Линии генетической коллекции подсолнечника ВИР, устойчивые к ложной мучнистой росе

Актуальность. Ложная мучнистая роса (ЛМР), вызываемая грибом Plasmopara halstedii (Farl) Berl. & De Toni, – одно из самых вредоносных заболеваний подсолнечника (Helianthus annuus L.). Ежегодно из-за поражения патогеном теряется от 30 до 70% урожая семян. Создание линий, устойчивых к новым расам возбудителя, необходимо для селекции промышленных гибридов подсолнечника.

Материал и методы. В 2016–2018 гг. оценивали по устойчивости к ЛМР в полевых условиях Кубанской опытной станции – филиала ВИР 323 линии и 10 сортов коллекции подсолнечника. Контролем служила линия ВИР 845, поражаемая ЛМР во все годы наблюдений. Для идентификации генов устойчивости провели молекулярный анализ с использованием диагностических маркеров генов Pl_arg, Pl₆ и Pl₈, детерминирующих устойчивость к большинству известных рас P. halstedii.

Результаты. Сорта – родоначальники линий ВИР оказались неустойчивы в той или иной степени. Выявлены 39 линий, устойчивых в 2016 и 2018 г., из них 36 были поражены в 2017 г. Предполагается, что в 2017 г. имела распространение другая раса P. halstedii по сравнению с расами, преобладавшими в 2016 и 2018 г., в связи с чем гены, определявшие устойчивость в 2016 и 2018 г., оказались неэффективными. Линии ТА 716-18, ВИР 768, ВИР 800, полученные из межвидовых гибридов, демонстрировали отсутствие поражения в течение трех лет испытания. У большинства линий, показавших устойчивость в 2016 и 2018 г., детектированы маркеры генов Pl_arg, Pl₆ и Pl₈. У линий ВИР 768 и ВИР 800 маркеры отсутствовали, у ТА 716-18 обнаружены маркеры генов Pl_arg и Pl₈.

Заключение. В результате многолетнего исследования создана признаковая коллекция подсолнечника, включающая генотипированные линии с различными генами устойчивости к ЛМР. Линии ТА 716-18, ВИР 768 и ВИР 800 высокоустойчивы к патогену и, по-видимому, несут новые гены/аллели устойчивости, интрогрессированные от дикого вида.

1. Al-Chaarani G.R., Roustaee A.M., Gentzbittel L., Mokrani L., Barrault G., Dechamp-Guillaume G. et al. A QTL analysis of sunflower partial resistance to downy mildew (Plasmopara halstedii) and black stem (Phoma macdonaldii) by the use of recombinant inbred lines (RILs). Theoretical and Applied Genetics. 2002;104(2-3):490-496. DOI: 10.1007/s001220100742

2. Анащенко A.В. Методические указания по изучению мировой коллекции масличных культур. Подсолнечник / под ред. Г. Г. Давидяна. Ленинград: ВИР; 1978.

3. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Кузнецова Е.Б. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле: (методические указания) / под ред. Е.Е. Радченко. Санкт-Петербург: ВИР; 2018. DOI:10.30901/978-5-905954-81-8

4. Антонова Т.С., Ивебор М.В., Рожкова В.Т., Арасланова Н.М., Гаврилова В.А. Результаты оценки образцов подсолнечника коллекции ВИР на устойчивость к расам возбудителя ложной мучнистой росы, распространенным в Краснодарском крае. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2011;167:90-95.

5. Bouzidi M.F., Badaoui S., Cambon F., Vear F., de Labrouhe D.T., Nicolas P. et al. Molecular analysis of a major locus for resistance to downy mildew in sunflower with specific PCR-based markers. Theoretical and Applied Genetics. 2002;104(4):592-600. DOI: 10.1007/s00122-001-0790-3

6. Gascuel Q., Martinez Y., Boniface M.C., Vear F., Pichon M., Godiard L. The sunflower downy mildew pathogen Plasmopara halstedii. Molecular Plant Pathology. 2015;16(2):109-122. DOI: 10.1111/mpp.12164

7. Гаврилова В.А., Анисимова И.Н. Генетика культурных растений. Подсолнечник. Санкт-Петербург: ВИР; 2003.

8. Gavrilova V.A., Rozhkova V.T., Anisimova I.N. Sunflower genetic collection at the Vavilov Institute of Plant Industry. Helia. 2014;37(60):1-16. DOI: 10.1515/helia-2014-0001

9. Гаврилова В.А., Анисимова Н.И., Алпатьева Н.В., Рожкова В.Т., Ступникова Т.Г., Карабицина Ю.И., Кузнецова Е.Б. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 853. Генетическая коллекция подсолнечника. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

10. Dimitrijevic A., Horn R. Sunflower hybrid breeding: from markers to genomic selection. Frontiers in Plant Science. 2018;8:2238. DOI: 10.3389/fpls.2017.02238

11. Imerovski I., Dimitrijević A., Miladinović D., Jocić S., Dedić B., Cvejić S. et al. Identification and validation of breederfriendly DNA markers for Plarg gene in sunflower. Molecular Breeding. 2014;34(3):779-788. DOI: 10.1007/s11032-014-0074-7

12. Коршунова А.Ф. Мильдью подсолнечника. В кн.: Обзор распространения главнейших массовых вредителей и болезней сельскохозяйственных культур в 1959 г. и прогноз их появления в 1960 г. Москва: ВАСХНИЛ; 1960. C.144-146.

13. Li J.T., Yang J., Chen D.C., Zhang X.I., Tang Z.S. An optimized mini-preparation method to obtain high-quality geno mic DNA from mature leaves of sunflower. Genetics and Molecular Research. 2007;6(4):1064-1071.

14. Ma G., Song Q., Underwood W.R., Zhang Z., Jason D. Fiedler J.D. et al. Molecular dissection of resistance gene cluster and candidate gene identification of Pl17 and Pl19 in sunflower by whole-genome resequencing. Scientific Reports. 2019;9:14974. DOI: 10.1038/s41598-019-50394-81

15. Mouzeyar S., Tourvieille de Labrouhe D., Vear F. Effect of host-race combination on resistance of sunflower, Helianthus annuus L., to downy mildew Plasmopara halstedii. Journal of Phytopathology. 1994;141(3):249-258. DOI: 10.1111/j.1439-0434.1994.tb01468.x

16. Новотельнова Н.С. Ложная мучнистая роса подсолнечника. Москва; Ленинград: Наука; 1966

17. Pecrix Y., Buendia L., Penouilh-Suzette C., Maréchaux M., Legrand L., Bouchez O. et al. Sunflower resistance to multiple downy mildew pathotypes revealed by recognition of conserved effectors of the oomycete Plasmopara halstedii. The Plant Journal. 2019;97(4):730-748. DOI: 10.1111/tpj.14157

18. Pecrix Y., Penouilh-Suzette C., Muños S., Vear F., Godiard L. Ten broad spectrum resistances to downy mildew physically mapped on the sunflower genome. Frontiers in Plant Science. 2018;9:1780. DOI: 10.3389/fpls.2018.01780

19. Qi L.L., Foley M.E., Cai X.W., Gulya T.J. Genetics and mapping of a novel downy mildew resistance gene, Pl(18), introgressed from wild Helianthus argophyllus into cultivated sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics. 2016;129(4):741-752. DOI: 10.1007/s00122-015-2662-2

20. Qi L.L., Long Y.M., Jan C.C., Ma G.J., Gulya T.J. Pl(17) is a novel gene independent of known downy mildew resistance genes in the cultivated sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics. 2015;128(4):757-767. DOI: 10.1007/s00122-015-2470-8

21. Radwan O., Bouzidi M.F., Nicolas P. Mouzeyar S. Development of PCR markers for the Pl5/Pl8 locus for resistance to Plasmopara halstedii in sunflower, Helianthus annuus L. from complete CC-NBS-LRR sequences. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109:176-185. DOI: 10.1007/s00122-004-1613-0

22. Radwan O., Bouzidi M.F., Mouzeyar S. Molecular characterization of two types of resistance in sunflower to Plasmopara halstedii, the causal agent of downy mildew. Phytopathology. 2011;101(8):970-979. DOI: 10.1094/PHYTO-06-10-0163

23. Radwan O., Bouzidi M.F., Vear F., Phil ippon J., Tourvieille de Labrouhe D., Nicolas P. et al. Identification of non-TIRNBSLRR markers linked to the Pl5/Pl8 locus for resistance to downy mildew in sunflower. Theoretical and Applied Genetics. 2003;106(8):1438-1446. DOI: 10.1007/s00122-003-1196-1

24. Рамазанова С.А., Антонова Т.С. К вопросу о маркировании локусов Pl, контролирующих устойчивость подсолнечника к возбудителю ложной мучнистой росы. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2019;1(177):17-23). DOI: 10.25230/2412-608X-2019-1-177-17-23

25. Молекулярные маркеры генов Pl6, Pl13 и Plarg для использования в селекции подсолнечника на устойчивость к ложной мучнистой росе. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2020;3(183):20-27. DOI: 10.25230/2412-608X-2020-3-183-20-26

26. Spring O. Spreading and global pathogenic diversity of sunflower downy mildew – Review. Plant Protection Science. 2019;55(3):149-158. DOI: 10.17221/32/2019-PPS

27. Usatov A.V., Klimenko A.I., Azarin K.V., Gorbachenko O.F., Markin N.V., Tikhobaeva V.E. et al. DNA-markers of sunflower resistance to the downy mildew (Plasmopara halstedii). American Journal of Biochemistry and Biotechnology. 2014;10(2):125-129. DOI: 10.3844/ajbbsp.2014.125.129

28. Vear V. Classic genetics and breeding. In: J. Hu, G. Seiler, Ch. Kole (eds). Genetics, Genomics and Breeding of Sunflower. Enfield, NH: Science Publishers; 2010. p. 50-77.

29. Wieckhorst S., Bachlava E., Dussle C.M., Tang S., Gao W., Saski C. et al. Fine mapping of the sunflower resistance locus Plarg introduced from the wild species Helianthus argophyllus. Theoretical and Applied Genetics. 2010;121(8):1633-1644. DOI: 10.1007/s00122-010-1416-4