vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-4-116-123vir-nw-1734Research ArticleГЕНЕТИКА КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙGENETICS OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESНаследование ювенильной устойчивости коллекционных образцов ячменя из Эфиопии к мучнистой росеInheritance of juvenile resistance to powdery mildew in barley accessions from Ethiopiahttps://orcid.org/0000-0003-1021-7951АбдуллаевР. А.AbdullaevR. A.

Ренат Абдуллаевич Абдуллаев, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Renat A. Abdullaev, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

abdullaev.1988@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6537-0868ЯковлеваО. В.YakovlevaO. V.

Ольга Владимировна Яковлева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Olga V. Yakovleva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

oly.yakovleva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2344-9233ЛебедеваТ. В.LebedevaT. V.

Татьяна Вениаминовна Лебедева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Tatiana V. Lebedeva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

riginbv@mail.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation2023100120241844116123Copyright © Абдуллаев Р.А., Яковлева О.В., Лебедева Т.В., 20242024Абдуллаев Р.А., Яковлева О.В., Лебедева Т.В.Abdullaev R.A., Yakovleva O.V., Lebedeva T.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1734Актуальность

Актуальность. Ячмень (Hordeum vulgare L.) – одна из ключевых продовольственных культур, занимающая четвертое место в мире по уровню посевных площадей и по объему производства среди зерновых. Часто одним их основных факторов, снижающим урожайность и качество продукции, является распространение в коммерческих посевах грибных патогенов. Среди болезней ячменя одной из самых распространенных и наиболее вредоносных считается мучнистая роса (возбудитель – Blumeria graminis (DC.) Golovin ex Speer f. sp. hordei Marchal). Устойчивость растений к B. graminis ограничивает распространение заболевания, а создание устойчивых сортов позволяет избежать снижения продуктивности растений. Специфичность отношений «хозяин – паразит» и утрата эффективности многих генов определяют необходимость постоянного изучения ранее не исследованных местных форм ячменя и поиска новых, наиболее эффективных генов устойчивости.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследовали генетический контроль ювенильной устойчивости к B. graminis у 14 образцов ярового ячменя из Эфиопского (Абиссинского) центра происхождения культурных растений. Инфекционным материалом для заражения ячменя служила природная популяция патогена. Показателями резистентности коллекционных форм считались интенсивность спороношения, а также качественные реакции тканей растения в ответ на проникновение гриба (некрозы и хлорозы). Оценка устойчивости к мучнистой росе проводилась в лабораторных и полевых условиях. Генетический контроль признака устойчивости изучали методом гибридологического анализа с последующей статистической обработкой .

Результаты и выводы

Результаты и выводы. Ячмени из Эфиопского центра формообразования отличаются большим генетическим разнообразием. Изучение наследования ювенильной устойчивости к мучнистой росе позволило определить моногенный контроль признака у всех исследуемых образцов. Для селекции на иммунитет рекомендуются 10 образцов ячменя с одним рецессивным эффективным аллелем устойчивости и 4 – с доминантным контролем признака.

Background

Background. Barley (Hordeum vulgare L.) is one of the key food crops, ranking fourth in the world in terms of sown area and production among cereals. Often, one of the main factors that reduces yield and product quality is the spread of fungal pathogens in commercial crops. Powdery mildew (causative agent: Blumeria graminis (DC.) Golovin ex Speer f. sp. hordei Marchal) is considered one of the most common and harmful among barley diseases. Plant resistance to B. graminis limits the spread of the disease, and the development of resistant cultivars prevents a decrease in plant productivity. The specificity of the host–pathogen relationship and the loss of efficiency in many genes determine the need for a continuous study of previously unexplored local barley forms and a search for new, most effective resistance genes.

Materials and methods

Materials and methods. The genetic control of juvenile resistance to B. graminis was studied in 14 accessions of spring barley from the Ethiopian (Abyssinian) center of crop origin. The natural population of the pathogen served as infectious material for infecting barley. The intensity and nature of sporulation as well as the qualitative reactions of plant tissues in response to the penetration of the fungus (necrosis and chlorosis) were accepted as indicators of resistance in the accessions. Powdery mildew resistance was assessed under laboratory and field conditions. The genetic control of the resistance trait was studied using the method of hybridological analysis followed by statistical processing.

Results and conclusions

Results and conclusions. Barleys from the Ethiopian center of morphogenesis are characterized by great genetic diversity. Studying the inheritance of juvenile resistance to powdery mildew made it possible to ascertain the monogenic control of the trait in all studied forms. Ten barley accessions with one effective recessive resistance allele and four with the dominant control of the trait may be recommended for immunity-targeted breeding.

линии ячменягенотипаллельгены устойчивостипатогенBlumeria graminis f. sp. hordeibarley linesallelegenotyperesistance genespathogenBlumeria graminis f. sp. hordeiРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № 0481-2022-0001 «Структурирование и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводстве». Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The research was performed within the framework of the state task according to the theme plan of VIR, Project No. 0481-2022-0001 “Structuring and disclosing the potential of hereditary variation in the global collection of cereal and groat crops at VIR for the development of an optimized genebank and its sustainable utilization in plant breeding and crop production”. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesАбдуллаев Р.А., Алпатьева Н.В., Лебедева Т.В., Ковалева О.Н., Радченко Е.Е., Анисимова И.Н. Идентификация носителей аллеля mlo11(cnv2) устойчивости к мучнистой росе среди ячменей коллекции ВИР. Биотехнология и селекция растений. 2021a;4(3):37-44. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-3-o3Abdullaev R.A., Alpatieva N.V., Lebedeva T.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E., Anisimova I.N. Identification of barley accessions from the VIR collection carrying the mlo11(cnv2) powdery mildew resistance allele. Plant Biotechnology and Breeding. 2021a;4(3):37-44. [in Russian]. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-3-o3Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Batasheva B.A., Anisimova I.N., Radchenko E.E. Powdery mildew resistance of barley accessions from Dagestan. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021b;25(5):528-533. DOI: 10.18699/VJ21.059Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Batasheva B.A., Anisimova I.N., Radchenko E.E. Powdery mildew resistance of barley accessions from Dagestan. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021b;25(5):528-533. DOI: 10.18699/VJ21.059Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E., Anisimova I.N., Batasheva B.A., Karabitsina Yu.I., Kuznetsova E.B. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russian Agricultural Sciences. 2019;45(3):232-235. DOI: 10.3103/S1068367419030029Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E., Anisimova I.N., Batasheva B.A., Karabitsina Yu.I., Kuznetsova E.B. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russian Agricultural Sciences. 2019;45(3):232-235. DOI: 10.3103/S1068367419030029Acevedo-Garcia J., Kusch S., Panstruga R. Magic mystery tour: MLO proteins in plant immunity and beyond. New Phytologist. 2014;204(2):273-281. DOI: 10.1111/nph.12889Acevedo-Garcia J., Kusch S., Panstruga R. Magic mystery tour: MLO proteins in plant immunity and beyond. New Phytologist. 2014;204(2):273-281. DOI: 10.1111/nph.12889Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. Москва: Агропромиздат; 1985.Dospekhov B.A. Methodology of field trial (Metodika polevogo opyta). Moscow: Agropromizdat; 1985. [in Russian]Dreiseitl A. Specific resistance of barley to powdery mildew, its use and beyond: a concise critical review. Genes. 2020;11(9):971. DOI: 10.3390/genes11090971Dreiseitl A. Specific resistance of barley to powdery mildew, its use and beyond: a concise critical review. Genes. 2020;11(9):971. DOI: 10.3390/genes11090971Федеральная служба государственной статистики. Основные итоги сельскохозяйственной микропереписи 2021 года. Статистический сборник. Москва: Статистика России; 2022. URL: https://34.rosstat.gov.ru/storage/mediabank/Основные%20итоги%30сельскохозяйственной%микропереписи%202021%20года%20по%20%20Российской%20Федерации.pdf [дата обращения: 25.01.2023].Federal State Statistics Service. Main results of the agricultural microcensus in 2021. Collection of Statistics (Federalnaya sluzhba gosudarstvennoy statistiki. Osnovnye itogi selskokhozyaystvennoy mikroperepisi 2021 goda. Statisticheskiy sbornik). Moscow: Statistika Rossii; 2022. [in Russian]. URL: https://34.rosstat.gov.ru/storage/mediabank/Основные%20итоги%30сельскохозяйственной%микропереписи%202021%20года%20по%20%20Российской%20Федерации.pdf [дата обращения: 25.01.2023].Gong X., Li C., Zhang G., Yan G., Lance R., Sun D. Novel genes from wild barley Hordeum spontaneum for barley improvement. In: G. Zhang, C. Li, X. Lui (eds). Advance in Barley Sciences: Proceedings of 11th International Barley Genetics Symposium. Dordrecht: Springer; 2013. p.69-86. DOI: 10.1007/978-94-007-4682-4_6Gong X., Li C., Zhang G., Yan G., Lance R., Sun D. Novel genes from wild barley Hordeum spontaneum for barley improvement. In: G. Zhang, C. Li, X. Lui (eds). Advance in Barley Sciences: Proceedings of 11th International Barley Genetics Symposium. Dordrecht: Springer; 2013. p.69-86. DOI: 10.1007/978-94-007-4682-4_6Kusch S., Panstruga R. mlo-based resistance: an apparently universal “weapon” to defeat powdery mildew disease. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2017;30(3):179-189. DOI: 10.1094/MPMI-12-16-0255-CRKusch S., Panstruga R. mlo-based resistance: an apparently universal “weapon” to defeat powdery mildew disease. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2017;30(3):179-189. DOI: 10.1094/MPMI-12-16-0255-CRЛоскутов И.Г., Ковалева О.Н., Блинова Е.В. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.Лоскутов И.Г., Ковалева О.Н., Блинова Е.В. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. Санкт-Петербург: ВИР; 2012).Mains 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.Мережко А.Ф., Эзрохин Л.М., Юдин А.Е. Методические указания по эффективному методу опыления зерновых культур. Ленинград: ВИР; 1973.Merezhko A.F., Ezrokhin L.M., Yudin A.E. Guidelines for an effective pollination technique for cereal crops (Metodicheskiye ukazaniya po effektivnomu metodu opyleniya zernovykh kultur). Leningrad: VIR; 1973. [in Russian]Seeholzer S., Tsuchimatsu T., Jordan T., Bieri S., Pajonk S., Yang W. et al. Diversity at the Mla powdery mildew resistance locus from cultivated barley reveals sites of positive selection. Molecular Plant–Microbe Interactions. 2010;23(4):497-509. DOI: 10.1094/MPMI-23-4-0497Seeholzer S., Tsuchimatsu T., Jordan T., Bieri S., Pajonk S., Yang W. et al. Diversity at the Mla powdery mildew resistance locus from cultivated barley reveals sites of positive selection. Molecular Plant–Microbe Interactions. 2010;23(4):497-509. DOI: 10.1094/MPMI-23-4-0497Tratwal A., Bocianowski J. Blumeria graminis f. sp. hordei virulence frequency and the powdery mildew incidence on spring barley in the Wielkopolska province. Journal of Plant Protection Research. 2014;54(1):28-35. DOI: 10.2478/jppr-2014-0005Tratwal A., Bocianowski J. Blumeria graminis f. sp. hordei virulence frequency and the powdery mildew incidence on spring barley in the Wielkopolska province. Journal of Plant Protection Research. 2014;54(1):28-35. DOI: 10.2478/jppr-2014-0005Wang Y., Zhang G., Wang F., Lang X., Zhao X., Zhu J. et al. Virulence variability and genetic diversity in Blumeria graminis f. sp. hordei in Southeastern and Southwestern China. Plant Disease. 2023;107(3):809-819. DOI: 10.1094/PDIS-04-22-0944-REWang Y., Zhang G., Wang F., Lang X., Zhao X., Zhu J. et al. Virulence variability and genetic diversity in Blumeria graminis f. sp. hordei in Southeastern and Southwestern China. Plant Disease. 2023;107(3):809-819. DOI: 10.1094/PDIS-04-22-0944-RE

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