Генетический контроль ювенильной устойчивости к мучнистой росе образцов яровой мягкой пшеницы коллекции ВИР

Актуальность. Яровая мягкая пшеница является ведущей продовольственной культурой. Одним из факторов снижения урожайности и качества зерна мягкой пшеницы является поражение грибными болезнями, в том числе мучнистой росой (Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. tritici March.). В Северо-Западном регионе России мучнистая роса практически ежегодно появляется на зерновых культурах. Успех селекции устойчивых сортов пшеницы зависит от наличия ценных источников и доноров устойчивости к болезни. В настоящее время в геноме мягкой пшеницы идентифицировано более 90 аллелей на 68 локусах (Pm1 – Pm68), контролирующих устойчивость пшеницы к мучнистой росе. Для расширения генетического разнообразия пшеницы по признакам устойчивости к данной болезни используют генофонд ее культурных и диких родичей.

Цель данного исследования – фитопатологический и генетический анализ устойчивости образцов яровой мягкой пшеницы коллекции ВИР к мучнистой росе.

Материал и методы. Объектом исследования явились сорта яровой мягкой пшеницы ‘SW Kungsjet’ (к-66036), ‘SW Kronjet’ (к-66097), ‘Boett’ (к-66353), ‘Batalj’ (к-67116), ‘Stilett’ (к-67119) из Швеции и ‘Pasteur’ (к-66093) из Нидерландов. Сорта скрещивали с восприимчивым сортом ‘Сибирка Ярцевская’ (к-38587), линией ‘Wembley 14.31’ (к-62557), имеющей эффективный ген устойчивости к болезни Pm12, и шведским сортом ‘SW Milljet’ (к-64434). Анализ популяции гриба-возбудителя мучнистой росы, оценку устойчивости к болезни родительских форм и гибридных популяций проводили в лаборатории. Инокулюм – полевой сбор конидий гриба с пораженных растений пшеницы. Степень устойчивости оценивали через 8 и 10 дней после заражения по качественной шкале Е. Майнса и С. Дитца (Mains, Dietz, 1930). Мучнистую росу диагностировали на пластинках первого листа. Опыление кастрированных цветков в колосьях осуществляли с помощью твелл-метода (Merezhko et al., 1973). Данные расщепления в F₂ по степени устойчивости к мучнистой росе потомств индивидуальных растений F₁ объединяли после статистической обработки на однородность. Для определения соответствия фактически полученных и теоретически предполагаемых данных использовали критерий χ2. Расчеты проведены для 95%-го уровня вероятности (Dospekhov, 1985).

Результаты и обсуждение. По результатам фитопатологического теста, ювенильную устойчивость сортов яровой мягкой пшеницы ‘SW Kungsjet’, ‘SW Kronjet’, ‘Boett’, ‘Batalj’, ‘Stilett’ и ‘Pasteur’ не контролируют гены устойчивости Pm1, Pm2, Pm3a-f, Pm4a-b, Pm5a, Pm6, Pm7, Pm8, Pm9, Pm10, Pm11, Pm12, Pm16, Pm19, Pm28. Анализ соотношений устойчивых и восприимчивых к мучнистой росе фенотипов в гибридных популяциях F₂ показал, что сорта ‘SW Kungsjet’, ‘SW Kronjet’, ‘Boett’, ‘Batalj’, ‘Stilett’ и ‘Pasteur’ в фазе проростков имеют моногенный контроль устойчивости к мучнистой росе. ‘SW Milljet’, ‘SW Kronjet’ и ‘Pasteur’ имеют одинаковый генетический контроль устойчивости к болезни. Устойчивость сортов ‘SW Milljet’, ‘SW Kungsjet’, ‘Batalj’, ‘Boett’, и ‘Stilett’, вероятно, контролируется генами, локализованными в разных хромосомах.

Заключение. Сорта ‘SW Kungsjet’, ‘SW Kronjet’, ‘Boett’ сохраняют возрастную и проростковую устойчивость к болезни с 2005 г., а ‘Batalj’, ‘Stilett’ ‘Pasteur’ с 2017 г. Проростковая устойчивость этих сортов к местной популяции гриба контролируется доминантными генами. Изученные сорта могут быть хорошими источниками для селекции устойчивых сортов яровой мягкой пшеницы.

1. Agrovesti.net. Посевные площади пшеницы в России. Итоги 2019 года. 21.08.2019. URL: https://agrovesti.net/lib/industries/cereals/posevnye-ploshchadi-pshenitsy-v-rossii-itogi-2019-goda.html [дата обращения: 11.12.2020].

2. Allard R.W., Shands R.G. Inheritance of resistance to stem rust and powdery mildew in cytologically stable spring wheats derived from Triticum timopheevii. Phytopathology. 1954;44:266-274.

3. Асхадуллин Д-р.Ф., Асхадуллин Д-л.Ф., Василова Н.З., Багавиева Э.З., Тазутдинова М.Р., Гайфуллина Г.Р., Хусаинова И.И. Устойчивость образцов вида Triticum aestivum L. к основным заболеваниям в условиях Татарстана. В сб.: Генофонд и селекция растений. Материалы IV Международной научно-практической конференции 4–6 апреля 2018 г. Новосибирск; 2018. С.30-34.

4. Bennett F.G.A. The expression of resistance to powdery mildew in winter wheat cultivars. 1. Seedling resistance. Plant Pathology. 1981;98(3):295-303.

5. Bennett F.G.A. Resistance to powdery mildew in wheat: a review of its use in agriculture and breeding programmers. Plant Pathology. 1984;33(3):279-300.

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. Москва: Агропромиздат; 1985.

7. He H., Liu R., Ma P., Du H., Zhang H., Wu Q., Yang L., Gong S., Liu T., Huo N., Gu Y., Zhu S. Characterization of Pm68, a new powdery mildew resistance gene on chromosome 2BS of Greek durum wheat TRI 1796. Theoretical Applied Genetics. 2020; Available online. DOI: 10.1007/s00122-020-03681-2

8. Hsam S.L.K., Zeller F.J. Breeding for powdery mildew resistance in common wheat (Triticum aestivum L.) The Powdery mildews. A comprehensive treatise. Bėlanger R.R., Bushell W.R., Dik A.J., Carver T.L.W. (eds.). Minnesota: APSpress; 2002. p.219-238.

9. Hysing S.C., Merker A., Liljeroth E., Koebner R.M.D., Zeller F., Hsam S.L.K. Powdery mildew resistance in 155 Nordic bread wheat cultivars and landraces. Hereditas. 2007;144(3):102-119. DOI: 10.1111/j.2007.0018-0661.01991.x

10. Interfax.ru. Росстат уточнил в сторону повышения сбор зерна в РФ в 2019 году). URL: https://www.interfax.ru/business/696952 [дата обращения: 11.12.2020].

11. GRIN Czech Release 1.10.3. https://grinczech.vurv.cz/gringlobal/search.aspx (accessed December 11, 2020).

12. Jia J, Devos K.M., Chao S., Miller T.E., Reader S.M., Gale M.D. RFLP-based maps of the homoeologous group-6 chromosomes of wheat and their application in the tagging of Pm12 a powdery mildew resistance gene transferred from Aegilops speltoides to wheat. Theoretical Applied Genetics. 1996;92(5):559-565. DOI: 10.1007/BF00224558

13. Ковалева М.М., Лебедева Т.В. Устойчивость мягкой пшеницы к пыльной головне и мучнистой росе. Сахарная свекла. 2020; 4:29-32. DOI: 10.25802/SB.2020.12.51.006

14. Лебедева Т.В., Зуев Е.В. Наследование устойчивости к мучнистой росе у некоторых образцов яровой мягкой пшеницы из коллекции ВИР. Vavilovia. 2018;1(1):18-24. DOI: 10.30901/2658-3860-2018-1-18-24

15. Лебедева Т.В., Брыкова А.Н., Зуев Е.В. Устойчивость к мучнистой росе скандинавских образцов яровой мягкой пшеницы из коллекции ВИР. Труды по прикладной ботанике генетике и селекции, 2020;18(3):146-154. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-146-154

16. Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic form of barley mildew Erysiphe graminis DC. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.

17. Martynov S.P., Dobrotvorskaya T.V., Krupnov V.A. Analysis of the distribution of Triticum timopheevii Zhuk. genetic material in common wheat varieties (Triticum aestivum L.). Journal of Genetics. 2018;54(2):166-175. DOI: 10.1134/s1022795418020126

18. Мережко А.Ф., Эзрохин Л.М., Юдин А.Е. Методические указания по эффективному методу опыления зерновых культур. Ленинград: ВИР; 1973.

19. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R. and Xia X.C. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. In: 12-th International Wheat Genetics Symposium; 2013 September 8-13; Yokohama, Japan. Japan; 2013. р.130-136.

20. McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Xia X.C., and Raupp W.J. Catalogue of gene symbols for wheat: 2019. Supplement. Annual Wheat Newsletter. 2019;65:100-101.

21. Peusha H., Enno T., Yakobson I., Tsombalova Y., Ingver A., Yarve K. Powdery mildew resistance of Nordic spring wheat cultivars grown in Estonia. Acta Agriculturae Scandinavica. Section B. Soil and Plant Science. 2008;58(4):289-296. DOI: 10.1080/09064710701706242

22. Rabinovich S.V. Importance of wheat-rye translocations for breeding modern cultivars of Triticum aestivum L. Euphytica. 1998;100:323-340. DOI: 10.1023/A:1018361819215

23. Cочалова Л.П., Пискарев В.В. Устойчивость образцов мягкой пшеницы к Blumeria graminis и Puccinia recondita с известными генами устойчивости. Достижения науки и техники АПК. 2019;33(11):34-42. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11108

24. Szunics L., Szunics Lu. Wheat powdery mildew resistance genes and their application in practice. Review. Acta Agronomica Hungarica. 1999;47(1):69-89.

25. Тырышкин Л.Г., Лебедева Т.В., Ковалева М.М., Зуев Е.В., Брыкова А.Н., Кудрявцева Е.Ю. Яровая мягкая пшеница. Характеристика образцов новейших поступлений коллекции ВИР по устойчивости к листовой ржавчине, темно-бурой листовой пятнистости, мучнистой росе и пыльной головне. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 913. Санкт-Петербург: ВИР; 2020. DOI: 10.30901/978-5-907145-19-1