Genomics-assisted breeding in four major pulse crops of developing countries: present status and prospects

The global population is continuously increasing and is expected to reach nine billion by 2050. This huge population pressure will lead to severe shortage of food, natural resources and arable land. Such an alarming situation is most likely to arise in developing countries due to increase in the proportion of people suffering from protein and micronutrient malnutrition. Pulses being a primary and affordable source of proteins and minerals play a key role in alleviating the protein calorie malnutrition, micronutrient deficiencies and other undernourishment-related issues. Additionally, pulses are a vital source of livelihood generation for millions of resource-poor farmers practising agriculture in the semi-arid and sub-tropical regions. Limited success achieved through conventional breeding so far in most of the pulse crops will not be enough to feed the ever increasing population. In this context, genomics-assisted breeding (GAB) holds promise in enhancing the genetic gains. Though pulses have long been considered as orphan crops, recent advances in the area of pulse genomics are noteworthy, e.g. discovery of genome-wide genetic markers, high-throughput genotyping and sequencing platforms, high-density genetic linkage/QTL maps and, more importantly, the availability of whole-genome sequence. With genome sequence in hand, there is a great scope to apply genome-wide methods for trait mapping using association studies and to choose desirable genotypes via genomic selection. It is anticipated that GAB will speed up the progress of genetic improvement of pulses, leading to the rapid development of cultivars with higher yield, enhanced stress tolerance and wider adaptability

Występowanie patogenicznych i endofitycznych grzybów i ich wpływ na jakość roślin zielarskich stosowanych w leczeniu chorób neurologicznych i psychicznych

Due to increasing demand of medicinal plants (MPs), quality and safety more attention to the plant health should be paid. Among herb pathogens, especially fungi cause serious diseases in these plants decreasing yield and quality of herbal raw material. Some species, i.e. Fusarium sp., Alternaria sp., Penicillium sp. are known as mycotoxin producers. Paradoxically, self-treatment with herbal raw material can expose the patient to mycotoxin activity. In tissues of some MPs species, asymptomatically endophytic fungi residue. It is known that they are able to influence a biosynthesis of secondary metabolites in their host plant or produce biologically active compounds. Until recently these microorganisms have been neglected as a component of MPs, the reason why there have unexplored bioactivity and biodiversity. The paper presents an overview of herbal plants that are used in the treatment of nervous system diseases. Pathogenic fungi that infect these plants are described. It focused mainly on species producing harmful mycotoxins. The publication presents a list of these mycotoxins and a brief description of their effects on human health. The second part of this article provides information on the occurrence of endophytic fungi in herbal plants and their effects on human health. Coexistence of fungi and medicinal plants is not fully understood but can be crucial to ensure health and safety of patients with neurological diseases and mental disorders.Ze względu na stały wzrost zapotrzebowania na jakość i bezpieczeństwo roślin zielarskich, należałoby zwrócić większą uwagę na ich zdrowotność. Wśród patogenów roślin zielarskich, szczególnie grzyby powodują poważne choroby, zmniejszając plon i jakość surowców roślinnych. Niektóre gatunki m.in. Fusarium sp., Alternaria sp., Penicillium sp. znane są jako producenci toksycznych metabolitów. Paradoksalnie ludzie próbujący leczyć się samodzielnie (używając surowców zielarskich), mogą być narażeni na działanie tych mykotoksyn. W tkankach niektórych roślin zielarskich występują (bezobjawowo) pozostałości grzybów endofitycznych. Wiadomo, że mają one zdolność wywierania wpływu na biosyntezę wtórnych metabolitów rośliny żywicielskiej lub wytwarzają związki biologicznie czynne. Do niedawna te mikroorganizmy były przeoczane jako „składnik” roślin zielarskich, co spowodowało, że nadal są polem niezbadanej bioaktywności i bioróżnorodności. W artykule przedstawiono przegląd roślin zielarskich stosowanych w leczeniu chorób układu nerwowego. Opisano grzyby patogeniczne dla tych roślin. Skupiono się głównie na gatunkach biosyntetyzujących szkodliwe mykotoksyny. Publikacja obejmuje listę tych mykotoksyn oraz krótki opis ich wpływu na zdrowie człowieka. Druga część artykułu dostarcza informacji o występowaniu grzybów endofitycznych w roślinach zielarskich i wpływie endofitów na zdrowie człowieka. Współistnienie grzybów i roślin leczniczych nie jest w pełni zrozumiane, a może być bardzo istotne dla zapewnienia zdrowia i bezpieczeństwa pacjentów z zaburzeniami neurologicznymi i psychicznymi

Occurrence of pathogenic and endophytic fungi and their influence on quality of medicinal plants applied in management of neurological diseases and mental disorders

Due to increasing demand of medicinal plants (MPs), quality and safety more attention to the plant health should be paid. Among herb pathogens, especially fungi cause serious diseases in these plants decreasing yield and quality of herbal raw material. Some species, i.e. Fusarium sp., Alternaria sp., Penicillium sp. are known as mycotoxin producers. Paradoxically, self-treatment with herbal raw material can expose the patient to mycotoxin activity. In tissues of some MPs species, asymptomatically endophytic fungi residue. It is known that they are able to influence a biosynthesis of secondary metabolites in their host plant or produce biologically active compounds. Until recently these microorganisms have been neglected as a component of MPs, the reason why there have unexplored bioactivity and biodiversity. The paper presents an overview of herbal plants that are used in the treatment of nervous system diseases. Pathogenic fungi that infect these plants are described. It focused mainly on species producing harmful mycotoxins. The publication presents a list of these mycotoxins and a brief description of their effects on human health. The second part of this article provides information on the occurrence of endophytic fungi in herbal plants and their effects on human health. Coexistence of fungi and medicinal plants is not fully understood but can be crucial to ensure health and safety of patients with neurological diseases and mental disorders.Ze względu na stały wzrost zapotrzebowania na jakość i bezpieczeństwo roślin zielarskich, należałoby zwrócić większą uwagę na ich zdrowotność. Wśród patogenów roślin zielarskich, szczególnie grzyby powodują poważne choroby, zmniejszając plon i jakość surowców roślinnych. Niektóre gatunki m.in. Fusarium sp., Alternaria sp., Penicillium sp. znane są jako producenci toksycznych metabolitów. Paradoksalnie ludzie próbujący leczyć się samodzielnie (używając surowców zielarskich), mogą być narażeni na działanie tych mykotoksyn. W tkankach niektórych roślin zielarskich występują (bezobjawowo) pozostałości grzybów endofitycznych. Wiadomo, że mają one zdolność wywierania wpływu na biosyntezę wtórnych metabolitów rośliny żywicielskiej lub wytwarzają związki biologicznie czynne. Do niedawna te mikroorganizmy były przeoczane jako „składnik” roślin zielarskich, co spowodowało, że nadal są polem niezbadanej bioaktywności i bioróżnorodności. W artykule przedstawiono przegląd roślin zielarskich stosowanych w leczeniu chorób układu nerwowego. Opisano grzyby patogeniczne dla tych roślin. Skupiono się głównie na gatunkach biosyntetyzujących szkodliwe mykotoksyny. Publikacja obejmuje listę tych mykotoksyn oraz krótki opis ich wpływu na zdrowie człowieka. Druga część artykułu dostarcza informacji o występowaniu grzybów endofitycznych w roślinach zielarskich i wpływie endofitów na zdrowie człowieka. Współistnienie grzybów i roślin leczniczych nie jest w pełni zrozumiane, a może być bardzo istotne dla zapewnienia zdrowia i bezpieczeństwa pacjentów z zaburzeniami neurologicznymi i psychicznymi

Zastosowanie metod molekularnych i konwencjonalnych do identyfikacji i analizy zroznicowania genetycznego izolatow Rhizoctonia

In this study the pathogenicity of Rhizoctonia spp. isolates towards wheat seedlings in laboratory and greenhouse conditions was evaluated. In both experiments seven features were examined: plant height, roots weight, the percentage of infected stems and leaf sheaths and also the degree of stem and leaf sheaths infection. Isolates R1, R29, R39 and R59 were the most pathogenic. Percentage of infected stems ranged from 25.3 to 82.5 and roots from 35 to 82.3. The amplification of internal transcribed spacer regions (ITS1 and ITS2) between 18S, 5.8S and 28S rRNA genes and sequence analysis of these regions have been shown to be sufficiently variable to resolve two Rhizoctonia species. Random amplified polymorphic DNA (RAPD) was used to assess genetic variability among isolates. The suitability of RAPD method for isolates differentiation at intraspecific level was shown. Using seven arbitrary primers in polymerase chain reaction (PCR) thirty-three RAPD markers were generated. Clustering analysis from RAPD data resolved two groups of R. cerealis isolates at the 36% similarity level. Moreover, significant associations between molecular markers and pathogenicity of R. cerealis isolates were found.W prezentowanych badaniach oceniano patogeniczność izolatów Rhizoctonia spp. w stosunku do siewek pszenicy w warunkach laboratoryjnych i szklarniowych. W obu doświadczeniach badano 7 cech: wysokość roślin, masę korzeni, procent porażonych łodyg i pochew liściowych oraz stopień porażenia łodygi i pochwy liściowej. Najbardziej patogeniczne okazały się izolaty R1, R29, R39 i R59. Procent porażonych łodyg mieścił się w zakresie od 25.3 do 82.5, a procent porażonych korzeni od 35 do 82.3. Wykazano, że amplifikacja wewnętrznych transkrybowanych sekwencji rozdzielających (ITS1 i ITS2) geny kodujące 18S, 5.8S i 28S rRNAoraz analiza sekwencyjna tych regionów wystarczyły do rozróżnienia dwóch gatunków rodzaju Rhizoctonia. Losowo amplifikowany polimorficzny DNA (RAPD) wykorzystano do oceny zróżnicowania genetycznego między izolatami. Potwierdzono użyteczność metody RAPD w różnicowaniu izolatów na poziomie wewnątrzgatunkowym. Po zastosowaniu siedmiu losowych starterów w łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR) uzyskano 33 markery RAPD. W wyniku analizy klasterów danych uzyskanych w reakcjach RAPD wyodrębniono dwie grupy izolatów R. cerealis na poziomie podobieństwa równym 36%. Ponadto, znaleziono istotne związki pomiędzy markerami molekularnymi a patogenicznością izolatów R. cerealis

Wykorzystanie zmiennosci markerow izoenzymatycznych do charakterystyki genotypow odmian grochu [Pisum sativum L.]

Analizę polimorfizmu izoenzymów zastosowano do charakterystyki zmienności genetycznej i identyfikacji odmian hodowlanych grochu. Wybrane linie z banku genów Pisum reprezentowały wszystkie aktualnie zarejestrowane odmiany. Przebadano zmienność 10 systemów enzymatycznych w 21 odmianach grochu biało kwitnącego i 12 barwnie kwitnącego. Polimorfizm wewnątrzodmianowy przynajmniej jednego locus obserwowano w 9 odmianach. Wykryty zakres zmienności izoenzymatycznej 11 loci pozwolił na rozróżnienie wszystkich odmian grochu biało kwitnącego, natomiast identyfikacja wszystkich odmian grochu barwnie kwitnącego wymagała obserwacji polimorfizmu 14 loci. Wyznaczone współczynniki podobieństwa pomiędzy odmianami wykorzystano do dyskusji nad ich pokrewieństwem i zakresem zmienności puli genowej stosowanej w hodowli twórczej. Uzyskane wyniki wzbogaciły charakterystykę genotypów odmian stanowiących część materiałów kolekcyjnych. Tego rodzaju informacje mogą być wykorzystane w pracach hodowlanych do identyfikacji i kontroli czystości odmian grochów podczas produkcji i dystrybucji materiałów nasiennych.Isozyme polymorphism analysis was used for genetic variability characterization and identification of pea cultivars. Lines chosen from the Gene Bank of Pisum represented actually registered Polish cultivars. Variability of 10 enzyme systems was examined among 21 white flowering and 12 colour flowering pea cultivars. Intravarietal polymorphism at least of one locus was observed in 9 cultivars. Detected range of isozyme variability of 11 loci enabled to distinguish all white flowering pea cultivars but the identification of all colour flowering pea cultivars required 14 loci polymorphism observation. Calculated coefficients of similarity among the cultivars were used for discussion on their relationship and on the variability range of gene pool applied in creative breeding. Obtained results enriched the cultivars characteristics of cultivar genotypes which are a part of collected materials. This kind of information can be used in breeding projects for identification and pea cultivar purity control during production and distribution of seed materials

Evaluation of milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn.) seed germination in relation to seed health and seedling emergence

Milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn.) is an important medicinal plant. Achenes of milk thistle contain sylimarin, protecting liver cells against toxic compounds. The aim of the research was to find an optimum method of evaluation of milk thistle seed germination. Ten seed samples were tested. The seeds were germinated: on top of blotter paper, on top of blotter paper after seed disinfection, between pleated blotter paper, in rolled blotter paper and in sand. Germination at the first and final counts, the percentages of abnormal seedlings and dead seeds were determined. The correlation coefficients between seed germination, evaluated with various methods, and seedling emergence were calculated. Moreover, fungi associated with seeds and diseased seedlings were identified. The lowest percentage of normal seedlings was observed after germination on the top of blotter. Highly significant positive correlations were noted between seedling emergence and seed germination at the final count evaluated in rolled paper, between pleated paper and in sand. The fungi from genera:Alternaria, Fusarium, Penicillium, Trichoderma, Ulocladium and Verticillium were frequently identified on seeds and seedlings. Infestation with fungi significantly affected milk thistle seed germination and plant emergence. Germination in rolled blotter paper may be recommended for evaluation of milk thistle seed germination, as the most practical and significantly correlated with seedling emergence

Evaluation of milk thistle ( Silybum marianum

Milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn.) is an important medicinal plant. Achenes of milk thistle contain sylimarin, protecting liver cells against toxic compounds. The aim of the research was to find an optimum method of evaluation of milk thistle seed germination. Ten seed samples were tested. The seeds were germinated: on top of blotter paper, on top of blotter paper after seed disinfection, between pleated blotter paper, in rolled blotter paper and in sand. Germination at the first and final counts, the percentages of abnormal seedlings and dead seeds were determined. The correlation coefficients between seed germination, evaluated with various methods, and seedling emergence were calculated. Moreover, fungi associated with seeds and diseased seedlings were identified. The lowest percentage of normal seedlings was observed after germination on the top of blotter. Highly significant positive correlations were noted between seedling emergence and seed germination at the final count evaluated in rolled paper, between pleated paper and in sand. The fungi from genera:Alternaria, Fusarium, Penicillium, Trichoderma, Ulocladium and Verticillium were frequently identified on seeds and seedlings. Infestation with fungi significantly affected milk thistle seed germination and plant emergence. Germination in rolled blotter paper may be recommended for evaluation of milk thistle seed germination, as the most practical and significantly correlated with seedling emergence