Triticum durum Desf. – ценный источник генов для расширения генетического разнообразия яровой мягкой пшеницы

Актуальность. Расширение генетического разнообразия генофонда вида Triticum aestivum L. за счет использования чужеродного хроматина, в том числе и от вида Triticum durum Desf., является важным элементом создания сортов мягкой пшеницы, отвечающих современным требованиям.

Материалы и методы. В изучение были включены интрогрессивные линии яровой мягкой пшеницы Л153, Л154 и Л155, созданные с участием сортов яровой мягкой пшеницы ‘Л503’ и ‘Л505’ и яровой твердой пшеницы мексиканской селекции ‘Yazi10’ и ‘Tarro’. Оценка линий включала фитопатологические, фенологические, генетические и технологические исследования, которые проводили по общепринятым методикам как в полевых, так и в лабораторных условиях. Для идентификации Lr-генов устойчивости к Puccinia triticina Erikss. sp. tritici у исследуемых линий использовали 17 ДНК-маркеров. Все полученные данные подвергали статистическому анализу, используя пакет селекционно-генетических программ Agros-2.10.

Результаты. Исследования интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы Л153, Л154 и Л155, созданных с участием сортов твердой пшеницы ‘Yazi10’ и ‘Tarro’, показали, что устойчивость этих линий к возбудителю листовой ржавчины обусловлена Lr-генами от сортов твердой пшеницы. Установлено влияние донора генов, а также сортов-реципиентов на ряд хозяйственно полезных признаков. Отмечен сорт-реципиент ‘Л505’, имеющий хорошие комбинационные способности.

Заключение. Интрогрессия хроматина от твердой пшеницы в генофонд яровой мягкой пшеницы позволила создать линии, устойчивые к местной популяции возбудителя листовой ржавчины, а также к некоторым тест-клонам этого патогена. Эти линии могут быть использованы как доноры неидентифицированных Lr-генов. Кроме этого, линия Л154 сочетает в себе хорошую продуктивность зерна и качество получаемой продукции.

1. Boeuf F. Contribution à l’étude du blé dur, particulièrement des variétés cultivées en Tunisie. Annales Service Botanique Tunisie. 1925;3:291-387. [in French]

2. Dyck P.L., Johnson R. Temperature sensitivity of genes for resistance in wheat to Puccinia recondite. Canadian Journal Plant Pathology. 1983;5(4):229-234. DOI: 10.1080/07060668309501601

3. Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale: [website]. Available from: http://www.wheatpedigree.net [accessed May 17, 2023].

4. GrainGenes. A Database for Triticeae and Avena: [website]. Available from: https://wheat.pw.usda.gov/ggpages/gopher/cwc/CommWheatCult/cwc4.html [accessed May 17, 2023].

5. Grasby C.W. A wheat enthusiast. Mr. Joseph Correll’s work. The originator of La Huguenot. The West Australian Saturday. February 24, 1912. Available from: https://trove.nla.gov.au/newspaper/article/23865373 [accessed May 17, 2023].

6. Гультяева Е.И. Методы идентификации генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине с использованием ДНК-маркеров и характеристика эффективности Lrгенов. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2012.

7. Гультяева Е.И., Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Шайдаюк Е.Л. Расширение генетического разнообразия сортов яровой мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине (Puccinia triticina Eriks.) в Нижнем Поволжье. Сельскохозяйственная биология. 2020;55(1):27-44. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.27eng

8. Hayes H.K., Parker J.H., Kurtzweil C. Genetics of rust resistance in crosses of T. vulgare with varieties of T. durum and T. dicoccum. Journal of Agricultural Research. 1920;19:523-542.

9. Herrera-Foessel S, Singh R.P., Huerta-Espino J., William H.M., Djurle A, Yuen J. Molecular mapping of a leaf rust resistance gene on the short arm of chromosome 6B of durum wheat. Plant Disease. 2008;92(12):1650-1654. DOI: 10.1094/PDIS-92-12-1650

10. Huerta-Espino J, Singh R.P., Villaseñor-Mir H.E., Ammar K. Mining sources of resistance to durum leaf rust among tetraploid wheat accessions from CIMMYT’s germplasm bank. Plants. 2023;12(1):49. DOI: 10.3390/plants12010049

11. Лебедева Т.В., Зуев Е.В. Генетический контроль ювенильной устойчивости к мучнистой росе образцов яровой мягкой пшеницы коллекции ВИР. Vavilovia. 2021;4(1):25-35. DOI: 10.30901/2658-3860-2021-1-25-35

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

13. Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16(2):89-120.

14. Маркелова Т.С. Изучение структуры и изменчивости популяции бурой ржавчины пшеницы в Поволжье. АгроXXI. 2007;(4-6):37-39. URL: https://www.agroxxi.ru/journal/20070406/20070406018.pdf [дата обращения: 17.05.2023].

15. McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Xia X.C., Raupp W.J. Catalogue of gene symbols for wheat: 2018 supplement. Annual Wheat Newsletter. 2018;64:73-93.

16. McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. (eds). Wheat rusts. An atlas of resistance genes. Dordrecht: Springer Netherlands; 1995.

17. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Proceedings of the 12th International Wheat Genetics Symposium; 8–13 September 2013; Yokohama, Japan. Springer Open; 2013. Available from: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/download.jsp [accessed May 17, 2023].

18. 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.

19. Пеуша Х.О., Одинцова И.Г., Шнайдер Т. Влияние температуры на экспрессивность гена Lr23, контролирующего устойчивость некоторых сортов мягкой пшеницы к бурой ржавчине. Известия Академии наук Эстонской ССР. Биология. 1982;31(3):208-210.

20. Плотникова Л.Я., Мешкова Л.В. Иммунологические особенности действия гена устойчивости пшеницы к бурой ржавчине Lr23. I. Фенотипическое проявление и компоненты частичной устойчивости. Микология и фитопатология. 2013;47(1):56-59.

21. Prins R., Marais G.F., Marais A.S., Janse B.J., Pretorius Z.A. A physical map of the Thinopyrum-derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39(5):96-126. DOI: 10.1139/g96-126

22. Qureshi N., Bariana H., Kumran V.V., Muruga S., Forrest K.L., Hayden M.J. et al. A new leaf rust resistance gene Lr79 mapped in chromosome 3BL from the durum wheat landrace Aus26582. Theoretical and Applied Genetics. 2018;131(5):1091-1098. DOI: 10.1007/s00122-018-3060-3

23. Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico: CIMMYT; 1992. Available from: http://hdl.handle.net/10883/1153 [accessed May 17, 2023].

24. Шехурдин А.П. Избранные сочинения. Москва: Сельхозиздат; 1961.

25. Сибикеев С.Н. Чужеродные гены в селекции яровой мягкой пшеницы на устойчивость к листовой ржавчине: дис. … докт. биол. наук. Саратов; 2002.

26. Сибикеев С.Н., Баукенова (Конькова) Э.А., Салмова М.Ф. Характеристика вирулентности возбудителя бурой ржавчины мягкой пшеницы в условиях Саратовской области. Аграрный научный журнал. 2020;(9):40-44. DOI: 10.28983/asj.y2020i9pp40-44

27. Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Андреева Л.В Изучение эффектов снижения отрицательного влияния 1BL-1RS транслокации на качество муки и хлеба у линий яровой мягкой пшеницы. Аграрный научный журнал. 2021;(6):27-33. DOI: 10.28983/asj.y2021i6pp27-33

28. Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Badaeva E.D., Shishkina A.A., Dragovich A.Y., Gultyaeva E.I. et al. Comparative analysis of Agropyron intermedium (Host) Beauv. 6Agi and 6Agi 2 chromosomes in bread wheat cultivars and lines with wheat– wheatgrass substitutions. Russian Journal of Genetics. 2017;53(3):314-324. DOI: 10.1134/S1022795417030115

29. Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Гультяева Е.И., Янковская А.А. Использование генпула твердой пшеницы в селекции яровой мягкой пшеницы. Российская сельскохозяйственная наука. 2020;(4):10-13. DOI: 10.31857/S250026272004002X

30. Sibikeev S.N., Krupnov V.A., Voronina S.A., Elesin V.A. First report of leaf rust pathotypes virulent to highly effective Lr-genes transferred from Agropyron species to bread wheat. Plant Breeding. 1996;115(4):276-278. DOI:10.1111/j.1439-0523.1996.tb00917.x

31. Вавилов Н.И. Избранные труды в пяти томах. Т. 4. Проблемы иммунитета культурных растений. Москва; Ленинград; 1964.

32. Вавилов Н.И. Значение межвидовой и межродовой гибридизации в селекции и эволюции. В кн.: Н.И. Вавилов. Избранные труды в пяти томах. Т. 2. Москва; Ленинград: АН СССР; 1960. С.444-460.