Pathogenicity and resistance mechanisms of blue lupin (Lupinus angustifolius) accessions upon infection with Fusarium oxysporum f. sp. lupini

Abstract

[ES] El lupino azul (Lupinus angustifolius) es un cultivo subestimado pero valioso por su alto contenido de proteínas, adaptabilidad ambiental y fijación simbiótica de nitrógeno; sin embargo su productividad se ve afectada por enfermedades fúngicas, siendo la marchitez, causada por Fusarium oxysporum f. sp. lupini (Fol), una de las amenazas más significativas para el cultivo de lupino en Europa, ya que disminuye considerablemente el rendimiento del cultivo. Este estudio evaluó 20 accesiones no caracterizadas de L. angustifolius en dos rondas de cribados experimentales mediante PCR en tiempo real (qPCR) para determinar su resistencia contra Fol. Plántulas de 3 días fueron infectadas con una concentración de 5x10^4 esporas*mL−1; a los 4 días las radiculas se liofilizaron para la posterior extracción de ADN y análisis mediante qPCR, calculando un ratio basado en el valor del ciclo de cuantificación (Cq) para cada accesión (Cq Lupino/Cq Fusarium) con la finalidad de discriminar la susceptibilidad de cada una de las accessiones frente a Fol. Bajo esta premisa, las accesiones L26 y L49 fueron identificadas como las más resistente y susceptible, respectivamente. Análisis posteriores a nivel de ADN genómico y de RNA-Seq permitirán la identificación de genes de resistencia y susceptibilidad, ampliando el entendimiento de las interacciones Fol-Lupino, así como las rutas metabólicas implicadas en el mecanismo de defensa. Los conocimientos obtenidos de este estudio no solo proponen el uso del método de cribado con qPCR como una herramienta de detección temprana de infección de Fol en lupinos para determinar niveles de susceptibilidad, sino que también proporcionan información valiosa para desarrollar estrategias de mejora que mitiguen enfermedades relacionadas con Fusarium y, en última instancia, mejoren la resiliencia y productividad de los cultivos de lupino y otras leguminosas.

[EN] The blue lupin (Lupinus angustifolius) is an undervalued but valuable crop due to its high protein content, environmental adaptability, and symbiotic nitrogen fixation. However, its productivity is affected by fungal diseases, with Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. lupini (Fol), being one of the most significant threats to lupin cultivation in Europe, as it considerably reduces crop yield. This study evaluated 20 yet uncharacterized accessions of L. angustifolius in two rounds of experimental screenings using real-time PCR (qPCR) to determine their resistance to Fol. Three-day-old seedlings were infected with a concentration of 5x10^4 spores*mL−1; after 4 days, the radicles were lyophilized for subsequent DNA extraction and qPCR analysis, calculating a ratio based on the quantification cycle (Cq) value for each accession (Cq Lupin/Cq Fusarium) to discriminate the susceptibility of each accession to Fol. Under this premise, accessions L26 and L49 were identified as the most resistant and the most susceptible, respectively. Subsequent genomic DNA and RNA-Seq analyses will allow the identification of resistance and susceptibility genes, enhancing the understanding of Fol-lupin interactions and the metabolic pathways involved in the defense mechanism. The insights gained from this study not only propose the use of the qPCR screening method as a tool for early detection of Fol infection in lupins to determine susceptibility levels but also provide valuable information for developing improvement strategies to mitigate Fusarium-related diseases and ultimately enhance the resilience and productivity of lupin and other legume crops.