Разнообразие новых российских сортов мягкой пшеницы по генам устойчивости к бурой ржавчине

Актуальность. Возделывание устойчивых сортов – эффективный метод защиты пшеницы от бурой ржавчины. Цель работы – охарактеризовать ювенильную устойчивость к бурой ржавчине сортов мягкой пшеницы, включенных в Государственный реестр селекционных достижений в 2021 г., идентифицировать у них Lr-гены с использованием молекулярных маркеров.

Материалы и методы. Материал включал 18 сортов озимой и 9 яровой мягкой пшеницы. Устойчивость в фазе проростков оценивали с использованием двух тест-клонов (kLr9 и kLr19) и краснодарской популяции Puccinia triticina Erikss. Молекулярные маркеры использовали для идентификации 18 Lr-генов.

Результаты и обсуждение. Высокий уровень устойчивости (балл 0 или 0;) показали сорта ‘Хамдан’, ‘Шарм’ и ‘Омская 44’; умеренный (балл 2, 2+) ‘Альбидум 2030’. Реакция сортов ‘Полина’, ‘Россыпь’, ‘Статус’, ‘Балкыш’ и ‘Богема’ варьировала. У изученных сортов не обнаружено ювенильных генов Lr9, Lr24, Lr25, Lr28, Lr29, Lr41, Lr47, Lr66 и генов устойчивости взрослых растений – Lr21 и Lr35. У высокоустойчивого сорта ‘Шарм’ маркеры идентифицируемых генов не выявлены. У ‘Хамдан’ присутствует малоэффективный ген Lr10 и ген частичной устойчивости Lr34, которые не обеспечивают защиту в фазе проростков. По-видимому, эти сорта имеют дополнительные гены устойчивости. Устойчивость к бурой ржавчине сорта ‘Омская 44’ обеспечивается сочетанием генов Lr19, Lr26, Lr1 и Lr3. У сорта ‘Немчиновская 85’ определен частично эффективный ген устойчивости взрослых растений Lr37. У других изученных сортов широко представлены гены Lr1, Lr3, Lr10, Lr26 и Lr34. 

1. Агроэкологический атлас России и сопредельных стран: экономически значимые растения, их вредители, болезни и сорные растения / под ред. А.Н. Афонина, С.Л. Грин, Н.И. Дзюбенко, А.Н. Фролова. [Интернет-версия 2.0]. 2008. URL: http://www.agroatlas.ru [дата обращения: 18.05.2022].

2. Агабаева А.Ч., Рсалиев Ш.С. Патогенные свойства возбудителя листовой ржавчины пшеницы (Puccinia triticiana Erikss.) в Казахстане. Новости науки Казахстана. 2013;1. URL: http://www.vestnik.nauka.kz/kz/selskoe-i-lesnoe-xozyajstvo/patogennye-svojstva-vozbuditelya-listovoj-rzhavchiny-pshenicy-puccinia-triticianaeriks-v-kazaxstane.php [дата обращения: 20.05.2022].

3. Беспалова Л.А., Кудряшов И.Н., Аулов А.Н., Пономарев Д.А., Команов Е.А. Сортовые структуры – системный фактор интенсификации селекции и производства зерна пшеницы. Земледелие. 2014;(5):41-43.

4. Brown-Guedira G., Singh S. . Mas Wheat. Marker Assisted Selection in Wheat.Leaf rust resistance gene Lr39: [site]. Available from: https://maswheat.ucdavis.edu/protocols/Lr39 [accessed on Mar. 22, 2022].

5. Chelkowski J., Golka L., Stepien L. Application of STS markers for leaf rust resistance genes in near-isogenic lines of spring wheat cv. Thatcher. Journal of Applied Genetics. 2003;44(3):323-338.

6. Cherukuri D.P., Gupta S.K., Charpe A., Koul S., Prabhu K.V., Singh R.B. et al. Molecular mapping of Aegilops speltoides derived leaf rust resistance gene Lr28 in wheat. Euphytica. 2005;143(1):19-26. DOI: 10.1007/s10681-005-1680-6

7. Dakouri A., McCallum B.D., Radovanovic N., Cloutier S. Molecular and phenotypic characterization of seedling and adult plant leaf rust resistance in a world wheat collection. Molecular Breeding. 2013;32(3):663-677. DOI: 10.1007/s11032-013-9899-8

8. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD анализа растительных геномов. Генетика. 1997;33(4):443-450.

9. Fritz A. Mas Wheat. Marker Assisted Selection in Wheat. Leaf rust resistance gene Lr21: [site]. Available from: http://maswheat.ucdavis.edu/protocols/Lr21 [accessed on Mar. 22. 2022].

10. Гультяева Е.И., Садовая А.С., Шайдаюк Е.Л. Молекулярно-генетический скрининг новых российских сортов мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине Вестник защиты растений. 2014;(1):26-29.

11. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у новых российских сортов мягкой пшеницы. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(2):15-27. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-2-o2

12. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Gannibal Ph.B. Leaf rust resistance genes in wheat cultivars registered in Russia and their influence on adaptation processes in pathogen populations. Agriculture. 2021;11(4):319. DOI: 10.3390/agriculture11040319

13. Gupta S.K., Charpe A., Koul S., Prabhu K.V., Haq Q.M.R. Development and validation of molecular markers linked to an Aegilops umbellulata–derived leaf-rust-resistance gene, Lr9, for marker-assisted selection in bread wheat. Genome. 2005;48(5):823-830. DOI: 10.1139/g05-051

14. Gupta S.K., Charpe A., Prabhu K.W., Haque Q.M.R. Identification and validation of molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2006;113(6):1027-1036. DOI: 10.1007/s00122-006-0362-7

15. Helguera M., Khan I.A., Dubcovsky J. Development of PCR markers for wheat leaf rust resistance gene Lr47. Theoretical and Applied Genetics. 2000;100:625-631. DOI: 10.1007/s001220051524

16. Helguera M., Khan I.A., Kolmer J., Lijavetzky D., Zhong-qi L., Dubcovsky J. PCR assays for the Lr37–Yr17–Sr38 cluster of rust resistance genes and their use to develop isogenic hard red spring wheat lines. Crop Science. 2003;43(5):1839-1847. DOI: 10.2135/cropsci2003.1839

17. Herrera-Foessel S., Singh R.P., Huerta-Espino J., William M., Rosewarne G., Djurle A. et al. Identification and mapping of Lr3 and a linked leaf rust resistance gene in durum wheat. Crop Science. 2007;47(4):1459-1466. DOI: 10.2135/cropsci2006.10.0663

18. Ячевский А.А. Болезни растений (фитопатология). Санкт-Петербург: Издание автора; 1910.

19. Kolmer J.A. Postulation of leaf rust resistance genes in selected soft red winter wheats. Crop Science. 2003;43(4):1266-1274. DOI: 10.2135/cropsci2003.1266

20. Lagudah E.S., McFadden H., Singh R.P., Huerta-Espino J. Bariana H.S., Spielmeyer W. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2006;114(1):21-30. DOI: 10.1007/s00122-006-0406-z

21. Mago R., Bariana H.S., Dundas I.S., Spielmeyer W., Lawrence G.J., Pryor A.J., et al. Development or PCR markers for the selection of wheat stem rust resistance genes Sr24 and Sr26 in diverse wheat germplasm. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111(3):496-504. DOI: 10.1007/s00122-005-2039-z

22. Mago R., Zhang P., Bariana H.S., Verlin U.K., Ellis J.G., Dundas I.S. Development of wheat lines carrying stem rust resistance gene Sr39 with reduced Aegilops speltoides chromatin and simple PCR markers for markerassisted selection. Theoretical and Applied Genetics. 2009;119(8):1441-50. DOI: 10.1007/s00122-009-1146-7

23. Marais G.F., Bekker T.A., Eksteen A., McCallum B., Fetch T., Marais A.S. Attempts to remove gametocidal genes cotransferred to common wheat with rust resistance from Aegilops speltoides. Euphytica. 2010;171(1):71-85. DOI: 10.1007/s10681-009-9996-2

24. Маркелова Т.С. Изучение структуры и изменчивости популяции бурой ржавчины пшеницы в Поволжье. № 4-6. АгроXXI; 2007. URL: https://www.agroxxi.ru/journal/20070406/20070406018.pdf [дата обращения: 27.05.2022].

25. McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat rusts: an atlas of resistance genes. Dordrecht: Kluwer; 1995.

26. Медведева А. Производство зерна в России 2020: структура посевных площадей и урожайность. АгроXXI; 2021. URL: https://www.agroxxi.ru/analiz-rynka-selskohozjaistvennyh-tovarov/proizvodstvozerna-v-rossii-2020-struktura-posevnyh-ploschadei-i-urozhainost.html [дата обращения: 22.03.2022].

27. Мешкова Л.В., Россеева Л.П., Коренюк Е.А., Белан И.А. Динамика распространения патотипа возбудителя бурой ржавчины, вирулентного к сортам пшеницы с геном Lr9 в Омской области. Микология и фитопатология. 2012;46(6):397-400.

28. Neu C., Stein N., Keller B. Genetic mapping of the Lr20-Pm1 resistance locus reveals suppressed recombination on chromosome arm 7AL in hexaploid wheat. Genome. 2002;45(4):737-744. DOI: 10.1139/g02-040

29. Новожилов К.В., Левитин М.М., Михайлова Л.А., Гультяева Е.И. Принципы использования исходного материала в селекции пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1998;(1):61-64.

30. Одинцова И.Г., Пеуша Х.О. О сложности локуса Lr23, контролирующего устойчивость пшеницы к бурой ржавчине. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1984;85:13-19.

31. Procunier J.D., Townley-Smith T.F., Fox S., Prashar S., Gray M., Kim W.K. et al. PCR-based RAPD/DGGE markers linked to leaf rust resistance genes Lr29 and Lr25 in wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Genetics and Breeding. 1995;49(1):87-92.

32. Qiu J.W., Schürch A.C., Yahiaoui N., Dong L.L., Fan H.J., Zhang Z.J. et al. Physical mapping and identification of a candidate for the leaf rust resistance gene Lr1 of wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2007;115(2):159-168. DOI: 10.1007/s00122-007-0551-z

33. Serfling A., Krämer I., Lind V., Schliephake E., Ordon F. Diagnostic value of molecular markers for Lr genes and characterization of leaf rust resistance of German winter wheat cultivars with regard to the stability of vertical resistance. European Journal of Plant Pathology. 2011;130:559-575. DOI: 10.1007/s10658-011-9778-2

34. Шаманин В.П., Потоцкая И.В., Трущенко А.Ю., Чурсин А.С., Кузьмина С.П., Кротова Л.А. Расширение генетического разнообразия генофонда яровой пшеницы. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012;5(91):13-16.

35. Сибикеев С.Н., Дружин А.Е. Пребридинговые исследования почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы с комбинацией транслокаций от Agropyron elongatum (Host.) P.B. и Aegilops ventricosa Tausch. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(3):310-315. DOI: 10.18699/VJ15.040

36. Сибикеев С.Н., Крупнов В.А. Эволюция листовой ржавчины и защита от нее пшеницы в Поволжье. Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2007;S(спецвыпуск):92-94.

37. Государственный реестр селекционных достижений. Госсорткомиссия: [site], URL: https://reestr.gossortrf.ru [дата обращения: 06.04.2022].

38. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва: Росинформагротех; 2022. URL: https://gossortrf.ru/wpcontent/uploads/2022/06/Реестр%20на%20допуск%20 2022.pdf [дата обращения: 06.04.2022].

39. Тырышкин Л.Г., Гультяева Е.И., Алпатьева Н.В., Крамер И. Идентификация эффективных генов устойчивости пшеницы Triticum aestivum L. к бурой ржавчине с помощью STS-маркеров. Генетика. 2006;42(6):812-817. DOI: 10.1134/S1022795406060111

40. Вавилов Н.И. Материалы к вопросу об устойчивости хлебных злаков против паразитических грибов. Труды селекционной станции при Московском сельскохозяйственном институте. 1913;(1):1-110.

41. Weng Y., Azhaguvel P., Devkota R.N., Rudd J.C. PCR-based markers for detection of different sources of 1AL.1RS and 1BL.1RS wheat-rye translocations in wheat background. Plant Breeding. 2007;126(5):482-486. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2007.01331.x

42. Жемчужина А.И., Киселева М.И., Жемчужина Н.С., Белякова С.В. Вирулентность популяций Puccinia triticina Erikss. в нечерноземной полосе России. Аграрная наука. 2019; 1:137-141. DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-137-141

43. Жемчужина А.И. Назарова Л.Н., Дымченко А.М. Устойчивость сортов озимой пшеницы к бурой ржавчине. Селекция и семеноводство. 1992;(1):6-11.