Effekt av Genetisk och Fenotypisk Variation i Puccinia striiformis på gulrostens epidemiologi i Sverige

Puccinia striiformis causes yellow rust on grasses including wheat, rye, and triticale. Samples of the pathogen were taken in 2012 (353 total) and 2015 (162) and analysed with microsatellite markers (15 in 2012 and 16 in 2015). Race analyses were also undertaken on samples from the same fields in 2015 using standard differential cultivars at the Global Rust Reference Center in Flakkebjerg, Denmark. Genetic analyses revealed no evidence for sexual reproduction despite genetic variation between the different samples. Analyses with the program poppr revealed several dominating groups of genetically similar samples. Minimum spanning networks based on the Bruvo distance grouped the majority of samples in one group confirming the results from analyses with structure. Race phenotyping in 2015 confirmed the presence of the races 'Kranich', 'Warrior', 'Triticale aggressive', and a few samples of 'Hereford', as well as a new race that has received the name 'Triticale 15'.

Gulrost på vete, råg och rågvete har blivit ett problem i stråädesodlingeni större delen av Sverige. Den orsakas av en svamp, Puccinia striiformis, som övervintrar på värdväxten. P. striiformis kan producera stora mängder sporer, som sprids med vinden, och sjukdomsangrepp kan öka snabbt om de får fäste i odlingen. Odling av resistenta sorter är en möjlig kontrollåtgärd, men om man odlar en mottaglig sort är den enda kontrollåtgärden användning av fungicider. Valet av resistenta sorter kompliceras av variationen i P. striiformis. Olika varianter av svampen, s.k. raser, kan infektera vissa sorter av värdväxterna. Om man visste vilken ras som skulle infektera under kommande säsong, kunde man välja en resistent sort. Man kan bara identifiera raser genom odling av rost på olika resistenta sorter och det kräver både tid och utrymme.

Ett annat problem är att P. striiformis kan bilda nya genetiska varianter genom sexuell omkombination. Detta sker när den byter värd från en gräsart (som vete eller rågvete) till den s.k. mellanvärden, som för P. striiformis är berberis; en växt som förekommer ganska mycket i det svenska landskapet. Tidigare fanns det en lag som tvingade utrotning av berberis (framförallt för att minska angrepp av svartrost) men den togs bort 1996. Om P. striiformis skulle övervintra och bilda nya varianter genom sexuell omkombination, skulle utrotning av berberis i närheten av stråsädesodlingar minska problemet med gulrost.

Ett av de viktigaste verktygen man har för att studera gulrost är olika genetiska markörer som består av korta DNA-sekvenser med ett upprepande mönster. De kallas för mikrosatelliter, eller ’single sequence repeats' (SSR). Detta mönster gör att det kan bildas olika långa upprepningar av sekvensen, och då kan man använda det antalet upprepningar så som man använder gener i vissa analyser, och då kan man få svar på flera frågor om en population.
I detta projekt har vi använt mikrosatelliter för att titta på den genetiska variationen i P. striiformis tagen från olika fält, olika landskap, och olika värdväxter. För genetiska studier med mikrosatelliter krävs bara en bladbit med lite rost. Man tar en bladbit med lite rost på, extraherar DNA, och ampliferar olika delar av svampens DNA. Varje primerpar kan betraktas som en gen, och de olika längderna som olika alleler. Med hjälp av datorprogram för att analysera dessa data kan man dra slutsatser kring hur populationen är uppbyggd och hur den kom till. Prover från berberis identifieras med hjälp av en DNA-sekvens som berättar vilken art av svamp det är.

Dessa studier har kompletterats med ett begränsat antal prover, tagna från olika odlingar, för att se både den genetiska variationen (mätt med mikrosatelliter) och den fenotypiska variationen (rasbestämining) som man får genom uppförökning av isolat och inokulering av sorter med kända resistensgener.
De genetiska data visar en stor variation i det material som samlats från vete och rågvete. Trots denna variation, kunde man gruppera materialet i olika grupper. Det var inget geografiskt mönster i materialet, men vissa kluster kom från rågvete och andra från vete. Den variation som fanns kom från mutationer och andra ändringar i patogenens liv på vete och rågvete och det var inga tecken på sexuell omkombination. Över 60 prover från berberis analyserades också och det var ingen Puccinia striiformis bland dessa, bara P. graminis (som orsakar svartrost) och en Puccinia-art som infekterar knylhavre.

Rasbestämingar var möjliga för ett begränsat antal prover 2015. Dessa visade raser som är vanliga i Europa, såsom de s.k. Kranich-, Warrior-, och Herefordraserna. Det var också en ras som kallas för 'Triticale aggressive', och en variant av den som fick namnet Triticale15. En variant av Warrior-rasen som inte kunde infektera sorter med resistensgenen amb (som finns i sorten Ambition) fanns bland materialet.

Det fanns inga tecken på sexuell omkombination av P. striiformis i undersökningen. Trots det, finns det gott om genetisk variation i den svenska populationen av P. striiformis . En strategisk plan för att minska förluster på grund av gulrost på ett miljövänligt sätt bör bygga på flera komponenter. En är att noga övervaka rostpopulationen i syfte att upptäcka nya raser så snart som möjligt. En annan är att lära sig hur nya raser av gulrost utvecklas. Är det via sexuell reproduktion som inte är omedelbart uppenbar, eftersom det är relativt sällsynt? Eller sker det via invandring av nya genotyper från andra områden? En tredje komponent är att utveckla bättre metoder för att skilja de olika raserna utan isolering, uppförökning och inokulering av sorter med olika resistensgener. Slutligen kan man studera olika resistensgener för att se om några fungerar bättre än andra i att utöva selektionstryck på patogenen.