Wheat pre-breeding towards disease resistance of fungal pathogens
Date
2023-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Bread wheat is an important grain crop cultivated globally, serving as the main source of calories
and protein to approximately 4 billion individuals. To sustain increasing consumer demands, the
production of wheat is required to increase with 60% by 2050. Wheat production is often threatened
by the occurrence of both abiotic and biotic stressors, resulting in reduced yields. The most
economically important biotic stressors constraining the production of wheat are fungal diseases.
Management strategies have been developed to control disease outbreaks. The integration of disease
resistance is highly favoured as it is cost-effective, environmentally friendly and reduces the
risk of disease outbreaks.
The aim of the study was to identify crossing parents to introduce into the male-sterility mediated
marker-assisted recurrent selection pre-breeding programme. The SU-PBL’s 2020 wheat nursery and
Fusarium head blight CIMMYT nursery used as male crossing parents, were genotypically and
phenotypically assessed for powdery mildew resistance (Pm37, Pm4b, MLAG12, MLUM15) and Fusarium
head blight resistance (Qfhs.ifa.5A, 7AQTL, Qfhs.ndsu.3BS),
respectively.
Two superior genotypes with FHB resistance were identified from the FHB CIMMYT nursery. The two
wheat lines displayed low disease severity, low DON content and minimal FDK. Five superior wheat
lines with powdery mildew resistance were identified from the SU-PBL’s 2020 wheat nursery. These
superior wheat lines displayed promising genotypic and phenotypic expressions for introduction into
the MS-MARS pre-breeding scheme.
Future studies should include additional molecular and phenotypic characterisation of the
nurseries. It should also include active powdery mildew resistance breeding. Due to the expected
change in climatic conditions worldwide, an increased risk of powdery mildew outbreaks is expected
for South Africa. Extensive breeding for powdery mildew disease resistance through the deployment
of several viable genes would reduce this threat.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Koring is ’n baie belangrike graangewas wat wêreldwyd gekweek word, en dien as die primêre bron van kalorieë en proteïene vir ongeveer 4 miljard individue. Om aan die toenemende aantal verbruikers se aanvraag te voldoen word daar vereis dat koringproduksie toeneem met ongeveer 60% teen die jaar 2050. Die produksie van koring word dikwels bedreig deur die teenwoordigheid van beide biotiese en abiotiese stressors wat gevolglik lei tot verlaagde opbrengs. Die mees belangrike ekonomiese biotiese stressors wat koringproduksie beperk, is swamsiektes. Beheerstrategieë moet in plek gestel word om die uitbraak van siektes te beperk. Die integrasie van weerstand teen siektes is dus belangrik omdat dit koste-effektief en omgewingsvriendelik is, asook die risiko van die uitbraak van siektes verminder. Die doelwit van hierdie studie was om kruisings-ouers te identifiseer en tot die manlik steriliteit merkerbemiddelde herhalende seleksie (MS-MBHS) voortelings program toe te voeg. Die Universiteit van Stellenbosch se planteteeltlaboratorium (US-PL) se 2020 koring en CIMMYT se aarskroeisiekte kwekerye, is as manlike kruisings-ouers gebruik en is genotipies en fenotipies apart vir witroesweerstand (Pm37, Pm4b, MLAG12, MLUM15) en aarskroeiweerstand (Qfhs.ifa.5A, 7AQTL, Qfhs.ndsu.3BS) getoets. Twee hoofgenotipes met aarskroeiweerstand is geïdentifiseer uit die CIMMYT aarskroeisiekteweerstand kwekery. Die twee koringlyne het lae infeksievlakke, lae DON-inhoud en minimale FDK getoon. Vyf hoofkoringlyne met witroesweerstand is geïndentifiseer uit die US- PL se 2020 kwekery. Dié koringlyne het belowende genotipiese en fenotipiese uitdrukking getoon vir toevoeging tot die MS-MBHS voortelingskema. Toekomstige navorsing moet daarop fokus om addisionele molekulêre en fenotipiese karakterisering van die kwekery in te sluit, asook aktiewe witroesweerstandsteling. As gevolg van die verwagde wêreldwye verandering in klimaatstoestande, word ’n verhoogde risiko vir witroesuitbraak vir Suid-Afrika voorspel. Uitgebreide witroessiekteweerstandsteling deur die vrystelling van weerstandsgene, sal hierdie bedreiging verminder.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Koring is ’n baie belangrike graangewas wat wêreldwyd gekweek word, en dien as die primêre bron van kalorieë en proteïene vir ongeveer 4 miljard individue. Om aan die toenemende aantal verbruikers se aanvraag te voldoen word daar vereis dat koringproduksie toeneem met ongeveer 60% teen die jaar 2050. Die produksie van koring word dikwels bedreig deur die teenwoordigheid van beide biotiese en abiotiese stressors wat gevolglik lei tot verlaagde opbrengs. Die mees belangrike ekonomiese biotiese stressors wat koringproduksie beperk, is swamsiektes. Beheerstrategieë moet in plek gestel word om die uitbraak van siektes te beperk. Die integrasie van weerstand teen siektes is dus belangrik omdat dit koste-effektief en omgewingsvriendelik is, asook die risiko van die uitbraak van siektes verminder. Die doelwit van hierdie studie was om kruisings-ouers te identifiseer en tot die manlik steriliteit merkerbemiddelde herhalende seleksie (MS-MBHS) voortelings program toe te voeg. Die Universiteit van Stellenbosch se planteteeltlaboratorium (US-PL) se 2020 koring en CIMMYT se aarskroeisiekte kwekerye, is as manlike kruisings-ouers gebruik en is genotipies en fenotipies apart vir witroesweerstand (Pm37, Pm4b, MLAG12, MLUM15) en aarskroeiweerstand (Qfhs.ifa.5A, 7AQTL, Qfhs.ndsu.3BS) getoets. Twee hoofgenotipes met aarskroeiweerstand is geïdentifiseer uit die CIMMYT aarskroeisiekteweerstand kwekery. Die twee koringlyne het lae infeksievlakke, lae DON-inhoud en minimale FDK getoon. Vyf hoofkoringlyne met witroesweerstand is geïndentifiseer uit die US- PL se 2020 kwekery. Dié koringlyne het belowende genotipiese en fenotipiese uitdrukking getoon vir toevoeging tot die MS-MBHS voortelingskema. Toekomstige navorsing moet daarop fokus om addisionele molekulêre en fenotipiese karakterisering van die kwekery in te sluit, asook aktiewe witroesweerstandsteling. As gevolg van die verwagde wêreldwye verandering in klimaatstoestande, word ’n verhoogde risiko vir witroesuitbraak vir Suid-Afrika voorspel. Uitgebreide witroessiekteweerstandsteling deur die vrystelling van weerstandsgene, sal hierdie bedreiging verminder.
Description
Thesis (MScAgric)--Stellenbosch University, 2023.