Устойчивость сортов и линий яровой мягкой пшеницы к возбудителям септориозной, пиренофорозной и темно-бурой пятнистостей

Актуальность. Пятнистости зерновых культур – чрезвычайно вредоносные болезни в агроценозах Тамбовской области, существенно снижающие урожайность зерна. Цель работы – идентификация устойчивых к болезням сортов и линий яровой мягкой пшеницы, созданных в Среднерусском филиале ФНЦ имени И.В. Мичурина.

Материалы и методы. Материалом для исследования служили 3 сорта и 23 линии яровой мягкой пшеницы. Проростковую устойчивость образцов к болезням оценивали в лаборатории, взрослых растений – на естественном инфекционном фоне в 2020–2022 гг. С помощью молекулярного маркера Xfcp623 детектировали присутствие аллеля Tsn1, контролирующего чувствительность к токсину грибов PtrToxA.

Результаты и выводы. Выделили образцы, обладающие высокой устойчивостью к Zymoseptoria tritici (Л-8252, Л-82/60, Л-8107, Л-8078(23), Л-43-9, Л-43-1, Л-4, Stb-8/15, Stb-7/15, Stb-92); Parastagonospora nodorum (Stb-97, Stb-89, Stb-89(a), Stb-90, Stb-34, Rl-6-22); P. pseudonodorum (Л-8134, Л-8114, Л-82/60, Л-8107, Stb-10/15, Stb-9/15, Stb-8/15, Stb7/15, Stb-97, Stb-89, Stb-89(a), Stb-90, Stb-34, Rl-6-22); Pyrenophora tritici-repentis (Л-8252, Л-8107, Л-43-9, Л-43-1, Л-4, Stb-10/15, Stb-9/15, Stb-97, Stb-92, Stb-92(a), Stb-89, Stb-89(a), Stb-34) и Bipolaris sorokiniana (Л-8114, Л-82/60, Л-43-9, Л-43-1, Л-4, Stb-90, Stb-34, Rl-6-22). Сорта и селекционные линии характеризовались групповой устойчивостью к двум (сорта ‘Тамбовчанка’, ‘Памяти Плахотника’; линии Л-8252; Stb-92, Л-8114, Stb-10/15; Stb-9/15, Stb-8/15; Stb-7/15), трем (линии Л-82/60, Л-8107, Л-43-9; Л-43-1; Л-4, Stb-97; Stb-89; Stb-89(a), Stb-90; Rl-6-22; сорт ‘Среднерусская’) и четырем (линия Stb-34) патогенам. Линии Л-8252, Л-8134, Л-82/60, Л-8107, Л-8078 (23), Л-43-9, Л-43-1, Л-4, Stb-89, Stb-90, Stb-34, Л-33809-7-3 несут рецессивный аллель tsn1 и следовательно защищены от токсина PtrToxA четырех грибов: Parastagonospora nodorum, P. pseudonodorum, Pyrenophora tritici-repentis и Bipolaris sorokiniana.

1. Bankina B., Bimšteine G., Arhipova I., Kaneps J., Darguža M. Impact of crop rotation and soil tillage on the severity of winter wheat leaf blotches. Rural Sustainability Research. 2021;45(340):21-27. DOI: 10.2478/plua-2021-0004

2. Baranova O., Solyanikova V., Kyrova E., Kon’kova E., Gaponov S., Sergeev V. et al. Evaluation of resistance to stem rust and identification of Sr genes in Russian spring and winter wheat cultivars in the Volga Region. Agriculture. 2023;13(3):635. DOI: 10.3390/agriculture13030635

3. Chen L., Yao Q., Wang F., Pang Y., Lang X., Sun D. et al. Pathotype identification and virulence variation in Cochliobolus sativus in China. Plant Disease. 2022;106(2):585-594. DOI: 10.1094/PDIS-06-21-1248-RE

4. Ciuffetti L.M., Tuori R.P., Gaventa J.M. A single gene encodes a selective toxin causal to the development of tan spot of wheat. The Plant Cell. 1997;9(2):135-144. DOI: 10.1105/tpc.9.2.135

5. Croll D., Crous P.W., Pereira D., Mordecai E.A., McDonald B.A., Brunner P.C. Genome-scale phylogenies reveal relationships among Parastagonospora species infecting domesticated and wild grasses. Persoonia. 2021;46:116-128. DOI: 10.3767/persoonia.2021.46.04

6. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus. 1990;12(1):13-15.

7. Effertz R.J., Meinhardt S.W., Anderson J.A., Jordahl J.G., Francl L.J. Identification of a chlorosis-inducing toxin from Pyrenophora tritici-repentis and the chromosomal location of an insensitivity locus in wheat. Phytopathology. 2002;92(5):527-533. DOI: 10.1094/PHYTO.2002.92.5.527

8. Faris J.D., Zhang Z., Lu H., Lu S., Reddy L., Cloutier S. et al. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(30):13544-13549. DOI: 10.1073/pnas.1004090107

9. Ficke A., Cowger C., Bergstrom G., Brodal G. Understanding yield loss and pathogen biology to improve disease management: Septoria nodorum blotch – a case study in wheat. Plant Disease. 2018;102(4):696-707. DOI: 10.1094/PDIS-09-17-1375-FE

10. Friesen T.L., Holmes D.J., Bowden R.L., Faris J.D. ToxA is present in the U.S. Bipolaris sorokiniana population and is a significant virulence factor on wheat harboring Tsn1. Plant Disease. 2018;102(12):2446-2452. DOI: 10.1094/PDIS-03-18-0521-RE

11. Friesen T.L., Stukenbrock E.H., Liu Z., Meinhardt S., Ling H., Faris J.D. et al. Emergence of a new disease as a result of interspecific virulence gene transfer. Nature Genetics. 2006;38(8):953-956. DOI: 10.1038/ng1839

12. Haugrud A.R.P., Zhang Z., Friesen T.L., Faris J.D. Genetics of resistance to Septoria nodorum blotch in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(11):3685-3707. DOI: 10.1007/s00122-022-04036-9

13. Kariyawasam G.K., Richards J.K., Wyatt N.A., Running K.L.D., Xu S.S., Liu Z. et al. The Parastagonospora nodorum necrotrophic effector SnTox5 targets the wheat gene Snn5 and facilitates entry into the leaf mesophyll. New Phytologist. 2022;233(1):409-426. DOI: 10.1111/nph.17602

14. Харина А.В., Шешегова Т.К. Поиск устойчивого к септориозу исходного материала яровой мягкой пшеницы и анализ наследования признака. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(2):212-222. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.2.212-222

15. Ким Ю.С., Волкова Г.В. Желтая пятнистость листьев пшеницы: распространение, вредоносность, расовый состав (обзор). Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2020;2(50):105-116. DOI: 10.18286/1816-4501-2020-2-105-116

16. Коломиец Т.М., Пахолкова Е.В., Дубовая Л.П. Отбор исходного материала для создания сортов пшеницы с длительной устойчивостью к септориозу. Москва: Печатный город; 2017.

17. Коваленко Н.М., Зеленева Ю.В., Судникова В.П. Характеристика популяций Pyrenophora tritici-repentis, Parastagonospora nodorum и Parastagonospora pseudonodorum на территории Тамбовской области по наличию генов-эффекторов. Российская сельскохозяйственная наука. 2023;(2):52-57. DOI: 10.31857/S2500262723020114

18. Liu Z., Faris J.D., Oliver R.P., Tan K.C., Solomon P.S., McDonald M.C. et al. SnTox3 acts in effector triggered susceptibility to induce disease on wheat carrying the Snn3 gene. PLoS Pathogens. 2009;5(9):e1000581. DOI: 10.1371/journal.ppat.1000581

19. Liu Z., Zhang Z., Faris J.D., Oliver R.P., Syme R., McDonald M.C. et al. The cysteine rich necrotrophic effector SnTox1 produced by Stagonospora nodorum triggers susceptibility of wheat lines harboring Snn1. PLoS Pathogens. 2012;8(1):e1002467. DOI: 10.1371/journal.ppat.1002467

20. McDonald M.C., Solomon P.S. Just the surface: advances in the discovery and characterization of necrotrophic wheat effectors. Current Opinion in Microbiology. 2018;46:14-18. DOI: 10.1016/j.mib.2018.01.019

21. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск первый. Москва: Госсорткомиссия; 2019.

22. Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Желтая пятнистость пшеницы: методические указания по изучению возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis и устойчивости сортов. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2012.

23. Navathe S., Yadav P.S., Chand R., Mishra V.K., Vasistha N.K., Meher P.K. et al. ToxA–Tsn1 interaction for spot blotch susceptibility in Indian wheat: an example of inverse genefor-gene relationship. Plant Disease. 2020;104(1):71-81. DOI: 10.1094/PDIS-05-19-1066-RE

24. Пахолкова Е.В., Сальникова Н.Н., Панкратова Л.Ф., Коломиец Т.М. Иммунологическая оценка сортов яровой пшеницы селекции Касиб на устойчивость к возбудителю септориоза колоса Parastagonospora nodorum. Биосфера. 2022;14(4):355-358.

25. Richards J.K., Kariyawasam G.K., Seneviratne S., Wyatt N.A., Xu S.S., Liu Z. et al. A triple threat: the Parastagonospora nodorum SnTox267 effector exploits three distinct host genetic factors to cause disease in wheat. New Phytologist. 2022;233(1):427-442. DOI: 10.1111/nph.17601

26. Санин С.С., Ибрагимов Т.З., Стрижекозин Ю.А. Метод расчета потерь урожая пшеницы от болезней. Защита и карантин растений. 2018;(1):11-15.

27. Shi G., Zhang Z., Friesen T.L., Raats D., Fahima T., Brueggeman R.S. et al. The hijacking of a receptor kinase-driven pathway by a wheat fungal pathogen leads to disease. Science Advances. 2016;2(10):e1600822. DOI: 10.1126/sciadv.1600822

28. Sibikeev S.N., Gultyaeva E.I., Druzhin A.E., Andreeva L.V. The effect of the 7DL-7Ae#1L·7Ae#1S translocation on the productivity and quality of spring bread wheat grain. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(6):537-543. DOI: 10.18699/VJGB-22-65

29. Смурова С.Г. Новые источники и доноры устойчивости пшеницы к Cochliobolus sativus Drechs. ex Dastur: дис. … канд. биол. наук. Санкт-Петербург: ВИЗР; 2008.

30. Трухачева Н.В. Медицинская статистика: учебное пособие. Ростов-на-Дону: Феникс; 2017.

31. United Nations: [website]. Available from: https://www.un.org/en/un75/shifting-demographics [accessed Mar. 15, 2023].

32. Virdi S.K., Liu Z., Overlander M.E., Zhang Z., Xu S.S., Friesen T.L. et al. New insights into the roles of host gene-necrotrophic effector interactions in governing susceptibility of durum wheat to tan spot and Septoria nodorum blotch. G3 (Bethesda, Md.). 2016;6(12):4139-4150. DOI: 10.1534/g3.116.036525

33. Зеленева Ю.В., Аблова И.Б., Судникова В.П., Мохова Л.М., Конькова Э.А. Видовой состав возбудителей септориозов пшеницы в европейской части России и идентификация генов-эффекторов SnToxA, SnTox1 и SnTox3. Микология и фитопатология. 2022;56(6):441-447. DOI: 10.31857/S0026364822060113

34. Zhang Z., Running K.L.D., Seneviratne S., Haugrud A.R.P., SzaboHever A., Shi G. et al. A protein kinase-major sperm protein gene hijacked by a necrotrophic fungal pathogen triggers disease susceptibility in wheat. The Plant Journal. 2021;106(3):720-732. DOI: 10.1111/tpj.15194