Project

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Population genomics and molecular epidemiology of wheat powdery mildew (Blumeria graminis f.sp. tritici) in Europe

Applicant Menardo Fabrizio
Number 193473
Funding scheme Ambizione
Research institution Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Genetics
Start/End 01.09.2021 - 31.08.2025
Approved amount 881'933.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Genetics
Agricultural and Forestry Sciences

Keywords (6)

Blumeria graminis; Whole Genome Sequencing; Molecular epidemiology; Powdery mildew; Population genomics; Wheat

Lay Summary (Italian)

Lead
Il sequenziamento del genoma di microorganismi patogeni in tempo reale e su larga scala ha avuto un impatto profondo sulla ricerca, la diagnostica e il monitoraggio delle malattie infettive umane.In questo progetto intendo usare lo stesso approccio per studiare agenti patogeni agricoli. In particolare analizzerò le popolazioni Europee e l'epidemiologia dell' odio del grano, un fungo patogeno che ogni anno causa perdite al raccolto.
Lay summary

Soggetto e obiettivi

Il progetto intende usare tecniche di sequenziamento del genoma su larga scala, per studiare le popolazioni Europee dell'oidio del grano, un importante malattia causata dal fungo Blumeria graminis forma specialis tritici. Nel corso di tree anni campionerò circa 500 ceppi dell’oidio del grano provenienti da diverse regioni Europee e dell’area Mediterranea. In seguito sequenzierò il genoma di tutti i ceppi campionati. Con questi dati identificherò la struttura delle popolazioni Europee, come cambiano nel tempo, e come diversi ceppi vengono distribuiti dal vento ogni anno. Nel complesso questo progetto genererà una conoscenza dettagliata delle dinamiche epidemiologiche dell'oidio del grano e della sua storia evolutiva recente in Europa. Questo approccio e alcuni dei risultati prodotti da questo studio potrebbero essere trasferiti ad altri patogeni, colture e regioni geografiche.


Contesto socio-scientifico

Gli agenti patogeni agricoli causano perdite sostanziali di raccolto ogni anno. Per controllare gli agenti patogeni, l'agricoltura moderna si affida a trattamenti con pesticidi e allo sviluppo di varietà resistenti. Tuttavia, i pesticidi sono dannosi per l'ambiente e per la salute, e microorganismi patogeni possono rapidamente sviluppare resistenza ai pesticidi e guadagnare virulenza su varietà precedentemente resistenti. Comprendere le dinamiche evolutive ed epidemiologiche delle popolazioni di patogeni agricoli è fondamentale per sviluppare strategie di controllo sostenibili. La genomica delle popolazioni in tempo reale su larga scala, e gli studi di epidemiologia molecolare possono fornire tali conoscenze. Questi approcci sono comunemente usati per la ricerca, la diagnostica e il monitoraggio delle malattie infettive umane, ma solo raramente per i patogeni agricoli.

Direct link to Lay Summary Last update: 02.03.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

Agricultural pathogens cause substantial crop losses each year. To control pathogens, modern agriculture relies on pesticide treatments and breeding of resistant crop varieties. However, pesticides are harmful to the environment and to human health, and pathogen populations can quickly develop resistance to pesticides and gain virulence on previously resistant varieties. Understanding the evolutionary and epidemiological dynamics of pathogen populations is crucial to develop sustainable control strategies. Large scale real-time population genomics and molecular epidemiology studies can provide such knowledge. While these approaches are commonly used for research, diagnostic and monitoring of human infectious diseases, they are rarely and only partially applied to agricultural pathogens.Here I propose the application of large scale genomics and molecular epidemiology to study wheat powdery mildew, an important wheat pathogen caused by the fungus Blumeria graminis forma specialis tritici. In the first year of the project I will sequence the genome of ~ 200 wheat powdery mildew strains sampled across Europe and the Mediterranean region. I will perform a population genetic analysis and identify the fine-scale population structure, migration rates among populations, source-sink dynamics, and infer the recent evolutionary history of wheat powdery mildew in Europe. With this data, I will also perform genome scans to identify genetic loci under selection, and investigate local adaptation. These last results will be combined with a genome wide association analysis that will identify loci associated with virulence phenotypes and local climatic variables. Through this combined approach, I will be able to distinguish selective pressures due to different factors, such as resistant wheat varieties or local environmental conditions. Additionally, I will look for signatures of selection at loci coding for fungicide targets. Subsequently, I will continue to sample selected locations for two years, taking samples at different times during the season (~ 300 additional strains over two years). With the genome sequence of all sampled strains I will characterize the extent of sexual reproduction in different populations, and track the spread of different genotypes over time to determine the spatiotemporal dynamics of the epidemics, such as the main directions of dispersal and the origin of the inoculum each year. Overall this project will generate a detailed understanding of wheat powdery mildew’s epidemiological dynamics and recent evolutionary history in Europe. This approach and some of the results produced by this study could be transferred to other pathogens, crops and geographic regions.
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