vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2019-4-152-158vir-nw-470Research ArticleИММУНИТЕТ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙIMMUNITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESСкрининг резистентных к мучнистой росе образцов ячменя из Эфиопии по устойчивости к абиотическим стрессорамScreening of powdery mildew resistant barley accessions from Ethiopia for tolerance to abiotic stressorsАбдуллаевР. А.AbdullaevR. A.

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

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

abdullaev.1988@list.ruЯковлеваО. В.YakovlevaO. V.

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

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

КосареваИ. А.KosarevaI. A.

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

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

РадченкоЕ. Е.RadchenkoE. E.

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

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

БаташеваБ. А.BatashevaB. A.

368612 Республика Дагестан, Дербентский район, с. Вавилово

Vavilovo Village, Derbentsky District, Republic of Dagestan 368612

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, Дагестанская опытная станция – филиал ВИРРоссияN.I. Vavilov Institute of Plant Genetic Resources, Dagestan Experiment Station of VIRRussian Federation2019080120201804152158Copyright © Абдуллаев Р.А., Яковлева О.В., Косарева И.А., Радченко Е.Е., Баташева Б.А., 20202020Абдуллаев Р.А., Яковлева О.В., Косарева И.А., Радченко Е.Е., Баташева Б.А.Abdullaev R.A., Yakovleva O.V., Kosareva I.A., Radchenko E.E., Batasheva B.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/470Актуальность

Актуальность. Анализ адаптивного потенциала культивируемого ячменя с целью использования выделенных и созданных в процессе работы новых генотипов является приоритетным научным направлением. Многими ценными биологическими и агрономическими качествами характеризуются ячмени Эфиопии, адаптированные к разнообразным почвенно-климатическим условиям. Особую ценность имеют генотипы, сочетающие устойчивость к вредным организмам и стрессорным факторам среды.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследовали устойчивость к неблагоприятным эдафическим факторам (хлоридное засоление, высокое содержание в почве токсичных ионов алюминия) коллекции образцов ячменя из Эфиопии, характеризующихся резистентностью к мучнистой росе. Устойчивость к абиотическим стрессорам оценивали в лабораторных экспериментах. При изучении солеустойчивости использовали рулонный метод оценки, основанный на учете торможения роста корней в условиях солевого (NaCl) стресса в сравнении с контрольными условиями, без засоления. Диагностику алюмочувствительности образцов ячменя проводили на ранних этапах развития растений с использованием корневого теста.

Результаты и выводы

Результаты и выводы. Выявлен полиморфизм ячменей Эфиопии по устойчивости к неблагоприятным эдафическим факторам. Выделен 21 новый источник устойчивости ячменя к действию токсичных ионов алюминия, из них образцы к-8552 и к-22933 отнесены к группе высокоустойчивых. Образцы к-17554, к-19975, к-20029, к-20048, к-22752, к-23450, к-25009 устойчивы к засолению почвы. Комплексной устойчивостью к мучнистой росе, токсичным ионам алюминия и хлоридному засолению почвы характеризуются образцы ячменя к-17554, к-22752 и к-25009.

Background

Background. Analyzing the adaptive potential of cultivated barley with the aim of using new genotypes selected and developed in the process of work is a priority trend in scientific research. The Ethiopian barleys adapted to a variety of soil and climate conditions are characterized by many valuable biological and agronomic traits. Of particular value are genotypes that combine resistance to harmful organisms and environmental stressors.

Materials and methods

Materials and methods. The collection accessions of Ethiopian barley possessing powdery mildew resistance were studied for tolerance to adverse edaphic factors (chloride salinity and high content of toxic aluminum ions in the soil). Resistance to abiotic stressors was assessed in laboratory experiments. In the study of salt tolerance, a ‘roll-based’ assessment technique was used, which takes into account the inhibition of root growth under salt (NaCl) stress conditions, compared with the reference conditions without salinization. Aluminum sensitivity of barley accessions was diagnosed in the early stages of plant development using the root test.

Results and conclusions

Results and conclusions. A polymorphism of Ethiopian barleys for resistance to adverse edaphic factors was revealed. Twentyone new sources of barley resistance to toxic aluminum ions were identified, of which accessions k-8552 and k-22933 were classified as highly resistant. Accessions k-17554, k-19975, k-20029, k-20048, k-22752, k-23450 and k-25009 proved resistant to soil salinization. Barley accessions k-17554, k-22752 and k-25009 were characterized by complex resistance to powdery mildew, toxic aluminum ions, and chloride soil salinity.

H ordeum vulgareBlumeria graminis f. sp. hordeiхлоридное засолениетоксичные ионы алюминияHordeum vulgareBlumeria graminis f. sp. hordeichloride salinitytoxic aluminum ionsИсследование выполнено при поддержке РФФИ (грант № 18-016-00075) и бюджетного проекта № 0662-2019-0006 «Структурирование и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводстве».ReferencesАбдуллаев Р.А., Косарева И.А., Радченко Е.Е. Лабораторный скрининг образцов ячменя из Дагестана по устойчивости к хлоридному засолению. Достижения науки и техники АПК. 2015;29(7):24-26.Abdullaev R.A., Kosareva I.A., Radchenko E.E. Laboratory screening of barley samples from Dagestan for resistance to chloride salinization. Achievements of Science and Technology of AIC, 2015;29(7):24-26. [in Russian]Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E. et al. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russian Agricultural Sciences. 2019;45(3):232-235. DOI: 10.3103/S1068367419030029Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E. et al. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russian Agricultural Sciences. 2019;45(3):232-235. DOI: 10.3103/S1068367419030029Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Анисимова И.Н., Губарева Н.К., Радченко Е.Е. Устойчивые к мучнистой росе образцы местного ячменя из Эфиопии. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2016;177(4):70-78. DOI: 10.30901/2227-8834-2016-4-70-78Alpatyeva N.V., Abdullaev R.A., Anisimova I.N., Gubareva N.K., Radchenko E.E. Local barley accessions from Ethiopia resistant to powdery mildew. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2016;177(4):70-78. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2016-4-70-78Bose J., Babourina O., Rengel Z. Role of magnesium in alleviation of aluminum toxicity in plants. Journal of Experimental Botany. 2011;62(7):2251-2264. DOI: 10.1093/jxb/erq456Bose J., Babourina O., Rengel Z. Role of magnesium in alleviation of aluminum toxicity in plants. Journal of Experimental Botany. 2011;62(7):2251-2264. DOI: 10.1093/jxb/erq456Bose J., Babourina O., Shabala S., Rengel Z. Low-pH and aluminum resistance in Arabidopsis correlates with high cytosolic magnesium content and increased magnesium uptake by plant roots. Plant and Cell Physiology. 2013;54(7):1093-1104. DOI: 10.1093/pcp/pct064Bose J., Babourina O., Shabala S., Rengel Z. Low-pH and aluminum resistance in Arabidopsis correlates with high cytosolic magnesium content and increased magnesium uptake by plant roots. Plant and Cell Physiology. 2013;54(7):1093-1104. DOI: 10.1093/pcp/pct064Clarkson D.T. Effect of aluminum on the uptake and metabolism of phosphorus by barley seedlings. Plant Physiology. 1966;41(1):165-172. DOI: 10.1104/pp.41.1.165Clarkson D.T. Effect of aluminum on the uptake and metabolism of phosphorus by barley seedlings. Plant Physiology. 1966;41(1):165-172. DOI: 10.1104/pp.41.1.165Давыдова Г.В., Коваль В.С., Лукьянова М.В. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 605. Ячмень. Характеристика селекционных и местных сортов на солеустойчивость. Санкт-Петербург: ВИР; 1991.Davydova G.V., Koval V.S., Lukyanova M.V. Catalogue of the VIR global collection. Issue ͮͨͭ. Barley. Characterization of breeding and local varieties for salt tolerance (Katalog mirovoy kollektsii VIR. Vypusk 605. Yachmen. Kharakteristika selektsionnykh i mestnykh sortov na soleustoychivost). St. Petersburg: VIR; 1991. [in Russian]Echart C.L., Barbosa-Neto J.F., Garvin D.F., Cavalli-Molina S. Aluminum tolerance in barley: methods for screening and genetic analysis. Euphytica. 2002;126(3):309-313. DOI: 10.1023/A:1019964410057Echart C.L., Barbosa-Neto J.F., Garvin D.F., Cavalli-Molina S. Aluminum tolerance in barley: methods for screening and genetic analysis. Euphytica. 2002;126(3):309-313. DOI: 10.1023/A:1019964410057Ellis R. P., Forster B.P., Gordon D.C., Handley L.L., Keith R.P., Lawrence P. et al. Phenotype/genotype associations for yield and salt tolerance in a barley mapping population segregating for two dwarfing genes. Journal of Experimental Botany. 2002;53(371):1163-1176. DOI: 10.1093/jexbot/53.371.1163.Ellis R. P., Forster B.P., Gordon D.C., Handley L.L., Keith R.P., Lawrence P. et al. Phenotype/genotype associations for yield and salt tolerance in a barley mapping population segregating for two dwarfing genes. Journal of Experimental Botany. 2002;53(371):1163-1176. DOI: 10.1093/jexbot/53.371.1163.Foy C.D, Fleming A.L., Bums G.R., Arminger W H. Characterization of differential aluminum tolerance among varieties of wheat and barley. Soil Science Society of America Journal. 1967;31(4):513-521. DOI: 10.2136/sssaj1967.03615995003100040027xFoy C.D, Fleming A.L., Bums G.R., Arminger W H. Characterization of differential aluminum tolerance among varieties of wheat and barley. Soil Science Society of America Journal. 1967;31(4):513-521. DOI: 10.2136/sssaj1967.03615995003100040027xГруздева Е.В., Яковлева О.В., Косарева И.А., Капешинский А.М., Терентьева И.А., Ковалева О.Н. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 701. Ячмень. Лабораторная оценка образцов ячменя на кислотоустойчивость (Al3+, Mn2+). Санкт-Петербург: ВИР; 1999.Gruzdeva E.V., Yakovleva O.V., Kosareva I.A., Kapeshinskiy A.M., Terentieva I.A., Kovaleva O.N. Catalogue of the VIR global collection. Issue ͯͨͩ. Barley. Laboratory assessment of barley accessions for acid resistance (Al3+, Mn2+) (Katalog mirovoy kollektsii VIR. Vypusk 701. Yachmen. Laboratornaya otsenka obraztsov yachmenya na kislotoustoychivost [Al3+, Mn2+]). St. Petersburg: VIR; 1999. [in Russian]Gyenis L., Yun J.S., Smith K.P., Steffenson B.J., Bossolini E., Sanguineti M.C. et al. Genetic architecture of quantitative trait loci associated with morphological and agronomic trait differences in a wild by cultivated barley cross. Genome. 2007;50(8):714-723. DOI: 10.1139/G07-054Gyenis L., Yun J.S., Smith K.P., Steffenson B.J., Bossolini E., Sanguineti M.C. et al. Genetic architecture of quantitative trait loci associated with morphological and agronomic trait differences in a wild by cultivated barley cross. Genome. 2007;50(8):714-723. DOI: 10.1139/G07-054Климашевский Э.Л. Физиолого-генетические основы агрохимической эффективности растений. В кн.: Физиологические основы селекции растений. Т. 2, ч. 1. Санкт-Петербург: ВИР; 1995. С.97-157.Klimashevskiy E.L. Physiological and genetic foundations of the agrochemical effectiveness of plants (Fiziologogeneticheskiye osnovy agrokhimicheskoy effektivnosti rasteniy). In: Physiological foundations of plant breeding (Fiziologicheskiye osnovy selektsii rasteniy). Vol. 2 (Pt 1). St. Petersburg: VIR; 1995. p.97-157. [in Russian]Kopittke P.M., Moore K.L., Lombi E., Gianoncelli A., Ferguson B.J., Blamey F.P.C. et al. Identification of the primary lesion of toxic aluminum in plant roots. Plant Physiology. 2015;167(4):1402-1411. DOI: 10.1104/pp.114.253229Kopittke P.M., Moore K.L., Lombi E., Gianoncelli A., Ferguson B.J., Blamey F.P.C. et al. Identification of the primary lesion of toxic aluminum in plant roots. Plant Physiology. 2015;167(4):1402-1411. DOI: 10.1104/pp.114.253229Коваль B.C., Ригин Б.В. Определение числа генов, контролирующих признак солеустойчивости ячменя (Hordeum vulgare L.). Доклады Академии наук. 1993;331(4):518-520.Koval V.S., Rigin B.V. Definition of the number of salt tolerance genes for barley (Hordeum vulgare L.). Proceedings of the Academy of Sciences. 1993;331(4):518-520. [in Russian]Лапина Л.П., Соколова T.B., Строгонов Б.П. Локализация хлора у гликофитов и галофитов при засолении. Физиология растений. 1980;27(2):278-286.Lapina L.P., Sokolova T.V., Stroganov B.P. Localization of chlorine in glycophytes and halophytes during salinization (Lokalizatsiya khlora u glikofitov i galofitov pri zasolenii). Fiziologiya rasteniy = Plant Physiology. 1980;27(2):278-286. [in Russian]Long N.V., Dolstra O., Malosetti M., Kilian B., Graner A, Visser R.G.F. et al. Association mapping of salt tolerance in barley (Hordeum vulgare L.). Theor Appl Genet. 2013;126(9):2335-2351. DOI: 10.1007/s00122-013-2139-0Long N.V., Dolstra O., Malosetti M., Kilian B., Graner A, Visser R.G.F. et al. Association mapping of salt tolerance in barley (Hordeum vulgare L.). Theor Appl Genet. 2013;126(9):2335-2351. DOI: 10.1007/s00122-013-2139-0Mano Y., Takeda K. Mapping quantitative trait loci for salt tolerance at germination and at the seedling stage of barley (Hordeum vulgare L). Euphytica. 1997;94(3):263-272. DOI: 10.1023/A:1002968207362Mano Y., Takeda K. Mapping quantitative trait loci for salt tolerance at germination and at the seedling stage of barley (Hordeum vulgare L). Euphytica. 1997;94(3):263-272. DOI: 10.1023/A:1002968207362McLean F.T., Gilbert B.E. The relative aluminum tolerance of crop plants. Soil Science. 1927;24:163-175.McLean F.T., Gilbert B.E. The relative aluminum tolerance of crop plants. Soil Science. 1927;24:163-175.Мещеряков А.И. Влияние кислотности и алюминия на рост растений. Труды ВИУА. 1937;16:166-182.Meshcheryakov A.I. The effect of acidity and aluminum on plant growth (Vliyaniye kislotnosti i alyuminiya na rost rasteniy). Trudy VIUA = Proceedings of the VIUA (Agrochemistry Research Institute). 1937;16:166-182. [in Russian]Minella E., Sorrells M.E. Inheritance and chromosome location of Alp, a gene controlling aluminum tolerance in Dayton barley. Plant Breeding. 1997;116(5):465-469. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1997.tb01032.xMinella E., Sorrells M.E. Inheritance and chromosome location of Alp, a gene controlling aluminum tolerance in Dayton barley. Plant Breeding. 1997;116(5):465-469. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1997.tb01032.xПанкова Е.И., Воробьева Л.А., Гаджиев И.М., Горохова И.И., Елизарова Т.Н., Королюк Т.В., Лопатовская О.Г., Новикова А.Ф., Решетов Г.Г., Скрипникова М.И., Славный Ю.А., Черноусенко Г.И., Ямнова И.А.. Засоленные почвы России. Москва: Академкнига; 2006.Pankova E.I., Vorobyva L.A., Gadjiev I.M., Gorokhova I.I., Elizarova T.N., Korolyuk T.V., Lopatovskaya O.G., Novikova A.F., Reshetov G.G., Skripnikova M.I., Slavnyi Yu.A., Chernousenko G.I., Yamnova I.A. Saline soils of Russia (Zasolennye pochvy Rossii). Moscow: Akademkniga; 2006. [in Russian]Ried D.A. Genetic control of reaction to aluminum in winter barley. In: Nilan R.A. (ed.). Barley genetics 2: Proceedings of 2 International Barley Genetics Symposium 1969 at Washington State University. Washington: Washington State University Press; 1971. p.409-413.Ried D.A. Genetic control of reaction to aluminum in winter barley. In: Nilan R.A. (ed.). Barley genetics 2: Proceedings of 2 International Barley Genetics Symposium 1969 at Washington State University. Washington: Washington State University Press; 1971. p.409-413.Rigin B.V., Yakovleva O.V. Genetic analysis of toxic aluminum ion tolerance in barley. Russian Journal of Genetics. 2006;42(3):301-305. DOI: 10.1134/S1022795406030100Rigin B.V., Yakovleva O.V. Genetic analysis of toxic aluminum ion tolerance in barley. Russian Journal of Genetics. 2006;42(3):301-305. DOI: 10.1134/S1022795406030100Семушина Л.А. Определение солеустойчивости ячменя: (методические указания). Ленинград: ВИР; 1980.Semushina L.A. Determination of salt tolerance in barley (guidelines). (Opredeleniye soleustoychivosti yachmenya [metodicheskiye ukazaniya]). Leningrad: VIR; 1980. [in Russian]Строгонов Б.П., Кабанов В.В., Шевякова Н.И. Структура и функции клеток растений при засолении. Москва; 1970.Stroganov B.P., Kabanov V.V., Shevyakova N.I. The structure and functions of plant cells during salinization (Struktura i funktsii kletok rasteniy pri zasolenii). Moscow; 1970. [in Russian]Tang Y, Sorells M.E., Kochian L.V., Garvin D.F. Identification of RFLP markers linked to the barley aluminum tolerance gene Alp. Crop Sci. 2000;40(3):778-782. DOI: 10.2135/cropsci2000.403778xTang Y, Sorells M.E., Kochian L.V., Garvin D.F. Identification of RFLP markers linked to the barley aluminum tolerance gene Alp. Crop Sci. 2000;40(3):778-782. DOI: 10.2135/cropsci2000.403778xУдовенко Г.В. Исследование физиологии устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1975;56(1):154-161.Udovenko G.V. Study of the physiology of plant resistance to adverse environmental conditions. Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 1975;56(1):154-161. [in Russian]Удовенко Г.В., Волкова А.М. Определение в раннем возрасте солеустойчивости зерновых злаков по комплексу ростовых параметров: (методические указания). Санкт-Петербург: ВИР; 1993.Udovenko G.V., Volkova A.M. Determination of salt tolerance of cereals at an early age by a complex of growth parameters (guidelines). (Opredeleniye v rannem vozraste soleustoychivosti zernovykh zlakov po kompleksu rostovykh parametrov [metodicheskie ukazaniya]). St. Petersburg: VIR; 1993. [in Russian]Wagatsuma T., Yamasaku K. Relationship between differential aluminum tolerance and plant induced pH change of medium among barley cultivars. Soil Science and Plant Nutrition. 1985;31(4):521-535. DOI: 10.1080/00380768.1985.10557461Wagatsuma T., Yamasaku K. Relationship between differential aluminum tolerance and plant induced pH change of medium among barley cultivars. Soil Science and Plant Nutrition. 1985;31(4):521-535. DOI: 10.1080/00380768.1985.10557461Winicov I. New molecular approaches to improving salt tolerance in crop plants. Annals of Botany. 1998;82(6):703-710. DOI: 10.1006/anbo.1998.0731Winicov I. New molecular approaches to improving salt tolerance in crop plants. Annals of Botany. 1998;82(6):703-710. DOI: 10.1006/anbo.1998.0731Яковлева О.В. Фитотоксичность ионов алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):315-331. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-315-331Yakovleva O.V. Phytotoxicity of aluminum ions. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2018;179(3):315-331. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-315-331Яковлева О.В., Капешинский А.М. Толерантность ячменя к токсичным ионам алюминия в условиях почвенной культуры. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;168:54-64.Yakovleva O.V., Kapeshinskiy A.M. Tolerance of barley to toxic ions of aluminum in the conditions of soil culture. Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 2011;168:54-64. [in Russian]Яковлева О.В., Капешинский А.М., Ковалева О.Н. Устойчивость культурного и дикого ячменя к действию токсичных ионов алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009;165:56-59.Yakovleva O.V., Kapeshinskiy A.M., Kovaleva O.N. Aluminum toxic ions tolerance in cultivated and wild barley. Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 2009;165:56-59. [in Russian]Яковлева О.В., Ковалева О.Н. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 824. Ячмень. Характеристика образцов ячменя по устойчивости к токсичным ионам алюминия (H+ + Al3+). Санкт-Петербург: ВИР; 2015.Yakovleva O.V., Kovaleva O.N. Catalogue of the VIR Global Collection. Issue 824. Barley. Characteristics of barley accessions for resistance to toxic aluminum ions (H+ + Al3+) (Katalog mirovoy kollektsii VIR. Vypusk 824. Yachmen. Kharakteristika obraztsov yachmenya po ustoychivosti k toksichnym ionam alyuminiya [H+ + Al3+]). St. Petersburg: VIR; 2015. [in Russian]

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