Генетическое разнообразие образцов ячменя из стран Восточной Азии по устойчивости к мучнистой росе

Актуальность. Ячмень – одна из древних культур, которую в настоящее время возделывают более чем в 100 странах мира. Высокая адаптивность позволяет выращивать его в неблагоприятных для многих других сельскохозяйственных растений условиях среды. В то же время отрицательное влияние на урожайность и качество зерна могут оказывать грибные болезни. Негативное воздействие на растения ячменя оказывает большое число патогенов. Одним из наиболее вредоносных является гриб Blumeria graminis (DC.) Golovin ex Speer f. sp. hordei Marchal. Патоген может преодолевать устойчивость сортов, что приводит к значительным потерям урожая. Необходим постоянный поиск новых эффективных источников устойчивости к мучнистой росе для селекции ячменя.

Материал и методы. На взрослой стадии развития растений исследовали 950 коллекционных образцов ячменя из Восточноазиатского центра формообразования культуры. Скрининг и скрещивания экспериментального материала проводили на полях научно-производственной базы «Пушкинские и Павловские лаборатории ВИР» (Санкт-Петербург, Пушкин). Изучение генетического контроля устойчивости ячменя к B. graminis выполняли при искусственном заражении растений северо-западной популяцией гриба в климатической камере. При скрининге использовали балловые шкалы.

Результаты и выводы. Слабое развитие B. graminis в период колошения наблюдалось на растениях 38 образцов ячменя из Восточноазиатского генцентра. Высокой устойчивостью на всех стадиях развития характеризуются 20 генотипов, которые могут быть использованы в селекционных программах. Гены устойчивости 18 выделившихся форм различаются по эффективности на ювенильной стадии развития и в период колошения. Образцы к-3433, к-10931, к-10934, к-11608, к-17545, к-20272, к-20279, к-20354 и к-27867 имеют по одному доминантному гену устойчивости. Образцы к-11608, к-12278 и к-17545 защищены тождественным геном, а устойчивость образца к-3433 обусловлена геном, отличающимся от генов, имеющихся у образцов к-10931 и к-20279.

1. Абдуллаев Р.А., Анисимова И.Н., Ковалева О.Н., Радченко Е.Е. Ювенильная устойчивость ячменей из Восточноазиатского центра происхождения и доместикации культурных растений к мучнистой росе. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022:183(3);188-193. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-3-188-193

2. Czembor H.J., Czembor J.H. Resistance to powdery mildew in barley cultivars and breeding lines included in 1998–2000 Polish registration trials. Plant Breeding and Seed Science. 2001;45(1):21-41.

3. Dahiya S., Kumar S., Chaudhary C., Chaudhary C. Lodging: Significance and preventive measures for increasing crop production. International Journal of Chemical Studies. 2018:6(1);700-705.

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. Москва: Агропромиздат; 1985.

5. Giraldo P., Benavente E., Manzano-Agugliaro F., Gimenez E.J.A. Worldwide research trends on wheat and barley: A bibliometric comparative analysis. Agronomy. 2019;9(7):352. DOI: 10.3390/agronomy9070352

6. Gong X., Li C., Zhang G., Yan G., Lance R., Sun D. Novel genes from wild barley Hordeum spontaneum for barley improvement. In: G. Zhang, C. Li, X. Lui (eds). Advance in Barley Sciences: Proceedings of 11th International Barley Genetics Symposium. Dordrecht: Springer; 2013. p.69-86. DOI: 10.1007/978-94-007-4682-4_6

7. Gürel F.; Öztürk Z.N.; Uçarlı C., Rosellini D. Barley genes as tools to confer abiotic stress tolerance in crops. Frontiers in Plant Science. 2016;7:1137. DOI: 10.3389/fpls.2016.01137

8. Лоскутов И.Г., Ковалева О.Н., Блинова Е.В. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

9. Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.

10. Malik R., Kumar P., Verma R.P.S., Sheoran S., Kumar D., Kumar L. et al. Molecular strategies for managing disease resistance in barley. In: C. Kole (ed.) Genomic Designing for Biotic Stress Resistant Cereal Crops. Cham: Springer; 2021. p.177-212. DOI: 10.1007/978-3-030-75879-0_4

11. Marzani Q.A., Amin M.M., Fateh S.A. Evaluation the effects of powdery mildew caused by Blumeria graminis f. sp. hordei and cultivar on the barley lodging. European Journal of Plant Pathology. 2022;165(3):233-240. DOI: 10.1007/s10658-022-02601-y

12. Мережко А.Ф., Эзрохин Л.М., Юдин А.Е. Методические указания по эффективному методу опыления зерновых культур. Ленинград: ВИР; 1973.

13. Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Anisimova I.N. Genetic diversity of cereal crops for powdery mildew resistance. Ecological Genetics. 2020;18(1):59-78. DOI: 10.17816/ecogen14530

14. Радченко Е.Е., Звейнек И.А., Тырышкин Л.Г., Коновалова Г.С., Семенова А.Г. Хохлова А.П. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 751. Ячмень. Устойчивость образцов из Юго-Восточной Азии к вредителям и болезням. Санкт-Петербург: ВИР; 2004.

15. Tratwal A., Bocianowski J. Blumeria graminis f. sp. hordei virulence frequency and the powdery mildew incidence on spring barley in the Wielkopolska province. Journal of Plant Protection Research. 2014;54(1):28-35. DOI: 10.2478/jppr-2014-0005

16. Zakhrabekova S., Gough S.P., Braumann I., Müller A.H., Lundqvist J., Ahmann K. et al. Induced mutations in circadian clock regulator Mat-a facilitated short-season adaptation and range extension in cultivated barley. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012;109(11):4326-4331. DOI: 10.1073/pnas.1113009109

17. Zawieja B., Bakinowska E., Bichoński A., Pilarczyk W. Impact of cereal diseases on the qualitative traits of spring barley breeding lines. Biometrical Letters. 2017;54(1):77-90. DOI: 10.1515/bile-2017-0005

18. Звейнек И.А., Абдуллаев Р.А., Матвиенко И.И., Радченко Е.Е., Алпатьева Н.В. Идентификация аллеля eam8, ассоциированного со слабой чувствительностью к фотопериоду, у образцов ячменя из Японии. Экологическая генетика. 2022;20(2):101-109. DOI: 10.17816/ecogen106033