Sustainable management of rust diseases in wheat

Rustsykdommer utgjør en trussel mot norsk hvetedyrking. Nye raser av gulrust har de siste årene forårsaket stor skade og flere av de viktigste hvetesortene på det norske markedet er mottakelige. I tillegg representerer brunrust og svartrust framtidige trusler. Hovedmålet med prosjektet har vært å ta en helhetlig tilnærming til sykdomskontroll ved å frambringe kunnskap om epidemiologi, utvikle sorter med bedre resistens og finne strategier for optimal bruk av sprøytemidler når resistensen i sortene ikke strekker til. Gjennom prosjektperioden har vi samlet inn bladprøver med rustinfeksjoner fra hvetedyrkingsområdene i Norge, som er rasebestemt av Global Rust Reference Center (GRRC) ved Århus universitet. Analysene viser at rasesammensetningen i Norge er nokså lik den vi finner i andre nordeuropeiske land, dominert av gulrustrasen 'Warrior-'., men vi finner også innslag av andre europeiske raser som 'Triticale 2015', 'Kranich' og 'Warrior'. Vi gjennomførte smitteforsøk for å undersøke om kveke kunne fungere som vert for den vanligste gulrustrasen på hvete i Norge, men måtte konkludere med at det er lite sannsynlig. Prosjektet har også studert potensialet for overvintring av gulrust i Norge. Over tre vintre ble infiserte høsthveteplanter identifisert om høsten og sjekket igjen neste vår for å se om angrepene hadde overvintret. Vi kunne ikke påvise noen overvintring i disse observasjonene. Siden gulrust ofte opptrer sammen med hveteaksprikk undersøkte vi hvordan smitting med den ene soppsykdommen påvirker utvikling av den andre. Resultatene viste at angrepene av hveteaksprikk ble større om plantene også ble smittet med gulrust en uke før eller etter smitting med hveteaksprikk. Både sort og utviklingsstadium hadde betydning for angrepsgraden av gulrust og hveteaksprikk. For å studere resistens mot rustsykdommer i relevant sortsmateriale har vi brukt en samling med 300 vårhvetelinjer med relevans for norsk hveteforedling. Disse er sammen med nye foredlingslinjer fra Graminor blitt testet i feltforsøk på tre forskjellige lokaliteter i Norge, og i tillegg i Mexico, Kina, Tyrkia, Kenya, Tyskland og Østerrike i regi av våre internasjonale partnere. Disse feltforsøksdataene har vi brukt sammen med tusenvis av SNP markører til å kartlegge de viktigste resistensgenene i norsk sortsmateriale. Vi identifiserte totalt ni kromosomområder (QTL) med resistens som hadde effekt på tvers av land og kontinenter. Av disse fant vi et viktig QTL på kromosom 6A som viste stabil effekt over mange forskjellig dyrkingsmiljø og gulrustraser. Smitteforsøk med forskjellige gulrustraser indikerte videre at det er basert på rase-uspesifikk resistens. For dette QTL-et har vi utviklet KASP markører som Graminor kan bruke som seleksjonsverktøy i foredlingsprogrammet sitt. Feltforsøkene har også gitt verdifulle data for brunrust- og svartrustresistens i det norske sortsmaterialet. Mens de fleste sortene er mottakelige, finnes det kvantitative forskjeller i resistens som kan utnyttes i foredling av sorter med bedre beskyttelse mot disse rustsykdommene som er ventet å få mer betydning i årene framover. Behandling med fungicider mot sykdommer er en viktig del av integrert plantevern. I løpet av årene 2021 til 2023 gjennomførte vi feltforsøk på tre steder (Ås, Apelsvoll og Sarpsborg) med fungicidbehandling av tre vårhvetesorter (Bjarne, Seniorita og Zebra) med ulik resistens mot gulrust og andre aktuelle sykdommer. Sortene ble behandlet med fungicid i ½ eller ¾ dose ved begynnende angrep, og deretter utfra hvordan angrepene utviklet seg videre i forhold til plantenes utviklingsstadium. Målet har vært å komme fram til best mulig behandlingstidspunkt og dosering, og å undersøke om danske smitteterskler for bekjempelse av gulrust kan fungere for norske forhold. Sykdomsangrepene utviklet seg forskjellig gjennom de tre sesongene, og det var kun data fra forsøkene i Ås og Sarpsborg som hadde tilstrekkelig gulrustsmitte til at de kunne brukes i analysene. Resultatene viste tydelig at valg av resistent sort er den mest effektive strategien, men at sprøyting med fungicider i mottakelige sorter kan redusere risikoen for avlingstap. Dose hadde mindre å si enn sprøytetidspunktet, og mest effektiv beskyttelse mot både gulrust og hveteaksprikk ble oppnådd ved å enten sprøyte både tidlig og seint eller kun med en sein sprøyting (BBCH 55). Dette poengterer ikke bare viktigheten av resistente sorter, men også at det også er mulig å unngå avlingstap i mer mottakelige sorter selv med redusert dose og antall sprøytinger. Prosjektet har hatt god publisitet i media og landbrukspresse gjennom hele prosjektperioden, og vi har også formidlet resultater til korndyrkere og rådgivere gjennom webinarer og deltakelse på markdager og fagmøter rettet mot kornbransjen i Norge. Et vellykket sluttseminar med bred deltakelse fra målgruppene til prosjektet ble gjennomført i juni 2024.

Direct outcomes: - Knowledge about the current race composition of yellow rust in Norway, and resistance levels of current varieties - Identified the most important resistance genes/QTL in Norwegian spring wheat breeding material - KASP markers developed for a large-effect QTL on chromosome 6A - Locally adapted management strategies for yellow rust provided to farmers in Norway - Postdoctoral fellow trained in plant pathology and genomics-based breeding Impacts on research and plant breeding: - Strengthened national competence on rust diseases in wheat - New insights into the synergistic and antagonistic effects between yellow rust and septoria nodorum blotch Impacts on society: - More productive wheat cultivation with less environmental footprint through more effective disease management

Sustainable and effective disease control is necessary in order to secure Norwegian wheat yields and achieve the goals of increased domestic food production. New races of stripe rust have in recent years caused severe epidemics on both spring and winter wheat in Norway. Several popular market cultivars are susceptible, which has caused a 30% rise in the use of fungicides. Stem rust and leaf rust are also threatening Norwegian wheat production. It is urgent to provide farmers with sustainable and effective control strategies, which should combine resistant cultivars with integrated fungicide strategies. We need knowledge about host-pathogen interactions specific to our local cultivars and climatic conditions. In this project we will i) answer fundamental questions about rust epidemiology in Norway, ii) identify resistance genes that can provide effective field resistance, iii) deliver effective tools for resistance breeding, iv) develop sustainable disease management strategies integrating optimal fungicide dose and timing with cultivar-specific disease thresholds. In the end, v) practical recommendations will be delivered to the wheat growers. While focusing on wheat rusts, the project will take a holistic approach that also considers other major wheat diseases. Our aim is to deliver solutions that support the implementation of integrated pest management (IPM) in Norwegian wheat production. The project will bring together the national expertise on wheat genomics, plant pathology, breeding and agronomy at NMBU, NIBIO, Graminor and NLR, and collaborate closely with the world-leading expertise on rust diseases in wheat and statistical modelling. Disease management recommendations will be disseminated to farmers through the agricultural extension service (NLR) and key private actors in seed sales and grain handling (FK Agri, Strand Unikorn and Fiskå Mølle) and plant protection (Bayer, BASF and Syngenta).