vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2024-2-95-105vir-nw-1968Research ArticleКОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИCOLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDSЮвенильная устойчивость озимых и яровых сортов мягкой пшеницы к Pyrenophora tritici-repentisSeedling resistance of winter and spring bread wheat cultivars to Pyrenophora tritici-repentishttps://orcid.org/0000-0003-3383-2973МироненкоН. В.MironenkoN. V.

Нина Васильевна Мироненко, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

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

Nina V. Mironenko, Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher

196608; 3 Podbelskogo Hwy.; St. Petersburg; Pushkin

nina2601mir@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9577-8816КоваленкоН. М.KovalenkoN. M.

Надежда Михайловна Коваленко, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

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

Nadezhda M. Kovalenko, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

196608; 3 Podbelskogo Hwy.; St. Petersburg; Pushkin

nadyakov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9439-2102БарановаО. А.BaranovaO. A.

Ольга Александровна Баранова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

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

Olga A. Baranova, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

196608; 3 Podbelskogo Hwy.; St. Petersburg; Pushkin

baranova_oa@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0481-8462ХакимоваА. Г.KhakimovaA. G.

Анида Галиевна Хакимова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

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

Anida G. Khakimova, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

190000; 42, 44 Bolshaya Morskaya Street; St. Petersburg

a.hakimova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9171-2964МитрофановаО. П.MitrofanovaO. P.

Ольга павловна Митрофанова, доктор биологических наук, главный научный сотрудник

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

Olga P. Mitrofanova, Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher

190000; 42, 44 Bolshaya Morskaya Street; St. Petersburg

o.mitrofanova@vir.nw.ruВсероссийский научно-исследовательский институт защиты растенийРоссияAll-Russian Research Institute of Plant ProtectionRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation202418072024185295105Copyright © Мироненко Н.В., Коваленко Н.М., Баранова О.А., Хакимова А.Г., Митрофанова О.П., 20242024Мироненко Н.В., Коваленко Н.М., Баранова О.А., Хакимова А.Г., Митрофанова О.П.Mironenko N.V., Kovalenko N.M., Baranova O.A., Khakimova A.G., Mitrofanova O.P.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/1968   Актуальность

   Актуальность. Возбудитель желтой пятнистости листьев пшеницы, гриб Pyrenophora tritici-repentis (Ptr), продолжает расширять свой ареал и наносить существенный урон урожаю. Устойчивые сорта пшеницы остаются наиболее эффективным и экологически безопасным средством защиты от этого заболевания.

   Цель исследования – охарактеризовать современные отечественные сорта мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по ювенильной устойчивости к географически различным популяциям Ptr и выделить источники устойчивости для селекции, определить наличие у сортов доминантных аллелей гена Tsn1 и их связь с восприимчивостью к Ptr.

   Материалы и методы

   Материалы и методы. Оценивали устойчивость к Ptr 76 сортов озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР, четырех сортов озимой и 43 сортов яровой мягкой пшеницы из Поволжья. Инокулюмом служили изоляты краснодарской, тамбовской, татарстанской и алтайской популяций Ptr 2022 г. Доминантные аллели гена восприимчивости Tsn1 у пшеницы идентифицировали методом ПЦР с использованием маркера Xfcp623.

   Результаты

   Результаты. Сорта озимой и яровой мягкой пшеницы охарактеризованы по типу реакции листьев проростков к изолятам популяций Ptr и наличию/отсутствию доминантных аллелей гена Tsn1. Устойчивость к изолятам двух и трех популяций Ptr проявили 11 сортов озимой и 13 сортов яровой мягкой пшеницы. Показаны различия популяций Ptr по вирулентности, а озимых и яровых форм – по уровню устойчивости. Доминантные аллели гена Tsn1 идентифицированы у 26 сортов. Статистически значимой сопряженности между их присутствием и проявлением восприимчивости к Ptr не обнаружено.

   Заключение

   Заключение. Выявленное разнообразие сортов мягкой пшеницы по реакциям листьев проростков на заражение изолятами различных популяций Ptr, возможно, обусловлено их различиями по аллелям генов ювенильной устойчивости/восприимчивости к Ptr, а также наличием неизвестных еще генов-эффекторов в геноме патогена. Сорта, устойчивые к двум-трем популяциям Ptr, можно использовать как источники ювенильной устойчивости в селекции.

   Background

   Background. The fungus causing tan spot on wheat leaves, Pyrenophora tritici-repentis (Ptr), continues to expand its range and inflict severe damage to the crop. Development of resistant cultivars remains the most effective and environmentally friendly way of disease control.

   The objective was to characterize modern domestic cultivars of bread wheat (Triticum aestivum L.) according to their seedling resistance to geographically different Ptr populations, identify sources of Ptr resistance, locate the presence of dominant Tsn1 alleles in cultivars, and assess their relationship with Ptr susceptibility.

   Materials and methods

   Materials and methods. Ptr resistance was assessed in 76 winter bread wheat cultivars from the VIR collection, and 4 winter and 43 spring bread wheat cultivars from the Volga region. Isolates from the Krasnodar, Tambov, Tatarstan and Altai Ptr populations (2022) served as the inoculum. Dominant Tsn1 alleles were identified by PCR using the Xfcp623 marker.

   Results

   Results. Bread wheat cultivars were characterized for the type of response in the leaves of their seedlings to isolates from Ptr populations and the presence/absence of dominant Tsn1 alleles. Resistance to isolates from two or three Ptr populations was observed in 11 winter and 13 spring cultivars. Differences between winter and spring forms in their resistance levels wereshown. Dominant Tsn1 alleles were identified in 26 cultivars. No statistically significant association was found between the presence/absence of dominant Tsn1 alleles and the manifestation of resistance/susceptibility to Ptr.

   Conclusion

   Conclusion. The disclosed diversity of bread wheat cultivars in their responses to the infection with isolates of different Ptr populations may be due to their differences in the alleles of Ptr resistance/susceptibility genes as well as the presence of still unknown effector genes in the pathogen’s genome. Cultivars resistant to two or three Ptr populations can be used by breeders as sources of seedling resistance.

коллекция генетических ресурсов пшеницы ВИРобразецжелтая пятнистостьпопуляция патогенаTsn1ToxAwheat genetic resources collection of VIRaccessiontan spotpathogen populationTsn1ToxAРабота выполнена в рамках государственных заданий по тематическим планам: ВИЗР, проект FGEU- 2022-0009 «Формирование научного задела для долгосрочного обеспечения эффективной генетической защиты растений от вредных организмов, способствующей предотвращению развития эпифитотий и пандемий и отвечающей требованиям экологической безопасности»; ВИР, проект № 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»The study was carried out within the framework of the state tasks according to the thematic plans: VIZR, Project FGEU-2022-0009 “Formation of scientific groundwork for the long-term provision of effective genetic protection of plants from harmful organisms, contributing to the prevention of the development of epiphytotics and pandemics and meeting the requirements of environmental safety”; 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”ReferencesCiuffetti L.M., Manning V.A., Pandelova I., Betts M.F. Host-selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici-repentis–wheat interaction. New Phytologist. 2010;187(4):911-919. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2010.03362.xCiuffetti L.M., Manning V.A., Pandelova I., Betts M.F. Host-selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici-repentis–wheat interaction. New Phytologist. 2010;187(4):911-919. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2010.03362.xDinglasan E., Godwin I.D., Mortlock M.Y., Hickey L.T. Resistance to yellow spot in wheat grown under accelerated growth conditions. Euphytica. 2016;209(3):693-707. DOI: 10.1007/s10681-016-1660-zDinglasan E., Godwin I.D., Mortlock M.Y., Hickey L.T. Resistance to yellow spot in wheat grown under accelerated growth conditions. Euphytica. 2016;209(3):693-707. DOI: 10.1007/s10681-016-1660-zDinglasan E.G., Singh D., Shankar M., Afanasenko O., Platz G., Godwin I.D. et al. Discovering new alleles for yellow spot resistance in the Vavilov wheat collection. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(1):149-162. DOI: 10.1007/s00122-018-3204-5Dinglasan E.G., Singh D., Shankar M., Afanasenko O., Platz G., Godwin I.D. et al. Discovering new alleles for yellow spot resistance in the Vavilov wheat collection. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(1):149-162. DOI: 10.1007/s00122-018-3204-5Faris J.D., Abeysekara N.S., McClean P.E., Xu S.S., Friesen T.L. Tan spot susceptibility governed by the Tsn1 locus and race nonspecific resistance quantitative trait loci in a population derived from the wheat lines Salamouni and Katepwa. Molecular Breeding. 2012;30(4):1669-1678. DOI: 10.1007/s11032-012-9750-7Faris J.D., Abeysekara N.S., McClean P.E., Xu S.S., Friesen T.L. Tan spot susceptibility governed by the Tsn1 locus and race nonspecific resistance quantitative trait loci in a population derived from the wheat lines Salamouni and Katepwa. Molecular Breeding. 2012;30(4):1669-1678. DOI: 10.1007/s11032-012-9750-7Faris J.D., Liu Z., Xu S.S. Genetics of tan spot resistance in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126(9):2197-2217. DOI: 10.1007/s00122-013-2157-yFaris J.D., Liu Z., Xu S.S. Genetics of tan spot resistance in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126(9):2197-2217. DOI: 10.1007/s00122-013-2157-yFaris J.D., Zhang Z., Lu H., Lu S., Reddy L., Cloutier S. et al. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(30):13544-13549. DOI: 10.1073/pnas.1004090107Faris J.D., Zhang Z., Lu H., Lu S., Reddy L., Cloutier S. et al. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(30):13544-13549. DOI: 10.1073/pnas.1004090107Friesen T.L., Faris J.D., Solomon P.S., Oliver R.P. Host-specific toxins: effectors of necrotrophic pathogenicity. Cell Microbiology. 2008;10(7):1421-1428. DOI: 10.1111/j.1462-5822.2008.01153.xFriesen T.L., Faris J.D., Solomon P.S., Oliver R.P. Host-specific toxins: effectors of necrotrophic pathogenicity. Cell Microbiology. 2008;10(7):1421-1428. DOI: 10.1111/j.1462-5822.2008.01153.xFriesen T.L., Stukenbrock E.H., Liu Z., Meinhardt S., Ling H., Faris J.D. et al. Emergence of a new disease as a result of interspecific virulence gene transfer. Nature Genetics. 2006;38(8):953-956. DOI: 10.1038/ng1839Friesen T.L., Stukenbrock E.H., Liu Z., Meinhardt S., Ling H., Faris J.D. et al. Emergence of a new disease as a result of interspecific virulence gene transfer. Nature Genetics. 2006;38(8):953-956. DOI: 10.1038/ng1839Guo J., Shi G., Liu Z. Characterizing virulence of the Pyrenophora tritici-repentis isolates lacking both ToxA and ToxB genes. Pathogens. 2018;7(3):74. DOI: 10.3390/pathogens7030074Guo J., Shi G., Liu Z. Characterizing virulence of the Pyrenophora tritici-repentis isolates lacking both ToxA and ToxB genes. Pathogens. 2018;7(3):74. DOI: 10.3390/pathogens7030074Ким Ю.С., Волкова Г.В. Желтая пятнистость листьев пшеницы: распространение, вредоносность, расовый состав (обзор). Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2020;2(50):105-116. DOI: 10.18286/1816-4501-2020-2-105-116Kim Y.S., Volkova G.V. Spackled yellows of wheat leaves: distribution, injuriousness, racial composition (review). Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2020;2(50):105-116. [in Russian] DOI: 10.18286/1816-4501-2020-2-105-116Kokhmetova A., Sehgal D., Ali S., Atishova M., Kumarbayeva M., Leonova I. et al. Genome-wide association study of tan spot resistance in a hexaploid wheat collection from Kazakhstan. Frontiers in Genetics. 2021;11:581214. DOI: 10.3389/fgene.2020.581214Kokhmetova A., Sehgal D., Ali S., Atishova M., Kumarbayeva M., Leonova I. et al. Genome-wide association study of tan spot resistance in a hexaploid wheat collection from Kazakhstan. Frontiers in Genetics. 2021;11:581214. DOI: 10.3389/fgene.2020.581214Kokhmetova A.M., Kremneva O.Y., Volkova G., Atishova M.N., Sapakhova Z. Evaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot. Journal of Plant Pathology. 2017;99(1):161-167. URL: https://elibrary.ru/item.asp?edn=xnmcgh&ysclid=lyr971jzpu192649490Kokhmetova A.M., Kremneva O.Y., Volkova G., Atishova M.N., Sapakhova Z. Evaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot. Journal of Plant Pathology. 2017;99(1):161-167. URL: https://elibrary.ru/item.asp?edn=xnmcgh&ysclid=lyr971jzpu192649490Коваленко Н.М., Шайдаюк Е.Л., Гультяева Е.И. Характеристика устойчивости районированных сортов мягкой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости. Биотехнология и селекция растений. 2022;5(2):15-24. DOI: 10.30901/2658-6266-2022-2-o3Kovalenko N.M., Shaydayuk E.L., Gultyaeva E.I. Characterization of commercial common wheat cultivars for resistance to tan spot causative agent. Plant Biotechnology and Breeding. 2022;5(2):15-24. [in Russian] DOI: 10.30901/2658-6266-2022-2-o3Kremneva O.Yu., Mironenko N.V., Volkova G.V., Baranova O.A., Kim Yu.S., Kovalenko N.M. Resistance of winter wheat varieties to tan spot in the North Caucasus region of Russia. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021;28(3):1787-1794. DOI: 10.1016/j.sjbs.2020.12.021Kremneva O.Yu., Mironenko N.V., Volkova G.V., Baranova O.A., Kim Yu.S., Kovalenko N.M. Resistance of winter wheat varieties to tan spot in the North Caucasus region of Russia. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021;28(3):1787-1794. DOI: 10.1016/j.sjbs.2020.12.021Маркелова Т.С., Иванова О.В. Устойчивость образцов яровой и озимой пшеницы к желтой пятнистости листьев в условиях нижнего Поволжья. Сельскохозяйственная биология. 2012;47(3):118-121.Markelova T.S., Ivanova O.V. Screening of world wheat genofond for resistance to yellow blotch under the Volga region conditions. Agricultural Biology. 2012;47(3):118-121. [in Russian]Михайлова Л.А., Коваленко Н.М. Характеристика устойчивости мягкой и твердой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis. Вестник защиты растений. 2009;(1):10-15.Mikhailova L.A., Kovalenko N.M. Characterization of bread and durum wheat resistance to the Pyrenophora tritici-repentis pathogen (Kharakteristika ustoychivosti myagkoy i tverdoy pshenitsy k vozbuditelyu zheltoy pyatnistosti Pyrenophora tritici-repentis). Plant Protection News. 2009;(1):10-15. [in Russian]Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Желтая пятнистость пшеницы : методические указания по изучению возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis и устойчивости сортов. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2012.Mikhailova L.A., Mironenko N.V., Kovalenko N.M. Tan leaf spot of wheat: guidelines for studying the tan spot pathogen of Pyrenophora tritici-repentis and cultivar resistance (Zheltaya pyatnistost pshenitsy: metodicheskiye ukazaniya po izucheniyu vozbuditelya zheltoy pyatnistosti Pyrenophora tritici-repentis i ustoychivosti sortov). St. Petersburg: VIZR; 2012. [in Russian]Мироненко Н.В., Баранова О.А., Коваленко Н.М., Афанасенко О.С., Михайлова Л.А. Селективное влияние сортов пшеницы с геном Тsn1 на формирование популяции возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis. Вестник защиты растений. 2017;3(93):23-27.Mironenko N.V., Baranova O.A., Kovalenko N.M., Afanasenko O.S., Mikhailova L.A. Selective influence of wheat cultivars with Tsn1 gene on the formation of tan spot causative agent Pyrenophora tritici-repentis population. Plant Protection News. 2017;3(93):23-27. [in Russian]Мироненко Н.В., Н.М. Коваленко Н. М., Баранова О.Л., Митрофанова О.П. Устойчивость стародавней озимой мягкой пшеницы к желтой пятнистости. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(4):205-214. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-205-214Mironenko N.V., Kovalenko N.M., Baranova O.A., Mitrofanova O.P. Resistance of old winter bread wheat landraces to tan spot Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2023;184(4):205-214. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-205-214Moreno M.V., Stenglein S., Perelló A.E. Distribution of races and Tox genes in Pyrenophora tritici-repentis isolates from wheat in Argentina. Tropical Plant Pathology. 2015;40(2):141-146. DOI: 10.1007%2Fs40858-015-0011-2Moreno M.V., Stenglein S., Perelló A.E. Distribution of races and Tox genes in Pyrenophora tritici-repentis isolates from wheat in Argentina. Tropical Plant Pathology. 2015;40(2):141-146. DOI: 10.1007%2Fs40858-015-0011-2Murray M.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research. 1980;8(19):4321-4325. DOI: 10.1093/nar/8.19.4321Murray M.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research. 1980;8(19):4321-4325. DOI: 10.1093/nar/8.19.4321Rees R.G., Platz G.J., Mayer R.J. Susceptibility of Australian wheats to Pyrenophora tritici-repentis. Australian Journal of Agricultural Research. 1987;39:141-151.Rees R.G., Platz G.J., Mayer R.J. Susceptibility of Australian wheats to Pyrenophora tritici-repentis. Australian Journal of Agricultural Research. 1987;39:141-151.See P.T., Marathamuthu K.A., Iagallo E.M., Oliver R.P., Moffat C.S. Evaluating the importance of the tan spot ToxA–Tsn1 interaction in Australian wheat varieties. Plant Pathology. 2018;67(5):1066-1075. DOI: 10.1111/ppa.12835See P.T., Marathamuthu K.A., Iagallo E.M., Oliver R.P., Moffat C.S. Evaluating the importance of the tan spot ToxA–Tsn1 interaction in Australian wheat varieties. Plant Pathology. 2018;67(5):1066-1075. DOI: 10.1111/ppa.12835Singh P.K., Singh R.P., Duveiller E., Mergoum M., Adhikari T.B., Elias E.M. Genetics of wheat–Pyrenophora tritici-repentis interactions. Euphytica. 2010;171:1-13. DOI: 10.1007/s10681-009-0074-6Singh P.K., Singh R.P., Duveiller E., Mergoum M., Adhikari T.B., Elias E.M. Genetics of wheat–Pyrenophora tritici-repentis interactions. Euphytica. 2010;171:1-13. DOI: 10.1007/s10681-009-0074-6Strelkov S.E., Lamari L. Host–parasite interactions in tan spot [Pyrenophora tritici-repentis] of wheat. Canadian Journal of Plant Pathology. 2003;25(4):339-349. DOI: 10.1080/07060660309507089Strelkov S.E., Lamari L. Host–parasite interactions in tan spot [Pyrenophora tritici-repentis] of wheat. Canadian Journal of Plant Pathology. 2003;25(4):339-349. DOI: 10.1080/07060660309507089Tan K.C., Oliver R.P., Solomon P.S., Moffat C.S. Proteinaceous necrotrophic effectors in fungal virulence. Functional Plant Biology. 2010;37(10):907-912. DOI: 10.1071/FP10067Tan K.C., Oliver R.P., Solomon P.S., Moffat C.S. Proteinaceous necrotrophic effectors in fungal virulence. Functional Plant Biology. 2010;37(10):907-912. DOI: 10.1071/FP10067Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. Москва: Наука; 1984.Zaitsev G.N. Mathematical statistics in experimental botany (Matematicheskaya statistika v eksperimentalnoy botanike). Moscow: Nauka; 1984. [in Russian]

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