Relative aggressiveness and production of 3- or 15-acetyl deoxynivalenol and deoxynivalenol by<i>Fusarium graminearum</i>in spring wheat

Abstract

Abstract Fusarium graminearum is the principal cause of fusarium head blight in North America, a disease that has caused severe losses in yield and quality of cereals. In North America, the vast majority of F. graminearum isolates produce 3- or 15-acetyl deoxynivalenol (ADON) in addition to DON. Until recently, 15-ADON isolates predominated, but a rapid shift from 15-ADON to 3-ADON producers in Canada and north central USA has been documented. In order to better understand the effect of this population shift on relative aggressiveness of isolates and mycotoxin accumulation, we tested a total of 58 isolates for 3- and 15-ADON production on two Canadian spring wheat cultivars, 'Roblin' (susceptible) and '5602 HR' (moderately resistant). In Experiment 1, three isolates from the Canadian provinces of Manitoba, Saskatchewan and Alberta, each of which produced either 15-ADON or 3-ADON, were tested using spray inoculation. In Experiment 2, 20 isolates which produced 15-ADON and 20 which produced 3-ADON from Manitoba, were tested using point inoculation. There were no significant differences in aggressiveness among isolates based either on geographic origin or mycotoxin type. Analysis of seeds from inoculated heads by gas chromatography/mass spectrometry indicated that the 3-ADON producing isolates had significantly higher DON levels than the 15-ADON isolates in 'Roblin' after both spray and point inoculation and in '5602HR' after point inoculation. DON levels following point inoculation by 15-ADON isolates were similar in the two cultivars. The 15-ADON isolates from Alberta produced less DON than 15-ADON isolates from Manitoba and Saskatchewan. Consistently, more ADON was produced by 15-ADON isolates than by 3-ADON isolates. The results of the study suggest that if the percentage of 3-ADON isolates in Canada increases, DON levels in cereals are likely to increase in epidemic years. Résumé Fusarium graminearum est la principale cause de la brûlure de l'épi en Amérique du Nord, une maladie qui engendre d'importantes pertes tant sur le plan des rendements que de la qualité chez les céréales. En Amérique du Nord, la plupart des isolats de F. graminearum produisent du 3- ou du 15-acétyl déoxynivalénol (ADON), en plus du déoxynivalénol (DON). Jusqu'à récemment, les isolats produisant du 15-ADON dominaient, mais un remplacement rapide des producteurs de 15-ADON par ceux de 3-ADON s'est opéré et a été documenté au Canada et dans le centre-nord des États-Unis. Afin de mieux comprendre ce remplacement de populations quant à l'agressivité relative des isolats et à l'accumulation de mycotoxines, nous avons testé 58 isolats relativement à la production de 3- et de 15-ADON sur deux cultivars canadiens de blé de printemps : 'Roblin' (sensible) et '5602 HR' (moyennement résistant). Au cours de l'Expérience 1, trois isolats provenant des provinces canadiennes du Manitoba, de la Saskatchewan et de l'Alberta, chacun produisant du 3- ou du 15-ADON, ont été testés par pulvérisation. Au cours de l'Expérience 2, 20 isolats qui produisaient du 15-ADON et 20, du 3-ADON provenant du Manitoba ont été testés par injection ponctuelle. Il n'y a pas eu de différence significative quant à l'agressivité chez les isolats, peu importe leur provenance ou le type de mycotoxine produit. L'analyse par couplage GC-SM des semences issues des épis inoculés a montré que les isolats produisant du 3-ADON présentaient des teneurs significativement plus élevées en DON que les isolats produisant du 15-ADON issus de 'Roblin', après avoir été inoculés par pulvérisation et injection, et dans le '5602 HR', après inoculation par injection. Les teneurs en DON qui ont fait suite aux inoculations par injection d'isolats produisant du 15-ADON étaient semblables chez les deux cultivars. Les isolats en provenance de l'Alberta, produisant du 15-ADON, ont produit moins de DON que ceux du Manitoba et de la Saskatchewan. Invariablement, de plus grandes quantités d'ADON ont été produites par les isolats 15-ADON que par les isolats 3-ADON. Les résultats de l'étude suggèrent que, si le pourcentage des isolats produisant du 3-ADON augmente au Canada, les teneurs en DON dans les céréales augmenteront probablement durant les années d'épidémies. Keywords: 3-15-acetyl deoxynivalenol3-15-ADONdeoxynivalenol Fusarium graminearum fusarium head blightmycotoxin Triticum aestivum Mots clés: 3-15-acétyl déoxynivalénol3-15-ADONbrûlure de l'épidéoxynivalénol Fusarium graminearum mycotoxine Triticum aestivum Acknowledgements The authors gratefully acknowledge Ron Kaethler, Kirsten Slusarenko and Courtney Leclerc for technical support and the Western Grains Research Foundation and Matching Investments Initiative for financial support.