Introgression of bacterial leaf blight (BLB) resistant gene, Xa7 into MARDI elite variety, MR219 by marker assisted backcrossing (MABC) approach / Introdução do gene resistente à ferragem da folha bacteriana (BLB), xa7 na variedade MARDI elite, MR219 por abordagem de backcrossing assistida por marcador (MABC)

Abstract Bacterial leaf blight (BLB) is one of the major rice diseases in Malaysia. This disease causes substantial yield loss as high as 70%. Development of rice varieties which inherited BLB resistant traits is a crucial approach to promote and sustain rice industry in Malaysia. Hence, this study aims were to enhance BLB disease resistant characters of high yielding commercial variety MR219 through backcross breeding approach with supporting tool of marker-assisted selection (MAS). Broad spectrum BLB resistance gene, Xa7 from donor parent IRBB7 were introgressed into the susceptible MR219 (recurrent parent) using two flanking markers ID7 and ID15. At BC3F4, we managed to generate 19 introgressed lines with homozygous Xa7 gene and showed resistant characteristics as donor parent when it was challenged with Xanthomonas oryzae pv. oryzae through artificial inoculation. Recurrent parent MR219 and control variety, MR263 were found to be severely infected by the disease. The improved lines exhibited similar morphological and yield performance characters as to the elite variety, MR219. Two lines, PB-2-107 and PB-2-34 were chosen to be potential lines because of their outstanding performances compared to parent, MR219. This study demonstrates a success story of MAS application in development of improved disease resistance lines of rice against BLB disease.

Resumo A mancha bacteriana das folhas (BLB) é uma das principais doenças do arroz na Malásia. Essa doença causa perdas substanciais de rendimento de até 70%. O desenvolvimento de variedades de arroz que herdaram características de resistência ao BLB é uma abordagem crucial para promover e sustentar a indústria do arroz na Malásia. Portanto, o objetivo deste estudo foi aumentar os caracteres BLB resistentes a doenças da variedade comercial MR219 de alto rendimento por meio de uma abordagem de cruzamento retrocruzamento com ferramenta de apoio de seleção assistida por marcador (MAS). O gene de resistência a BLB de amplo espectro, Xa7 do pai doador IRBB7, foi introgressado no MR219 suscetível (pai recorrente) usando dois marcadores flanqueadores ID7 e ID15. No BC3F4, conseguimos gerar 19 linhagens introgressadas com o gene Xa7 homozigoto e apresentamos características de resistência como genitor doador quando desafiado com Xanthomonas oryzae pv. oryzae por inoculação artificial. O pai recorrente MR219 e a variedade controle, MR263, estavam gravemente infectados pela doença. As linhas melhoradas exibiram características morfológicas e de desempenho de rendimento semelhantes às da variedade elite, MR219. Duas linhas, PB-2-107 e PB-2-34, foram escolhidas como linhas potenciais por causa de seus desempenhos excelentes em comparação com a mãe, MR219. Este estudo demonstra uma história de sucesso de aplicação de MAS no desenvolvimento de linhas de arroz melhoradas com resistência a doenças contra a doença BLB.

Introgression of bacterial leaf blight (BLB) resistant gene, Xa7 into MARDI elite variety, MR219 by marker assisted backcrossing (MABC) approach

Abstract Bacterial leaf blight (BLB) is one of the major rice diseases in Malaysia. This disease causes substantial yield loss as high as 70%. Development of rice varieties which inherited BLB resistant traits is a crucial approach to promote and sustain rice industry in Malaysia. Hence, this study aims were to enhance BLB disease resistant characters of high yielding commercial variety MR219 through backcross breeding approach with supporting tool of marker-assisted selection (MAS). Broad spectrum BLB resistance gene, Xa7 from donor parent IRBB7 were introgressed into the susceptible MR219 (recurrent parent) using two flanking markers ID7 and ID15. At BC3F4, we managed to generate 19 introgressed lines with homozygous Xa7 gene and showed resistant characteristics as donor parent when it was challenged with Xanthomonas oryzae pv. oryzae through artificial inoculation. Recurrent parent MR219 and control variety, MR263 were found to be severely infected by the disease. The improved lines exhibited similar morphological and yield performance characters as to the elite variety, MR219. Two lines, PB-2-107 and PB-2-34 were chosen to be potential lines because of their outstanding performances compared to parent, MR219. This study demonstrates a success story of MAS application in development of improved disease resistance lines of rice against BLB disease.

Resumo A mancha bacteriana das folhas (BLB) é uma das principais doenças do arroz na Malásia. Essa doença causa perdas substanciais de rendimento de até 70%. O desenvolvimento de variedades de arroz que herdaram características de resistência ao BLB é uma abordagem crucial para promover e sustentar a indústria do arroz na Malásia. Portanto, o objetivo deste estudo foi aumentar os caracteres BLB resistentes a doenças da variedade comercial MR219 de alto rendimento por meio de uma abordagem de cruzamento retrocruzamento com ferramenta de apoio de seleção assistida por marcador (MAS). O gene de resistência a BLB de amplo espectro, Xa7 do pai doador IRBB7, foi introgressado no MR219 suscetível (pai recorrente) usando dois marcadores flanqueadores ID7 e ID15. No BC3F4, conseguimos gerar 19 linhagens introgressadas com o gene Xa7 homozigoto e apresentamos características de resistência como genitor doador quando desafiado com Xanthomonas oryzae pv. oryzae por inoculação artificial. O pai recorrente MR219 e a variedade controle, MR263, estavam gravemente infectados pela doença. As linhas melhoradas exibiram características morfológicas e de desempenho de rendimento semelhantes às da variedade elite, MR219. Duas linhas, PB-2-107 e PB-2-34, foram escolhidas como linhas potenciais por causa de seus desempenhos excelentes em comparação com a mãe, MR219. Este estudo demonstra uma história de sucesso de aplicação de MAS no desenvolvimento de linhas de arroz melhoradas com resistência a doenças contra a doença BLB.

Spatial analysis of factors influencing bacterial leaf blight in rice production / Análise espacial dos fatores que influenciam a praga bacteriana foliar na produção de arroz

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) causes bacterial leaf blight that is a major threat to rice production. Crop losses in extreme situations can reach up to75%, and millions of hectares of rice are affected each year. Management of the disease required information about the spatial distribution of BLB incidence, severity, and prevalence. In this study, major rice-growing areas of Pakistan were surveyed during 2018-2019 for disease occurrence, and thematic maps were developed using geographic information system (GIS). Results showed that Narowal district had highest percentage of disease incidence (54-69%), severity (42-44%), and prevalence (72-90%) meanwhile Jhung district had the lowest incidence (21-23%), severity (18-22%), and prevalence (45-54%). To understand the environmental factors contributing to this major rice disease, the research analyze, the spatial relationships between BLB prevalence and environmental variables. Those variables include relative humidity (RH), atmospheric pressure (A.P), minimum temperature, soil organic carbon, soil pH, and elevation, which were evaluated by using GIS-based Ordinary Least Square (OLS) spatial model. The fitted model had a coefficient of determination (R2) of 65 percent explanatory power of disease development. All environmental variables showed a general trend of positive correlation between BLB prevalence and environmental variables. The results show the potential for disease management and prediction using environmental variable and assessment.

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) causa o crestamento bacteriano das folhas, que é uma grande ameaça à produção de arroz. As perdas de safra em situações extremas podem chegar a 75% e a milhões de hectares de arroz são afetados a cada ano. O manejo da doença exigia informações sobre a distribuição espacial da incidência, gravidade e prevalência de BLB. Neste estudo, as principais áreas de cultivo de arroz do Paquistão foram pesquisadas durante 2018 e 2019 para ocorrência de doenças, e mapas temáticos foram desenvolvidos usando o sistema de informações geográficas (GIS). Os resultados mostraram que o distrito de Narowal teve a maior porcentagem de incidência da doença (54-69%), gravidade (42-44%) e prevalência (72-90%), enquanto o distrito de Jhung teve a menor incidência (21-23%), gravidade (18-22%) e prevalência (45-54%). Para compreender os fatores ambientais que contribuem para esta importante doença do arroz, a pesquisa analisa as relações espaciais entre a prevalência de BLB e as variáveis ​​ambientais. Essas variáveis ​​incluem umidade relativa (UR), pressão atmosférica (PA), temperatura mínima, carbono orgânico do solo, pH do solo e altitude, que sendo avaliadas a partir do modelo espacial Ordinary Least Square (OLS) baseado em GIS. O modelo ajustado teve um coeficiente de determinação (R2) de 65 por cento de poder explicativo do desenvolvimento da doença. Todas as variáveis ​​ambientais apresentaram tendência geral de correlação positiva entre prevalência de BLB e variáveis ​​ambientais. Os resultados mostram o potencial de manejo e predição de doenças usando variáveis ​​e avaliações ambientais.

Antibacterial, anti-biofilm, and anti-virulence potential of tea tree oil against leaf blight pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae instigates disease suppression.

Bacterial leaf blight (BLB) disease, caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), causes major annual economic losses around the world. Inorganic copper compounds and antibiotics are conventionally used to control BLB disease. They often cause environmental pollution, contributing to adverse effects on human health. Therefore, research is now leading to the search for alternative control methods. Tea tree oil (TTO) is obtained from a traditional medicinal plant, Melaleuca alternifolia, with antibacterial properties. In this study, we found that TTO showed antibacterial activity against Xoo with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 18 mg/ml. These antagonistic activities were not limited only to planktonic cells, as further studies have shown that TTO effectively eradicated sessile cells of Xoo in both initial and mature biofilms. Furthermore, it was also observed that TTO reduced various key virulence properties of Xoo, such as swimming, swarming motility, and the production of extracellular polymeric substances, xanthomonadin, and exoenzymes. TTO triggered ROS generation with cell membrane damage as an antibacterial mode of action against Xoo. The in silico study revealed that 1,8-cineole of TTO was effectively bound to two essential proteins, phosphoglucomutase and peptide deformylase, responsible for the synthesis of EPS and bacterial survival, respectively. These antibacterial and anti-virulence activities of TTO against Xoo were further confirmed by an ex vivo virulence assay where TTO significantly reduced the lesion length caused by Xoo on rice leaves. All these data concluded that TTO could be a safe, environment-friendly alternative approach for the comprehensive management of BLB disease.

Diferenciação de bactérias do gênero Pseudomonas patogênicas ao cafeeiro por técnicas serológicas / Differentiation of bacteria of the genus Pseudomonas pathogenic to coffee by serological techniques

Há várias bactérias que causam problemas para o cafeeiro, incluindo Pseudomonas cichorii, P. syringae pv. garcae, P. syringae pv. tabaci, Burkholderia andropogonis e Xylella fastidiosa, todas elas já descritas no Brasil. Tentativas de diferenciar essas bactérias por testes serológicos de dupla difusão em ágar (dda), com antissoros produzidos contra células íntegras de P. s. pv. garcae, mostraram reações cruzadas, principalmente entre P. s. pv. garcae e P. s. pv. tabaci. Dessa forma, foram produzidos antissoros contra P. s. pv. garcae (linhagem patotipo IBSBF-248 - Coleção de Culturas de Fitobactérias do Instituto Biológico - IBSBF), obtidos por meio de imunizações de coelhos com antígenos de proteínas do complexo proteico da membrana (CPM). Esses antissoros foram testados por dupla difusão em agarose (dda) contra diversas formas de antígenos extraídos de P. cichorii, P. s. pv. garcae e P. s. pv. tabaci [células autoclavadas, células tratadas com formol, exopolissacarídeos (EPS), glicoproteínas (GP) da cápsula bacteriana, proteínas de membrana e suspensão bacteriana (SB) em NaCl 0,85%]. Os resultados mostraram que, dependendo do antígeno e do meio suporte da dupla difusão (com ou sem MgCl2 e/ou azul de tripano), os antissoros reagem somente com P. s. pv. garcae. Desse modo, esses antígenos podem ser usados para a rápida diagnose da mancha aureolada do cafeeiro nos testes de dda.(AU)

Some bacterial diseases have been described causing problems in coffee, whose causal agents are Pseudomonas cichorii, P. syringae pv. garcae, P. s. pv. tabaci and Burkholderia andropogonis, all of them also occurring in Brazil. Attempts to differentiate these bacteria by double diffusion agar (dda) technique with antisera produced against whole cells of P. s. pv. garcae showed cross-reactions, especially among P. s. pv. garcae and P. s. pv. tabaci. Thus, antisera were produced against P. s. pv. garcae (pathotype strain IBSBF-248 - Phytobacteria Culture Collection of Instituto Biológico - IBSBF), using rabbit immunizations with antigens of the protein complex of membranes. These antisera were tested against different kind of antigens (autoclaved cells, cells treated with formaldehyde, capsule polysaccharides, glycoproteins, bacterial membrane proteins and bacterial suspension in 0.85% NaCl) extracted from P. cichorii, P. s. pv. garcae and P. s. pv. tabaci. The results showed that depending on the kind of antigen and the medium used in the double diffusion test (with or without MgCl2 and/or trypan blue), the antiserum reacted only with P. s. pv. garcae. Thus, these antigens may be used as an auxiliary tool in the rapid diagnosis of bacterial halo blight of coffee in the double diffusion test.(AU)

Diferenciação de bactérias do gênero Pseudomonas patogênicas ao cafeeiro por técnicas serológicas / Differentiation of bacteria of the genus Pseudomonas pathogenic to coffee by serological techniques

Há várias bactérias que causam problemas para o cafeeiro, incluindo Pseudomonas cichorii, P. syringae pv. garcae, P. syringae pv. tabaci, Burkholderia andropogonis e Xylella fastidiosa, todas elas já descritas no Brasil. Tentativas de diferenciar essas bactérias por testes serológicos de dupla difusão em ágar (dda), com antissoros produzidos contra células íntegras de P. s. pv. garcae, mostraram reações cruzadas, principalmente entre P. s. pv. garcae e P. s. pv. tabaci. Dessa forma, foram produzidos antissoros contra P. s. pv. garcae (linhagem patotipo IBSBF-248 - Coleção de Culturas de Fitobactérias do Instituto Biológico - IBSBF), obtidos por meio de imunizações de coelhos com antígenos de proteínas do complexo proteico da membrana (CPM). Esses antissoros foram testados por dupla difusão em agarose (dda) contra diversas formas de antígenos extraídos de P. cichorii, P. s. pv. garcae e P. s. pv. tabaci [células autoclavadas, células tratadas com formol, exopolissacarídeos (EPS), glicoproteínas (GP) da cápsula bacteriana, proteínas de membrana e suspensão bacteriana (SB) em NaCl 0,85%]. Os resultados mostraram que, dependendo do antígeno e do meio suporte da dupla difusão (com ou sem MgCl2 e/ou azul de tripano), os antissoros reagem somente com P. s. pv. garcae. Desse modo, esses antígenos podem ser usados para a rápida diagnose da mancha aureolada do cafeeiro nos testes de dda.(AU)

Some bacterial diseases have been described causing problems in coffee, whose causal agents are Pseudomonas cichorii, P. syringae pv. garcae, P. s. pv. tabaci and Burkholderia andropogonis, all of them also occurring in Brazil. Attempts to differentiate these bacteria by double diffusion agar (dda) technique with antisera produced against whole cells of P. s. pv. garcae showed cross-reactions, especially among P. s. pv. garcae and P. s. pv. tabaci. Thus, antisera were produced against P. s. pv. garcae (pathotype strain IBSBF-248 - Phytobacteria Culture Collection of Instituto Biológico - IBSBF), using rabbit immunizations with antigens of the protein complex of membranes. These antisera were tested against different kind of antigens (autoclaved cells, cells treated with formaldehyde, capsule polysaccharides, glycoproteins, bacterial membrane proteins and bacterial suspension in 0.85% NaCl) extracted from P. cichorii, P. s. pv. garcae and P. s. pv. tabaci. The results showed that depending on the kind of antigen and the medium used in the double diffusion test (with or without MgCl2 and/or trypan blue), the antiserum reacted only with P. s. pv. garcae. Thus, these antigens may be used as an auxiliary tool in the rapid diagnosis of bacterial halo blight of coffee in the double diffusion test.(AU)

Diferenciação de bactérias do gênero Pseudomonas patogênicas ao cafeeiro por técnicas serológicas / Differentiation of bacteria of the genus Pseudomonas pathogenic to coffee by serological techniques

Há várias bactérias que causam problemas para o cafeeiro, incluindo Pseudomonas cichorii, P. syringae pv. garcae, P. syringae pv. tabaci, Burkholderia andropogonis e Xylella fastidiosa, todas elas já descritas no Brasil. Tentativas de diferenciar essas bactérias por testes serológicos de dupla difusão em ágar (dda), com antissoros produzidos contra células íntegras de P. s. pv. garcae, mostraram reações cruzadas, principalmente entre P. s. pv. garcae e P. s. pv. tabaci. Dessa forma, foram produzidos antissoros contra P. s. pv. garcae (linhagem patotipo IBSBF-248 - Coleção de Culturas de Fitobactérias do Instituto Biológico - IBSBF), obtidos por meio de imunizações de coelhos com antígenos de proteínas do complexo proteico da membrana (CPM). Esses antissoros foram testados por dupla difusão em agarose (dda) contra diversas formas de antígenos extraídos de P. cichorii, P. s. pv. garcae e P. s. pv. tabaci [células autoclavadas, células tratadas com formol, exopolissacarídeos (EPS), glicoproteínas (GP) da cápsula bacteriana, proteínas de membrana e suspensão bacteriana (SB) em NaCl 0,85%]. Os resultados mostraram que, dependendo do antígeno e do meio suporte da dupla difusão (com ou sem MgCl2 e/ou azul de tripano), os antissoros reagem somente com P. s. pv. garcae. Desse modo, esses antígenos podem ser usados para a rápida diagnose da mancha aureolada do cafeeiro nos testes de dda.

Some bacterial diseases have been described causing problems in coffee, whose causal agents are Pseudomonas cichorii, P. syringae pv. garcae, P. s. pv. tabaci and Burkholderia andropogonis, all of them also occurring in Brazil. Attempts to differentiate these bacteria by double diffusion agar (dda) technique with antisera produced against whole cells of P. s. pv. garcae showed cross-reactions, especially among P. s. pv. garcae and P. s. pv. tabaci. Thus, antisera were produced against P. s. pv. garcae (pathotype strain IBSBF-248 - Phytobacteria Culture Collection of Instituto Biológico - IBSBF), using rabbit immunizations with antigens of the protein complex of membranes. These antisera were tested against different kind of antigens (autoclaved cells, cells treated with formaldehyde, capsule polysaccharides, glycoproteins, bacterial membrane proteins and bacterial suspension in 0.85% NaCl) extracted from P. cichorii, P. s. pv. garcae and P. s. pv. tabaci. The results showed that depending on the kind of antigen and the medium used in the double diffusion test (with or without MgCl2 and/or trypan blue), the antiserum reacted only with P. s. pv. garcae. Thus, these antigens may be used as an auxiliary tool in the rapid diagnosis of bacterial halo blight of coffee in the double diffusion test.