Chungu, C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996a. Response of maize inbred lines


Chungu, C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996b. Inheritance of kernel resistance toFusarium graminearum in maize. J. Heredity 87:382-385.

Coryell, V.H., H. Jessen, J.M. Schupp, D. Webb and P. Keim. 1999. Allele-specific hybridizationmarkers for soybean. Theor. Appl. Genet. 98:690-696.

Kolb, F.L., G-H. Bai, G.J. Muehlbauer, J.A. Anderson, K.P. Smith, and G. Fedak. 2001. Host plantresistance genes for Fusarium head blight: Mapping and manipulation with molecularmarkers. Crop Sci. 41:6-11.

Macas, J., M. Nouzova and D.W. Galbraith. 1998. Adapting the Biomek 2000 laboratoryworkstation for printing DNA microarrays. BioTech. 25:106-110.

Pe, M.E., L. Gianfranceschi, G. Taramino, R. Tarchini, P. Angelini, M. Dani, and G. Binelli. 1993.Mapping quantitative trait loci (QTLs) for resistance to Gibberella zeae infection in maize.Mol. Gen. Genet. 241:11-16.

Reid, L.M., D.E. Mather, R.I. Hamilton, and A.T. Bolton. 1992a. Diallel analysis of resistance inmaize to Fusarium graminaerum infection via the silk. Can. J. Plant Sci. 72:915-923.

Reid, L.M., and R.I. Hamilton. 1996. Effect of inoculation position, timing, macroconidialconcentration and irrigation of resistance of maize to Fusarium graminaerum infectionthrough the kernels. Can. J. Plant Pathol. 18:279-285.

42

Waldron, B.L., B. Moreno-Sevilla, J.A. Anderson, R.W. Stack, and R.C.Frohberg. 1999. RFLPmapping of QTL for Fusarium head blight resistance in wheat. Crop Sci. 39:805-811.

Yousef, G.G. and J.A. Juvik. 2001. Comparison of phenotypic and marker-assisted selection forquantitative traits in sweet corn. Crop Sci. 41:645-655.

43

P4-15. Genomic Efforts to Understand Fusarium Head Blight in Wheat

R. Tropiano, T. Ouellet, H. Dan, K. Wu, D. Sprott, A. De Moors, J. Chapados, L. Robert,J. Hattori, P. Couroux, N. Tinker, D. Procunier1, and L. HarrisEastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.1Cereal Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Winnipeg, MB.Corresponding author: [email protected]

We have initiated a project aiming to identify and characterize genes from wheat involved in thehost-pathogen interaction in Fusarium Head Blight (FHB), to determine which gene pathways aremodified in resistant sources and which pathways could be manipulated to play a key role inresistance. Efforts have initially been focussed on building cDNA libraries normalized and enrichedthrough suppressive subtractive hybridization (SSH) for genes induced by the pathogen Fusariumgraminearum. In SSH library construction a subtraction step excludes the common sequencesbetween the represented populations while a normalization step equalizes the abundance of cDNAswithin the target population. The selected tissues for library construction include infected wheatheads from three resistant cultivars, the spring wheat Frontana, FHB37 (a spring wheat derived fromSumai3), and FHB148 (a winter wheat derived from Frontana), as well as the susceptible winterwheat cv Harus.

Over 4600 ESTs have been sequenced so far, which represent over 2000 distinct genes. An update ofdatabase mining to identify functional categories of genes and potential candidates for future work ispresented here. A comparison between libraries is made with a focus on key genes present in thedifferent libraries as well as similarities and differences. A comparison between the Frontana,FHB37 and Harus libraries is justified since the enrichment is toward genes induced by F.graminearum in all cases. We can compare different types of resistance (Frontana - Type Iresistance, and FHB37 Type II resistance) and differences between resistant and susceptible(Frontana vs. Harus). A comparison of the Frontana and FHB148 libraries is also done to provide alook at enrichment for genes induced in a resistant line (Fusarium – H2O subtraction) vs. genespresent in a resistant line (resistant line – susceptible parent subtraction). These analyses provide atechnical observation of the sequence data collected to date and may begin to paint a biologicalpicture of the mechanisms we are studying.

In parallel to the genomics work being done in wheat, we are exploring the possibility of usingArabidopsis thaliana to complement our characterization of selected aspects of the interactionbetween wheat and Fusarium. The collective biological resources available for A. thaliana make itpossible to screen for mutants that may be resistant to toxins produced by Fusarium thus identifyingpotential genes involved in conferring mycotoxin resistance. Our progress in growing EMS treatedseeds in the presence of diacetoxyscirpenol (DAS), an analog of deoxynivalenol (DON) to selectmutants resistant to trichothecenes will be presented.



JOMPHEMJ

Genomic Efforts to Understand Fusarium Head Blight in Wheat

44

P4-16. Identification of AFLP Marker for Fusarium Head Blight Resistance in Wheat

Z. Zhu1, W. Cao2, W. Lu1, G. Fedak2, and K. Armstrong2

1Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing, China.2Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, ON.

AbstractMarker-assisted selection can increase the selection efficiency in wheat breeding for Fusarium HeadBlight (FHB) resistance. To identify molecular markers linked to gene(s) for FHB resistance inwheat, an F6 population of 116 recombinant inbred lines was developed from a cross between theresistant land race Wangshuibai and the susceptible variety Annong 8455, using the single seeddescent method. FHB symptoms (percentage of infected spikelets) were evaluated in the greenhousewith five replications at 21 days after spray inoculation (50,000 spores/ml) in the winter of 2000. The AFLP technique was used to identify polymorphisms. Sixty-four primer combinations werescreened against the two parents and forty (62.5%) of them produced polymorphisms. One hundredand forty-two polymorphic loci were obtained after screening the 116 lines using these 40 primercombinations. Thirty-five loci were clustered into 10 linkage groups based on linkage analysis.Ninety-seven loci were not linked. The AFLP marker EAAGMCTC/239 was significantlyassociated with a Fusarium resistant gene from Wangshuibai based on QTL-analysis. This markercould be used for an assisted selection for improving Fusarium resistance in wheat breedingprograms. A marker linked to a gene for susceptibility was found in Annong

Session 4Marqueurs, expression génétique et autresaspects moléculaires

Daryl SomersPossibilités d’empilement de gènes de la résistance à la fusariose de l’épi dans les bléscanadiens.

Jim AndersonCartographie et sélection assistée par marqueurs des gènes de la résistance à la fusariose de l’épichez le blé.

Peter PaulsIdentification de marqueurs moléculaires de la résistance au Fusarium graminearum chez lemaïs.

Anne DesjardinsRecours à l’inactivation au locus Mat du Gibberella zeae pour évaluer l’importance desascospores dans une épidémie de fusariose de l’épi chez le blé au champ.

Julian ThomasSélection de la résistance à la fusariose de l’épi : une approche cytogénétique.

Thérèse OuelletGènes du maïs induits dans l’interaction entre le maïs et l’agent de la fusariose de l’épi chez lemaïs.

Linda HarrisApproche génomique à la compréhension de l’interaction entre le Fusarium et la plante hôte.

Affiches associées

2

CCF/CWFHB : Session 4 – Marqueurs, expression génétique et autres aspects moléculaires

Possibilités d’empilement de gènes de la résistance à la fusariose de l’épi dans les bléscanadiens

D.J. SomersCentre de recherches sur les céréales (CRC), Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC),Winnipeg (Man.)

ContexteLa fusariose de l’épi est en passe de devenir, si elle ne l’est pas déjà, la maladie des végétaux laplus dévastatrice en Amérique du Nord. Le phénomène est dû à un épisode important depropagation de la maladie durant les années 1990, à la gamme étendue des hôtes du pathogène, àl’absence d’une résistance génétique stable et à notre compréhension limitée des interactionsentre le pathogène et ses hôtes et de la transmission héréditaire de la résistance.

Les données actuelles recueillies chez le blé indiquent que la résistance à la fusariose de l’épi estassociée à plusieurs gènes et que l’expression de ces gènes est essentiellement quantitative. Lacomplexité de l’acquisition de la résistance rend la sélection particulièrement difficile lorsquecette résistance provient de génotypes de piètre qualité et mal adaptés. Les croisements avec detelles variétés peuvent perturber radicalement l’équilibre délicat des allèles recherchés qui ontété réunis chez des lignées adaptées pour leur conférer la résistance à d’autres maladies, unecomposition supérieure de la graine et d’excellentes propriétés agronomiques, notamment unrendement élevé.

Un relevé des publications scientifiques indique que 3 à 5 gènes importants régissent chacun unepartie de la résistance génétique à la fusariose de l’épi. Les interactions entre ces gènes sont engrande partie inconnues, car peu ou pas d’études ont porté sur tous ces gènes importants réunischez un seul croisement. Les trois principaux chromosomes qui participent à la résistancegénétique à la fusariose de l’épi sont les chromosomes 3B, 5A et 6B. De plus, l’analyse des QTLet d’autres études de liaison indiquent que le bras court du chromosome 3B peut contenir plusd’un locus important et que le chromosome 5A contient deux locus, un sur chaque bras. Leschromosomes 1B et 7A ont également un rôle à jouer.

L’une des méthodes les plus puissantes pour identifier les gènes qui régissent des caractèresquantitatifs comme la résistance à la fusariose de l’épi est la cartographie génétique suivie del’analyses des QTL. La cartographie génétique du blé est une technique bien établie, tout commele sont les méthodes statistiques permettant d’identifier les gènes associés à la résistance chezdes populations affichant cette résistance. Cette stratégie permet aux chercheurs de déceler dessources potentiellement différentes de résistance génétique à la fusariose de l’épi à partird’observations phénotypiques et d’une analyse généalogique, puis de localiser les gènesresponsables dans le génome du blé. En bout de ligne, nous pourrons ainsi améliorer nosstratégies de sélection moléculaire et créer des populations expérimentales renfermant uneassociation précise d’allèles provenant de plusieurs sources de résistance à la fusariose de l’épi.

3

Nous pourrons ensuite étudier les interactions géniques et le degré global de résistance qu’il estpossible d’obtenir et de transférer à des blés canadiens élites adaptés.

Observations courantesLes recherches qui se sont déroulées au cours des deux dernières années au laboratoire desélection moléculaire du CRC-AAC portaient sur l’identification des gènes et la cartographie deslocus génétiques régissant la résistance à la fusariose de l’épi. Nous avons examiné en détaildeux populations ségrégant à l’égard de la résistance à la fusariose de l’épi : AC Superb[Grandin*2/Domain] X BW278 [Domain*2/Sumai3] et Wuhan X Maringa[Frontana/Kenya58//PGi]. La lignée BW278 est considérée comme la lignée du CRC la plusrésistante, comme en témoignent les nombreux essais effectués au cours de plusieurs années. Lalignée Wuhan est considérée comme une autre lignée résistante, mais dont la source derésistance est probablement différente; son degré de résistance est semblable ou supérieur à celuide la lignée Sumai3. La lignée Maringa présente une résistance partielle à la fusariose de l’épi,probablement parce qu’elle est issue de la lignée Frontana. AC Superb ne porte aucun gèneconnu de résistance à la fusariose de l’épi.

Dans les deux cas, nous avons récemment construit des cartes génétiques à partir de cescroisements à l’aide de marqueurs microsatellites, et de marqueurs AFLP au besoin. Les deuxpopulations sont constituées de lignées dihaploïdes; nous en avons étudié environ 92 sur lesplans génotypique et phénotypique. Les études phénotypiques comprenaient : 1) des essaisrépétés au champ pendant plusieurs années, avec pulvérisation de spores ou épandage de maïsinfecté sur le sol; 2) des évaluations en serre après inoculation ponctuelle dans une fleur aumilieu de l’épi et 3) dosage du désoxynivalénol (DON) par ELISA sur des échantillons moulusde grains infectés.

Le croisement AC Superb X BW278 présentait un faible degré de polymorphisme moléculairepar suite de la présence de la lignée Domain chez les deux membres du croisement; 25 % desmarqueurs microsatellites étaient polymorphes. La carte était formée de 120 marqueursmicrosatellites et de 73 marqueurs AFLP (total : 193 marqueurs). L’analyse des QTL des lignéesinoculées par pulvérisation au champ a montré que des QTL importants régissent l’incidence dela maladie sur les chromosomes 3B, 5A, 6B et 7A. Le locus repéré sur le chromosome 5A étaitsitué sur le bras court, près du centromère. Ces données contrastent avec quelques autres rapportsqui signalent un QTL important sur le bras long du chromosome 5, près de l’extrémité et lié aulocus du gène suppresseur de la barbe. L’identification d’un locus sur le bras court duchromosome 5A concorde avec les résultats d’un rapport de H. Buerstmayr publié récemment.Les données recueillies à la suite de l’inoculation ponctuelle n’a révélé aucun QTL importantrégissant la propagation de la maladie. Les autres locus détectés étaient situés à des endroits surles chromosomes qui concordent avec les données publiées ou avec d’autres résultatsd’expériences de cartographie du Fusarium réalisées au laboratoire de sélection moléculaire.

Le croisement Wuhan X Maringa présentait un haut degré de polymorphisme; en effet, plus de50 % des marqueurs microsatellites étaient polymorphes. Il en est résulté une carte de densitémoyenne comprenant 320 marqueurs. L’analyse des QTL a indiqué des locus régissant

4

l’incidence de la fusariose sur les chromosomes 2B, 3B et 6B; les concentrations de DON sur lechromosome 7A et l’incidence de la fusariose combinée aux concentrations de DON sur lechromosome 2D. Les concentrations élevées de DON et l’incidence de la fusariose étaientfaiblement corrélées (0,43 à 0,64). Les allèles de la lignée Wuhan étaient favorisés en ce quiconcerne la résistance à l’incidence et à la propagation de l’infection et les faibles concentrationsde DON. Les résultats indiquent également que la faible incidence de fusariose et les faiblesconcentrations de DON pourraient être régies par différents locus.

Le laboratoire de sélection moléculaire a étudié un troisième croisement sur le plan génotypiqueà tous les locus importants (2B, 3B, 5A, 6B et 7A) : AC Foremost X DH181 [Biggar/Sumai 3].Ce croisement présentait un degré très faible de polymorphisme à cause de la présence de lalignée Biggar chez les deux membres du croisement. Les résultats ont révélé des QTL importantssur le bras court du chromosome 3B et sur le chromosome 6B.

Dans l’ensemble, ces études de cartographie indiquent que la régulation de la résistance à lafusariose de l’épi est un phénomène très complexe et que nos résultats de cartographie etd’analyse des QTL dépendent probablement autant du choix du parent sensible que du choix duparent résistant. Il semble que d’autres études de cartographie s’imposent pour déterminer quelbagage d’allèles importants il faut réunir pour obtenir une résistance à la fusariose de l’épi. Cescartes génétiques futures devront être coordonnées avec d’autres efforts internationaux dans ledomaine de la cartographie de la fusariose de l’épi et de l’analyse des QTL pour profiter aumaximum de nos investissements dans ces études. En outre, ces études devront étudier le parentsensible utilisé et déterminer à quel point il est utile dans la sélection du blé canadien.

RecommandationsLes prochaines étapes sont simples, en théorie du moins. Je suggère de commencer à assemblerdes génotypes plus complexes avec une certaine précision moléculaire : génotypes comprenantdes sources multiples de résistance génétique à la fusariose de l’épi, génotypes présentant defaibles concentrations de DON et génotypes présentant un fond génétique adapté. Cespopulations peuvent être créées à l’aide de la sélection récurrente et de stratégies faisant appel àla dihaploïdie, et la sélection des allèles souhaitables devrait être établie entièrement à l’aide demarqueurs. Une fois les populations obtenues, il faudrait les évaluer en serre et au champ avecles contrôles appropriés pour déterminer leur degré de résistance. Il n’est pas essentiel d’être trèsprécis dans l’assemblage de ces génotypes complexes lorsqu’il s’agit de réunir de petitesportions de bras de chromosomes dans un seul génotype. En réalité, il pourra suffire d’assemblerdes génotypes dont on sait qu’un des bras d’un chromosome porte des QTL régissant larésistance à la fusariose de l’épi. Le reste du génotype pourra se résumer à des chromosomes etdes segments de génome provenant de génotypes adaptés. Nous possédons l’infrastructure et latechnologie moléculaire pour traiter les grandes populations requises pour assembler cesgénotypes complexes. Nous avons ainsi un séquenceur à électrophorèse capillaire ABI 3100 etde l’expérience avec plus de 800 marqueurs microsatellites disposés sur une carte consensus deblé hexaploïde.

5

Ces croisements ne produiront pas des variétés résistantes, adaptées et à rendement élevé à courtterme mais, et ce qui est plus important, on pourrait obtenir en deux ans des populationsessentielles enrichies en des lignées portant un ensemble d’allèles souhaitables qu’il estimpossible de déceler à l’aide des méthodes de sélection et de pathologie classiques. Lespopulations devraient être conçues comme des populations entièrement expérimentales etutilisées dans le cadre d’une stratégie nouvelle et importante permettant de créer un matérielgénétique pouvant s’intégrer directement aux programmes de sélection du blé.

6


Cartographie et sélection assistée par marqueurs des gènes de la résistance à la fusariose del’épi chez le blé

J.A. Anderson, S. Liu, M.O. Pumphrey et E.J. WennerlindDepartment of Agronomy and Plant Genetics, University of Minnesota, St. Paul, MN.Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

IntroductionLe criblage de la résistance à la fusariose de l’épi en serre et au champ est difficile à cause de laprésence de caractères quantitatifs, des méthodes laborieuses qu’il faut appliquer et des effets del’environnement. La sélection à l’aide de marqueurs liés aux gènes de la résistance peut serévéler une méthode de criblage plus efficace. Nous avons détecté des locus quantitatifs (QTL)liés à la résistance à la fusariose de l’épi chez deux populations de blé (Waldron et al., 1999;Anderson et al., 2001). Le QTL le plus important lié à la fusariose de l’épi est situé sur le brascourt du chromosome 3B (Qfhs.ndsu-3B). Les meilleurs marqueurs dans cette région expliquent25 à 42 % de la variation de la résistance à la fusariose de l’épi chez les populationsautofécondées recombinantes Sumai/Stoa et ND2603/Butte 86, respectivement (Anderson et al.,2001). De plus, la sélection à l’égard de cette région se traduit par une asymétrie importante despopulations vers des types plus résistants (Anderson et al., 2001). Pour que la sélection fondéesur cette région QTL soit utile comme outil de sélection initial de la résistance avant le criblageen serre ou au champ, il faut que la résistance exprimée augmente au fil de l’introgression dansd’autres matériels génétiques. Nous avons détecté des lignées quasi-isogéniques dans desbagages génétiques bien adaptés qui peuvent être utiles pour vérifier la robustesse de ce QTL etqui peuvent nous aider dans la sélection de la résistance à la fusariose de l’épi. Nous avonsestimé qu’il en coûte 0,91 à 0,95 $ pour cribler un génotype à la recherche de cette région QTL,contrairement à 7,00 $ par génotype pour un criblage adéquat au champ (Campbell et Lipps,1998).

Matériel et méthodesa) Découverte de marqueurs : Une population de 112 lignées autofécondées recombinantes(LAR) issues de la F5 d’un croisement Sumai 3 (résistant)/Stoa (modérément sensible) cultivéeen serre a été évaluée suite à une inoculation de conidies du Fusarium graminearum dans lecadre de deux expériences effectuées conformément à Waldron et al. (1999). Une population de139 LAR issues de la F5 d’un croisement de ND2603 (Sumai 3/Wheaton) (résistant)/Butte 86(modérément sensible) a été évaluée suite à une inoculation de conidies du F. graminearum dansle cadre de deux expériences en serre effectuées conformément à Anderson et al. (2001). Unensemble de marqueurs AFLP, RFLP et SSR ont été cartographiés dans chaque population,conformément à Anderson et al. (2001) et Waldron et al. (1999).

b) Sélection assistée par marqueurs : Durant l’été de 2000, plus de 50 lignées issues de la F3 duprojet de sélection du blé de printemps de la University of Minnesota ont été identifiées commeétant hétérozygotes pour le caractère Qfhs.ndsu-3BS grâce à des marqueurs de l’ADN de cette

7

région. Des plants hétérozygotes de la F4 ont été choisis dans ces familles et leurs graines ont étéautofécondées pour produire des lignées quasi-isogéniques (LQI) issues de la F4 pour la régiondu Qfhs.ndsu-3BS. Sept LQI de ces populations et cinq autres LQI provenant des populationscartographiées susmentionnées ont fait l’objet de tests en serre pour déterminer leur réaction à lafusariose de l’épi.

Résultats et discussionLes résultats de nos travaux sur la découverte de marqueurs sont présentés dans le tableau 1.

Tableau 1. Coefficients de détermination et valeurs P de marqueurs de l’ADN associés à larésistance à la fusariose de l’épi chez des populations autofécondées recombinantesSumai 3/Stoa et ND2603/Butte 86.

Allèle source Sumai 3/Stoa ND2603/Butte 86Marqueur a Chrom.b de la résistancea R2 X 100 P R2 X 100 P Xgwm493/Xgwm533 3BS Sumai3/ND2603 41,6 <0,001 24,8 <0,001XksuH16 2AL Stoa 14,3 <0,001 0,0 0,66XksuH4 6AS Sumai3/ND2603 1,0 0,32 11,6 <0,001XBARC101/Xbcd 1383 6BS Sumai3/ND2603 9,2 0,001 4,9 0,009Xwg909 4BS Stoa 7,2 0,007 0,1 0,28Xbcd941 3AL ND2603 0,1 0,48 9,1 <0,001

a Les marqueurs et les sources de résistance à gauche de la barre oblique désignent la populationSumai 3/Stoa, alors que ceux à droite de la barre oblique désignent la populationND2603/Butte 86.b S = bras court; L = bras long.

Le tableau 2 présente les résultats préliminaires des test de paires de LQI. Cinq des sept paires deLQI ont montré une augmentation significative (P<0,05) de la résistance à la fusariose de l’épichez les lignées renfermant les marqueurs de QTL. Ce résultat s’est révélé inférieur auxprévisions, mais les sept autres paires présentaient toutes une gravité moindre de la maladie comparativement aux parents dépourvu du QTL (-), ce qui indique la présence d’autres gènes derésistance dans ces paires. Ces autres gènes peuvent masquer l’effet du QTL situé sur le brascourt du chromosome 3.

8

Tableau 2. Gravité moyenne de la fusariose de l’épi, écart-type et différence chez les 12paires de lignées de blé quasi-isogéniques pour le QTL de la résistance à la fusariose del’épi sur le bras court du chromosome 3B, à partir des marqueurs de l’ADN (+ ou -)

Gravité de la fusariose de l’épiGénéalogie Gén. Moyenne É.-T. Diff. Valeur P

Paires de LQI32-9-3-4 (+) ND2710//HJ98/Reeder F4:6 34 16 NS -32-9-3-3 (-) ND2710//HJ98/Reeder F4:6 32 10174-21-1-5 (+) Ivan/ND2710 F4:6 26 15 12 0,0000174-21-1-4 (-) Ivan/ND2710 F4:6 38 1771-8 (+) ND2603/Butte 86 F6:11 19 14 17 0,000071-6 (-) ND2603/Butte 86 F6:11 36 1872-3 (+) ND2603/Butte 86 F6:11 28 14 05 0,012572-10 (-) ND2603/Butte 86 F6:11 33 1545-8 (+) Sumai3/Stoa F5:11 36 19 NS -45-3 (-) Sumai3/Stoa F5:11 39 18112-4 (+) Sumai3/Stoa F5:11 12 07 NS -112-8 (-) Sumai3/Stoa F5:11 13 06146-25-2-1 (+) ND2710/MN94055 F4:6 24 05 NS -146-25-2-2 (-) ND2710/MN94055 F4:6 26 081-62-1 (+) Verde/ND2710 F4:6 57 22 15 0,00001-62-3 (-) Verde/ND2710 F4:6 73 21187-23-1-4 (+) MN97045/ND2710 F4:6 19 05 NS -187-23-1-1 (-) MN97045/ND2710 F4:6 19 09187-48-2-4 (+) MN97045/ND2710 F4:6 30 03 NS -187-48-2-5 (-) MN97045/ND2710 F4:6 28 07188-27-1-2 (+) MN97762/ND2836 F4:6 32 23 NS -188-27-1-3 (+) MN97762/ND2836 F4:6 31 17ndb137-4 (+) ND2603/Butte 86 F6:11 39 17 17 0,0000ndb137-2 (-) ND2603/Butte 86 F6:11 56 21Parents et contrôlesND2603 (+) 25 15ND2710 (+) 15 06ND2836 (+) 30 07Sumai 3 (+) 14 07Butte 86 (-) 55 08HJ98 (-) 47 11Ivan (-) 57 11MN94055 (-) 61 11MN97045 (-) 55 20

9

MN97762 (-) 52 16Reeder (-) 70 11Stoa (-) 39 12Verde (-) 50 09

RéférencesAnderson, J.A., R.W. Stack, S. Liu, B.L. Waldron, A.D. Fjeld, C. Coyne, B. Moreno-Sevilla, J.

Mitchell Fetch, Q.J. Song, P.B. Cregan, and R.C. Frohberg. 2001. DNA markers forFusarium head blight resistance QTLs in two wheat populations. Theor. Appl. Genet.102:1164-1168.

Campbell, K.A. G., and P.E. Lipps. 1998. Allocation of resources: sources of variation inFusarium head blight screening nurseries. Phytopathology 88:1078-1086.

Waldron, B.L., B. Moreno-Sevilla, J.A. Anderson, R.W. Stack, and R.C. Frohberg. 1999. RFLPmapping of QTL for Fusarium head blight resistance in wheat. Crop Sci. 39:805-811.

10

0

10

20

30

40

50

0-0.40.5

-0.91-1.41.5

-1.92-2.42.5

-2.93-3.43.5

-3.94-4.44.5

-4.95-5.45.5

-5.96-6.46.5

-6.9

Disease Score

# of

Lin

es CO387 CG62

kernel

0

10

20

30

40

50

60

0-0.40.5

-0.91-1.41.5

-1.92-2.42.5

-2.93-3.43.5

-3.94-4.44.5

-4.95-5.45.5

-5.96-6.46.5

-6.9

Disease Score

# of

Lin

es

CO387

CG62

silk

Gravité de la maladie chez les lignées ARCG62xCO387 après inoculation des soiesou des grains avec des conidies duF. graminearum. Les valeurs sont lesmoyennes de deux essais réalisés en 1999 et2000 à Ottawa.


Identification de marqueurs moléculaires de la résistance au Fusarium graminearum chezle maïs

K.P. Pauls1, J.H. Taylor1, G. Sun2, M. William3, J. Liu1, K.J. Kasha1 et L.M. Reid4

1Department of Plant Agriculture, University of Guelph, Guelph, ON.2Department of Biology, St. Mary’s University, Halifax, NS.3CIMMYT, Apdo. Postal 6-641, 06600 Mexico, D.F., Mexique.4Centre de recherches de l’Est sur les céréales et les oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.).

Le champignon Fusarium graminearum Schwabe,responsable de la fusariose de l’épi chez le maïs,infecte les épis de maïs en se développant le longdes soies pour atteindre les grains ou, directementpar contact des grains d’un épi endommagé avecl’enveloppe. Les cultures de maïs infecté donnentun rendement plus faible et renferment des toxines,comme le désoxynivalénol (DON), qui diminuentl’appétit et menacent la santé des animaux et deshumains (Christensen et Meronuch, 1986; Mirochaet al., 1976; Lou et al., 1990). On a découvert dessources de résistance à l’infection par F.graminearum au niveau des soies et des grains(Reid et al., 1992a; Chungu et al., 1996a, b). Lesdeux types de résistance sont multigéniques etpeuvent être fortement modifiés par des facteursenvironnementaux. Ces caractéristiques ont retardéles tentatives de créer des variétés de maïsrésistantes au Fusarium. Le présent travail avaitpour but de déceler et de cartographier desmarqueurs moléculaires liés aux gènes de larésistance à la fusariose de l’épi.

Création d’une population autofécondéerecombinante et dépistage de la maladie

Une population autofécondée recombinante (AR)a été créée à partir d’un croisement entre unelignée présentant une résistance des soies et desgrains à la fusariose de l’épi (CO387) et unelignée sensible (CG62; Reid, données nonpubliées). On a déterminé la résistance des soies et

11

Carte de liaison obtenue par ségrégation demarqueurs dans la population AR CG62xCO387.Les marqueurs encadrés en gris foncé et noncolorés sont associés à la résistance des soies. Lesmarqueurs encadrés en gris clair sont associés à larésistance des grains.

des grains des générations F4 et F6 au champ, à Ottawa, conformément à Chungu et al. (1996a).En bref, dans le cadre d’essais répétés (deux rangs de 15 plants de chaque lignée par essai), desplants ont été inoculés par les soies (2 mL d’une suspension de conidies renfermant 5 x 105

spores/mL) ou par les grains (au moyen d’un inoculateur muni de quatre tiges d’acier que l’onenfonce à travers l’enveloppe et le grain pour injecter dans la blessure une suspension demacroconidies renfermant 5 x 105 spores/mL). On a évalué visuellement la gravité de la maladiesur une échelle de 0 à 7, où 0 = aucun signe visible d’infection et 7 = épi complètement infecté(http://res2.agr.ca/ecorc/program1/maize/disease.htm). La gravité de la maladie d’une lignée aété établie à partir de la moyenne des cotes de gravité des deux rangs inoculés de la même façon.

La distribution des cotes moyennes degravité de la maladie pour les 144 lignéesAR CG62xCO387 inoculées par les soiesou les grains était continue et normale(figure 1). On a observé une certainetransgression. Toutefois, les cotes degravité de la maladie des lignéesindividuelles de la F4 (1999) et de la F6(2000) étaient faiblement corrélés à larésistance des grains (R2 = 0,07) et dessoies (R2 = 0,001).

Carte de liaison pour le maïs à partir demarqueurs moléculairesDes échantillons de feuilles des lignéesparentales et de plants de la F2 ont étéprélevés, lyophilisés et réduits en poudre.L’ADN a été extrait des feuilles en poudrepar la méthode CTAB (Hoisington et al.,1994). L’amplification par la polymérase(PCR) a été effectuée conformément àWilliams et al. (1990). Les produits de laPCR ont été séparés sur un gel MetaPhor à3 %. Pour le développement des marqueursSCAR, les bandes RAPD candidates ontété excisées des gels d’agarose colorés aubromure d’éthidium, et l’ADN a étérécupéré du gel à l’aide d’une trousse depurification de l’ADN Prep-A-Gene(Bio-Rad Labs). Les produits de la PCRont été clonés à l’aide de la trousse TOPOTA Cloning® (Invitrogen). L’ADNplasmidique a été isolé et séquencé par laméthode de Sanger à l’aide d’une amorce

12

T7 et d’une amorce inverse M13. Des paires d’amorces nucléotidiques ont été conçues pouramplifier les séquences des fragments RAPD clonés. Cent trente-six marqueurs ont été analysésavec de l’ADN provenant de 144 lignées F5 obtenues par le croisement CG62xCO387. Centvingt d’entre eux ont été reliés dans une carte de liaison à l’aide du logiciel MAPMAKER. Unecarte de liaison de référence a été construite uniquement avec les marqueurs codominants. Lesmarqueurs RAPD et AFLP ont été ajoutés à la carte à l’aide de la commande « ASSIGN ». Lesparamètres par défaut étaient les suivants : LOD = 3,0; Max distance = 30,0cM (Haldane).Chaque groupe de liaison a été analysé à l’aide de la commande « FRAMEWORK » deMAPMAKER pour déterminer les distances génétiques à l’intérieur des groupes de liaison.

La carte de liaison du maïs créée comprend 76 marqueurs SSR, 31 marqueurs RAPD,2 marqueurs RFLP et 7 marqueurs SCAR (figure 2). Des marqueurs ont été classés dans les10 groupes de liaison, et la répartition a été bonne dans la plupart des groupes, sauf les groupes2, 3 et 8. Seize marqueurs n’ont été classés dans aucun groupe de liaison.

Marqueurs de la résistance à lafusariose de l’épi chez le maïsL’analyse des QTL a été faite parcartographie par intervalle(Lander et Botstein, 1989) à l’aidedu QTL Cartographer (StatisticalGenetics, NCSU) et par analyse dela variance à un facteur (Edwardset al., 1987) à l’aide duprogramme SAS (SAS InstituteInc., Cary, NC, É.-U.).

L’analyse de la variance a permisde déceler sept marqueursmoléculaires associés de façonsignificative à la résistance dessoies (tableau 1). Le marqueur leplus étroitement associé(BC324-1400) n’a pas été localisé,mais les autres marqueurs ont étélocalisés sur les chromosomes 1,3, 4, 9 et 10. Les marqueurslocalisés sur le chromosome 9(umc 1120, S119-1) ont étéassociés à la résistance des soiespar analyse de la variance, et lemarqueur BC203-2000, égalementsitué sur le chromosome 9, a été

Tableau 1. Marqueurs associés à la résistance du maïs à la fusariose de l’épi causée par le Fusariumgraminearum

Caractère Marqueur Chromosome Analyse dela variance

P

R2 QTL detectés par QTL Cartographer

Résistancedes soies

BC324-1400 ? 0,0003 9

umc 1084 10 0,012 5,3

umc 1120 9 0,015 4,8 Oui (LOD =2,6)

S119-1 9 0,015 4,2 Oui (LOD = 1,8)

BC203-2000 9 Oui (LOD = 2,6)

BC373-650 4 0,044 3,5

bnlg 197 3 0,054 3,5

umc 1128 1 0,039 3,5

Résistancedes grains

umc 1177 1 0,0082 7,8 Oui (LOD = 3,7)

umc 1021 1 0,035 4,1

umc 1402 1 0,026 4

mmc 0282 ? 0,0023 7,2

S610-1 9 0,044 2,8

BC487-1100 9 0,025 3,5

PIC 11 ? 0,03 3,5

BC324-1400 ? 0,027 3,4

BC603-700 ? 0,037 3,1

13

associé à la résistance des soies par analyse au moyen du QTL Cartographier.

Neuf marqueurs ont été significativement associés à la résistance des grains par analyse de lavariance. Le marqueur le plus étroitement associé (umc 1177) a été localisé à une extrémité duchromosome 1. C’est le seul marqueur à avoir été associé à la résistance des grains au moyen duQTL Cartographier. Les autres marqueurs sur le chromosome 1 (umc 1402 et umc 1021) ont étésignificativement associés à la résistance des grains par analyse de la variance à un facteur. Enoutre, deux marqueurs sur le chromosome 9 (BC 487-1100 et S6101-1), situés entre deuxmarqueurs de la résistance des soies (umc 1120 et S119-1) ont été significativement associés à larésistance des grains par analyse de la variance. De plus, plusieurs marqueurs non localisés(mmc 0282, PIC 11, BC324-1400 et BC603-700) ont été associés à la résistance des grains paranalyse de la variance.

ConclusionsCette étude a permis d’identifier des marqueurs de la résistance à la fusariose de l’épi chez lemaïs, à partir d’une inoculation au champ de macroconidies du F. graminearum dans les canauxdes soies ou dans les grains. On a confirmé que plusieurs locus interviennent dans la résistance àla maladie et on a montré la variabilité de la réaction des lignées criblées d’une année à l’autre.Toutefois, plusieurs analyses, dont une analyse de la variance à un marqueur et une analyse aumoyen du QTL Cartographer, ont révélé régulièrement d’importants locus de résistance desgrains sur le chromosome 1 (délimités par les marqueurs umc C1177 et umc 1021) et derésistance des soies sur le chromosome 9 (près du marqueur S119-1). Nous procédonsactuellement au clonage et au séquençage de ces marqueurs pour élaborer des méthodes nonélectrophorétiques permettant de déterminer leur fréquence dans les populations de maïssélectionnées.

RéférencesChristensen, C.M. and R.A. Meronuck. 1986. Quality maintenance in stored grains and seeds.

University of Minneapolis Press, Minneapolis, MN.Chungu C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996a. Response of maize inbred lines


Chungu C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996b. Inheritance of kernel resistanceto Fusarium graminearum in maize. J. Heredity 87:382-385.

Edwards, M.D., C.W. Stuber, and J.F. Wendel. 1987. Molecular marker facilitated investigationsof quantitative trait locus in maize. I. Numbers, genomic distributions, and types of geneaction. Genetics 116:113-125

Hoisington D.A., M.M. Khairallah, and D. Gonzales-de-Leon. 1994. Laboratory protocols.CIMMYT Applied Molecular Genetics Laboratory. CIMMYT, Hisfoa, Mexico, DF.

Lander, E.S., and D. Botstein. 1989. Mapping mendelian factors underlying quantitative traitsusing RFLP linkage maps. Genetics 121:185-199.

Luo, Y., T. Yoshizawa, and T. Katayama. 1990. Comparative study on the natural occurrence ofFusarium mycotoxins (Trichothecens and Zearalenone) in corn and wheat from high and lowrisk areas for human esophageal cancer in China. Appl. Environ. Microbiol. 56:3723-3726.

14

Mirocha C.J., S.V. Pathre, B. Schauerhamer, and C.M. Christensen. 1976. Natural occurrence ofFusarium toxins in feedstuff. Appl. Environ. Microbiol. 32:553-556.

Reid L.M., D.E. Mather, R.I. Hamilton, and A.T. Bolton. 1992a. Diallel analysis of resistance inmaize to Fusarium graminaerum infection via the silk. Can. J. Plant Sci. 72:915-923.

Williams J.G.K., A.R. Kubelik, K.J. Rafalski, and S.V. Tingey. 1990. DNA polymorphismsamplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucl. Acids Res. 18:6531-6535.

15


Recours à l’inactivation au locus Mat du Gibberella zeae pour évaluer l’importance desascospores dans une épidémie de fusariose de l’épi chez le blé au champ

A. Desjardins1, D. Brown1, S.-H. Yun2, R. Plattner1, T. Lee2 et G. Turgeon2

1National Center for Agricultural Utilization Research, USDA-ARS, Peoria, IL.2Cornell University, Ithaca, NY.

Les épidémies de fusariose de l’épi aux États-Unis et au Canada ont été associées à lacolonisation de résidus de cultures hôtes, notamment le blé, le maïs et d’autres céréales, par lepathogène Gibberella zeae. Sur des résidus de culture colonisés, le G. zeae peut produire deuxtypes de spores infectieuses : des spores sexuées ou ascospores et des spores asexuées oumacroconidies. Le phénomène de dispersion des ascospores et des macroconidies à partir desrésidus infectés et l’importance relative de ces deux types de spores dans les épidémies defusariose de l’épi sont encore mal connus.

Pour étudier l’importance des ascospores dans la fusariose de l’épi, nous avons délété la totalitédu locus de type sexuel MAT de la souche GZ3639 du G. zeae pour créer des souches dont lesgènes au locus MAT sont inactifs (souches MAT-knockout) de sorte qu’elles ne peuvent pasproduire d’ascospores. Ces souches sont semblables à la souche sauvage GZ3639 en ce quiconcerne la morphologie, la production de macroconidies et la production de mycotoxine(désoxynivalénol). Dans le cadre d’essais en serre, l’inoculation de macroconidies de souchesMAT-knockout dans les épis de blé a provoqué la fusariose chez ces épis. Au cours de la saisonde croissance 2001, nous avons comparé la capacité de la souche GX3639 et d’une soucheMAT-knockout de provoquer la fusariose du blé dans un essai au champ à petite échelle enIllinois. Pour obtenir un inoculum, on a inoculé des morceaux de tiges de maïs autoclavés avecdes souches du pathogène et on les a incubés au laboratoire. Après un mois d’incubation, lasouche GZ3639 a produit une grande quantité de périthèces sur les tiges de maïs, alors que lasouche MAT-knockout n’en a produit aucun. Les tiges traitées ont été déposées sur le sol deparcelles (3m x 3m) où poussaient du blé de printemps (cultivar Wheaton), environ 3 semainesavant la floraison. Une parcelle a reçu l’inoculum de la souche GZ3639, une autre, l’inoculum dela souche MAT-knockout et une autre, un inoculum stérile. Les parcelles ont été humidifiées parbrumisation pendant 30 minutes trois fois par jour. L’analyse des données de ces essais est encours.

Les résultats préliminaires indiquent que la souche MAT-knockout est beaucoup moins efficaceque la souche GZ3639 à réduire le rendement de la culture et à augmenter la teneur des grainsrécoltés en désoxynivalénol. Ces données confirment que les ascospores peuvent jouer un rôle depremier plan dans les épidémies de fusariose de l’épi chez le blé. Par conséquent, un blocage dela production des ascospores pourrait contribuer à réduire la virulence du G. zeae et à briser lecycle des épidémies de fusariose de l’épi chez le blé et les autres céréales.

16


Sélection de la résistance à la fusariose de l’épi : une approche cytogénétique

J. Thomas et E. RiedelCentre de recherches sur les céréales (CRC), Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC),Winnipeg (Man.)[email protected]

IntroductionNous décrivons une méthode de régulation de la transmission héréditaire de la résistance à lafusariose de l’épi chez le blé. La technique proposée est la translocation robertsonienne ouproduction d’un monosome de fusion. La translocation robertsonienne résulte de la fusion descentromères de deux chromosomes télocentriques naissants différents. Les bras participantsdoivent être les bras opposés à ceux qui portent les gènes de la résistance à la fusariose de l’épique l’on veut réguler. Le monosome de fusion voulu est isolé des cassures et de la réunion deschromosomes non appariés à la première anaphase de la méiose d’un double monosome. Commeles bras ne participant pas à la translocation sont exclus et perdus, l’appariement entre lemonosome de fusion et les deux chromosomes normaux se traduit par un trivalent linéaire dontles chromosomes normaux sont déployés l’un à chaque extrémité de la chaîne de trois et avec latranslocation au milieu. Lorsque ces trivalents arrivent en métaphase de la méiose, ils adoptent laplupart du temps une configuration en V ou autre de nature à leur assurer une certaine stabilité.À partir de cette configuration, les deux chromosomes normaux doivent se disjoindre pour sediriger vers un pôle et la translocation, vers l’autre. Comme les bras des chromosomes normauxne participant pas à la translocation n’ont pas de partenaires pour s’apparier, il n’y a nirecombinaison ni enjambement, et les blocs de liaison qui portent les gènes de la résistance à lafusariose de l’épi restent intacts. Dans les méiocytes d’un hybride monosomique entre la lignéetransloquée et une lignée résistante portant les deux QTL de résistance à la fusariose voulus, laplupart des trivalents se disjoindront dans la configuration en V. Un peu moins de 50 % desovules seront euhaploïdes et porteront les deux QTL, alors qu’un nombre similaire serontnullihaploïdes et n’en porteront aucun. Le petit nombre d’ovules restants résultera d’unedisjonction adjacente ou d’une perte d’au moins un des chromosomes normaux. Dans le cas dupollen, la sélection visant à éliminer les gamètes nullihaploïdes (certation) résultera en unefréquence conjointe de transmission mâle des deux gènes de résistance approchant ou dépassant90 %.

RésultatsUne translocation (C845) entre le bras long du chromosome 3B et le bras court duchromosome 5A a été isolée d’un monosomique double (3B-5A) de blé de type CWRS. Cettetranslocation a été visée dans le but de vérifier l’hérédité des QTL liés à la fusariose de l’épisignalés pour le bras court du chromosome 3B et le bras long du chromosome 5A. L’effet de latranslocation sur l’obtention d’une résistance à la fusariose de l’épi n’a pas encore été vérifié.Toutefois, des données cytologiques et de ségrégation montrent que son comportement génétiquesera conforme aux prévisions susmentionnées. Environ 78 % des cellules mères renfermaient des

17

trivalents co-orientés en V à la métaphase de la méiose. Parmi les haploïdes récupérés de latranslocation C845 par la pollinisation du maïs, selon les données de microsatellites, 77 % onthérité des deux blocs de liaison voulus et étaient probablement euploïdes, 15 % ont hérité de nil’un ni l’autre et ont probablement acquis le monosome de fusion, alors que 8 % représentaientd’autres éventualités. La régulation de la résistance à la fusariose de l’épi repose donc sur deuxéléments : une fréquence élevée de disjonctions en V à l’anaphase de la méiose suivie d’unediscrimination à l’égard des déficiences associées à la présence de la translocation.

DiscussionLe doublement de deux translocations pourrait donner un bagage génétique également capabled’orchestrer quatre QTL liés à la fusariose de l’épi de façon prévisible. La fertilité et la vigueurd’une double translocation ne devraient être que légèrement inférieures à la normale, commeavec un monosomique double classique. Chez les ovules d’un hybride approprié comportant lesquatre gènes de résistance, un peu moins du quart porteront les quatre gènes de résistance etseront euhaploïdes, moins de la moitié en porteront deux et seront nullihaploïdes, alors quemoins du quart n’en porteront aucun et seront nullihaploïdes doubles. Les quelques gamètesrestants représenteront des disjonctions non alternées avec un chromosome transloqué ségrégantavec l’un ou l’autre de ses partenaires normaux. Chez le pollen, une forte sélection visant àéliminer les gamètes nullihaploïdes résultera en la transmission mâle des quatre gènes derésistance approchant ou dépassant 90 %.

Si cette technologie est utilisée pour élaborer des cultivars élites résistant à la fusariose de l’épi,il faudra porter beaucoup d’attention au bagage génétique du matériel à croiser. L’élément leplus critique est l’ascendance du parent transloqué. Tous nos travaux cytogénétiques sontréalisés chez des blés CWRS élites. Ainsi, la translocation C845 est composée actuellement de68 % de AC Superb et de plus de 30 % d’autres cultivars CWRS et peut être rapidementdiversifiée dans une direction ou dans l’autre par le moyen d’autres croisements. Le bagagespécifique des blocs de liaison qui entourent les QTL visés chez les parents résistant à lafusariose de l’épi (le bagage génétique lié) est également important. Il varie selon l’endroit et lafaçon que l’enjambement s’est produit au cours du dernier transfert de résistance. Si le bagage liévaut la peine d’être transféré tel quel, les translocations peuvent servir à vérifier la résistance à lafusariose dans diverses applications de sélection classiques. Le bagage lié est fixe alors que lerétrocroisement ou le croisement convergent est utilisé pour introgresser de nouveaux gènes deslignées élites dans le bagage non lié. Toutefois, la fixation du bagage lié dépend entièrement del’ordre dans lequel les croisements ont été réalisés. On peut également utiliser les sujetstransloqués pour échantillonner et fixer de nouveaux recombinants à partir d’hybrides dont lebagage génétique lié est ségrégant (même contre un bagage fixe non lié éventuellement). Danscette application, elles peuvent donner une certaine précision dans le difficile procédé derecombinaison et de réempilement des QTL liés à la fusariose de l’épi.

18


Gènes du maïs induits dans l’interaction entre le maïs et l’agent de la fusariose de l’épichez le maïs

T. Ouellet, S. Allard, K. Dadej, A. Johnston, A. Koul, A. Saparno et L. HarrisCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Le Fusarium graminearum (téléomorphe : Gibberella zeae) est un pathogène qui s’attaque à unelarge gamme d’espèces végétales comprenant le maïs (fusariose de l’épi et de la tige), l’orge et leblé (brûlure de l’épi/gale). Nous étudions les interactions moléculaires entre le maïs et leF. graminearum durant les premiers stade de l’infection du canal des soies chez une lignée puresensible (CO354) et une lignée pure résistante (CO387). En bref, le F. graminearum a étéinoculé dans le canal des soies des épis de maïs 4 à 6 jours après l’émergence des soies. Desinoculations simulées (milieu fongique stérile) ont également été exécutées en parallèle. Latechnique de RT-PCR différentielle a été utilisée pour déterminer les gènes, autant du maïs quedu F. graminearum, qui sont induits dans les premiers stades de l’infection des soies du maïs parle champignon. Les fragments d’ADN présentant une expression différentielle au début del’infection ont été clonés et caractérisés par séquençage, ainsi que par des analyses de Northernet de Southern.

Plus de 20 fragments clonés présentaient après RT-PCR un profil différentiel d’expression entrele temps 0 et 48 h après l’inoculation du champignon, et entre les échantillons inoculés par lechampignon et les échantillons soumis à une inoculation simulée. On a confirmé par analyse deNorthern que sept des 18 clones de maïs (deux des vingt clones provenaient du champignon)sont induits ou régulés en amont au début de l’infection. Nous avons utilisé la 5' RACE PCRpour obtenir des clones d’ADNc presque pleine longueur de quatre de ces gènes. Unecomparaison avec des bases de données de séquences publiques a révélé que trois de ces gènessont nouveaux ou ont une fonction inconnue. Pour caractériser plus à fond ces gènes choisis,nous avons utilisé l’analyse de Northern pour suivre leur comportement durant des expérienceschronologiques après l’infection avec le F. graminearum ainsi qu’avec d’autres champignonspathogènes et agents inducteurs (p. ex. acide salicylique). Nous avons également déterminé laspécificité de l’expression de ces gènes dans différentes parties de la plante. Nos analysesindiquent que les gènes caractérisés réagissent à différents stimuli qui sont probablementassociés à des constituants de l’infection par le F. graminearum.(Pour plus de renseignements, voir l’affiche et le résumé de Dadej et al.).

Ce travail a été financé en partie par l’Association des producteurs de maïs en Ontario, leCanadian Adaptation Council, le Programme de facilitation de la recherche de l’Ontario, leProgramme de partage des frais pour l’investissement en R et D d’AAC, Ontario Pork,Pioneer-HiBred, Novartis, W.G. Thompson & Sons et d’autres partenaires industriels.

19


Approche génomique à la compréhension de l’interaction entre le Fusarium et la plantehôte

L. Harris, S. Allard, M. Balcerzak, C. Bordeleau, J. Chapados, P. Couroux, A. DeMoors,H. Dan, T. Glassco, J. Hattori, S. Kelso, A. Koul, M. Masotti, L. Robert, H. Rocheleau,A. Saparno, A. Savoie, J. Singh, D. Sprott, N. Tinker, R. Tropiano, K. Wu et T. OuelletCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Les objectifs du projet de génomique sur le Fusarium et la plante hôte est de comprendrecomment les céréales réagissent au niveau génique face à la maladie causée par leF. graminearum, de déterminer par quels mécanismes le champignon attaque et terrasse laplante, dans le but de déterminer les caractéristiques moléculaires de la résistance observée et demettre au point de nouvelles stratégies de résistance. Pour atteindre ces objectifs, nous avons missur pied trois projets de génomique en collaboration :a) génomique de la réaction du blé face au Fusarium; B) génomique de la réaction du maïs faceau Fusarium et C) génomique du pathogène Fusarium.

A) Génomique de la réaction du blé face au FusariumLes efforts ont d’abord porté sur la création de banques d’ADNc enrichies, par la techniqued’hybridation suppressive par soustraction (SSH), pour les gènes du blé induits par leF. graminearum. Les tissus choisis pour la création de la banque étaient des épis de blé infectésde la variété Frontana et de lignées résistantes obtenues au CRECO (FHB148, un blé d’hiver issude la variété Frontana) et au CRC (FHB37, un blé de printemps issu de la variété Sumai3). Plusde 5 000 EST ont été séquencées jusqu’à maintenant. Ces EST représentent plus de 2 000 gènesdistincts, dont plusieurs gènes candidats présentant une homologie avec des gènes intervenantdans la défense de la plante, la transduction du signal et la régulation de la transcription quipourraient jouer un rôle dans l’interaction entre l’hôte et le pathogène et la résistance de laplante. Le pourcentage élevé de gènes distincts ou uniques identifiés indique à quel pointl’approche d’enrichissement utilisée pour créer les banques d’ADNc a été fructueuse. Un certainnombre des gènes du blé exprimés durant l’infection ont été caractérisés plus à fond par uneanalyse de Northern. Ces gènes comprennent des gènes encodant des protéines régulatricespotentielles et de nombreux gènes nouveaux; nous nous en servirons dans le cadre d’expériencessur l’expression à plus grande échelle réalisées à l’aide de puces à ADN. Nous sommes en trainde concevoir et de créer des puces à ADN renfermant certains groupements fonctionnels ougènes ou l’ensemble complet de gènes uniques identifiés dans le cadre des travaux deséquençage. Nous utiliserons ces puces à ADN pour comparer les profils d’expression géniqueen présence et en absence du pathogène, chez des cultivars de blé résistants et sensibles. Cestravaux permettront de déterminer les gènes et les voies qui sont modifiés chez les lignéesrésistantes ou que l’on pourrait modifier en vue d’augmenter la résistance. (Pour plus derenseignements, voir l’affiche et le résumé de Tropiano et al.).

20

B) Génomique de la réaction du maïs face au FusariumNous avons créé 9 banques d’ADNc (5 régulières, non normalisées; 4 par SSH) à partir de tissusde soies ou de grains de maïs inoculés avec le champignon, provenant principalement de lignéespures (obtenues par le CRECO) présentant une résistance à la fusariose de l’épi. Ces banques ontdonné plus de 4 500 EST. La longueur moyenne des séquences EST dans les banques régulièresnon normalisées est de 680 pb (après enlèvement des séquences des vecteurs). Les EST de maïsont été classées en fragments chevauchants en fonction de leur fonction possible. Avec les ESTdu maïs obtenues dans le cadre du projet du CRECO sur la tolérance du maïs au froid, environ4 850 gènes du maïs sont représentés dans notre base de données. Nous avons choisi desséquences EST représentatives de ces gènes, avec témoins, pour créer la puce à ADNc du maïs,et nous sommes en train de préparer l’ADN qui sera utilisé pour créer la matrice d’ADN sur deslames de verre. Entre-temps, nous avons documenté les profils d’expression (p. ex. étudeschronologiques) de 14 clones obtenus par SSH induits ou régulés en amont par l’infectionfongique. L’expression de ces clones obtenus par SSH varie de forte (détection par analyse deNorthern sur plusieurs heures) à faible (détection seulement par RT-PCR). Outre les clonesinduits par le Fusarium révélés par RT-PCR et déjà caractérisés, ces clones seront des élémentsde référence importants dans notre analyse par puce à ADN. Nous avons amorcé des étudesd’hybridation sur puce à ADN avec la variété B73, une lignée pure de maïs courante pour établirle profil d’expression de base du maïs sensible attaqué par le Fusarium. (Pour plus derenseignements, voir l’affiche et le résumé de Saparno et al.).

C) Génomique du pathogène FusariumLe projet a pour but d’identifier et de caractériser les gènes fongiques intervenant dansl’interaction entre le Fusarium graminearum et ses hôtes, le maïs et le blé, pour déterminer quelsgènes et quelles voies sont essentiels pour la pathogénicité du champignon et qui pourraient êtrela cible des moyens de lutte déployés. Un ensemble de séquences EST unigéniques est en voie dedéveloppement et sera utilisé pour obtenir des puces à ADN ciblées et unigéniques pour lesanalyses de l’expression à grande échelle. Pour l’analyse génomique fonctionnelle de gènescandidats, nous avons entamé des recherches en collaboration avec l’ARS/USDA (Peoria, IL) etl’Université d’Ottawa; nous sommes, en outre, des membres fondateurs du Gibberella zeaeInternational Genomics Consortium (GZIGC, constitué de chercheurs des secteurs public etprivé des É.-U. et du Canada). (Pour plus de renseignements voir l’affiche et le résumé deRocheleau et al.).

21


AFFICHES ASSOCIÉES

P4-1 Étude visant à trouver des marqueurs moléculaires de la résistance à la fusariose de l’épichez l’orge à six rangsK. Armstrong, K.M. Ho, G. Fedak, R. Martin, G. Butler, M. Savard, A. Xue, L.Langille, F. Sabo, M. Kuc et M. Burville.

P4-2 Les phénylpropanoïdes et la résistance du maïs au Fusarium graminearum : rôle desdéhydrodimères de l’acide férulique liés à la paroi cellulaireA.C. Bily, L.M. Reid, D.A. Johnson, A.G. Burt, C. Regnault-Roger, J.T. Arnason etB.J.R. Philogène.

P4-3 Caractérisation des kinases dans les épis de blé à la suite d’une infection fongique par leFusarium graminearumC. Bordeleau, S. Kelso, L. Robert, H. Dan, D. Johnson et T. Ouellet.

P4-4 Expression différentielle de gènes en réponse au début de l’infection par le Fusariumgraminearum dans la fusariose de l’épiK. Dadej, A. Koul, S. Allard, A. Saparno, L. Harris et T. Ouellet.

P4-5 Approche transgénique visant à conférer une résistance à la fusariose de l’épi chez l’orgeet le bléS. Ganeshan, K. Caswell, M. Båga, L. Harris et R.N. Chibbar.

P4-6 Découverte de peptides liant la mycotoxine à l’aide de la technique phage displayS. Gleddie, S. Pabello et L. Harris.

P4-7 Localisation chromosomique des EST induites par le FusariumF. Han, G. Fedak et T. Ouellet.

P4-8 Analyse QTL de la résistance à la fusariose de l’épi dans un croisement d’orge à deuxrangs et d’orge à six rangsD. Luckert, S. Molnar, T.-M. Choo et J. Wang.

P4-9 Vers l’identification de gènes candidats de la pathogénicité du Fusarium graminearumH. Rocheleau, T. Ouellet, J. Hattori, M. Masotti, S. Allard, J. Chapados, P.Couroux, A. De Moors, T. Glassco, S. Kelso, A. Koul, L. Robert, Dave Sprott, N.Tinker et L. Harris.

P4-10 Expression des gènes du maïs durant une infection par le FusariumA. Saparno, M. Balcerzak, S. Allard, T. Ouellet, A. De Moors, D. Sprott, J.Chapados, S. Kelso, A. Savoie, P. Couroux, J. Hattori, J. Singh, N. Tinker, L.Robert et L. Harris.

22

P4-11 Cartographie des QTL de la résistance à la fusariose de l’épi des génotypes de blé‘Freedom’ et Ning 7840C.H. Sneller, A. Gupta, P.E. Lipps et K. Campbell.

P4-12 Détection de gènes de la résistance à la fusariose de l’épi chez le cultivar de blé WuhanD.J. Somers, M. Popovic, J. Gilbert, G. Fedak et M. Savard.

P4-13 Analyse génétique de la résistance à la fusariose de l’épi chez une population de bléd’hiver manifestant une résistance de type IL. Tamburic-Ilincic, G. Fedak, D.E. Falk et A.W. Schaafsma.

P4-14 Application des puces à ADN à la sélection assistée par marqueurs de la résistance auFusarium graminearum chez le maïsJ.H. Taylor, L. Jie et K.P. Pauls.

P4-15 Efforts génomiques visant à élucider la fusariose de l’épi chez le bléR. Tropiano, T. Ouellet, H. Dan, K. Wu, D. Sprott, A. De Moors, J. Chapados, L.Robert, J. Hattori, P. Couroux, N. Tinker, D. Procunier et L. Harris.

P.4-16 Identification d’un marqueur AFLP lié à la résistance à la fusariose de l’épi chez le bléZ. Zhu, W. Cao, W. Lu, G. Fedak et K. Armstrong.

23

P4-1. Étude visant à trouver des marqueurs moléculaires de la résistance à la fusariose del’épi chez l’orge à six rangs

K. Armstrong, K.M. Ho, G. Fedak, R. Martin, G. Butler, M. Savard, A. Xue, L. Langille, F.Sabo, M. Kuc et M. Burville.Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Des travaux sont en cours pour trouver des marqueurs moléculaires de la résistance à la fusariosechez de l’orge à six rangs à l’aide de 147 lignées dihaploïdes issues d’un croisement entreAC Stephen et le cultivar résistant Chevron. Les lignées dihaploïdes ont fait l’objet d’uneévaluation des symptômes visuels (cote de gravité de la maladie) et/ou de la concentration dedésoxynivalénol (DON) dans les grains après contamination par pulvérisation ou inoculation dumaïs dans des pépinières volantes à Ottawa (pulvérisation) et en Chine (conditions naturelles)durant 1999, et à Ottawa (maïs), à Charlottetown (pulvérisation) et en Chine (conditionsnaturelles) durant 2000 et 2001.

Les cotes de gravité de la maladie aux trois endroits étaient corrélés positivement et de façonsignificative. On a observé une corrélation positive significative entre les concentrations de DONà Ottawa en 1999 et 2000, mais les concentrations de DON à Charlottetown en 2000 étaientcorrélées négativement avec les concentrations de DON à Ottawa en 1999 et 2000. Lacorrélation entre la cote de gravité de la maladie et les concentrations de DON aux diversendroits et avec les années était extrêmement variable. Il faudra encore au moins une annéed’essais au champ aux trois endroits pour mieux caractériser la résistance des lignées dihaploïdesau Fusarium.

La cartographie moléculaire a été amorcée à l’aide de marqueurs microsatellites ou de marqueursSSR. Parmi les 103 marqueurs SSR étudiés chez les variétés Chevron et AC Stephen,42 (40,8 %) sont polymorphes et font l’objet d’un criblage à l’égard des lignées dihaploïdes. Uneanalyse de liaison initiale a permis de déceler des groupes de liaison sur les chromosomes 3(3H), 4 (4H) et 7 (5H). Avec l’évaluation d’autres marqueurs, nous pourrons vérifier la présencede QTL (locus quantitatifs) associés à la résistance à la fusariose. Des marqueurs liés à cesrégions pourront être utiles pour la sélection de lignées résistantes à la fusariose dans le cadredes programmes de sélection de l’orge.

24

P4-2. Les phénylpropanoïdes et la résistance du maïs au Fusarium graminearum : rôle desdéhydrodimères de l’acide férulique liés à la paroi cellulaire

A.C. Bily1,2, L.M. Reid3, D.A. Johnson1, A.G. Burt1, C. Regnault-Roger2, J.T. Arnason1 etB.J.R. Philogène1

1Institut de biologie d’Ottawa-Carleton et Département de biochimie, Université d’Ottawa,Ottawa (Ont.)2Laboratoire d'Écologie Moléculaire, Institut de Biologie de l’Environnement Aquitaine-SudIBEAS, Université de Pau et des Pays de l'Adour, F-64000, Pau, France.3 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

On a déjà montré que les acides diféruliques (DFA) liés à la paroi cellulaire dans le péricarpereprésentent un facteur important de résistance du maïs aux insectes. Nous étudions les effets desDFA dans les mécanismes de résistance de lignées pures cultivées au champ inoculéesartificiellement avec des suspensions de macronidies du Fusarium durant l’été 2000. Nous avonsmis au point une nouvelle méthode rapide de HPLC C18 en phase inverse pour doser lescomposés phénoliques liés à la paroi cellulaire. Cet essai a été utilisé pour mesurer lesconcentrations des principaux phénylpropanoïdes simples (acides férulique et p-coumarique) etles DFA dans le péricarpe de grains de maïs à partir du moment de l’inoculation (12 jours aprèsl’apparition des soies) jusqu’à la récolte. On a mesuré l’ergostérol (marqueur de l’envahissementpar le champignon) et on a observé les symptômes. Ce premier rapport sur les variations desconcentrations de diférulates dans la paroi cellulaire durant le développement de l’épi et du grainmontre que ces composés sont distribués inégalement entre la base, le centre et le sommet del’épi. En outre, des profils de DFA distincts sont observés chez les lignées pures CO433(résistante), CO325 (moyennement résistante) et CO344 (sensible). Une induction très précoceest notamment observée dans le cas de la lignée pure résistante. On discute des rôles présumésde ces composés. Enfin, on utilise présentement la RT-PCR et le transfert de Northern pourétudier l’induction des gènes encodant les principales enzymes du métabolisme desphénylpropanoïdes chez le maïs (PAL, 4-CL, COMT et PPO) en vue d’élucider ces phénomènes.

25

P4-3. Caractérisation des kinases dans les épis de blé à la suite d’une infection fongique parle Fusarium graminearum

C. Bordeleau1,2, S. Kelso2, L. Robert2, H. Dan2, D. Johnson1 et T. Ouellet2

1Département de biologie, Université d’Ottawa, Ottawa (Ont.)2 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

La participation des kinases aux réactions de défense est bien documentée chez les végétaux(p. ex le tabac, la tomate, le riz). Le principal objectif de ce projet de recherche est decaractériser différents types de kinases intervenant dans l’interaction entre le blé et lechampignon dans la fusariose de l’épi. Des épis de blé à l’anthèse ont été pulvérisés avec unesuspension de spores du Fusarium graminearum ou d’eau (témoin) et prélevés à 0, 1, 6, 12, 24,48 et 144 heures après l’infection. Les cultivars infectés étaient Frontana (blé résistant) et Roblin(blé sensible).

L’analyse Western à l’aide d’anticorps monoclonaux dirigés contre la phosphothréonine, laphosphotyrosine et la phosphosérine a été utilisée pour caractériser les changements existantsdans les niveaux de phosphorylation de ces résidus entre les groupes infecté et témoin.

Pour compléter cette analyse, l’activité de la kinase a été déterminée pour des classes spécifiquesde kinases. On a mesuré l’activité de la kinase d’extraits de protéines bruts en éprouvette.L’utilisation de toute une gamme de substrats spécifiques dans cette épreuve de la kinase,comme la MBP (protéine basique majeure), la caséine et l’histone, permettent de déterminer letype de kinase intervenant dans l’activité de phosphorylation observée.

Outre les travaux sur les protéines, nous avons décidé d’étudier la variation au niveau dutranscrit à la suite du traitement fongique, à l’aide d’une matrice à faible densité. Par conséquent,environ 180 EST provenant de plusieurs banques de blé créées par le Centre de recherches del’Est sur les céréales et les oléagineux (CRECO) et le Centre de recherches sur les céréales(CRC) ont été choisis pour créer une puce à ADNc manuelle ciblée. Ces EST comprennent desrécepteurs-kinases, des MAP-kinases, des facteurs de transcription et des protéines de stress. Lesrésultats préliminaires comparent l’ARN de la variété Frontana traitée par le Fusarium ou parl’eau après un traitement de 24 h.

26

P4-4. Expression différentielle de gènes en réponse au début de l’infection par le Fusariumgraminearum dans la fusariose de l’épi

K. Dadej, A. Koul, S. Allard, A. Saparno, L. Harris et T. OuelletCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Le Fusarium graminearum attaque les organes reproducteurs du maïs et cause la fusariose del’épi, l’une des plus importantes maladies des plantes au Canada. Pour étudier les gènes liés à ladéfense contre ce pathogène, nous avons isolé à l’aide de la PCR différentielle des clonesd’ADNc régulés en amont après inoculation des canaux des soies par le F. graminearum. Nousavons caractérisé l’expression de trois gènes par des analyses de Northern qui comprenaient desétudes chronologiques, des essais de spécificité en fonction des tissus et la vérification del’induction par d’autres pathogènes fongiques et éliciteurs. Les résultats de l’analyse de Northernet des analyses séquentielles à l’aide de BLAST dans plusieurs sources, dont GenBank, ZmDB etla bases de données EST du CRECO, indiquent que les trois gènes caractérisés codent desprotéines nouvelles qui font partie de voies distinctes induites en réponse au F. graminearum.Un sommaire de nos résultats sera présenté.

27

P4-5 Approche transgénique visant à conférer une résistance à la fusariose de l’épi chezl’orge et le blé

S. Ganeshan1, K. Caswell1, M. Båga1, L. Harris2 et R.N. Chibbar1

1Institut de biotechnologie des plantes, Saskatoon (Sask.)2 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

L’apparition de la fusariose de l’épi chez le blé et l’orge au Canada a incité les chercheurs àutiliser diverses approches pour cerner le problème. Nous examinons une approche transgéniquevisant à augmenter la résistance à la fusariose de l’épi. La protéine ribosomique modifiée(RPL3), censée conférer une résistance à la fusariose de l’épi, a été introduite dans l’orge et leblé. Le bombardement de particules a été utilisé pour insérer le(s) gène(s) d’intérêt dans desexplants d’embryon mature et de scutella immature. Des analyses par amplification par lapolymérase (PCR) ont révélé plusieurs lignées d’orge et de blé transgéniques porteuses du gèned’intérêt. Des analyses de Southern sont en cours pour confirmer la stabilité du transgène inséré.

28

P4-6. Découverte de peptides liant la mycotoxine à l’aide de la technique phage display

S. Gleddie, S. Pabello et L. HarrisCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

On a criblé une banque aléatoire d’heptapeptides présentés à la surface d’un phage (techniquephage display) à la recherche de peptides capables de lier le désoxynivalénol (DON), unemycotoxine de la famille des trichothécènes produite par le Fusarium graminearum. Grâce àcette technique, il est possible de créer une banque importante de séquences génétiques encodantl’un ou l’autre des 20 acides aminés à n’importe laquelle position d’une « chaîne peptidique »comportant plusieurs résidus. Ces peptides sont clonés dans un vecteur phagique par fusion avecla protéine mineure de la capside (pIII) du bactériophage filamenteux M13. Lorsqu’on utilise cesphages pour infecter des cellules bactériennes (E. coli), on dit que les particules phagiquesrecombinantes présentent (display) les peptides sur leur protéine de capside. Ces particulesphagiques peuvent être traitées comme des anticorps monoclonaux puisqu’on peut les utiliserpour sélectionner à la manière d’un clone des peptides qui se lient à une cible déterminée. Lespeptides figurant dans cette banque représentent l’un ou l’autre des 20 acides aminés possibles àchacune des sept positions consécutives (heptapeptide), et les heptapeptides de la banque sontbordés par un lien disulfure formé par des résidus cystéine en amont et en aval de l’heptapeptide.On obtient ainsi un peptide pouvant remplir des vides et qui est ainsi capable de se lier au niveaude certains replis ou formations de la protéine cible. Après plusieurs cycles de passage sur desmolécules cibles comme le 15-DON conjugué à l’ovalbumine et le 3-DON conjugué àl’ovalbumine, et l’anticorps monoclonal reconnaissant le 15-DON, divers clones présentant unpeptide ont été sélectionnés et séquencés. Des séquences consensus ont révélé un degré élevé decorrélation à certains acides aminés à certaines positions de résidus, ce qui indique la spécificitéde liaison de certains peptides à ce ligand non protéique.

Pourquoi les peptides présentant beaucoup de spécificité et d’affinité pour le DON sont-ilsprécieux? Les peptides pouvant se lier à diverses formes de DON peuvent être très utiles,notamment :i) Comme outils diagnostiques : Les peptides fluorescents sont des marqueurs utiles pour ladétection et le dosage des moycotoxines dans divers essais, par exemple les essais ELISA, lesessais de polarisation de fluorescence, les transferts de Western et les essais de localisation insitu. Essentiellement, ces molécules imitent les anticorps, à plusieurs exceptions près; elles sontmonovalentes, elles sont plus petites, elles peuvent être conjuguées à des molécules fluorescenteset utilisées directement.ii) Pour protéger les plantes : À partir d’une protéine de soja de soutien, nous avons créé unemolécule comportent une boucle heptapeptidique hydrophile exposée à la surface de la protéinerepliée. En remplaçant les séquences peptidiques spécifiques par cette région, nous espéronsmoduler les concentrations de DON cytosolique dans les cellules de la plante et de la levure enexprimant cette protéine dans le cytoplasme.

29

Des travaux antérieurs ont établi que le site d’action intercellulaire probable du DON est laprotéine ribosomique eucaryote Rpl3. En élaborant des molécules capables de se lier au DON, ilpourrait être possible de réduire les effets cytotoxiques de cette mycotoxine. Ces travaux ontpour but d’explorer l’utilisation de la technique de phage display pour découvrir de nouveauxpeptides pouvant se lier à la mycotoxine, et d’utiliser cette information pour concevoir desprotéines de soutien capables d’atténuer les effets toxiques de cette toxine. Nous prévoyonsévaluer des séquences peptidiques prometteuses dans le tabac transgénique et dans des cellulesde levure, puis transférer et exprimer les séquences prometteuses chez le maïs et d’autrescéréales.

Ce travail a été financé par l’Association des producteurs de maïs en Ontario, CanAdapt, lePFRO, Ontario Pork Producers, Pioneer, Novartis, d’autres partenaires industriels et leProgramme de partage des frais pour l’investissement en R et D d’Agriculture etAgroalimentaire Canada.

30

P4-7. Localisation chromosomique des EST induites par le Fusarium

F. Han, G. Fedak et T. OuelletCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Ce projet a comme objectif d’identifier et de caractériser les gènes du blé induits après uneinoculation de spores du Fusarium graminearum.

Des épis de blé du cultivar Frontana à la mi-anthèse ont été inoculés avec une suspension despores (macroconidies à raison de 50 000 spores par mL) et récoltés 24 h après l’inoculation. Ona construit une banque par hybridation suppressive par soustraction (SSH) à partir des épisinoculés. La soustraction a été effectuée avec de l’ARN extrait d’épis de blé Frontana inoculésavec de l’eau (témoins) dans le but d’enrichir la banque en EST induites par le champignon.Environ 1 000 EST ont été séquencées et criblées pour déceler les gènes induits par l’infectionau Fusarium. Environ 35 gènes candidats ont été vérifiés par transfert de Northern.

Vingt gènes ont été choisis pour la cartographie. À l’aide de l’analyse par transfert de Southern,les 20 clones ont été hybridés contre la série complète de populations ditélosomiques etnullitétrasomiques pour déterminer leur localisation sur les chromosomes. Huit des clones sesont révélés avoir de multiples localisations chromosomiques et ont été identifiés comme desséquences répétitives.

Les 7 clones localisés sur un chromosome ou un bras de chromosome ont été localisés plusprécisément à une portion de chromosome ou à un emplacement particulier à l’aide de la série depopulations comportant des délétions chromosomiques (Endo et Gill, 1996).

Il est intéressant de noter que le clone de bêta-1,3-glucanase du blé a été retrouvé sur les troischromosomes du groupe homologue 3, ce qui concorde avec les observations de Li et al., 2001.On a déjà montré que des groupes de locus de la bêta-glucanase sont localisés sur le bras longdes chromosomes 3B et 3D du blé. De même, d’autres clones ont été situés sur des chromosomesdu groupe homologue 6, quatre et cinq.

Les EST étant localisées sur les chromosomes, on a évalué leur polymorphisme chez les cultivarsde blé Wuhan et Maringa. Sept clones de séquences uniques se sont révélés polymorphes dansles deux génotypes. La prochaine étape de cette étude consistera à cartographier ces EST sur lacarte Wuhan x Maringa pour déterminer comment ces clones s’apparentent aux locus de lafusariose de l’épi connus (voir Somers et al., le présent compte rendu...).

RéférencesEndo, T.R. and B.S. Gill. 1996. The deletion stocks of common wheat. J. Hered. 87:295-307.Li, W.L., J.D. Faris, S. Muthukrishnan, D.J. Liu, P.D. Chen, and B.S. Gill. 2001. Isolation and

characterization of novel cDNA clones of acidic chitenoses and B-1, 3-glucanases fromwheat spikes infected by Fusarium graminearum. Theor. Appl. Genet. 102:353-362.

31

P4-8. Analyse QTL de la résistance à la fusariose de l’épi dans un croisement d’orge à deuxrangs et d’orge à six rangs

D. Luckert1, S. Molnar1, T.-M. Choo1 et J. Wang2

1 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)2Académie des sciences agricoles du Zhejiang, Hangzhou (Chine).

La fusariose de l’épi est en train de devenir la maladie la plus importante de l’orge dans certainesrégions du Canada (Tekauz et al., 2000). La solution préférentielle serait la création de cultivarsgénétiquement résistants. En général, la résistance à la fusariose de l’épi est plus élevée chez leslignées d’orge à deux rangs que chez celles d’orge à six rangs; on a donc suggéré de transéfererpar introgression la résistance de l’orge à deux rangs à des lignées généalogiques élites d’orge àsix rangs. Nous avons cartographié une population dihaploïde d’orge à deux rangs croisée avecde l’orge à six rangs (Molnar et al., 1999). L’un des parents, Leger, est un cultivar élite d’orge àsix rang canadien sensible à la fusariose de l’épi, alors que l’autre parent, CI9831, est un orge àdeux rangs éthiopien présentant une résistance accrue à la fusariose de l’épi. Il s’agit d’uncroisement éloigné dont les parents sont différents au niveau de nombreux caractères (Jui et al.,1997). Notre carte moléculaire est constituée de nombreux types de marqueurs (morphologiques,isoenzymes, RAPD, STS, SSR er AFLP) qui pourraient se révéler utiles pour trouver desmarqueurs de la résistance à la fusariose de l’épi. L’ensemble de la population, constituée desparents et de 192 lignées dihaploïdes, a été cultivée à deux endroits (Hangzhou et Ottawa) avecquatre répétitions, en 2001.

Les données suivantes ont été recueillies : pourcentage d’épis infectés par le Fusarium, cote degravité de la maladie (Hangzhou seulement), hauteur et date d’épiaison. On a observé de grandesdifférences entre les deux environnements au niveau de la gravité de la maladie. L’analyse QTLa été effectuée avec le logiciel MQTL (Tinker et Mather, 1995). Chaque environnement a étéanalysé séparément sur la moyenne des quatre répétitions et à l’aide de la cartographie parintervalle simple. Un QTL important a été observé pour le pourcentage d’épis infectés par leFusarium dans les deux environnements. Ce QTL était situé sur le chromosome 2 au locus dunombre de rangs et expliquait 80 % de la variation phénotypique à Hangzhou, mais seulement27 % à Ottawa. Le même QTL a été observé pour la cote de gravité de la maladie à Hangzhou.Une analyse des données pour deux rangs ou six rangs uniquement a révélé un QTL près de lacouleur du lemme. Un QTL mineur avec effets additifs a été observé sur le chromosome 1, etune autre région près du locus du nombre de rangs sur le chromosome 2 présentait une certaineépistasie lorsque le locus du nombre de rangs était fixé. L’un des nombreux QTL observés pourla hauteur et la date d’épiaison coïncide avec le QTL observé pour la résistance à la fusariose del’épi au locus du nombre de rangs. Par conséquent, le principal QTL peut être issu de caractèresmorphologiques qui ont trait à la résistance à la fusariose de l’épi. Nous avons décelé plusieursautres QTL qui pourraient avoir un lien avec la résistance à la fusariose de l’épi et qui pourraientêtre utiles dans la sélection de la résistance.

32

RemerciementsLes auteurs désirent remercier Keh Ming Ho pour la plantation de la population et BernardVigier pour la collecte des données.

RéférencesJui, P.Y., Choo, T.M., Hol. K.M., Konishi, T. and R.A. Martin. 1997. Genetic analysis of a

tow-row x six-row cross of barley using doubled-haploid lines. TAG 94:549-556.Molnar, S.J. James, L.E. and K.J. Kaskah. 1999. Inheritance and RAPD tagging of multiple

genes for resistance to net blotch in barley. Genome 43:1-8.Tekauz, A., McCallum, B., and J. Gilbert. 2000. Review: Fusarium head blight of barley in

western Canada. Can. J. Plant Pathol. 22:9-16.Tinker, N.A and D.E. Mather.1995. MQTL: software for simplified composite interval mapping

of QTL in multiple environments.(http://www.ncgr.org/jag/papers95/paper295/indexp295.html).

33

P4-9. Vers l’identification de gènes candidats de la pathogénicité du Fusariumgraminearum

H. Rocheleau, T. Ouellet, J. Hattori, M. Masotti, S. Allard, J. Chapados, P. Couroux, A. De Moors, T. Glassco, S. Kelso, A. Koul, L. Robert, Dave Sprott, N. Tinker et L. HarrisCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Une approche de génomique fonctionnelle a été exploitée pour explorer, au niveau moléculaire,les voies biologiques liées à la pathogénicité du Fusarium graminearum (Fg). Nous avons utilisédivers tissus du Fg (macroconidies, mycélium, périthèces), dans des conditions de culture du Fg(contact avec la plante, production élevée de DON, croissance sur semoule de maïs, jeûne,traitement du stress) pour obtenir une large collection de séquences génomiques exprimées(EST). Les données préliminaires obtenues par séquençage des EST (-5 000 séquences) nousont déjà donné des indices sur la spécificité des gènes de chaque tissu du Fg. Les génomesfongiques sont encore mal connus; c’est la raison pour laquelle un grand nombre de gènes du Fgne présentent pas d’homologie avec la base de données de séquences de GenBank. Nous avonsobservé un pourcentage élevé de gènes homologues aux EST du Fusarium sporotrichioides sansque la fonction de ces gènes puisse être déterminée. Nous présenterons les principalesdifférences observées entre les banques de séquences du Fg et certains aspects de l’annotationfonctionnelle. Nous expliquerons comment nous avons utilisé l’exploration de données poursélectionner des gènes candidats soupçonnés d’être essentiels dans le processus infectieux duchampignon. Ces gènes seront ensuite utilisés pour une détermination à haut rendement de leurprofil de transcription par une approche faisant intervenir des puces à ADN.

34

P4-10 Expression des gènes du maïs durant une infection par le Fusarium

A. Saparno, M. Balcerzak, S. Allard, T. Ouellet, A. De Moors, D. Sprott, J. Chapados, S. Kelso, A. Savoie, P. Couroux, J. Hattori, J. Singh, N. Tinker, L. Robert et L. HarrisCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Le Fusarium graminearum est responsable de la fusariose de l’épi et de la tige chez le maïs. Laplupart des études ont porté sur le mécanisme d’action des mycotoxines qui diminuent lerendement en grains et la qualité, mais l’interaction moléculaire entre le maïs et le Fusarium estencore méconnue. Une caractérisation moléculaire de l’interaction entre le maïs et le Fusariumcompléterait les études et stratégies de sélection actuelles visant à conférer une résistance à cettemaladie. Une méthode à haut rendement, faisant appel à l’hybridation suppressive parsoustraction (SSH), la production de banques de séquences EST et la technologie des puces àADN, a été choisie pour maximiser l’identification des gènes du maïs importants dans l’infectionà Fusarium. Des lignées pures de maïs présentant une résistance au Fusarium à des degrés diversont été inoculées dans le canal des soies ou dans le grain avec un extrait du Fusarium ou untémoin. Neuf banques d’ADNc du maïs ont été créées à partir des tissus des soies ou des grains àdifférents moments après l’infection. Un examen des EST issues de ces banques a révélé que55 % des séquences présentaient une homologie avec des gènes liés à la défense, au stress, àdiverses voies métaboliques, au maintien de l’énergie et à d’autres fonctions cellulaires.Quarante-cinq pour cent de ces séquences ont été classées comme inconnues.

Le protocole de SSH que nous avons utilisé pour enrichir les séquences de gènes induits par leFusarium en soustrayant les gènes exprimés à la suite de l’inoculation témoin nous a permis decréer 4 des banques d’ADNc et d’identifier plusieurs gènes du maïs induits par la présence dupathogène. Les profils d’expression de certains de ces gènes seront présentés. Nous avons crééune puce comprenant 5 000 ADNc à partir de gènes de tissus soumis à un stress biotique ouabiotique. Certains des gènes induits par le Fusarium obtenus par SSH et confirmés parhybridation Northern se sont également révélés régulés en amont dans des analyses préliminairesau moyen de puces à ADN. Cette puce à ADN de 5 K sera utilisée pour contrôler le niveaud’expression de milliers de gènes durant les premiers et les derniers événements liés à la réactionde défense du maïs.

35

P4-11 Cartographie des QTL de la résistance à la fusariose de l’épi des génotypes de blé‘Freedom’ et Ning 7840

C.H. Sneller, A. Gupta, P.E. Lipps et K. CampbellOhio State University, OARDC, Wooster, OH.Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

La fusariose du maïs est une maladie dévastatrice du blé. L’une des meilleures façons de luttercontre cette maladie consiste à choisir des cultivars résistants. Il est difficile d’opérer unesélection de la résistance, car cette résistance est incomplète, régulée par plusieurs gènes etinfluencée par l’environnement. On a déjà amplement montré qu’une ségrégation transgressive àl’égard de la résistance peut être obtenue par croisement de parents présentant une résistancepartielle. La cartographie et la sélection effectuée à l’aide de marqueurs peuvent être utiles pourmarquer et associer des gènes de la résistance et pour obtenir des niveaux de résistance élevés.

Nous avions comme objectif de cartographier les QTL de résistance dans un croisement entredeux variétés résistantes (Freedom et Ning 7840) et un croisement entre Ning 7840 et une lignéeOhio sensible (OH542). Des familles dérivées de la F2 ont été obtenues de ces deux croisementset génotypés à l’aide de marqueurs SSR. Les familles étaient des phénotypes obtenus au champet en serre pour la résistance de type II. Plusieurs QTL ont été identifiés dans chaque croisement,dont plusieurs où un gène dominant était actif. En général, la concordance était bonne entre lesQTL obtenus au champ et en serre. En particulier, un QTL responsable d’effets importants a étéobservé sur le bras court du chromosome 3B, la résistance provenant de la lignée Ning 7840,alors que la lignée Freedom portait des allèles sensibles sur le bras court du chromosome B.D’autres QTL dont la résistance provenait de Ning 7840 ont également été observés. Un QTLprésentant un effet important et dont la résistance provenait de Freedom a été observé sur lechromosome 2A. Ce QTL permet d’expliquer la ségrégration transgressive à l’égard de larésistance observée chez le croisement Ning 7840 x Freedom. D’autres QTL mineurs derésistance issus de Freedom ont également été observés. L’impact de ces données sur la sélectionpour la résistance à la fusariose de l’épi sera discuté.

36

P4-12 Détection de gènes de la résistance à la fusariose de l’épi chez le cultivar de bléWuhan

D.J. Somers1, M. Popovic1, J. Gilbert1, G. Fedak2 et M. Savard2

1 Centre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Ottawa (Ont.)2 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, AAC, Ottawa (Ont.)

L’hérédité de la résistance à l’infection par le Fusarium graminearum chez le blé est de naturequantitative. Les rapports publiés indiquent que les chromosomes 3B, 5A et 6B sont ceux quiinterviennent principalement dans la résistance à la fusariose de l’épi chez le blé issu de lavariété chinoise Sumai 3. Dans l’étude présente, nous recherchons des sources nouvelleséventuelles de résistance à la fusariose de l’épi. Une population dihaploïde de 91 lignées issued’un croisement Wuhan x Maringa [Frontana/Kenya 58//Pgi] a été étudiée dans desenvironnements répétés en champ et en serre, avec détermination des concentrations de DON. Enoutre, les lignées dihaploïdes ont été génotypées avec 320 marqueurs microsatellites de manièreà produire une carte génétique de densité moyenne. L’analyse des QTL a indiqué des locusrégissant : a) l’incidence de la fusariose sur les chromosomes 2B, 3B et 6B; b) les concentrationsde DON sur le chromosome 7A et c) la combinaison de l’incidence de la fusariose et desconcentrations de DON sur le chromosome 2D. Les concentrations élevées de DON etl’incidence étaient faiblement corrélées (0,43 à 0,64). Les allèles du cultivar Wuhan étaientfavorisés en ce qui concerne la résistance à l’incidence et à la propagation de l’infection et lesfaibles concentrations de DON. Les résultats indiquent également que la faible incidence et lesfaibles concentrations de DON peuvent être régies par des locus différents. Ces données peuvents’ajouter à l’analyse des QTL de croisements non apparentés pour faciliter l’empilement degènes encodant la résistance à la fusariose de l’épi.

37

P4-13 Analyse génétique de la résistance à la fusariose de l’épi chez une population de bléd’hiver manifestant une résistance de type I

L. Tamburic-Ilincic1, G. Fedak3, D.E. Falk2 et A.W. Schaafsma1

1 Ridgetown College, Université de Guelph, Ridgetown (Ont.)2 Department of Plant Agriculture, Université de Guelph, Guelph (Ont.)3 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

Objectifs• Criblage des parents et des descendants porteurs de la résistance de type I à l’aide d’une

méthode d’inoculation par pulvérisation.• Évaluation des symptômes visuels, du pourcentage de grains fusariés et de la concentration

de DON (ppm) de chaque parent et des descendants.• Identification et évaluation des marqueurs SSR liés aux gènes encodant la résistance de

type I.

IntroductionMesterhazy et al. (1999) ont signalé cinq modes différents de résistance à la fusariose de l’épi :le type I (résistance à l’infection initiale); le type II (résistance à la propagation des symptômesdans l’épi); le type III (résistance à l’accumulation de DON); le type IV (résistance à l’infectiondu grain) et le type V (tolérance). L’objectif de cette étude était de mieux comprendre lesrapports entre les différents modes de résistance à la fusariose de l’épi dans une populationporteuse de gènes de la résistance à la fusariose de l’épi de la lignée Frontana, une source derésistance largement utilisée. Waldron et al. (1999) ont identifié plusieurs marqueurs de l’ADNpour un QTL important de résistance à la fusariose de l’épi sur le bras court du chromosome 3Bd’une population de blé de printemps issue de la lignée de base Sumai 3 porteuse de la résistancede type II. Dans notre étude, nous voulions trouver des marqueurs SSR liés aux gènes encodantla résistance de type I dans une population de blé d’hiver issue d’un croisement entre la lignéerésistante Frontana (R) et la lignée sensible Ruby (S).

Matériel et méthodesLes plants de la F2 du croisement Ruby/Frontana, de même que les parents, ont été pulvérisésavec une suspension de macroconidies du F. graminearum dans des conditions de serre, en 2000.On a calculé la surface sous la courbe d’évolution de la fusariose de l’épi pour chaque plant,conformément à Shaner et Finney (1977). Les concentrations de DON ont été mesurées dans lesplants issus du croisement qui ont été classés en trois groupes : les plus résistants, lesmoyennement résistants et les plus sensibles; les dosages ont été réalisés par comparaison auxparents et à l’aide d’une épreuve ELISA (Sinha et Savard, 1996). En 2001, les parents et unevingtaine de plants de la F3 par rang ont été pulvérisés, au stade de l’anthèse, avec unesuspension d’un mélange de macroconidies comprenant trois isolats du F. graminearum. Aprèsl’inoculation, les plants ont été recouverts de sacs en plastique transparent pendant 48 heures.

38

Le nombre d’épillets malades et le nombre total d’épillets ont été enregistrés pour chaque épi deblé inoculé. Le degré d’infection de chaque épillet a été calculé à partir du pourcentage d’épilletsmalades sur le nombre total d’épillets, la moyenne étant calculée pour chaque rang. Les épisinoculés ont été récoltés séparément, et les épis infectés de chaque rang ont été battus ensemble.Le nombre de grains sains et endommagés par le Fusarium ont été enregistrés, et le pourcentagede grains fusariés a été calculé pour chaque lignée et les parents. La concentration de DON a étémesurée par la méthode susmentionnée. Les descendants de la F3 ont été répartis dans descatégories phénotypiques en fonction de leur position dans la répartition de la fusariose de l’épi,du pourcentage de grains fusariés et des concentrations de DON.

Environ 70 amorces de SSR publiées par Röder et al. (1998) ont été synthétisées et ont servi àcribler les parents à la recherche de polymorphismes. L’amplification par la PCR a été décritepar Röder et al. (1998). Les fragments ont été visualisés après électrophorèse sur un geld’agarose Metaphor à 3 %. Tous les marqueurs polymorphes ont été utilisés pour cribler lapopulation.

Résultats et discussionDes ségrégrants transgressifs ont été obtenus pour les symptômes visuels et la concentration deDON, après inoculation des plants de la F2 dans le cadre d’expériences en serre effectuées aveccette population (Tamburic-Ilincic et al., 2000). Après une expérience au champ, des ségrégantstransgressifs ont de nouveau été obtenus (figures 1, 3), sauf pour le pourcentage de grainsfusariés (figure 2), ce qui indique que le parent sensible à la fusariose de l’épi a apporté unecertaine résistance en ce qui concerne les symptômes visuels et la concentration de DON. Cesrésultats concordent avec ceux de Buerstmayer et al. (2000). Toutefois, un plus petit nombre delignées présentant une meilleure résistance que le parent résistant a été observé aprèsl’inoculation au champ qu’après l’expérience en serre, à cause de la ségrégation plus poussée decertaines lignées de F2 présentant une bonne résistance. Le coefficient de corrélation de Pearsonentre les concentrations de DON provenant des plants en serre et celles des mêmes plants auchamp était significatif (r = 0,39).

Dans l’ensemble, la corrélation entre les données des plants de la F2 en serre et les données desplants de la F3 cultivés en rangs au champ n’était pas significative, mais lorsque les groupes deslignées les plus résistantes et les plus sensibles étaient enlevés, on observait une corrélationpositive significative entre les données en serre et les données au champ (r = 0,52). Laconcentration minimale de DON observée chez la génération F3 après l’inoculation parpulvérisation (n=130) était de 0,29 ppm, alors que la concentration maximale était de 39,98 ppm.La concentration moyenne de DON pour les familles de la F3 était de 19,94 ppm ± 0,74 (É.-T.),ce qui était à peu près égal à la moyenne des résultats parentaux (Ruby = 39,9 ppm;Frontana = 7,3 ppm). Une corrélation positive significative a été observée entre les symptômesvisuels, la concentration de DON et le pourcentage de grains fusariés chez les lignées de la F3appartenant aux groupes le plus résistant et le plus sensible. La concentration de DON et lepourcentage de grains fusariés sont mieux corrélés (r = 0,60) que la concentration de DON et lessymptômes visuels (r = 0,36) ou le pourcentage de grains fusariés et les symptômes visuels (r =0,55). Les résultats pour les symptômes visuels et le pourcentage de grains fusariés ne

39

présentaient pas une distribution normale (figures 1 et 2). En outre, on n’avait pas prévu que lavaleur moyenne pour les symptômes visuels (46,60 ± 2,1 (É.-T.)) et le pourcentage moyen degrains fusariés (21,00 ± 1,2 (É.-T.)), pour les familles de la F3 après l’inoculation parpulvérisation, soient plus élevés que les valeurs mesurées chez les parents sensibles (34,9 et11,7, respectivement).

Deux QTL sur le bras court des chromosomes 3B et 6B ont été découverts dans la populationFrontana/Ruby. Deux marqueurs SSR dans la région QTL du bras court du chromosome 3B(Xgwm 493 et Xgwm 533) étaient significativement associés à la résistance à la fusariose del’épi dans la population Frontana/Ruby, alors qu’un marqueur (Xgw 644) de la région QTL dubras court du chromosome 6B était significativement associé à la résistance à la fusariose del’épi (figure 4). Étant donné que certains ségrégants transgressifs différents, meilleurs que lesparents résistants, ont été obtenus en ce qui concerne les symptômes visuels, la concentration deDON et le pourcentage de grains fusariés, nous supposons que les lignées présentant la meilleurerésistance pour les caractères évalués peuvent être intercroisées pour conférer différents type derésistance à la fusariose de l’épi.

RéférencesBuerstmayer, H., B. Steiner, M.Lemmens, and P. Ruckenbauer. 2000. Resistance to fusarium

head blight in winter wheat: heritability and trait association. Crop Sci. 40:1012-1018.Mesterhazy, A., T. Bartok, C.G. Mirocha, and R. Komoroczy. 1999. Nature of wheat resistance

to fusarium head blight and the role of deoxynivalenol for breeding. Plant Breed. 118:97-110.Röder, M.S., V. Korzum, K. Wendehake, J. Plaschke, M.H. Tixier, P. Leroy, and M.W. Ganal.

1998. A microsatellite map of wheat. Genetics 149:2007-2023.Shaner, G. and Finney, R. 1977. The effect of nitrogen fertilization on the expression of slow-

mildewing resistance in Knox wheat. Phytopathology 1051-1056.Sinha, R.C. and Savard, M.E. 1996. Comparison of immunoassay and gas chromatography

methods for the detection of the mycotoxin deoxynivalenol in grain samples. Can J PlantPathol. 18:233-236.

Tamburic-Ilincic L., Schaafsma, A.W., Fedak, G., and Falk, D.E. 2000. Selecting for FHBresistance in early generations of winter wheat populations. Pages 284–287 in R.W. Ward etal. eds. Proc. 2000 National Fusarium Head Blight Forum, Erlanger, KY. 10-12 Dec. 2000.Michigan State University, East Lansing, MI.

Waldron, B.L., B. Moreno-Sevilla, J.A. Anderson, R.W. Stack, R.C. Fronhberg. 1999. RFLPmapping of QTL for fusarium head blight resistance in wheat. Crop Sci. 39:805-811.

40

Fig. 1. Fréquence de distribution de la fusariose de l'épi dans les lignées F3 après inoculation par pulvérisation avec

le F. graminearum

0

5

10

15

20

1

Frontan

a 3 4 5Rub

y 6 7 8 9 10 11

% de gravité de la fusariose

Nom

bre

delig

nées

0

5

10

15

20

Concentration de DON (ppm)

Nom

bre

de li

gnée

s

Fig. 3. Fréquence de distribution de la concentration de DON (ppm) dans les lignées F3 après inoculation par pulvérisation avec le F. graminearum

Fig. 2. Fréquence de distribution du % de grains fusariés dans les lignées F3 après inoculation par pulvérisation

avec le F. graminearum

05

1015202530

Fron

tana 2 3 4

Rub

y 6 7 8 9 10 11 12 13 14

% de grains fusariés

Nom

bre

de li

gnée

s

41

Figure 4. Fragments d’ADN provenant de l’amplification de lignées parentales de blé d’hiversensibles (P1) et résistantes (P2) et de sous-ensembles de lignées F3 porteuses de la résistance detype 1, avec le marqueur SSR Xgwm 644 sur le bras court du chromosome 6B.

1 P1 P2 R R S R R R S S S S

Piste 1 = Matrice témoin d’ADN 100 pbP1 = Ruby-blé d’hiver sensible (S)P2 = Frontana-blé d’hiver résistant (R)R = résistantS = sensible

42

P4-14. Application des puces à ADN à la sélection assistée par marqueurs de la résistanceau Fusarium graminearum chez le maïs

J.H. Taylor, L. Jie et K.P. PaulsDepartment of Plant Agriculture, Université de Guelph, Guelph (Ont.)

Il est très difficile de sélectionner la résistance au Fusarium graminearum par les méthodesclassiques. L’une des raisons a trait à la forte influence de l’environnement sur l’expression de lamaladie (Reid et Hamilton, 1996). Une deuxième raison est que la résistance semble être régiepar plusieurs gènes répartis dans tout le génome (Boling et Grogan, 1965; Chiang et al., 1987;Reid et al., 1992a; Chungu et al., 1996a,b). Étant donné la sensibilité de cette résistance auxfacteurs environnementaux et sa nature quantitative, les programmes de sélection font surtoutappel à la sélection assistée par marqueurs (SAM). De nombreuses études ont établi que la SAMest une méthode efficace d’accélérer l’introduction de caractères souhaitables dans des variétésde plantes cultivées (voir. p. ex. Yousef et Juvic, 2001).

Le principal objectif de la SAM est de trouver des marqueurs étroitement apparentés aux gènesde la résistance. On utilise habituellement des marqueurs moléculaires comme les marqueursmicrosatellites (SSR), les fragments d’ADN polymorphes amplifiés au hasard (RAPD) ou lespolymorphismes de longueur de fragments amplifiés (AFLP). On a trouvé des marqueurs liés àdes gènes de la résistance au Fusarium chez le blé (Waldron et al., 1999), l’orge (Kolb et al.,2001) et le maïs (Pe et al., 1993). Toutefois, chacun de ces marqueurs n’est en généralresponsable que d’une faible proportion de la variance phénotypique totale, souvent moins de15 %. Néanmoins, compte tenu des répercussions financières du Fusarium sur les cultures et del’absence de solutions de rechange, ces marqueurs pourraient se révéler utiles dans le cadre d’unprogramme de sélection axée sur la SAM.

Malgré la disponibilité de marqueurs adéquats, la SAM n’est pas largement utilisée poursélectionner à l’égard de la résistance au Fusarium. Les principaux obstacles à l’emploi de laSAM sont probablement le temps considérable et les coûts élevés associés au criblage de vastespopulations. Dans le but de surmonter ces obstacles, nous avons tentés d’appliquer les puces àADN à la SAM.

La première étape de l’utilisation des puces à ADN pour la SAM consiste à transformer lesmarqueurs moléculaires classiques en un format non électrophorétique. Dans le cas desmarqueurs RAPD ou AFLP, il est nécessaire de transformer la bande/fragment polymorphe en unmarqueur SCAR amplifié uniquement pour un état allélique. Par exemple un marqueur SCAR aété élaboré pour le marqueur RAPD BC535 qui est associé à la résistance à la fusariose de l’épichez le maïs (Taylor et Pauls, données non publiées). Pour utiliser ces marqueurs SCAR, il fautsoumettre chaque membre d’une population à cribler à une réaction PCR avec les amorcesSCAR, puis déposer les produits de réaction sur une lame pour créer une puce à ADN. Le dépôtpeut se faire au moyen d’un dispositif spécial ou de l’appareil Biomek 2000 de Beckman-Coultermuni d’un embout modifié et piloté par un programme fourni par David Galbraith del’Université de l’Arizona (Macas et al., 1998). On sonde la puce à ADN à l’aide du marqueur

43

SCAR marqué avec des nucléotides fluorescents. Dans le cas des marqueurs SSR, il estnécessaire de déceler les polymorphismes de séquences dans l’ADN de chaque côté de la régionrépétée et de créer une sonde marquée autour de ce polymorphisme de façon à ce qu’elle ne sefixe que sur l’allèle « résistant ». Cette méthode est décrite par Croyell et al. (1999).

Nous avons mis au point des marqueurs liés à la résistance à la fusariose de l’épi chez le maïs pouvant être utilisés sur une puce à ADN. Jusqu’à maintenant, nos efforts ont porté sur quatremarqueurs RAPD liés à la résistance dans notre population qui ont été transformés en marqueursSCAR. On peut fournir des exemples de nos premières puces à ADN qui montrent de façonévidente quels individus se sont liés ou ne se sont pas liés à la sonde. Toutefois, un logiciel debalayage de la puce à ADN peut déterminer quantitativement les intensités d’hybridation à lasonde et agencer automatiquement les résultats en tableau. Bien qu’il soit long et onéreux deproduire des marqueurs SCAR et d’optimiser la matrice et les conditions d’hybridation sur lapuce à ADN, on peut en un court laps de temps augmenter l’échelle et cribler un grand nombred’échantillons. Nous avons l’intention de produire un ensemble de marqueurs fiables et robustesqui pourront être utilisés dans le cadre des programmes de sélection du maïs visantl’augmentation de la résistance à la fusariose de l’épi chez le maïs. Les mêmes méthodespourraient être appliquées à d’autres espèces de cultures qui sont gravement affectées par leFusarium.

RéférencesBoling, M.B. and C.O. Grogan. 1965. Gene action affecting host resistance to Fusarium ear rot

of maize. Crop Sci. 5:305-307.Chiang, M.S., M. Hudon, A. Devaux, and I. Ogilvie. 1987. Inheritance of resistance to

Gibberella zeae ear rot in maize. Phytoprotection 68:29-33.Chungu, C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996a. Response of maize inbred lines


Chungu, C., D.E. Mather, L.M. Reid, and R.I. Hamilton. 1996b. Inheritance of kernel resistanceto Fusarium graminearum in maize. J. Heredity 87:382-385.

Coryell, V.H., H. Jessen, J.M. Schupp, D. Webb and P. Keim. 1999. Allele-specifichybridization markers for soybean. Theor. Appl. Genet. 98:690-696.

Kolb, F.L., G-H. Bai, G.J. Muehlbauer, J.A. Anderson, K.P. Smith, and G. Fedak. 2001. Hostplant resistance genes for Fusarium head blight: Mapping and manipulation withmolecular markers. Crop Sci. 41:6-11.

Macas, J., M. Nouzova and D.W. Galbraith. 1998. Adapting the Biomek 2000 laboratoryworkstation for printing DNA microarrays. BioTech. 25:106-110.

Pe, M.E., L. Gianfranceschi, G. Taramino, R. Tarchini, P. Angelini, M. Dani, and G. Binelli.1993. Mapping quantitative trait locus (QTLs) for resistance to Gibberella zeae infectionin maize. Mol. Gen. Genet. 241:11-16.

Reid, L.M., D.E. Mather, R.I. Hamilton, and A.T. Bolton. 1992a. Diallel analysis of resistance inmaize to Fusarium graminaerum infection via the silk. Can. J. Plant Sci. 72:915-923.

44

Reid, L.M., and R.I. Hamilton. 1996. Effect of inoculation position, timing, macroconidialconcentration and irrigation of resistance of maize to Fusarium graminaerum infectionthrough the kernels. Can. J. Plant Pathol. 18:279-285.

Waldron, B.L., B. Moreno-Sevilla, J.A. Anderson, R.W. Stack, and R.C.Frohberg. 1999. RFLPmapping of QTL for Fusarium head blight resistance in wheat. Crop Sci. 39:805-811.

Yousef, G.G. and J.A. Juvik. 2001. Comparison of phenotypic and marker-assisted selection forquantitative traits in sweet corn. Crop Sci. 41:645-655.

45

P4-15 Efforts génomiques visant à élucider la fusariose de l’épi chez le blé

R. Tropiano, T. Ouellet, H. Dan, K. Wu, D. Sprott, A. De Moors, J. Chapados, L. Robert,J. Hattori, P. Couroux, N. Tinker, D. Procunier1 et L. HarrisCentre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)1Centre de recherches sur les céréales, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Winnipeg (Man.)Auteur à qui adresser toute correspondance : [email protected]

Nous avons amorcé un projet visant à identifier et caractériser des gènes du blé intervenant dansl’interaction hôte-pathogène de la fusariose de l’épi, afin de déterminer quels gènes sontmodifiés chez les souches résistantes et quelles voies pourraient être modifiées pour qu’ellesjouent un rôle dans la résistance. Les efforts ont d’abord porté sur la construction de banquesd’ADNc normalisées et enrichies par hybridation suppressive par soustraction (SSH) pour lesgènes induits par le pathogène Fusarium graminearum. Dans la construction de la banque parSSH, une étape de soustraction exclut les séquences communes entre les populationsreprésentées et une étape de normalisation égalise l’abondance des ADNc dans la populationcible. Les tissus choisis pour la construction de la banque proviennent d’épis de blé infectésappartenant à trois cultivars résistants, le blé de printemps Frontana, le cultivar FHB37 (un bléde printemps issu de la lignée Sumai3), et le cultivar FHB148 (un blé d’hiver issu du cultivarFrontana), ainsi qu’au cultivar de blé d’hiver sensible Harus.

Plus de 4 600 séquences EST ont été séquencées jusqu’à maintenant, ce qui représente plus de2 000 gènes distincts. On présente une mise à jour de l’exploration des bases de données visant àidentifier des catégories fonctionnelles de gènes et des candidats éventuels pour des travauxfuturs. Une comparaison entre les banques portant sur les principaux gènes permet de relever lessimilitudes et les différences. Une comparaison entre les banques de Frontana, de FHB37 et deHarus est justifiée, car l’enrichissement vise les gènes induits par le F. graminearum dans tousles cas. Nous pouvons comparer les différents types de résistance (Frontana - résistance de type Iet FHB37 - résistance de type II) et les différences entre cultivar résistant et cultivar sensible(Frontana vs Harus). On effectue également une comparaison entre les banques Frontana etFHB148 pour examiner l’enrichissement des gènes induits chez une lignée résistante (Fusarium- soustraction H2O) par comparaison aux gènes présents chez cette lignée résistante (lignéerésistante - soustraction du parent sensible). Ces analyses donnent une vue technique desdonnées sur les séquences recueillies jusqu’à maintenant et peuvent donner un aperçu desmécanismes étudiés.

En parallèle aux travaux de génomique effectués chez le blé, nous explorons la possibilitéd’avoir recours à l’Arabidopsis thaliana pour compléter notre caractérisation de certains aspectsde l’interaction entre le blé et le Fusarium. Les ressources biologiques collectives disponiblespour l’A. thaliana permettent de rechercher des mutants qui peuvent être résistants à des toxinesproduites par le Fusarium et de trouver ainsi des gènes qui pourraient contribuer à conférer unerésistance à la mycotoxine. Nous présenterons les progrès réalisés dans nos travaux visant à fairepousser des graines traitées au méthanesulfonate d’éthyle en présence de diacétoxyscirpénol

46

(DAS), un analogue du désoxynivalénol (DON), pour sélectionner des mutants résistants auxtrichothécènes.

47

P.4-16 Identification d’un marqueur AFLP lié à la résistance à la fusariose de l’épi chez leblé

Z. Zhu1, W. Cao2, W. Lu1, G. Fedak2 et K. Armstrong2

1Académie des sciences agricoles du Jiangsu, Nanjing (Chine).2 Centre de recherches de l’Est sur les céréales et oléagineux, Agriculture et AgroalimentaireCanada, Ottawa (Ont.)

RésuméLa sélection assistée par marqueurs peut améliorer l’efficacité de sélection à l’égard de larésistance à la fusariose de l’épi chez le blé. Pour identifier des marqueurs moléculaires liés à desgènes intervenant dans la résistance à la fusariose de l’épi chez le blé, nous avons créé unepopulation F6 composée de 116 lignées pures recombinantes à partir d’un croisement entre larace locale résistante Wangshuibai et la variété sensible Annong 8455, à l’aide de la méthode defiliation unipare. Les symptômes de la fusariose de l’épi (pourcentage d’épillets infectés) ont étéévalués en serre avec cinq répétitions 21 jours après une inoculation par pulvérisation(50 000 spores/mL) durant l’hiver 2000. La technique des AFLP a été utilisée pour détecter lespolymorphismes. Soixante-quatre combinaisons d’amorces ont été criblées contre les deuxparents, et quarante (62,5 %) d’entre elles ont produit des polymorphismes. On a obtenu 142locus polymorphes après criblage des 116 lignées à l’aide de ces 40 combinaisons d’amorces.Trente-cinq locus ont été classés dans 20 groupes de liaison à partir de l’analyse de liaison.Quatre-vingt-dix-sept locus n’étaient pas liés. L’analyse des QTL a permis d’associersignificativement le marqueur AFLP EAAGMCTC/239 à un gène de résistance au Fusarium dela lignée Wangshuibai. Ce marqueur pourrait être utilisé comme outil de sélection assistée pouraméliorer la résistance du blé à la fusariose de l’épi dans les programmes de sélection. Unmarqueur lié à un gène de sensibilité a été décelé chez la lignée Annong.

Colloque Canadien sur la Fusariose

Canadian Workshop onFusarium Head BlightListe des participants

Centre des Congres d’Ottawa(Ottawa) Ontario3-5 Novembre, 2001

CCF/CWFHB Liste des participantsSharon AllardEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1317EMAIL: [email protected]

James AndersonDept. of Agronomy and Plant GeneticsUniversity of Minnesota411 Berlang Hall, 1991 Buford CircleSt. Paul, MN, 55108 USATEL.: (612) 625-9763EMAIL: [email protected]

Erin ArmstrongBrewing and Malting Barley Res. Institute303 - 161 Portage Avenue EastWinnipeg, MB R3B 2L6TEL: (204) 927-1407EMAIL: [email protected]

Ken ArmstrongCereal Research CentreEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 50Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1392EMAIL: [email protected]

Bob ArtusoNeogen Corp.620 Lesher PlaceLansing, MI, 48912 USATEL: (517) 372-9200 Ext. 275EMAIL: [email protected]

Christian Azar

Coopérative Fédérée de Québec198, 3ième rangSte-Rosalie, QCTEL: (450) 799-2326EMAIL: [email protected]

Carolyn BabcockEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1772EMAIL: [email protected]

Margaret BalcerzakEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada Central Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21 Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1551EMAIL: [email protected]

François BelzileUniversité Laval1243 C.E. MarchandQuébec, QC G1K 7P4TEL: (418) 656-2131 #5763EMAIL: [email protected]

Dee Ann BenardAlberta Research CouncilBAG 4000Vegreville, AB T9C 1T4TEL: (780) 632-8230EMAIL: [email protected]

Gary C. BergstromDepartment of Plant Pathology

334 Plant Science BuildingCornell UniversityIthaca, NY, 14853-4203 USATEL: (607) 255-7849EMAIL: [email protected]

Eric BevisEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1643EMAIL: [email protected]

Barbara BlackwellEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1640EMAIL: [email protected]

Jim BloombergBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Jim BoleCereal Research Centre Agriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0099EMAIL: [email protected]

Christian Bordeleau

Agriculture and Agri-FoodCanada/University of OttawaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1444EMAIL: [email protected]

Gaetan BougeoisHorticulture Res. and Development CentreAgriculture and Agri-Food Canada430 Boul. GouinSt-Jean-sur-Richelieu, QCTEL: (450) 346-4494 post 231EMAIL: [email protected]

Doug BrownCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0099EMAIL: [email protected]

Anita Brûlé-BabelDepartment of Plant ScienceUniversity of ManitobaWinnipeg, MB R3T 2N2TEL: (204) 474-6062EMAIL: [email protected]

Pat BulmanBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Mike BurvillEastern Cereal and Oilseed Research Centre

Agriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm 960 Carling AvenueOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1395EMAIL: [email protected]

Gail ButlerEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1697EMAIL: [email protected]

Ken CampbellResearch BranchAgriculture and Agri-Food Canada930 Carling AvenueOttawa, ON K1A 0C5TEL: (613) 759-7808EMAIL: [email protected]

Wenguang CaoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1540EMAIL: [email protected]

Leslie CassEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1317EMAIL: [email protected]

Denise ChabotEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada

Central Experimental Farm960 Carling AvenueOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1635EMAIL: [email protected]

Y.K. ChanEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1663EMAIL: [email protected]

Scott ChapmanBASF CanadaUnit 100-101, Route 100Morden, MB R6M 1Y5TEL: (204) 822-7226EMAIL: [email protected]

Yuanhong ChenEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1549EMAIL: [email protected]

Thin-Meiw ChooEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1307EMAIL: [email protected]

Randy ClearGrain Research LabCanadian Grain Commission1404-303 Main Street

Winnipeg, MB R3C 3G8TEL: (204) 983-7797EMAIL: [email protected]

Jean CollinDépartement de PhytologieUniversité LavalQuébec, QCTEL: (418) 656-2131 poste 5582EMAIL: [email protected]

André ComeauSoils and Crops Res. and DevelopmentCentreAgriculture and Agri-Food Canada2560 Hochelaga Blvd.Sainte-Foy, QC G1V 2J3TEL: (418) 657-7980, #216EMAIL: [email protected]

Fabien CoteEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1326EMAIL: [email protected]

John CulleyResearch BranchAgriculture and Agri-Food Canada930 Carling AvenueOttawa, ON K1A 0C5TEL: (613) 759-7835EMAIL: [email protected]

David CurreyAg-Quest, Inc.Box 144Minto, MBTEL: (204) 776-2087

EMAIL: [email protected]

Kasia DadejEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1444EMAIL: [email protected]

Ron DePauwSemiarid Prairie Agricultural Res. CentreAgriculture and Agri-Food CanadaBox 1030Swift Current, SK S9H 3X2TEL: (306) 778-7200EMAIL: [email protected]

Anne E. DesjardinsNat’l. Centre For Agric. Utilization Res.USDA - ARS1815 N. University St.Peoria, IL 61604 USATEL: (309) 681-6378EMAIL: [email protected]

Jean-François DesmeulesDepartment of Plant ScienceMcGill University, Macdonald Campus21111 Lakeshore RoadSte-Anne-de-Bellevue, QC H9X 3V9TEL: (514) 398-7851EMAIL: [email protected]

Yves DionCÉROM335, Chemin des Vingt-cinq EstSt-Bruno-de-Montarville, QC J3V 4P6TEL: (450) 653-4413EMAIL: [email protected]

Jim DowneySeCan119 Deborah CrescentSaskatoon, SK S7J 2W9TEL: (306) 477-3879EMAIL: [email protected]

Lianne DwyerEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, Ontario K1A 0C6TEL: (613) 759-1525EMAIL: [email protected]

Mark EtienneW.G. Thompson & Sons (Hyland Seeds)R.R. #1, Ailsa Craig, ON N0M 1A0TEL: (519) 232-4341EMAIL: [email protected]

François EudesLethbridge Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaP.O. Box 3000Lethbridge, AB T1J 4B1TEL: (403) 317-3338EMAIL: [email protected]

Sylvie FavrelSyngenta410 Swing RoadGreensboro, NC 27409 USATEL: (336) 632-7813EMAIL: [email protected]

George FedakEastern Cereal and Oilseed Research Centre/Cereal Research CentreCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 50Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1393

EMAIL: [email protected]

Dave FeindelBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Myriam R. FernandezSemiarid Prairie Agricultural Res. CentreAgriculture and Agri-Food CanadaP.O. Box 1030Swift Current, SK S9H 3X2TEL: (306) 778-7255EMAIL: [email protected]

Dilantha FernandoDepartment of Plant ScienceUniversity of ManitobaWinnipeg, MB R3T 2N2TEL: (204) 474-6072EMAIL: [email protected]

Stephen FoxCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0573EMAIL: [email protected]

Judith Frégeau-ReidEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1675EMAIL: [email protected]

Art FroehlichAdFarm1800, 639-5 Avenue SWCalgary, AB T2P 0M9TEL: (403) 215-3200EMAIL: [email protected]

Christine GagnonEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1326EMAIL: [email protected]

Pooba GaneshanPlant Biotechnology Institute110 Gymnasium PlaceSaskatoon, SK S7N 0W9TEL: (306) 795-5572EMAIL: [email protected]

David F. GarvinUSDA-ARS411 Borlaug Hall 1991 Upper Buford CircleUniversity of MinnesotaSt. Paul, MN 55108 USATEL: (612) 625-1975EMAIL: [email protected]

Habit GhazviniCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0487

Carmen GibbsDepartment of BiologyCarleton University

Ottawa, ON K1S 5B6TEL: (613) 520-2600 Ext. 4434EMAIL: [email protected]

Jeannie GilbertCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0891EMAIL: [email protected]

Steve GleddieEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1315EMAIL: [email protected]

Saber GalkariCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0487

Robert GrafLethbridge Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaP.O. Box 3000Lethbridge, AB T1J 4B1TEL: (403) 317-2258EMAIL: [email protected]

Mike GrenierThe Canadian Wheat BoardP.O. Box 816, Station M

Winnipeg, MB R3C 2P5TEL: (204) 983-2996EMAIL: [email protected]

Susan GroeneveldAdFarm1800, 639-5 Avenue SWCalgary, AB T2P 0M9TEL: (403) 215-3200EMAIL: [email protected]

Kent HallQuality Assured Seeds422 McDonald StreetRegina, SK S4N 6E1TEL: (306) 721-0920EMAIL: [email protected]

Fangpu HanEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 50Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1682EMAIL: [email protected]

Isabelle HardyFerme Techno Champs (CFQ)Coopérative Fédérée de Québec198, 3ème RangSte-Rosalie, QC J0H 1X0TEL: (450) 799-2326EMAIL: [email protected]

Linda HarrisEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm

960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1314EMAIL: [email protected]

Clair HeinbuchBayer Inc.,77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Scott HeiselAmerican Malting Barley Association740 N. Plankinton Ave., #830Milwaukee, WI 53203 USATEL: (414) 272-4640EMAIL: [email protected]

Andrea HergenroederBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Keh Ming HoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1557EMAIL: [email protected]

Richard HogueIRDA, Laboratoire d’Analyse Biologique2700 Einstein #D.1.110Sainte-Foy, QC G1P 3W8TEL: (418) 644-6744EMAIL: [email protected]

Thomas HohnSyngenta Biotechnology, Inc.3054 Cornwallis RoadP.O. Box 12257Research Triangle Pk, NC 27709-2257,USA

TEL: (919) 597-3043EMAIL: [email protected]

Ken HoughOntario Corn Producers’ Association90 Woodlawn Road WestGuelph, ON N1H 1B2TEL: (519) 837-1660EMAIL: [email protected]

Pierre HuclDepartment of Plant SciencesUniversity of Saskatchewan51 Campus DriveSaskatoon, SK S7N 5A8TEL: (306) 966-8667EMAIL: [email protected]

Gavin HumphreysCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-0123EMAIL: [email protected]

Sharon InchCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-0223EMAIL: [email protected]

Bert InnesAgriculture and Agri-Food Canada1391 Sandford StreetLondon, ON N5V 4T3TEL: (519) 457-1470EMAIL: [email protected]

Peter JohnsonOntario Ministry of Agriculture, Food andRural Affairs 581 Huron StreetStratford, ON N5A 5T8


Anne JohnstonEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, Ontario K1A 0C6TEL: (613) 759-1551EMAIL: [email protected]

Mark JordanCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-4604EMAIL: [email protected]

Ron KaethlerCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-0895EMAIL: [email protected]

André KalikililoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1845EMAIL: [email protected]

David KaminskiManitoba Agriculture and FoodBox 1149, #65-3rd Avenue NECarman, MB R0G 0J0


Modra KaufertEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1772EMAIL: [email protected]

Solomon KibiteLacombe Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada6000 C & E TrailLacombe, AB T4L 1W1TEL: (403) 782-8107EMAIL: [email protected]

Anju KoulEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture Canada and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avene, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1439EMAIL: [email protected]

Svetlana KritenkoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 50Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1399EMAIL: [email protected]

Momcilo KucEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm

960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1553EMAIL: [email protected]

Tine Kuiper-GoodmanBureau of Chemical Safety, FoodDirectorateHealth CanadaSir Frederick Banting Building, Loc 2204D1Tunneys PastureOttawa, ON K1A 0L2

François LangevinSoils and Crops Res. and DevelopmentCentreAgriculture and Agri-Food Canada2560 Boul. HochelagaSainte-Foy, QC G1V 2J3TEL: (418) 657-7980EMAIL: [email protected]

Linda LangilleEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1309EMAIL: [email protected]

Nathalie LanoieSemico Inc.4905 Boul. LaurierSainte-Rosalie, QC J0H 1X0TEL: (450) 799-3225EMAIL: [email protected]

Eric LefolCrop Development CenterUniversity of Saskatchewan51 Campus DriveSaskatoon, SK S7N 5A8TEL: (306) 966-5009EMAIL: [email protected]

Bill LeggeBrandon Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaP.O. Box 1000A, R.R. #3Brandon, MB R7A 5Y3TEL: (204) 726-7650EMAIL: [email protected]

Lorne LetkemanSygenta Crop Protection491 Seneca StreetPortage la Prairie, MB R1N 3T1TEL: (204) 428-3867EMAIL: [email protected]

Roger LariosDepartment of Plant ScienceUniversity of ManitobaWinnipeg, MB R3T 2N2TEL: (204) 474-6041EMAIL: [email protected]

Wenbin LiUniversity of Guelph32-252 Stone Road WestGuelph, ON N1G 2V7TEL: (519) 824-4120 Ext. 3934 EMAIL: [email protected]

Nancy LongEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1845EMAIL: [email protected]

Doris LuckertEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6


Suzanne MarchandUniversité LavalPav. Charles-Eugène MarchandBureau 1245Québec, QC G1K 7P4TEL: (418) 656-2131 poste 6169EMAIL: [email protected]

Richard MarshSyngenta44 Monticello RoadWinnipeg, MB R3Y 1L4TEL: (204) 489-8019EMAIL: [email protected]

Richard MartinCrops and Livestock Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada440 University AvenueCharlottetown, PEI C1A 4N6TEL: (902) 566-6851EMAIL: [email protected]

Michael MasottiEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1551EMAIL: [email protected]

Diane MatherDepartment of Plant ScienceMcGill University, Macdonald Campus21111 Lakeshore RoadSte-Anne-de-Bellevue, QC H9X 3V9TEL: (514) 398-7854EMAIL: [email protected]

Peter MatthewEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 143Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1627EMAIL: [email protected]

Kevin McCallumProven SeedBox 2549Morden, MB R6M 1J2TEL: (204) 435-2063EMAIL: [email protected]

Wayne McCormickEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1663EMAIL: [email protected]

George McDiarmidEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 99Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1546EMAIL: [email protected]

A.R. McElroyEastern Cereal and Oilseed Research CenterAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1305EMAIL: [email protected]

Nadia McGoldrickEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1729EMAIL: [email protected]

Morley McLeanGreenhouse and Process. Crops Res. CentreAgriculture and Agri-Food CanadaHarrow, ON N0R 1G0TEL: (519) 738-2251 Ext. 454EMAIL: [email protected]

J. David MillerDepartment of ChemistryCarleton University, 228 Steacie BuildingOttawa, ON K1S 5B6TEL: (613) 520-2600 Ext. 1053EMAIL: [email protected]

Shea MillerEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1760EMAIL: [email protected]

Steve MolnarEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1687EMAIL: [email protected]

Robin Morrall

Discovery Seed Labs450 Medulle StreetSaskatoon, SK S7N 5E2TEL: (306) 249-4484

Malcolm MorrisonEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1556EMAIL: [email protected]

Gailyn NeurenbergCanadian Seed Growers’ AssociationBox 8455, 240 Catherine St., Suite 202Ottawa, ON K1G 3T1TEL: (613) 236-0497EMAIL: [email protected]

John NikiforukEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1640EMAIL: [email protected]

Tom NowickiCanadian Grain Commission1404-303 Main StreetWinnipeg, MB R3R 3G8TEL: (204) 983-3345EMAIL: [email protected]

Joseph M. NyachiroField Crop Development Centre

Alberta Agriculture Food and RuralDevelopment5030-50 StreetLacombe, AB T4L 1W8TEL: (403) 782-4641EMAIL: [email protected]

Thérèse OuelletEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1658EMAIL: [email protected]

Radhey S. PandeyaEastern Cereal and Oilseed Research CentreCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, Ontario K1A 0C6TEL: (613) 759-1643EMAIL: [email protected]

Anthony ParkerEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 99Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1617EMAIL: [email protected]

Diane PaulRidgetown College, University of GuelphMain Street EastRidgetown, ONTEL: (519) 674-1639EMAIL: [email protected]

K. Peter PaulsDepartment of Plant AgricultureUniversity of Guelph

Guelph, ON N1G 2W1TEL: (519) 824-4120EMAIL: [email protected]

Penny PearseSaskatchewan Agriculture and Food3085 Albert StreetRegina, SK S4S 0B1

Stoyan Radoslavov PirgozlievHarper Adams University College, NewportShropshire, TF10 8NB, United KingdomTEL: +44 1952 815298EMAIL: [email protected]

Gary PlatfordP&D Agro Consulting Inc.103 - 20 Novavista Pl.Winnipeg, MB R2N 1V4TEL: (204) 489-6951EMAIL: [email protected]

Mira PopovicCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0639EMAIL: [email protected]

Shawn PotterSyngenta#250, 3115 - 12th Street N.E.Calgary, AB T2E 7J2TEL: (403) 219-5425EMAIL: [email protected]

Stéphan PouleurSoils and Crops Res. and DevelopmentCentreAgriculture and Agri-Food Canada

2560 Boul. HochelagaSainte-Foy, QC G1V 2W7TEL: (418) 657-7980EMAIL: [email protected]

Manika P. PradhanCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada115 Laval DriveWinnipeg, MB R3T 2X9TEL: (204) 983-1142EMAIL: [email protected]

Daniel PreselloEastern Cereal and Oilseed ResearchCentre/McGill UniversityAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 99Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1618

Anis RehmanEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1845EMAIL: [email protected]

Adam ReidAdFarm1800, 639-5 Avenue SWCalgary, AB T2P 0M9TEL: (403) 215-3204EMAIL:[email protected]

Lana ReidEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm

960 Carling Avenue, Building 99Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1619EMAIL: [email protected]

Erica RiedelCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-3505EMAIL: [email protected]

Sylvie RiouxCÉROM2700, rue EinsteinBureau D.I.300.24ASainte-Foy, QC G1P 3W8TEL: (418) 528-7896EMAIL: [email protected]

Hélène RocheleauEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1551EMAIL: [email protected]

Tammy SabbertBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Florence E. SaboEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby Building

Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1549EMAIL: [email protected]

Jodi SadleirGustafson Partnership#10 - 2712, 37th Avenue NECalgary, AB T1Y 5L3TEL: (403) 250-9481EMAIL: [email protected]

Dexter SampsonHonorary Research AssociateEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6

Audrey SaparnoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, Ontario K1A 0C6TEL: (613) 759-1551EMAIL: [email protected]

Marc SavardEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1683EMAIL: [email protected]

Art SchaafsmaRidgetown College, University of GuelphMain Street East

Ridgetown, ONTEL: (519) 674-1624EMAIL:[email protected]

Paul SchwarzCereal and Food ScienceNorth Dakota State University1250 Bolley DriveFargo, ND 58105 USATEL: (701) 231-7732EMAIL: [email protected]

Peter ScottHealth Canada2203D, Tunney’s PastureOttawa, ON K1A 0L2TEL: (613) 957-0981EMAIL: [email protected]

Charles SéguinEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1463EMAIL: [email protected]

Keith SeifertEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1378EMAIL: [email protected]

Les ShugarNairn Research Lab, Hyland SeedsW.G. Thompson & Sons Limited

R#1, Ailsa Craig, ON N0M 1A0TEL: (519) 232-4341EMAIL: [email protected]

John SimmondsEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 21Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1313EMAIL: [email protected]

Jas SinghEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1662EMAIL: [email protected]

Clay SnellerOhio State University1680 Madison AvenueWooster, OH 44691 USATEL: (330) 263-3944EMAIL: [email protected]

Daryl SomersCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-4503EMAIL: [email protected]

Veldon SorensonAgricultural DivisionBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Ellen SparryC & M SeedsR.R. #3Palmerston, ON N0G 2P0TEL: (519) 343-2126EMAIL: esparry@redwheat,com

Jo-Ann StebbingCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0827EMAIL: [email protected]

Marian StypaSyngenta Crop Protection Canada Inc.140 Research LaneGuelph, ON N1G 4Z3TEL: (519) 837-5324EMAIL: [email protected]

Lily Tamburic-IllincicRidgetown College, University of GuelphMain Street EastRidgetown, ONTEL: (519) 674-1611EMAIL: [email protected]

Titus TaoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1978EMAIL: [email protected]

Jeff TaylorPioneer Hi-Bred, University of GuelphCrop Science BuildingGuelph, ON N1G 2W1TEL: (519) 824-4120 Ext. 3570EMAIL: [email protected]

Andy TekauzCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 983-0944EMAIL: [email protected]

Albert TenutaOntario Ministry of Agriculture, Food andRural AffairsP.O. Box 400Ridgetown, ONTEL: (519) 674-1617EMAIL: [email protected]

Julian ThomasCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-1134EMAIL: [email protected]

Lawrence ThomsonSaskatchewan Wheat Pool#102-407 Downey RoadSaskatoon, SK S7N 4L8TEL: (306) 933-0541EMAIL: [email protected]

Ulf ThraneMycology Group, BioCentrum-DTUTechnical University of DenmarkSNltofts Plads 221DK-2800 Kgs. Lyngby, DenmarkTEL: +45 4525 2630EMAIL: [email protected]

Geoffrey TownshendSyngenta Seeds Ltd.Pampisford Road, Great AbingtonCambridge CB1 6AH, United KingdomTEL: +44 1223 893409EMAIL:[email protected]

Raymond TropianoEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1444EMAIL: [email protected]

James TuckerBrandon Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaP.O. Box 1000A, R.R. #318th Street North & Grand Valley RoadBrandon, MB R7A 5Y3TEL: (204) 726-7650EMAIL: [email protected]

Peter TuinemaOntario Wheat Producers Marketing BoardBox 1058, 190 Nicklin RoadGuelph, ON N1H 6N1TEL: (519) 943-2809EMAIL: [email protected]

Kelly TurkingtonLacombe Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada6000 C&E TrailLacombe, AB T4L 1W1TEL: (403) 782-8138EMAIL: [email protected]

Lynne UnderhillFeed SectionCanadian Food and Inspection Agency59 Camelot DriveNepean, ON K1A 0Y9TEL: (613) 225-2342EMAIL: [email protected]

William Van TasselFédération des Producteurs de CulturesCommerciales du Québec448 St. IsidoreHerbertville, QC G8N 1L7TEL: (418) 344-1461EMAIL: [email protected]

Bernard VigierEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1622EMAIL: [email protected]

Harvey VoldengEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1652EMAIL: [email protected]

Doug VothCrop Development CentreUniversity of Saskatchewan51 Campus DriveSaskatoon, SK S7N 5A8TEL: (306) 966-8480EMAIL: [email protected]

Bob WatsonEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1655EMAIL: [email protected]

Larry WhiteSeCan Association201-52 Antares DriveOttawa, ON K2E 7Z1TEL: 613-225-6891EMAIL: [email protected]

Jim WilkieBayer1800, 639-5 Avenue SWCalgary, AB T2P 0M9TEL: (403) 932-9006EMAIL: [email protected]

Clyde WilsonBayer Inc.77 Belfield RoadToronto, ON M6W 1G6TEL: (416) 248-0771

Tsegaye WoldemariamEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm960 Carling Avenue, Building 99Ottawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1620EMAIL: [email protected]

Allen XueEastern Cereal and Oilseed Research CentreAgriculture and Agri-Food CanadaCentral Experimental Farm

960 Carling Avenue, K.W. Neatby BuildingOttawa, ON K1A 0C6TEL: (613) 759-1513EMAIL: [email protected]

Zhuping YangCereal Research CentreAgriculture and Agri-Food Canada195 Dafoe RoadWinnipeg, MB R3T 2M9TEL: (204) 984-0895EMAIL: [email protected]

Jiazheng YuanDepartment of Plant AgricultureCrop Science Bldg., University of GuelphGuelph, ON N1G 2W1TEL: (519) 824-4120 Ext. 8180EMAIL: [email protected]

Proceedings / Compte-rendu · Radhey Pandeya Fusarium research and development at the Eastern...

Documents

Transcript of Proceedings / Compte-rendu · Radhey Pandeya Fusarium research and development at the Eastern...