Устойчивость стародавней озимой мягкой пшеницы к желтой пятнистости

Актуальность. Наиболее эффективный и экологически безопасный способ борьбы с болезнями пшеницы – создание устойчивых сортов к их возбудителям. Для этого часто используют генофонд стародавних сортов (landraces) как источников генетического разнообразия важных для селекции признаков. В процессе селекции пшеницы на устойчивость к возбудителю желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs. (сокращенно Ptr) проводят отбор против доминантного аллеля Tsn1 - гена чувствительности к некроз-индуцирующему токсину Ptr ToxA, основному фактору патогенности Ptr, контролируемому геном ToxA. Цели исследования – охарактеризовать выборку образцов стародавней озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) из коллекции ВИР по устойчивости к различным популяциям Ptr, генотипировать образцы с использованием ДНК-маркера Xfcp623 гена Tsn1, выявить источники устойчивости к желтой пятнистости.

Материалы и методы. Изучено 67 образцов стародавней озимой мягкой пшеницы. Ювенильную устойчивость образцов к двум популяциям Ptr оценивали с использованием принятой в ВИЗР пятибалльной шкалы. Аллельное состояние Tsn1 идентифицировали методом ПЦР.

Результаты. Доминантные аллели Tsn1 обнаружены у 55% изученных образцов. Устойчивыми или умеренно устойчивыми к двум популяциям Ptr и ранее использованному для их характеристики изоляту из Краснодарского края были 17 образцов. Из них девять – с генотипом tsn1tsn1, восемь – Tsn1Tsn1, в основном относящиеся к агроэкологическим группам, предложенным Н. И. Вавиловым: «степная мягкая озимая пшеница (банатки)», «североевропейские лесные безостые мягкие пшеницы (сандомирки)» и «озимая горная мягкая кавказская пшеница».

Заключение. Выделенные 17 образцов, устойчивых к Ptr, являются источниками устойчивости к этому патогену. На исследованной выборке образцов не выявлено достоверной связи между аллельным состоянием гена Tsn1 у образца и его реакцией в ответ на заражение популяциями патогена, включающими изоляты с геном ToxA.

1. Ahmadi H., Solouki M., Fazeli-Nasab B., Heidari F., Sayyed R.Z. Internal Transcribed Spacer (ITS) regions: a powerful tool for analysis of the diversity of wheat genotypes. Indian Journal of Experimental Biology. 2022;60(2022):137-143.

2. Andrie R.M., Pandelova I., Ciuffetti L.M. A combination of phenotypic and genotypic characterization strengthens Pyrenophora tritici-repentis race identification. Phytopathology. 2007;97(6):694-701. DOI: 10.1094/PHYTO-97-6-0694

3. Ballance G.M., Lamari L., Bernier C.C. Purification and characterization of a host-selective necrosis toxin from Pyrenophora tritici-repentis. Physiological and Molecular Plant Pathology. 1989;35(3):203-213. DOI: 10.1016/0885-5765(89)90051-9

4. Breen S., McLellan H., Birch P.R.J., Gilroy E.M. Tuning the wavelength: manipulation of light signaling to control plant defense. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(4):3803. DOI: 10.3390/ijms24043803

5. Ciuffetti L.M., Manning V.A., Pandelova I., Betts M.F. Host-selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici-repentis–wheat interaction. New Phytologist. 2010;187(4):911-919. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2010.03362.x

6. 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

7. Cseh A., Poczai P., Kiss T., Balla K., Berki Z., Horváth Á. et al. Exploring the legacy of Central European historical winter wheat landraces. Scientific Reports. 2021;11(1):23915. DOI: 10.1038/s41598-021-03261-4

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. Корнюхин Д.Л., Митрофанова О.П., Михайлова Л.А., Коваленко Н.М. Генофонд староместных и стародавних селекционных сортов мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине, желтой и темно-бурой пятнистости (каталог). Санкт-Петербург: ВИЗР; 2013.

10. Lamari L., Bernier C.C. Toxin of Pyrenophora tritici repentis: host-specificity, significance in disease, and inheritance of host reaction. Phytopathology. 1989;79:740-744.

11. 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

12. Михайлова Л.А., Гультяева Е.И., Кокорина Н.М. Лабораторные методы культивирования возбудителя желтой пятнистости пшеницы Pyrenophora tritici-repentis. Микология и фитопатология. 2002;36(1):63-67.

13. Михайлова Л.А., Коваленко Н.М. Характеристика устойчивости мягкой и твердой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости Pyrenophora triticirepentis. Вестник защиты растений. 2009;(1):10-15.

14. 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

15. Oliver R.P., Friesen T.L., Faris J.D., Solomon P.S. Stagonospora nodorum: from pathology to genomics and host resistance. Annual Review of Phytopathology. 2012;50:23-43. DOI: 10.1146/annurev-phyto-081211-173019

16. Rees R.G., Platz G.J., Mayer R.J. Susceptibility of Australian wheats to Pyrenophora tritici-repentis. Australian Journal of Agricultural Research. 1987;39:141-151.

17. Strelkov S., Lamari L. Host–parasite interactions in tan spot (Pyrenophora tritici-repentis) of wheat. Canadian Journal of Plant Pathology. 2003;25(4):339-349. DOI: 10.1080/07060660309507089

18. Tehseen M.M., Tonk F.A., Tosun M., Istipliler D., Amri A., Sansaloni C.P. et al. Exploring the genetic diversity and population structure of wheat landrace population conserved at ICARDA Genebank. Frontiers in Genetics. 2022;13:900572. DOI: 10.3389/fgene.2022.900572

19. Tomas A., Feng G.H., Reeck G.R., Bockus W.W., Leach J.E. Purification of a cultivar-specific toxin from Pyrenophora tritici-repentis, causal agent of tan spot of wheat. Molecular Plant-Microbe Interactions. 1990;3(4):221-224.

20. Tuori R.P., Wolpert T.J., Ciuffetti L.M. Purification and immunological characterization of toxic components from cultures of Pyrenophora tritici-repentis. Molecular Plant-Microbe Interactions. 1995;8(1):41-48. DOI: 10.1094/mpmi8-0041

21. Вавилов Н.И. Мировые ресурсы сортов хлебных злаков, зерновых бобовых, льна и их использование в селекции. Опыт агроэкологического обозрения важнейших полевых культур. Москва; Ленинград: АН СССР; 1957.

22. Вавилов Н.И. Мировые ресурсы сортов хлебных злаков, зерновых бобовых, льна и их использование в селекции. Пшеница. Москва; Ленинград: Наука; 1964.

23. White T.J., Bruns T., Lee S., Taylor J. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. In: M.A. Innis, D.H. Gelfand, J.J. Sninsky, T.J. White (eds). PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications. London: Academic Press; 1990. p.315-322.

24. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. Москва: Наука; 1984.