Blast disease associated with grass weeds in rice production systems of Paraguay

Abstract

Background: Several fungal species within the genus Pyricularia are associated with blast diseases affecting Poaceae crops, including wheat, rice, oat, barley, triticale, and various grass weeds. Among these, Pyricularia oryzae is recognized as a major pathogen due to its significant impact on cereal production worldwide. The fungus can survive on weed hosts, potentially serving as inoculum reservoirs. Objective: To characterize grass weed species acting as alternative hosts for Pyricularia spp. in rice agroecosystems in Paraguay. Methodology: During the 2020/2021 rice season, symptomatic weed samples exhibiting elongated or elliptical lesions with reddish-brown margins and lighter centers were collected across major rice-producing regions. Samples were processed at the Microbiology and Biotechnology laboratories of the Facultad de Ciencias y Tecnología, Universidad Nacional de Itapúa, and the Instituto Paraguayo de Tecnología Agraria (IPTA). Results: Morphological characterization of isolates cultured on oat agar revealed grayish to dark-gray colonies, with conidia hyaline, pyriform to obclavate, and containing two transverse septa. Molecular identification based on ITS region sequencing confirmed isolates from Cynodon dactylon as Pyricularia grisea (99.8% similarity) and from Echinochloa sp. as Pyricularia oryzae (100% similarity). Pathogenicity assays in rice seedlings (cv. IRGA 424) reproduced typical blast symptoms for the rice-derived isolate, whereas the Cynodon dactylon- and Echinochloa-derived isolates elicited differential reactions, including hypersensitive, incompatible, and mild blast-like symptoms. Implications: These findings underscore the epidemiological role of grass weeds as alternative hosts and potential inoculum reservoirs of Pyricularia spp., emphasizing the need to integrate weed monitoring and management into comprehensive blast disease control strategies in rice cultivation systems. Conclusion: Grass weed species present in rice agroecosystems of Paraguay were identified as reservoirs for Pyricularia spp., highlighting their potential role in pathogen survival and dissemination within rice fields.

Antecedentes: Diversas especies fúngicas del género Pyricularia están asociadas con enfermedades “Blast” que afectan a Poaceaes, incluyendo trigo, arroz, avena, cebada, triticale y diversas malezas gramíneas. Entre ellas, Pyricularia oryzae es reconocida como un patógeno de gran importancia debido a su impacto significativo en la producción de cereales a nivel mundial. El hongo puede sobrevivir en hospederos alternativos, que potencialmente actúan como reservorios de inóculo. Objetivo: Caracterizar especies de malezas gramíneas que actúan como hospedantes alternativos de Pyricularia spp. en agroecosistemas arroceros de Paraguay. Metodología: Durante la zafra arrocera 2020/2021, se recolectaron muestras sintomáticas de malezas que presentaban lesiones alargadas o elípticas, con bordes castaño-rojizos y centros más claros, en las principales regiones productoras de arroz. Las muestras se procesaron en los Laboratorios de Microbiología y Biotecnología de la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad Nacional de Itapúa y en el Instituto Paraguayo de Tecnología Agraria (IPTA). Resultados: La caracterización morfológica de los aislados cultivados en agar avena reveló colonias de color grisáceo a gris oscuro, con conidios hialinos, de forma piriforme a obclavada y con dos septos transversales. La identificación molecular basada en la secuenciación de la región ITS confirmó que los aislados provenientes de Cynodon dactylon correspondieron a Pyricularia grisea (99,8 % de similitud) y los de Echinochloa sp. a Pyricularia oryzae (100 % de similitud). Los ensayos de patogenicidad en plántulas de arroz (cv. IRGA 424) reprodujeron síntomas típicos de Pyricularia para el aislado proveniente de arroz, mientras que los aislados de Cynodon dactylon y Echinochloa provocaron reacciones diferenciales, incluyendo respuestas hipersensibles, incompatibles y síntomas leves. Implicancias: Estos resultados resaltan el papel epidemiológico de las malezas gramíneas como hospederos alternativos y potenciales reservorios de inóculo de Pyricularia spp., enfatizando la necesidad de integrar el monitoreo y manejo de malezas en las estrategias de control integral de la enfermedad en sistemas de cultivo de arroz. Conclusión: Las especies de malezas gramíneas presentes en los agroecosistemas arroceros de Paraguay fueron identificadas como reservorios de Pyricularia spp., lo que destaca su papel potencial en la supervivencia y diseminación del patógeno dentro de los arrozales.