zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»10.31367/2079-8725-2018-59-5-63-67zhros-538Research ArticleЗАЩИТА РАСТЕНИЙPLANT PROTECTIONОпределение генов устойчивости к бурой ржавчине у сортов озимой мягкой пшеницы с использованием традиционных и современных методов исследованийIdentification of the genes resistant to brown rust in winter soft wheat varieties with the use of conventional and modern research methodshttps://orcid.org/0000-0003-3863-0297ШишкинН. В.ShishkinN. V.

Кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории иммунитета и защиты растений

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, Научный городок, 3

Candidate of Agricultural Sciences, leading researcher of the laboratory of plant immunity and protection

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

nik.shiskin.1961@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7969-054XДероваТ. Г.DerovaT. G.

Ведущий научный сотрудник лаборатории иммунитета и защиты растений

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, Научный городок, 3

leading researcher of the laboratory for plant immunity and protection

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

derova06@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7948-0307ГультяеваЕ. И.GultyaevaE. I.

Кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории микологии и фитопатологии

196608, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, шоссе Подбельского, 3

Candidate of Biological Sciences, leading researcher of the laboratory of microbiology and phytopathology

196608, Saint-Petersburg, Pushkin, Av. Podbelsky, 3

https://orcid.org/0000-0003-3266-6272ШайдаюкЕ. Л.ShaydayukЕ. L.

Младший научный сотрудник лаборатории микологии и фитопатологии

196608, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, шоссе Подбельского, 3

Junior researcher of the laboratory of microbiology and phytopathology

196608, Saint-Petersburg, Pushkin, Av. Podbelsky, 3

ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской»РоссияFSBSI “Agricultural Research Center “Donskoy”Russian FederationФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растенийРоссияFSBSI All-Russian Research Institute of Plant ProtectionRussian Federation201809112018056367Copyright © Шишкин Н.В., Дерова Т.Г., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., 20182018Шишкин Н.В., Дерова Т.Г., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л.Shishkin N.V., Derova T.G., Gultyaeva E.I., Shaydayuk Е.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zhros.online/jour/article/view/538

Бурая ржавчина – основное заболевание сортов мягкой пшеницы на посевах в Ростовской области. Сорта пшеницы, созданные в ФГБНУ «АНЦ «Донской», в большинстве (более 87%) проявляют устойчивость к данному возбудителю. С целью получения полной иммунологической характеристики созданных сортов совместно с лабораторией микологии и фитопато­логии ФГБНУ ВИЗР были проведены исследования по идентификации генов устойчивости (Lr) на ранних этапах развития и во взрослом состоянии растений. Изучено 37 сортов озимой мягкой пшеницы на полевых инфекционных фонах юга и се­веро-запада России, в том числе методами фитопатологического теста (к трем изолятам гриба с вирулентностью к TcLr9, TcLr19, TcLr26 и зерноградской популяции патогена) и методом ПЦР-анализа с помощью 10 молекулярных маркеров: Lr1, Lr3, Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr24, Lr26, Lr34 и Lr37. ДНК выделяли микрометодом по К. Эдвардс, ПЦР проводили в ам­плификаторе С-1000 (BioRad, США). В результате исследований установлено, что универсально устойчивых ко всем трем клонам и зерноградской популяции среди изученных сортов не выявлено. Сорта Полина, Вольница и Зерноградка 11 проя­вили устойчивость к трем клонам, но в фазу проростка проявляли восприимчивость к популяции патогена. По результатам ПЦР-анализа также не выявлено у сортов генов устойчивости Lr9, Lr19, Lr24, Lr26. У 29 из 37 изученных сортов обнаружен ген взрослой устойчивости Lr34, а у 20 сортов – неэффективный ген Lr3, которые по отдельности и вместе не могут обеспе­чивать защиту от бурой ржавчины в полевых условиях. Это указывает на то, что устойчивые в полевых условиях сорта несут дополнительные неидентифицированные Lr-гены. У ряда сортов установлено по 2 гена устойчивости. Восприимчивый в по­левых условиях сорт Кипчак содержит утративший свою эффективность ген Lr1. Различия в степени поражения отдельных сортов в условиях Ростовской области и Санкт-Петербурга свидетельствуют об отличии северокавказской и северо-запад­ной популяций по вирулентности к возбудителю бурой ржавчины.

Brown rust is the main disease of wheat soft varieties in the Rostov region. The majority of wheat varieties (more than 87%) developed in the FSBSI “Agricultural Research Center “Donskoy” show resistance to this causative agent. In order to obtain a complete immunological characteristics of the developed varieties, there were carried out the researches to identify the resis­tance genes (Lr) in the early and adult stages of plant growing in cooperation with the Mycology and Phytopathology Laboratory of the FSBSI ARIZR. There were studied 37 varieties of winter soft wheat on the infectious fields of the south and northwest of Russia, as well as by the methods of a phytopathological test (to three isolates of the fungus with virulence to TcLr9, TcLr19, TcLr26 and the Zernograd pathogen population) and by the PCR analysis using 10 molecular markers Lr1, Lr3, Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr24, Lr26, Lr34 and Lr37. DNA was isolated by a micro-method according to K. Edwards, the PCR was carried out in a C-1000 amplifier (Bio Rad, US). The study established that there were no universal varieties among the studied ones which were resistant to all three clones and the Zergograd population. The varieties “Polina”, “Volnitsa” and “Zernogradka 11” showed resistance to the three clones, but in the phase of sprouting they show susceptibility to the pathogen population. According to the results of PCR analysis, the resistance genes Lr9, Lr19, Lr24, Lr26 were also not found in the varieties. 29 out of 37 studied varieties contained the adult resistance gene Lr34, and 20 varieties had the inefficient gene Lr3, which neither apart nor together could protect the plants from brown rust in the field. This indicates that the tolerant varieties carry additional non-identified Lr-genes. In a number of varieties there have been established 2 resistance genes. The variety “Kipchak” susceptible in the field contained the Lr1 gene, which lost its effectiveness. The differences in the damage degree of some varieties in the conditions of the Rostov region and St. Peters­burg indicate a difference in the North Caucasian and northwestern populations by virulence to the causative agent of brown rust.

озимая пшеницабурая ржавчинагены LrустойчивостьПЦР-анализwinter wheatbrown rustgenes Lrtolerance (resistance)PCR-analysisReferencesВожжова Н. Н. Идентификация гена устойчивости к бурой ржавчине Lr34 в сортах и коллекционных образцах озимой мягкой пшеницы Аграрного научного центра «Донской» // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. № 22(3). С. 329–332. DOI 10.18699/VJ18.368.Vozhzhova N. N. Identifikaciya gena ustojchivosti k buroj rzhavchine Lr34 v sortah i kollekcionnyh obrazcah ozimoj myagkoj pshenicy Agrarnogo nauchnogo centra “Donskoj” [Identification of the gene resistant to brown rust Lr34 in the varieties and collection samples of winter soft wheat developed by the FSBSI “Agricultural Research Center “Donskoy”] // Vavilovskij zhurnal genetiki i selekcii. 2018. № 22(3). S. 329–332. DOI 10.18699/VJ18.368.Гультяева Е. И., Солодухина О. В. Ржавчинные болезни зерновых культур. Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. М.: Книга, 2008. С. 5–11.Gul’tyaeva E. I., Soloduhina O. V. Rzhavchinnye bolezni zernovyh kul’tur. Izuchenie geneticheskih resursov zernovyh kul’tur po ustojchivosti k vrednym organizmam [Rust diseases of grain crops. The study of genetic resources of grain crops for their resistance to pests]. M.: Kniga, 2008. S. 5–11.Данилова А. В., Волкова Г. В. Карликовая ржавчина – прогрессирующее заболевание ячменя // Защита и карантин растений. 2015. № 7. С. 46–48.Danilova A. V., Volkova G. V. Karlikovaya rzhavchina – progressiruyushchee zabolevanie yachmenya [Dwarf rust is a progressive barley disease] // Zashchita i karantin rastenij. 2015. № 7. S. 46–48.Дорохов Д. Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD анализа растительных геномов // Молекулярная генетика. 1997. T. 3, № 4. C. 443–450.Dorohov D. B., Kloke Eh. Bystraya i ehkonomichnaya tekhnologiya RAPD analiza rastitel’nyh genomov [Rapid and economical technology of RAPD analysis of plant genomes] // Molekulyarnaya genetika. 1997. T. 3, № 4. S. 443–450.Chelkowski J., Golka L., Steptien I. Application of STS marker for leaf rust resistance genes in near-isogenic lines of spring wheat cv. Tratcher // J. Appl. Genet. 2003. Vol. 44. Pp. 323–338.Chelkowski J., Golka L., Steptien I. Application of STS marker for leaf rust resistance genes in near-isogenic lines of spring wheat cv. Tratcher. // J. Appl. Genet. 2003. Vol. 44. Pp. 323–338.Gupta S. K., Charpe A., Koul S., Prabhu K. V., Haq Q. M. Development and validation of molecular markers linked to an Aegilops umbellulata-derived leaf rust-resistance gene, Lr9, for marker-assisted selection in bread wheat // Genome. 2005. Vol. 48, No. 5. Pp. 823–830.Gupta S. K., Charpe A., Koul S., Prabhu K. V., Haq Q. M. Development and validation of molecular markers linked to an Aegilops umbellulata-derived leaf rust-resistance gene, Lr9, for marker-assisted selection in bread wheat // Genome. 2005. Vol. 48, No. 5. Pp. 823–830.Gupta S. K., Charpe A., Prabhu K. W., Haque O. M. R. Identification and validation of molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in wheat // Theor. Appl. Genet. 2006. Vol. 113. Pp. 1027–1036.Gupta S. K., Charpe A., Prabhu K. W., Haque O. M. R. Identification and validation of molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in wheat // Theor. Appl. Genet. 2006. Vol. 113. Pp. 1027–1036.Helguera M., Khan I. A., Kolmer J., Lijavetzky D., Zhong-qi L., Dubcovsky J. PCR assays for the Lr37-Yr17-Sr38 cluster of rust resistance genes and their use to develop isogenic hard red spring wheat lines // Crop Science. 2003. Vol. 43. Pp. 1839–1847.Helguera M., Khan I. A., Kolmer J., Lijavetzky D., Zhong-qi L., Dubcovsky J. PCR assays for the Lr37-Yr17-Sr38 cluster of rust resistance genes and their use to develop isogenic hard red spring wheat lines // Crop Science. 2003. Vol. 43. Pp. 1839–1847.Herrera-Foessel S. A., Singh R. P., Huerta-Espino J., William M., Rosewarne G., Djurle A., Yuen J. Identifi cation and Mapping of Lr3 and a Linked Leaf Rust Resistance Gene in Durum Wheat // CROP SCIENCE. 2007. Vol. 47. Pp. 1459–1466.Herrera-Foessel S. A., Singh R. P., Huerta-Espino J., William M., Rosewarne G., Djurle A., Yuen J. Identifi cation and Mapping of Lr3 and a Linked Leaf Rust Resistance Gene in Durum Wheat // CROP SCIENCE. 2007. Vol. 47. Pp. 1459–1466.Kolmer J. A. Virulence phenotypes of puccinia triticina in South Atiantik in 1999 // Plant Diseases. 2002. No. 88(3). Pp. 288–291.Kolmer J. A. Virulence phenotypes of puccinia triticina in South Atiantik in 1999 // Plant Diseases. 2002. No. 88(3). Pp. 288–291.Lagudah E. S., McFadden H., Singh R. P., Huerta-Espino J., Bariana H. S., Spielmeyer W. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat // Theor. Appl. Genet. 2006. Vol. 114. Pp. 21–30.Lagudah E. S., McFadden H., Singh R. P., Huerta-Espino J., Bariana H. S., Spielmeyer W. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat // Theor. Appl. Genet. 2006. Vol. 114. Pp. 21–30.Mago R., Bariana H. S., Dundas I. S., Spielmeyer W., Lawrence G. J., Pryor A. J., Ellis J. G. Development or PCR markers for the selection of wheat stem rust resistance genes Sr24 and Sr26 in diverse wheat germplasm // Theor. Appl. Genet. 2005. Vol. 111. Pp. 496–504.Mago R., Bariana H. S., Dundas I. S., Spielmeyer W., Lawrence G. J., Pryor A. J., Ellis J. G. Development or PCR markers for the selection of wheat stem rust resistance genes Sr24 and Sr26 in diverse wheat germplasm // Theor. Appl. Genet. 2005. Vol. 111. Pp. 496–504.Mains E. B., Jackson H. S. Physiological specialization in leaf rust of wheat? Puccinia triticina Erikss. // Phytopathology. 1926. Vol. 16. Pp. 89–120.Mains E. B., Jackson H. S. Physiological specialization in leaf rust of wheat? Puccinia triticina Erikss. // Phytopathology. 1926. Vol. 16. Pp. 89–120.Neu C. H. et al. Genetic mapping of the Lr 20-Pml resistance locus reveals suppressed recombination on chromosome arm 7AL in hexaploid wheat // Genome. 2002. Vol. 45. Pp. 737–744.Neu C. H. et al. Genetic mapping of the Lr 20-Pml resistance locus reveals suppressed recombination on chromosome arm 7AL in hexaploid wheat // Genome. 2002. Vol. 45. Pp. 737–744.Peterson R. F. A diagrammatic scale for estimating rust intensity jn leaves and stem of cereals // Can. J. Res. 1948. Vol. 26. Pp. 496–500.Peterson R. F. A diagrammatic scale for estimating rust intensity jn leaves and stem of cereals // Can. J. Res. 1948. Vol. 26. Pp. 496–500.Qiu J. W., Schürch A. C., Yahiaoui N., Dong L. L., Fan H. J., Zhang Z. J., Keller B., Ling H. Q. Physical mapping and identification of a candidate for the leaf rust resistance gene Lr1 of wheat // Theor Appl Genet. 2007. Vol. 115. Pp. 159–168.Qiu J. W., Schürch A. C., Yahiaoui N., Dong L. L., Fan H. J., Zhang Z. J., Keller B., Ling H. Q. Physical mapping and identification of a candidate for the leaf rust resistance gene Lr1 of wheat // Theor Appl Genet. 2007. Vol. 115. Pp. 159–168.Weng Y., Azhaguvel P., Devkota R. N., Rudd J. C. PCR based markers for detection of different sources of 1AL.1RS and 1BL.1RS wheat-rye translocations in wheat background. Plant Breed. 2007. Vol. 126. Pp. 482–486.Weng Y., Azhaguvel P., Devkota R. N., Rudd J. C. PCR based markers for detection of different sources of 1AL.1RS and 1BL.1RS wheat-rye translocations in wheat background. Plant Breed. 2007. Vol. 126. Pp. 482–486.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.