Microsoft Word - 05.doc

Транскрипт

1 Letopis naučnih radova Godina 26 (2002), broj 1, strana UDK: : Originalni naučni rad Original scientific paper REAKCIJA GENOTIPOVA SIRKA METLAŠA (Sorghum bicolor (L.) Moench.) SA KRISH GENOM OTPORNOSTI NA PRIRODNU INFEKCIJU SA VIRUSOM MOZAIČNE KRŽLJAVOSTI KUKURUZA Bagi, F., Berenji, J., Jasnić, S. 1 REZIME U poljskim uslovima, pri jakom infekcionom pritisku ispitan je nivo otpornosti genotipova sirka metlaša (Sorghum bicolor (L.) Moench.) sa Krish-genom otpornosti prema virusu mozaične kržljavosti kukuruza. Nasuprot sortama u komercijalnoj proizvodnji, koji su se pokazali osetljivim ili visoko osetljivim, eksperimentalni genotipovi iz programa oplemenjivanja sirka metlaša prema virusu mozaične kržljavosti kukuruza sa Krish genom otpornosti su ispoljili visoku otpornost prema ovom virusnom oboljenju. Serološkom analizom je utvrđeno da je dominantni prouzrokovač oboljenja virus mozaične kržljavosti kukuruza, dok je samo u jednom uzorku dokazano prisustvo virusa mozaika šećerne trske. Ključne reči: sirak metlaš, otpornost, virus mozaične kržljavosti kukuruza UVOD Viroze gajenog sirka (Sorghum bicolor (L.) Moench.) su rasprostranjene širom sveta i prouzrokuju značajne štete na svim kontinetima (Frederiksen, 1982; Toler, 1985; Toler i Giorda, 1992, Ivanović i Berenji, 1996). Među patogenima virusne prirode najznačajniji su virusi iz familije Potyviridae (Langham, 1997). Do godine virusi iz familije Potyviridae izolovani iz kukuruza, gajenog sirka i šećerne trske su smatrani različitim sojevima virusa mozaične kržljavosti kukuruza ili virusa mozaika šećerne trske. Shukla et al. (1989) su međutim diferencirali 4 virusa iz grupe potyvirusa koji prouzrokuju oboljenja na ovim gajenim biljnim vrstama: virus Mr Ferenc Bagi, asistent, Poljoprivredni fakultet, Departman za zaštitu bilja i životne sredine Dr Pavle Vukasović, dr Janoš Berenji, viši naučni saradnik, dr Stevan Jasnić, redovni profesor, Naučni Institut za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad 51

2 mozaične kržljavosti kukuruza (MDMV), virus mozaika šećerne trske (SCMV), virus mozaika sirka (SrMV) i virus mozaika divljeg sirka (JgMV). Prema Tošiću i Mijavecu (1991) i Ivanoviću i Berenji-u (1996) virus mozaične kržljavosti kukuruza je jedan od najznačajnijih patogena sirka metlaša u Jugoslaviji koji se može javiti u epifitotičnim razmerama prouzrokujući ekonomski značajne gubitke. O značaju ovog virusa u Jugoslaviji govore i podaci drugih autora (Tošić i Mitković, 1984; Berenji et al. 1996). Simptomi i štete prouzrokovane od strane potyvirusa zavise od genotipa sirka metlaša, od soja virusa, uslova spoljne sredine, vremena ostvarene infekcije i koncentracije virusnog inokuluma (Henzell et al., 1979; Zummo et al, 1981; Toler, 1985; Giorda et al., 1985; Tošić et al., 1990; Berenji et al., 1996). Kod zaraženih biljaka dolazi do kasnijeg cvetanja i sazrevanja, do smanjenja visine biljaka, smanjenja dužine metlice, veličine zrna, broja zrna po metlici, kvaliteta metlice i prinosa zrna (Toler, 1985; Berenji et al., 1993; Rangel et al., 1996). Prema Toler-u (1985) štete kod osetljivih sorti prouzrokovanih od strane MDMV iznose 100 %, a manje od 5 % kod tolerantnih sorti. Suzbijanje oboljenja je komplikovano zbog široke raširenosti izvora zaraza virusa-divljeg sirka (Sorghum halepense) i vektora-lisnih vaši, usled čega je najefikasnija mera u borbi protiv ovog oboljenja oplemenjivanje na otpornost. Veći broj autora je utvrdio razlike u osetljivosti genotipova prema potyvirusima patogenima gajenog sirka (Persley i Greber, 1982; Alexander et al., 1984; Giorda et al., 1985; Gaborjanyi et al.,1992; Vyavahare et al., 1989; Ivanović i Berenji, 1996), a utvrđeno je i nekoliko izvora otpornosti prema virusnom oboljenju. Najčešće korišćeni izvor otponosti je tzv. Krish gen. Krish gen potiče iz ukrštanja S. halepense 2n=20 x S. roxburghi 2n=20 (Teakle i Pritchard, 1971). Biljke sa Krish tipom otpornosti su se na osnovu rezultata različitih autora pokazali otpornim prema sojevima SCMV, JgMV, MDMV (Teakle i Pritchard, 1971; Persley i Greber, 1982; Henzell et al., 1982; Mijavec, 1993; Berenji, 1993; Ivanović i Berenji, 1996; Ivanović, 1999). Kao izvor otpornosti prema virusnim oboljenjima sirka navodi se i linija iz Nigerije Q7539 (Persley et al. 1972), a Zummo i Freeman (1981) kao mogući izvor otpornosti u sirku šećercu prema MDMV navode sortu Brandes, koja u uslovima jakog infekcionog pritiska ispoljava simptome u obimu 1-5%. Zadatak ovog rada je bio ispitati otpornost genotipova sa Krish genom otpornosti prema virusnom oboljenju u uslovima visokog infekcionog pritiska i porediti njihovu reakciju sa nivoom otpornosti komercijalnih i ekperimentalnih genotipova sirka metlaša. MATERIJAL I METOD RADA Ocena 165 različitih genotipova sirka metlaša, među kojima 40 sa Krish genom otpornosti izvršena je u uslovima prirodnih infekcija na oglednim parcelama Naučnog instituta za ratarstvo i povrtarstvo, Zavod za hmelj, sirak i lekovito bilje u Bačkom Petrovcu tokom godine. Posmatrana godina na ovom lokalitetu je obilovala 52

3 padavinama (april 109,7 mm; maj 80,8 mm; jun 174,5 mm; jul 29,5 mm; zbir tokom cele godine: 834,6 mm), što je pogodovalo sa stanovišta širenja vektora virusa lisnih vašiju i širenju oboljenja. U ogled su uključeni eksperimentalni genotipovi sirka metlaša sa Krish genom otpornosti selekcionisani u ovom Institutu. U programu oplemenjivanja na otpornost prema virusu mozaične kržljavosti kukuruza, nakon inicijalnog ukrštanja osetljivog sirka metlaša i otpornog sirka za zrno (izvori otpornosti: am1, am 2, QL 20) sa 3-4 povratnih ukrštanja sa sirkom metlašem kao rekurentnim roditeljem izvršena je potpuna rekonstrukcija genetičke osnove lokalno adaptiranih genotipova sirka metlaša (Sava, CL2, Reform i Neoplanta) uz istovremeno zadržavanje Krish gena otpornosti poreklom iz sirka za zrno. Pored genotipova sa Krish genom ispitivane su i sledeće komercijalne sorte sirka metlaša: Bački biser, Panonija, Neoplanta, Jantar, Jumak, Tisa, Sava, Neoplanta plus, Reform, Tan Sava, Szegedi törpe, Szegedi 185, Szegedi szlovák, Szegedi 1023, Mexico i Dia. U ogled je uključeno i 149 genotipova iz programa selekcije ovog Instituta. Ocena intenziteta zaraze izvršena je u dva navrata: tokom fenofaze 6 listova sirka ( ) i u fenofazi metličenja ( ). U oba slučaja je u dva ponavljanja ocenjeno po 10 slučajno odabranih biljaka. Ocena intenziteta zaraženosti sirka izvršena je prema skali Ivanović et al. (1999) od 1-7 (tab. 1). Tabela 1. Skala za ocenjivanje intenziteta oboljenja MDMV na sirku metlašu Table 1. Evaluation of disease intensity caused by MDMV on broomcorn Ocena Evaluation Simptomi Symptoms 1 Nema simptoma mozaika No mosaic symptom 2 Pojedinačne mozaične crtice Individual mosaic streaks 3 Mozaične trake na pojedinim listovima Mosaic lines on some leaves 4 Jak mozaik i pojava nekrotičnih površina na starijem lišću sa simptomima crvene i mrke prugavosti Strong mosaic, appearence of tissue necrosis, red and brown lines on older leaves 5 Jak mozaik na gornjoj polovini biljke sa nekrozom i neznatnim zakržljavanjem biljke Strong mosaic on upper organs, tissue necrosis and slight plant dwarfing 6 Jak mozaik skoro cele biljke, hloroza, nekroza, zakržljavanje, početak uvenuća Strong mosaic of whole plant, chlorosis, necrosis, dwarfing, start of wiltening 7 Uvenuće i zakržljanje biljke Dwarfing and wiltening Zaraženost lisne površine (%) Infected leaf area % 0,0 0,1-5,0 5,1-12,5 12,6-25,0 25,1-50,0 50,1-75,0 > 75,0 53

4 Radi tačnog utvrđivanja virusa prouzrokovača simptoma tokom ocenjivanja sakupljeni su uzorci zaraženih listova sirka u dva navrata ( i ), ukupno 68 uzorka lisnog tkiva. Serološka analiza prikupljenih uzoraka izvšena je putem DAS Elisa testa (Clark i Adams, 1977). Ogled je izveden prema standardnom protokolu za ovu serološku metodu prema uputstvima proizvođača antiseruma. Uzorci zaraženog tkiva su analizirani sa antiserumima specifičnim za MDMV (Bioreba), SCMV (Bioreba), JgMV (DSMZ- Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) i SrMV (Phytologic products). Kod prva dva pomenuta virusa kao pozitivna kontrola upotrebljen je liofilizovan biljni materijal proizvođača antiseruma, dok su pozitivne kontrole JgMV-KS i SrMV-H dobijene iz Kansas State University, USA. Na osnovu izvršene ocene izračunat je prosek intenziteta oboljenja svakog genotipa, a na osnovu tih podataka genotipovi su svrstani u 4 kategorije: R-otporan (prosek do 1,0), MR-srednje otporan (prosek od 1,1-2,0), S-osetljiv (prosek od 2,1-3,0) i VS-veoma osetljiv genotip (prosek veći od 3,0). REZULTATI RADA I DISKUSIJA Serološka analiza uzoraka zaraženih biljaka sirka metlaša u ovom radu je potvdila da je dominantni prouzrokovač oboljenja sirka metlaša u Jugoslaviji virus mozaične kržljavosti kukuruza (tab. 2). Ovaj virus je dokazan u 75 % prikupljenih uzoraka lisnog tkiva. Virus mozaika šećerne trske je utvrđen samo u jednom uzorku (1,5%) dok virusi mozaika sirka i mozaik divljeg sirka nisu utvrđeni na ispitivanom lokalitetu. Tabela 2. Rezultati DAS ELISA testa iz uzoraka lišća sirka metlaša Table 2. Results of DAS ELISA test from broomcorn leaf samples Uzorkovanje Broj uzoraka MDMV % SCMV % JGMV SrMV Date of sampling Sample numbers ,1 1 1,8 0 0 Suma Total ,0 1 1,5 0 0 Rezultati ocena intenziteta oboljenja u prirodnim uslovima infekcije ukazuju da svih 40 (24,2%) ispitivanih genotipova sa Krish genom otpornosti spada u kategoriju otpornih genotipova. Među ispitivanim genotipovima sirka metlaša bez Krish gena otpornosti 44 (26,7%) je srednje otporno, 66 ( 40,0%) genotipova je osetljivo (prosek od 2,1-3,1), a 15 (9,1%) genotipova se smatra veoma osetljivim (prosek veći od 3,1). Svih 16 ispitivanih komercijalnih sorti sirka metlaša spada među osetljive ili veoma osetljive genotipove (tab. 3). Mijavec (1993) je u svoja ispitivanja otpornosti sirka metlaša prema MDMV uključio 750 genotipova. Među njima je utvrdio svega 11 (1,47%) sa Krish tipom otpornosti, dok su Ivanović et al. (1999) putem veštačkih inokulacija među 54 genotipa utvrdili 6 otpornih genotipova. 54

5 Tabela 3. Osetljivost komercijalnih sorti sirka metlaša prema MDMV Table 3. Susceptibility of commercial broomcorn genotypes to MDMV Red ni broj No. Genotip Genotype Prosek oboljenja I. ocena Disease intensity average I. evaluation Prosek oboljenja II. ocena Disease intensity average II. evaluation Prosek dve ocene Average of two evaluations Kategorija otpornosti Resistance level * 1. Bački biser 2,5 3,1 2,8 S 2. Panonija 3,05 3,15 3,1 VS 3. Neoplanta 3,2 3,65 3,42 VS 4. Jantar 2,7 3,9 3,3 VS 5. Jumak 2,4 3,3 2,85 S 6. Tisa 2,75 3,05 2,9 S 7. Sava 2,15 2,85 2,5 S 8. Neoplanta plus 2,85 3,05 2,95 S 9. Reform 2,65 3,2 2,92 S 10. Tan Sava 2,45 3,15 2,8 S 11. Szegedi törpe 2,65 2,85 2,75 S 12. Szegedi 185 2,15 2,85 2,5 S 13. Szegedi szlovak 3,5 3,65 3,57 VS 1. Szegedi ,8 3,6 3,2 VS 2. Mexico 3,1 3,55 3,32 VS 3. Dia 3,3 3,55 3,42 VS * S: osetljivo/susceptible; VS: veoma osetljivo/very susceptible Krish tip otpornosti se nasledjuje monogeno dominantno (Conde et al., 1976; Persley et al., 1987), koji je prema Mijavcu (1993) lociran u N lokusu. Zahvaljujući Krish genu otpornosti za stvaranje otpornih jednostrukih F1 hibrida (SC-single cross) dovoljno je da samo jedna roditeljska komponenta hibrida (svejedno da li majčinska ili očinska, ali bi iz praktičnih razloga bilo poželjno da to bude majčinska komponenta sa koje se žanje F1 seme) poseduje ovu otpornost prema MDMV. Imajući u vidu način nasledjivanja Krish gena otpornosti, ovaj gen je veoma pogodan za unošenje u odgovarajuće osetljive roditeljske linije putem povratnog ukrštanja. Radi potpunijeg sagledavanja nivoa otpornosti ispitivanih genotipova, pored reakcije u prirodnim uslovima u daljem radu je potrebno izvršiti i testiranja u uslovima veštačkih inokulacija. U prilog ove konstatacije idu i rezultati drugih autora koji su u ogledima u staklarama sa veštačkim inokulacijama utvrdili pojavu simptoma i na genotipovima koji su se smatrali otpornim na bazi rezultata u polju. Zummo et al. (1970; 1981) su utvrdili da neke linije gajenog sirka pokazuju zadovoljavajuće dobar nivo otpornosti prema MDMV tokom desetogodišnjeg ispitivanja osetljivosti u polju, dok su se u ogledima izvedenim u staklari isti ovi genotipovi ispoljili uočljive simptome. Mijavec i Tošić (1991) su pročavali način nasleđivanja albinizma kod genotipa sa Krish genom otpornosti u materijalu QL i utvrdili da se u potomstvu 55

6 ukrštanja sa ovom linijom javljaju sublinije koje se razlikuju u načini nasleđivanja gena odgovornih za albinizam, ali i za otpornost prema MDMV. Linije kod kojih se albinizam nasleđivao po obrascu 7:2 su se pokazale otpornim prema virusnom oboljenju u polju, ali osetljivim tokom veštačkih inokulacija u staklari. Teakle i Pritchard (1971) pojavu simptoma mozaika u staklarama nakon veštačkih inokulaciju na biljkama sa Krish tipom otpornosti objašnjavaju uslovima infekcije koji su u prirodnim uslovima znatno blaži u odnosu na veštačke inokulacije utrljavanjem virusne suspenzije u biljke. ZAKLJUČAK Dominantni prouzrokovač virusnog oboljenja sirka metlaša tokom godine u lokalitetu Bački Petrovac je bio virus mozaične kržljavosti kukuruza. Serološkom metodom je samo u jednom uzorku dokazano prisustvo virusa mozaika šećerne trske. Ispitivani komercijalni genotipovi sirka metlaša su pokazali srednju ili visoku osetljivost prema virusu mozaične kržljavosti kukuruza. Među selekcionim materijalom bez Krish gena otpornosti utvrđeni su srednje otporni i osetljivi genotipovi. Svi ispitivani eksperimentalni genotipovi sirka metlaša iz programa oplemenjivanja na otpornost prema virusu mozaične kržljavosti kukuruza sa Krish genom otpornosti su se pokazali potpuno otpornim na ovaj virus u uslovima visokog infekcionog pritiska u polju, što ukazuje na mogućnost uspešnog rešavanja ovog ekonomski značajnog oboljenja sirka metlaša putem oplemenjivanja na otpornost. LITERATURA 1. Alexander, J.D., Toler, R.W. and Miller, F.R. (1984): Effects of maize dwarf mosaic virus strain B infection on growth and zield of susceptible sorghum. Sorghum Newsletter, 27, Beniwal, S.P.S. and Gudauskas, R.T. (1974): Maize dwarf mosaic virus increases susceptibility of sorghum and corn to Helminthosporium maydis race T. Phytopathology, 64, (9), Berenji, J., Mijavec, A., Tošić,. (1993): Broomcorn breeding for MDMV and anthracnose resistance. 16 th Conference of Eucarpia maize and sorghum section. Bergamo. 4. Berenji, J., Krstić, B., Stojanović, G., Barać, M., Vico, I., Sikora, V. i Tošić, M. (1996): Epifitotična pojava virusa mozaične kržljavosti kukuruza na sirku metlašu. Zaštita bilja, Vol. 47 (1), 215, Clark, M. F. and Adams, A.N. (1977): Characteristics of the microplate method of enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of plant viruses. J. gen. Virol., 34,

7 6. Conde, B.D., Moore, R.F., Fletcher, D.S. and Teakle, D.S. (1976): Inheritance of the resistance of Krish Sorghum to sugarcane mosaic virus. Aust. J. Agric. Res., 27, Doggett, H.(1988): Sorghum. Second edition. Longman Scientific & Technical., Frederiksen, R.A. (1982): Disease problems in Sorghum. In: Sorghum in the eighties. Proceed. of the Internat. Symposium on Sorghum, India, Patancheru, Gaborjanyi, R., Hoang, D.N. and Kovacs, G. (1992): Resistance of maize inbred lines and sorghum species to potyviruses found in Hungary. Cereal Research Communications, 20 (1-2), Giorda, L.M., Teyssandier, E. and Toler, R.W. (1985): Reaction of sorghum accessions from the international sorghum virus nursery to infection with maize dwarf mosaic virus in Argentina and College Station (Texas-USA). Sorghum Newsletter, 28, Henzell, R.G., Persley, D.M., Fletcher, D.S., Greber, R.S. and van Slobbe, L.(1979): The effect of sugarcane mosaic virus on the yield of eleven grain sorghum (Sorghum bicolor) cultivar. Aust. J. Exp. Agric. Anim. Husb., 19, Henzell, R.G., Persley, D.M., Greber, R.S., Fletcher, D.S. and van Slobbe, L. (1982): Development of grain sorghum lines with resistance to sugarcane mosaic and other sorghum diseases. Plant Disease, 66 (10), Ivanović, D. i Berenji, J. (1996): Reakcija sirka metlaša (Sorghum bicolor (L.) Moench) na zarazu virusom mozaične kržljavosti kukuruza (MDMV). Deseti Jugoslovenski simpozijum o zaštiti bilja, Budva, , Zbornik rezimea, Ivanović, D., Berenji, J. i Radmanović, N.: Otpornost sirka (Sorghum bicolor (L.) Moench na zarazu virusom mozaične kržljavosti kukuruza (MDMV), Selekcija i semenarstvo, 1-2, , Langham, M.: Viral diseases of field crops in the great plains: maize and soybeans. Plant Science 333, Spring, 1997, Lecture #12 (Part 2), 1-3, Mijavec, A. and Tošić, M. (1991): Albinism in some Krish sorghum genotypes and resistance to maize dwarf mosaic virus. Acta Phytopatologica et Entomologica Hungarica, 26 (1-2), Mijavec, A. (1993/1994): Proučavanje otpornosti genotipova sirka, Sorghum bicolor (L.) Moench prema virusu mozaične kržljavosti kukuruza. Doktorska disertacija, Bilten za hmelj, sirak i lekovito bilje, Vol 25/26, No Persley, D.M., Greber, R.S. and Moore, R.F. (1972): A new source of mosaic resistance in sorghum. Australian plant pathology Society Newsletter, 1,

8 19. Persley, D.M. and Greber, R.S. (1982): The reaction of sorghum genotypes to natural infection by sugarcane mosaic virus- Johnson grass strain in Australia. Sorghum Newsletter, 25, Rangel, Y., Garrido, M.J. and Monteverde, E.(1996): Effect of maize dwarf mosaic virus venezuelan strain on some biometrics characteristics associated to yield of three sorghum cultivars. Fitopatol. Venez. 9, Shukla, K. and Joshi, R.D. (1981): Studies on yield loss of sorghum infected with sugarcane mosaic virus. Zeitschrift fur Pflanzenkrankenheiten und Pflanzenschutz, 88 (10), Shukla D.D., Tošić, M., Jilka, J., Ford, R.E., Toler, R.W. and Langham, M.A.C. (1989): Taxonomy of potyviruses infecting maize, sorghum and sugarcane in Australia and the United States as determined by reactivities of polyclonal antibodies directed towards virus-specific N-terminal of coat proteins. Phytopathology 79, p: Teakle, D.S. and Pritchard, A.J. (1971): Resistance of Krish sorghum to four strains of sugarcane mosaic virus in Queensland. Plant Disease Reporter, 55 (7), Toler, R.W. (1985): Maize dwarf mosaic, the most important virus disease of sorghum. Plant Disease, 69 (11), Toler, R.W. and Giorda, L.M. (1992): Detection and identification of viruses and virus diseases of sorghum. In: Sorghum and millets diseases, a second world review. Ed.: de Milliano, W.A.J., Frederiksen, R.A. and Bengston, G.D. ICRISAT, Patancheru, Andhra Pradesh, India, Tošić, M. i Mitković, M. (1984): Virusni mozaik-štetno oboljenje sirka u nas. Glasnik zaštite bilja 10., str Tošić, M., Ford, R.E., Shukla, D.D. i Jilka, J. (1990): Differentiation of sugarcane, maize dwarf, johsongrass, and sorghum mosaic viruses based on reactions of oat and some sorghum cultivars. Plant Disease, 74, p: Tošić, M. and Mijavec, A. (1991): Maize dwarf mosaic virus, an important pathogen of sorghum in Yugoslavia. Acta Phytopathologica et Entomologica Hungarica 26 (1-2), Vyavahare, V.M., Garud, T.B. and Mali, V.R. (1989): Effect of sorghum red stripe virus on sorghum genotypes. Indian Phytopath., 42 (1), Zummo, N., Shane, J.F. and Coleman, O.H. (1970): Reaction of sweet sorghum varieties to maize dwarf mosaic at two locations in Kentucky. Plant Disease Reporter. Vol. 54. No. 8., Zummo, N. and Freeman, K.C. (1981): Brandes: a source of resistance to maize dwarf mosaic in sweet sorghum, Phytopathology, Vol. 71, No. 8, p:

9 32. Zummo, N., Findley, W.R., Freeman, K.C., Bitzer, M.J. and Armstrong, G. (1981): Resistance of sweet sorghum cultivars and lines to maize dwarf mosaic in Kentucky, Ohio and Mississippi. Plant Disease, 65, REACTION OF BROOMCORN (Sorghum bicolor (L.) Moench.) GENOTYPES WITH KRISH GENE OF RESISTANCE TO MAIZE DWARF MOSAIC VIRUS IN FIELD CONDITIONS by Bagi F., Berenji J., Jasnić S. SUMMARY The level of resistance of broomcorn genotypes was determined in field conditions, under strong natural infection pressure. Unlike commercial cultivars, which proved to be susceptible or very susceptible, all of investigated genotypes with Krish gene of resistance showed high level of resistance. Results of serological analysis determined that the dominant pathogenic virus on broomcorn has been maize dwarf mosaic virus. Only one leaf tissue sample was infected with sugarcane mosaic virus. Key words: broomcorrn, resistance, maize dwarf mosaic Primljeno: Prihvaćeno: