Pyramiding of Ryd2 and Ryd3 conferring tolerance to a German isolate of Barley yellow dwarf virus-PAV (BYDV-PAV-ASL-1) leads to quantitative resistance against this isolate

Barley yellow dwarf virus (BYDV) is an economically important pathogen of barley, which may become even more important due to global warming. In barley, several loci conferring tolerance to BYDV-PAV-ASL-1 are known, e.g. Ryd2, Ryd3 and a quantitative trait locus (QTL) on chromosome 2H. The aim of the present study was to get information whether the level of tolerance against this isolate of BYDV in barley can be improved by combining these loci. Therefore, a winter and a spring barley population of doubled haploid (DH) lines were genotyped by molecular markers for the presence of the susceptibility or the resistance encoding allele at respective loci (Ryd2, Ryd3, QTL on chromosome 2H) and were tested for their level of BYDV-tolerance after inoculation with viruliferous (BYDV-PAV-ASL-1) aphids in field trials. In DH-lines carrying the combination Ryd2 and Ryd3, a significant reduction of the virus titre was detected as compared to lines carrying only one of these genes. Furthermore, spring barley DH-lines with this allele combination also showed a significantly higher relative grain yield as compared to lines carrying only Ryd2 or Ryd3. The QTL on chromosome 2H had only a small effect on the level of tolerance in those lines carrying only Ryd2, or Ryd3 or a combination of both, but the effect in comparison to lines carrying no tolerance allele was significant. Overall, these results show that the combination of Ryd2 and Ryd3 leads to quantitative resistance against BYDV-PAV instead of tolerance

Charakterisierung der Resistenz deutscher Weizensorten gegenüber Weizenflugbrand (Ustilago tritici)

Die Resistenzzüchtung gegenüber Weizenflugbrand (Ustilago tritici) hat in den letzten Jahren aufgrund der Ausdehnung des ökologischen Landbaus, der eine Bekämpfung mittels chemischer Saatgutbeizung nicht zulässt, zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ziel eines im Rahmen des „Bundesprogramm Ökologischer Landbau“ geförderten Projektes war es daher, Resistenzen im deutschen Weizensortiment, als Basis für eine direkte Nutzung dieser Sorten im ökologischen Anbau bzw. als Ausgangspunkt für eine gezielte Resistenzzüchtung, zu identifizieren

Erfassung genetischer Unterschiede des Weizens bezüglich der Fähigkeit zur Symbiose mit wurzelendophytisch wachsenden Pilzen und deren Auswirkungen auf die Stresstoleranz

Weizen (Triticum aestivum) ist eine der bedeutendsten Kulturpflanzen für die menschliche Ernährung. Die Notwendigkeit sowohl unter veränderten Klimabedingungen mit häufiger auftretenden abiotischen und biotischen Stresssituationen als auch auf Grenzstandorten langfristig stabile Erträge zu erzielen, führt im konventionellen und insbesondere im ökologischen Landbau zu einem Bedarf an Weizengenotypen mit verbesserter abiotischer und biotischer Stresstoleranz. Neben der Verbesserung der Stresstoleranz per se, stellt die Nutzung der Mykorrhiza eine Möglichkeit zur Verbesserung der Stresstoleranz dar. Das Ziel des Vorhabens war es daher genetische Unterschiede des Brotweizens (Triticum aestivum) bezüglich der Fähigkeit zur Symbiose mit wurzelendopytisch wachsensen Pilzen zu identifizieren, um damit die Grundlagen zu schaffen, entsprechende Unterschiede zukünftig züchterisch nutzbar zu machen. Desweiteren sollten die Auswirkungen der Mykorrhizierung auf die Biomasse- und Kornertragsbildung unter biotischen und abiotischen Stressbedingungen wie Pathogenbefall, Trockenstress oder Phosphormangel, welche verstärkt unter ökologischen Produktionsbedingungen auftreten, sowie entsprechende Wechselwirkungen erfasst und mittels assoziationsgenetischer Studien molekulare Marker für diese Parameter identifiziert werden. Das Projekt leistete damit einen Beitrag zur Anpassung von Kulturpflanzen an den Klimawandel. Zu diesem Zweck wurden in den Versuchsjahren 2011, 2012, 2013 und 2014 an 103 Weizengenotypen Gewächshausversuche zur Mykorrhizierbarkeit, sowie der Ermittlung von Trockenstress- und Phosphormangeltoleranz (30 Genotypen) angelegt. Zudem wurden in den Versuchsjahren 2012/13 und 2013/14 Feldversuche zur Mykorrhizierung von Weizengenotypen unter Freilandbedingungen, sowie ein Freilandversuch zur Bestimmung der Krankheitsanfälligkeit von Weizen gegenüber Blumeria graminis und Puccinia triticina nach Mykorrhizierung durchgeführt. Parallel dazu erfolgte eine Genotypisierung mittels 90k iSelect Chip. Somit konnte eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) zur Identifikation von QTL, die an Trockenstresstoleranz und Mykorrhizierung beteiligt sind, durchgeführt werden. Alle untersuchten Genotypen konnten erfolgreich durch Mykorrhizapilze besiedelt werden, wobei die Art Glomus intraradices der Hauptbesiedler war. Es konnte gezeigt werden, dass eine breite genotypische Variation für das Merkmal Mykorrhizierung existiert, sowohl unter Normal-, Trockenstress- als auch Phosphormangelbedingungen. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die Mykorrhizierung bei der Mehrheit der untersuchten Genotypen zu Ertragssteigerungen unter Mangelbedingungen führte, jedoch auch Genotypen auftraten, die mit Ertragsreduktion unter bestimmten Umweltbedingungen reagierten. Es wurde keine Korrelation zwischen der Intensität der Besiedlung und dem Ertragseffekt beobachtet. Vielmehr war der Effekt der Mykorrhizierung auf den Ertrag von den Faktoren Genotyp und Umwelt abhängig. Weiterhin wurde gezeigt, dass eine Mykorrhizierung von Weizen unter Feldbedingungen in geringem Maß möglich war und auch hier genotypische Unterschiede in der Intensität der Besiedlung auftraten. Es konnten jedoch keine signifikanten Ertragsunterschiede zwischen der mykorrhizierten und nicht mykorrhizierten Variante ermittelt werden. Nach der künstlichen Inokulation von Weizen mit Blumeria graminis und Puccinia triticina unter Freilandbedingungen konnte nur temporär ein Effekt der Mykorrhizierung auf die Krankheitsanfälligkeit festgestellt werden. Anhand der durchgeführten Assoziationsstudie wurden signifikante Marker- Merkmalsassoziationen für die Mykorrhizierung bzw. die Trockenstresstoleranz ermittelt

Further analysis of barley MORC1 using a highly efficient RNA-guided Cas9 gene-editing system

Summary Microrchidia (MORC) proteins comprise a family of proteins that have been identified in prokaryotes and eukaryotes. They are defined by two hallmark domains: a GHKL-type ATPase and an S5-fold. In plants, MORC proteins were first discovered in a genetic screen for Arabidopsis thaliana mutants compromised for resistance to a viral pathogen. Subsequent studies expanded their role in plant immunity and revealed their involvement in gene silencing and genome stabilization. Little is known about the role of MORC proteins of cereals, especially because knockout (KO) mutants were not available and assessment of loss of function relied only on RNAi strategies, which were arguable, given that MORC proteins in itself are influencing gene silencing. Here, we used a Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)-mediated KO strategy to functionally study HvMORC1, one of the current seven MORC members of barley. Using a novel barley RNA Pol III-dependent U3 small nuclear RNA (snRNA) promoter to drive expression of the synthetic single guide RNA (sgRNA), we achieved a very high mutation frequency in HvMORC1. High frequencies of mutations were detectable by target sequencing in the callus, the T0 generation (77%) and T1 generation (70% - 100%), which constitutes an important improvement of the gene-editing technology in cereals. Corroborating and extending earlier findings, SpCas9-edited hvmorc1-KO barley, in clear contrast to Arabidopsis atmorc1 mutants, had a distinct phenotype of increased disease resistance to fungal pathogens, while morc1 mutants of either plant showed de-repressed expression of transposable elements (TEs), substantiating that plant MORC proteins contribute to genome stabilization in monocotyledonous and dicotyledonous plants

Investigation into the question of complex processing of bauxites of the srednetimanskoe deposit

A new technology of processing raw materials with the use of active alkali is suggested for bauxites of the Srednetimanskoe deposit; bauxite is opened at 300°C for 1 h. This technology makes it possible to increase the recovery of alumina to 94-98% and obtain red slimes and zeolite enriched with iron (58%) and titanium (4.8%); the environmental problem of storing red slimes is resolved. The blast-furnace smelting of such slimes makes it possible to obtain naturally doped cast iron and slag enriched with titanium and rare earth metals. When purifying (desiliconizing) the aluminate solution, a valuable product-sodium aluminum silicate hydrate of the zeolite type-is incidentally obtained. © 2013 Allerton Press, Inc

Incidence of virus diseases in maize fields in the Trakya region of Turkey

A survey on maize virus diseases was conducted in the Trakya region of Turkey by examining 32 496 and 46 871 plants in 2004 and 2005, respectively. Rates of symptomatic plants were estimated at 3.7 to 63.6%, depending on locations. Biological and serological test results revealed the presence of barley yellow dwarf virus-PAV (BYDV-PAV), maize dwarf mosaic virus (MDMV), sugarcane mosaic virus (SCMV), and Johnson grass mosaic virus (JGMV). One hundred forty-two samples were collected randomly from 6492 symptomatic plants in 2004. Seventy-two out of the 142 samples were infected with MDMV, two were infected with BYDV-PAV, 19 with MDMV and BYDV-PAV, two with MDMV, BYDV-PAV and SCMV, and only one sample contained the four viruses. In 2005, 100 other leaf samples were collected randomly from 11 739 symptomatic maize plants. Serological tests revealed that 50% of the samples were infected with MDMV and SCMV; however, five showed mixed infections of two or three combinations of tested viruses. Individual MDMV, SCMV, BYDV-PAV and JGMV infections were detected in five, three, two and four samples, respectively. Presence of MDMV was confirmed by Western blot analysis and IC-RT-PCR. SCMV was also detected by IC-RT-PCR. This is the first study reporting the detection of SCMV and JGMV on maize plants in Turkey.Une enquête sur les maladies virales du maïs a été menée dans la région de Trakya en Turquie avec l’examen, en 2004 et 2005, de respectivement 32 496 et 46 871 plantes. Selon l’endroit, le taux de plantes symptomatiques a varié entre 3,7 et 63,6 %. Les résultats de tests biologiques et sérologiques ont révélé la présence de la souche PAV du virus de la jaunisse nanisante de l’orge (BYDV-PAV), du virus de la mosaïque nanisante du maïs (MDMV), du virus de la mosaïque de la canne à sucre (SCMV) et du virus de la mosaïque du sorgho d’Alep (JGMV). En 2004, 142 échantillons foliaires ont été recueillis aléatoirement sur 6492 plantes présentant des symptômes. Soixante-douze des 142 échantillons étaient infectés par le MDMV, deux étaient infectés par le BYDV-PAV, 19 par le MDMV et le BYDV-PAV, deux par le MDMV, le BYDV-PAV et le SCMV, alors qu'un seul contenait les quatre virus. En 2005, 100 nouveaux échantillons foliaires ont été recueillis aléatoirement de 11 739 plants de maïs présentant des symptômes. Des tests sérologiques ont montré que 50 % des échantillons étaient infectés par le MDMV et le SCMV; cependant, cinq échantillons étaient infectés par des combinaisons de deux ou trois des virus testés. Des infections par un seul virus parmi le MDMV, le SCMV, le BYDV-PAV et le JGMV ont été respectivement détectées dans cinq, trois, deux et quatre échantillons. La présence du MDMV a été confirmée par buvardage Western et par immunocapture suivie de transcription inverse et réaction en chaîne de la polymérase (IC-RT-PCR). Le SCMV a aussi été détecté par IC-RT-PCR. La présente étude est la première à signaler, en Turquie, la présence du SCMV et du JGMV dans le maïs

Overexpression and Down-Regulation of Barley Lipoxygenase<i> LOX2.2 </i>Affects Jasmonate-Regulated Genes and Aphid Fecundity

Aphids are pests on many crops and depend on plant phloem sap as their food source. In an attempt to find factors improving plant resistance against aphids, we studied the effects of overexpression and down-regulation of the lipoxygenase gene LOX2.2 in barley (Hordeum vulgare L.) on the performance of two aphid species. A specialist, bird cherry-oat aphid (Rhopalosiphum padi L.) and a generalist, green peach aphid (Myzus persicae Sulzer) were studied. LOX2.2 overexpressing lines showed up-regulation of some other jasmonic acid (JA)-regulated genes, and antisense lines showed down-regulation of such genes. Overexpression or suppression of LOX2.2 did not affect aphid settling or the life span on the plants, but in short term fecundity tests, overexpressing plants supported lower aphid numbers and antisense plants higher aphid numbers. The amounts and composition of released volatile organic compounds did not differ between control and LOX2.2 overexpressing lines. Up-regulation of genes was similar for both aphid species. The results suggest that LOX2.2 plays a role in the activation of JA-mediated responses and indicates the involvement of LOX2.2 in basic defense responses

Analysis of powdery mildew resistance in the Spanish barley core collection

24 Pag., 4 Tabl., 2 Fig. The definitive version is available at: www3.interscience.wiley.comThe Spanish Barley Core Collection, consisting of one hundred and fifty-nine landrace-derived inbred lines and sixteen cultivars, was characterized for resistance to powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. hordei) using a set of 27 isolates with a wide spectra of virulences/avirulences on most of the genes expected to occur in Europe. No landrace-derived line and no cultivar were resistant to all the isolates but at least three landraces showed infection types below 2 for 23 isolates. Twenty-two landraces and one cultivar showed resistance against half of the isolates used. Eleven isolates were sufficient to separate the majority of resistance profiles. In total, thirty-four resistance spectra were detected and fourteen resistance genes/alleles were postulated alone or in combination: MlLa, Mlh, Mlg, Mla22, Mla7(Mlu), Mla7(Mlk), Mlk, Mla12, Mla9, Mla3, Mla6(Mla14), Mlra and Mla1. The majority of resistance spectra are composed only by one line. Resistance in twenty-one landrace-derived lines and four cultivars was based on either unidentified genes or combinations of known and unknown genes/alleles. Therefore, the SBCC may be a source for broadening the genetic base of powdery mildew resistance.This research was funded by projects AGL2004-05311 and AGL2007-63625, granted by the Spanish Ministry of Science and Innovation. C.S. holds an I3P-Doc contract from CSIC. C.S. was supported by mobility fellowships from DFG, CSIC and Fundación Caja Inmaculada.Peer reviewe