Screening Cotton Genotypes auf Reniform Nematode Resistenz

Rotylenchulus reniformis (Linford und Oliveira), gemeinhin als Reniformnematode bezeichnet, ist eine der wichtigsten parasitären Nematodenarten, die in Böden des Südostens der Vereinigten Staaten vorkommen^1,2,3. Der Nematoden ist ein obligater, sessesshafter Semiendosit, der eine Wirtspflanze benötigt, um ihren Lebenszyklus abzuschließen^2,4. Vermiforme präadulte weibliche Nematoden dringen in das Wirtswurzelsystem ein, um eine Futterstelle in der Stele^2,3zu errichten. Wenn sich die Nematode ernährt und reift, schwillt der hintere Teil, der außerhalb der Wirtswurzel verbleibt, bei der Eiproduktion an und bildet eine charakteristische Nierenform (Abbildung 1). Rotylenchulus reniformis ist in der Lage, sich vom Wurzelsystem von mehr als 300 Pflanzenarten, einschließlich Baumwolle⁴, zu ernähren. Upland-Baumwolle(Gossypium hirsutum L.) wird im Südosten der Vereinigten Staaten weit verbreitet angebaut, aber das Fehlen von R. reniformis resistente Sorten behindern Nematodenmanagement^2,3. Managementstrategien wie Nematizidbehandlung und Rotation mit Nicht-Wirtspflanzenarten wurden verwendet, um den Boden Rzu reduzieren. reniformis Populationsdichten^5,6, aber Samen Baumwolle Ertragsverluste können in der Regel von 1 bis 5%²reichen. Symptome von R. Reniformis-Infektion kann Pflanzenstunting, unterdrücktes Wurzelwachstum, Ernährungsmängel, Obstabtreibung und verzögerte Reife²umfassen. Jedoch, Symptome können nicht aufgrund der Gleichförmigkeit der Symptome auf dem Feld offensichtlich sein; daher Ansätze zur Bewertung von R. Reniformis-Infektionen sind erforderlich, um resistente Baumwollsorten im Hochland zu identifizieren und zu entwickeln. Bewertung von R. reniformis Resistenz in Baumwolle gilt als schwierig⁷, weil das infizierte Wurzelsystem normal erscheinen kann, obwohl die Pflanze Symptome einer Infektion zeigen kann⁸.

Für die Identifizierung von Rist ein effektives Nematoden-Screening-Protokoll erforderlich. reniformis resistente Beitritte aus der Baumwollkeimplasmasammlung und zur Bestimmung der Resistenzgenetik für diese Beitritte. Ein solches Protokoll wird bei der Übertragung von Resistenzgenen auf Hochlandbaumwolle helfen. Zur Beurteilung von Rwurden verschiedene Bioassay-Methoden verwendet. reniformis Infektion in Baumwolle^{8,9,10,11,12,13,14,15}. Im Allgemeinen wurden zwei Hauptansätze für die Identifizierung von Rverwendet. reniformis resistente Baumwollgenotypen. Der am häufigsten verwendete Ansatz beinhaltet die Extraktion von Eiern und/oder vermiformenen Nematoden aus infizierten Pflanzen oder Böden^{8,11,12,14,15}. Die allgemeine Methodik für diesen Ansatz beinhaltet das Anpflanzen von Samen für die einzelnen Baumwollgenotypen in separaten Töpfen, so dass sich die Sämlinge für 7 bis 14 Tage entwickeln können, indem die Sämlinge durch Zugabe einer Mischung aus vermiformen Stufen von Rimpfen. Reniformis in den Boden, und so dass die Nematoden das Wurzelsystem für 30 bis 60 Tage infizieren. Als nächstes werden vermiforme Nematoden und/oder Eier aus dem infizierten Wurzelsystem jeder Pflanze oder aus dem Blumenboden extrahiert. Die Anzahl der extrahierten Nematoden oder Eier wird dann bestimmt, um die Populationsdichte und Fortpflanzungsrate zu schätzen, die mit Kontrollgenotypen verglichen werden, um resistente Genotypen zu identifizieren.

Ein alternativer Ansatz, wie hier beschrieben, beinhaltet mikroskopisch die Untersuchung des Baumwollwurzelsystems, das mit Nematoden infiziert wurde, um die Anzahl der weiblichen Nematoden zu bestimmen, die die Wurzeln parasitieren^10,16. Ähnlich wie bei anderen Ansätzen werden Baumwollgenotypen in separaten Töpfen gepflanzt und ca. 7 Tage nach der Pflanzung mit vermiforderen Nematoden geimpft. Innerhalb von 30 Tagen nach der Impfung wird das Wurzelsystem von einzelnen Pflanzen entfernt und der Boden von den Wurzeln abgeführt. Als nächstes werden die Amematoden, die am Wurzelsystem befestigt sind, mit roter Lebensmittelfarbe¹⁷gefärbt, und Die Wurzeln werden mikroskopisch untersucht, um die Anzahl der Infektionsstellen mit resistenten Baumwollgenotypen zu bestimmen (identifiziert basierend auf der Anzahl der Nematoden pro Gramm Wurzel) im Vergleich zu einer anfälligen Kontrolle¹⁶. Dieser zweite Ansatz hat den Vorteil eines erhöhten Durchsatzes, indem er die Anzahl der für die Bewertung erforderlichen Tage reduziert und die Anzahl der einzelnen Genotypen erhöht, die in einem einzigen Experiment bewertet werden. Screening-Methoden, die Bevölkerungsdichte oder Reproduktionsrate bewerten, sind oft zeitaufwändiger als jene, die auf visuellen Beobachtungen von Infektionszeichen basieren⁷. Eine Einschränkung dieses Ansatzes besteht jedoch darin, dass die Widerstandsfähigkeit von Wirtspflanzen, die die Nematodenvermehrung gemäß der Eiproduktion behindert, nicht bewertet wird¹³.

Screening-Protokolle für R. Reniformis-Widerstand zerstört oft das Wurzelsystem während der Auswertung⁷ und beinhaltet, dass der vegetative Trieb verworfen wird. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde eine Methode der vegetativen Vermehrung entwickelt, um die Rückgewinnung von Pflanzen für die Saatgutproduktion zu ermöglichen¹⁸. Nach dem Entfernen des Wurzelsystems zur Nematodenbewertung wird der vegetative Trieb in Blumenerde gepflanzt, damit das Wurzelsystem nachwachsen kann. Diese Methode hat breite Anwendungen für die meisten R. reniformis Screening-Protokolle. Eine einfache und schnelle Methode der vegetativen Vermehrung ist von entscheidender Bedeutung für die Züchtung R. reniformis resistente Hochland-Baumwollsorten, bei denen die Rückgewinnung der Nachkommenschaft erforderlich ist, um resistente Genotypen auf die nächste Generation zu bringen.

Für das großflächige Screening von Baumwollgenotypen auf Reniformnematodenresistenz wird ein Protokoll vorgelegt. Ziel ist es, eine einfache und schnelle zerstörungsfreie Screening-Methode zur Bewertung von Baumwollzuchtpopulationen auf Nematodenresistenz zu entwickeln, um bei der Züchtung resistenter Hochland-Baumwollsorten zu helfen. Mit diesem Protokoll werden die Daten in der Regel innerhalb von 35 Tagen gewonnen, wobei mehr als 300 Genotypen in einem einzigen Experiment ausgewertet werden. Die Daten werden für resistente und anfällige Genotypen dargestellt, um die mit diesen Methoden häufig beobachtete Variation zu veranschaulichen.