Identification and mapping of QTL for resistance against Zymoseptoria tritici in the winter wheat accession HTRI1410 (Triticum aestivum L. subsp. spelta)

Karlstedt, Frances GND

Zymoseptoria tritici, the causal agent of Septoria tritici blotch (STB), causes yield losses of up to 50 % in wheat, globally. Growing of resistant cultivars is the most cost effective and envi-ronmental friendly way to avoid these losses. Zymoseptoria tritici is present worldwide and has gained evident importance due to changes in wheat growing practices. Fungicides such as strobilurins and azoles lost their efficiency in controlling STB. Therefore, there is a need to conducted screening of gene bank accessions for resistance, get information on the genetics of resistance and develop molecular markers for the efficient deployment of new resistances in wheat breeding. In extensive screening programs for resistance, the spelt wheat gene bank accession HTRI1410 turned out to be resistant in field trials and to be a valuable source for improvement of resistance to Zymoseptoria tritici in wheat, therefore. In order to get information on the genetics of the STB resistance in HTRI1410, a DH population consisting of 135 lines derived from crosses of HTRI1410 to three susceptible cultivars, i.e. ‘Alcedo’, ‘Jenga’ and ‘Sol-itär’, was generated. Based on two years and three locations, the heritability for STB resistance was calculated at h²= 0.55. In addition to the extensive field trials, artificial inoculation in de-tached leaf assays was conducted using three isolates (IPO323, IPO98022, IPO98050) and the necrotic mean leaf area was determined. A quantitative variation for the reaction to a Zy-moseptoria infection was observed and a significant genotypic effect detected. In parallel the DH population was genotyped by the wheat 90k iSelect SNP chip. The genotypic data were used for map construction. About 6,000 SNPs turned out to be polymorphic between HTRI1410 and the three susceptible cultivars. Out of these, 1,118 SNPs were mapped to the A genome, 1,326 SNPs mapped to the B genome and 267 SNPs to the D genome. QTL anal-yses based on field trials revealed QTL on chromosomes 5A, 4B and 7B. In addition, based on the detached leaf assay, 17 QTL were detected on chromosomes 1A, 2A, 3A, 4A, 6A and 1B, 2B, 5B. Furthermore, KASP markers for respective QTL were developed facilitating effi-cient marker based selection for resistance to STB.

Zymoseptoria tritici, der Erreger der Septoria-Blattdürre (STB), verursacht weltweit Ertragsver-luste von bis zu 50 % und hat an Bedeutung durch Veränderungen im Weizenanbau gewonnen. Der Anbau resistenter Sorten ist der kostengünstigste und umweltfreundlichste Weg, diese Ver-luste zu reduzieren. Typische Symptome dieses Schaderregers sind nekrotische Blattflecken. Häufig genutzte Fungizide, wie Strobilurine und Azole verlieren ihre Wirksamkeit bei der Be-kämpfung von STB. Folglich besteht die Notwendigkeit, Genbank-Akzessionen auf Resistenzen zu untersuchen, Informationen über die Genetik der Resistenz zu gewinnen und molekulare Marker für den effizienten Einsatz neuer Resistenzen in der Weizenzüchtung zu entwickeln. Die Spelzweizen Genbankakzession HTRI1410 erwies sich in Feldversuchen als resistent und da-mit wertvolle Quelle für die Verbesserung der Resistenz gegen Z. tritici in Brotweizen. Um die Genetik der STB-Resistenz in HTRI1410 zu untersuchen, wurde eine DH-Population, beste-hend aus 135 Linien, die aus Kreuzungen von HTRI1410 mit den drei anfälligen Sorten ‘Alcedo’, ‘Jenga’ und ‘Solitär’ stammen, erzeugt. Basierend auf zweijährigen und dreiortigen Feldver-suchsergebnissen ergab sich eine Heritabilität h²= 0,55 für die STB-Resistenz. Zusätzlich zu diesen umfangreichen Versuchen wurde eine künstliche Inokulation in einem Blattsegementtest mit drei ausgewählten Isolaten (IPO323, IPO98022, IPO98050) durchgeführt und die mittlere, nekrotisierte Blattfläche bestimmt. Eine quantitative Variation für die Reaktion hinsichtlich einer Zymoseptoria-Infektion wurde beobachtet und ein signifikanter genotypischer Effekt festgestellt. Parallel dazu wurde die Population mit dem 90k iSelect SNP Chip genotypisiert. Die genotypi-schen Daten wurden für die Erstellung einer genetischen Karte verwendet. Etwa 6.000 SNPs erwiesen sich als polymorph zwischen der resistenten Akzession und den drei anfälligen Eltern. Von diesen wurden 1.118 SNPs auf dem A-Genom kartiert, 1.326 SNPs auf dem B-Genom und 267 SNPs auf dem D-Genom. In QTL-Analysen basierend auf den Feldversuchsergebnissen, wurden QTL auf den Chromosomen 5A, 4B und 7B lokalisiert. Basierend auf dem Blattseg-menttest wurden 17 QTL auf den Chromosomen 1A, 2A, 3A, 4A, 6A und 1B, 2B, 5B nachge-wiesen. Weiterhin wurden KASP-Marker für entsprechende QTL entwickelt, die eine markerge-stützte Selektion auf STB-Resistenz erlauben.

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Karlstedt, Frances: Identification and mapping of QTL for resistance against Zymoseptoria tritici in the winter wheat accession HTRI1410 (Triticum aestivum L. subsp. spelta). Quedlinburg 2020. Julius Kühn-Institut.

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