Генетическая защита образцов ячменя из Афганистана от обыкновенной злаковой тли

Актуальность. Возделывание генетически защищенных сортов ячменя рассматривается как наиболее экономичный способ борьбы с обыкновенной злаковой тлей Sсhizaphis graminum Rondani. К сожалению, этот опасный фитофаг способен довольно быстро преодолевать устойчивость растений. Богатым источником пополнения запаса новых эффективных генов резистентности могут быть образцы местного ячменя, поступившие в коллекцию Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова из стран Азии.

Материалы и методы. В лабораторных опытах с помощью балловой шкалы оценили устойчивость к краснодарской популяции насекомого 65 образцов ячменя из Афганистана и семи линий, которые были выделены ранее из гетерогенных местных образцов. Кроме того, изучили сорт ‘Post’ (к-31204, США, защищен геном Rsg1) и линии, выделенные из образцов к-15903, к-15600, к-16190 (Китай), к-4080, к-3885, к-3904 (Монголия) и сорта ‘Онохойский’ (к-16626, Россия, Бурятия), каждая из которых имеет по одному гену устойчивости, а также выделенную из сорта ‘Namji Milyang Native K647 1007’ (к-28129, Северная Корея) линию, защищенную доминантным и рецессивным генами. Наследование устойчивости у линий из Афганистана изучали с помощью тест-клонов S. graminum и гибридологического анализа.

Результаты и выводы. Восемь гетерогенных образцов из Афганистана содержат растения с высоким уровнем устойчивости к обыкновенной злаковой тле. В результате заселения ‘Post’ и семи линий, выделенных из афганских образцов, 93 клонами тли выявили 29 фенотипов вирулентности S. graminum. Устойчивость всех линий контролируют различные аллели, отличающиеся и от идентифицированных нами ранее. Эффективность генов, которыми защищены выделенные из афганских образцов линии, в большинстве случаев низка. Устойчивы к популяции тли две линии – 20209 и 22421. У линии 22421 выявлен моногенный доминантный контроль признака.

1. Абдуллаев Р.А., Баташева Б.А., Алпатьева Н.В., Чумаков М.А., Радченко Е.Е., Ковалева О.Н. и др. Устойчивость допущенных к использованию в России сортов ячменя к вредным организмам и токсичным ионам алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):120-127. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-120-127

2. Anstead J.A., Burd J.D., Shufran K.A. Over-summering and biotypic diversity of Schizaphis graminum (Homoptera: Aphididae) populations on noncultivated grass hosts. Environmental Entomology. 2003;32(3):662-667. DOI: 10.1603/0046-225X-32.3.662

3. Armstrong J.S., Mornhinweg D.W., Payton M.E., Puterka G.J. The discovery of resistant sources of spring barley, Hordeum vulgare ssp. spontaneum, and unique greenbug biotypes. Journal of Economic Entomology. 2016;109(1):434-438. DOI: 10.1093/jee/tov320

4. Azhaguvel P., Mornhinweg D., Vidya-Saraswathi D., Rudd J.C., Chekhovskiy K., Saha M. et al. Molecular mapping of greenbug (Schizaphis graminum) resistance gene Rsg1 in barley. Plant Breeding. 2014;133(2):227-233. DOI: 10.1111/pbr.12143

5. Edwards L.H., Smith E.L., Pass H., Morgan G.H. Registration of Post barley. Crop Science. 1985;25(2):363.

6. Gardenhire J.H., Chada H.L. Inheritance of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1961;1(5):349-352. DOI: 10.2135/cropsci1961.0011183X000100050016x

7. Gardenhire J.H., Tuleen N.A., Stewart K.W. Trisomic analysis of greenbug resistance in barley, Hordeum vulgare L. Crop Science. 1973;13(6):684-685. DOI: 10.2135/cropsci1973.0011183X001300060029x

8. Merkle O.G., Webster J.A., Morgan G.H. Inheritance of a second source of greenbug resistance in barley. Crop Science. 1987;27(2):241-243. DOI: 10.2135/cropsci1987.0011183X002700020023x

9. Puterka G.J., Peters D.C., Kerns D.L., Slosser J.E., Bush L., Worrall D.W. et al. Designation of two new greenbug (Homoptera: Aphididae) biotypes G and H. Journal of Economic Entomology. 1988;81(6):1754-1759. DOI: 10.1093/jee/81.6.1754

10. Радченко Е.Е. Злаковые тли. В кн.: Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. Методическое пособие. Москва: Россельхозакадемия; 2008. С.214-257.

11. Radchenko E.E., Abdullaev R.A., Akimova D.E., Anisimova I.N. Genetic diversity of barley accessions from East Asia for greenbug resistance. Plants (Basel). 2023a;12(22):3797. DOI: 10.3390/ plants12223797

12. Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Акимова Д.Е., Зайцева И.Ю. Генетическое разнообразие образцов ячменя из Монголии по устойчивости к обыкновенной злаковой тле. Экологическая генетика. 2022;20(3):175-182. DOI: 10.17816/ecogen105875

13. Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Дятлова К.Д., Акимова Д.Е., Звейнек И.А. Разнообразие образцов ячменя из азиатской части Российской Федерации по устойчивости к обыкновенной злаковой тле. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023b;184(4):215-221. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-215-221

14. Radchenko E.E., Alpatieva N.V., Chumakov M.A., Abdullaev R.A. Variability of the North Caucasian populations of the greenbug for host virulence and discovered by molecular markers. Russian Journal of Genetics. 2019;55(11):1417-1425. DOI: 10.1134/S1022795419110127

15. Radchenko E.E., Kuznetsova T.L., Chumakov M.A., Loskutov I.G. Greenbug (Schizaphis graminum) resistance in oat (Avena spp.) landraces from Asia. Genetic Resources and Crop Evolution. 2018;65(2):571-576. DOI: 10.1007/s10722-017-0554-9

16. Radchenko E.E., Kuznetsova T.L., Zveinek I.A., Kovaleva O.N. Greenbug resistance in barley accessions from East and South Asia. Russian Agricultural Sciences. 2014;40(2):117-120. DOI: 10.3103/S1068367414020177

17. Radchenko E.E., Odintsova I.G., Vlasova T.V. Inheritance of a weakly expressed greenbug resistance in sorghum. Russian Journal of Genetics. 2001;37(10):1144-1149. DOI: 10.1023/A:1012352521382

18. Radchenko E.E., Zubov A.A. Genetic diversity of sorghum in greenbug resistance. Russian Agricultural Sciences. 2007;33(4):223-225. DOI: 10.3103/S1068367407040039

19. Шапошников Г.Х. Эволюция тлей в связи со специализацией и сменой хозяев: дис. ... докт. биол. наук. Ленинград: Зоологический институт АН СССР; 1967.

20. Smith O.D., Schlehuber A.M., Curtis B.C. Inheritance studies of greenbug (Toxoptera graminum Rond.) resistance in four varieties of winter barley. Crop Science. 1962;2(6):489-491.

21. Xu X., Mornhinweg D., Bai G., Li G., Bian R., Bernardo A. Characterization of a new barley greenbug resistance gene Rsg4 in the Chinese landrace CI 2458. The Plant Genome. 2024;17(4):e20527. DOI: 10.1002/tpg2.20527

22. Xu X., Mornhinweg D., Bai G., Li G., Bian R., Bernardo A. et al. Characterization of Rsg3, a novel greenbug resistance gene from the Chinese barley landrace PI565676. The Plant Genome. 2023;16(1):e20287. DOI: 10.1002/tpg2.20287

23. Xu X., Mornhinweg D., Bernardo A., Li G., Bian R., Steffenson B.J. et al. Characterization of Rsg2.a3: A new greenbug resistance allele at the Rsg2 locus from wild barley (Hordeum vulgare ssp. spontaneum). The Crop Journal. 2022;10(6):1727-1732. DOI: 10.1016/j.cj.2022.01.010

24. Xu X., Mornhinweg D.W., Bai G., Steffenson B., Bian R., Li G. et al. Rsg1.a3: A new allele conferring unique resistance to greenbug Biotype H at the Rsg1 locus in Hordeum vulgare ssp. spontaneum. Crop Science. 2021;61(5):3578-3585. DOI: 10.1002/csc2.20581