Использование молекулярно-генетического и фитопатологического методов для идентификации генов эффективной устойчивости к листовой ржавчине у образцов эгилопсов

Актуальность. Идентификация генов устойчивости к болезням является важнейшим этапом при рекомендации для использования образцов в селекции на резистентность. Для этого применяются три метода: гибридологический анализ, фитопатологический тест и ДНК-маркирование. Метод ПЦР-маркеров для идентификации генов устойчивости пшеницы и ее родичей к листовой ржавчине широко используется в нашей стране. Однако наличие фрагмента амплификации определенной длины вряд ли может рассматриваться как доказательство наличия гена устойчивости (вследствие рекомбинаций и мутаций в течение эволюции вида). Цель настоящего исследования – сравнение молекулярногенетического и фитопатологического методов идентификации эффективных генов ювенильной устойчивости к листовой ржавчине Lr9 и Lr41 у образцов трех видов рода Aegilops L.

Материалы и методы. Идентифицировали гены устойчивости Lr9 и Lr41 у сорока образцов рода Aegilops с помощью ПЦР при использовании праймеров J13 и GDM35 соответственно. Фитопатологический тест проводили при заражении проростков популяцией возбудителя и клонами гриба, вирулентными к линии пшеницы с геном Lr9.

Результаты и выводы. По результатам молекулярного маркирования ген Lr41 присутствует у двенадцати образцов Ae. tauschii Coss.; Lr9 – у четырех образцов Ae. umbellulata Zhuk. и четырех образцов Ae. biuncialis Vis. Все образцы Ae. tauschii, два образца Ae. umbellulata и три Ae. biuncialis, у которых по результатам молекулярного тестирования имеются эффективные гены резистентности, поражались популяцией патогена. Для трех образцов Ae. umbellulata, не имеющих гена Lr9 по результатам ДНК-маркирования, показано его наличиефитопатологическим тестом. Таким образом, наблюдаются значительные различия в постулировании генов резистентности к ржавчине Lr9 и Lr41 у образцов Aegilops при использовании фитопатологического теста и ДНК-маркирования.

1. Chelkowski J., Golka L., Stepien L. Application of STS markers for leaf rust resistance genes in near-isogenic lines of spring wheat cv. Thatcher. Journal of Applied Genetics. 2003;44(3):323-338.

2. Давоян Э.Р., Давоян Р.О., Бебякина И.В., Давоян О.Р., Зубанова Ю.С., Зинченко А.Н. и др. Идентификация генов устойчивости к листовой ржавчине в видах Aegilops L., синтетических формах и интрогрессивных линиях мягкой пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(1):116-122.

3. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD анализа растительных геномов. Генетика. 1997;33(4):443-450.

4. Дженин С.В., Лапочкина И.Ф., Жемчужина А.И., Коваленко Е.Д. Доноры устойчивости яровой мягкой пшеницы к бурой ржавчине и мучнистой росе с генетическим материалом видов Aegilops speltoides L., Aegilops triuncialis L., Triticum kiharae Dorof. et Migusch. Доклады РАСХН. 2009;5:3-7.

5. Edwards K., Johnstone C., Thompson C. A simple and rapid method for the preparation of plant genomic DNA for PCR analysis. Nucleic Acids Research. 1991;19(6):1349. DOI: 10.1093/nar/19.6.1349

6. Гайнуллин Н.Р., Лапочкина И.Ф., Жемчужина А.И., Киселева М.И., Коломиец Т.М., Коваленко Е.Д. Использование фитопатологического и молекулярно-генетического методов для идентификации генов устойчивости к бурой ржавчине у образцов мягкой пшеницы с чужеродным генетическим материалом. Генетика. 2007;43(8):1058- 1064.

7. Гультяева Е.И., Орина А.С., Ганнибал Ф.Б., Митрофанова О.П., Одинцова И.Г., Лайкова Л.И. Эффективность молекулярных маркеров для выявления генов Lr28, Lr35 и Lr47 у мягкой пшеницы. Генетика. 2014;50(2):147-156. DOI: 10.1134/S1022795414020069

8. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Рсалиев А.С. Идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у образцов яровой мягкой пшеницы российской и казахстанской селекции. Вестник защиты растений. 2019;3(101):41- 49. DOI: 10.31993/2308-6459-2019-3(101)-41-49

9. Колесова М.А. Характеристика образцов Aegilops biuncialis Viz. по ювенильной устойчивости к грибным болезням. Успехи современной науки. 2017;2(9):126-129.

10. Колесова М.А., Тырышкин Л.Г. Генетический контроль эффективной ювенильной устойчивости образцов Aegilops tauschii Coss. к листовым болезням. Доклады РАСХН. 2012;6:27-30.

11. Колесова М.А., Тырышкин Л.Г. Характеристика образцов рода Aegilops L. по эффективной устойчивости к болезням. Достижения науки и техники АПК. 2015;29(7):20-23.

12. Mains E.B., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16(1):89-120.

13. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Appels R., Xia X.S. Catalogue of gene symbols for wheat. 2013. Available from: http://www.shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/2013/GeneSymbol.pdf [accessed Jan. 18, 2020].

14. McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat: 2015-2016 supplement. 2016. Available from: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2015.pdf [accessed Jun. 25, 2019].

15. Pestsova E., Ganal M.W., Röder M.S. Isolation and mapping of microsatellite markers specific for the D genome of bread wheat. Genome. 2000;43(4):689-697. DOI: 10.1139/gen43-4-689

16. Schachermayr G., Sielder H., Gale M.D., Winzeler H., Winzeler M., Keller B. Identification and localisation of molecular markers linked to the Lr9 leaf resistance gene of wheat. Theoretical and Applied Genetics. 1994;88(1):110-115. DOI: 10.1007/BF00222402

17. Шишкин Н.В., Дерова Т.Г., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Определение генов устойчивости к бурой ржавчине у сортов озимой мягкой пшеницы с использованием традиционных и современных методов исследований. Зерновое хозяйство России. 2018; 5(59):63-67. DOI: 10.31367/2079-8725-2018-59-5-63-67

18. Singh S., Franks C.D., Huang L., Brown-Guedira G.L., Marshall D.S., Gill B.S. et al. Lr41, Lr39, and a leaf rust resistance gene from Aegilops cylindrica may be allelic and are located on wheat chromosome 2DS. Theoretical and Applied Genetics. 2004;108(4):586-591. DOI: 10.1007/s00122-003-1477-8

19. Тырышкин Л.Г. Наличие ДНК-маркеров как критерий постуляции Lr-генов устойчивости пшеницы Triticum aestivum L. к листовой ржавчине Puccinia triticina Erikss.: критический взгляд. Сельскохозяйственная биология. 2010;45(3):76-81.

20. Тырышкин Л.Г. Генетический контроль эффективной ювенильной устойчивости коллекционных образцов пшеницы Triticum aestivum L. к бурой ржавчине. Генетика. 2006;42(3):377-384.

21. Тырышкин Л.Г., Колесова М.А. Возможность идентификации гена устойчивости к листовой ржавчине Lr41 у образцов Aegilops L. с использованием молекулярного ДНК-маркера Xgdm35. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2009;16:23-26).

22. Tyryshkin L.G., Kolesova M.A., Chikida N.N., Ibragimova M.H. Juvenile resistance to diseases in Aegilops tauschii Coss. samples. Cereal Research Communications. 2006;34(2- 3):1067-1072. DOI: 10.1556/CRC.34.2006.2-3.239

23. Тырышкин Л.Г., Сюков В.В., Захаров В.Г., Зуев Е.В., Гашимов М.Э., Колесова М.А. и др. Источники эффективной устойчивости мягкой пшеницы и ее родичей к грибным болезням – поиск, создание и использование в селекции. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;170:186-199.

24. Урбанович О.Ю., Малышев С.В., Долматович Т.В., Картель Н.А. Определение генов устойчивости к бурой ржавчине в сортах пшеницы (Triticum aestivum L.) с использованием молекулярных маркеров. Генетика. 2006;42(5):675-683.