Resistance to Fusarium langsethiae in Norwegian oats- SafeOats

Kornbransjen har gjennom flere år hatt store praktiske og økonomiske utfordringer knyttet til forekomst av Fusarium og mykotoksiner i korn. Fra 2011 ble det innført pristrekk i havre ved høyt innhold av deoksynivalenol (DON). Imidlertid er toksinene HT-2 og T-2 (HT2+T2) som produseres av Fusarium langsethiae vesentlig mer giftige enn DON. I TryggHavre (SafeOats) har vi frembragt ny kunnskap om biologien til F. langsethiae. Denne kunnskapen gjør det mulig å iverksette mer målretta tiltak for å redusere risiko for mykotoksiner i havre. SafeOats har også utviklet metoder for å kartlegge resistens mot F. langsethiae i havre slik at mottakelige genotyper kan fases ut. Resultatene fra SafeOats vil komme nasjonale og internasjonale forbrukere til gode ved å bidra med virkemidler for å øke andelen av korn med høy kvalitet til mat og fôr. Følgende rangering av havresorter er observert i usmitta feltforsøk med havre: Vinger har hatt lavt eller moderat innhold av mykotoksiner (både DON og HT2+T2), mens relative høye nivå av mykotoksiner er observert for Belinda. Odal har hatt lavt eller moderat innhold av DON, imidlertid er det observert relative høye nivå av HT2+T2 i denne sorten. Med data innsamlet i prosjektet har vi utviklet en matematisk modell som kan beregne utviklingsstadium av havre basert på sådato og værforhold. Dette kan bli et hjelpemiddel for å forutsi dato for blomstring av havre og dermed tidspunkt for en eventuell fungicidbehandling for å redusere risiko for Fusarium infeksjon. I veksthusforsøk der havre ble smittet med F. langsethiae ved ulike utviklingsstadier ble det observert høyere nivå av F. langsethiae DNA og HT2+T2 i korn fra planter som var smittet ved skyting, blomstring, eller sein kornfylling, sammenliknet med holk- eller melkestadiet. Dette betyr at perioden rundt blomstring er et egnet smittetidspunktet for å få en god sjukdomsutvikling av F. langsethiae i havre. Smitteforsøk gjennomført i veksthus viste at to gener som trolig er involvert i signaloverføring og sjukdomsresistens i sterkere grad var oppregulert i den resistente havresorten Vinger enn i den mottagelige sorten Belinda etter angrep av både F. langsethiae og F. graminearum. Dette er informasjon som kan være nyttig å ta med seg i videre foredlingsarbeid. Feltforsøk med seks havresorter, spray-inokulert med F. langsethiae på tre forskjellige vekststadier (aksskyting, blomstring, tidlig melkestadium), har vært gjennomført over fire år (2016-2019). Resultatene er i tråd med naturlig smitta felt med Odal, Bessin og Belinda som de mest mottakelige sammenlignet med de mer resistente sortene Hurum og Vinger. Resultatene peker på spray-inokulering i tiden rundt blomstring som det mest pålitelige stadiet for testing av F. langsethiae-resistens i felt. Inokuleringsforsøk med 26-36 havresorter og foredlingslinjer er gjennomført de tre siste årene (2017-2019). Resultatene fra totalt fem smitteforsøk viser god sammenheng med sortsrangeringen fra naturlig smitta felt og med Odal som den mest mottakelige sorten for F. langsethiae. Sammenligning av sortrangeringene etter smitting med F. graminearum og F. langsethiae viser generelt en god sammenheng, men med Odal som et tydelig unntak med høy mottakelighet for F. langsethiae og relativt god resistens mot F. graminearum. Utsortering av smått korn kan redusere innholdet av mykotoksiner i kornpartier. Analyser av havreprøver viste at innholdet av HT2+T2 og EnnB ble redusert med omkring 50 % etter frasortering av små kjerner (15-20% reduksjon i partivekt), noe som dermed kan forbedre hygienisk kornkvalitet. Forekomst av F. langsethiae på såkorn av utvalgte havresorter har blitt undersøkt med tradisjonell (agar) og molekylær metode (qPCR) i 196 såkornpartier høsta i 2016, 2017 og 2018. De høyeste nivåene av soppen ble funnet i sortene Belinda og Odal, mens de laveste nivåene ble funnet i sorten Vinger. Dette samsvarer med sortsrangering observert i feltforsøk. Resultater fra spireanalyser av naturlig infiserte havreprøver tyder ikke på at F. langsethiae forårsaker noen spireskader, men i smitteforsøk har vi observert at soppen kan hemme rotutvikling. Vi har ikke påvist overføring av F. langsethiae fra spirende korn til frøplanter. Våre resultater viser at rangering av havresorter med hensyn til forekomst av F. langsethiae og HT2+T2 toksiner ikke alltid samsvarer med rangering etter innhold av F. graminearum og DON. Det er derfor nødvendig med separate tester for å fastslå risikoen for HT+T2 toksiner i havre.

SafeOats har utviklet metoder for å kartlegge resistens mot Fusarium langsethiae og HT2+T2 toksiner i havre. Dette er metoder som kan benyttes i planteforedlingen og som gjør det mulig å fase ut genotyper med høy risiko for mykotoksiner. SafeOats har kartlagt og formidlet informasjon om resistens mot Fusarium/mykotoksiner i havresorter. Denne informasjon benyttes av Plantesortsnemda ved godkjenning av nye havresorter. SafeOats har vist at utsortering av smått korn kan redusere innholdet av mykotoksiner. Metoden gjør det mulig å redusere forekomst av mykotoksiner i ubearbeidet havre som skal brukes til mat og fôr. Resultater oppnådd i SafeOats kan bidra til at havresorter som foredles frem, oppformeres og dyrkes i framtida har en lavere risiko for å få angrep av Fusarium enn mange av de havresortene som dominerer markedet i dag. Effekten av dette vil være at nivåene av mykotoksiner i korn til mat og fôr reduseres, noe som vil gi en helsegevinst for både mennesker og dyr.

Over the recent decades, the Norwegian cereal industry has had major practical and financial challenges associated with the occurrence of Fusarium and mycotoxins in cereal grains. From 2011, payment reductions to farmers were implemented for oat grain lots with high levels of deoxynivalenol (DON). However, according to preliminary results by Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO), the Norwegian University of Life Sciences (NMBU) and the Norwegian plant breeding company, Graminor, certain oat varieties with generally medium or low DON contamination, may contain high levels of HT-2 and T-2-toxins (HT2+T2). These mycotoxins, formed by Fusarium langsethiae, are considerably more toxic than DON. The concentrations of HT2+T2 in Norwegian cereals were extraordinarily high in 2014, a year with growth conditions favouring development of HT2+T2. This coincided with a doubling of the market share for 'Odal', a variety ranked as especially prone to HT2+T2 in preliminary studies, but among the most resistant for F. graminearum and DON. Resistance to F. langsethiae is not included in the variety screening. SafeOats will develop resistance screening methods in collaboration with the main Norwegian and Swedish breeding companies, thus facilitating the phase-out of susceptible germplasm. The project will approach breeding by revealing gene expression pathways for Fusarium resistance in oats. Furthermore, SafeOats will provide information whether there are varietal differences concerning the content of mycotoxins in different size fractions of oat grains, and whether seed borne inoculum might be a source of F. langsethiae infections. SafeOats will give new insight into the biology of F. langsethiae and HT2+T2 accumulation in oats, and thus facilitate the choice of relevant control measures. The results from SafeOats will benefit consumers nationally and internationally by providing tools to increase the share of high quality grain into the food and feed industry.