Резистентность интрогрессивных образцов мягкой пшеницы с генетическим материалом родов Triticum и Aegilops к ржавчинным болезням в Западной Сибири

Актуальность. Для защиты сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) от ржавчинных болезней актуально расширение генетической базы селекции за счет родственных видов.

Материалы и метолы. Материалом для исследований послужили 39 образцов яровой мягкой пшеницы с идентифицированными и неизвестными генами устойчивости к бурой и стеблевой ржавчинам (Lr и Sr) видов родов Triticum L. и Aegilops L. Оценку устойчивости образцов к ржавчинным болезням проводили в 2020–2024 гг. в полевых условиях Западной Сибири (г. Омск) или в лабораторных условиях на стадии проростков. При эпифитотии бурой и стеблевой ржавчины в 2024 г. образцы охарактеризовали с помощью показателей «Площадь под кривой развития болезни» (ПКРБ) и «Индекс устойчивости» (ИУ).

Результаты и заключение. Основная часть образцов была высокоустойчива к бурой и стеблевой ржавчинам в 2020– 2022 гг. На фоне эпифитотии 2024 г. высокую устойчивость к двум болезням проявили образцы ‘Дуэт’ (Lr9), KS90WGRC10 (Lr39), линии сорта ‘Thatcher’ (Tc) c идентифицированными генами Lr18, Lr28, Lr35/Sr39, Lr37/Sr38, Lr50, Lr51, а также ‘Pavon’ (Lr47), TA5602 (Lr57), Allard 52-1-1-17-1 (к-45165), ‘Yektay 406’, АНК-40. К стеблевой ржавчине были устойчивы ТсLr21, ТсLr22a, W2691 SR36TT1, ‘Вировка’, Allard 52-1-1-17-1, ‘Gouritz’, ‘Livanjka’, W2691 SR37TT2, ‘Гартус 598’, Wb. 58633, Лютесценс 849-81, Л-592, ‘Элемент 22’. В образцах Allard 52-1-1-17-1, ‘Gouritz’ и ‘Livanjka’ с помощью ПЦР-анализа идентифицирован ген Sr36. Устойчивые к болезням образцы имели низкую урожайность, что необходимо учитывать при их использовании в селекционных программах.

1. Baker L., Grewal S., Yang C.Y., Hubbart-Edwards S., Scholefield D., Ashling S. et al. Exploiting the genome of Thinopyrum elongatum to expand the gene pool of hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(7):22132226. DOI: 10.1007/s00122-020-03591-3

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. Баранова О.А., Адонина И.Г., Сибикеев С.Н. Молекулярноцитогенетическая характеристика новых интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы, устойчивых к стеблевой ржавчине. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(4):377-386. DOI: 10.18699/vjgb-24-43

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд. Москва: Агропромиздат; 1985.

5. Dyakov Yu.T. Population biology of phytopathogenic fungi (Populyatsionnaya biologiya fitopatogennykh gribov). Moscow: Muravey; 1998. [in Russian] (Дьяков Ю.Т. Популяционная биология фитопатогенных грибов. Москва: Муравей; 1998).

6. FAO. The impact of disasters and crises on agriculture and food security. Rome: FAO; 2021. DOI: 10.4060/cb3673en

7. Gultyaeva E., Gannibal Ph., Shaydayuk E. Long-term studies of wheat leaf rust in the North-Western Region of Russia. Agriculture. 2023;13(2):255. DOI: 10.3390/agriculture13020255

8. Gultyaeva E., Shaydayuk E., Shreyder E., Kushnirenko I., Shamanin V. Genetic diversity of promising spring wheat accessions from Russia and Kazakhstan for rust resistance. Plants. 2024;13(17):2469. DOI: 10.3390/plants13172469

9. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Gannibal Ph.B. Leaf rust resistance genes in wheat cultivars registered in Russia and their influence on adaptation processes in pathogen populations. Agriculture. 2021;11(4):319. DOI: 10.3390/agriculture11040319

10. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Shamanin V.P., Аkhmetova А.К., Tyunin V.A., Shreyder E.R. et al. Genetic structure of Russian and Kazakhstani leaf rust causative agent Puccinia triticina Erikss. populations as assessed by virulence profiles and SSR markers. Agricultural Biology. 2018;53(1):85-95. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.85eng

11. King J., Dreisigacker S., Reynolds M., Bandyopadhyay A., Braun H., Crespo-Herrera L. еt al. Wheat genetic resources have avoided disease pandemics, improved food security, and reduced environmental footprints: A review of historical impacts and future opportunities. Global Change Biology. 2024;30(8):e17440. DOI: 10.1111/gcb.17440

12. Койшыбаев М. Болезни пшеницы. Анкара: ФАО; 2018.

13. Коваленко Е.Д., Коломиец Т.М., Киселева М.И., Жемчужина А.И., Смирнова Л.А., Щербик А.А. Методы оценки и отбора исходного материала при создании сортов пшеницы устойчивых к бурой ржавчине: методические рекомендации ВНИИФ. Москва; 2012.

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

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. Мешкова Л.В. Вирулентность споровых образцов бурой ржавчины пшеницы в лесостепи Омской области. В кн.: «Молодежь и наука-2024: двигатель настоящего и залог успешного будущего»: материалы международной научнопрактической конференции: Т. 1. Петропавловск: СКУ им. М. Козыбаева; 2024. С.339-341.

17. Murashov V.V., Morozova Z.A. Comparative morphogenesis of Triticum timopheevii (Zhuk.) and synthetic octoploid species T. timonovum Heslot et Ferrary. Moscow University Biological Sciences Bulletin. 2008;63(3):127-133 DOI: 10.3103/s0096392508030073

18. Patpour M., Hovmøller M.S., Rodriguez-Algaba J., Randazzo B., Villegas D., Shamanin V.P. et al. Wheat stem rust back in Europe: diversity, prevalence and impact on host resistance. Frontiers in Plant Science. 2022;13:882440. DOI: 10.3389/fpls.2022.882440

19. Plotnikova L.Ya. Effect of benzothiadiazole, an inducer of systemic acquired resistance, on the pathogenesis of wheat brown rust. Russian Journal of Plant Physiology. 2009;56(4):517-526. DOI: 10.1134/S1021443709040116

20. Плотникова Л.Я., Кнауб В.В. Использование генетического потенциала родов Thinopyrum и Agropyron для защиты пшеницы от болезней и абиотических стрессов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(5):536-553. DOI: 10.18699/vjgb-24-60

21. Плотникова Л.Я., Мешкова Л.В., Гультяева Е.И., Митрофанова О.П., Лапочкина И.Ф. Тенденция преодоления устойчивости к бурой ржавчине интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Aegilops speltoides Tausch. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(5):560-567. DOI: 10.18699/VJ18.395

22. Плотникова Л.Я., Штубей Т.Ю. Эффективность генов возрастной устойчивости пшеницы к бурой ржавчине Lr22b, Lr34, Lr37 в Западной Сибири и цитофизиологическая основа их действия. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(1):123-131.

23. Prasad P., Savadi S., Bhardwaj S.C., Gupta P.K. The progress of leaf rust research in wheat. Fungal Biology. 2020;124(6):537-550. DOI: 10.1016/j.funbio.2020.02.013

24. Сколотнева Е.С., Кельбин В.Н., Моргунов А.И., Бойко Н.И., Шаманин В.П., Салина Е.А. Расовый состав новосибирской популяции Puccinia graminis f. sp. tritici. Микология и фитопатология. 2020;54(1):49-58. DOI: 10.31857/s0026364820010092

25. Сколотнева Е.С., Кельбин В.Н., Шаманин В.П., Бойко Н.И., Апарина В.А., Салина Е.А. Ген Sr38: значение для селекции мягкой пшеницы в условиях Западной Сибири. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021;25(7):740-745). DOI: 10.18699/VJ21.084

26. Skolotneva E.S., Kosman E., Kelbin V.N., Morozova E.V., Laprina Yu.V., Baranova O.A. et al. SSR variability of stem rust pathogen on spring bread wheat in Russia. Plant Disease. 2023;107(2):493-499. DOI: 10.1094/pdis-10-22-2373-re

27. Stakman E.C., Stewart D.M., Loegering W.Q. Identification of physiological races of Puccinia graminis f. sp. tritici. Washington, DC: USDA; 1962.

28. Zhan J., McDonald B.A. Experimental measures of pathogen competition and relative fitness. Annual Review of Phytopathology. 2013;51:131-153. DOI: 10.1146/annurev-phyto-082712-102302