Разнообразие дагестанской популяции возбудителя желтой ржавчины пшеницы по вирулентности

Актуальность. В последние годы в Дагестане на образцах Triticum L. наблюдается высокое развитие желтой ржавчины, что позволяет отобрать высокоустойчивые генотипы. Информация об эффективности Yr-генов, вирулентности и расовом составе патогена необходима для корректной интерпретации результатов полевых оценок. Цель работы – охарактеризовать вирулентность дагестанской популяции Puccinia striiformis West. в фазе проростков; оценить устойчивость линий и сортов-дифференциаторов к желтой ржавчине в полевых условиях; провести идентификацию инвазивных рас PstS1 и PstS2.

Материалы и методы. Листья с урединиопустулами собраны с образцов мягкой пшеницы на Дагестанской опытной станции ВИР в 2020–2022 гг. Анализ вирулентности проводили в лабораторных условиях с использованием 14 AvYrлиний (Avocet NIL) и 15 сортов-дифференциаторов. Возрастную устойчивость тестеров вирулентности оценили в полевых условиях на высоком естественном инфекционном фоне. Набор SCAR-маркеров (SCP19M24a1, SCP19M24a2, SCP19M26a1, SCP19M26a2) применили для идентификации инвазивных рас.

Результаты и обсуждение. Устойчивость ко всем изолятам показали линии Av: Yr5, Yr10, Yr15, Yr24, Yr26 и сорт ‘Moro’ (Yr10, YrMor). Вирулентностью к Yr17 обладали изоляты с сортов ‘Граф’ и ‘Сварог’, несущих этот ген, и c сорта ‘Siete Cerros’. Дагестанская коллекция изолятов P. striiformis характеризовалась высоким генетическим разнообразием. Общие фенотипы отмечены на сорте ‘Граф’ в 2021 и 2020 г. Линии с генами Yr5, Yr8, Yr10, Yr15, Yr24 и сорта ‘Moro’, ‘Compair’, ‘Carstens’, ‘Spaldings Prolific’ характеризовались резистентностью к желтой ржавчине в полевых условиях во все годы исследований . Сорта ‘Reichersberg 42’, ‘Heines Peko Vilmorin 23’ были устойчивы в 2020 и 2022 г. и умеренно поражены (до 10%) в 2021 г. При молекулярном анализе выделено три изолята, относящихся к инвазивной группе PstS2. В 2021 г. эти изоляты обнаружены на сорте ‘Siete Cerros’ и линии Л 650, в 2022 г. – на сорте ‘Васса’.

1. Bouvet L., Holdgate S., James L., Thomas J., Mackay I.J., Cockram J. The evolving battle between yellow rust and wheat: implications for global food security. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135(3):741-753. DOI: 10.1007/s00122-021-03983-z

2. Chen X., Wang M., Wan A., Bai Q., Li M., López P.F. et al. Virulence characterization of Puccinia striiformis f. sp. tritici collections from six countries in 2013 to 2020. Canadian Journal of Plant Pathology. 2021;43 Suppl 2:308-322. DOI: 10.1080/07060661.2021.1958259

3. Chen X.M. Epidemiology and control of stripe rust [Puccinia striiformis f. sp. tritici] on wheat. Canadian Journal of Plant Pathology. 2005;27(3):314-337. DOI: 10.1080/07060660509507230

4. El Amil R., Ali S., Bahri B., Leconte M., de Vallavieille-Pope C., Nazari K. Pathotype diversification in the invasive PstS2 clonal lineage of Puccinia striiformis f. sp. tritici causing yellow rust on durum and bread wheat in Lebanon and Syria in 2010–2011. Plant Pathology. 2020;69(4):618-630. DOI: 10.1111/ppa.13164

5. Fontyn C., Zippert A.C., Delestre G., Marcel T.C., Suffert F., Goyeau H. Is virulence phenotype evolution driven exclusively by Lr gene deployment in French Puccinia triticina populations? Plant Pathology. 2022;71(7):1511-1524. DOI: 10.1111/ppa.13599

6. Gassner G., Straib W. Untersuchungen über die Infektionsbedingungen von Puccinia glumarum und Puccinia graminis. Arbeitsergebnissen der Biologischen Reichsanstalt für Landund Forstwirtschaft. 1929;16(4):609-629. [in German]

7. GRRC. Global Rust Reference Center. Stem and yellow rust genotyping and race analyses: [website]. Available from: https://agro.au.dk/forskning/internationale-platforme/wheatrust [accessed Mar. 01, 2023].

8. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Вирулентность российских популяций возбудителя желтой ржавчины пшеницы. Микология и фитопатология. 2020;54(4):299-304. DOI: 10.31857/S0026364820040042

9. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Абдуллаев К.М. Популяционно-генетическое исследование возбудителя бурой ржавчины пшеницы Puccinia triticina в Дагестане. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(2):140-150. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-2-140-150

10. Гасанова Г.М., Рустамов Х.Н. влияние желтой ржавчины на показатели качества зерна пшеницы мягкой (T. aestivum L.). Аграрная наука. 2019;(1):158-161. DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-158-161

11. Hovmøller M.S., Walter S., Bayles R.A., Hubbard A., Flath K., Sommerfeldt N. et al. Replacement of the European wheat yellow rust population by new races from the centre of diversity in the near-Himalayan region. Plant Pathology. 2016;65(3):402-411. DOI: 10.1111/ppa.12433

12. Justesen A.F., Ridout C.J., Hovmøller M.S. The recent history of Puccinia striiformis f. sp. tritici in Denmark as revealed by disease incidence and AFLP markers. Plant Pathology. 2002;51(1):13-23. DOI: 10.1046/j.0032-0862.2001.00651.x

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

14. Михайлова Л.А., Абдуллаев К.М., Шеломова Л.Ф. Изменение структуры популяции Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici в окрестностях Дербента (Дагестан) в 1970–1995 годах. Микология и фитопатология. 1997;31(2):71-77.

15. Михайлова Л.А, Гультяева Е.И., Мироненко Н.В. Методы исследований структуры популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы. В кн.: Сборник методических рекомендаций по защите растений. Санкт-Петербург: ВИЗР; 1998. C.105-126.

16. Milus E.A., Kristensen K., Hovmøller M.S. Evidence for increased aggressiveness in a recent widespread strain of Puccinia striiformis f. sp. tritici causing stripe rust of wheat. Phytopathology. 2009;99(1):89-94. DOI: 10.1094/PHYTO-99-1-0089 RustTracker.org. A Global Wheat Rust Monitoring System: [website]. Available from: https://rusttracker.cimmyt.org [accessed Mar. 01, 2023].

17. Sharma-Poudyal D., Chen X.M., Wan A.M., Zhan G.M., Kang Z.S., Cao S.Q. et al. Virulence characterization of international collections of the wheat stripe rust pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Disease. 2013;97(3):379-386. DOI: 10.1094/pdis-01-12-0078-re

18. Шайдаюк E.Л., Яковлева Д.Р., Aбдуллаев K.M., Пюккенен В.П., Гультяева E.И. Популяционно-генетические исследования Puccinia striiformis f. sp. tritici в Дагестане и на Северо-Западе России. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(3):173-181. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-174-181

19. Sinha P., Chen X. Potential infection risks of the wheat stripe rust and stem rust pathogens on barberry in Asia and Southeastern Europe. Plants. 2021;10(5):957. DOI: 10.3390/plants10050957

20. Walter S., Ali S., Kemen E., Nazari K., Bahri B.A., Enjalbert J. et al. Molecular markers for tracking the origin and worldwide distribution of invasive strains of Puccinia striiformis. Ecology and Evolution. 2016;6(9):2790-2804. DOI: 10.1002/ece3.2069

21. Wan A.M., Chen X.M., Yuen J. Races of Puccinia striiformis f. sp. tritici in the United States in 2011 and 2012 and comparison with races in 2010. Plant Disease. 2016;100(5):966-975. DOI: 10.1094/PDIS-10-15-1122-RE

22. Wang M.N., Chen X.M. First report of Oregon grape (Mahonia aquifolium) as an alternate host for the wheat stripe rust pathogen (Puccinia striiformis f. sp. tritici) under artificial inoculation. Plant Disease. 2013;97(6):839. DOI: 10.1094/PDIS-09-12-0864-PDN

23. Wellings C.R. Puccinia striiformis in Australia: a review of the incursion, evolution and adaptation of stripe rust in the period 1979–2006. Australian Journal of Agricultural Research. 2007;58(6):567-575. DOI: 10.1071/AR07130

24. Zhao J., Wang L., Wang Z., Chen X., Zhang H., Yao J. et al. Identification of eighteen Berberis species as alternate hosts of Puccinia striiformis f. sp. tritici and virulence variation in the pathogen isolates from natural infection of barberry plants in China. Phytopathology. 2013;103(9):927-934. DOI: 10.1094/PHYTO-09-12-0249-R