Анализ устойчивости к стеблевой ржавчине и идентификация Sr-генов у интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы

Актуальность. В связи с увеличением вредоносности на территории Поволжья стеблевой ржавчины пшеницы (возбудитель – Puccinia graminis f. sp. tritici Erikss. & E. Henn.) и вероятностью заноса агрессивной расы Ug99 принципиальное значение приобретает оценка генетического разнообразия селекционного материала пшеницы и идентификация эффективных Sr-генов.
Материалы и методы. В работе анализировали 90 интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы селекции Федерального аграрного научного центра Юго-Востока, устойчивых к P. graminis f. sp. tritici. Для выявления генов устойчивости Sr24/Lr24, Sr25/Lr19, Sr26, Sr28, Sr31/Lr26, Sr32, Sr36, Sr38/Lr37, Sr39 и Sr57/Lr34 использовали молекулярные маркеры. Устойчивость растений анализировали по стандартным методикам, тип реакции определяли по шкале Стекмана.
Результаты. У селекционных линий яровой мягкой пшеницы идентифицированы гены Sr31/Lr26, Sr25/Lr19, Sr57/Lr34, Sr38/Lr37 и Sr39/Lr35. Ген Sr25 выявлен у 51 линии (56,7% изученных образцов), Sr31 – у 41 линии (45,6%), Sr57/Lr34 – у 5 линий, Sr38 – у 10 линий и Sr39 – у одной линии. Идентифицированы комбинации генов устойчивости: Sr31+Sr25 – у 28 линий (31,1%), Sr25+Sr38 – у 5 линий и Sr25+Sr39 – у одной линии. Гены Sr24/Lr24, Sr26, Sr28, Sr32 и Sr36 не выявлены.
Заключение. Выделены высокоустойчивые к P. graminis f. sp. tritici линии яровой мягкой пшеницы с перспективными комбинациями генов Sr31+Sr25, Sr25+Sr38 и Sr25+Sr39, которые могут быть использованы в российских селекционных программах.

1. Ashagre Z.A. Detection of wheat stem rust (Puccinia graminis f. sp. tritici) physiological races from major wheat producing regions of Ethiopia. Aquaculture and Fisheries Studies. 2022;4(3):1-6. DOI: 10.31038/AFS.2022433

2. Baranova O.A., Sibikeev S.N., Druzhin A.E. Molecular identification of the stem rust resistance genes in the introgression lines of spring bread wheat. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2019;23(3):296-303. DOI: 10.18699/VJ19.494

3. Баранова О.А., Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Созина И.Д. Потеря эффективности генов устойчивости к стеблевой ржавчине Sr25 и Sr6Agi на территории Нижнего Поволжья. Вестник защиты растений. 2021;104(2):105-112. DOI: 10.31993/2308-6459-2021-104-2-14994

4. Дружин А.Е. Сибикеев С.Н. Власовец Л.Т. Голубева Т.Д. Калинцева Т.В. Изучение хозяйственно ценных и адаптивных признаков у нового сорта яровой мягкой пшеницы Александрит, созданного методом интрогрессивной селекции. Успехи современного естествознания. 2018;(9):12-17. DOI: 10.17513/use.36859

5. Generalized Protocol for Race Analysis – Seedling Assays. Available from: https://www.fao.org/fileadmin/templates/rust/img/race_analysis_web.pdf [accessed June 08, 2021].

6. 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

7. Jin Y., Singh R.P., Ward R.W., Wanyera R., Kinyua M., Njau P. et al. Characterization of seedling infection types and adult plant infection responses of monogenic Sr gene lines to race TTKS of Puccinia graminis f. sp. tritici. Plant Disease. 2007;91(9):1096-1099. DOI: 10.1094/PDIS-91-9-1096

8. Kerber E.R., Dyke P.L. Transfer to hexaploid wheat of linked genes for adult-plant leaf rust and seedling stem rust resistance from amphiploid of Aegilops speltoides × Triticum monococcum. Genome. 1990;33:530-537.

9. 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

10. Lewis C.M., Persoons A., Bebber D.P., Kigathi R.N., Maintz J., Findlay K. et al. Potential for re-emergence of wheat stem rust in the United Kingdom. Communications Biology. 2018;1:13. DOI: 10.1038/s42003-018-0013-y

11. 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

12. Mago R., Zhang P., Bariana H.S., Verlin D.C., Bansal U.K., Ellis J.G. et al. Development of wheat lines carrying stem rust resistance gene Sr39 with reduced Aegilops speltoides chromatin and simple PCR markers for marker assisted selection. Theoretical and Applied Genetics. 2009;119(8):1441-1450. DOI: 10.1007/s00122-009-1146-7

13. Murray M.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research. 1980;8(19):4321-4325. DOI: 10.1093/nar/8.19.4321

14. Patpour M., Hovmøller M.S., Rodriguez-Algaba J., Randazzo B., Villegas D., Shamanin V.P. et al. Wheat stem rust back in Europe: diversity, prevalence and impact on host resistance. Frontiers in Plant Science. 2022;13:882440. DOI: 10.3389/fpls.2022.882440

15. Pretorius Z.A., Singh R.P, Wagoire W.W., Payne T.S. Detection of virulence to wheat stem rust resistance gene Sr31 in Puccinia graminis f. sp. tritici in Uganda. Plant Disease. 2000;84(2):203. DOI: 10.1094/PDIS.2000.84.2.203B

16. Prins R., Groenewald J.Z., Marais G.F., Snape J.W., Koebner R.M.D. AFLP and STS tagging of Lr19, a gene conferring resistance to leaf rust in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2001;103(4):618-624. DOI: 10.1007/PL00002918

17. Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT;1992.

18. Rouse M.N., Nava I.C., Chao S., Anderson J.A., Jin Y. Identification of markers linked to the race Ug99 effective stem rust resistance gene Sr28 in wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2012;125(5):877-885. DOI: 10.1007/s00122-012-1879-6

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

20. Stakman E.C, Steward D.M, Loegering W.Q. Identification of physiologic races of Puccinia graminis var. tritici. Washington, DC: USDA–ARS; 1962.

21. Tsilo T.J., Jin Y., Anderson J.A. Diagnostic microsatellite markers for detection of stem rust resistance gene Sr36 in diverse genetic backgrounds of wheat. Crop Science. 2008;48(1):253-261. DOI: 10.2135/cropsci2007.04.0204

22. Василова Н.З., Асхадуллин Дам.Ф., Асхадуллин Дан.Ф. Эпифитотия стеблевой ржавчины на яровой пшенице в Татарстане. Защита и карантин растений. 2017;(2):27-28.

23. 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