vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-4-215-221vir-nw-1743Research ArticleИММУНИТЕТ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙIMMUNITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESРазнообразие образцов ячменя из азиатской части Российской Федерации по устойчивости к обыкновенной злаковой тлеDiversity of barley accessions from the Asian part of Russia in greenbug resistancehttps://orcid.org/0000-0002-3019-0306РадченкоЕ. Е.RadchenkoE. E.

Евгений Евгеньевич Радченко, доктор биологических наук, главный научный сотрудник 

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

Evgeny E. Radchenko, Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000  

eugene_radchenko@rambler.ruhttps://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/0000-0002-9397-9304ДятловаК. Д.DyatlovaK. D.

Ксения Дмитриевна Дятлова, доктор педагогических наук, профессор 

603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23 

Ksenia D. Dyatlova, Dr. Sci. (Pedagogy), Professor 

23 Gagarina Ave., Nizhny Novgorod 603022 

xenia5204@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0657-1715АкимоваД. Е.AkimovaD. E.

Дарья Евгеньевна Акимова, аспирант 

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

Daria E. Akimova, Postgraduate Student 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

veronikadari@yandex.ruЗвейнекИ. А.ZveinekI. A.

Игорь Альбертович Звейнек, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

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

Igor A. Zveinek, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

izv-spb1@mail.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian Federation2023110120241844215221Copyright © Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Дятлова К.Д., Акимова Д.Е., Звейнек И.А., 20242024Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Дятлова К.Д., Акимова Д.Е., Звейнек И.А.Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Dyatlova K.D., Akimova D.E., Zveinek I.A.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/1743Актуальность

Актуальность. Выращивание устойчивых к обыкновенной злаковой тле Sсhizaphis graminum Rondani сортов ячменя – эффективный , экономичный и экологически безопасный способ борьбы с опасным фитофагом. Насекомое способно преодолевать устойчивость растения-хозяина, что обусловливает необходимость неустанного поиска новых генов для обеспечения надежной защиты посевов ячменя от вредителя.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучали устойчивость к краснодарской популяции насекомого 345 образцов ячменя из азиатской части России. Кроме того, исследовали устойчивость к S. graminum сорта ‘Post’ (носитель гена Rsg1), чистой линии, выделенной из гетерогенного по изучаемому признаку сорта ‘Онохойский’ (к-16626, Бурятия), и образцов местного ячменя из Монголии (к-3885, к-3904 и к-4080). В лабораторных экспериментах ювенильные растения заселяли тлей и при гибели неустойчивого контроля с помощью балловой шкалы оценивали степень поврежденности опытных образцов ячменя. Генетический контроль устойчивости к тле у выделенной из сорта ‘Онохойский’ линии изучали с помощью тест-клонов насекомого и анализа гибридов F2, полученных от скрещивания устойчивой линии с восприимчивым к тле сортом ‘Белогорский’, при заселении растений краснодарской популяцией фитофага, а также клонами S. graminum.

Результаты и выводы

Результаты и выводы. Выделили 7 гетерогенных образцов, среди которых у трех местных образцов из Тувы (к-14714, к-14718, к-14733) выявлены растения с высоким уровнем устойчивости к S. graminum. Отчетливо выражена и устойчивость выделенной из сорта ‘Онохойский’ линии. Этот сорт защищен доминантным аллелем, отличающимся от идентифицированного ранее Rsg1, а также от аллелей, которые выявлены у образцов местного ячменя к-3904, к-4080 и к-3885 из Монголии. ‘Онохойский’ имеет также гены с низкой экспрессивностью, которые проявляются в случае утраты эффективности главного гена устойчивости к S. graminum.

Background

Background. The use of barley cultivars resistant to greenbug (Schizaphis graminum Rondani) is an effective, economical and ecology-friendly way to control the dangerous phytophage. The insect is able to overcome the resistance of the host plant, which necessitates a relentless search for new genes to ensure reliable protection of barley fields from the pest.

Materials and methods

Materials and methods. Resistance to the Krasnodar greenbug population was assessed in 345 barley accessions from the Asian part of Russia. Besides, resistance to S. graminum was studied in cv. ‘Post’ (carrier of the Rsg1 gene), a pure line derived from cv. ‘Onokhoisky’ (k-16626, Buryatia) heterogeneous for this trait, and landraces from Mongolia (k-3885, k-3904, and k-4080). Juvenile plants were infested with aphids in the laboratory, and when a susceptible control died, the damage to experimental barley accessions was assessed using a scoring scale. Genetic control of greenbug resistance in the line derived from cv. ‘Onokhoisky’ was studied using the insect’s test clones and an analysis of the segregation in F2 hybrids from crossing the resistant line with cv. ‘Belogorsky’ susceptible to the aphid, when the plants were infested with the Krasnodar population of the phytophage and with clones of S. graminum.

Results and conclusions

Results and conclusions. We identified 7 accessions heterogeneous for aphid resistance. Among them, plants with a high level of greenbug resistance were found in three landraces from Tuva (k-14714, k-14718, and k-14733). Resistance was also clearly expressed in the line derived from cv. ‘Onokhoisky’. This cultivar is protected by a dominant allele that differs from the previously identified Rsg1, as well as from the alleles found in Mongolian landraces k-3904, k-4080, and k-3885. ‘Onokhoisky’ also has genes with low expressivity, which manifest themselves when the main gene for resistance to S. graminum appears ineffective.

Hordeum vulgare L.Schizaphis graminum Rondaniповрежденностьгены устойчивостиселекция растенийHordeum vulgare L.Schizaphis graminum Rondanidamage scoregenes for resistanceplant breedingРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № FGEM-2022-0009 «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. FGEM-2022-0009 “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.ReferencesAnstead J.A., Burd J.D., Shufran K.A. Over-summering and biotypic diversity of Schizaphis graminum (Homoptera: Aphididae) populations on noncultivated grass hosts. Environmental Entomology. 2003;32(3):662-667. DOI: 10.1603/0046-225X-32.3.662Anstead J.A., Burd J.D., Shufran K.A. Over-summering and biotypic diversity of Schizaphis graminum (Homoptera: Aphididae) populations on noncultivated grass hosts. Environmental Entomology. 2003;32(3):662-667. DOI: 10.1603/0046-225X-32.3.662Azhaguvel P., Mornhinweg D., Vidya-Saraswathi D., Rudd J.C., Chekhovskiy K., Saha M. et al. Molecular mapping of greenbug (Schizaphis graminum) resistance gene Rsg1 in barley. Plant Breeding. 2014;133(2):227-233. DOI: 10.1111/pbr.12143Azhaguvel P., Mornhinweg D., Vidya-Saraswathi D., Rudd J.C., Chekhovskiy K., Saha M. et al. Molecular mapping of greenbug (Schizaphis graminum) resistance gene Rsg1 in barley. Plant Breeding. 2014;133(2):227-233. DOI: 10.1111/pbr.12143Edwards L.H., Smith E.L., Pass H., Morgan G.H. Registration of Post barley. Crop Science. 1985;25(2):363.Edwards L.H., Smith E.L., Pass H., Morgan G.H. Registration of Post barley. Crop Science. 1985;25(2):363.Gardenhire J.H., Chada H.L. Inheritance of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1961;1(5):349-352.Gardenhire J.H., Chada H.L. Inheritance of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1961;1(5):349-352.Gardenhire J.H., Tuleen N.A., Stewart K.W. Trisomic analysis of greenbug resistance in barley, Hordeum vulgare L. Crop Science. 1973;13(6):684-685. DOI: 10.2135/cropsci1973.0011183X001300060029xGardenhire J.H., Tuleen N.A., Stewart K.W. Trisomic analysis of greenbug resistance in barley, Hordeum vulgare L. Crop Science. 1973;13(6):684-685. DOI: 10.2135/cropsci1973.0011183X001300060029xMerkle O.G., Webster J.A., Morgan G.H. Inheritance of a second source of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1987;27(2):241-243. DOI: 10.2135/cropsci1987.0011183X002700020023xMerkle O.G., Webster J.A., Morgan G.H. Inheritance of a second source of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1987;27(2):241-243. DOI: 10.2135/cropsci1987.0011183X002700020023xMornhinweg D., Armstrong J.S., Puterka G.J. New greenbug resistant sources in winter barley, Hordeum vulgare. Southwestern Entomologist. 2017;42(3):619-626. DOI: 10.3958/059.042.0301Mornhinweg D., Armstrong J.S., Puterka G.J. New greenbug resistant sources in winter barley, Hordeum vulgare. Southwestern Entomologist. 2017;42(3):619-626. DOI: 10.3958/059.042.0301Puterka G.J., Peters D.C., Kerns D.L., Slosser J.E., Bush L., Worrall D.W. et al. Designation of two new greenbug (Homoptera: Aphididae) biotypes G and H. Journal of Economic Entomology. 1988;81(6):1754-1759. DOI: 10.1093/jee/81.6.1754Puterka G.J., Peters D.C., Kerns D.L., Slosser J.E., Bush L., Worrall D.W. et al. Designation of two new greenbug (Homoptera: Aphididae) biotypes G and H. Journal of Economic Entomology. 1988;81(6):1754-1759. DOI: 10.1093/jee/81.6.1754Радченко Е.Е. Злаковые тли. В кн.: Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. Методическое пособие. Москва: Россельхозакадемия; 2008. С.214-257.Radchenko E.E. Cereal aphids (Zlakovye tli). In: The study of the genetic resources of cereal crops for resistance to harmful organisms. Guidelines (Izucheniye geneticheskikh resursov zernovykh kultur po ustoychivosti k vrednym organizmam. Metodicheskoye posobiye). Moscow: Russian Academy of Agricultural Sciences; 2008. p.214-257. [in Russian]Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Акимова Д.Е., Зайцева И.Ю. Генетическое разнообразие образцов ячменя из Монголии по устойчивости к обыкновенной злаковой тле. Экологическая генетика. 2022;20(3):175-182. DOI: 10.17816/ecogen105875Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Akimova D.E., Zajtseva I.Y. Genetic diversity of barley accessions from Mongolia for greenbug resistance. Ecological genetics. 2022;20(3):175-182. [in Russian]. DOI: 10.17816/ecogen105875Radchenko E.E., Dyatlova K.D., Akimova D.E., Zveinek I.A. Greenbug resistance in barley landraces from Uzbekistan. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2021;182(3):182-185. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-182-185Radchenko E.E., Dyatlova K.D., Akimova D.E., Zveinek I.A. Greenbug resistance in barley landraces from Uzbekistan. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2021;182(3):182-185. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-182-185Radchenko E.E., Kuznetsova T.L., Chumakov M.A., Loskutov I.G. Greenbug (Schizaphis graminum) resistance in oat (Avena spp.) landraces from Asia. Genetic Resources and Crop Evolution. 2018:65(2):571-576. DOI: 10.1007/s10722-017-0554-9Radchenko E.E., Kuznetsova T.L., Chumakov M.A., Loskutov I.G. Greenbug (Schizaphis graminum) resistance in oat (Avena spp.) landraces from Asia. Genetic Resources and Crop Evolution. 2018:65(2):571-576. DOI: 10.1007/s10722-017-0554-9Radchenko E.E., Kuznetsova T.L., Zveinek I.A., Kovaleva O.N. Greenbug resistance in barley accessions from East and South Asia. Russian Agricultural Sciences. 2014;40(2):117-120. DOI: 10.3103/S1068367414020177Radchenko E.E., Kuznetsova T.L., Zveinek I.A., Kovaleva O.N. Greenbug resistance in barley accessions from East and South Asia. Russian Agricultural Sciences. 2014;40(2):117-120. DOI: 10.3103/S1068367414020177Radchenko E.E., Odintsova I.G., Vlasova T.V. Inheritance of a weakly expressed greenbug resistance in sorghum. Russian Journal of Genetics. 2001;37(10):1144-1149. DOI: 10.1023/A:1012352521382Radchenko E.E., Odintsova I.G., Vlasova T.V. Inheritance of a weakly expressed greenbug resistance in sorghum. Russian Journal of Genetics. 2001;37(10):1144-1149. DOI: 10.1023/A:1012352521382Radchenko E.E., Zubov A.A. Genetic diversity of sorghum in greenbug resistance. Russian Agricultural Sciences. 2007;33(4):223-225. DOI: 10.3103/S1068367407040039Radchenko E.E., Zubov A.A. Genetic diversity of sorghum in greenbug resistance. Russian Agricultural Sciences. 2007;33(4):223-225. DOI: 10.3103/S1068367407040039Шапошников Г.Х. Эволюция тлей в связи со специализацией и сменой хозяев: дис. ... докт. биол. наук. Ленинград: Зоологический институт АН СССР; 1967.Shaposhnikov G.Kh. Aphid evolution in connection with specialization and changes of hosts (Evolyutsiya tley v svyazi so spetsializatsiyey i smenoy khozyayev) [dissertation]. Leningrad: Zoological Institute of the USSR Academy of Sciences; 1967. [in Russian]Smith O.D., Schlehuber A.M., Curtis B.C. Inheritance studies of greenbug (Toxoptera graminum Rond.) resistance in four varieties of winter barley. Crop Science. 1962;2(6):489-491.Smith O.D., Schlehuber A.M., Curtis B.C. Inheritance studies of greenbug (Toxoptera graminum Rond.) resistance in four varieties of winter barley. Crop Science. 1962;2(6):489-491.Xu X., Mornhinweg D., Bai G., Li G., Bian R., Bernardo A. et al. Characterization of Rsg3, a novel greenbug resistance gene from the Chinese barley landrace PI565676. The Plant Genome. 2023:16(1):e20287. DOI: 10.1002/tpg2.20287Xu X., Mornhinweg D., Bai G., Li G., Bian R., Bernardo A. et al. Characterization of Rsg3, a novel greenbug resistance gene from the Chinese barley landrace PI565676. The Plant Genome. 2023:16(1):e20287. DOI: 10.1002/tpg2.20287Xu X., Mornhinweg D.W., Bai G., Steffenson B., Bian R., Li G. et al. Rsg1.a3: A new allele conferring unique resistance to greenbug Biotype H at the Rsg1 locus in Hordeum vulgare ssp. spontaneum. Crop Science. 2021;61(5):3578-3585. DOI: 10.1002/csc2.20581Xu X., Mornhinweg D.W., Bai G., Steffenson B., Bian R., Li G. et al. Rsg1.a3: A new allele conferring unique resistance to greenbug Biotype H at the Rsg1 locus in Hordeum vulgare ssp. spontaneum. Crop Science. 2021;61(5):3578-3585. DOI: 10.1002/csc2.20581Xu X., Mornhinweg D., Bernardo A., Li G., Bian R., Steffenson B.J. et al. Characterization of Rsg2.a3: A new greenbug resistance allele at the Rsg2 locus from wild barley (Hordeum vulgare ssp. spontaneum). The Crop Journal. 2022;10(6):1727-1732. DOI: 10.1016/j.cj.2022.01.010Xu X., Mornhinweg D., Bernardo A., Li G., Bian R., Steffenson B.J. et al. Characterization of Rsg2.a3: A new greenbug resistance allele at the Rsg2 locus from wild barley (Hordeum vulgare ssp. spontaneum). The Crop Journal. 2022;10(6):1727-1732. DOI: 10.1016/j.cj.2022.01.010

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