S. F. Hwang

Molecular detection of alfalfa witches’-broom phytoplasma in four leafhopper species associated with infected alfalfa plants

Abstract Alfalfa witches’-broom (AWB) phytoplasma was detected in four leafhopper species ( Aceratagallia sp., Neokolla hieroglyphica, Cuerna septentrionalis and Macrosteles fascifrons ) and infected alfalfa plant samples by PCR. The transmission results suggest that Neokolla and Cuerna species could be the vectors of AWB phytoplasma. The amplified DNAs yielded products of 1.5 kb (primer pair P1/P6), 196 bp (primer pair 1A/1B) and 1.2 kb (primer pair R16 F2/R2) by direct and nested-PCR assay. After RFLP analyses, using the four endonuclease enzymes, similar patterns were formed among the digested 1.2 kb PCR products of all the leafhopper and plant samples, indicating the presence of the same kind of a phytoplasma isolate. The RFLP analyses and nested-PCR assays, using the primer pair 1A/1B, revealed that this isolate was genetically related to the clover proliveration group

Fusarium root rot of coneflower seedlings and integrated control using Trichoderma and fungicides

Fusarium root rot (Fusarium spp.) is one of the most important seedling diseases of coneflower (Echinacea spp.) in Alberta greenhouses. Effects of microbial antagonists (Trichoderma spp.) and fungicides, including difenoconazole, fludioxonil, and a mixture of fludioxonil, metalaxyl and difenoconazole, on the management of this disease, were investigated in Alberta. Twenty Trichoderma isolates demonstrated antagonistic activity to Fusarium in agar plate bioassays, with inhibition rates ranging from 44 to 65%. Some Trichoderma isolates significantly ( p < 0.05) reduced disease incidence and severity on seedlings in greenhouse experiments. An in vitro bioassay indicated that difenoconazole and the mixture equally inhibited the growth of both Fusarium and Trichoderma, but, while fludioxonil strongly inhibited the growth of Fusarium, it had little effect on Trichoderma, according to the dose--response models developed ( p < 0.01, R2= 0.902-0.998). Two Trichoderma isolates, T1 and T13 were applied singly or in combination with a low rate of fludioxonil in greenhouse evaluations. The results suggested that fludioxonil and Trichoderma could be integrated into a disease management program for fusarium root rot in coneflower.

Variations in virulence and genome of Mycosphaerella pinodes isolates from field peas in central Alberta, Canada

Eighty-three isolates of Mycosphaerella pinodes collected from diseased field pea plants in central Alberta, Canada, in 2001 were analyzed for their virulence on ten field pea differentials (JI96, JI181, JI190, Eclipse, Carrera, Danto, Radley, Miko, Espace, and Majoret). Genetic variation was detected by using the RAPD technique. Six pathotypes were classified according to the average lesion size caused by infection of the differentials. Pathotypes I and II comprised 45% of the isolates and had differential reactions on lines JI181and JI190; the moderately susceptible cultivars Eclipse, Carrera and Danto were resistant to these two pathotypes, but susceptible to the other four pathotypes. The distribution of isolates causing various levels of disease on susceptible cultivars was near normal. JI96 and Radley were only susceptible to the most aggressive pathotype, V, which represented 7% of the population and also caused large lesions on all other differentials. The most aggressive isolates were mostly collected from the northwest area of central Alberta, where moisture levels are usually higher than in the southeast region. Most of the isolates (74%) from central Alberta displayed similar patterns of aggressiveness among the differential host cultivars. No correlation was found between grouping by genetic variation versus by pathotype.ZusammenfassungDreiundachtzig Isolate von Mycosphaerella pinodes aus befallenen Erbsenfeldern in Central-Alberta wurden im Jahr 2001 hinsichtlich ihrer Virulenz gegenüber den zehn Felderbsen-Differenziallinien und -sorten “JI96”, “JI181”, “JI190”, “Eclipse”, “Carrera”, “Danto”, “Radley”, “Miko”, “Espace“ und “Majoret” untersucht. Die genetische Variation wurde mittels RAPD ermittelt. Sechs Pathotypen von M. pinodes wurden anhand der mittleren Läsionsgröße an den Differenzialsorten und -linien klassifiziert. Fünfundvierzig Prozent der Isolate wurden den Pathotypen I und II zugeordnet und zeigten Virulenzunterschiede gegenüber den Felderbsenlinien „JI181“ und „JI190“. Die mittelanfälligen Sorten „Eclipse“, „Carrera“ und „Danto“ waren gegenüber diesen Pathotypen resistent, aber anfällig gegenüber den übrigen vier identifizierten Pathotypen. Die Verbreitung von Isolaten von M. pinodes, die anfällige Sorten unterschiedlich stark befielen, war annähernd normalverteilt. Die Erbsenlinie „JI96“ und die Sorte “Radley“ wurden ausschließlich vom aggressivsten Pathotyp V befallen, der 7% der Population repräsentierte und umfangreiche Läsionen auch an allen anderen Differenzialsorten und linien hervorrief. Die meisten aggressivsten Isolate wurden im Nordwesten von Central-Alberta gefunden, wo Niederschlag und Luftfeuchtigkeit meist höher als im Südwesten sind. Die Mehrzahl (74%) der Isolate aus Central-Alberta wiesen eine vergleichbare Aggressivität gegenüber den Differenzialsorten und -linien auf. Die genetische Gruppierung der Isolate korrelierte nicht mit ihrer Pathotypen-Zuordnung.

Pathogenic diversity of Didymella rabiei isolates from southern Alberta, Canada

Sixty-three isolates of Didymella rabiei collected from southern Alberta were analyzed for pathogenic variability using six differential chickpea genotypes. Although all isolates were pathogenic on all of the differentials, they varied in virulence. The reaction of host genotypes was classified as resistant or susceptible based on the severity of disease symptoms, and isolates were grouped into 25 pathotypes, suggesting a very high level of diversity in the population of D. rabiei. The predominant pathotypes were XV and XVI, each comprising 14% of the total number of isolates tested. Pathotypes VII and XXV each represented 8% of the isolates tested, while patho-types III, IV and XIX each represented 6%. The rest of the pathotypes each represented 2–3% of the total isolates. Cluster analysis generated two main groups, at an average distance of 1.0 between the clusters. Fourteen subgroups were identified among the isolates at an average distance between isolates and within subgroups of 0.5. No associations were found between geographical origins, pathotypes, cluster groupings, parts of the plants or the host varieties from which the isolates were obtained.ZusammenfassungDie Pathogenitätsunterschiede von 63 Isolaten von Didymella rabiei aus dem Süden der kanadischen Provinz Alberta wurden an sechs Differentialgenotypen der Kichererbse untersucht. Obwohl alle Isolate an allen Genotypen pathogen waren, unterschieden sie sich in der Virulenz voneinander. Die Reaktion der Genotypen wurde auf Grundlage der ermittelten Befallsstärke als resistent oder anfällig klassifiziert. Die Pilzisolate wurden in 25 Pathotypen gruppiert, was auf eine sehr hohe genetische Diversität von D. rabiei hindeutet. Die vorherrschenden Pathotypen waren die Isolatgruppen XV und XVI mit jeweils 14% der untersuchten Isolate. Die Pathotypen VII und XXV umfassten je 8% aller Versuchsisolate, während die Pathotypen III, IV und XIX jeweils 6% der Isolate repräsentierten. Die verbleibenden Pathotypen umfassten jeweils zwischen 2 und 3% aller untersuchten Pilzisolate. Zwei Hauptgruppen mit einer mittleren Distanz von 1,0 voneinander wurden durch eine Clusteranalyse ermittelt. Die Isolate wurden in 14 Untergruppen mit einer mittleren Distanz von 0,5 zwischen ihnen und innerhalb der Untergruppen eingeteilt. Zwischen der geografischen Herkunft, den Pathotypen, Clustergruppen, Pflanzenteilen oder Wirtsgenotypen der Isolate konnte keine Beziehung ermittelt werden.

Assessment of yield loss caused by mycosphaerella blight in field pea crops in western Canada

The relationship between yield and disease severity of Mycosphaerella pinodes on field pea was analyzed and linear yield loss models were derived using the relationship between yield ratio and disease severity ratio, which integrated data from different seasons. Yield ratio and disease ratio were introduced to assess actual yield loss.The relationships between yield, 1000-seed weight and disease severity (final severity ratings, area under disease progress curve (AUDPC)) were established in field trials in Edmonton, Alberta, Canada in 2002 and 2003; the relationship between yield and AUDPC in Morden, Manitoba, Canada in 1994 and 1995 was derived from the published data. Yield reduction was linearly related to the final disease severity or AUDPC in 2002 and 2003, while 1000-seed weight was not correlated to final disease severity or AUDPC except in 2003, when it was significantly related to final severity. No significant relationship occurred between yield or 1000-seed weight and AUDPC in 1994 and 1995.The relationship between yield ratio and AUDPC ratio was derived from the equation of yield and AUDPC relationships from the Morden and Edmonton trials. Significant relationships occurred between the yield ratio or 1000-seed weight ratio and the AUDPC ratio for both sites. The relationships between 1000-seed ratio and AUDPC ratio were not significantly different between the Edmonton and Morden trials, and were also not significantly different from that between yield ratio and AUDPC ratio in Edmonton trials. These integrated relationships derived from different seasons can provide a method for prediction of actual yield loss in situations where relationships between yield and disease severity change from season to season due to environmental conditions.ZusammenfassungDer Zusammenhang zwischen Ertrag und Befallsstärke wurde an mit Mycosphaerella pinodes befallenen Felderbsen untersucht. Lineare Ertragsverlustmodelle, die die Daten unterschiedlicher Vegetationsperioden integrierten, wurden mit Hilfe der Beziehung zwischen Ertragsanteil und Befallsstärkenanteil abgeleitet. Ertragsanteil und Befallsanteil wurden zur Abschätzung aktueller Ertragsverluste verwendet.Der Zusammenhang zwischen Ertrag, Tausendkorngewicht (TKG) und Befallsstärke (letzte erhobene Befallsstärke und Fläche unter der Befallskurve (AUDPC)) wurde in Feldversuchen in Edmonton, Alberta, Kanada in den Jahren 2002 und 2003 ermittelt; der Zusammenhang zwischen Ertrag und AUDPC in Morden, Manitoba, Kanada in den Jahren 1994 und 1995 wurde aus publizierten Daten abgeleitet. Ertragsverluste korrelierten linear mit den letzten erhobenen Befallsstärken oder der AUDPC während der Jahre 2002 und 2003, während das TKG mit Ausnahme des Jahres 2003, als es signifikant mit den letzten erhobenen Befallsstärken korrelierte, nicht mit den finalen Befallsstärken oder der AUDPC in Beziehung stand. Der Ertrag und das TKG oder die AUDPC korrelierten nicht in den Jahren 1994 und 1995.Der Zusammenhang zwischen Ertragsanteil und AUDPC-Anteil wurde aus der Gleichung der Beziehung zwischen Ertrag und AUDPC der in Morden und Edmonton durchgeführten Feldversuche abgeleitet. Ertragsanteil oder TKG-Anteil korrelierten an beiden Standorten signifikant mit dem AUDPC-Anteil. Die Beziehungen zwischen dem TKG- und dem AUDPC-Anteil unterschieden sich nicht signifikant zwischen den Standorten, und ebenfalls nicht von denen zwischen Ertrags- und AUDPC-Anteil der in Edmonton durchgeführten Versuche.Diese integrierten, aus unterschiedlichen Vegetationsperioden abgeleiteten Beziehungen können zur Prognose aktueller Ertragsverluste in Situationen verwendet werden, in denen die Beziehungen zwischen Ertrag und Befallsstärke von einer Vegetationsperiode zur nächsten aufgrund varriierender Umweltbedingungen schwanken.

Response of lentil cultivars to rhizoctonia seedling diseases in Canada

Fourteen cultivars of lentil (Lens culinaris) were evaluated for their reaction to rhizoctonia seedling blight and root rot caused by Rhizoctonia solani in greenhouse trials, and in field experiments conducted at Brooks, Alberta, Canada in 2003 and 2004. Inoculation produced high levels of disease; stand losses were 56–96% in greenhouse trials and 54–88% in field trials. There were small but consistent differences in disease reaction among the cultivars. Cultivar ‘Laird’ consistently had the highest seedling survival, and ‘Cdc Milestone’, ‘Cdc LeMay’ and ‘Cdc Plato’ were also relatively less susceptible than the other lines. ‘Indianhead’ and ‘Cdc Richlea’ were highly susceptible. Cluster analysis grouped eight relatively less susceptible cultivars into one group and the other six highly susceptible cultivars into another. A correlation between the results of greenhouse and field trials (r = 0.43 — 0.46, P = 0.10) indicated that greenhouse evaluations could provide a useful indication of cultivar performance in response to R. solani in the field.ZusammenfassungDie Anfälligkeit von vierzehn Sorten der Linse (Lens culinaris) gegenüber der durch Rhizoctonia solani verursachten Umfall-und Wurzeltöterkrankheit von Keimlingen wurde im Gewächshaus und in Feldversuchen in Brooks, Alberta, Kanada, 2003 und 2004 untersucht. Inokulierte Pflanzen erkrankten schwer; die Verluste in den Beständen erreichten 56–96% im Gewächshaus und 54–88% im Feld. Die Sortenanfälligkeiten zeigten geringe, aber konsistente Unterschiede. Die Keimlinge der Sorte ‘Laird’ hatten die höchsten überlebensraten und ‘Cdc Milestone’, ‘Cdc LeMay’ und ‘Cdc Plato’ waren ebenfalls weniger anfällig als die anderen Sorten. ‘Cdc Milestone’, ‘Cdc LeMay’ und ‘Cdc Plato’ waren hoch anfällig. Acht relativ gering anfällige Sorten wurden mittels einer Clusteranalyse in eine Gruppe eingeordnet und die anderen sechs hochanfälligen Sorten in eine zweite. Die Korrelation zwischen Gewächshaus- und Feldversuchsergebnissen (r = 0.43 — 0.46, P = 0.10) zeigt, dass Gewächshausversuche hilfreiche Informationen über Sortenanfälligkeiten gegenüber R. solani im Feld geben können.

Differences in the growth stages of Erysiphe pisi on cultivars of field pea (Pisum sativum L.)

The infection process of Erysiphe pisi on field pea cvs. ‘Highlight’ and ‘Tara’ carrying resistance gene erl, line ‘JI2480’ carrying resistance gene er2, and susceptible cv. ‘Radley’ (Er) was studied at 20 °C in controlled conditions. The growth stages of E. pisi were observed on these cultivars with an environmental scanning electron microscope and a light microscope. No significant differences in the number of conidia with appressoria within 12 h of incubation and in the shape of the appressoria through the 72-h incubation on all cultivars. The conidia with appressoria on cvs. ‘Highlight’ and ‘Tara’ produced little or no mycelia after 72-h incubation. The conidia on ‘JI2480’ or ‘Radley’ developed primary (Gs5) and secondary mycelia (Gs6) within 24 h of incubation, but significantly fewer conidia with appressoria developed primary or secondary mycelia on ‘JI2480’ compared to ‘Radley’ after 72-h incubation. Significant more lesions were on ‘Radley’ and ‘JI2480’ after 72-h incubation than on ‘Highlight’, but the number of lesions on ‘Tara’ was not significantly different from all these cultivars. These results show that different er genes affected different stages of the infection process of E. pisi.ZusammenfassungDer Infektionsprozess von Erysiphe pisi an den Felderbsensorten ‘Highlight’ und ‘Tara’, die das Resistenzgen er1 tragen, an der Linie ‘JI2480’ mit dem Resistenzgen er2 sowie an der anfälligen Sorte ‘Radley’ (Er) wurde bei 20 °C unter kontrollierten Bedingungen untersucht. Die Beobachtung dieser verschiedenen Wachstumsstadien von E. pisi an den genannten Sorten erfolgte mit dem Raster-elektronen- und Lichtmikroskop. Dabei konnten an allen Sorten nach 12 h Inkubation keine signifikanten Unterschiede in der Zahl der Konidien mit Appressorien und im Aussehen der Appressorien wahrend der 72-stündigen Inkubation festgestellt werden. Die Konidien mit Appressorien produzierten auf den Sorten ‘Highlight’ und ‘Tara’ wenig oder kein Myzel innerhalb von 72 h. Die Konidien auf ‘JI2480’ oder ‘Radeley’ entwickelten primäres (GS5) und sekundäres Myzel (GS6) innerhalb von 24 h Inkubation. Aber signifikant weniger Konidien mit Appressorien bildeten primäres oder sekundares Myzel auf ‘JI2480’ im Vergleich zu ‘Radley’ nach 72 h Inkubation. Signifikant mehr Lasionen erschienen nach 72 h Inkubation auf der Sorte ‘Radley’ und ‘JI2480’ als auf ‘Highlight’, jedoch unterschied sich die Zahl der Läsionen auf ‘Tara’ nicht signifikant von denen auf alien Sorten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die unterschiedlichen er-Gene die verschiedenen Stadien des Infektionsprozesses von E. pisi beeinflussten.

Effects of Erysiphe pisi on protein profiles and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase content in resistant and susceptible pea (Pisum sativum × Pisum fulvum) plants

The fate of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) was examined in leaves of both resistant and susceptible plants from a Pisum sativum × Pisum fulvum cross after challenge with Erysiphe pisi. High performance liquid chromatography and 1-dimensional gel electrophoresis revealed a 51 kDa protein that was much more abundant in leaves of resistant versus susceptible plants, and which was identified as the Rubisco large chain precursor by mass spectrometry. Greater quantities of Rubisco in resistant tissue suggested that the protein may serve as an important nutrient source for E. pisi in infected susceptible leaves. Liquid chromatography — tandem mass spectrometry revealed three defense-response proteins only in extracts from resistant tissue, while proteins similar to the antimicrobial peptides viscotoxin and phoratoxin from mistletoes, and bubble protein from the yeast Williopsis mrakii, were found only in susceptible tissue. Greater numbers of DNA synthesis and regulation proteins were also identified in the susceptible vs. resistant tissue, probably resulting from changes in host metabolism induced by E. pisi.ZusammenfassungDer Gehalt an Ribulose-1,5-bisphosphatcarboxylase/oxygenase (Rubisco) wurde in Blättern resistenter und anfälliger Pflanzen aus einer Kreuzung von Pisum sativum × Pisum fulvum nach der Inokulation mit Erysiphe pisi untersucht. Hochdruckflüssigkeitschromatographie und eindimensionale Gelelektrophorese zeigten, dass ein 51-kDa-Protein sehr viel häufiger in resistenten Pflanzen als in anfälligen vertreten war, und dieses Protein wurde als Vorstufe der großen Untereinheit der Rubisco mittels Massenspektrometrie identifiziert. Die höheren Rubisco-Gehalte resistenter Pflanzengewebe deuten an, dass dieses Protein als eine wichtige Nährstoffquelle für E. pisi in anfälligen Blättern dienen könnte. Flüssigkeitschromatographie-Tandemmassenspektrometrie zeigte drei Abwehrproteine ausschließlich in resistenten Pflanzengeweben. Den antimikrobiellen Peptiden Viscotoxin und Phoratoxin aus Misteln sowie dem Bubble-Protein aus der Hefe Williopsis mrakii ähnliche Proteine wurden dagegen nur in Geweben anfälliger Pflanzen gefunden. Die Anzahl bei der DNA-Synthese und — Regulation wirkender Proteine war in anfälligen Geweben ebenfalls höher als in resistenten, was wahrscheinlich auch aus der Beeinflussung des Wirtsstoffwechsels durch E. pisi resultiert.

Adaptation to host (chickpea) genotype by isolates of Didymella rabiei following repeated cycles of infection

Ascochyta blight of chickpea (Cicer arietinum), caused by Didymella rabiei, is an important disease of chickpea world- wide. Under favourable conditions, the pathogen completes several disease cycles in one cropping season. To assess the effect of multiple infection cycles on the aggressiveness of D. rabiei, two isolates of the pathogen were inoculated onto each of three chickpea cultivars, then re-isolated and re-inoc- ulated onto the same cultivar for five generations. Subcultures of each isolate were retained after each generation, and the aggressiveness of each subculture was assessed at the end of the study by measuring blight severity when re-inoculated onto all three chickpea cultivars. The effect of isolate genera- tion was small but significant. Blight severity on a cultivar increased with repeated culturing on that cultivar. This indi- cates that the aggressiveness of the pathogen population in the field is likely to increase on a cultivar as a result of repeat- ed infection of that cultivar. Thus, avoiding repeated cultiva- tion of a cultivar in a field may reduce the potential severity of Ascochyta blight outbreaks.ZusammenfassungDer durch den pflanzenpathogenen Pilz Didymella rabiei verursachte Ascochyta-Brand der Kichererbse (Cicer arietinum) ist weltweit eine der bedeutendsten Erkrankungen dieser Nutzpflanze. Unter günstigen Bedingungen vollendet der Erreger mehrere Entwicklungszyklen pro Vegetationsperiode. Zur Untersuchung des Einflusses wiederholter Infektionszyklen auf die Agressivität des Pathogens wurden drei Kichererbsensorten mit je zwei Isolaten von D. rabiei inokuliert, der Erreger reisoliert und dieselben Sorten für weitere fünf Erregerzyklen inokuliert. Nach jedem Zyklus wurden die Isolate subkultiviert und ihre Aggressivität durch Erhebung der Befallsstärke nach Reinokulation aller drei Sorten gemessen. Der Einfluss wiederholter Zyklen war gering aber signifikant. Die Befallsstärke stieg mit wiederholter Kultivierung der Isolate bei allen Sorten, was darauf hindeutet, dass die Aggressivität einer Erregerpopulation mit wiederholter Infektion einer Kichererbsensorte im Feld zunimmt. Die Vermeidung zu enger Fruchtfolgen könnte daher die Stärke von Epidemien des Ascochyta-Brands der Kichererbse vermindern.

Potential loss of clubroot resistance genes from donor parent Brassica rapa subsp. rapifera (ECD 04) during doubled haploid production

Clubroot resistance derived from the oilseed rape/canola Brassica napus ‘Mendel’ has been overcome in some fields in Alberta, Canada, by the emergence of ‘new’ strains of the protist Plasmodiophora brassicae. Resistance to the pathogen was assessed in 112 doubled haploid (DH) lines, derived from B. rapa subsp. rapifera (European clubroot differential (ECD) 04). The lines were evaluated against five single-spore isolates representing the ‘old’ pathotypes 2, 3, 5, 6 and 8, and 15 field populations representing new strains of P. brassicae. The disease severity index (ID%) data revealed that none of the DH lines were resistant or moderately resistant to the new pathotype 5X (field populations L-G1, L-G2, LG3) and D-G3, while 3–42% were resistant or moderately resistant to the other 11 new strains. Using the mean ID induced by the old pathotype 3 (approx. 13.5%) as the baseline, clubroot severity increased by 300–600% when inoculated with the new pathotypes. A significant finding of this study was the fact that ECD 04 showed absolute resistance to all of the old and new P. brassicae strains while the B. napus ‘Mendel’, although resistant to all of the old pathotypes, was resistant to only about 50% of the new strains. Similarly, all of the selected clubroot-resistant commercial canola cultivars evaluated in this study were susceptible to 87% of the new P. brassicae strains. The molecular data revealed that the breakdown of clubroot resistance in Mendel and the canola cultivars was in part due to the noninheritance of the Crr1 gene on the A08 chromosome from ECD 04.