Development of a Method for Detecting and Estimating Moniliophthora roreri Spore Loads Based on Spore Traps and qPCR.

Frosty pod rot, caused by Moniliophthora roreri, is the most damaging disease of cacao in Latin America and, to better comprehend its epidemiology, we must understand its dissemination and proliferation. However, we do not know how M. roreri spores loads fluctuate in time and space due to the lack of a reliable technique to quantify M. roreri spores in the fields. Therefore, we developed a method that relies on spore traps and qPCR to detect and quantify M. roreri spore loads. This study demonstrated that the qPCR protocol can detect down to 0.025 ng of M. roreri DNA and quantify between 0.006 ng and 60 ng. Moreover, it demonstrated that qPCR protocol can detect and quantify DNA extracted from spore suspension and spore traps containing at least 2.9 × 104 M. roreri spores. However, the variability of the estimates for spore samples was high. Finally, we described a spore-trap device designed to carry spore traps in the field. The qPCR protocol and spore-trap device here developed will help in the understanding of the M. roreri dissemination patterns since they can be used to assess the environmental loads of M. roreri spore in cacao fields.

Hourly and daily changes on airborne urediniospores of Phakopsora pachyrhizi / Variação horária e diária de urediniosporos de phak opsora pachyrhizi no ar

The Asian rust (Phakopsorapachyrhizi) is one of the most destructive diseases of soybean in Brazil. Despite its importance, little is known about the airborne inoculum production dynamics of pathogen throughout the soybean cycle in Brazil. The objective of this study was to assess the temporal variation of air collected P. pachyrhizi urediniospores using a Burkard 7-day-spore-trap during 2006-2007 and 2007-2008, from November to March of each soybean (MSoy-8001) growing season. The disease severity wasquantified on soybean planted in October 18, 2006 and in October 30, 2007. From November/06 through March/07 were collected over 175,000 urediniospores, and, over 131,000 from November/07 to March/08. In 06-07, most of the spores were collected from January 9, 2007 through February 1st, 2007 (±3,000 urediniospores day-1), and, in 07-08 most urediniospores was collected from February 8, 2008 throughout March 2, 2008 (±2,000 urediniospores day-1). The maximum amount of urediniospores collected in a single day in 06-07 (±15,000; 1/25/2007) was higher than in 07-08 (±12,000; 2/13/2008). In both soybean growing seasons most of the hourly urediniospores was collected from 10:00 am through 6:00 pm and the highest number from December to March, was at 3:00 pm (±16,000 in 06-07 and ±14,000 in 07-08). The disease started earlier in 2006-07 [38 days after planting (DAP)] than in 07-08 (58 DAP). The amount of collected airborne spores was positively correlated to disease severity, leaf wetness, and, precipitation along both soybean growing seasons. However, during a 24h-day evaluation, the major amount of hourly collected spores was negatively correlated to the leaf wetness and air relative humidity.

A ferrugem asiática (Phakopsorapachyrhizi) é uma das doenças mais destrutivas de soja no Brasil. Apesar de sua importância, pouco é conhecido sobre a dinâmica de distribuição de inóculo no ar do patógeno em todo o ciclo da soja no Brasil. O objetivo deste estudo foi avaliar a variação temporal deurediniósporos de P. pachyrhizi coletados do ar com uma armadilha de esporos Burkard de 7 dias de captura em 2006-2007 e 2007-2008, durante o cultivo da soja (cv. MSoy-8001) entre novembro e março. A severidade da doença foi quantificada em soja plantada em 18 de outubro de 2006 e em 30 de outubro de 2007. De novembro/06 até março/07 foram coletados mais de 175.000 urediniósporos, e, mais de 131.000 de novembro/07 a março/08. Em 06 / 07, a maioria dos esporos foram coletada de 9 de janeiro de 2007 a 1º. de fevereiro de 2007 (± 3.000 urediniósporos dia-1), e, em 07-08 a maioria dos urediniósporos foi coletada entre 8 de fevereiro de 2008 e 2 de março de 2008 (±2,000 uredosporo dia-1). A quantidade máxima de urediniósporos coletados em um único dia em 06-07 (±15,000; 25/1/2007) foi superior a 07-08 (±12,000; 13/2/2008). Em ambas as safras de soja a maioria dos urediniósporos em cada hora foi coletado entre 10:00 e 18:00 de dezembro a março e o maior número foi às 15:00 (±16,000 em 06-07 e ±14,000 em 07-08). A doença inicioumais cedo em 2006-07 [38 dias após o plantio (DAP)] do que em 07-08 (58 DAP). A quantidade de esporos no ar coletados correlacionou-se positivamente a severidade da doença, umidade foliar, e precipitação ao longo de ambos os ciclos de soja. No entanto, durante a avaliação diária, a quantidade de esporos coletados por hora foi negativamente correlacionada com umidade foliar e a umidade relativa do ar.

Novel Technologies for the detection of Fusarium head blight disease and airborne inoculum.

Many pathogens are dispersed by airborne spores, which can vary in space and time. We can use air sampling integrated with suitable diagnostic methods to give a rapid warning of inoculum presence to improve the timing of control options, such as fungicides. Air sampling can also be used to monitor changes in genetic traits of pathogen populations such as the race structure or frequency of fungicide resistance. Although some image-analysis methods are possible to identify spores, in many cases, species-specific identification can only be achieved by DNA-based methods such as qPCR and LAMP and in some cases by antibody-based methods (lateral flow devices) and biomarker-based methods ('electronic noses' and electro-chemical biosensors). Many of these methods also offer the prospect of rapid on-site detection to direct disease control decisions. Thresholds of spore concentrations that correspond to a disease risk depend on the sampler (spore-trap) location (whether just above the crop canopy, on a UAV or drone, or on a tall building) and also need to be considered with weather-based infection models. Where disease control by spore detection is not possible, some diseases can be detected at early stages using optical sensing methods, especially chlorophyll fluorescence. In the case of Fusarium infections on wheat, it is possible to map locations of severe infections, using optical sensing methods, to segregate harvesting of severely affected areas of fields to avoid toxins entering the food chain. This is most useful where variable crop growth or microclimates within fields generate spatially variable infection, i.e. parts of fields that develop disease, while other areas have escaped infection and do not develop any disease.

Application of prediction models of asian soybean rust in two crop seasons, in Londrina, Pr / Aplicação de modelos de previsão da ferrugem asiática da soja em duas safras agrícolas, em Londrina, Pr

Predictive models of Asian soybean rust have been described by researchers to estimate favorable responses to epidemics. The prediction strategies are based on weather data obtained during period when initial symptoms of the disease are observed. Therefore, this study will evaluate the application of two prediction models of Asian soybean rust, and compare the results from two harvest seasons. The experiments were carried out during the 2011/2012 and 2012/2013 seasons in Londrina, PR. SIGA spore traps were installed to monitor the presence of Phakopsora pachyrhizi uredospores, and Electronic trees, to collect data on weather variables. Following the detection of the first urediniospores, incidence and disease severity were assessed and compared with the predictions made by the models. The model described by Reis et al. (2004) did not indicate conditions favorable for the development of the first rust lesions following the detection of the first urediniospores during the 2011/2012 season. The premonitory symptoms of rust in the first and second harvest seasons were observed only when the model of Reis et al. (2004) indicated SDVPI close to 15 units. The model of Del Ponte et al. (2006b) overestimated the final rust severity during the two seasons.

Modelos de previsão da ferrugem asiática da soja foram descritos por pesquisadores para estimar a favorabilidade climática para a ocorrência de epidemias. As estratégias de previsão estão fundamentadas em dados meteorológicos, a partir dos sintomas iniciais da doença. Portanto, objetivou-se aplicar dois modelos de previsão da ferrugem asiática da soja, e comparar com os resultados de duas safras agrícolas. A condução dos experimentos ocorreu nas safras 2011/2012 e 2012/2013 no município de Londrina, PR. Foram instalados Coletores de esporos SIGA para monitorar a presença de uredósporos de P. pachyrhizi, e Árvores Eletrônicas de Molhamento para coletar dados das variáveis meteorológicas. A partir da detecção dos primeiros uredósporos foram realizadas avaliações da incidência e da severidade da ferrugem, para comparar com as previsões feitas pelos modelos. O modelo de Reis et al. (2004) não indicou condições para o desenvolvimento das primeiras lesões da ferrugem após a chegada dos primeiros uredósporos na safra 2011/2012. Os primeiros sintomas da ferrugem na primeira e na segunda safra foram constatados apenas quando o modelo de Reis et al. (2004) indicou SVDPI próximo a 15 unidades. O modelo de Del Ponte et al. (2006b) superestimou a severidade final da ferrugem-asiática nas duas safras.

Application of prediction models of asian soybean rust in two crop seasons, in Londrina, Pr / Aplicação de modelos de previsão da ferrugem asiática da soja em duas safras agrícolas, em Londrina, Pr

Predictive models of Asian soybean rust have been described by researchers to estimate favorable responses to epidemics. The prediction strategies are based on weather data obtained during period when initial symptoms of the disease are observed. Therefore, this study will evaluate the application of two prediction models of Asian soybean rust, and compare the results from two harvest seasons. The experiments were carried out during the 2011/2012 and 2012/2013 seasons in Londrina, PR. SIGA spore traps were installed to monitor the presence of Phakopsora pachyrhizi uredospores, and Electronic trees, to collect data on weather variables. Following the detection of the first urediniospores, incidence and disease severity were assessed and compared with the predictions made by the models. The model described by Reis et al. (2004) did not indicate conditions favorable for the development of the first rust lesions following the detection of the first urediniospores during the 2011/2012 season. The premonitory symptoms of rust in the first and second harvest seasons were observed only when the model of Reis et al. (2004) indicated SDVPI close to 15 units. The model of Del Ponte et al. (2006b) overestimated the final rust severity during the two seasons.(AU)

Modelos de previsão da ferrugem asiática da soja foram descritos por pesquisadores para estimar a favorabilidade climática para a ocorrência de epidemias. As estratégias de previsão estão fundamentadas em dados meteorológicos, a partir dos sintomas iniciais da doença. Portanto, objetivou-se aplicar dois modelos de previsão da ferrugem asiática da soja, e comparar com os resultados de duas safras agrícolas. A condução dos experimentos ocorreu nas safras 2011/2012 e 2012/2013 no município de Londrina, PR. Foram instalados Coletores de esporos SIGA para monitorar a presença de uredósporos de P. pachyrhizi, e Árvores Eletrônicas de Molhamento para coletar dados das variáveis meteorológicas. A partir da detecção dos primeiros uredósporos foram realizadas avaliações da incidência e da severidade da ferrugem, para comparar com as previsões feitas pelos modelos. O modelo de Reis et al. (2004) não indicou condições para o desenvolvimento das primeiras lesões da ferrugem após a chegada dos primeiros uredósporos na safra 2011/2012. Os primeiros sintomas da ferrugem na primeira e na segunda safra foram constatados apenas quando o modelo de Reis et al. (2004) indicou SVDPI próximo a 15 unidades. O modelo de Del Ponte et al. (2006b) superestimou a severidade final da ferrugem-asiática nas duas safras.(AU)

Viabilidade técnica do kit QuickStix™ na identificação de Phakopsora pachyrhizi capturados com coletor de esporos / Technical feasibility of the QuickStix kit™ in identifying Phakopsora pachyrhizi captured by the spores collector

O objetivo deste trabalho foi testar a eficiência do uso do kitQuickStix™ para a identificação de esporos de Phakopsora pachyrhizi, agente causal da ferrugem asiática da soja, coletados por meio de um coletor SIGA. O kit QuickStix é capaz de detectar a presença de Phakopsora pachyrhizi nos estágios iniciais da infecção foliar, determinando a presença ou ausência do patógeno na amostra. Ele captura propágulos de fungos presentes no ar, que são identificados ou quantificados por varredura de lâminas em microscópio óptico comum. Foram testados diferentes números de esporos com 4, 8 e 12 gotas da solução extratora. Para os resultados positivos, foram avaliados a intensidade da linha de teste e o tempo para sua ocorrência. O kit foi capaz de detectar pequenas quantidades de esporos, sendo que a proporção de resultados positivos foi diretamente proporcional ao número de esporos e inversamente proporcional ao total de gotas. A porção adequada de gotas da solução extratora foi de quatro, pois apresentou mais resultados positivos para todas as classes dos números de esporos. Não foi possível observar uma diferença entre o tempo para a ocorrência dos resultados positivos aos diferentes tratamentos. A intensidade da linha de teste foi superior para as classes com mais esporos.(AU)

The aim of this study was to test the efficiency of QuickStix™ kit use for identification of Phakopsora pachyrhizi spores, which are the causal agents of Asian soybean rust, collected by "SIGA" spores collector. This kit is capable of detecting the presence of Phakopsora pachyrhizi in the early stages of leaf infection by determining the presence or absence of pathogen in the sample. It captures propagules of fungi present in the air that are identified or quantified by scanning blades in ordinary optical microscope. Different numbers of spores were tested with 4, 8 and 12 drops of extraction solution. For positive results, intensity of the test line and time for its occurrence were evaluated. The kit was able to detect small amounts of spores and the proportion of positive results was directly proportional to the number of spores and inversely proportional to the amount of drops. The proper portion of drops of extraction solution was four, as it showed more positive results for all classes of numbers of spores. No difference was found between the time to occurrence of positive results for the different treatments. The intensity of the test line was higher for classes with larger numbers of spores.(AU)

Viabilidade técnica do kit QuickStix™ na identificação de Phakopsora pachyrhizi capturados com coletor de esporos / Technical feasibility of the QuickStix kit™ in identifying Phakopsora pachyrhizi captured by the spores collector

O objetivo deste trabalho foi testar a eficiência do uso do kitQuickStix™ para a identificação de esporos de Phakopsora pachyrhizi, agente causal da ferrugem asiática da soja, coletados por meio de um coletor SIGA. O kit QuickStix é capaz de detectar a presença de Phakopsora pachyrhizi nos estágios iniciais da infecção foliar, determinando a presença ou ausência do patógeno na amostra. Ele captura propágulos de fungos presentes no ar, que são identificados ou quantificados por varredura de lâminas em microscópio óptico comum. Foram testados diferentes números de esporos com 4, 8 e 12 gotas da solução extratora. Para os resultados positivos, foram avaliados a intensidade da linha de teste e o tempo para sua ocorrência. O kit foi capaz de detectar pequenas quantidades de esporos, sendo que a proporção de resultados positivos foi diretamente proporcional ao número de esporos e inversamente proporcional ao total de gotas. A porção adequada de gotas da solução extratora foi de quatro, pois apresentou mais resultados positivos para todas as classes dos números de esporos. Não foi possível observar uma diferença entre o tempo para a ocorrência dos resultados positivos aos diferentes tratamentos. A intensidade da linha de teste foi superior para as classes com mais esporos.(AU)

The aim of this study was to test the efficiency of QuickStix™ kit use for identification of Phakopsora pachyrhizi spores, which are the causal agents of Asian soybean rust, collected by "SIGA" spores collector. This kit is capable of detecting the presence of Phakopsora pachyrhizi in the early stages of leaf infection by determining the presence or absence of pathogen in the sample. It captures propagules of fungi present in the air that are identified or quantified by scanning blades in ordinary optical microscope. Different numbers of spores were tested with 4, 8 and 12 drops of extraction solution. For positive results, intensity of the test line and time for its occurrence were evaluated. The kit was able to detect small amounts of spores and the proportion of positive results was directly proportional to the number of spores and inversely proportional to the amount of drops. The proper portion of drops of extraction solution was four, as it showed more positive results for all classes of numbers of spores. No difference was found between the time to occurrence of positive results for the different treatments. The intensity of the test line was higher for classes with larger numbers of spores.(AU)

Controle da ferrugem da folha do trigo (Puccinia triticina) em diferentes momentos de aplicação de fungicida

The fungicide application is important to the wheat field and its efficacy is related mainly to the biologic timing for the control. The aim of this paper was to study the influence of timing of fungicide application in the damage caused by leaf rust of wheat (P. triticina). A spore trap Siga was installed in the experimental area to assist the prediction of leaf rust before the first symptom. The cultivar used was CD 104 - susceptible to the rust - and the applications were made at 7, 14 and 21 days after the first symptoms of the leaf rust on the plants. It was evaluated in this experiment the area under the disease progress curve, obtained by the disease severity, and the yield (kg/ha) and hectolitre weight (g) indexes of the field. The trap Siga was able to detect spores of leaf rust before the disease symptoms, supporting its identification in the field in the first symptoms. The delay of the fungicide application increased the level of disease severity, reducing significantly the control level and causing considerable damage to the crop yield. It was verified yield losses approximately of 80 kg per day of delay of the application.

A aplicação de fungicidas tem importante papel na cultura do trigo e sua eficácia está atrelada principalmente ao momento biológico para o controle. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência do momento de aplicação de fungicida nos danos decorrentes da ferrugem da folha do trigo (P. triticina). Um coletor de esporos Siga foi instalado na área experimental a fim de auxiliar na previsão da ocorrência da ferrugem antes da manifestação dos sintomas. O cultivar utilizado foi o CD 104 - susceptível à ferrugem - e as aplicações foram realizadas aos 7, 14 e 21 dias após a manifestação dos primeiros sintomas de ferrugem nas plantas. Avaliaram-se neste experimento a área abaixo da curva de progresso da doença, obtida pela sua severidade, e os índices de produtividade (kg/ha) e peso hectolitro (g) da cultura. O coletor Siga foi capaz de detectar esporos de ferrugem antes da manifestação sintomática da doença, auxiliando na sua identificação no campo nos primeiros sintomas. O atraso nas aplicações de fungicida aumentou os níveis de severidade, reduzindo significativamente o nível de controle e ocasionando danos consideráveis à produtividade da cultura. Verificaram-se perdas de produtividade na ordem de 80 kg por dia de atraso na aplicação.

Controle da ferrugem da folha do trigo (Puccinia triticina) em diferentes momentos de aplicação de fungicida / Control of wheat leaf rust (Puccinia triticina) at different timings of fungicide application

A aplicação de fungicidas tem importante papel na cultura do trigo e sua eficácia está atrelada principalmente ao momento biológico para o controle. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência do momento de aplicação de fungicida nos danos decorrentes da ferrugem da folha do trigo (P. triticina). Um coletor de esporos Siga foi instalado na área experimental a fim de auxiliar na previsão da ocorrência da ferrugem antes da manifestação dos sintomas. O cultivar utilizado foi o CD 104 ­ susceptível à ferrugem ­ e as aplicações foram realizadas aos 7, 14 e 21 dias após a manifestação dos primeiros sintomas de ferrugem nas plantas. Avaliaram-se neste experimento a área abaixo da curva de progresso da doença, obtida pela sua severidade, e os índices de produtividade (kg/ha) e peso hectolitro (g) da cultura. O coletor Siga foi capaz de detectar esporos de ferrugem antes da manifestação sintomática da doença, auxiliando na sua identificação no campo nos primeiros sintomas. O atraso nas aplicações de fungicida aumentou os níveis de severidade, reduzindo significativamente o nível de controle e ocasionando danos consideráveis à produtividade da cultura. Verificaram-se perdas de produtividade na ordem de 80 kg por dia de atraso na aplicação.

The fungicide application is important to the wheat field and its efficacy is related mainly to the biologic timing for the control. The aim of this paper was to study the influence of timing of fungicide application in the damage caused by leaf rust of wheat (P. triticina). A spore trap Siga was installed in the experimental area to assist the prediction of leaf rust before the first symptom. The cultivar used was CD 104 ­ susceptible to the rust ­ and the applications were made at 7, 14 and 21 days after the first symptoms of the leaf rust on the plants. It was evaluated in this experiment the area under the disease progress curve, obtained by the disease severity, and the yield (kg/ha) and hectolitre weight (g) indexes of the field. The trap Siga was able to detect spores of leaf rust before the disease symptoms, supporting its identification in the field in the first symptoms. The delay of the fungicide application increased the level of disease severity, reducing significantly the control level and causing considerable damage to the crop yield. It was verified yield losses approximately of 80 kg per day of delay of the application.