Genetic analysis of resistance to septoria tritici blotch in the French winter wheat cultivars Balance and Apache

The ascomycete Mycosphaerella graminicola is the causal agent of septoria tritici blotch (STB), one of the most destructive foliar diseases of bread and durum wheat globally, particularly in temperate humid areas. A screening of the French bread wheat cultivars Apache and Balance with 30 M. graminicola isolates revealed a pattern of resistant responses that suggested the presence of new genes for STB resistance. Quantitative trait loci (QTL) analysis of a doubled haploid (DH) population with five M. graminicola isolates in the seedling stage identified four QTLs on chromosomes 3AS, 1BS, 6DS and 7DS, and occasionally on 7DL. The QTL on chromosome 6DS flanked by SSR markers Xgpw5176 and Xgpw3087 is a novel QTL that now can be designated as Stb18. The QTLs on chromosomes 3AS and 1BS most likely represent Stb6 and Stb11, respectively, and the QTLs on chromosome 7DS are most probably identical with Stb4 and Stb5. However, the QTL identified on chromosome 7DL is expected to be a new Stb gene that still needs further characterization. Multiple isolates were used and show that not all isolates identify all QTLs, which clearly demonstrates the specificity in the M. graminicola–wheat pathosystem. QTL analyses were performed with various disease parameters. The development of asexual fructifications (pycnidia) in the characteristic necrotic blotches of STB, designated as parameter P, identified the maximum number of QTLs. All other parameters identified fewer but not different QTLs. The segregation of multiple QTLs in the Apache/Balance DH population enabled the identification of DH lines with single QTLs and multiple QTL combinations. Analyses of the marker data of these DH lines clearly demonstrated the positive effect of pyramiding QTLs to broaden resistance spectra as well as epistatic and additive interactions between these QTLs. Phenotyping of the Apache/Balance DH population in the field confirmed the presence of the QTLs that were identified in the seedling stage, but Stb18 was inconsistently expressed and might be particularly effective in young plants. In contrast, an additional QTL for STB resistance was identified on chromosome 2DS that is exclusively and consistently expressed in mature plants over locations and time, but it was also strongly related with earliness, tallness as well as resistance to Fusarium head blight. Although to date no Stb gene has been reported on chromosome 2D, the data provide evidence that this QTL is only indirectly related to STB resistance. This study shows that detailed genetic analysis of contemporary commercial bread wheat cultivars can unveil novel Stb genes that can be readily applied in marker-assisted breeding programs

Exploitation de la variabilité génétique d’[i]Aegilops tauschii[/i] dans l’amélioration du blé tendre

National audienceGenetic improvement of crops is feasible only if breeders have at their disposal a sufficient pool of variability. In the case of bread wheat which is allohexaploid (2n=42, AABBDD), intraspecific variability has already been extensively exploited. Even if genetic progress is still possible, enlargement of variability available is crucial for breeders. Possibly, the best solution is to exploit wheat diploid progenitors and tetraploid wheats. Aegilops tauschii (2n=14, DD) is among the three progenitors the one with the highest potential. Indeed, its genome has full homology with the wheat D genome and it displays large genetic variation since it is adapted to a range of continental-type habitats.[br/]Synthetic wheats derived from hybridization between tetraploid wheats and accessions of [i]Ae. tauschii[/i] were produced by Club5 and INRA. The objective of the project was to carry out assessment of synthetic wheats and introduce [i]Ae. tauschii[/i] genetic diversity conferring novel traits in adapted wheats.Significant outcomes concerned i) large variability of grain storage proteins which are involved in baking quality and ii) selection in the progeny of hybrids between synthetic wheats and elite wheats of genotypes adapted to low input farming. These genotypes with a yield performance equal to or higher than check cultivars in low input farming displayed very high levels of resistance to diseases. Nevertheless they were late, tall, susceptible to lodging and had a relatively low Chopin alveographvalue (W).L'amélioration génétique ne peut être envisagée que si les sélectionneurs disposent d'un réservoir de variabilité suffisant. Dans le cas du blé tendre qui est allohexaploïde (2n=42, AABBDD), la variabilité intraspécifique a déjà été largement exploitée. Même si des progrès génétiques sont encore possibles, il est urgent d'accroître le potentiel de variabilité disponible du blé. La meilleure solution est l'exploitation de ses progéniteurs et des blés tétraploïdes. [i]Aegilops tauschii[/i] (2n=14, DD) est parmi ses trois progéniteurs diploïdes celui qui présente le plus d'intérêt. En effet son génome présente une homologie complète avec le D du blé et sa variabilité génétique est supérieure à celles des deux autres progéniteurs : [i]Triticum monococcum[/i] et[i] Ae. speltoides.[/i]Des blés dits synthétiques (2n=42, AABBDD) issus de l’hybridation entre des blés tétraploïdes et accessions d’[i]Ae. tauschii[/i] ont été créés par l’INRA et le GIE Club5. L'objectif du projet était de poursuivre leur évaluation et introduire de l’information génétique d’[i]Ae. tauschii[/i] conférant des caractères nouveaux d’intérêt agronomique dans du matériel élite de blé tendre.Les résultats les plus significatifs concernent i) la très grande variabilité des protéines de réserve du grain dont le rôle est primordial dans la qualité boulangère et ii) la sélection dans la descendance d’hybrides entre des blés synthétiques et des blés tendres Elite de géniteurs adaptés à des conduites en intrants réduits. Ces géniteurs dont le niveau de rendement est égal ou supérieur à celui des variétés actuelles en conduite ‘Faibles intrants’ présentent un très bon niveau de résistance aux maladies. Néanmoins ils sont tardifs, hauts, sensibles à la verse et ont une force boulangère (W) relativement faible

Exploitation de la variabilité génétique d’Aegilops tauschii dans l’amélioration du blé tendre

L'amélioration génétique ne peut être envisagée que si les sélectionneurs disposent d'un réservoir de variabilité suffisant. Dans le cas du blé tendre qui est allohexaploïde (2n=42, AABBDD), la variabilité intraspécifique a déjà été largement exploitée. Même si des progrès génétiques sont encore possibles, il est urgent d'accroître le potentiel de variabilité disponible du blé. La meilleure solution est l'exploitation de ses progéniteurs et des blés tétraploïdes. Aegilops tauschii (2n=14, DD) est parmi ses trois progéniteurs diploïdes celui qui présente le plus d'intérêt. En effet son génome présente une homologie complète avec le D du blé et sa variabilité génétique est supérieure à celles des deux autres progéniteurs : Triticum monococcum et Ae. speltoides. Des blés dits synthétiques (2n=42, AABBDD) issus de l’hybridation entre des blés tétraploïdes et accessions d’Ae. tauschii ont été créés par l’INRA et le GIE Club5. L'objectif du projet était de poursuivre leur évaluation et introduire de l’information génétique d’Ae. tauschii conférant des caractères nouveaux d’intérêt agronomique dans du matériel élite de blé tendre. Les résultats les plus significatifs concernent i) la très grande variabilité des protéines de réserve du grain dont le rôle est primordial dans la qualité boulangère et ii) la sélection dans la descendance d’hybrides entre des blés synthétiques et des blés tendres Elite de géniteurs adaptés à des conduites en intrants réduits. Ces géniteurs dont le niveau de rendement est égal ou supérieur à celui des variétés actuelles en conduite ‘Faibles intrants’ présentent un très bon niveau de résistance aux maladies. Néanmoins ils sont tardifs, hauts, sensibles à la verse et ont une force boulangère (W) relativement faible.Genetic improvement of crops is feasible only if breeders have at their disposal a sufficient pool of variability. In the case of bread wheat which is allohexaploid (2n=42, AABBDD), intraspecific variability has already been extensively exploited. Even if genetic progress is still possible, enlargement of variability available is crucial for breeders. Possibly, the best solution is to exploit wheat diploid progenitors and tetraploid wheats. Aegilops tauschii (2n=14, DD) is among the three progenitors the one with the highest potential. Indeed, its genome has full homology with the wheat D genome and it displays large genetic variation since it is adapted to a range of continental-type habitats.[br/] Synthetic wheats derived from hybridization between tetraploid wheats and accessions of Ae. tauschii were produced by Club5 and INRA. The objective of the project was to carry out assessment of synthetic wheats and introduce Ae. tauschii genetic diversity conferring novel traits in adapted wheats. Significant outcomes concerned i) large variability of grain storage proteins which are involved in baking quality and ii) selection in the progeny of hybrids between synthetic wheats and elite wheats of genotypes adapted to low input farming. These genotypes with a yield performance equal to or higher than check cultivars in low input farming displayed very high levels of resistance to diseases. Nevertheless they were late, tall, susceptible to lodging and had a relatively low Chopin alveograph value (W)