doi: 10.15389/agrobiology.2025.1.3rus
УДК 633.11:632.938.1:631.52
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 19-76-30005.
НОВЫЕ ИСТОЧНИКИ И ДОНОРЫ ПШЕНИЦЫ С ВЫСОКИМ ПОТЕНЦИАЛОМ КОМПЛЕКСНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ОСОБО ОПАСНЫМ БОЛЕЗНЯМ
В.П. СУДНИКОВА1, Ю.В. ЗЕЛЕНЕВА2 ✉, И.В. ГУСЕВ1,
Э.А. КОНЬКОВА3, Н.М. КОВАЛЕНКО2
Создание и внедрение в производство новых сортов пшеницы с комплексной устойчивостью к болезням — актуальная задача современной селекции. В настоящей работе в результате комплексной полевой и лабораторной оценки 18 селекционных линий яровой мягкой пшеницы селекции Среднерусского филиала ФНЦ им. И.В. Мичурина и 25 гибридов и сортов мягкой пшеницы отечественной и зарубежной селекции впервые выявлены образцы, устойчивые к основным возбудителям септориозных пятнистостей, пиренофороза, темно-бурой пятнистости, бурой и стеблевой ржавчины. Также с использованием молекулярных маркеров у более чем 20 образцов пшеницы был обнаружен рецессивный аллель tsn1, обеспечивающий устойчивость к токсину ToxA. Выявлены образцы, несущие рецессивный аллель snn1 устойчивости к токсину Tox1. Цель работы — иммунологическая оценка селекционного материала мягкой пшеницы по отношению к листостебельным болезням и идентификация генов устойчивости к токсинам фитопатогенов. Иммунологические испытания образцов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) проводили в 2021-2023 годах на стационарном участке Среднерусского филиала ФНЦ им. И.В. Мичурина, расположенном в северо-восточной части Центрально-Черноземного региона (Тамбовский р-н Тамбовской обл.). Материалом для иммунологических исследований в инфекционных питомниках служили 18 селекционных линий яровой мягкой пшеницы селекции Среднерусского филиала ФНЦ им. И.В. Мичурина — 1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-5, 3/16-20, 5/16-2-1, 5/16-2-2, 5/16-20, 6/16-2-1, 6/16-2-2, 12/16-4, 1/16-2, 1/16-3, 5/16-1, 5/16-5, 5/16-2, 10/16-1, 11/16-5, 17/16-1 и 25 гибридов и сортов мягкой пшеницы отечественной и зарубежной селекции — 31213 (США), 31228 (США), 31306 (США), 34950 (США), 49851 (США), 55196 (США), 51289 (США), 51829 (США), 55199 (США), 30287 (Мексика), 32164 (Мексика), 31821 (Мексика), 347071 (Мексика), 31765 (CIMMYT), 31964 (CIMMYT), 33832 (CIMMYT), 33402 (Бразилия), 3515 (Аргентина), 63325 (Франция), 34984 (Перу), 30579 (ICARDA), Биора (Россия), Лютесценс 537 (Россия), Эстивум 614 (Россия), 54208 (Россия) (в работе приводятся номера образцов по каталогу ФНЦ им. И.В. Мичурина). Для оценки образцов пшеницы возбудителями септориоза (Zymoseptoria tritici, Parastagonospora nodorum, P. pseudonodorum) и бурой ржавчины (Puccinia triticina) в полевых условиях создавали искусственный инфекционный фон. Поражение растений возбудителем пиренофороза (Pyrenophora tritici-repentis) оценивали при естественном заражении. Лабораторную оценку при искусственном заражении возбудителями бурой и стеблевой (P. triticina, P. graminis) ржавчин проводили через 8-10 сут с момента инокуляции. При лабораторной оценке селекционного материала на устойчивость/восприимчивость к септориозу в качестве инокулюма использовали споровую смесь изолятов грибов из коллекции ФГБНУ Всероссийского НИИ института защиты растений (ВИЗР, г. Санкт-Петербург—Пушкин): Z. tritici, P. nodorum, P. pseudonodorum, Septoria triticicola. Также в лабораторных условиях листья коллекционных образцов пшеницы заражали изолятами P. tritici-repentis (ToxA) и B. sorokiniana. Инокулюм каждого вида гриба состоял из смеси нескольких изолятов, полученных в 2022 году из коллекции ВИЗР. Материал P. tritici-repentis был собран в Саратовской области, B. sorokiniana — в Ленинградской области. Геномную ДНК из листьев 5-суточных проростков пшеницы выделяли стандартным методом СТАВ/хлороформ. После количественной оценки концентрацию ДНК нормализовали до 30 нг/мкл для проведения ПЦР. Образцы мягкой пшеницы были изучены на присутствие генов Tsn1/tsn1, Snn1/snn1. Показано, что ряд селекционных линий и гибридных форм обладали высокой устойчивостью к основным возбудителям септориозных пятнистостей, таким как Z. tritici (1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-5 и др.), P. nodorum (6/16-2-2, 12/16-4, 1/16-2 и др.), P. pseudonodorum (6/16-2-2, 12/16-4, 1/16-3 и др.) и S. triticicola (3/16-5, 11/16-5, 17/16-1 и др.). В результате полевых и лабораторных испытаний установлено, что большинство изученных образцов (95-100 %) проявили высокую устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине. Ряд селекционных линий и гибридов характеризовались устойчивостью к возбудителю пиренофороза (P. triticina-repentis) (1/16-5-1, 3/16-5, 3/16-20 и др.). Некоторые линии и гибриды обладали устойчивостью к возбудителю темно-бурой пятнистости (B. sorokiniana) (5/16-2-1, 5/16-2-2, 6/16-2-2 и др.). В исследуемом селекционном материале пшеницы выявлены гены устойчивости к двум важным токсинам фитопатогенов — ToxA и Tox1. Рецессивный аллель tsn1, обеспечивающий устойчивость к токсину ToxA, обнаружен более чем у 20 образцов пшеницы. Это два сорта (Биора, Лютесценс 537), 9 селекционных линий (1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-20, 5/16-20, 1/16-3, 5/16-1, 5/16-5, 10/16-1, 17/16-1) и 13 гибридных линий — 31228, 34950, 55196, 55199 (США); 30287, 31821, 347071 (Мексика); 31765, 31964 (CIMMYT); 33402 (Бразилия); 63325 (Франция); 34984 (Перу); 54208 (Россия). Образцами, которые несли рецессивный аллель snn1, обеспечивающий устойчивость к токсину Tox1, были сорт Эстивум 614, 8 селекционных линий (1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-5, 3/16-20, 5/16-20, 1/16-2, 1/16-3, 5/16-1) и 10 гибридных линий — 31228, 49851, 51289, 51829, 55199 (США); 32164 (Мексика); 33402 (Бразилия); 63325 (Франция); 34984 (Перу); 54208 (Россия). Линиями и гибридами, которые содержали оба гена tsn1 и snn1, что создавало комплексную защиту от двух токсинов, были 1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-20, 5/16-20, 1/16-3, 5/16-1 (Среднерусский филиал ФНЦ им. И.В. Мичурина); 31228, 55199 (США); 33402 (Бразилия); 63325 (Франция); 34984 (Перу); 54208 (Россия).
Ключевые слова: Triticum aestivum L., пшеница, бурая ржавчина, селекция, иммунитет, стеблевая ржавчина, септориоз, пиренофороз, темно-бурая пятнистость, Tsn1, Snn1, ПЦР.
V.P. Sudnikova1, Yu.V. Zeleneva2 ✉, I.V. Gusev1, E.A. Konkova3,
N.M. Kovalenko2
The development and introduction into production of new wheat varieties with complex resistance to diseases is an urgent task of modern breeding. This work is the first to identify samples resistant to the main pathogens of septoria blotch, tan spot, spot blotch, leaf and stem rust during comprehensive field and laboratory evaluations of 18 spring soft wheat breeding lines originated at the Central Russian branch of Michurin Federal Scientific Center, and 25 hybrids and varieties of soft wheat of domestic and foreign breeding. Using molecular markers, a recessive allele tsn1, providing resistance to the ToxA toxin, was detected in more than 20 wheat samples. Samples carrying the recessive allele snn1, providing resistance to the Tox1 toxin, were identified. The work objective was an immunological assessment of soft wheat breeding material resistance to leaf-stem diseases and identification of genes for resistance to phytopathogen toxins. Immunological tests of soft wheat (Triticum aestivum L.) samples were carried out in 2021-2023 at a stationary site of the Michurin Central Russian branch of the Federal Scientific Center located in the north-eastern part of the Central Black Earth Region (Tambov District, Tambov Province). The material for immunological studies in infectious nurseries were 18 breeding lines of spring soft wheat from the Central Russian branch of the Michurin Federal Scientific Center 1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-5, 3/16-20, 5/16-2-1, 5/16-2-2, 5/16-20, 6/16-2-1, 6/16-2-2, 12/16-4, 1/16-2, 1/16-3, 5/16-1, 5/16-5, 5/16-2, 10/16-1, 11/16-5, 17/16-1 and 25 hybrids and varieties of soft wheat of domestic and foreign selection 31213 (USA), 31228 (USA), 31306 (USA), 34950 (USA), 49851 (USA), 55196 (USA), 51289 (USA), 51829 (USA), 55199 (USA), 30287 (Mexico), 32164 (Mexico), 31821 (Mexico), 347071 (Mexico), 31765 (CIMMYT), 31964 (CIMMYT), 33832 (CIMMYT), 33402 (Brazil), 3515 (Argentina), 63325 (France), 34984 (Peru), 30579 (ICARDA), Biora (Russia), Lutescens 537 (Russia), Estivum 614 (Russia), 54208 (Russia) (the work provides sample numbers from the catalog of the Michurin Federal Scientific Center). To evaluate wheat samples with septoria tritici blotch (Zymoseptoria tritici, Parastagonospora nodorum, P. pseudonodorum) and leaf rust (Puccinia triticina) pathogens, an artificial infection load was created in field conditions. Plant damage by the tan spot (yellow leaf spot, Pyrenophora tritici-repentis) was evaluated under natural infection. Laboratory evaluation with artificial infection load of leaf and stem rust (P. triticina, P. graminis) pathogens was performed 8-10 days after inoculation. For laboratory evaluation of resistance/susceptibility to spot blotch, a spore mixture of fungal isolates from the collection of the All-Russian Research Institute of Plant Protection (St. Petersburg-Pushkin) was used as an inoculum (Z. tritici, P. nodorum, P. pseudonodorum, Septoria triticicola). In addition, in lab tests, the leaves of collection wheat samples were infected with isolates of P. tritici-repentis (ToxA) and B. sorokiniana. The inoculum of each fungal species contained a mixture of several isolates obtained in 2022 from the VIZR collection. The P. tritici-repentis material was collected in the Saratov Province, B. sorokiniana in the Leningrad Province. Genomic DNA was isolated from the leaves of 5-day-old wheat seedlings using the standard CTAB/chloroform method. After quantitative assessment, DNA concentration was normalized to 30 ng/μl for PCR. Wheat samples were examined for the presence of Tsn1/tsn1, Snn1/snn1 genes. A number of breeding lines and hybrid forms had high resistance to the main spot blotch pathogens Z. tritici (1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-5, etc.), P. nodorum (6/16-2-2, 12/16-4, 1/16-2, etc.), P. pseudonodorum (6/16-2-2, 12/16-4, 1/16-3, etc.) and S. triticicola (3/16-5, 11/16-5, 17/16-1, etc.). In field and laboratory tests most of the studied samples (95-100 %) showed high resistance to leaf and stem rust. A number of breeding lines and hybrids were resistant to the causative agent of tan spot (P. triticina-repentis) (1/16-5-1, 3/16-5, 3/16-20, etc.). Some lines and hybrids were resistant to the causative agent of spot blotch (B. sorokiniana) (5/16-2-1, 5/16-2-2, 6/16-2-2, etc.). In the studied wheat breeding material, genes for resistance to two important toxins of phytopathogens ToxA and Tox1 were identified. The recessive allele tsn1, providing resistance to the ToxA toxin, was identified in more than 20 wheat samples. These are two varieties (Biora, Lutescens 537), 9 selection lines (1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-20, 5/16-20, 1/16-3, 5/16-1, 5/16-5, 10/16-1, 17/16-1) and 13 hybrid lines 31228, 34950, 55196, 55199 (USA); 30287, 31821, 347071 (Mexico); 31765, 31964 (CIMMYT); 33402 (Brazil); 63325 (France); 34984 (Peru); 54208 (Russia). Other samples carried the recessive snn1 allele providing resistance to the Tox1 toxin, namely the Estivum 614 variety, 8 selection lines (1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-5, 3/16-20, 5/16-20, 1/16-2, 1/16-3, 5/16-1) and 10 hybrid lines 31228, 49851, 51289, 51829, 55199 (USA); 32164 (Mexico); 33402 (Brazil); 63325 (France); 34984 (Peru); 54208 (Russia). Lines and hybrids 1/16-5-1, 1/16-5-2, 3/16-20, 5/16-20, 1/16-3, 5/16-1 (Central Russian Branch of the Michurin Federal Scientific Center); 31228, 55199 (USA); 33402 (Brazil); 63325 (France); 34984 (Peru); 54208 (Russia) beared both tsn1 and snn1 genes, providing complex protection against two toxins.
Keywords: Triticum aestivum L., wheat, brown rust, selection, immunity, stem rust, spot blotch, pyrenophorosis, dark brown spot, Tsn1, Snn1, PCR.
1ФНЦ им. И.В. Мичурина, Среднерусский филиал, 2ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений, 3ФГБНУ Федеральный аграрный научный центр |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
