vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-2-204-217vir-nw-2349Research ArticleИММУНИТЕТ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙIMMUNITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESМониторинг вирулентности возбудителя желтой ржавчины пшеницы в ДагестанеMonitoring the virulence of the wheat yellow rust pathogen in Dagestanhttps://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

eigultyaeva@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3266-6272ШайдаюкЕ. Л.ShaydayukE. L.

Екатерина Львовна Шайдаюк, кандидат биологических наук, научный сотрудник 

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

Ekaterina L. Shaydayuk, Cand. Sci. (Biology), Researcher 

3 Podbelskogo Hwy., Pushkin, St. Petersburg 196608

eshaydayuk@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5095-1291AбдуллаевK. M.AbdullaevK. M.

Кадыр Магомедгаджиевич Aбдуллаев, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник 

368612, Республика Дагестан, Дербентский район, с. Вавилово 

Kadyr M. Abdullaev, Cand. Sci. (Agriculture), Senior Researcher 

Vavilovo Village, Derbentsky District 368612, Republic of Dagestan 

abdullaev.km1950@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0004-3573-057XАйдемироваЗ. С.AydemirovaZ. S.

Замира Сейдуллаевна Айдемирова, аспирант 

368612, Республика Дагестан, Дербентский район, с. Вавилово 

Zamira S. Aydemirova, Postgraduate Student 

Vavilovo Village, Derbentsky District 368612, Republic of Dagestan 

zamira.aidemirova@yandex.ruВсероссийский научно-исследовательский институт защиты растенийРоссияAll-Russian Institute of Plant ProtectionRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, Дагестанская опытная станция – филиал ВИРРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources, Dagestan Experiment Station – branch of VIRRussian Federation2025300620251862204217Copyright © Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Aбдуллаев K.M., Айдемирова З.С., 20252025Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Aбдуллаев K.M., Айдемирова З.С.Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Abdullaev K.M., Aydemirova Z.S.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/2349

Актуальность. Желтая ржавчина – вредоносное заболевание мягкой пшеницы. В 2020-х годах она доминирует в фитопатогенном комплексе на Дагестанской опытной станции (ОС) ВИР, где изучается обширная коллекция образцов Triticum L. Анализ вирулентности и расового состава Puccinia striiformis West., формирующегося на новых и районированных генотипах пшеницы, позволяет оценить ситуацию с желтой ржавчиной в регионах их производственного возделывания. Цель работы – мониторинг вирулентности дагестанской популяции P. striiformis в 2023 г. и оценка динамики ее изменчивости.Материалы и методы. Листья с урединиопустулами P. striiformis собраны на Дагестанской ОС ВИР в 2023 г. на 30 образцах озимой мягкой пшеницы современной российской селекции. Набор тестеров вирулентности включал 14 почти изогенных линий сорта ‘Avocet’ (AvNILs) и 15 сортов-дифференциаторов из европейского и международного наборов. Анализ вирулентности проводили на 10–14-дневных проростках (фаза второго листа) по оригинальной методике. На коллекционном посеве Дагестанской ОС ВИР оценили устойчивость дифференциаторов в условиях высокого естественного фона заболевания в 2023 г.Результаты и заключение. Высокой эффективностью в фазе проростков и взрослых растений характеризуются гены Yr5, Yr10, Yr15, Yr24 и Yr26, которые рекомендуются для селекции на устойчивость к желтой ржавчине. 23 фенотипа (расы) определены в 2023 г., из них только шесть отмечены на нескольких сортах, остальные были оригинальными. Сравнительный анализ фенотипического состава в 2023 г. и в предыдущий период (2020–2022) показал высокое разнообразие и динамичность дагестанской популяции патогена. Всего в 2020–2023 гг. изучено 139 изолятов и выделено 54 фенотипа (расы). Общая раса для четырех лет исследования не выявлена. Показано, что дагестанская популяция Р. striiformis характеризуется значимой временной вариабельностью. Популяция в 2023 г. существенно отличалась от популяций 2020–2022 гг., что обуславливает необходимость проведения ежегодного мониторинга.

Background. Yellow rust is a harmful disease of wheat. In the 2020s, it has dominated in the phytopathogenic complex at Dagestan Experiment Station of VIR, where an extensive collection of Triticum L. accessions is studied. An analysis of the virulence and racial composition of Puccinia striiformis West. forming on new and commercial wheat genotypes makes it possible to assess the situation with yellow rust in the regions of their cultivation. The objective was to monitor the virulence of the Dagestan population of P. striiformis in 2023 and assess the dynamics of its variability.Materials and methods. Leaves with urediniopustules of P. striiformis were collected at Dagestan Experiment Station of VIR in 2023 on 30 accessions of modern domestic winter bread wheat cultivars. The differential set included 14 nearly isogenic lines of cv. ‘Avocet’ (AvNILs) and 15 cultivars from the European and international sets. Virulence was analyzed on 10–14-day-old seedlings (second leaf phase) according to the previously described techniques. The resistance of differentiators in the phase of adult plants under high natural disease pressure was assessed.Results and conclusion. The genes Yr5, Yr10, Yr15, Yr24, and Yr26 exhibited high efficiency in the seedling and adult plant phases and are recommended for yellow rust resistance breeding. Twenty-three phenotypes (races) were identified in 2023, and only six of them were observed on two or more cultivars. Comparing the phenotypic composition in 2023 with the previous period revealed high diversity and dynamism of the Dagestan population. A total of 139 isolates were studied in 2020‒2023, and 54 phenotypes (races) were isolated. No race common for all four years of the study was identified. The Dagestan population of P. striiformis demonstrated significant temporal variability. The population in 2023 significantly differed from those in 2020–2022. This necessitates annual monitoring of the pathogen.

Triticum aestivumPuccinia striiformisгены YrпопуляцияустойчивостьTriticum aestivumPuccinia striiformisYr genespopulationresistanceвсе фитопатологические исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда, проект № 19-76-30005. Урединиообразцы <i>P. striiformis</i> собраны с образцов пшеницы, изучаемых в Дербенте, в рамках государственного задания ВИР согласно тематическому плану 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.all phytopathology and molecular genetics studies of the pathogen were supported by the Russian Science Foundation, Project No. 19-76-30005. Samples of <i>P. striiformis</i> urediniospores were collected from wheat accessions studied in Derbent within the framework of the state task assigned to 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.ReferencesBouvet L., Holdgate S., James L., Thomas J., Mackay I.J., Cockram J. The evolving battle between yellow rust and wheat: implications for global food security. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(3):741-753. DOI: 10.1007/s00122-021-03983-zBouvet L., Holdgate S., James L., Thomas J., Mackay I.J., Cockram J. The evolving battle between yellow rust and wheat: implications for global food security. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(3):741-753. DOI: 10.1007/s00122-021-03983-zBrar G.S., Kutcher H.R. Race characterization of Puccinia striiformis f. sp. tritici, the cause of wheat stripe rust, in Saskatchewan and Southern Alberta, Canada and virulence comparison with races from the United States. Plant Disease. 2016;100(8):1744-1753. DOI: 10.1094/PDIS-12-15-1410-REBrar G.S., Kutcher H.R. Race characterization of Puccinia striiformis f. sp. tritici, the cause of wheat stripe rust, in Saskatchewan and Southern Alberta, Canada and virulence comparison with races from the United States. Plant Disease. 2016;100(8):1744-1753. DOI: 10.1094/PDIS-12-15-1410-REChen X., Wang M., Wan A., Bai Q., Li M., López P.F. et al. Virulence characterization of Puccinia striiformis f. sp. tritici collections from six countries in 2013 to 2020. Canadian Journal of Plant Pathology. 2021;43 Suppl 2:308-322. DOI: 10.1080/07060661.2021.1958259Chen X., Wang M., Wan A., Bai Q., Li M., López P.F. et al. Virulence characterization of Puccinia striiformis f. sp. tritici collections from six countries in 2013 to 2020. Canadian Journal of Plant Pathology. 2021;43 Suppl 2:308-322. DOI: 10.1080/07060661.2021.1958259Fontyn C., Zippert A.C., Delestre G., Marcel T.C., Suffert F., Goyeau H. Is virulence phenotype evolution driven exclusively by Lr gene deployment in French Puccinia tri ticina populations? Plant Pathology. 2022;71(7):1511-1524. DOI: 10.1111/ppa.13599Fontyn C., Zippert A.C., Delestre G., Marcel T.C., Suffert F., Goyeau H. Is virulence phenotype evolution driven exclusively by Lr gene deployment in French Puccinia tri ticina populations? Plant Pathology. 2022;71(7):1511-1524. DOI: 10.1111/ppa.13599Gassner G., Straib W. Untersuchungen über die Infektionsbedingungen von Puccinia glumarum und Puccinia graminis. Arbeitsergebnissen der Biologischen Reichsanstalt für Landund Forstwirtschaft. 1928;16(4):609-629. [in German]Gassner G., Straib W. Untersuchungen über die Infektionsbedingungen von Puccinia glumarum und Puccinia graminis. Arbeitsergebnissen der Biologischen Reichsanstalt für Landund Forstwirtschaft. 1928;16(4):609-629. [in German]Gultyaeva E., Shaydayuk E. Resistance of modern Russian winter wheat cultivars to yellow rust. Plants (Basel). 2023;12(19):3471. DOI: 10.3390/plants12193471Gultyaeva E., Shaydayuk E. Resistance of modern Russian winter wheat cultivars to yellow rust. Plants (Basel). 2023;12(19):3471. DOI: 10.3390/plants12193471Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Смирнова Р.Е., Aбдуллаев K.M., Куркиев К.У. Разнообразие дагестанской популяции возбудителя желтой ржавчины пшеницы по вирулентности. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(4):190-204. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-190-204Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Smirnova R.E., Abdullaev K.M., Kurkiev K.U. Virulence diversity of the yellow rust pathogen population in Dagestan. Proceedings of Applied Botany, Genetics and Breeding. 2023;184(4):190-204. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-190-204Гасанова Г.М., Рустамов Х.Н. Влияние желтой ржавчины на показатели качества зерна пшеницы мягкой (T. aestivum L.). Аграрная наука. 2019;(1):158-161. DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-158-161Hasanova G.M., Rustamov Kh.N. Influence of yellow rust on quality indicators of bread wheat grain (T. aestivum L.). Agrarian science. 2019;(1):158-161. [in Russian] DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-158-161Hovmøller M.S., Rodreguez-Algaba J., Hansen J.G. Report for Puccinia striiformis race analyses 2015, Global Rust Re ference Center (GRRC). Aarhus University, Flakkebjerg, Dk-4200 Slagelse, Denmark. Aarhus: Aarhus University; 2016a. Available from: https://agro.au.dk/fileadmin/Summary_of_Puccinia_striiformis_race_analysis_2015.pdf [accessed Feb. 06, 2025].Hovmøller M.S., Rodreguez-Algaba J., Hansen J.G. Report for Puccinia striiformis race analyses 2015, Global Rust Re ference Center (GRRC). Aarhus University, Flakkebjerg, Dk-4200 Slagelse, Denmark. Aarhus: Aarhus University; 2016a. Available from: https://agro.au.dk/fileadmin/Summary_of_Puccinia_striiformis_race_analysis_2015.pdf [accessed Feb. 06, 2025].Hovmøller M.S., Walter S., Bayles R.A., Hubbard A., Flath K., Sommerfeldt N. et al. Replacement of the European wheat yellow rust population by new races from the centre of diversity in the near-Himalayan region. Plant Pathology. 2016b;65(3):402-411. DOI: 10.1111/ppa.12433Hovmøller M.S., Walter S., Bayles R.A., Hubbard A., Flath K., Sommerfeldt N. et al. Replacement of the European wheat yellow rust population by new races from the centre of diversity in the near-Himalayan region. Plant Pathology. 2016b;65(3):402-411. DOI: 10.1111/ppa.12433Каримова А.М. Фитопатологическая оценка влияния желтой ржавчины на генотипы мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) азербайджанского происхождения. Аграрный научный журнал. 2023;(5):16-23. DOI: 10.28983/asj.y2023i5pp16-23Karimova А.М. Phytopathological assessment of Azerbaijan origin bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes against yellow rust. The Agrarian Scientific Journal. 2023;(5):16-23. [in Russian] DOI: 10.28983/asj.y2023i5pp16-23Kolmer 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.12248Liu T., Wan A., Liu D., Chen X. Changes of races and virulence genes in Puccinia striiformis f. sp. tritici, the wheat stripe rust pathogen, in the United States from 1968 to 2009. Plant Disease. 2017;101(8):1522-1532. DOI: 10.1094/PDIS-12-16-1786-RELiu T., Wan A., Liu D., Chen X. Changes of races and virulence genes in Puccinia striiformis f. sp. tritici, the wheat stripe rust pathogen, in the United States from 1968 to 2009. Plant Disease. 2017;101(8):1522-1532. DOI: 10.1094/PDIS-12-16-1786-REMcIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat rusts: an atlas of resistance genes. Dordrecht: Kluwer; 1995.McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat rusts: an atlas of resistance genes. Dordrecht: Kluwer; 1995.Михайлова Л.А, Гультяева Е.И., Мироненко Н.В. Методы исследований структуры популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы. В кн.: Сборник методических рекомендаций по защите растений. Санкт-Петербург: ВИЗР; 1998. C.105- 126.Mikhailova L.A., Gultyaeva E.I., Mironenko N.V. Methods for studying the structure of populations of the leaf rust causative agent (Metody issledovaniy struktury populyatsii vozbuditelya buroy rzhavchiny pshenitsy). In: Collection of Plant Protection Guidelines (Sbornik metodicheskikh rekomendatsiy po zashchite rasteniy). St. Petersburg: VIZR; 1998. p.105-126. [in Russian]Mini Cyclone Spore Collector. Tallgrass Solutions Inc.: [website]. Available from: https://www.tallgrassproducts.com/mini_cyclone_spore_collector [accessed Feb. 06, 2025].Mini Cyclone Spore Collector. Tallgrass Solutions Inc.: [website]. Available from: https://www.tallgrassproducts.com/mini_cyclone_spore_collector [accessed Feb. 06, 2025].Riella V., Rodriguez-Algaba J., García R., Pereira F., Silva P., Hovmøller M.S. et al. New races with wider virulence indicate rapid evolution of Puccinia striiformis f. sp. tritici in the Southern Cone of America. Plant Disease. 2024;108(8):2454-2461. DOI: 10.1094/PDIS-02-24-0320-RERiella V., Rodriguez-Algaba J., García R., Pereira F., Silva P., Hovmøller M.S. et al. New races with wider virulence indicate rapid evolution of Puccinia striiformis f. sp. tritici in the Southern Cone of America. Plant Disease. 2024;108(8):2454-2461. DOI: 10.1094/PDIS-02-24-0320-RESharma-Poudyal D., Chen X.M., Wan A.M., Zhan G.M., Kang Z.S., Cao S.Q. et al. Virulence characterization of international collections of the wheat stripe rust pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Disease. 2013;97(3):379-386. DOI: 10.1094/pdis-01-12-0078-reSharma-Poudyal D., Chen X.M., Wan A.M., Zhan G.M., Kang Z.S., Cao S.Q. et al. Virulence characterization of international collections of the wheat stripe rust pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Disease. 2013;97(3):379-386. DOI: 10.1094/pdis-01-12-0078-reVolkova G.V., Kudinova O.A., Matveeva I.P. Virulence and diversity of Puccinia striiformis in South Russia. Phytopathologia Mediterranea. 2021;60(1):119-127. DOI: 10.36253/phyto-12396Volkova G.V., Kudinova O.A., Matveeva I.P. Virulence and diversity of Puccinia striiformis in South Russia. Phytopathologia Mediterranea. 2021;60(1):119-127. DOI: 10.36253/phyto-12396Жуковский П.М. Культурные растения и их сородичи: систематика, география, цитогенетика, иммунитет, экология, происхождение, использование. 3-е изд. Ленинград: Колос; 1971.Zhukovsky P.M. Cultivated plants and their relatives: systematics, geography, cytogenetics, immunity, ecology, origin, utilization (Kulturnye rasteniya i ikh sorodichi: sistematika, geografiya, tsitogenetika, immunitet, ekologiya, proiskhozhdeniye, ispolzovaniye). 3rd ed. Leningrad: Kolos; 1971. [in Russian]

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