vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-3-187-195vir-nw-1665Research ArticleИММУНИТЕТ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙIMMUNITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESTriticum durum Desf. – ценный источник генов для расширения генетического разнообразия яровой мягкой пшеницыTriticum durum Desf. is a valuable source for spring bread wheat genetic diversity enhancementhttps://orcid.org/0000-0002-3968-2470ДружинА. Е.DruzhinA. E.

Александр Евгеньевич Дружин, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

410010 Саратов, ул. Тулайкова, 7

Alexander E. Druzhin, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher

7 Tulaikova St., Saratov 410010

alex_druzhin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8324-9765СибикеевС. Н.SibikeevS. N.

Сергей Николаевич Сибикеев, доктор биологических наук, главный научный сотрудник

410010 Саратов, ул. Тулайкова, 7

Sergey N. Sibikeev, Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher

7 Tulaikova St., Saratov 410010

sibikeev_sergey@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7948-0307ГультяеваЕ. И.GultyaevaE. I.

Елена Ивановна Гультяева, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

196608 Санкт-Петербург, Пушкин, ш. Подбельского, 3

Elena I. Gultyaeva, Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher

3 Podbelskogo Hwy., Pushkin, St. Petersburg 196608

gullena@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3631-1084АндрееваЛ. В.AndreevaL. B.

Любовь Владимировна Андреева, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

410010 Саратов, ул. Тулайкова, 7

Lubov B. Andreeva, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher

7 Tulaikova St., Saratov 410010

Федеральный аграрный научный центр Юго-ВостокаРоссияFederal Center of Agriculture Research of the South-East RegionRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт защиты растенийРоссияAll-Russian Institute of Plant ProtectionRussian Federation2023231020231843187195Copyright © Дружин А.Е., Сибикеев С.Н., Гультяева Е.И., Андреева Л.В., 20232023Дружин А.Е., Сибикеев С.Н., Гультяева Е.И., Андреева Л.В.Druzhin A.E., Sibikeev S.N., Gultyaeva E.I., Andreeva L.B.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/1665Актуальность

Актуальность. Расширение генетического разнообразия генофонда вида Triticum aestivum L. за счет использования чужеродного хроматина, в том числе и от вида Triticum durum Desf., является важным элементом создания сортов мягкой пшеницы, отвечающих современным требованиям.

Материалы и методы

Материалы и методы. В изучение были включены интрогрессивные линии яровой мягкой пшеницы Л153, Л154 и Л155, созданные с участием сортов яровой мягкой пшеницы ‘Л503’ и ‘Л505’ и яровой твердой пшеницы мексиканской селекции ‘Yazi10’ и ‘Tarro’. Оценка линий включала фитопатологические, фенологические, генетические и технологические исследования, которые проводили по общепринятым методикам как в полевых, так и в лабораторных условиях. Для идентификации Lr-генов устойчивости к Puccinia triticina Erikss. sp. tritici у исследуемых линий использовали 17 ДНК-маркеров. Все полученные данные подвергали статистическому анализу, используя пакет селекционно-генетических программ Agros-2.10.

Результаты

Результаты. Исследования интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы Л153, Л154 и Л155, созданных с участием сортов твердой пшеницы ‘Yazi10’ и ‘Tarro’, показали, что устойчивость этих линий к возбудителю листовой ржавчины обусловлена Lr-генами от сортов твердой пшеницы. Установлено влияние донора генов, а также сортов-реципиентов на ряд хозяйственно полезных признаков. Отмечен сорт-реципиент ‘Л505’, имеющий хорошие комбинационные способности.

Заключение

Заключение. Интрогрессия хроматина от твердой пшеницы в генофонд яровой мягкой пшеницы позволила создать линии, устойчивые к местной популяции возбудителя листовой ржавчины, а также к некоторым тест-клонам этого патогена. Эти линии могут быть использованы как доноры неидентифицированных Lr-генов. Кроме этого, линия Л154 сочетает в себе хорошую продуктивность зерна и качество получаемой продукции.

Background

Background. Enhancement of the Triticum aestivum L. genetic diversity by means of alien chromatin, including that from Triticum durum Desf., is an important element in the breeding of bread wheat cultivars that meet modern requirements.

Materials and methods

Materials and methods. The study included the L153, L154 and L155 introgressive spring bread wheat lines produced from crosses between the spring bread wheat cultivars ‘L503’ and ‘L505’ and spring durum wheat cultivars ‘Yazi10’ and ‘Tarro’ developed in Mexico. Evaluation of these introgressive lines included phytopathological, phenological, genetic, and breadmaking analyses carried out with conventional methods both under open-air and laboratory conditions. Seventeen DNA markers were used to identify genes for resistance to Puccinia triticina Erikss. f. sp. tritici in the lines. The obtained data were statistically analyzed using the Agros-2.10 package of breeding and genetic programs.

Results

Results. Studying introgressive spring bread wheat lines L153, L154 and L155, developed with the participation of durum wheat cvs. ‘Yazi10’ and ‘Tarro’, showed that leaf rust resistance of these lines was induced by the Lr genes from durum wheat cultivars. The effect of the gene donor and the recipient cultivars on a number of useful agronomic traits was identified. The recipient cv. ‘L505’ was noted for its good combining abilities.

Conclusion

Conclusion. Introgression of chromatin from durum wheat cultivars into the spring bread wheat gene pool made it possible to produce lines resistant to the local P. triticina population, as well as to some test clones of this pathogen. Such lines can be used as donors of the Lr genes. In addition, the L154 introgressive line combined good grain productivity and baking quality.

Triticum aestivum L.твердая пшеницаинтрогрессия геновлистовая ржавчинахозяйственно полезные признакиTriticum aestivum L.durum wheatgene introgressionleaf rustuseful agronomic traitsРабота выполнена в рамках государственного задания по теме № 123011900038-8 «Создание и совершенствование системы видов и сортов (гибридов) сельскохозяйственных культур, адаптивных к абиострессорам и устойчивых к основным патогенам, сочетающих высокую потенциальную продуктивность с качеством урожая, с целью снижения экономических рисков в растениеводстве и повышения биоразнообразия в регионе». Статья подготовлена к конференции, посвященной 50-летию лаборатории генетики и цитологии ФАНЦ Юго-Востока. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The work was carried out within the framework of the state task, Project No. 123011900038-8 “Development and improvement of the system of crop species and cultivars (hybrids) adaptive to abiostressors and resistant to major pathogens, combining high potential productivity with harvest quality, in order to reduce economic risks in crop production and increase biodiversity in the region”. The article was prepared for the conference dedicated to the 50th anniversary of the Genetics and Cytology Laboratory, Federal Center of Agriculture Research of the South-East Region. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesBoeuf F. Contribution à l’étude du blé dur, particulièrement des variétés cultivées en Tunisie. Annales Service Botanique Tunisie. 1925;3:291-387. [in French]Boeuf F. Contribution à l’étude du blé dur, particulièrement des variétés cultivées en Tunisie. Annales Service Botanique Tunisie. 1925;3:291-387. [in French]Dyck P.L., Johnson R. Temperature sensitivity of genes for resistance in wheat to Puccinia recondite. Canadian Journal Plant Pathology. 1983;5(4):229-234. DOI: 10.1080/07060668309501601Dyck P.L., Johnson R. Temperature sensitivity of genes for resistance in wheat to Puccinia recondite. Canadian Journal Plant Pathology. 1983;5(4):229-234. DOI: 10.1080/07060668309501601Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale: [website]. Available from: http://www.wheatpedigree.net [accessed May 17, 2023].Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale: [website]. Available from: http://www.wheatpedigree.net [accessed May 17, 2023].GrainGenes. A Database for Triticeae and Avena: [website]. Available from: https://wheat.pw.usda.gov/ggpages/gopher/cwc/CommWheatCult/cwc4.html [accessed May 17, 2023].GrainGenes. A Database for Triticeae and Avena: [website]. Available from: https://wheat.pw.usda.gov/ggpages/gopher/cwc/CommWheatCult/cwc4.html [accessed May 17, 2023].Grasby C.W. A wheat enthusiast. Mr. Joseph Correll’s work. The originator of La Huguenot. The West Australian Saturday. February 24, 1912. Available from: https://trove.nla.gov.au/newspaper/article/23865373 [accessed May 17, 2023].Grasby C.W. A wheat enthusiast. Mr. Joseph Correll’s work. The originator of La Huguenot. The West Australian Saturday. February 24, 1912. Available from: https://trove.nla.gov.au/newspaper/article/23865373 [accessed May 17, 2023].Гультяева Е.И. Методы идентификации генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине с использованием ДНК-маркеров и характеристика эффективности Lrгенов. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2012.Gultyaeva E.I. Methods for the identification of genes for resistance of wheat to leaf rust using DNA markers and characteristics of effective 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]Гультяева Е.И., Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Шайдаюк Е.Л. Расширение генетического разнообразия сортов яровой мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине (Puccinia triticina Eriks.) в Нижнем Поволжье. Сельскохозяйственная биология. 2020;55(1):27-44. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.27engGultyaeva E.I., Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Shaydayuk E.L. Enlargement of genetic diversity of spring bread wheat resistance to leaf rust (Puccinia triticina Eriks.) in Lower Volga region. Agricultural Biology. 2020;55(1):27-44. [in Russian] DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.27engHayes H.K., Parker J.H., Kurtzweil C. Genetics of rust resistance in crosses of T. vulgare with varieties of T. durum and T. dicoccum. Journal of Agricultural Research. 1920;19:523-542.Hayes H.K., Parker J.H., Kurtzweil C. Genetics of rust resistance in crosses of T. vulgare with varieties of T. durum and T. dicoccum. Journal of Agricultural Research. 1920;19:523-542.Herrera-Foessel S, Singh R.P., Huerta-Espino J., William H.M., Djurle A, Yuen J. Molecular mapping of a leaf rust resistance gene on the short arm of chromosome 6B of durum wheat. Plant Disease. 2008;92(12):1650-1654. DOI: 10.1094/PDIS-92-12-1650Herrera-Foessel S, Singh R.P., Huerta-Espino J., William H.M., Djurle A, Yuen J. Molecular mapping of a leaf rust resistance gene on the short arm of chromosome 6B of durum wheat. Plant Disease. 2008;92(12):1650-1654. DOI: 10.1094/PDIS-92-12-1650Huerta-Espino J, Singh R.P., Villaseñor-Mir H.E., Ammar K. Mining sources of resistance to durum leaf rust among tetraploid wheat accessions from CIMMYT’s germplasm bank. Plants. 2023;12(1):49. DOI: 10.3390/plants12010049Huerta-Espino J, Singh R.P., Villaseñor-Mir H.E., Ammar K. Mining sources of resistance to durum leaf rust among tetraploid wheat accessions from CIMMYT’s germplasm bank. Plants. 2023;12(1):49. DOI: 10.3390/plants12010049Лебедева Т.В., Зуев Е.В. Генетический контроль ювенильной устойчивости к мучнистой росе образцов яровой мягкой пшеницы коллекции ВИР. Vavilovia. 2021;4(1):25-35. DOI: 10.30901/2658-3860-2021-1-25-35Lebedeva T.V., Zuev E.V. Genetic control of juvenile resistance to powdery mildew in spring bread wheat cultivars from the VIR collection. Vavilovia. 2021;4(1):25-35. [in Russian] DOI: 10.30901/2658-3860-2021-1-25-35Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.Mains 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.Маркелова Т.С. Изучение структуры и изменчивости популяции бурой ржавчины пшеницы в Поволжье. АгроXXI. 2007;(4-6):37-39. URL: https://www.agroxxi.ru/journal/20070406/20070406018.pdf [дата обращения: 17.05.2023].Markelova T.S. Study of the structure and variability of wheat leaf rust population in the Volga region (Izucheniye struktury i izmenchivosti populyatsii buroy rzhavchiny pshenitsy v Povolzhye). Agro XXI. 2007;(4-6):37-39. [in Russian] URL: https://www.agroxxi.ru/journal/20070406/20070406018.pdf [дата обращения: 17.05.2023].McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Xia X.C., Raupp W.J. Catalogue of gene symbols for wheat: 2018 supplement. Annual Wheat Newsletter. 2018;64:73-93.McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Xia X.C., Raupp W.J. Catalogue of gene symbols for wheat: 2018 supplement. Annual Wheat Newsletter. 2018;64:73-93.McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. (eds). Wheat rusts. An atlas of resistance genes. Dordrecht: Springer Netherlands; 1995.McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. (eds). Wheat rusts. An atlas of resistance genes. Dordrecht: Springer Netherlands; 1995.McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Proceedings of the 12th International Wheat Genetics Symposium; 8–13 September 2013; Yokohama, Japan. Springer Open; 2013. Available from: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/download.jsp [accessed May 17, 2023].McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Proceedings of the 12th International Wheat Genetics Symposium; 8–13 September 2013; Yokohama, Japan. Springer Open; 2013. Available from: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/download.jsp [accessed May 17, 2023].Одинцова И.Г., Пеуша Х.О. О сложности локуса Lr23, контролирующего устойчивость пшеницы к бурой ржавчине. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1984;85:13-19.Odintsova I.G., Peusha H.O. Regarding composite of the locus Lr23 controlling resistance to brown rust in wheat. On the complexity of the Lr23 locus controlling wheat resistance to leaf rust. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1984;85:13-19. [in Russian]Пеуша Х.О., Одинцова И.Г., Шнайдер Т. Влияние температуры на экспрессивность гена Lr23, контролирующего устойчивость некоторых сортов мягкой пшеницы к бурой ржавчине. Известия Академии наук Эстонской ССР. Биология. 1982;31(3):208-210.Peusha H.O., Odintsova I.G., Schneider T. The influence of temperature on the expressiveness of the Lr23 gene controlling the resistance of some varieties of soft wheat to brown rust. Izvestiya Academy of Sciences of the Estonian SSR. Biology. 1982;31(3):208-210. [in Russian]Плотникова Л.Я., Мешкова Л.В. Иммунологические особенности действия гена устойчивости пшеницы к бурой ржавчине Lr23. I. Фенотипическое проявление и компоненты частичной устойчивости. Микология и фитопатология. 2013;47(1):56-59.Plotnikova L.Ya., Meshkova L.V. Immunological features of action of the wheat resistance to leaf rust gene Lr23. I. Phenotypic appearance and components of partial resistance. Mycology and Phytopathology. 2013;47(1):56-59. [in Russian]Prins R., Marais G.F., Marais A.S., Janse B.J., Pretorius Z.A. A physical map of the Thinopyrum-derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39(5):96-126. DOI: 10.1139/g96-126Prins R., Marais G.F., Marais A.S., Janse B.J., Pretorius Z.A. A physical map of the Thinopyrum-derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39(5):96-126. DOI: 10.1139/g96-126Qureshi N., Bariana H., Kumran V.V., Muruga S., Forrest K.L., Hayden M.J. et al. A new leaf rust resistance gene Lr79 mapped in chromosome 3BL from the durum wheat landrace Aus26582. Theoretical and Applied Genetics. 2018;131(5):1091-1098. DOI: 10.1007/s00122-018-3060-3Qureshi N., Bariana H., Kumran V.V., Muruga S., Forrest K.L., Hayden M.J. et al. A new leaf rust resistance gene Lr79 mapped in chromosome 3BL from the durum wheat landrace Aus26582. Theoretical and Applied Genetics. 2018;131(5):1091-1098. DOI: 10.1007/s00122-018-3060-3Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: http://hdl.handle.net/10883/1153 [accessed May 17, 2023].Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: http://hdl.handle.net/10883/1153 [accessed May 17, 2023].Шехурдин А.П. Избранные сочинения. Москва: Сельхозиздат; 1961.Shekhurdin A.P. Selected works (Izbrannye sochineniya) Moscow: Selkhozizdat; 1961. [in Russian]Сибикеев С.Н. Чужеродные гены в селекции яровой мягкой пшеницы на устойчивость к листовой ржавчине: дис. … докт. биол. наук. Саратов; 2002.Sibikeev S.N. Alien genes in spring bread wheat breeding for resistance to leaf rust (Chuzherodnye geny v selektsii yaro voy myagkoy pshenitsy na ustoychivost k listovoy rzhavchine) [dissertation]. Saratov; 2002. [in Russian]Сибикеев С.Н., Баукенова (Конькова) Э.А., Салмова М.Ф. Характеристика вирулентности возбудителя бурой ржавчины мягкой пшеницы в условиях Саратовской области. Аграрный научный журнал. 2020;(9):40-44. DOI: 10.28983/asj.y2020i9pp40-44Sibikeev S.N., Baukenova E.A., Salmova M.F. Characteristic of the bread wheat leaf rust pathogen virulence in the Saratov region conditions. The Agrarian Scientific Journal. 2020;(9):40-44. [in Russian] DOI: 10.28983/asj.y2020i9pp40-44Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Андреева Л.В Изучение эффектов снижения отрицательного влияния 1BL-1RS транслокации на качество муки и хлеба у линий яровой мягкой пшеницы. Аграрный научный журнал. 2021;(6):27-33. DOI: 10.28983/asj.y2021i6pp27-33Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Andreeva L.V. The study of the effects of reducing the negative influence of 1BL-1RS translocation on the bread making quality in spring bread wheat lines. The Agrarian Scientific Journal. 2021;(6):27-33. [in Russian] DOI: 10.28983/asj.y2021i6pp27-33Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Badaeva E.D., Shishkina A.A., Dragovich A.Y., Gultyaeva E.I. et al. Comparative analysis of Agropyron intermedium (Host) Beauv. 6Agi and 6Agi 2 chromosomes in bread wheat cultivars and lines with wheat– wheatgrass substitutions. Russian Journal of Genetics. 2017;53(3):314-324. DOI: 10.1134/S1022795417030115Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Badaeva E.D., Shishkina A.A., Dragovich A.Y., Gultyaeva E.I. et al. Comparative analysis of Agropyron intermedium (Host) Beauv. 6Agi and 6Agi 2 chromosomes in bread wheat cultivars and lines with wheat– wheatgrass substitutions. Russian Journal of Genetics. 2017;53(3):314-324. DOI: 10.1134/S1022795417030115Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Гультяева Е.И., Янковская А.А. Использование генпула твердой пшеницы в селекции яровой мягкой пшеницы. Российская сельскохозяйственная наука. 2020;(4):10-13. DOI: 10.31857/S250026272004002XSibikeev S.N., Druzhin A.E., Gultyaeva E.I., Yankovskaya A.A. Use of durum wheat gene pool in breeding of spring bread wheat. Russian Agricultural Sciences. 2020;(4):10-13. [in Russian] DOI: 10.31857/S250026272004002XSibikeev S.N., Krupnov V.A., Voronina S.A., Elesin V.A. First report of leaf rust pathotypes virulent to highly effective Lr-genes transferred from Agropyron species to bread wheat. Plant Breeding. 1996;115(4):276-278. DOI:10.1111/j.1439-0523.1996.tb00917.xSibikeev S.N., Krupnov V.A., Voronina S.A., Elesin V.A. First report of leaf rust pathotypes virulent to highly effective Lr-genes transferred from Agropyron species to bread wheat. Plant Breeding. 1996;115(4):276-278. DOI:10.1111/j.1439-0523.1996.tb00917.xВавилов Н.И. Избранные труды в пяти томах. Т. 4. Проблемы иммунитета культурных растений. Москва; Ленинград; 1964.Vavilov N.I. Selected works in five volumes. Vol. 4. Problems of crop immunity (Izbrannye trudy v pyati tomakh. T. 4. Problemy immuniteta kulturnykh rasteniy). Moscow; Leningrad; 1964. [in Russian]Вавилов Н.И. Значение межвидовой и межродовой гибридизации в селекции и эволюции. В кн.: Н.И. Вавилов. Избранные труды в пяти томах. Т. 2. Москва; Ленинград: АН СССР; 1960. С.444-460.Vavilov N.I. The value of interspecific and intergeneric hybridization in breeding and evolution (Znacheniye mezhvidovoy i mezhrodovoy gibridizatsii v selektsii i evolyutsii). In: N.I. Vavilov. Selected works in five volumes. Vol. 2 (N.I. Vavilov. Izbrannye trudy v pyati tomakh. T. 2). Moscow; Leningrad: USSR Academy of Sciences; 1960. p.444-460. [in Russian]

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