Durability of resistance to Meloidogyne mediated by R-genes in solanaceous and cucurbitaceous crops

Abstract

Watermelon, Citrullus lanatus var. lanatus, and eggplant, Solanum melongena, are two major crops commonly grafted onto resistant rootstocks for controlling soilborne diseases. However, there are currently no commercially available rootstocks resistant to Meloidogyne for cucurbit crops, and also a narrow diversity for fruiting solanaceous crops. Then, the main aim of this thesis was to determine the durability of resistance to Meloidogyne of Citrullus amarus and Solanum torvum as potential rootstocks for watermelon and eggplant, respectively. The response of two C. amarus accessions, BGV0005164 (Cl64) and BGV0005167 (Cl67), and of S. torvum rootstock cultivars Brutus (TB), Espina, Salutamiu and Torpedo against Meloidogyne isolates from Spain, including some Mi1 .2 (a)virulent M. javanica (MJAV), and a N-virulent isolate of MINC was assessed in pot experiments, and against M. incognita (MINC) in a plastic greenhouse experiments. The watermelon cv. Sugar baby (SB) and the eggplant cv. Cristal (MC) were included for comparison. The population growth rate and the resistance level of the four S. torvum cultivars against MINC was assessed under plastic greenhouse conditions in two cropping seasons. The response of ungrafted and grafted SB onto both CI accessions and MC onto TB were submitted to increasing densities of MJAV and MINC, and MC onto TB to MJAV to determine population dynamic parameters and biomass productivity in pot experiments. In plastic greenhouse conditions, the ungrafted and grafted watermelon onto both CI accessions and eggplant onto TB were cultivated for two consecutive years in the same plots to assess the level of resistance to MINC and crop yield. After the second crop, the putative selection for virulence in the nematode subpopulation originated in the ungrafted and grafted plants· were assessed in pot experiments. Both C. amarus accessions performed as resistant to M. arenaria, and from highly to moderately resistant to MINC and MJAV in pot experiments. In the plastic greenhouse experiment, both accessions performed as resistant to MINC. The maximum multiplication rate, the maximum population density and the equilibrium density values of both Meloidogyne species were lower in grafted than ungrafted watermelon. In the plastic greenhouse experiment, the galling index and the number of eggs per plant were higher in ungrafted than in grafted plants both years. The CI accessions performed from highly resistant to resistant to MINC and yielded more kg per plant than the ungrafted in both years. Two consecutive grafted watermelon crops did not select for virulence but had an infective and reproductive fitness cost. AII the S. torvum rootstocks responded as resistant to the MINC isolates and from highly resistant to susceptible against MJAV isolates. The population growth rate of MINC on ungrafted eggplant differed from that grafted in both cropping seasons. The maximum multiplication rates of MJAV and the equilibrium densities were lower in grafted than in ungrafted eggplant. The grafted eggplant was tolerant to the range of nematode densities assessed but the ungrafted did not. In the plastic greenhouse experiment, the galling index and the density of nematodes in soil and in roots were higher in ungrafted than in grafted plants both years. The grafted eggplant performed as resistant in 2017 and as highly resistant in 2018. Eggplant yield did not differ irrespective of grafting when cultivated over 4.5 months, but it differed when cultivated over 8.3 months. Two consecutive grafted eggplant crops did not select for virulence but had an infective and reproductive fitness cost. The results of this study highlight the poor host status of the rootstocks studied; the stability of the resistance; and the beneficial effect on yield when cultivated in Meloidogyne infested soils. The causes for lost of fitness in the nematode, as well as the durability of this characteristic should be investigated.

Sandía, Citrullus lanatus var. Lanatus y la berenjena, Solanum melongena, son dos cultivos comúnmente injertados en portainjertos resistentes para controlar las enfermedades transmitidas por el suelo. Sin embargo, actualmente no hay portainjertos disponibles comercialmente resistentes a Meloidogyne para cultivos de cucurbitáceas, y también una estrecha diversidad para cultivos frutales solanáceos. El objetivo principal de esta tesis fue determinar la durabilidad de la resistencia a Meloidogyne de Citrullus amarus y Solanum torvum como posibles portainjertos para sandía y berenjena, respectivamente. La respuesta de dos accesiones de C. amarus, BGV0005164 (CI64) y BGV0005167 (CI67), y de los cultivares de portainjertos de S. torvum cv. Brutus (TB), Espina, Salutamu y Torpedo contra aislados de Meloidogyne de España, incluyendo algunos de M. javanica (MJAV) (a)virulentos al gen 1.2 (a), y un aislado de M. incognita (MINC) virulento al gen N, se evaluó en experimentos de maceta, y contra MINC en experimentos de invernadero de plástico. La sandía cv. Sugar baby (SB) y la berenjena cv. Cristal (MC) se incluyeron como control. La tasa de crecimiento de la población y el nivel de resistencia de los cuatro cultivares de S. torvum contra el MINC se evaluaron en condiciones de invernadero de plástico en dos temporadas de cultivo. SB sin injertar e injertado en accesiones de CI, se sometieron a densidades crecientes de MJAV y MINC, y MC en TB de MJAV, para determinar los parámetros dinámicos de población y la productividad en experimentos en macetas. En condiciones de invernadero de plástico, SB sin injertar e injertada en ambas accesiones de CI y MC en TB se cultivaron durante dos años consecutivos en las mismas parcelas para evaluar el nivel de resistencia al MINC y el rendimiento del cultivo. Después del segundo cultivo, la posible selección de virulencia en la subpoblación de nematodos originada en las plantas no injertadas e injertadas se evaluó en experimentos en macetas. Ambas accesiones de C. amarus fueron resistentes a M. arenaria, y desde altamente a moderadamente resistentes a MINC y MJAV en experimentos con macetas. En el experimento del invernadero de plástico, ambas accesiones se desempeñaron como resistentes a MINC. La tasa máxima de multiplicación (a), la densidad de población máxima (M) y los valores de densidad de equilibrio (E) de ambas especies de Meloidogyne fueron menores en sandía injertada que en no injertada. En el experimento de invernadero, el índice de agallas (GI) y el número de huevos por planta fue mayor en plantas no injertadas que en injertadas en ambos años. Las accesiones CI se comportaron desde altamente resistente a resistente a MINC y tuvieron mayor producción que las no injertadas en ambos años. Dos cultivos consecutivos de sandía injertada no seleccionaron virulencia pero tuvieron un costo de aptitud infecciosa y reproductiva en el nematodo. Todos los portainjertos de S. torvum respondieron como resistentes a MINC y desde altamente resistentes a susceptibles contra MJAV. La tasa de crecimiento de la población de MINC en berenjenas no injertadas fue mayor que la de la injertada en ambas temporadas de cultivo. Los valores de a y E de MJAV fueron menores en la berenjena injertada que en no injertada. La berenjena injertada fue tolerante al rango de densidades de nematodos evaluado pero la no injertada no. En el experimento de invernadero, el GI y la densidad de nematodos en el suelo y en raíces fueron mayores en las plantas no injertadas que en las injertadas en ambos años. La berenjena injertada se desempeñó como resistente en 2017 y altamente resistente en 2018. El rendimiento de la berenjena no difirió independientemente del injerto cuando se cultivó durante 4.5 meses, pero sí cuando se cultivó durante 8.3 meses....