resistenza ai parassiti: implicazioni per il breeding

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1 Uso sostenibile dei prodotti fitosanitari e IPM: prospettive di ricerca in Italia. Roma settembre 2008 Genetica e genomica per la resistenza ai parassiti: implicazioni per il breeding Adriano Marocco, Istituto di Agronomia, Genetica e Coltivazioni erbacee, Università Cattolica S. Cuore, Piacenza

2 Funghi micotossigeni SAPROFITI PATOGENI DELLE PIANTE Aspergillus spp. Penicillium spp. Fusarium spp.

3 FUSARIOSI DELLA SPIGA La fusariosi della spiga (FHB) ha un impatto fortemente negativo sulle produzioni dei cereali resa in granella qualità della granella contaminazione delle cariossidi con micotossine

4 FRUMENTO Sintomi di FHB su spighe e cariossidi di frumento Esistono resistenze genetiche; la resistenza è quantitativa e fino ad ora nessuna reazione del tipo verticale è stata identificata

5 Resistenza a Fusarium in cultivars di frumento confrontato con quello delle più resistenti linee sperimentali 100 FHB severity (%) DON (ppm) Ar_Fo-338 T.macha Petrus Apache Enno Capo Dream Forno Orvantis Riband Hussar Furore G16-92 A Arina BVAL BVAL BVAL } Discendenti di Sumai-3

6 Opzioni per la selezione Selezione fenotipica Condotta di norma in ambienti controllati in cui si eseguono inoculi artificiali Selezione genotipica Basata su marcatori del DNA Allele del marker strettamente associato al locus di resistenza (QTL). Nel caso ideale, marker perfetto Buerstmayr et al. (2009) Review. Plant Breeding 128: Löffler et al. (2009) Meta QTL analysis. Mol. Breeding 23: Liu et al. (2009) Meta-analysis of QTL Crop Science 49:

7 Conoscenze attuali su QTL di resistenza per FHB Buerstmayr et al. (2009) Review. Plant Breeding 128: Löffler et al. (2009) Meta QTL analysis. Mol. Breeding 23: Liu et al. (2009) Meta-analysis of QTL Crop Science 49: QTL in frumento esaploide Piu di 46 pubblicazioni, dal > 200 QTL riportati, su tutti i cromosomi di frumento QTL in frumento tetraploide 4 pubblicazioni, resistenza derivata da T. dicoccoides ot. carthlicum QTL in specie related 2 pubblicazioni (Triticum macha, Thinopyrum ponticum)

8 0 20 Xbarc75 Xgwm389 Xgwm533.1 Xbarc147 Xgwm493 Xbarc87 Xgwm Xgwm566 Xwmc231 Xbarc68 Xwmc612 Xgwm376 Xwmc527 Xwmc787 Xwmc Ernie [44] Wangshuibai [30] DH181 [14] Wangshuibai [25] Xbarc FHB spread Multiple traits Nyu Bai [13] Huapei 57-2 [12] Fhb1 [1,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,23,24,25,26,27,29,30] QTL Review 3B 140 Xgwm247 Xwmc261 Xgwm340 Fhb1 Buerstmayr et al. 2009, Plant Breed 128: 1-26

9 QTL Review Meta QTL analysis Xbarc75 Xgwm389 Xgwm533.1 Xbarc147 Xgwm493 Xbarc87 Xgwm533.2 Xgwm566 Xwmc231 Xbarc68 Xwmc612 Xgwm376 Xwmc527 Xwmc787 Xwmc291 Xbarc77 Xgwm247 Xwmc261 Xgwm340 3B Fhb1 [1,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,23,24,25,26,27,29,30] Fhb1 Wangshuibai [30] DH181 [14] Nyu Bai [13] Huapei 57-2 [12] Wangshuibai [25] Ernie [44] * Fhb1 (Qfhs.ndsu-3BS) Nearly perfect marker: Umn10 PCR, co-dominant Liu et al Buerstmayr et al FHB spread Multiple traits 9

10 0 Xbarc10 20 Xgwm443 Xgwm A Nyu Bai [13] Ernie [44] F201R [36] Frontana [31] CJ 9306 [17,18] Wangshuibai [29] Wangshuibai [28] DH181 [14] W14 [15] CM [8,9] Renan [35] Renan [35] Xgwm293 Xgwm415 Xgwm129 Xbarc117 Xbarc186 Xbarc180 Xgwm304 Xgwm96 Xgwm156 Xgwm639 Xgwm617 Xwmc415 Xgwm666 Xbarc Xgwm126 Xgwm B1 Buerstmayr et al FHB spread FHB incidence FHB severity DON Multiple traits QTL Review

11 MAS-Back-cross per QTL di resistenza Selezione usando marcatori associati ai QTL di resistenza al Fusarium (Salameh et al., 2010, Mol Breed On line first). CM x Winter Wheat (9 diverse cultivars) F 1 x WW MAS per 2 QTL BC 1 x WW MAS per 2 QTL BC 2 selfing MAS per 2 QTL Qfhs.ifa-5A Fhb1(3BS) AA AA aa aa BB bb BB bb Salameh et al. (2010) 11

12 FHB severity (AUDPC) e resa sulle linee sorelle BC 2 Medie da 6 esperimenti: 3 stagioni (*2006, 2007, 2008), 2 isolati: F. graminearum, F. culmorum a b b a b b a a a b b b c c Salameh et al. (2010) Ludwig(3) aabb AAbb aabb AABB CH76152 aabb AAbb aabb AABB Charger(1) aabb AAbb aabb AABB Charger(2) aabb AAbb aabb AABB Orvantis aabb AAbb aabb AABB AUDPC c c c c c a a a a b b b b b b c c c * * LSD0.05=1.1 tha -1 * 6 5 Akteur Rainer Hermann Ludwig aabb AAbb aabb AABB CH76152 aabb AAbb aabb AABB Charg aabb AAbb aabb AABB Orvantis aabb AAbb aabb AABB t ha -1

13 Aspergillus Diplodia Fusarium Gibberella Nigrospora Penicillium Trichoderma Cladosporium

14 MAIS: resistenza a Fusarium verticillioides Robertson-Hoyt et al., 2006, Crop Sci 46: : : risposta al marciume della spiga data da Fusarium e contaminazione da fumonisine in due popolazioni indipendenti (GEFR e NCB), cresciute in due località diverse e in due annate diverse Fusarium QTL in GEFR Fusarium QTL in NCB Fusarium QTL e accumulo Fumonisine in GEFR Fusarium QTL e accumulo Fumonisine in NCB

15 MAIS: resistenza a Fusarium verticillioides Ding et al., 2008, Mol Breed 22: : : 187 F8:9 RILs in 2 località diverse e in due annate diverse; le linee differiscono solo di 2 gg nella fioritura ritura no maturity QTL Il QTL con maggiore effetto sul cromosoma 3 (3.04 bin) ha R 2 di 13-22% ed è delimitato dai marcatori SSR umc1025 e umc1742 Conclusione: le informazioni riguardo alla posizione dei QTL per la resistenza al patogeno in mais risultano ancora incomplete forse a causa della forte influenza degli effetti ambientali sulla risposta fenotipica.

16 Ritrovare un segnale radicale efficace per il controllo biologico degli insetti dannosi : il caso di Diabrotica virgifera

17 Heterorhabditis megidis (E)-β-Caryophyllene

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19 In conclusione Breeding per resistenza attualmente richiede risorse La selezione fenotipica classica è comunque una strategia di successo MAS è promettente per QTL con effetti consistenti Perfect markers devono ancora essere identificati per molti QTL Il potenziale della selezione genomica dovrebbe essere esplorato SCAB USA