Evidence for resistance polymorphism in the Bromus tectorum - Ustilago bullata pathosystem: implications for biocontrol

Abstract

Bromus tectorum L. (cheatgrass or downy brome) is an important exotic weed in natural ecosystems as well as in winter cereal cropland in semiarid western North America. The systemic, seedling-infecting head smut pathogen Ustilago bullata Berk. commonly infects cheatgrass stands, often at epidemic levels. We examined factors controlling U. bullata infection levels in greenhouse studies with parental lines of four B. tectorum populations from contrasting habitats and U. bullata bulk teliospore collections from within the four populations. The U. bullata infection process appeared to have broad environmental tolerances, so that it was relatively simple to develop a protocol for obtaining high infection percentages in susceptible lines. Bromus tectorum populations generally showed highest infection levels when inoculated with locally collected U. bullata teliospores. This effect was most marked for the warm desert population, which was completely resistant to U. bullata collected from other areas, but 100% susceptible to locally collected inoculum. Two of the four populations showed major differences in susceptibility among parental lines, with the differences most pronounced when nonlocal inoculum was used. In preliminary trials with paired monosporidial isolates, two paired isolates infected all nine inbred lines to levels near 100%, while a third paired isolate was pathogenic on only five of the nine lines. These results demonstrate resistance polymorphism both among and within B. tectorum populations. This polymorphism may be important in developing strategies for the use of U. bullata as a biocontrol agent for B. tectorum. Le Bromus tectorum L. (brome des toits) est une mauvaise herbe introduite, importante tant dans les écosystèmes naturels que dans les champs de céréales d'hiver des zones semi-arides de l'ouest de l'Amérique du Nord. L'Ustilago bullata Berk., un agent du charbon de l'épi qui attaque les plantules, infecte régulièrement les populations de brome des toits, souvent à un stade épidémique. Nous avons étudié les facteurs qui déterminent les niveaux d'infection par l'U. bullata dans des études en serre avec les lignées parentales de quatre populations de B. tectorum provenant d'habitats variés et de groupes de téliospores récoltées en vrac à l'intérieur des quatre populations. Le processus d'infection par l'U. bullata semble avoir une marge de tolérance environnementale importante, ce qui fait qu'il a été relativement simple de développer un protocole pour obtenir un pourcentage élevé d'infection des lignées sensibles. En général, les populations de B. tectorum montraient les niveaux d'infection les plus élevés lorsque inoculées avec les téliospores d'U. bullata récoltées localement. Cet effet était plus spécialement observé pour les populations de désert chaud qui étaient entièrement résistantes aux U. bullata d'autres zones, mais 100% sensibles à l'inoculum récolté localement. Deux des quatre populations ont montré des différences majeures de sensibilité entre les lignées parentales, les différences les plus marquées étant observées lorsque l'inoculum non local était utilisé. Dans des essais préliminaires avec des isolats monospores jumelés, deux isolats jumelés ont infecté les neuf lignées autofécondées à des niveaux approchant les 100%, alors qu'un troisième isolat jumelé n'était pathogène que sur cinq des neuf lignées. Ces résultats démontrent un polymorphisme de la résistance entre et à l'intérieur des populations de B. tectorum. Ce polymorphisme peut être important lors du développement de stratégies visant à utiliser l'U. bullata comme agent de lutte biologique contre le B. tectorum.