Systemic stem infection by Fusarium species in barley and wheat

Abstract

Fusarium head blight, caused by Fusarium species, is an important disease of cereals in western Canada. There are conflicting results in the literature regarding the infection pathway leading to disease development. The present study was undertaken to evaluate the potential for systemic infection in barley (Hordeum vulgare) by artificially inoculating F. graminearum and F. pseudograminearum into the growth medium in pots containing seeds or seedlings of 'AC Lacombe' and 'Chevron' barley. Furthermore, naturally infected barley and wheat (Triticum aestivum) kernels were grown to assess the potential for systemic infection by F. graminearum from seed into the stem. Approximately 50% of naturally infected seeds either failed to emerge, or the seedlings died shortly after emergence. Crown and stem discolouration developed on the inoculated barley and naturally infected wheat seed. Mycelial growth and sporulation were observed in the crown area using light and electron microscopy. Fusarium graminearum and F. pseudograminearum were identified through isolation. Systemic infection was confirmed by isolation from up to 31% of the wheat culm segments and was past the third node, which exceeded the extent of discolouration of the third internode assessed by visual examination. Fungal hyphae were mostly located in the parenchyma tissue of the culm, with few observed in the vascular tissue. No head blight symptoms resulting from seed infection were observed. In conclusion, no evidence was found for systemic infection from seed or belowground plant tissues that resulted in head blight of barley or wheat using the current inoculation methods and under the current experimental conditions. In the growth chamber, seed and seedling infection by F. graminearum and F. pseudograminearum and subsequent systemic infection can lead to infection of the lower stem. It is still unclear if similar results occur under field conditions. Key words: Fusarium graminearum, Fusarium pseudograminearum, seed inoculation. La fusariose de l'épi (FHB), causée par des espèces de Fusarium, est une maladie majeure qui s'attaque aux céréales de l'Ouest canadien. Les conclusions que l'on trouve dans la littérature relativement aux modes de propagation de l'infection qui mènent au développement de la maladie sont contradictoires. La présente étude a été entreprise afin d'évaluer la possibilité de provoquer une infection systémique chez l'orge (Hordeum vulgare) en inoculant F. graminearum et F. pseudograminearum dans le support de culture contenu dans des pots hébergeant des semences ou des plantules de cultivars d'orge 'AC Lacombe' et 'Chevron'. De plus, des grains d'orge et de blé (Triticum aestivum) infectés naturellement ont été cultivés afin d'évaluer la capacité de F. graminearum à provoquer l'infection systémique des tiges par l'entremise des semences. Environ 50 % des semences infectées naturellement n'ont soit pas germé ou sont mortes peu après avoir germé. Les couronnes et les tiges des plants issus de semences d'orge inoculées et de semences de blé infectées naturellement ont affiché un changement de coloration. On a pu observer la croissance mycélienne et la sporulation par microscopie photonique et électronique. Fusarium graminearum et F. pseudograminearum ont été identifiés par isolement. L'infection systémique a été confirmée par isolement dans près de 31 % des segments de chaume de blé et elle avait dépassé le troisième nœud, ce qui excédait l'étendue du changement de coloration du troisième entrenœud observé à l'œil nu. L'hyphe fongique était principalement localizé dans les tissus du parenchyme du chaume, quoiqu'on l'ait également observé dans les tissus vasculaires. Aucun symptôme de la fusariose de l'épi résultant de l'infection des semences n'a été observé. Finalement, aucune évidence d'infection systémique causée par des semences ou des tissus hypogés qui aurait provoqué la fusariose de l'épi chez l'orge ou le blé n'a été démontrée, et ce, en faisant appel aux méthodes usuelles d'inoculation, selon les conditions expérimentales courantes. Dans la chambre de culture, l'infection de semences et de plantules par F. graminearum et F. pseudograminearum, et l'infection systémique qui en résulte, peut affecter la partie inférieure de la tige. Par ailleurs, on ne sait toujours pas si l'on peut s'attendre aux mêmes résultats dans des conditions naturelles. Mots-clés : Fusarium graminearum, Fusarium pseudograminearum, inoculation des semences.