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Variation among Fusarium species and isolates infecting wheat ears based on aggressiveness, mycotoxin production and RAPD-PCR analysis / Variabilität von Aggressivität, Mykotoxinbildung und RAPD-PCR-Muster zwischen Fusarium-Arten und -Isolaten von Weizenähren

J. W. Muthomi, E.-C. Oerke, E. W. Mutitu, A. Schade-Schuetze and H.-W. Dehne
Zeitschrift für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz / Journal of Plant Diseases and Protection
Vol. 109, No. 5 (September 2002), pp. 462-477
Published by: Verlag Eugen Ulmer KG
Stable URL: http://www.jstor.org/stable/43215469
Page Count: 16
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Variation among Fusarium species and isolates infecting wheat ears based on aggressiveness, mycotoxin production and RAPD-PCR analysis / Variabilität von Aggressivität, Mykotoxinbildung und RAPD-PCR-Muster zwischen Fusarium-Arten und -Isolaten von Weizenähren
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Abstract

Fusarium species from Germany and Kenya were investigated for the variation in mycotoxin production, aggressiveness on wheat ears and PCR-based DNA fingerprints in order to characterize the Fusarium species and isolates involved in the head scab complex of wheat in different regions. Nineteen isolates of F. graminearum from Kenya were screened for aggressiveness and trichothecene production on wheat ears and in vitro-mycotoxin production on autoclaved cracked corn. Two isolates of each Fusarium species, F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum and F. poae, respectively, were compared for their virulence and aggressiveness on four winter wheat cultivars. Twenty isolates belonging to various Fusarium species differing in mycotoxin production and aggressiveness in wheat were characterized by random amplified polymorphic DNA (RAPD-PCR). The Fusarium species were differentiated by cluster analysis of the PCR products using decamer random primers. Isolates of F. graminearum markedly varied in aggressiveness and mycotoxin production. Variation among isolates was also evident in RAPD-PCR profiles, indicating that it is genetically inherited. For F. culmorum isolates from Germany, RAPD-PCR profiles did not clearly differentiate between nivalenol- and deoxynivalenol-producing isolates, for F. graminearum however, the two chemotypes could be discriminated. Therefore, most of the F. culmorum isolates may be capable of producing both trichothecenes, as was demonstrated by a few isolates of this species. Differences in aggressiveness of isolates of F. graminearum and F. culmorum isolates, however, could not be related to the variation in RAPD patterns. The high genetic variability for aggressiveness and mycotoxin production among isolates of Fusarium species within small regions considerably complicates the forecasting of the effects of head scab on yield quantity and quality. Fusarium-Arten und -Isolate, die in Deutschland und Kenia von Weizenähren isoliert worden waren, wurden anhand ihrer Mykotoxinbildung, der Aggressivität an Weizenähren und den mittels RAPD-PCR erstellten DNA Fingerprints charakterisiert und differenziert. Neunzehn Isolate von F. graminearum aus verschiedenen kenianischen Anbaugebieten wurden auf ihre Aggressivität (= Wirkung auf das Tausendkorngewicht) und Trichothecenbildung an Weizenähren (Sorte 'Mbuni') und die in vitro Mykotoxinbildung an autoklaviertem Mais untersucht. Jeweils zwei Isolate der Fusarium-Arten F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum and F. poae wurden hinsichtlich ihrer Virulenz und Aggressivität an den Ähren der vier Weizensorten 'Ambras', 'Astron', 'Batis' und 'Toronto' miteinander verglichen. Zwanzig Isolate verschiedener Fusarium-Arten, die sich in Aggressivität und Mykotoxinbildung an Weizen unterschieden, sowie 21 Isolate von F. culmorum aus Deutschland wurden zusätzlich mittels RAPD-PCR-Technik differenziert. Die Fusarium-Arten konnten anhand einer Cluster-Analyse der jeweils mit acht Decamer-RAPD-Primern gebildeten PCR-Produkte differenziert werden. Die Isolate von F. graminearum - neben F. poae die häufigste Fusarium-Art an kenianischen Weizenproben - wiesen in ihrer Aggressivität und Mykotoxinbildung an Weizenähren eine erhebliche Variationsbreite auf. Eine große Variabilität zwischen den Isolaten einer Art war für diese Isolate sowie die Isolate von F. culmorum aus Deutschland auch mittels RAPD-PCR nachzuweisen. Für F. culmorum erlaubten die PCR-Produkte keine eindeutige Differenzierung zwischen Nivalenol (NIV)- und Deoxynivalenol (DON)-bildenden Isolaten, dagegen konnten diese beiden Chemotypen bei F. graminearum anhand der Cluster-Analyse unterschieden werden. Daher ist anzunehmen, das die meisten Isolate von F. culmorum in der Lage sind, beide Trichothecene zu bilden, wie dies für einige Isolate dieser Art nachgewiesen worden ist. Die Unterschiede in der Aggressivität zwischen den Isolaten von F. graminearum bzw. F. culmorum konnten dagegen nicht Unterschieden in den PCR-Bandenmustern zugeordnet werden. Die große genetische Variabilität zwischen den Fusarium-Anen bzw. Isolaten einzelner Arten, die sich in erheblichen Unterschieden in der Schadwirkung auf die Ertragsbildung des Weizens und im Spektrum bzw. der Menge der gebildeten Mykotoxine widerspiegeln, erschweren eine Vorhersage bzw. die Bewertung des Fusarium-Befalls der Pflanzen; dies gilt vor allem für Regionen, in denen aufgrund des Klimas und pflanzenbaulicher Maßnahmen mehrere Fusarium-Arten von Bedeutung sind.

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