Marker development, saturation mapping, and high-resolution mapping of the Septoria nodorum blotch susceptibility gene Snn3-B1 in wheat

Abstract

Septoria nodorum blotch (SNB), caused by Parastagonospora nodorum, is a severe foliar and glume disease on durum and common wheat. Pathogen-produced necrotrophic effectors (NEs) are the major determinants for SNB on leaves. One such NE is SnTox3, which evokes programmed cell death and leads to disease when recognized by the wheat Snn3-B1 gene. Here, we developed saturated genetic linkage maps of the Snn3-B1 region using two F2 populations derived from the SnTox3-sensitive line Sumai 3 crossed with different SnTox3-insensitive lines. Markers were identified and/or developed from various resources including previously mapped simple sequence repeats, bin-mapped expressed sequence tags, single nucleotide polymorphisms, and whole genome survey sequences. Subsequent high-resolution mapping of the Snn3-B1 locus in 5600 gametes delineated the gene to a 1.5 cM interval. Analysis of micro-colinearity of the Snn3-B1 region indicated that it was highly disrupted compared to rice and Brachypodium distachyon. The screening of a collection of durum and common wheat cultivars with tightly linked markers indicated they are not diagnostic for the presence of Snn3-B1, but can be useful for marker-assisted selection if the SnTox3 reactions of lines are first determined. Finally, we developed an ethyl methanesulfonate-induced mutant population of Sumai 3 where the screening of 408 M2 families led to the identification of 17 SnTox3-insensitive mutants. These mutants along with the markers and high-resolution map developed in this research provide a strong foundation for the map-based cloning of Snn3-B1, which will broaden our understanding of the wheat-P. nodorum system and plant-necrotrophic pathogen interactions in general.

INFLUENCE OF STAGONOSPORA NODORUM EFFECTOR SnTOX3 ON ETHYLENE BIOSYNTHESIS AND REDOX-METABOLISM OF WHEAT PLANTS

“…Исследования септориоза интенсивно ведутся последние 2 десятилетия, но до сих пор нет четкого понимания механизмов, лежащих в основе устойчивости/восприимчивости пшеницы к инфекции, с одной стороны, и вирулентности патогена, с другой стороны [Friesen et al, 2006;Phan et al, 2016;Shi et al, 2016]. Однако в 2006 г. было показано, что важнейшим фактором вирулентности Stagonospora nodorum Berk.…”

“…Они напрямую или косвенно взаимодействуют с продуктами генов устойчивости/восприимчивости, локализованных в геноме пшеницы [Winterberg et al, 2014;Shi et al, 2016]. Взаимодействие эффектора с продуктом R-гена -это в основном взаимодействие с трансмембранными рецепторными киназами плазмалеммы или цитоплазматическими рецепторными NBS-LRR белками [Тарчевский и др., 2012;Shi et al, 2016].…”

“…Они напрямую или косвенно взаимодействуют с продуктами генов устойчивости/восприимчивости, локализованных в геноме пшеницы [Winterberg et al, 2014;Shi et al, 2016]. Взаимодействие эффектора с продуктом R-гена -это в основном взаимодействие с трансмембранными рецепторными киназами плазмалеммы или цитоплазматическими рецепторными NBS-LRR белками [Тарчевский и др., 2012;Shi et al, 2016]. После узнавания эффектора рецептором активируются белковые медиаторы той или иной сигнальной системы и осуществляется передача сигнала в ядро, что в результате приводит к появлению защитного ответа [Тарчевский и др., 2012] или как в случае доминирующей восприимчивости -развитию инфекции [Shi et al, 2016].…”

“…Показано, что НЭ SnToxА, SnTox1, SnTox3 влияют на генерацию АФК в растениях пшеницы [Winterberg et al, 2014;Shi et al, 2016]. По данным литературы взаимодействие токсина SnToxА с рецептором приводит к коллапсу фотосинтеза, накоплению АФК и смерти клеток.…”

“…Однако путь передачи сигнала до конца не расшифрован. Токсин SnTox1 участвует в образовании некрозов, за счет СВЧ-реакции, запускает МАР-киназный каскад, однако дальнейший путь трансдукции сигнала неизвестен [Shi et al, 2016]. Токсин S. nodorum SnTox3 участвует в образовании некрозов и хлорозов по неизвестному механизму [Winterberg et al, 2014].…”