vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2026-3-o10vir-nw-2506Research ArticleИММУНИТЕТ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙIMMUNITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESВирулентность краснодарской и дагестанской популяций Puccinia hordei Otth.Virulence of the Krasnodar and Dagestan populations of Puccinia hordei Otth.https://orcid.org/0000-0002-6009-9757ДаниловаА. В.DanilovaA. V.

Анастасия Валерьевна Данилова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

350039 Россия, Краснодар, ул. Калинина, 62, 

Anastasia V. Danilova, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

62 Kalinina St., Krasnodar 350039, Russia

starlight001@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3696-2610ВолковаГ. В.VolkovaG. V.

Галина Владимировна Волкова, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник, руководитель лаборатории

350039 Россия, Краснодар, ул. Калинина, 62

Galina V. Volkova, Dr. Sci. (Biology), Corresponding Member of the RAS, Chief Researcher, Head of a Laboratory

62 Kalinina St., Krasnodar 350039, Russia

galvol.bpp@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0568-4312КудиноваО. А.KudinovaO. A.

Ольга Александровна Кудинова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

350039 Россия, Краснодар, ул. Калинина, 62

Olga A. Kudinova, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

62 Kalinina St., Krasnodar 350039, Russia

alosa@list.ruФедеральный научный центр биологической защиты растенийРоссияFederal Research Center of Biological Plant ProtectionRussian Federation2026011020261873255261Copyright © Данилова А.В., Волкова Г.В., Кудинова О.А., 20262026Данилова А.В., Волкова Г.В., Кудинова О.А.Danilova A.V., Volkova G.V., Kudinova O.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/2506Актуальность

Актуальность. Карликовая ржавчина – одна из вредоносных болезней ячменя, которая ежегодно отмечается в Краснодарском крае и в Республике Дагестан. Вирулентность популяции Puccinia hordei Otth. в Дагестане ранее не изучалась, этот вопрос представляет интерес для установления границ северокавказской популяции, а также для мониторинга возможного заноса популяции фитопатогена из соседнего региона.

Материалы и методы

Материалы и методы. Вирулентность популяций изучали с использованием 15 сортов и линий-дифференциаторов ячменя международного набора. Учет инфекционных типов осуществляли с помощью шкалы Левина и Черевика. Разнообразие популяций по вирулентности считали по индексу Нея (Hs), различие между популяциями – по генетическому расстоянию Нея (N). Результаты и выводы. Проанализирована вирулентность 76 монопустульных изолятов P. hordei из Краснодарского края и Республики Дагестан. Большинство изолятов были вирулентны к носителям генов Rph1, Rph2, Rph3, Rph4, Rph5, Rph6 + Rph2, Rph8, Rph12, Rph21 + Rph2, Rph25. В популяции из Дагестана не обнаружено изолятов, вирулентных к Rph7 и Rph9, при этом преобладали изоляты, вирулентные к генам Rph13 и Rph14. Различие между популяциями по индексу Нея составило 0,04 у. е. Разнообразие популяций из Краснодарского края и Дагестана составило соответственно 0,18 у. е. и 0,32 у. е. Популяции фитопатогена из обоих регионов насыщенны изолятами с высоким содержанием аллелей вирулентности и не имеют значительных различий по индексу Нея. При этом популяция из Дагестана отличается более высоким разнообразием по частотам генов вирулентности.

Background

Background. Barley leaf rust is a harmful disease of barley in Russia and worldwide. In Krasnodar Territory, as well as in the Republic of Dagestan, this disease has been recorded every year. Dagestan, a geographically isolated terrain with contrasting climate conditions, harbors a diversity of wild barleys. The virulence of the Puccinia hordei Otth. population in Dagestan has not been studied, but this issue is of interest for establishing the boundaries for the North Caucasian population and for monitoring possible invasions of the pathogen’s populations from adjacent areas.

Materials and methods

Materials and methods. Virulence of the studied populations was analyzed on 15 barley cultivars and lines from international and Australian differential sets. Infectious types were registered using the Levine and Cherewick scale. Nei’s genetic diversity index (Hs) was employed to calculate the diversity of the populations in their virulence, and Nei’s genetic distance (N) for the differences between the populations.

Results and conclusions

Results and conclusions. Virulence of 76 monouredinial P. hordei isolates from Krasnodar Territory and the Republic of Dagestan was analyzed. Most of the isolates were virulent to Rph1, Rph2, Rph3, Rph4, Rph5, Rph6 + Rph2, Rph8, Rph12, Rph21 + Rph2, and Rph25. The Dagestan population had no isolates virulent to Rph7 and Rph9, while the isolates virulent to Rph13 and Rph14 predominated. The difference between the populations scored 0.04 according to Nei, and the diversity of the Krasnodar and Dagestan populations was 0.18 and 0.32, respectively. The pathogen’s populations from both regions were saturated with isolates with high content of virulent alleles and had no significant differences in Nei’s index. At the same time, the population from Dagestan demonstrated higher diversity in the frequencies of virulence genes.

карликовая ржавчина ячменяячмень озимыйгены устойчивостифитопатогенbarley leaf rustwinter barleyresistance genesphytopathogenисследование проведено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ Федеральному научному центру биологической защиты растений по теме № FGRN-2025-0002 «Разработка приемов оптимизации фитосанитарного состояния посевов зерновых культур на основе мониторинга внутрипопуляционной структуры опасных патогенов, сортовой устойчивости и научно обоснованного применения индукторов болезнеустойчивости».the research was conducted in the framework of the state task assigned by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation to the Federal Research Center of Biological Plant Protection, Project No FGRN-2025-0002 “Development of methods for optimizing the phytosanitary status of cereal crops, based on monitoring the intrapopulation structure of dangerous pathogens, varietal resistance, and scientifically justified use of disease resistance inducers”.ReferencesАбдуллаев Р.А. Генетическое разнообразие местных форм ячменя из Дагестана по адаптивно важным признакам: дис. ... канд. биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2015.Abdullaev R.A. Genetic diversity of local barley forms from Dagestan in adaptively important traits (Geneticheskoye raznoobraziye mestnykh form yachmenya iz Dagestana po adaptivno vazhnym priznakam) [dissertation]. St. Petersburg: VIR; 2015. [in Russian]Бабаянц Л.Т., Мештерхази А., Вехтер Ф., Неклеса Н.П., Дубинина Л.В., Кох К., Словиньский М., Пфрейт Я., Шмидт Э., Гетев Е., Баранбас Л. Методы селекции и оценки устойчивости пшеницы и ячменя к болезням в странах – членах СЭВ. Прага; 1988.Babayants L.T., Mesterhazy A., Wachter F., Neklesa N.P., Dubinina L.V., Koch C., Slowinski M., Pfreit J., Schmidt E., Getov E., Barabas L. Methods of breeding and assessing resistance of wheat and barley to diseases in CMEA Member States. Prague; 1988. [in Russian]Czembor H.J., Czembor J.H. Leaf rust resistance in winter barley cultivars and breeding lines. Plant Breeding and Seed Science. 2007;56:47-56.Czembor H.J., Czembor J.H. Leaf rust resistance in winter barley cultivars and breeding lines. Plant Breeding and Seed Science. 2007;56:47-56.Danilova A., Volkova G. Efficiency of Rph genes against Puccinia hordei in Southern Russia in 2019–2021. Agronomy. 2023;13(4):1046. DOI: 10.3390/agronomy13041046Danilova A., Volkova G. Efficiency of Rph genes against Puccinia hordei in Southern Russia in 2019–2021. Agronomy. 2023;13(4):1046. DOI: 10.3390/agronomy13041046Dinh H.X., Singh D., Periyannan S., Park R.F., Pourkheirandish M. Molecular genetics of leaf rust resistance in wheat and barley. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(7):2035-2050. DOI: 10.1007/s00122-020-03570-8Dinh H.X., Singh D., Periyannan S., Park R.F., Pourkheirandish M. Molecular genetics of leaf rust resistance in wheat and barley. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(7):2035-2050. DOI: 10.1007/s00122-020-03570-8Golan T., Anikster Y., Moseman J.G., Wahl I. A new virulent strain of Puccinia hordei. Euphytica. 1978;27(1):185-189. DOI: 10.1007/BF00039134Golan T., Anikster Y., Moseman J.G., Wahl I. A new virulent strain of Puccinia hordei. Euphytica. 1978;27(1):185-189. DOI: 10.1007/BF00039134Griffey C.A., Das M.K., Baldwin R.E., Waldenmaier C.M. Yield losses in winter barley resulting from a new race of Puccinia hordei in North America. Plant Disease. 1994;78:256-260.Griffey C.A., Das M.K., Baldwin R.E., Waldenmaier C.M. Yield losses in winter barley resulting from a new race of Puccinia hordei in North America. Plant Disease. 1994;78:256-260.Kumar S., Bhardwaj S.C., Gangwar O.P., Prasad P., Sharma C.L., Singh A. et al. Developing a differential system for designating the pathotypes of Puccinia hordei causing barley leaf rust in India. Journal of Plant Pathology. 2024;107(1):315-326. DOI: 10.1007/s42161-024-01734-9Kumar S., Bhardwaj S.C., Gangwar O.P., Prasad P., Sharma C.L., Singh A. et al. Developing a differential system for designating the pathotypes of Puccinia hordei causing barley leaf rust in India. Journal of Plant Pathology. 2024;107(1):315-326. DOI: 10.1007/s42161-024-01734-9Kosman E., Leonard K.J. Conceptual analysis of methods applied to assessment of diversity within and distance between populations with asexual or mixed mode of reproduction. The New Phytologist. 2007;174(3):683-696. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2007.02031.xKosman E., Leonard K.J. Conceptual analysis of methods applied to assessment of diversity within and distance between populations with asexual or mixed mode of reproduction. The New Phytologist. 2007;174(3):683-696. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2007.02031.xLevine M.N., Cherewick W.J. USDA Technical Bulletin No. 1056. Studies on dwarf leaf rust of barley. Washington, DC: United States Department of Agriculture; 1952.Levine M.N., Cherewick W.J. USDA Technical Bulletin No. 1056. Studies on dwarf leaf rust of barley. Washington, DC: United States Department of Agriculture; 1952.Лукьянова М.В., Трофимовская А.Я., Гудкова Г.Н., Терентьева И.А., Ярош Н.П. Культурная флора СССР. Т. 2 (ч. 2). Ячмень / под ред. В.Д. Кобылянского, М.В. Лукьяновой. Ленинград: Агропромиздат; 1990.Lukyanova M.V., Trofimovskaya A.Ya., Gudkova G.N., Terentieva I.A., Yarosh N.P. Flora of cultivated plants. Vol. 2 (Pt 2). Barley (Yachmen). V.D. Kobylyansky, M.V. Lukyanova (eds). Leningrad: Agropromizdat; 1990. [in Russian]Mehnaz M., Dracatos P.M., Park R.F., Singh D. Mining Middle Eastern and Central Asian barley germplasm to understand diversity for resistance to Puccinia hordei, causal agent of leaf rust. Agronomy. 2021;11(11):2146. DOI: 10.3390/agronomy11112146Mehnaz M., Dracatos P.M., Park R.F., Singh D. Mining Middle Eastern and Central Asian barley germplasm to understand diversity for resistance to Puccinia hordei, causal agent of leaf rust. Agronomy. 2021;11(11):2146. DOI: 10.3390/agronomy11112146Miralles D.J., Abeledo G.L., Prado S.A., Chenu K., Serrago R.A., Savin R. Barley. In: V.O. Sadras, D.F. Calderini (eds). Crop Physiology Case Histories for Major Crops. Cambridge, MA: Academic Press; 2021. p.164-195. DOI: 10.1016/B978-0-12-819194-1.00004-9Miralles D.J., Abeledo G.L., Prado S.A., Chenu K., Serrago R.A., Savin R. Barley. In: V.O. Sadras, D.F. Calderini (eds). Crop Physiology Case Histories for Major Crops. Cambridge, MA: Academic Press; 2021. p.164-195. DOI: 10.1016/B978-0-12-819194-1.00004-9Nazareno E.S., Matny O., Jin Y., Fetch Jr. T., Rouse M.N., Steffenson B.J. Virulence dynamics of the barley leaf rust pathogen (Puccinia hordei) in the United States from 1989 to 2020. Plant Disease. 2023;107(12):3952-3957. DOI: 10.1094/PDIS-03-23-0583-RENazareno E.S., Matny O., Jin Y., Fetch Jr. T., Rouse M.N., Steffenson B.J. Virulence dynamics of the barley leaf rust pathogen (Puccinia hordei) in the United States from 1989 to 2020. Plant Disease. 2023;107(12):3952-3957. DOI: 10.1094/PDIS-03-23-0583-RENei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics. 1978;89(3):583-590. DOI: 10.1093/genetics/89.3.583Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics. 1978;89(3):583-590. DOI: 10.1093/genetics/89.3.583Park R.F. Pathogenic specialization and pathotype distribution of Puccinia hordei in Australia, 1992 to 2001. Plant Disease. 2003;87(11):1311-1316. DOI: 10.1094/PDIS.2003.87.11.1311Park R.F. Pathogenic specialization and pathotype distribution of Puccinia hordei in Australia, 1992 to 2001. Plant Disease. 2003;87(11):1311-1316. DOI: 10.1094/PDIS.2003.87.11.1311Park R.F., Golegaonkar P.G., Derevnina L., Sandhu K.S., Karaoglu H., Elmansour H.M. et al. Leaf rust of cultivated barley: pathology and control. Annual Review of Phytopathology. 2015;53:565-589. DOI: 10.1146/annurev-phyto-080614-120324Park R.F., Golegaonkar P.G., Derevnina L., Sandhu K.S., Karaoglu H., Elmansour H.M. et al. Leaf rust of cultivated barley: pathology and control. Annual Review of Phytopathology. 2015;53:565-589. DOI: 10.1146/annurev-phyto-080614-120324Parlevliet J.E., van der Beek J.G., Pieters R. Presence in Morocco of brown rust, Puccinia hordei, with a wide range of virulence to barley. Cereal Rusts Bulletin. 1981;9:3-8.Parlevliet J.E., van der Beek J.G., Pieters R. Presence in Morocco of brown rust, Puccinia hordei, with a wide range of virulence to barley. Cereal Rusts Bulletin. 1981;9:3-8.Prashant P., Kurian J.A. Puccinia spore movement in India compared to other sub-continent of the World: A review. The Pharma Innovation Journal. 2023;SP-12(7):2582-2587.Prashant P., Kurian J.A. Puccinia spore movement in India compared to other sub-continent of the World: A review. The Pharma Innovation Journal. 2023;SP-12(7):2582-2587.Репко Н.В., Подоляк К.В., Смирнова Е.В., Острожная Ю.В. Статистические исследования мирового производства зерна ячменя. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015;(106):1062-1070.Repko N.V., Podolyak K.V., Smirnova E.V., Ostrozhnaya Yu.V. Statistical study on world production of barley grain. Polythematic Online Scientific Journal of Kuban State Agrarian University. 2015;(106):1062-1070. [in Russian]Rodríguez-Vázquez R., Carrieri V. A proteomic approach to abiotic and biotic stress in barley: a review. Plant Molecular Biology Reporter. 2024;42(1):1-33. DOI: 10.1007/s11105-023-01399-1Rodríguez-Vázquez R., Carrieri V. A proteomic approach to abiotic and biotic stress in barley: a review. Plant Molecular Biology Reporter. 2024;42(1):1-33. DOI: 10.1007/s11105-023-01399-1Singh D., Mehnaz M., Dracatos P., Park R.F. Australian barley cultivar pedigree and leaf rust seedling and adult plant resistance genotype information. Cereal Rust Report. 2020;17(1):1-9.Singh D., Mehnaz M., Dracatos P., Park R.F. Australian barley cultivar pedigree and leaf rust seedling and adult plant resistance genotype information. Cereal Rust Report. 2020;17(1):1-9.Steffenson B.J., Jin Y., Griffey C.A. Pathotypes of Puccinia hordei with virulence for the barley leaf rust resistance gene Rph7 in the United States. Plant Disease. 1993;77:867-869.Steffenson B.J., Jin Y., Griffey C.A. Pathotypes of Puccinia hordei with virulence for the barley leaf rust resistance gene Rph7 in the United States. Plant Disease. 1993;77:867-869.Tyryshkin L.G. Genetic control of effective leaf rust resistance in collection accessions of barley Hordeum vulgare L. Russian Journal of Genetics. 2009;45(1):376-378. DOI: 10.1134/S1022795409030181Tyryshkin L.G. Genetic control of effective leaf rust resistance in collection accessions of barley Hordeum vulgare L. Russian Journal of Genetics. 2009;45(1):376-378. DOI: 10.1134/S1022795409030181Цвелев Н.Н. Система злаков (Poaceae) и их эволюция (доложено на тридцать седьмом ежегодном Комаровском чтении 11 февраля 1985 г.). Ленинград: Наука; 1987.Tzvelev N.N. Systema graminearum (Poaceae) ac earum evolutio (relatio in sessijne Komaroviana annua XXXVII die 11 mensis Februarii anna 1985). Leningrad: Nauka; 1987. [in Russian]Verma R.P.S., Lal C., Malik R., Kharub A.S., Kumar L., Kumar D. Barley improvement: Current status and future prospects in changing scenario. In: P.L. Kashyap, V. Gupta, O.P. Gupta, R. Sendhil, K. Gopalareddy, P. Jasrotia, G.P. Singhet (eds). New Horizons in Wheat and Barley Research. Crop Protection and Resource Management. Singapore: Springer; 2022. p.93-134. DOI: 10.1007/978-981-16-4449-8_6Verma R.P.S., Lal C., Malik R., Kharub A.S., Kumar L., Kumar D. Barley improvement: Current status and future prospects in changing scenario. In: P.L. Kashyap, V. Gupta, O.P. Gupta, R. Sendhil, K. Gopalareddy, P. Jasrotia, G.P. Singhet (eds). New Horizons in Wheat and Barley Research. Crop Protection and Resource Management. Singapore: Springer; 2022. p.93-134. DOI: 10.1007/978-981-16-4449-8_6Волкова Г.В., Данилова А.В., Кудинова О.А. Вирулентность популяции возбудителя карликовой ржавчины ячменя на Северном Кавказе в 2014–2017 годах. Сельскохозяйственная биология. 2019;54(3):589-596. DOI: 10.15389/agrobiology.2019.3.589rusVolkova G., Danilova A.V., Kudinova O.A. The virulence of the barley leaf rust pathogen in the North Caucasus in 2014–2017. Agricultural Biology. 2019;54(3):589-596. [in Russian]. DOI: 10.15389/agrobiology.2019.3.589rusГрибные патогены зерновых колосовых культур: биология, распространение, вредоносность, методы учета, сбора и хранения биоматериала. Создание искусственных инфекционных фонов: Научно-практические рекомендации / сост. Г.В. Волкова, Я.В. Яхник, О.А. Кудинова, А.В. Данилова, М.С. Гвоздева, В.Д. Руденко, Ю.С. Ким, А.Д. Кустадинчев. Краснодар, ФНЦ биологической защиты растений; 2024.Volkova G.V., Yakhnik Y.V., Kudinova O.A., Danilova A.V., Gvozdeva M.S., Rudenko V.D., Kim Y.S., Kustadinchev A.D. (comp). Fungal pathogens of spiked cereal crops: biology, distribution, harmfulness, methods of recording, collecting and storage of biomaterial. Creation of artificial infection backgrounds: Scientific and practical recommendations (Gribnye patogeny zernovykh kolosovykh kultur: biologiya, rasprostraneniye, vredonosnost, metody ucheta, sbora i khraneniya biomateriala. Sozdaniye iskusstvennykh infektsionnykh fonov: Nauchno-prakticheskiye rekomendatsii). Krasnodar: FRC of Biological Plant Protection; 2024. [in Russian]

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