vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2026-2-o20vir-nw-2554Research ArticleГЕНЕТИКА КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙGENETICS OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESГенетическая защита образцов ячменя из Афганистана от обыкновенной злаковой тлиGenetic protection of Afghan barley accessions from greenbughttps://orcid.org/0000-0002-3019-0306РадченкоЕ. Е.RadchenkoE. E.

Евгений Евгеньевич Радченко, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, ВИР

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

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

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

eugene_radchenko@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3990-6526КовалеваО. Н.KovalevaO. N.

Ольга Николаевна Ковалева, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ВИР

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

Olga N. Kovaleva, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, VIR

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

o.kovaleva@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1021-7951АбдуллаевР. А.AbdullaevR. A.

Ренат Абдуллаевич Абдуллаев, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ВИР

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

Renat A. Abdullaev, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, VIR

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

abdullaev.1988@list.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation2026060720261872128136Copyright © Радченко Е.Е., Ковалева О.Н., Абдуллаев Р.А., 20262026Радченко Е.Е., Ковалева О.Н., Абдуллаев Р.А.Radchenko E.E., Kovaleva O.N., Abdullaev R.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/2554Актуальность

Актуальность. Возделывание генетически защищенных сортов ячменя рассматривается как наиболее экономичный способ борьбы с обыкновенной злаковой тлей Sсhizaphis graminum Rondani. К сожалению, этот опасный фитофаг способен довольно быстро преодолевать устойчивость растений. Богатым источником пополнения запаса новых эффективных генов резистентности могут быть образцы местного ячменя, поступившие в коллекцию Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова из стран Азии.

Материалы и методы

Материалы и методы. В лабораторных опытах с помощью балловой шкалы оценили устойчивость к краснодарской популяции насекомого 65 образцов ячменя из Афганистана и семи линий, которые были выделены ранее из гетерогенных местных образцов. Кроме того, изучили сорт ‘Post’ (к-31204, США, защищен геном Rsg1) и линии, выделенные из образцов к-15903, к-15600, к-16190 (Китай), к-4080, к-3885, к-3904 (Монголия) и сорта ‘Онохойский’ (к-16626, Россия, Бурятия), каждая из которых имеет по одному гену устойчивости, а также выделенную из сорта ‘Namji Milyang Native K647 1007’ (к-28129, Северная Корея) линию, защищенную доминантным и рецессивным генами. Наследование устойчивости у линий из Афганистана изучали с помощью тест-клонов S. graminum и гибридологического анализа.

Результаты и выводы

Результаты и выводы. Восемь гетерогенных образцов из Афганистана содержат растения с высоким уровнем устойчивости к обыкновенной злаковой тле. В результате заселения ‘Post’ и семи линий, выделенных из афганских образцов, 93 клонами тли выявили 29 фенотипов вирулентности S. graminum. Устойчивость всех линий контролируют различные аллели, отличающиеся и от идентифицированных нами ранее. Эффективность генов, которыми защищены выделенные из афганских образцов линии, в большинстве случаев низка. Устойчивы к популяции тли две линии – 20209 и 22421. У линии 22421 выявлен моногенный доминантный контроль признака.

Background

Background. Growing genetically protected barley cultivars is considered the most cost-efficient method to control the greenbug, Schizaphis graminum Rondani. Unfortunately, this dangerous phytophage is capable of rapidly overcoming plant resistance. Accessions of local barleys from Asian countries that entered the collection of the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources could serve as a rich source of new effective resistance genes.

Materials and methods

Materials and methods. Laboratory experiments were conducted to assess the resistance of 65 barley accessions from Afghanistan and 7 pure lines, isolated from heterogeneous accessions in previous studies, to the Krasnodar greenbug population using a scoring scale. The study also included cv. ‘Post’ (k-31204, USA, carrier of the Rsg1 resistance gene), and lines isolated from barley landrace accessions k-15903, k-15600, k-16190 (China), k-4080, k-3885, k-3904 (Mongolia) and cv. ‘Onokhoisky’ (k-16626, Buryatia, Russia), each containing one gene controlling low plant damage, as well as a line isolated from cv. ‘Namji Milyang Native K647 1007’ (k-28129, North Korea), protected by dominant and recessive genes. Genetic control of greenbug resistance in the lines from Afghanistan was studied using aphid test clones and hybridological analysis.

Results and conclusions

Results and conclusions. Eight heterogeneous accessions from Afghanistan had plants displaying a high level of resistance to S. graminum. Assessing cv. ‘Post’ and seven lines isolated from Afghan accessions for their response to 93 aphid clones made it possible to identify 29 virulence phenotypes. All seven lines contained resistance alleles that differed from one another and from those that we had previously identified. In most cases, the efficacy of the genes protecting the lines isolated from Afghan accessions was low. Two lines, 20209 and 22421, were resistant to aphid populations. Line 22421 exhibited monogenic dominant control of the trait.

Hordeum vulgare L.Schizaphis graminum Rondaniфенотипы вирулентностигены устойчивостиHordeum vulgare L.Schizaphis graminum Rondanivirulence phenotypesresistance genesработа 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».the study was conducted within the framework of the state task assigned by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, 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”.ReferencesАбдуллаев Р.А., Баташева Б.А., Алпатьева Н.В., Чумаков М.А., Радченко Е.Е., Ковалева О.Н. и др. Устойчивость допущенных к использованию в России сортов ячменя к вредным организмам и токсичным ионам алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):120-127. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-120-127Abdullaev R.A., Batasheva B.A., Alpatieva N.V., Chumakov M.A., Radchenko E.E., Kovaleva O.N. et al. Resistance of barley cultivars approved for use in Russia to harmful organisms and toxic aluminum ions. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2020;181(3):120-127. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-120-127Anstead 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-32.3.662Armstrong J.S., Mornhinweg D.W., Payton M.E., Puterka G.J. The discovery of resistant sources of spring barley, Hordeum vulgare ssp. spontaneum, and unique greenbug biotypes. Journal of Economic Entomology. 2016;109(1):434-438. DOI: 10.1093/jee/tov320Armstrong J.S., Mornhinweg D.W., Payton M.E., Puterka G.J. The discovery of resistant sources of spring barley, Hordeum vulgare ssp. spontaneum, and unique greenbug biotypes. Journal of Economic Entomology. 2016;109(1):434-438. DOI: 10.1093/jee/tov320Azhaguvel 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. DOI: 10.2135/cropsci1961.0011183X000100050016xGardenhire J.H., Chada H.L. Inheritance of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1961;1(5):349-352. DOI: 10.2135/cropsci1961.0011183X000100050016xGardenhire 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/cropsci1987.0011183X002700020023xPuterka 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). Мoscow: Russian Academy of Agricultural Sciences; 2008. p.214-257. [in Russian]Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Akimova D.E., Anisimova I.N. Genetic diversity of barley accessions from East Asia for greenbug resistance. Plants (Basel). 2023a;12(22):3797. DOI: 10.3390/ plants12223797Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Akimova D.E., Anisimova I.N. Genetic diversity of barley accessions from East Asia for greenbug resistance. Plants (Basel). 2023a;12(22):3797. DOI: 10.3390/ plants12223797Радченко 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/ecogen105875Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Дятлова К.Д., Акимова Д.Е., Звейнек И.А. Разнообразие образцов ячменя из азиатской части Российской Федерации по устойчивости к обыкновенной злаковой тле. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023b;184(4):215-221. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-215-221Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Dyatlova K.D., Akimova D.E., Zveinek I.A. Diversity of barley accessions from the Asian part of Russia in greenbug resistance. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2023b;184(4):215-221. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-215-221Radchenko E.E., Alpatieva N.V., Chumakov M.A., Abdullaev R.A. Variability of the North Caucasian populations of the greenbug for host virulence and discovered by molecular markers. Russian Journal of Genetics. 2019;55(11):1417-1425. DOI: 10.1134/S1022795419110127Radchenko E.E., Alpatieva N.V., Chumakov M.A., Abdullaev R.A. Variability of the North Caucasian populations of the greenbug for host virulence and discovered by molecular markers. Russian Journal of Genetics. 2019;55(11):1417-1425. DOI: 10.1134/S1022795419110127Radchenko 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. Characterization of a new barley greenbug resistance gene Rsg4 in the Chinese landrace CI 2458. The Plant Genome. 2024;17(4):e20527. DOI: 10.1002/tpg2.20527Xu X., Mornhinweg D., Bai G., Li G., Bian R., Bernardo A. Characterization of a new barley greenbug resistance gene Rsg4 in the Chinese landrace CI 2458. The Plant Genome. 2024;17(4):e20527. DOI: 10.1002/tpg2.20527Xu 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., 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.2022.01.010Xu 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/csc2.20581

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