Ювенильная устойчивость озимых и яровых сортов мягкой пшеницы к Pyrenophora tritici-repentis

   Актуальность. Возбудитель желтой пятнистости листьев пшеницы, гриб Pyrenophora tritici-repentis (Ptr), продолжает расширять свой ареал и наносить существенный урон урожаю. Устойчивые сорта пшеницы остаются наиболее эффективным и экологически безопасным средством защиты от этого заболевания.

   Цель исследования – охарактеризовать современные отечественные сорта мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по ювенильной устойчивости к географически различным популяциям Ptr и выделить источники устойчивости для селекции, определить наличие у сортов доминантных аллелей гена Tsn1 и их связь с восприимчивостью к Ptr.

   Материалы и методы. Оценивали устойчивость к Ptr 76 сортов озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР, четырех сортов озимой и 43 сортов яровой мягкой пшеницы из Поволжья. Инокулюмом служили изоляты краснодарской, тамбовской, татарстанской и алтайской популяций Ptr 2022 г. Доминантные аллели гена восприимчивости Tsn1 у пшеницы идентифицировали методом ПЦР с использованием маркера Xfcp623.

   Результаты. Сорта озимой и яровой мягкой пшеницы охарактеризованы по типу реакции листьев проростков к изолятам популяций Ptr и наличию/отсутствию доминантных аллелей гена Tsn1. Устойчивость к изолятам двух и трех популяций Ptr проявили 11 сортов озимой и 13 сортов яровой мягкой пшеницы. Показаны различия популяций Ptr по вирулентности, а озимых и яровых форм – по уровню устойчивости. Доминантные аллели гена Tsn1 идентифицированы у 26 сортов. Статистически значимой сопряженности между их присутствием и проявлением восприимчивости к Ptr не обнаружено.

   Заключение. Выявленное разнообразие сортов мягкой пшеницы по реакциям листьев проростков на заражение изолятами различных популяций Ptr, возможно, обусловлено их различиями по аллелям генов ювенильной устойчивости/восприимчивости к Ptr, а также наличием неизвестных еще генов-эффекторов в геноме патогена. Сорта, устойчивые к двум-трем популяциям Ptr, можно использовать как источники ювенильной устойчивости в селекции.

1. 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

2. Dinglasan E., Godwin I.D., Mortlock M.Y., Hickey L.T. Resistance to yellow spot in wheat grown under accelerated growth conditions. Euphytica. 2016;209(3):693-707. DOI: 10.1007/s10681-016-1660-z

3. Dinglasan E.G., Singh D., Shankar M., Afanasenko O., Platz G., Godwin I.D. et al. Discovering new alleles for yellow spot resistance in the Vavilov wheat collection. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(1):149-162. DOI: 10.1007/s00122-018-3204-5

4. Faris J.D., Abeysekara N.S., McClean P.E., Xu S.S., Friesen T.L. Tan spot susceptibility governed by the Tsn1 locus and race nonspecific resistance quantitative trait loci in a population derived from the wheat lines Salamouni and Katepwa. Molecular Breeding. 2012;30(4):1669-1678. DOI: 10.1007/s11032-012-9750-7

5. Faris J.D., Liu Z., Xu S.S. Genetics of tan spot resistance in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126(9):2197-2217. DOI: 10.1007/s00122-013-2157-y

6. 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

7. Friesen T.L., Faris J.D., Solomon P.S., Oliver R.P. Host-specific toxins: effectors of necrotrophic pathogenicity. Cell Microbiology. 2008;10(7):1421-1428. DOI: 10.1111/j.1462-5822.2008.01153.x

8. 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

9. Guo J., Shi G., Liu Z. Characterizing virulence of the Pyrenophora tritici-repentis isolates lacking both ToxA and ToxB genes. Pathogens. 2018;7(3):74. DOI: 10.3390/pathogens7030074

10. 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

11. Kokhmetova A., Sehgal D., Ali S., Atishova M., Kumarbayeva M., Leonova I. et al. Genome-wide association study of tan spot resistance in a hexaploid wheat collection from Kazakhstan. Frontiers in Genetics. 2021;11:581214. DOI: 10.3389/fgene.2020.581214

12. Kokhmetova A.M., Kremneva O.Y., Volkova G., Atishova M.N., Sapakhova Z. Evaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot. Journal of Plant Pathology. 2017;99(1):161-167. URL: https://elibrary.ru/item.asp?edn=xnmcgh&ysclid=lyr971jzpu192649490

13. Коваленко Н.М., Шайдаюк Е.Л., Гультяева Е.И. Характеристика устойчивости районированных сортов мягкой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости. Биотехнология и селекция растений. 2022;5(2):15-24. DOI: 10.30901/2658-6266-2022-2-o3

14. Kremneva O.Yu., Mironenko N.V., Volkova G.V., Baranova O.A., Kim Yu.S., Kovalenko N.M. Resistance of winter wheat varieties to tan spot in the North Caucasus region of Russia. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021;28(3):1787-1794. DOI: 10.1016/j.sjbs.2020.12.021

15. Маркелова Т.С., Иванова О.В. Устойчивость образцов яровой и озимой пшеницы к желтой пятнистости листьев в условиях нижнего Поволжья. Сельскохозяйственная биология. 2012;47(3):118-121.

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

17. 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.

18. Мироненко Н.В., Баранова О.А., Коваленко Н.М., Афанасенко О.С., Михайлова Л.А. Селективное влияние сортов пшеницы с геном Тsn1 на формирование популяции возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis. Вестник защиты растений. 2017;3(93):23-27.

19. Мироненко Н.В., Н.М. Коваленко Н. М., Баранова О.Л., Митрофанова О.П. Устойчивость стародавней озимой мягкой пшеницы к желтой пятнистости. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(4):205-214. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-205-214

20. Moreno M.V., Stenglein S., Perelló A.E. Distribution of races and Tox genes in Pyrenophora tritici-repentis isolates from wheat in Argentina. Tropical Plant Pathology. 2015;40(2):141-146. DOI: 10.1007%2Fs40858-015-0011-2

21. 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

22. 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.

23. See P.T., Marathamuthu K.A., Iagallo E.M., Oliver R.P., Moffat C.S. Evaluating the importance of the tan spot ToxA–Tsn1 interaction in Australian wheat varieties. Plant Pathology. 2018;67(5):1066-1075. DOI: 10.1111/ppa.12835

24. Singh P.K., Singh R.P., Duveiller E., Mergoum M., Adhikari T.B., Elias E.M. Genetics of wheat–Pyrenophora tritici-repentis interactions. Euphytica. 2010;171:1-13. DOI: 10.1007/s10681-009-0074-6

25. Strelkov S.E., 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

26. Tan K.C., Oliver R.P., Solomon P.S., Moffat C.S. Proteinaceous necrotrophic effectors in fungal virulence. Functional Plant Biology. 2010;37(10):907-912. DOI: 10.1071/FP10067

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