Screening Cotton genotyper for kantet nematode Resistance
Summary
Her presenteres en protokoll for den raske ikke-destruktive screening av bomulls genotyper for kantet nematode motstand. Protokollen innebærer visuelt undersøke røttene av nematode-infiserte bomull frøplanter å bestemme infeksjon respons. Den vegetative skyte fra hver plante er deretter spres for å gjenopprette planter for frøproduksjon.
Abstract
En rask ikke-destruktiv kantet nematode (Rotylenchulus reniformis) screening protokollen er nødvendig for utvikling av resistente bomull (syrer hirsutum) varianter for å forbedre nematode ledelse. De fleste protokollene innebære utpakking vermiform nematoder eller egg fra bomull rotsystemet eller potting jord for å bestemme befolkningstetthet eller reproduksjon rate. Disse tilnærmingene er vanligvis tidkrevende med et lite antall genotyper evaluert. En alternativ tilnærming er beskrevet her hvor rotsystemet er visuelt undersøkt for nematode infeksjon. Protokollen innebærer vaksinere bomull frø 7 dager etter planting med vermiform nematoder og bestemme antall kvinner festet til roten systemet 28 dager etter inoculation. Data uttrykkes som antall hunner per gram av fersk rot vekt for å justere for variasjon i rot vekst. Protokollen gir en utmerket metode for å evaluere verts anlegget motstand forbundet med evne til nematode å etablere en infeksjon området; motstand som hindrer nematode reproduksjon, vurderes imidlertid ikke. Som med andre screening protokoller, er variasjon ofte observert i nematode infeksjon blant enkelte genotyper innenfor og mellom eksperimenter. Data presenteres for å illustrere omfanget av variasjon som er observert ved bruk av protokollen. For å justere for denne variasjonen, er kontroll genotyper inkludert i eksperimenter. Likevel gir protokollen en enkel og rask metode for å evaluere verts anlegget motstand. Protokollen har blitt brukt til å identifisere resistente tiltredelser fra G. arboreum germplasm samling og evaluere segregerende bestander av mer enn 300 individer å bestemme genetikk av resistens. En vegetative forplantning metode for å utvinne planter for resistens avl ble også utviklet. Etter fjerning av rotsystemet for nematode evaluering, er vegetative skyte omplantede å tillate utvikling av et nytt rotsystem. Mer enn 95% av skuddene vanligvis utvikle et nytt rotsystem med planter nå modenhet.
Introduction
Rotylenchulus reniformis (Linford og Oliveira), ofte referert til som kantet nematode, er en av de store parasitt nematode arter som finnes i jordsmonnet i det sørøstlige USA1,2,3. Den nematode er en forplikte, stillesittende semi-endoparasite krever en vert plante for å fullføre sin livssyklus2,4. Vermiform preadult kvinnelig nematoder trenge inn i verts rotsystemet for å etablere et fôrings sted i stele2,3. Som nematode feeds og modnes, den bakre delen gjenværende utenfor verten roten vil svelle på eggproduksjon, danner en karakteristisk nyre form (figur 1). Rotylenchulus reniformis er i stand til fôring på rotsystemet av mer enn 300 plantearter, inkludert bomull4. Upland bomull (syrer hirsutum L.) er mye dyrket i det sørøstlige USA, men mangelen på R. reniformis resistente varianter hindrer nematode Management2,3. Management strategier som nematicide behandling og rotasjon med ikke-vert beskjære arter har blitt brukt til å redusere jord R. reniformis befolkningstetthet5,6, men frø bomull yield tap kan vanligvis varierer fra 1 til 5%2. Symptomer på R. reniformis infeksjon kan inkludere plante stunting, undertrykt rot vekst, ernæringsmessige mangler, frukt abort, og forsinket modenhet2. Imidlertid kan symptomene ikke være tydelig på grunn av ensartethet av symptomer på tvers av feltet; Derfor tilnærminger for å vurdere R. reniformis infeksjon er nødvendig for å identifisere og utvikle resistente Upland bomull varianter. Evaluering av R. reniformis motstand i bomull anses vanskelig7, fordi det infiserte rotsystemet kan vises normalt selv om anlegget kan vise symptomer på infeksjon8.
En effektiv nematode screening protokollen er nødvendig for identifisering av R. reniformis motstandsdyktig tiltredelser fra bomull germplasm samlingen, og for fastsettelse av motstanden genetikk for disse tiltredelser. En slik protokoll vil hjelpe til med overføring av motstands gener til høyereliggende bomull. Ulike fotokarsinogenetisk metoder har blitt brukt til å vurdere R. reniformis infeksjon i bomull8,9,10,11,12,13,14,15. Generelt har to store tilnærminger blitt brukt for identifisering av R. reniformis motstandsdyktig bomulls genotyper. Den mest brukte tilnærmingen innebærer utpakking egg og/eller vermiform nematoder fra infiserte planter eller jord8, 11,12,14,15. Den generelle metodikk for denne tilnærmingen innebærer planting frø for den enkelte bomull genotyper i separate Potter, slik at frøplanter å utvikle i 7 til 14 dager, vaksinere frøplanter ved å legge en blanding av vermiform stadier av R. reniformis til jord, og la nematoder å infisere rotsystemet for 30 til 60 dager. Neste, vermiform nematoder og/eller egg er Hentet fra det infiserte rotsystemet av hver plante eller fra potting jord. Antall utpakkede nematoder eller egg er deretter fast bestemt på å anslå befolkningstettheten og reproduksjons hastigheten, som sammenlignes med kontroll genotyper for å identifisere resistente genotyper.
En alternativ tilnærming, som beskrevet her, innebærer mikroskopisk undersøke bomull rotsystem som har blitt smittet med nematoder å bestemme antall kvinnelige nematoder igle røttene10,16. I likhet med andre tilnærminger, er bomull genotyper plantet i separate Potter og inokulert med vermiform nematoder ca 7 dager etter planting. Innen 30 dager etter inoculation, rotsystemet er fjernet fra enkelte planter og jorda er skylt fra røttene. Deretter nematoder festet til rotsystemet er farget med rød mat coloring17, og røtter er mikroskopisk undersøkt for å fastslå antall infeksjoner nettsteder med resistente bomull genotyper (identifisert basert på antall nematoder per gram av root) sammenlignet med en mottakelig kontroll16. Denne andre tilnærmingen har fordelen av økt gjennomstrømning ved å redusere antall dager som kreves for evaluering og øke antall individuelle genotyper som evalueres i et enkelt eksperiment. Screening metoder som vurderer befolkningstetthet eller reproduksjon rate er ofte mer tidkrevende enn de som er basert på visuelle observasjoner av smitte tegn7. Men en begrensning av denne tilnærmingen er at verts anlegget motstand som hindrer nematode reproduksjon som bestemmes av eggproduksjon er ikke vurdert13.
Screening protokoller for R. reniformis motstand ofte ødelegge det rotsystem i løpet av bedømmelse7 og innvolvere det vegetative skudd tilværelse kasserte. For å overvinne denne begrensningen, har en metode for vegetative forplantning blitt utviklet for å tillate gjenvinning av planter for frøproduksjon18. Etter fjerning av rotsystemet for nematode evaluering, er vegetative skyte plantet i potting jord for å la rotsystemet til regrow. Denne metoden har brede programmer for de fleste R. reniformis screening protokoller. En enkel og rask metode for vegetative forplantning er av avgjørende betydning for avl R. reniformis motstandsdyktig Upland bomull varianter, hvor utvinning av avkom er nødvendig for å fremme motstandsdyktig genotyper til neste generasjon.
En protokoll er presentert for stor skala screening av bomull genotyper for kantet nematode motstand. Målet er å utvikle en enkel og rask ikke-destruktiv screening metode for å evaluere bomull avl populasjoner for nematode motstand for å hjelpe i avl av resistente Upland bomull varianter. Ved hjelp av denne protokollen, er data vanligvis innhentet innen 35 dager, med mer enn 300 genotyper evaluert i et enkelt eksperiment. Data presenteres for resistente og mottakelige genotyper for å illustrere variasjonen som vanligvis observeres ved hjelp av disse metodene.
Protocol
Representative Results
Discussion
En effektiv screening-protokoll kreves for 1) identifikasjon av R. reniformis motstandsdyktig bomull genotyper for å evaluere genetikk av motstand og 2) avl av resistente varianter. De fleste protokollene vurdere R. reniformis befolkningstettheten eller reproduksjons ratene ved å trekke ut vermiform nematoder eller egg fra bomulls rotsystemet eller potting jord8,11,12,<sup class="…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble finansiert av det amerikanske Landbruksdepartementet, Agricultural Research Service. Omtale av handelsnavn og kommersielle produkter i denne artikkelen er utelukkende for det formål å gi spesifikk informasjon og ikke antyde anbefalinger eller anbefalinger fra US Department of Agriculture. USDA er en likeverdig mulighet leverandør og arbeidsgiver. Forfatterne har ingen interessekonflikt å erklære. Teknisk assistanse ble levert av Kristi Jordan.
Materials
| Ray Leach Cone-tainer | Stuewe and Sons Inc. | SC10U | |
| Cone-tainer tray | Stuewe and Sons Inc. | RL98 | |
| Sand | various | ||
| Cotton balls | various | ||
| Pylon 4 inch plant labels (4 in L x 5/8 in W) | Pylon Platics | L-4-W | Any brand or vendor is acceptible. |
| 4 oz. specimen containers | Fisher Scientific | 16-320-731 | Any brand or vendor is acceptible. |
| Red food coloring | McCormick & Co., Inc. | ||
| 1 mL Pipet tips | various | ||
| 10 L container | various | Inexpensive buckets work well. | |
| 6 L pots | Nursery Supplies Inc. | Poly-Tainer-Can No2A | Any brand or vendor is acceptible. Different size pots can be used |
| Potting media | Sun Gro Horticulture | Metro-Mix 360 | Any brand or vendor is acceptible. |
| Fertilizer | Everris NA Inc. | Osmocote Plus | Any brand or vendor is acceptible. |
| Plastic container (73.6 cm L x 45.7 cm W x 15.2 cm D) | Rubbermaid | 3O29 | Any brand or vendor is acceptible. |
Referências
- Heald, C. M., Robinson, A. F. Survey of current distribution of Rotylenchulus reniformis. in the United States. Journal of Nematology. 22 (4), 695-699 (1990).
- Koenning, S. R., Wrather, J. A., Kirkpatrick, T. L., Walker, N. R., Starr, J. L., Mueller, J. D. Plant-parasitic nematodes attacking cotton in the United States: old and emerging production challenges. Plant Disease. 88 (2), 100-113 (2004).
- Robinson, A. F. Reniform in U.S. cotton: when, where, why, and some remedies. Annual Review of Phytopathology. 45, 263-288 (2007).
- Robinson, A. F., Inserra, R. N., Caswell-Chen, E. P., Vovlas, N., Troccoli, A. Rotylenchulus species: identification, distribution, host ranges, and crop plant resistance. Nematropica. 27 (2), 127-180 (1997).
- Davis, R. F., Koenning, S. R., Kemerait, R. C., Cummings, T. D., Hurley, W. D. Rotylenchulus reniformis management in cotton with crop rotation. Journal of Nematology. 35 (1), 58-64 (2003).
- Starr, J. L., Koenning, S. R., Kirkpatrick, T. L., Robinson, A. F., Roberts, P. A., Nichols, R. L. The future of nematode management in cotton. Journal of Nematology. 39 (4), 283-294 (2007).
- Weaver, D. B., Lawrence, K. S., van Santen, E. Reniform nematode resistance in upland cotton germplasm. Crop Science. 47 (1), 19-24 (2007).
- Robinson, A. F., Cook, C. G., Percival, A. E. Resistance to Rotylenchulus reniformis and Meloidogyne incognita race 3 in the major cotton cultivars planted since 1950. Crop Science. 39 (3), 850-858 (1999).
- Carter, W. W. Resistance and resistant reaction of Gossypium arboreum to the reniform nematode, Rotylenchulus reniformis. Journal of Nematology. 13 (3), 368-374 (1981).
- Erpelding, J. E., Stetina, S. R. Genetics of reniform nematode resistance in Gossypium arboreum germplasm line PI 529728. World Journal of Agricultural Research. 1 (4), 48-53 (2013).
- Robinson, A. F., Bridges, A. C., Percival, A. E. New sources of resistance to the reniform (Rotylenchulus reniformis) and root-knot (Meloidogyne incognita) nematode in upland (Gossypium hirsutum L.) and sea island (G. barbadense L.) cotton. Journal of Cotton Science. 8 (3), 191-197 (2004).
- Robinson, A. F., Percival, A. E. Resistance to Meloidogyne incognita race 3 and Rotylenchulus reniformis in wild accessions of Gossypium hirsutum and G. barbadense from Mexico. Journal of Nematology. 29 (4), 746-755 (1997).
- Stetina, S. R., Young, L. D. Comparisons of female and egg assays to identify Rotylenchulus reniformis resistance in cotton. Journal of Nematology. 38 (3), 326-332 (2006).
- Usery, S. R., Lawrence, K. S., Lawrence, G. W., Burmester, C. H. Evaluation of cotton cultivars for resistance and tolerance to Rotylenchulus reniformis. Nematropica. 35 (2), 121-133 (2005).
- Yik, C. -. P., Birchfield, W. Resistant germplasm in Gossypium species and related plants to Rotylenchulus reniformis. Journal of Nematology. 16 (2), 146-153 (1984).
- Stetina, S. R., Erpelding, J. E. Gossypium arboreum accessions resistant to Rotylenchulus reniformis. Journal of Nematology. 48 (4), 223-230 (2016).
- Thies, J. A., Merrill, S. B., Corley, E. L. Red food coloring stain: new, safer procedures for staining nematodes in roots and egg masses on root surfaces. Journal of Nematology. 34 (2), 179-181 (2002).
- Erpelding, J. E., Stetina, S. R. Genetic characterization of reniform nematode resistance for Gossypium arboreum accession PI 417895. Plant Breeding. 137 (1), 81-88 (2018).
- Byrd, D. W., et al. Two semi-automatic elutriators for extracting nematodes and certain fungi from soil. Journal of Nematology. 8 (3), 206-212 (1976).
- Jenkins, W. R. A rapid centrifugal-flotation technique for separating nematodes from soil. Plant Disease Reporter. 48 (9), 692 (1964).
- Robinson, A. F., Heald, C. M. Carbon dioxide and temperature gradients in Baermann funnel extraction of Rotylenchulus reniformis. Journal of Nematology. 23 (1), 28-38 (1991).
- Williams, C., Gilman, D. F., Fontenot, D. S., Birchfield, W. A rapid technique for screening soybeans for reniform nematode resistance. Plant Disease Reporter. 63 (10), 827-829 (1979).
- Schmitt, D. P., Shannon, G. Differentiating soybean responses to Heterodera glycines races. Crop Science. 32 (1), 275-277 (1992).
