doi: 10.15389/agrobiology.2020.1.27rus
УДК 633.11:631.522/.524:632.4 (470.44/.47)
Исследования выполнены при финансовой поддержке проекта РФФИ № 18-016-00170.
РАСШИРЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОРТОВ
ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К БУРОЙ
РЖАВЧИНЕ (Puccinia triticina Eriks.) В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ
Е.И. ГУЛЬТЯЕВА1, С.Н. СИБИКЕЕВ2, А.Е. ДРУЖИН2, Е.Л. ШАЙДАЮК1
Бурая (листовая) ржавчина (возбудитель Puccinia triticina Erikss.) — значимое заболевание озимой и яровой пшеницы в Российской Федерации и других странах. Успешная защита пшеницы от бурой ржавчины возможна только за счет увеличения генетического разнообразия создаваемых сортов. Оно может быть достигнуто посредством эффективного комбинирования известных генов устойчивости или использования в гибридизации доноров новых генов устойчивости (Lr-генов), источниками которых служат виды родов Triticum и Aegilops. В НИИ сельского хозяйства Юго-Востока традиционно проводятся работы в этом направлении. На основе высокопродуктивных сортов яровой мягкой пшеницы собственной селекции (Прохоровка, Саратовская 29, Саратовская 55, Саратовская 68, Саратовская 70, Саратовская 73, Саратовская 74, Л503, Л505, Добрыня, Фаворит, Белянка, Воевода) создан перспективный селекционный материал, высокоустойчивый к бурой ржавчине. В представленном исследовании впервые рассмотрено генетическое разнообразие перспективных линий яровой мягкой пшеницы по генам устойчивости в условиях Нижнего Поволжья. Цель работы заключалась в изучении генетической детерминации признака устойчивости к бурой ржавчине у новых перспективных интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы, выявлении изменений в составе современных популяций возбудителя бурой ржавчины и определении перспективности использования имеющегося набора Lr-линий для селекции на устойчивость к бурой ржавчине в Поволжье. Материалом служили 42 интрогрессивные линии, полученные на основе высокоадаптивных сортовсаратовской селекции (НИИ сельского хозяйства Юго-Востока) и родственных мягкой пшенице видов. Донорами Lr-генов были линии Thahcher с генами Lr24, Lr29, Lr36 ,сорта с Lr37 и образцы видов Triticum dicoccum, T. kiharae, T. timopheevii, T. durum, T. petropavloskyi, T. persicum, Aegilops tauschii, Secalesereale и Agropyronelongatum. Идентификацию генов устойчивости к бурой ржавчине проводили с использованием фитопатологического метода и ДНК маркеров. Изученные линии яровой мягкой пшеницы характеризовались высоким генетическим разнообразием по устойчивости к бурой ржавчине. Среди них присутствовали носители известных Lr-генов, ранее не использованных в селекции яровой пшеницы в России (Л4 — Lr29), и носители предположительно новых Lr-генов, переданных от T. durum (Л8, Л39—Lr19 + LrTdur, Л25, Л19, Л11—Lr10 + Lr19 + LrTdur), T. persicum(Л38 — Lr19 + LrTpers), T. timopheevi (Л49 — Lr10 + LrTtim), Ae. tauschii (Л6 — Lr19 + LrAtau) и T. kiharae (Л33 — Lr3 + Lr19 + LrTkh). У Л10, Л13, Л46, Л24, Л48, Л5 и Л9 определена эффективная комбинация генов Lr19 + Lr26; у Л2, Л28, Л29 — Lr10 + Lr19 + Lr26; Л42 — Lr19 + Lr37; Л44 — Lr19 + Lr26 + Lr39; Л3 — Lr19 + Lr37 + Lr6Agi; Л4 — Lr19 + Lr6Agi; Л7 — Lr10 + Lr26 + Lr6Agi; Л45 — Lr10 + Lr19 + Lr39 + Lr6Agi; Л40 — Lr10 + Lr39 + Lr6Agi. Успех селекции пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине невозможен без изучения генетического состава популяции патогена по признаку вирулентности. Мы охарактеризовали вирулентность саратовской популяции P. triticina в 2017 и 2018 годах. Инфекционный материал был собран с растений восприимчивых сортов пшеницы, произрастающих в общем посеве с изучаемым набором линий. Высокой эффективностью обладали гены Lr9, Lr24, Lr28, Lr29, Lr39, Lr42, Lr45, Lr47, Lr50, Lr51, Lr53, Lr6Agi (тип реакции 0 и 0;). Линии с Lr28, Lr29, Lr39, Lr51, Lr6Agi также характеризовались высокой устойчивостью в полевых условиях. Следовательно, весь набор этих генов может представлять интерес для расширения генетического разнообразия выращиваемых в Поволжье сортов пшеницы. Изоляты, вирулентные для линии ТсLr19, имели умеренную представленность (в 2017 году — 16 %, в 2018 году — 20 %). Все изоляты, вирулентные для носителей Lr19, оказались авирулентными к Lr26, что подтверждает эффективность этой комбинации генов в защите пшеницы от бурой ржавчины. Таким образом, создан новый селекционный материал, сочетающий устойчивость к бурой ржавчине с адаптивностью к неблагоприятным факторам среды, продуктивностью и высоким качеством зерна. Выявлены линии с эффективными комбинациями известных Lr-генов, а также комбинациями известных Lr-генов с предположительно новыми чужеродными генами.
Ключевые слова: Puccinia triticina, вирулентность, авирулентность, Triticum aestivum, интрогрессивные линии, Lr-гены.
E.I. Gultyaeva1, S.N. Sibikeev2, A.E. Druzhin2, E.L. Shaydayuk1
Leaf rust (Puccinia triticina Eriks.) is the significant disease of winter and spring wheat in Russia. In the Volga region, the epiphytoties of this disease are observed on average once per three to four years. The genetic protection of wheat from leaf rust is a priority. Its successful practical implementation is possible only by the increasing of the genetic diversity of the commercial wheat cultivars, particularly by effective combinations of the known genes for resistance or use in the hybridization donors of new Lr-genes, from species of genera Triticum and Aegilops. On the basis of highly productive and adaptive spring bread wheat cultivars (Prokhorovka, Saratovskaya 29, Saratovskaya 55, Saratovskaya 68, Saratovskaya 70, Saratovskaya 73, Saratovskaya 74, L503, L505, Dobrynya, Favorite, Belyanka, Voevoda of Saratov Breeding Center) and alien species the introgression lines are derived which possess high resistance to leaf rust and are promising as breeding material. It was of interest to study the genetic determination of leaf rust resistance in these new lines and to evaluate their effect on the variability of P. triticina population for virulence in Saratov region. A total of 42 introgression lines were investigated. Donors of alien Lr-genes were the lines of cultivar Thahcher with Lr24, Lr29, Lr36 genes, and cultivars with Lr37 gene, and also species Triticum dicoccum, T. kiharae, T. timopheevii, T. durum, T. petropavloskyi, T. persicum, Aegilops tauschii, Secale sereale and Agropyron elongatum. Leaf rust resistance genes (Lr-genes) were identified by phytopathological tests and DNA markers. The studied lines of spring bread wheat showed high genetic diversity for leaf rust resistance. Among them, we have identified the carriers of known Lr-genes which have not yet been used in breeding of spring bread wheat in Russia (L4 with Lr29), and also the carriers of presumably new Lr-genes transferred from T. durum (L8, L39 for Lr19 + LrTdur, L25, L19, L11 for Lr10 + Lr19 + LrTdur), T. persicum (L38 for Lr19 + LrT.pers), T. timopheevii (L49 for Lr10 + LrT.tim), Ae. tauschii (L6 for Lr19 + LrA.tau), and T. kiharae (L33 for Lr3 + Lr19 + LrT.kh). Lines L10, L13, L46, L24, L48, L5 and L9 have the effective combination of Lr19 + Lr26 genes, L2, L28 L29 of Lr10 + Lr19 + Lr26, L42 of Lr19 + Lr37, L44 of Lr19 + Lr26 + Lr39, L3 of Lr19 + Lr37 + Lr6Agi, L4 of Lr19 + Lr6Agi, L7 of Lr10 + Lr26 + Lr6Agi, L45 of Lr10 + Lr19 + Lr39 + Lr6Agi, and L40 of Lr10 + Lr39 + Lr6Agi. The virulence of the pathogen of the Saratov population was characterized in 2017 and 2018. The samples were collected from susceptible wheat cultivars which grew together with the studied introgression lines. The Lr9, Lr24, Lr28, Lr29, Lr41, Lr42, Lr45, Lr47, Lr50, Lr51, Lr53,and Lr6Agi genes (infection type 0 and 0;) were highly effective. Lines with Lr28, Lr29, Lr41, Lr51, and Lr6Agi genes also showed high resistance under field conditions. Thus, all these genes are perspective for breeding in the Volga region to expand genetic diversity of wheat cultivars. The presence of the isolates virulent to TcLr19 lines was moderate, 16 % in 2017 and 20 % in 2018. All isolates virulent to Lr19 were avirulent to Lr26, which confirms the effectiveness of this combination of Lr-genes in plant protection from leaf rust. This research resulted in a novel breeding material that combines resistance to leaf rust with adaptability to environmental factors, productivity and grain quality. Its distinctive feature is new donors of resistance involved from related species. Among tested lines there are donors which effectively combine either known Lr-genes or known and supposedly new alien Lr-genes. The linkage of Lr19, Lr26, Lr34, Lr37 genes with effective genes for resistance to other diseases, in particular to stem rust, will determine the resistance of new lines to a complex of diseases.
Keywords: Puccinia triticina, virulence, avirulence, Triticum aestivum, introgression lines, Lr-genes.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений, |
Поступила в редакцию |
