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Characterization of natural resistance in cassava against viruses causing the cassava brown streak disease

Sheat, Samar

Cassava brown streak disease (CBSD), an emerging virus disease in Eastern Africa, is caused by viruses that pose serious threats to the crop because of destruction in roots. African cassava varieties are susceptible to either of the two viruses causing the disease, cassava brown streak virus (CBSV) and Ugandan cassava brown streak virus (UCBSV). 
The lack of CBSD resistance in cassava grown in Africa led the search to find and characterize potential sources of virus resistance in cassava germplasm of South America, the center of origin of the crop. Hence, a stringent virus screening protocol was developed, comprising an effective plant infection with the most pathogenic virus isolate to eliminate the susceptible lines. Infections studies with further viruses were conducted and after several rounds of screening, cassava plants were identified with resistance against both CBSV and UCBSV. Studies of virus movement and replication in resistant cassava identified genotypes with broad spectrum immunity, cassava lines with differential resistance against CBSV only, and cassava accessions that were virus-free in shoots and leaves but had virus infections restricted to the roots. High resolution in situ hybridization studies showed that viruses can translocate through the phloem of resistant cassava plants, but cannot exit the vasculature for replication in parenchyma tissues. Furthermore, evidence was provided that virus replication in roots and root tubers is independent of virus replication in aboveground tissues. Thus, roots are playing a crucial role in the cassava brown streak disease. 
The stability of CBSD resistance was verified by subjecting selected cassava lines to natural virus pressure under field conditions in Africa comprising mixed infections of cassava brown streak viruses and cassava mosaic begomoviruses. There was no sign that the cassava brown streak resistance was compromised by any interaction with other cassava infecting viruses. The three lines selected in this research with broad spectrum resistance against all cassava brown streak viruses and in particular the cassava line DSC 118, showing also a recovery/reversion response against cassava mosaic viruses, are so far the best resistance sources to combat the cassava brown streak disease. They can play an important role in breeding programs to control the major cassava virus diseases, CBSD and CMD in Africa

Die Braunstreifenkrankheit des Manioks, Cassava brown streak disease (CBSD), ist eine ostafrikanische Viruskrankheit des Manioks (Cassava). Sie wird durch Viren, Cassava brown streak virus (CBSV) und Ugandan cassava brown streak virus (UCBSV), verursacht, die durch die Zerstörung der Wurzelknollen eine Bedrohung für den Anbau dieser Kulturpflanze darstellen.  
Das Fehlen der CBSD-Resistenz in afrikanischen Manioksorten führte zur Suche und Charakterisierung von Virusresistenzen in den genetischen Ressourcen des Manioks aus Südamerika. Ein Virus-Screening-Protokoll wurde entwickelt mit dem zunächst die anfälligen Linien eliminiert werden konnten. Mit den besten Linien wurden dann Infektionsstudien mit weiteren Viren durchgeführt, um Maniokpflanzen mit Resistenz gegen CBSV und UCBSV zu erhalten. Anhand von Untersuchungen zur Ausbreitung und Replikation der Viren in resistenten Cassava-Linien konnten schließlich Cassavagenotypen gefunden werden, die eine Breitbandimmunität gegen alle Viren aufwiesen. Außerdem wurden Linien mit differenzieller Resistenz gegen CBSV und Anfälligkeit gegen UCBSV gefunden und Pflanzen, in denen die Viren weder in Stängeln und Blättern nachgewiesen werden konnten und der Virusbefall auf die Wurzeln beschränkt blieb. Hochauflösende in situ Hybridisierungsstudien zeigten, dass Viren in resistenten Maniokpflanzen durch das Phloem translozieren, aber das Gefäßsystem nicht verlassen können. In Studien zu Virusausbreitung und Gewebeinvasion wurden die Wurzeln als dominantes Sink bestimmt und festgestellt, dass die Virusreplikation in Wurzeln und Wurzelknollen von den oberirdischen Geweben unabhängig stattfindet. Damit spielen die Wurzeln eine entscheidende Rolle bei der Maniokbraunstreifenkrankheit. 
Ausgewählte Cassavalinien wurden in Afrika angebaut, um die Stabilität der CBSD-Resistenz festzustellen und das Resistenzverhalten gegenüber anderen Viren zu prüfen. Obwohl die südamerikanischen Linien anfällig gegen CMD waren gab es keine Anzeichen dafür, dass der CBSD Resistenzstatus durch Wechselwirkungen mit anderen Viren aufgehoben wird. Drei der in dieser Studie ausgewählten Linien haben eine Breitbandresistenz gegen alle Maniok-Braunstreifenviren und sind die bislang besten Resistenzquellen zur Bekämpfung der Krankheit. Sie werden eine wichtige Rolle in Züchtungsprogrammen zur Bekämpfung der bedeutendsten Viruskrankheiten des Manioks, CBSD und CMD, in Afrika spielen

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