doi: 10.15389/agrobiology.2025.3.485rus
УДК 633.11:632.4:577.2
Исследования выполнены в рамках государственного задания ВИЗР, проект FGEU-2025-0005. Семенной материал 12 яровых сортов мягкой пшеницы был передан в ВИЗР в рамках государственного задания FGEM-2022-0009 «Структурирование и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводстве».
ПОТЕНЦИАЛ СОВРЕМЕННЫХ РОССИЙСКИХ СОРТОВ
ОЗИМОЙ И ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ (Triticum aestivum L.)
ДЛЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ОТ БУРОЙ И ЖЕЛТОЙ РЖАВЧИНЫ
Е.И. ГУЛЬТЯЕВА1 ✉, Е.Л. ШАЙДАЮК1, Е.В. ЗУЕВ2
Бурая и желтая ржавчина — высоковредоносные болезни мягкой пшеницы. Возделывание резистентных сортов — экологически безопасный метод борьбы с этими патогенами. Для успешной генетической защиты необходима информация об устойчивости возделываемых сортов пшеницы и их генетическому разнообразию. Иммуногенетическое изучение устойчивости к бурой ржавчине у новых российских сортов проводятся во Всероссийском НИИ защиты растений (ВИЗР) с 2000 года. В настоящем исследовании впервые описаны новые российские районированные сорта мягкой пшеницы по ювенильной устойчивости к бурой и желтой ржавчинам и проведено их генотипирование с использованием молекулярных маркеров Lr и Yr-генов. Цель работы — охарактеризовать отечественные сорта озимой и яровой мягкой пшеницы, впервые включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в 2024 году, по устойчивости к возбудителям бурой и желтой ржавчины и по составу Lr и Yr генов, идентифицированных с использованием молекулярных маркеров. Материалом для исследований служили 28 озимых и 16 яровых сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Опыты проводили в ФГБНУ ВИЗР в 2024 году. Для инокуляции растений использовали 4 монопустульных изолята Puccinia triticina (тест-клоны) с разными характеристиками вирулентности и географическим происхождением: изолят Pt1 былвыделен из челябинской популяции P. triticina в 2022 году и отнесен к расе TLTTR, изолят Pt2 получен из саратовской популяции в 2022 году и представлен расой TGTTT, изолят Pt3 выделен из краснодарской популяции в 2023 году и отнесен к расе THTTR, изолят Pt4 получен из дагестанской популяции в 2023 году и соответствует расе МНТКН. Между собой тест-клоны различались вирулентностью/авирулентностью к линиям с генами Lr2a, Lr2b, Lr2c, Lr9, Lr15, Lr19 и Lr26. Устойчивость к желтой ржавчине изучали при инокуляции пятью изолятами P. striiformis. Изолят Pst1 выделен из дагестанской популяции патогена в 2023 году, изолят Pst2 — из краснодарской в 2021 году, изолят Pst3 — из ленинградской в 2021 году, изолят Pst4 — из саратовской в 2023 году, изолят Pst5 — из новосибирской в 2021 году. Изоляты различались вирулентностью/авирулентностью в отношении изогенных линий AvYr 1, 7, 17, 27 и сортам-дифференциаторам Chinese 166, Strubes Dickkopf, Hybrid 46, Reichersberg 42, Nord Desprez, Carstens V, Heines VII. В экспериментах с P. triticina для заражения использовали 8-10-суточные проростки (фаза 1-го листа), с P. striiformis — 11-14-суточные проростки (фаза появления 2-го листа). Учет типа реакции на заражение P. triticina проводили через 9-10 сут, P. striiformis — через 16-18 сут. Для определения типа реакции к бурой ржавчине использовали шкалу E.B. Mains и H.S. Jackson; желтой ржавчины — шкалу G. Gassner и W. Straib. Растения с баллами 0, 1, 2 относили к устойчивым (R), с баллами 3, 4 (S) — к восприимчивым. Молекулярные маркеры применили для идентификации 20 Lr-генов — Lr1, Lr3, Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr21, Lr24, Lr25, Lr26, Lr28, Lr29, Lr34, Lr35, Lr37, Lr41(39), Lr47, Lr51, Lr66, Lr6Agi2, восьми Yr-генов — Yr5, Yr9, Yr10, Yr15, Yr17, Yr18, Yr24, Yr60 и пшенично-ржаной транслокации 1AL.1RS с неизвестными Lr и Yr-генами. Устойчивость ко всем изолятам P. triticina показали семь (25 %) озимых (Верочка, КВС Эмиль, Ольшанка, Ставропольская 7, Эмма, Эн Альтаис, Эн Исида) и пять (37 %) яровых (Агрономическая 5, Загора новосибирская, КВС Карузум, Кинельская звезда, Мельница) сортов. Число сортов, устойчивых к возбудителю желтой ржавчины, было значительно ниже. Только один озимый сорт КВС Эмиль показал резистентность к используемым изолятам P. striiformis. Высокой эффективностью против бурой ржавчины в России характеризуются гены Lr24, Lr25, Lr28, Lr29, Lr41(39), Lr47, Lr51, LrSp, Lr6Agi2,против желтой ржавчины — гены Yr5, Yr10, Yr15, Yr24. При молекулярном анализе из этих генов у сортов был идентифицирован только Lr24 (КВС Эмиль, КВС Карузум, Мельница) (+Lr20, Lr34). Гены Lr9 и Lr19 относятся к группе частично эффективных. Ген Lr9 определен у озимого сорта Владимирская 9 (+Lr1) и ярового Агрономическая 5 (+Lr26), ген Lr19 — у яровых сортов Зауральский простор (+Lr3) и Кинельская звезда (+Lr10). Умеренно эффективные возрастные гены устойчивости к бурой и желтой ржавчинам Lr37 и Yr17 выявлены у озимых сортов Арена (+Lr1, Lr10, Lr26, Yr9) и Междуреченка. Кластер генов частичной эффективности (partial resistance genes) Lr34, Yr18 и Sr38 обнаружен у семи озимых (Аламат, Аида, Антиповка, Верочка, Донская Т20, Ольшанка, Ставропольская 7) и двух яровых (Агрос, Ница) сортов. Этот тип устойчивости характеризуется более длительным латентным периодом, уменьшением числа пустул на единицу поверхности листа, их размера и числа спор в пустуле. В изученном материале выявлена высокая представленность малоэффективных генов: Lr1 обнаружен у 11 сортов, Lr3 — у 8 сортов, ген Lr10 — у 6 сортов, ген Lr20 — у 3 сортов, гены Lr26 и Yr9 — у 15 сортов. Проведенный анализ показал высокий потенциал изученного материала в отношении генетической защиты от бурой ржавчины и умеренный — от желтой ржавчины, особенно для яровых генотипов.
Ключевые слова: Puccinia triticina, Puccina striiformis, Triticum aestivum, Lr-гены, Yr-гены.
E.I. Gultyaeva1 ✉, E.L. Shaydayuk1, E.V. Zuev
Leaf and yellow rust are highly damaging diseases of soft wheat. Cultivation of resistant varieties is an environmentally friendly method of control. Successful genetic protection requires information on resistance of cultivated wheat varieties and their genetic diversity. Immunogenetic studies of new Russian varieties for resistance to leaf rust have been carried out at the All-Russian Research Institute of Plant Protection (VIZR) since 2000. In this work, new Russian cultivated wheat varieties were characterized for the first for seedling resistance to leaf and yellow rust and their genotyping was carried out using molecular markers of Lr and Yr genes. The aim of this study was to characterise seedling resistance to leaf and yellow rust in soft wheat varieties, first included in the State Register of Breeding Achievements of the Russian Federation in 2024, and to identify their Lr and Yr genes using molecular markers. Twenty-eight winter and 16 spring varieties of soft wheat were studied. The aim of the work is to characterize domestic varieties of winter and spring soft wheat, which were first included in the State Register of Breeding Achievements in 2024, in terms of resistance to leaf and yellow rust and the composition of Lr and Yr genes identified using molecular markers. The studied materials included 28 winter and 16 spring wheat varieties (Triticum aestivum). The experiments were conducted in the laboratory of Mycology and Phytopathology (VIZR) in 2024. For plant inoculation, 4 single pustule isolates of Puccinia triticina (test clones) with different virulence characteristics and geographical origin were used: Pt1 isolate was isolated from the Chelyabinsk P. triticina population in 2022 and assigned to the TLTTR race, Pt2 isolate was obtained from the Saratov population in 2022 and represented by the TGTTT race, Pt3 isolate was isolated from the Krasnodar The Pt4 isolate was obtained from the Dagestan population in 2023 and corresponds to the THTTR race. The test clones differed between in virulence/avirulence to lines with the Lr2a, Lr2b, Lr2c, Lr9, Lr15, Lr19, and Lr26 genes. Resistance to yellow rust was studied by inoculation with five isolates of P. striiformis. The Pst1 isolate was isolated from the Dagestan pathogen population in 2023, the Pst2 isolate from Krasnodar in 2021, the Pst3 isolate from Leningrad in 2021, the Pst4 isolate from Saratov in 2023, and the Pst5 isolate from Novosibirsk in 2021. The isolates differed in virulence/avirulence to isogenic AvYr lines 1, 7, 17, 27 and differentiator varieties Chinese 166, Strubes Dickkopf, Hybrid 46, Reichersberg 42, Nord Desprez, Carstens V, Heines VII. In experiments with P. triticina, 8-10-day-old seedlings were used for infection (first leaf stage), with P. striiformis — 11-14-day-old seedlings (second leaf appearance stage). The type of reaction to P. triticina infection was recorded after 9-10 days, P. striiformis — after 16-18 days. E.B. Mains and H.S. Jackson scale was used to determine the type of reaction to leaf rust; the scale of G. Gassner and W. Straib for yellow rust. Plants with scores of 0, 1, 2 were classified as resistant and those with scores of 3, 4 as susceptible. Molecular markers were used to identify 20 Lr genes (Lr1, Lr3, Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr21, Lr24, Lr25, Lr26, Lr28, Lr29, Lr34, Lr35, Lr37, Lr41(39), Lr47, Lr51, Lr66, Lr6Agi2), eight Yr genes (Yr5, Yr9, Yr10, Yr15, Yr17, Yr18, Yr24, Yr60) and the wheat-rye translocation 1AL. 1 RS with unknown Lr and Yr genes. Seven (25 %) winter (Verochka, KVS Emil, Olshanka, Stavropolskaya 7, Emma, En Altais, En Isida) and five (37 %) spring varieties (Agronomichnaya 5, Zagora Novosibirskaya, KVS Karuzum, Kinelskaya Zvezda, Melnitsa) showed resistance to all P. triticina isolates. The number of varieties resistant to the yellow rust pathogen was much lower. Only one winter variety KWS Emil showed resistance to the used isolates of P. striiformis. The genes Lr24, Lr25, Lr28, Lr29, Lr41(39), Lr47, Lr51, LrSp, Lr6Agi2 were characterised as highly effective against leaf rust in Russia; against yellow rust the genes Yr5, Yr10, Yr15, Yr24. In molecular analysis, of these genes, only Lr24 was identified in varieties KWS Emil, KWS Carusum, Melnitsa (+Lr20, Lr34). The genes Lr9 and Lr19 belong to the group of partially effective genes. The Lr9 gene was determined in winter variety Vladimirskaya 9 (+Lr1) and spring variety Agronomichnaya 5 (+Lr26), the Lr19 gene in spring varieties - Zauralsky Prostor (+Lr3) and Kinelskaya Zvezda (+Lr10). Moderately effective adult plant resistance genes to leaf Lr37 and yellow rust Yr17 were identified in winter varieties Arena (+Lr1, Lr10, Lr26, Yr9) and Mezhdurechenka. The cluster of partial resistance genes Lr34, Yr18 and Sr38 was identified in seven winter (Alamat, Aida, Antipovka, Verochka, Donskaya T20, Olshanka, Stavropolskaya 7) and two spring (Agros, Nitsa) varieties. This type of resistance is characterized by a longer latent period, a decrease in the number of pustules per unit of leaf surface, their size and the number of spores in the pustule. The studied material revealed a high representation of low-efficiency genes: Lr1 was found in 11 varieties, Lr3 in 8 varieties, the Lr10 gene in 6 varieties, the Lr20 gene in 3 varieties, the Lr26 and Yr9 genes in 15 varieties. The analysis showed a high potential of the studied material in terms of genetic protection against brown rust and moderate against yellow rust, especially for spring genotypes.
Keywords: Puccinia triticina, Puccina striiformis, Triticum aestivum, Lr-genes, Yr-genes.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений, |
Поступила в редакцию 17 марта 2025 года
|
