Fusarium diseases of sunflower and wheat in Tambov region

The study of prevalence and species composition of Fusarium fungi on sunflower and winter wheat crops was carried out in Tambov region. In 1992-2020, 15 Fusarium fungi were identified on sunflower crops. It was identified that the predominant species infecting sunflower plants and seeds are Fusarium oxysporum, F. oxysporum var. orthoceras, F. verticillioides, and F. tricinctum. The prevalence of these pathogens was 16.3-21.8%. On the grain of winter wheat, Fusarium poae, F. equiseti and F. sporotrichioides were more common (19.6-28.6%). It was found that the seeds of Lgovskaya 8, Don Awnless and Don’s Governor were less affected by fusarium infection (by 3 - 4%). It was observed that Fusarium fungi are associated with certain winter wheat varieties. Research results may be useful for specialists studying diseases of sunflower and wheat.

Apicidin biosynthesis is linked to accessory chromosomes in Fusarium poae isolates

Background Fusarium head blight is a disease of global concern that reduces crop yields and renders grains unfit for consumption due to mycotoxin contamination. Fusarium poae is frequently associated with cereal crops showing symptoms of Fusarium head blight. While previous studies have shown F. poae isolates produce a range of known mycotoxins, including type A and B trichothecenes, fusarins and beauvericin, genomic analysis suggests that this species may have lineage-specific accessory chromosomes with secondary metabolite biosynthetic gene clusters awaiting description. Methods We examined the biosynthetic potential of 38 F. poae isolates from Eastern Canada using a combination of long-read and short-read genome sequencing and untargeted, high resolution mass spectrometry metabolome analysis of extracts from isolates cultured in multiple media conditions. Results A high-quality assembly of isolate DAOMC 252244 (Fp157) contained four core chromosomes as well as seven additional contigs with traits associated with accessory chromosomes. One of the predicted accessory contigs harbours a functional biosynthetic gene cluster containing homologs of all genes associated with the production of apicidins. Metabolomic and genomic analyses confirm apicidins are produced in 4 of the 38 isolates investigated and genomic PCR screening detected the apicidin synthetase gene APS1 in approximately 7% of Eastern Canadian isolates surveyed. Conclusions Apicidin biosynthesis is linked to isolate-specific putative accessory chromosomes in F. poae. The data produced here are an important resource for furthering our understanding of accessory chromosome evolution and the biosynthetic potential of F. poae.

Apicidin Biosynthesis Is Linked to Accessory Chromosomes in Fusarium Poae Isolates

Background: Fusarium poae is frequently associated with cereal crops showing symptoms of Fusarium head blight, a disease of global concern that reduces crop yields and renders grains unfit for consumption due to mycotoxin contamination. While previous studies have shown F. poae isolates produce a range of known mycotoxins, including type A and B trichothecenes, fusarins and beauvericin, genomic analysis suggests that there remain many secondary metabolites awaiting description.Methods: We examined the biosynthetic potential of 38 F. poae isolates from Eastern Canada using a combination of long-read and short-read genome sequencing and untargeted, high resolution mass spectrometry metabolome analysis of extracts from isolates cultured in multiple media conditions.Results: A high-quality assembly of isolate DAOMC 252244 (Fp157) contained four core chromosomes as well as seven additional contigs with traits associated with accessory chromosomes. One of the predicted accessory contigs harbours a functional biosynthetic gene cluster containing homologs of all genes associated with the production of apicidins. Metabolomic and genomic analyses confirm apicidins are produced in 4 of the 38 isolates investigated and genomic PCR screening detected the apicidin synthetase gene APS1 in approximately 7% of Eastern Canadian isolates surveyed.Conclusions: Apicidin biosynthesis is linked to isolate-specific putative accessory chromosomes in F. poae. The data produced here are an important resource for furthering our understanding of accessory chromosome evolution and the biosynthetic potential of F. poae isolates.

Fusarium: Producción de toxinas en granos de cebada y su interacción con Brachypodium

La cebada es uno de los cereales con mayor importancia tanto a nivel nacional como a nivel mundial y, en nuestro país, uno de sus principales destinos es la industria cervecera. Muchos estudios demuestran que este cultivo suele contaminarse por hongos que producen mermas en el rendimiento, poder germinativo y en algunos casos, toxinas nocivas para la salud, dentro de los cuales se puede citar al género Fusarium. Actualmente, en la Argentina y gran parte del mundo, se ha observado que las especies predominantes en granos de cebada son F. graminearum y F. poae. Estas dos especies producen toxinas dentro del grupo de los tricotecenos, principalmente Deoxynivalenol (DON) y Nivalenol (NIV), respectivamente. La Comunidad Europea establece como límite máximo en granos sin procesar 1,25 µg/g de DON, sin estar aún establecido el límite máximo para NIV, siendo esta última más tóxica que la primera. Estas toxinas no sólo pueden estar presentes en los granos sin procesar, sino que además son estables luego de procesos comunes de elaboración de alimentos y bebidas. Para poder caracterizar el comportamiento de este patógeno tan importante a nivel agronómico y alimenticio, se han realizado estudios de interacciones entre diferentes especies de Fusarium patógenas de flor/grano, utilizando el huésped y el tejido del cual se aisló el hongo. El objetivo de este trabajo, por un lado, fue determinar la presencia de Fusarium, identificar las especies presentes, caracterizar su potencial producción toxigénica y cuantificar las toxinas antes mencionadas, en muestras de cebada provenientes de las principales zonas productoras de nuestro país, durante las campañas 2012, 2013 y 2014. Las muestras se redujeron y se sembraron 200 granos previamente desinfectados en placas con APG al 2 % con cloranfenicol y se incubaron en cámara de crecimiento durante 5 días, aproximadamente. Los aislamientos obtenidos se identificaron morfológicamente y se corroboraron por PCR especie-específica. A su vez, se procesaron 50 gramos de muestra y se cuantificaron las micotoxinas por HPLC. Se identificaron 1180 aislamientos de Fusarium en las 119 muestras analizadas, un 51,2 % de F. graminearum, 26.2 % de F. poae y 22.6 % de otras especies. Se encontraron altas concentraciones de micotoxinas, con valores máximos de 12 µg/g de DON y 7.71 µg/g de NIV. De las muestras, 23 % contenian DON a un promedio de 2.36 µg/g, las cuales un 44 % excedían los límites máximos (promedio de 5.24 µg/g); el 29 % contenía NIV con un promedio de 2,36 µg/g; el 7 % contenía tanto DON como NIV; y el 55 % no contenian DON o NIV. Finalmente, se reportó la contaminación por micotoxinas de las muestras de granos producidas por F. graminearum y F. poae, siendo las especies de Fusarium más frecuentes presentes. Se identificaron las principales especies de Fusarium que afectan los granos de cebada malteada en Argentina y se documento la presencia de muchas muestras con concentraciones elevadas de DON y NIV. Se cree que esta investigación fue la primera en cuantificar la contaminación por Fusarium y sus toxinas en muestras de cebada en Argentina. Se evidencia la necesidad de establecer controles de contenidos de Fusarium/toxinas en cebada. Por otro lado, formando parte del objetivo del presente trabajo, se evaluó las respuestas de raíces de distintos ecotipos de Brachypodium distachyon a Fusarium spp. para proporcionar información sobre las diferencias en la susceptibilidad del hospedante y/o la agresividad fúngica. Se seleccionaron un total de 10 aislamientos de cuatro especies de Fusarium: F. graminearum, F. pseudograminearum, F. cerealis y F. poae. Se utilizaron un total de siete ecotipos de B. distachyon: Afganistán, Irán, Israel, Pakistán, Sudáfrica, Uruguay y ecotipo Bd 21. Se inocularon las raíces y se midió la necrosis de raíz a los 2, 4, 6 y 8 días después de la inoculación. Los resultados mostraron que F. graminearum fue la especie con el valor más alto de AUDPC seguido de F. pseudograminearum y F. cerealis mostró un valor intermedio de AUDPC. Fusarium poae presentó valores de AUDPC más bajos. Con respecto a Brachypodium, el ecotipo menos afectado fue Bd 21, mientras que los ecotipos restantes difirieron en la susceptibilidad. Por lo que se sabe, este es el primer informe que indica la interacción entre F. pseudograminearum, F. cerealis y F. poae con las raíces de Brachypodium. Además, se informó la variabilidad en la susceptibilidad entre los ecotipos de Brachypodium y en la agresividad de distintos aislamientos de Fusarium. Se concluye que las raíces de B. distachyon ofrecen un modelo de sistema de tejido eficiente para evaluar la interacción con Fusarium spp.

Interacción de Fusarium graminearum y Fusarium poae en cebada y trigo, bajo condiciones de temperatura actuales y proyectadas a futuro

La cebada (Hordeum vulgare L.) y el trigo (Triticum aestivum L.) son dos de los cereales de invierno más importantes, tanto a nivel mundial como en la Argentina. Por otra parte, la enfermedad conocida como fusariosis de la espiga es una de las principales enfermedades de los cultivos mencionados, ocurriendo en todas las regiones cerealeras del mundo, causando daños cuantitativos, cualitativos y económicos. Actualmente, en la Argentina y en gran parte del mundo, se ha reportado que los principales agentes etiológicos de esta enfermedad son Fusarium graminearum y Fusarium poae, productores de micotoxinas tales como deoxinivalenol, sus derivados acetilados, y nivalenol, respectivamente. Con respecto a las condiciones ambientales, numerosos estudios proyectan que las mismas variarán en un futuro cercano y que la temperatura será una de las variables más afectadas por el cambio climático. Como consecuencia, esto no traería solamente aparejado problemas de variación en los rendimientos, sino un posible aumento en el riesgo de presencia de micotoxinas. Sin embargo, se desconoce cómo afectarán estos cambios la diversidad de cada especie fúngica en particular, siendo el potencial impacto del cambio climático sobre la productividad agrícola aún incierto.Considerando los antecedentes mencionados previamente, el objetivo general del presente trabajo fue estudiar el efecto de la interacción entre F. graminearum y F. poae (especies de Fusarium con mayor prevalencia e interés agroalimenticio) en los dos cereales de invierno con mayor superficie sembrada en la Argentina (cebada y trigo), bajo condiciones de temperatura actuales y proyectadas a futuro. Para ello, se plantearon las siguientes hipótesis: (i) la interacción de los distintos genotipos de cebada y trigo con F. graminearum y F. poae se encuentra relacionada al genotipo y a la especie de Fusarium inoculada, siendo ésta significativamente mayor cuando los patógenos se inoculan de manera conjunta; (ii) el aumento de la temperatura nocturna favorece la colonización y producción de toxinas de Fusarium. Con este fin, en el presente trabajo se evaluó: (i) la interacción entre F. graminearum/F. poae en cebada/trigo, durante tres campañas agrícolas (2014/2015, 2015/2016 y 2016/2017) y bajo condiciones experimentales a campo; (ii) el potencial impacto del aumento de las temperaturas nocturnas (3°C) sobre la interacción F. graminearum/F. poae en cebada/trigo, durante tres campañas agrícolas (2016/2017, 2017/2018 y 2018/2019) y bajo condiciones experimentales a campo. En ambos casos, se evaluó el potencial impacto de cada patógeno sobre parámetros de patogenicidad, rendimiento, calidad de grano y contaminación con micotoxinas.En primer lugar, los resultados obtenidos con respecto a la patogenicidad en ambos cultivos, sugieren que no existieron diferencias significativas que sustenten el sinergismo entre F. graminearum y F. poae. En cuanto al genotipo, se reportaron diferentes comportamientos con respecto a la infección por Fusarium y su impacto en variables de rendimiento y calidad, que podrían ser útiles para la20mejora genética en el futuro. Además, se observaron diferencias significativas en la degradación de las diferentes fracciones proteicas evaluadas , dependiendo de cada especie de Fusarium. Con respecto a la contaminación con micotoxinas, en ambos cultivos se registraron concentraciones de DON y 3-ADON por encima de los límites de tolerancia, aunque estas diferencias no fueron significativas, y por ende, no evidenciaron sinergismo en la producción de micotoxinas. Por lo tanto, según lo descripto anteriormente, la hipótesis (i) fue rechazada.En cuanto a los experimentos llevados a cabo bajo condiciones proyectadas de cambio climático, los resultados obtenidos en ambos cultivos mostraron que el aumento de la temperatura nocturna (3°C) favoreció el desarrollo de F. graminearum, incrementando los valores de patogenicidad significativamente tanto en cebada (2-6%) como en trigo (15-17%). Además, durante los años en los cuales las condiciones ambientales fueron favorables para el desarrollo de la enfermedad, el aumento de la temperatura nocturna impactó negativamente disminuyendo el peso de mil granos, tanto para F. graminearum (4,6-5,6%) como para F. poae (0,4-5,2%) en cebada. Por otra parte, si bien el objetivo del presente trabajo no fue evaluar el impacto de las temperaturas nocturnas per se, se registraron disminuciones significativas en cuanto al calibre de los granos (cebada) y a la composición proteica (trigo). Respecto a la contaminación con micotoxinas, el impacto del calentamiento nocturno incrementó significativamente la concentración de micotoxinas tales como DON (75,7%) y 3-ADON (68,3%) en trigo. Por ende, de acuerdo con las evidencias expuestas anteriormente, la hipótesis (ii) fue aceptada.Los resultados obtenidos a lo largo del presente trabajo, aportan conocimientos novedosos y promisiorios en lo que respecta a la interacción F. graminearum/F. poae-cebada/trigo bajo condiciones climáticas actuales y futuras. Además, los resultados obtenidos establecen las bases para potenciales investigaciones futuras, principalmente en lo que respecta a estudios de cambio climático, bajo condiciones de campo. Es de destacar, que un mejor entendimiento del patosistema Fusarium-cebada/trigo en lo que respecta a parámetros de patogenicidad, rendimiento, composición proteica y contaminación con micotoxinas, posibilitará estimar el potencial impacto de esta enfermedad sobre la calidad maltera y panadera de los granos. Sin embargo, un monitoreo constante a lo largo de toda la cadena productiva (desde la cosecha, transporte y almacenamiento de los granos) es considerado necesario, con el fin de asegurar la inocuidad y seguridad alimentaria.

Interacción de Fusarium en trigo y cebada bajo condiciones de temperaturas actuales y proyectadas a futuro

La cebada (Hordeum vulgare L.) y el trigo (Triticum aestivum L.) son dos de los cereales de invierno más importantes, tanto a nivel mundial como en la Argentina. Por otra parte, la enfermedad conocida como fusariosis de la espiga es una de las principales enfermedades de los cultivos mencionados, ocurriendo en todas las regiones cerealeras del mundo, causando daños cuantitativos, cualitativos y económicos. Actualmente, en la Argentina y en gran parte del mundo, se ha reportado que los principales agentes etiológicos de esta enfermedad son Fusarium graminearum y Fusarium poae, productores de micotoxinas tales como deoxinivalenol, sus derivados acetilados, y nivalenol, respectivamente. Con respecto a las condiciones ambientales, numerosos estudios proyectan que las mismas variarán en un futuro cercano y que la temperatura será una de las variables más afectadas por el cambio climático. Como consecuencia, esto no traería solamente aparejado problemas de variación en los rendimientos, sino un posible aumento en el riesgo de presencia de micotoxinas. Sin embargo, se desconoce cómo afectarán estos cambios la diversidad de cada especie fúngica en particular, siendo el potencial impacto del cambio climático sobre la productividad agrícola aún incierto. Considerando los antecedentes mencionados previamente, el objetivo general del presente trabajo fue estudiar el efecto de la interacción entre F. graminearum y F. poae (especies de Fusarium con mayor prevalencia e interés agroalimenticio) en los dos cereales de invierno con mayor superficie sembrada en la Argentina (cebada y trigo), bajo condiciones de temperatura actuales y proyectadas a futuro. Para ello, se plantearon las siguientes hipótesis: (i) la interacción de los distintos genotipos de cebada y trigo con F. graminearum y F. poae se encuentra relacionada al genotipo y a la especie de Fusarium inoculada, siendo ésta significativamente mayor cuando los patógenos se inoculan de manera conjunta; (ii) el aumento de la temperatura nocturna favorece la colonización y producción de toxinas de Fusarium. Con este fin, en el presente trabajo se evaluó: (i) la interacción entre F. graminearum/F. poae en cebada/trigo, durante tres campañas agrícolas (2014/2015, 2015/2016 y 2016/2017) y bajo condiciones experimentales a campo; (ii) el potencial impacto del aumento de las temperaturas nocturnas (3°C) sobre la interacción F. graminearum/F. poae en cebada/trigo, durante tres campañas agrícolas (2016/2017, 2017/2018 y 2018/2019) y bajo condiciones experimentales a campo. En ambos casos, se evaluó el potencial impacto de cada patógeno sobre parámetros de patogenicidad, rendimiento, calidad de grano y contaminación con micotoxinas. En primer lugar, los resultados obtenidos con respecto a la patogenicidad en ambos cultivos, sugieren que no existieron diferencias significativas que sustenten el sinergismo entre F. graminearum y F. poae. En cuanto al genotipo, se reportaron diferentes comportamientos con respecto a la infección por Fusarium y su impacto en variables de rendimiento y calidad, que podrían ser útiles para la mejora genética en el futuro. Además, se observaron diferencias significativas en la degradación de las diferentes fracciones proteicas evaluadas , dependiendo de cada especie de Fusarium. Con respecto a la contaminación con micotoxinas, en ambos cultivos se registraron concentraciones de DON y 3-ADON por encima de los límites de tolerancia, aunque estas diferencias no fueron significativas, y por ende, no evidenciaron sinergismo en la producción de micotoxinas. Por lo tanto, según lo descripto anteriormente, la hipótesis (i) fue rechazada. En cuanto a los experimentos llevados a cabo bajo condiciones proyectadas de cambio climático, los resultados obtenidos en ambos cultivos mostraron que el aumento de la temperatura nocturna (3°C) favoreció el desarrollo de F. graminearum, incrementando los valores de patogenicidad significativamente tanto en cebada (2-6%) como en trigo (15-17%). Además, durante los años en los cuales las condiciones ambientales fueron favorables para el desarrollo de la enfermedad, el aumento de la temperatura nocturna impactó negativamente disminuyendo el peso de mil granos, tanto para F. graminearum (4,6-5,6%) como para F. poae (0,4-5,2%) en cebada. Por otra parte, si bien el objetivo del presente trabajo no fue evaluar el impacto de las temperaturas nocturnas per se, se registraron disminuciones significativas en cuanto al calibre de los granos (cebada) y a la composición proteica (trigo). Respecto a la contaminación con micotoxinas, el impacto del calentamiento nocturno incrementó significativamente la concentración de micotoxinas tales como DON (75,7%) y 3-ADON (68,3%) en trigo. Por ende, de acuerdo con las evidencias expuestas anteriormente, la hipótesis (ii) fue aceptada. Los resultados obtenidos a lo largo del presente trabajo, aportan conocimientos novedosos y promisiorios en lo que respecta a la interacción F. graminearum/F. poae-cebada/trigo bajo condiciones climáticas actuales y futuras. Además, los resultados obtenidos establecen las bases para potenciales investigaciones futuras, principalmente en lo que respecta a estudios de cambio climático, bajo condiciones de campo. Es de destacar, que un mejor entendimiento del patosistema Fusarium-cebada/trigo en lo que respecta a parámetros de patogenicidad, rendimiento, composición proteica y contaminación con micotoxinas, posibilitará estimar el potencial impacto de esta enfermedad sobre la calidad maltera y panadera de los granos. Sin embargo, un monitoreo constante a lo largo de toda la cadena productiva (desde la cosecha, transporte y almacenamiento de los granos) es considerado necesario, con el fin de asegurar la inocuidad y seguridad alimentaria.