vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-2-235-244vir-nw-1595Research ArticleИММУНИТЕТ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙIMMUNITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESЭффективные в Новосибирской области гены устойчивости пшеницы к бурой ржавчине в связи с изменчивостью популяции Puccinia triticinaEffective leaf rust resistance genes of wheat in Novosibirsk Province in connection with the variability of the Puccinia triticina populationhttps://orcid.org/0000-0002-4674-6639СочаловаЛ. П.SochalovaL. P.

Любовь Павловна Сочалова, старший научный сотрудник, ИЦиГ СО РАН, Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции - филиал ИЦиГ СО РАН

630501 Россия, Новосибирская обл., Новосибирский р-н, р. п. Краснообск, ул. С-200, зд. 5/1, а/я 375

Lyubov P. Sochalova, Senior Researcher, IC&G SB RAS, Siberian Research Institute of Plant Production and Breeding, branch of the IC&G SB RAS

P.O. Box 375, bldg. 5/1 S-200 St., Krasnoobsk, Novosibirsky District, Novosibirsk Province 630501, Russia

sochalova@bionet.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5026-4907БойкоН. И.BoykoN. I.

Наталья Ивановна Бойко, кандидат сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник, ИЦиГ СО РАН, Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции - филиал ИЦиГ СО РАН

630501 Россия, Новосибирская обл., Новосибирский р-н, р. п. Краснообск, ул. С-200, зд. 5/1, а/я 375

 

Natalya I. Boyko, Cand. Sci. (Agriculture), Associate Researcher, IC&G SB RAS, Siberian Research Institute of Plant Production and Breeding, branch of the IC&G SB RAS

P.O. Box 375, bldg. 5/1 S-200 St., Krasnoobsk, Novosibirsky District, Novosibirsk Province 630501, Russia

n.bojko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2468-4975ПотешкинаА. А.PoteshkinaA. A.

Алина Александровна Потешкина, агроном 1 категории, ИЦиГ СО РАН, Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции - филиал ИЦиГ СО РАН

630501 Россия, Новосибирская обл., Новосибирский р-н, р. п. Краснообск, ул. С-200, зд. 5/1, а/я 375

Alina A. Poteshkina, Associate Researcher, IC&G SB RAS, Siberian Research Institute of Plant Production and Breeding, branch of the IC&G SB RAS

P.O. Box 375, bldg. 5/1 S-200 St., Krasnoobsk, Novosibirsky District, Novosibirsk Province 630501, Russia

poteshkina@bionet.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9225-5227ПискаревВ. В.PiskarevV. V.

Вячеслав Васильевич Пискарев, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией, ИЦиГ СО РАН, Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции - филиал ИЦиГ СО РАН

630501 Россия, Новосибирская обл., Новосибирский р-н, р. п. Краснообск, ул. С-200, зд. 5/1, а/я 375

Vyacheslav V. Piskarev, Cand. Sci. (Agriculture), Head of a Laboratory, IC&G SB RAS, Siberian Research Institute of Plant Production and Breeding, branch of the IC&G SB RAS

P.O. Box 375, bldg. 5/1 S-200 St., Krasnoobsk, Novosibirsky District, Novosibirsk Province 630501, Russia

piskaryov_v@mail.ruФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекцииРоссияInstitute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Siberian Research Institute of Plant Production and BreedingRussian Federation2023260720231842235244Copyright © Сочалова Л.П., Бойко Н.И., Потешкина А.А., Пискарев В.В., 20232023Сочалова Л.П., Бойко Н.И., Потешкина А.А., Пискарев В.В.Sochalova L.P., Boyko N.I., Poteshkina A.A., Piskarev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1595   Актуальность

   Актуальность. Для выявления источников эффективных генов устойчивости к бурой ржавчине необходимы сведения о расовом составе популяции возбудителя болезни – Puccinia triticina Erikss.  Целью исследования являлся мониторинг изменчивости структуры популяции P. triticina в условиях лесостепи Приобья Новосибирской области, поиск эффективных генов резистентности.

   Материалы и методы

   Материалы и методы. В 2015–2019 гг. в лабораторных и полевых условиях оценивали поражение почти изогенных Lr-линий серии Thatcher и сортов пшеницы с известными генами устойчивости популяцией гриба из Новосибирской области. Расы патогена определяли по североамериканской системе. Дополнительно использовали образцы с генами устойчивости Lr19, Lr20, Lr28, Lr39, Lr6Agi2, Lr6Agi1, LrKu и LrSp2.

   Результаты

   Результаты. Высокие частоты вирулентности отмечены к генам Lr1, Lr2a, Lr2c, Lr3a, Lr3ka, Lr10, Lr11, Lr16, Lr17, Lr18, Lr20, Lr30 и LrB (от 66,7 до 100 %). Определено 27 рас, среди которых часто встречались TGTT GB, TGTR GB, TQTT GB, TQTR GB, TGPT GB, THFR GB, KHTT GB, PHKT GB, PQTT GB, THTP BB, PGFR GB, SGPR GB. На искусственном инфекционном фоне устойчивостью к грибу характеризовались образцы с генами Lr6Agi2, Lr6Agi1, LrKu, Lr24, Lr28, Lr35, Lr12, Lr19, Lr25, Lr39, Lr42, Lr50, Lr45, Lr47, Lr52, LrSp2, Lr6Agi1+Lr19, Lr6Agi2+Lr10+Lr34, Lr11+Lr13+Lr22а, Lr13+LrTb, Lr24+Lr26, Lr37+Lr13, Lr37+Lr1, Lr34+Lr13, Lr43+Lr24, Lr49+Lr34. Поражение линий Thatcher, несущих гены Lr29 и Lr21, варьировало от 0 до 5 %, образца CSP 44 (Lr48+Lr34) и Thatcher Lr44 – от 0 до 10 %, Thatcher Lr13 – от 0 до 20 %, Thatcher Lr37 – от 1 до 30 %, образца Pavon F76 – от 15 % до 80 %.

   Заключение

   Заключение. Расовый состав популяции P. triticina характеризовался незначительной изменчивостью (утратили устойчивость образцы с генами Lr18 и Lr38). Выявлены доноры эффективных генов устойчивости к бурой ржавчине пшеницы – сорта и линии, несущие гены Lr6Agi2, Lr6Agi1, LrKu, Lr24, Lr28, Lr35, Lr12, Lr19, Lr25, Lr39, Lr42, Lr50, Lr45, Lr47, Lr52, LrSp2.

   Background

   Background. Information on the races of Puccinia triticina Erikss. in Novosibirsk Province is needed to identify sources of effective genes for leaf rust resistance. The goal hereof was monitoring genetic variability of the P. triticina population in the Ob riverside forest-steppe, Novosibirsk Province, and detecting effective resistance genes to develop wheat cultivars resistant to the disease.

   Materials and methods

   Materials and methods. In 2015–2019, affliction of Thatcher lines (Tc) and cultivars under the disease pressure was assessed, and P. triticina structure in the Ob forest-steppe of Novosibirsk Province was monitored. P. triticina genotypes were identified using the Long–Kolmer system. Additionally, a set of cultivars with the Lr19, Lr20, Lr28, Lr39; 6 – Lr6Agi2, Lr6Agi1, LrKu, and LrSp2 genes was employed.

   Results

   Results. A high frequency of virulence was detected for cultivars with the Lr3ka, Lr10, Lr1, Lr2a, Lr2c, Lr3a, Lr11, Lr18, Lr20, Lr30, Lr16, Lr17, and LrB genes (66.7–100 %). The P. triticina structure consisted of 27 races, including 12 common ones: TGTT GB, TGTR GB, TQTT GB, TQTR GB, TGPT GB, THFR GB, KHTT GB, PHKT GB, PQTT GB, THTP BB, PGFR GB, and SGPR GB. Genotypes with the Lr6Agi2, Lr6Agi1, LrKu, Lr39, Lr42, Lr12, Lr19, Lr24, Lr25, Lr28, Lr35, Lr45, Lr47, Lr50, Lr52, LrSp2, Lr6Agi1+Lr19, Lr6Agi2+Lr10+Lr34, Lr11+Lr13+Lr22a, Lr13+LrTb, Lr24+Lr26, Lr37+Lr13, Lr37+Lr1, Lr34+Lr13, Lr43+Lr24, and Lr49+Lr34 genes were resistant to P. triticina under the infection pressure. Some wheat genotypes varied in leaf rust resistance across the years (0–5 % for TcLr29 and TcLr21, 0–10 % for CSP 44 and TcLr44, 0–20 % for TcLr13, 1–30 % for TcLr37, and 15–80 % for Pavon F 76).

   Conclusion

   Conclusion. The local leaf rust population has changed slightly over the years of study (the Lr18 and Lr38 genes have lost resistance), and was very different from the population before 2010.

мягкая пшеницамониторинг устойчивостиLr-генырасыbread wheatresistance monitoringLr genesracesПолевые эксперименты выполнялись при поддержке бюджетного проекта FWNR-2022-0008; лабораторное изучение расового состава и оформление результатов выполнено при поддержке гранта РФФИ № 20-016-00093 А. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работыField experiments were supported by Budget Project No. FWNR-2022-0008, while laboratory research and the analysis of results by Grant No. 20-016-00093 A from the Russian Foundation for Basic Research. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this workReferencesBianchin V., Barcellos A. L., Reis E.M., Turra C. Genetic variability of Puccinia triticina Eriks. in Brazil. Summa Phytopathologica. 2012;38(2):113-118. DOI: 10.1590/S0100-54052012000200001Bianchin V., Barcellos A.L., Reis E.M., Turra C. Genetic variability of Puccinia triticina Eriks. in Brazil. Summa Phytopathologica. 2012;38(2):113-118. DOI: 10.1590/S0100-54052012000200001Boshoff W.H.P., Labuschagne R., Terefe T., Pretorius Z.A., Visser B. New Puccinia triticina races on wheat in South Africa. Australasian Plant Pathology. 2018;47(3):325-334. DOI: 10.1007/s13313-018-0560-1Boshoff W.H.P., Labuschagne R., Terefe T., Pretorius Z.A., Visser B. New Puccinia triticina races on wheat in South Africa. Australasian Plant Pathology. 2018;47(3):325-334. DOI: 10.1007/s13313-018-0560-1Farid M., Afshari F., Khodarahmi M., Mohamadi M. Analysis of wheat (Triticum aestivum L.) brown rust (Puccinia triticina) disease factor and identification of resistance genes in wheat germ plasms in Iran. Archives of Phytopathology and Plant Protection. 2013;46(12):1417-1429. DOI: 10.1080/03235408.2013.769314Farid M., Afshari F., Khodarahmi M., Mohamadi M. Analysis of wheat (Triticum aestivum L.) brown rust (Puccinia triticina) disease factor and identification of resistance genes in wheat germ plasms in Iran. Archives of Phytopathology and Plant Protection. 2013;46(12):1417-1429. DOI: 10.1080/03235408.2013.769314Gao P., Zhou Yu., Gebrewahid T.W., Zhang P., Yan X., Li X. et al. Identification of known leaf rust resistance genes in common wheat cultivars from Sichuan province in China. Crop Protection. 2019;115:122-129. DOI: 10.1016/j.cropro.2018.09.012Gao P., Zhou Yu., Gebrewahid T.W., Zhang P., Yan X., Li X. et al. Identification of known leaf rust resistance genes in common wheat cultivars from Sichuan province in China. Crop Protection. 2019;115:122-129. DOI: 10.1016/j.cropro.2018.09.012Гультяева Е.И. Методы идентификации генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине с использованием ДНК-маркеров и характеристика эффективности Lr-генов. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2012.Gultyaeva E.I. Methods of identification of wheat resistance genes to leaf rust using DNA markers and characterization of the effectiveness of Lr genes (Metody identifikatsii genov ustoychivosti pshenitsy k buroy rzhavchine s ispolzovaniyem DNK-markerov i kharakteristika effektivnosti Lr-genov). St. Petersburg: VIZR; 2012. [in Russian]Gultyaeva E.I., Kanyuka I.A., Alpat’eva N.V., Baranova O.A., Dmitriev A.P., Pavlyushin V.A. Molecular approaches in identifying leaf rust resistance genes in Russian wheat varieties. Russian Agricultural Sciences. 2009;35(5):316-319. DOI: 10.3103/S1068367409050085Gultyaeva E.I., Kanyuka I.A., Alpat’eva N.V., Baranova O.A., Dmitriev A.P., Pavlyushin V.A. Molecular approaches in identifying leaf rust resistance genes in Russian wheat varieties. Russian Agricultural Sciences. 2009;35(5):316-319. DOI: 10.3103/S1068367409050085Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Казарцев И.А., Аристова М.К. Структура российских популяций гриба Puccinia triticina Eriks. Вестник защиты растений. 2015;3(85):5-10.Gultyaeva E.I., Shaidayuk E.L., Kazartsev I.A., Aristova M.K. Structure of Russian populations of Puccinia triticina. Plant Protection News. 2015;3(85):5-10. [in Russian]Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Shamanin V.P., Аkhmetova А.К., Tyunin V.A., Shreyder E. R. et al. Genetic structure of Russian and Kazakhstani leaf rust causative agent Puccinia triticina Erikss. populations as assessed by virulence profiles and SSR markers. Agricultural Biology. 2018;53(1):85-95. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.85engGultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Shamanin V.P., Аkhmetova А.К., Tyunin V.A., Shreyder E.R. et al. Genetic structure of Russian and Kazakhstani leaf rust causative agent Puccinia triticina Erikss. populations as assessed by virulence profiles and SSR markers. Agricultural Biology. 2018;53(1):85-95. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.85engKolmer J.A. Physiologic specialization of Puccinia triticina in Canada in 1998. Plant Disease. 2001;85(2):155-158. DOI: 10.1094/PDIS.2001.85.2.155Kolmer J.A. Physiologic specialization of Puccinia triticina in Canada in 1998. Plant Disease. 2001;85(2):155-158. DOI: 10.1094/PDIS.2001.85.2.155Kolmer J.A., Kabdulova M.G., Mustafina M.A., Zhemchuzhina N.S., Dubovoy V. Russian populations of Puccinia triticina in distant regions are not differentiated for virulence and molecular genotype. Plant Pathology. 2015;64(2):328-336. DOI: 10.1111/ppa.12248Kolmer J.A., Kabdulova M.G., Mustafina M.A., Zhemchuzhina N.S., Dubovoy V. Russian populations of Puccinia triticina in distant regions are not differentiated for virulence and molecular genotype. Plant Pathology. 2015;64(2):328-336. DOI: 10.1111/ppa.12248Кривченко В.И., Одинцова И.Г., Макарова Н.А. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 453. Сорта зерновых культур с известными генами устойчивости к грибным болезням. Ленинград: ВИР; 1988.Krivchenko V.I., Odintsova I.G., Makarova N.A. Catalogue of the VIR global collection. Issue 453. Cereal crop cultivars with known genes of resistance to fungal diseases (Sorta zernovykh kultur s izvestnymi genami ustoychivosti k gribnym boleznyam). Leningrad: VIR; 1988. [in Russian]Liu T., Ge R., Ma Y., Liu B., Gao L., Chen W. Population genetic structure of Chinese Puccinia triticina races based on multi-locus sequences. Journal of Integrative Agriculture. 2018;17(8):1779-1789. DOI: 10.1016/S2095-3119(18)61923-9Liu T., Ge R., Ma Y., Liu B., Gao L., Chen W. Population genetic structure of Chinese Puccinia triticina races based on multi-locus sequences. Journal of Integrative Agriculture. 2018;17(8):1779-1789. DOI: 10.1016/S2095-3119(18)61923-9Long D.L., Kolmer J.A. A North American system of nomenclature for Puccinia triticina f. sp. trilici. Phytopathology. 1989;79(5):525-529. DOI: 10.1094/Phyto-79-525Long D.L., Kolmer J.A. A North American system of nomenclature for Puccinia triticina f. sp. trilici. Phytopathology. 1989;79(5):525-529. DOI: 10.1094/Phyto-79-525Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16(2):89-120.Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16(2):89-120.Мешкова Л.В., Россеева Л.П., Шрейдер Е.Р., Сидоров А.В. Вирулентность патотипов возбудителя бурой ржавчины пшеницы к ТhLr9 в регионах Сибири и Урала. Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам: Сборник статей второй Всероссийской конференции. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2008. C.70-73.Meshkova L.V., Rosseeva L.P., Shreyder E.R., Sidorov A.V. Virulence of wheat leaf rust pathogen pathotypes to Thatcher Lr 9 in the regions of Siberia and the Urals (Virulentnost patotipov vozbuditelya buroy rzhavchiny pshenitsy k ThLr9 v regionakh Sibiri i Urala). In: Modern Problems of Plant Immunity to Harmful Organisms: Collection of papers for the Second All-Russian Conference (Sovremennye problemy immuniteta rasteniy k vrednym organizmam: Sbornik statey vtoroy Vserossiyskoy konferentsii). St. Petersburg: VIZR; 2008. p.70-73. [in Russian]Мешкова Л.В., Россеева Л.П., Сидоров А.Б., Сабаева О.Б., Зверовская Т.С., Белан И.А. Физиологическая специализация возбудителя бурой ржавчины в Красноярском крае. Вестник КрасГАУ. 2019;1(142):29-36.Meshkova L.V., Rosseeva L.P., Sidorov A.V., Sabaeva O.V., Zverovskaya T.S., Belan I.A. Physiological specialization of brown rust pathogen on the wheat in Krasnoyarsk Region. The Bulletin of KrasGAU. 2019;1(142):29-36. [in Russian]Мешкова Л.В., Россеева Л.П., Зверовская Т.С., Сабаева О.Б., Белан И.А. Вирулентность природной популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы в Омской области. Успехи современного естествознания. 2018;(11-2):279-283.Meshkova L.V., Rosseeva L.P., Zverovskaya T.S., Sabaeva O.B., Belan I.A. Virulence of natural population of the pathogen brown rust wheat in the Omsk region. Advances in Current Natural Sciences. 2018;(11-2):279-283. [in Russian]Михайлова Л.А., Квитко К.В. Лабораторные методы культивирования возбудителя бурой ржавчины пшеницы. Микология и фитопатология. 1970;4(4):269-273.Mikhailova L.A., Kvitko K.V. Laboratory methods of wheat leaf rust pathogen cultivation (Laboratornye metody kultivirovaniya vozbuditelya buroy rzhavchiny pshenitsy). Mycology and Phytopathology. 1970;4(4):269-273. [in Russian]Morgounov A., Ablova I., Babayants O., Babayants L., Bespalova L., Khudokormov Zh. et al., Genetic protection of wheat from rusts and development of resistant varieties in Russia and Ukraine. Euphytica. 2011;179(2):297-311. DOI: 10.1007/s10681-010-0326-5Morgounov A., Ablova I., Babayants O., Babayants L., Bespalova L., Khudokormov Zh. et al., Genetic protection of wheat from rusts and development of resistant varieties in Russia and Ukraine. Euphytica. 2011;179(2):297-311. DOI: 10.1007/s10681-010-0326-5Peterson R.F., Campbell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals. Canadian Journal of Research. 1948;26(5):496-500. DOI: 10.1139/cjr48c-033Peterson R.F., Campbell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals. Canadian Journal of Research. 1948;26(5):496-500. DOI: 10.1139/cjr48c-033Prasad P., Bhardwaj S.C., Gangwar O.P., Kumar S., Khan H., Kumar S. et al. Population differentiation of wheat leaf rust fungus Puccinia triticina in South Asia. Current Science. 2017;112(10):2073-2084. DOI: 10.18520/cs%2Fv112%2Fi10%2F2073-2084Prasad P., Bhardwaj S.C., Gangwar O.P., Kumar S., Khan H., Kumar S. et al. Population differentiation of wheat leaf rust fungus Puccinia triticina in South Asia. Current Science. 2017;112(10):2073-2084. DOI: 10.18520/cs%2Fv112%2Fi10%2F2073-2084Сочалова Л.П., Христов Ю.А. Влияние генотипа сорта на структуру популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы Puccinia recondite. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2009;10(202):61-67.Sochalova L.P., Khristov Yu.A. The effect of a variety genotype on the population structure of Puccinia recondite, the casual agent of brown rust in wheat. Siberian Herald of Agricultural Science. 2009;10(202):61-67. [in Russian]Воронина Л.В., Гриценко А.Г. Климат и экология Новосибирской области. Новосибирск: СГГА; 2011.Voronina L.V., Gritsenko A.G. Climate and ecology of Novosibirsk Province (Klimat i ekologiya Novosibirskoy oblasti). Novosibirsk: SSGA; 2011. [in Russian]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.