The role of leaf chemistry in Melampsora medusae infection of hybrid poplar: effects of leaf development and fungicide treatment


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Abstract

Immature leaves of poplars are immune to Melampsora leaf rust infection, regardless of the level of resistance or susceptibility of older leaves. Leaf phenolic and protein concentrations were quantified in leaves of varying maturity (measured by leaf plastochron index, LPI) from a rust-susceptible, interspecific hybrid poplar clone, 47–174 (Populus trichocarpa Torr. & Gray × Populus deltoides Bartr. ex Marsh.). Using leaf water extracts and apoplastic solutions, concentrations of phenolics and proteins decreased as LPI increased. Urediniospore germination increased 3-fold, and hyphae elongation increased 3.5-fold as LPI increased from 1 to 11. Inoculation significantly increased concentrations from 9% (LPI 5) to over 120% (LPI 11). Application of triadimefon (Bayleton®) significantly increased the apoplastic concentrations of phenolics and proteins by 43% and 25%, respectively. In vitro urediniospore germination and hyphae elongation decreased over 7-fold and 3-fold, respectively, in these leaves, to levels comparable to immature leaves. This study has shown that defense compounds are present in immature poplar leaves that likely contribute to Melampsora medusae rust immunity, and that triadimefon application created a similar immunity in susceptible leaves. Identification of specific compounds associated with this immunity could assist in the development of resistant poplar clones through traditional breeding or gene modification.RésuméPeu importe leur degré de résistance ou de susceptibilité lorsqu'elles sont plus vieilles, les feuilles immatures de peuplier sont immunisées contre l'infection par la rouille des feuilles causées par Melampsora. La concentration de composés phénoliques et de protéines dans les feuilles a été quantifiée dans des feuilles rendues à divers degrés de maturité (mesurés par l'indice de plastochron foliaire, IPF) chez un clone d'hybride interspécifique de peuplier, 47–174 (Populus trichocarpa Torr. & Gray × Populus deltoides Bartr. ex Marsh.), susceptible à la rouille. Mesurée dans des extraits aqueux et la solution apoplastique des feuilles, la concentration de composés phénoliques et de protéines diminuait avec l'augmentation de l'IPF. La germination des urédospores a triplé et l'élongation des hyphes a augmenté par un facteur de 3,5 pendant que l'IPF passait de 1 à 11. L'inoculation a significativement augmenté les concentrations de 9% (IPF 5) à plus de 120% (IPF 11). L'application de triadiméfon (Bayleton®) a significativement augmenté la concentration apoplastique de composés phénoliques et de protéines de respectivement 43% et 25%. La germination in vitro des urédospores et l'élongation des hyphes ont diminué respectivement par des facteurs de 7 et 3 dans ces feuilles à des niveaux comparables à ceux qu'on observe dans les feuilles immatures. Cette étude a démontré que des composés présents dans les feuilles immatures les protègent, que ces composés contribuent vraisemblablement à l'immunité contre la rouille causée par Melampsora medusae et que l'application de triadiméfon crée une immunité similaire chez les feuilles susceptibles. L'identification de composés spécifiquement associés à cette immunité pourrait contribuer au développement de clones résistants de peuplier via l'hybridation classique ou la modification des gènes.

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