Lineaje-exclusion, a strategy for breeding rice with durable resistance to Pyricularia grisea Sacc. in Colombia

Abstract

Rice blast has challenged plant breeders when they were searching for durable resistance in Colombia. Rapid resistance breakdowns were commonly observed in newly bred cultivars and they are attributed to frequent appearance of new pathotypes. Recent population studies of the rice blast pathosystem have shown that Pyricularia grisea in a given region, typically expresses a phylogenetic organization of distinct lineages (‘genetic families’ as defined by MGR-DNA fingerprinting). Each lineage exhibits a definable virulence spectrum, and the potential for developing new pathotypes appears to be constrained by lineage-specific avirulences. Lineageexclusion is a breeding strategy aimed to enlighten the choosing of genes to obtain more durable resistance in the field. Combining genes that complementary exclude fragments of virulence, will provide complete resistance to known lineages. The resistance of pyramids bearing the major resistance genes Pi-1 (t) and Pi-2 (t) was determined at three sites in a primary rice growing region in Colombia, from 1996 to 1998.The chosen R-genes are individually defeated by common lineages in Colombia, but combined, provide resistance to the complementary spectra of virulence. The pyramids were selected by screening the progeny of a cross of nearisogenic lines with the representative.The presence and homozygosity of both genes were confirmed through molecular markers. Neither single Colombian isolate, nor mixture of isolates infected the pyramids. The pyramids proved to be highly resistant in the field, and no major changes in lineage composition or virulence spectrum were observed. However, some moderately compatible isolates of lineage SRL-6 were transiently observed in the area of Santa Rosa. Resistance breakdown (vulnerability) may depend on within lineage rather than between lineage distributions of virulence.

La durabilidad de la resistencia genética del arroz a Pyricularia grisea Sacc. había estado comprometida en Colombia, por una rápida adaptación aparente del patógeno a los genes dispuestos para contrarrestar su incidencia. Las variedades mejoradas se veían afectadas por la enfermedad en el curso de pocos años y, en ocasiones, a sólo meses de haber sido liberadas. La exclusión de linajes es una estrategia de mejoramiento que propone la identificación y posterior ‘piramidación’ de genes con habilidad para reconocer de manera complementaria las avirulencias de las familias genéticas (linajes) del patógeno. Poblaciones ecológicamente distintitas, caracterizadas molecularmente mediante la sonda MGR-586, exhiben una estructura clonal en la que cada aislamiento del linaje comparte históricamente el mismo espectro de virulencia. La resistencia obtenida con la piramidación de genes complementarios funciona como factor de exclusión hacia la totalidad de la virulencia en la población del patógeno en un ecosistema determinado. Así, en Colombia, los genes Pi-1 (t) y Pi-2 (t) son diferencial y complementariamente excluyentes de la virulencia de las poblaciones de P. grisea. Fueron obtenidas líneas con estos genes piramidados mediante el cruzamiento de dos líneas isogénicas; la presencia y condición homocigota de los genes de resistencia en las nuevas líneas fue establecida a través de marcadores moleculares. El comportamiento de las pirámides fue evaluado en el laboratorio, en cámaras de crecimiento con aislamientos representativos de los linajes colombianos y, en el campo, en una región dedicada tradicionalmente a la producción de arroz donde las epidemias de piricularia son frecuentes.Tanto en las inoculaciones artificiales, como en las áreas de cultivo, las pirámides conservaron la resistencia. La estructura de virulencia entre la población del patógeno en el campo permaneció estable durante tres años, aunque estacional y transitoriamente se identificaron algunos aislamientos virulentos a las pirámides en la estación experimental.