Genetic diversity in Puccinia striiformis Westend. f.sp. tritici revealed by pathogen genome-specific repetitive sequence

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Abstract

DNA fingerprinting was used to examine genetic variation in populations of Puccinia striiformis Westend. f.sp. tritici, an obligate fungus that causes wheat stripe rust, using as a probe a moderately repetitive DNA sequence PSR331 that shows species specificity in the genome of this pathogen. One hundred and sixty isolates sampled from six provinces throughout China were examined for genetic variation over 26 putative genetic loci defined by PSR331 and the restriction enzyme Bgl II. Because of the dikaryotic nature of this fungus, DNA fingerprints can not differentiate heterozygotes from homozygotes. We refer to the PSR DNA fingerprints as phenotypes rather than genotypes. Phenotypic diversity analysis revealed a high level of genetic variation. A total of 97 phenotypes was detected among 160 isolates. Phenotypic diversity varied among regions, ranging from 0.3742 in Shaanxi to 0.9380 in Gansu, as calculated with the normalized Shannon's index. Genetic subdivision analysis revealed a low level of genetic differentiation (GST = 0.0084) among regions (Gansu, Henan, Shaanxi, Sichuan, and Yunnan provinces) as well as within regions (Gansu and Sichuan provinces). This, together with the detection of the same phenotypes among regions, provided the molecular evidence for gene flow in P. striiformisf.sp. tritici. The results support conclusions from virulence surveys that Tianshui of southern Gansu is probably the most important “hotspot” area with respect to the potential to generate and maintain virulence variation. DNA polymorphism analysis also detected potential hotspot areas in addition to southern Gansu. This may result in more difficulties in management of genetic variation and thus the potential virulence variation in P. striiformis f.sp. tritici as well as providing opportunities for searching disease resistance factors.

Les auteurs ont utilisé les empreintes d'ADN pour examiner la variation génétique dans des populations de Puccinia striiformis f.sp. tritici, un champignon parasite obligatoire qui cause la rouille striée du blé, en utilisant comme sonde la séquence d'ADN modérément répétitive PSR331, laquelle montre la spécificité des espèces dans la génome de ce champignon pathogène. Ils ont examiné 160 isolats provenant de six provinces dans l'ensemble de la Chine pour observer la variation génétique portant sur 26 lieux génétiques putatifs définis par le PSR331 et l'enzyme de restriction Bgl II. À cause de la nature dicaryotique de ce champignon, les empreintes d'ADN ne peuvent pas différencier les hétérozygotes des homozygotes. Les auteurs réfèrent aux empreintes d'ADN PSR comme des phénotypes plutôt que des génotypes. L'analyse de la diversité phénotypique révèle une forte variation génétique. Un total de 97 phénotypes ont été décelés parmi les 160 isolats. La diversité phénotypique varie selon les régions, allant de 0,3742 dans le Shaanxi à 0,9380 dans le Gansu, telle que calculée avec l'index normalisé de Shannon. L'analyse des subdivisions révèle une faible différenciation génétique (GST = 0,0084) entre les régions (provinces de Gansu, Henan, Shaanxi, Sichuan, et Yunnan), aussi bien qu'à l'intérieur des régions (provinces de Gansu et de Sichuan). Ceci, en plus de la détection des mêmes génotypes entre les régions, fournit la preuve moléculaire d'un flux de gènes chez le P. striiformis f.sp. tritici. Les résultats supportent les conclusions des observations sur la virulence, à l'effet que Tianshui, du sud de la province de Gansu, est probablement la région la plus critique par rapport au potentiel de génération et de maintien de la variation de virulence. L'analyse du polymorphisme de l'ADN met également en lumière des zones critiques en plus de celle du sud du Gansu. Ceci pourrait accroître les difficultés pour aménager la variation génétique et conséquemment la variation du potentiel de virulence chez le P. striiformis f.sp. tritici, en plus de présenter des opportunités pour détecter des facteurs de résistance à la maladie.

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