zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»10.31367/2079-8725-2019-62-2-69-73zhros-653Research ArticleЗАЩИТА РАСТЕНИЙPLANT PROTECTIONЭФФЕКТИВНОСТЬ ГЕНОВ УСТОЙЧИВОСТИ ПШЕНИЦЫ К БУРОЙ РЖАВЧИНЕ В УСЛОВИЯХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИEFFICIENCY OF WHEAT RESISTANCE GENES TO BROWN RUST IN THE ROSTOV REGIONhttps://orcid.org/0000-0003-3863-0297ШишкинН. В.ShishkinN. V.

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

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

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

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

leading researcher of the laboratory of plant immunity and protection

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

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

 

196608, Saint-Petersburg, Pushkin, Podbelskiy Sh., 3

gullena@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3266-6272ШайдаюкЕ. Л.ShaydayukE. L.

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

196608, Saint-Petersburg, Pushkin, Podbelskiy Sh., 3

eshaydayuk@bk.ruФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской»РоссияFSBSI “Agricultural Research Center “Donskoy”Russian FederationФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растенийРоссияFSBSI All-Russian Research Institute of Plant protectionRussian Federation201912052019026973Copyright © Шишкин Н.В., Дерова Т.Г., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., 20192019Шишкин Н.В., Дерова Т.Г., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л.Shishkin N.V., Derova T.G., Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.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/653

Цель исследования – мониторинг эффективности генов устойчивости пшеницы к возбудителю бурой ржавчины (Lr-генов) в условиях Ростовской области. Бурая ржавчина – наиболее распространенное и вредоносное заболевание пшеницы, которое проявляется ежегодно на посевах от слабого развития до эпифитотий. Сорта мягкой пшеницы, выращиваемые в регионе, в разной степени устойчивы к данному патогену. Для успешной селекции на устойчивость к бурой ржавчине необходимо расширение генетической основы сортов, выращиваемых в регионе, и привлечение доноров новых Lr-генов. В связи с этим актуальны исследования по мониторингу популяций патогена и эффективности известных Lr-генов по отношению к ростовской популяции патогена. Для этого изогенные линии сорта Thatcher c Lr-генами ежегодно изучаются в Аграрном научном центре «Донской» в полевых условиях на инфекционном фоне и в фазе проростков в лабораторных условиях. В данной работе представлены результаты мониторинга популяций в период 2015–2017 гг. Универсально восприимчивым сортом служил сорт Тарасовская 29. В работе использовали общепринятые методы работы с возбудителем бурой ржавчины в фазе проростков и взрослых растений. Установлено, что во взрослом состоянии высокую устойчивость показали 10 линий (поражение – 0%), поражение 6 линий не превышало 10%, а умеренной восприимчивостью (поражение – до 30–40%) обладали 11 линий. Остальные линии были восприимчивы к популяции патогена. Анализ вирулентности в лабораторных условиях в фазе проростков показал высокую эффективность генов Lr9, Lr19, Lr24, Lr28, Lr29, Lr41, Lr42, Lr45, Lr47, Lr50,  Lr51 и Lr53. Фенотипический (расовый) состав ростовской популяции гриба определяли с использованием 20 TcLr-линий. В 2016–2017 гг. в ростовской популяции выявлено 6 фенотипов. Общими фенотипами в оба года исследований были РНТН, РНТКG и ТНТТН. Выявленные эффективные Lr-гены могут быть использованы при создании устойчивых сортов пшеницы с учетом онтогенеза растений.

The purpose of the study is to monitor the efficiency of wheat resistance genes to the causative agent of brown rust (Lr-genes) in the Rostov region. Brown rust is the most widely spread and harmful wheat disease which annually occurs on the crops from poor development to epiphytoties. Soft wheat varieties grown in the region are variously resistant to this pathogen. To breed the brown rust resistant varieties, it is necessary to expand genetic basis of the varieties grown in the region and to attract new Lr-gene donors. Due to it the study of the monitoring of pathogen populations and the effectiveness of the known Lr-genes to the Rostov pathogen population is of great importance nowadays. For this purpose, the isogenic lines of the variety “Thatcher” with Lr-genes are annually studied in the Agricultural Research Center “Donskoy” on the infectious plots and in the laboratory conditions in the sprouting phase. This paper presents the monitoring results of the populations in the period of 2015–2017. The variety “Tarasovskaya 29” served as a universally susceptible variety. In this work, there were used generally accepted methods of working with brown rust pathogen in the “sprouting” and “grown-up” periods. It has been established that in the “grown-up” period, 10 lines showed a high resistance to the disease (0% of damage), 6 lines did not exceed 10%, and 11 lines had moderate susceptibility (30–40% of damage) to the pathogen. The remaining lines were susceptible to the pathogen population. The virulence analysis of the plants in the sprouting phase showed high efficiency of the Lr9, Lr19, Lr24, Lr28, Lr29, Lr41, Lr42, Lr45, Lr47, Lr50, Lr51, and Lr53 genes. The phenotypic (racial) composition of the Rostov fungus population was identified using 20 TcLr-lines. In 2016–2017 in the Rostov population there were identified 6 phenotypes. RNTH, RNTKG and TNTTH were common phenotypes in both years of research. The identified effective Lr-genes can be used to develop resistant wheat varieties, taking into account the plants’ ontogenesis.

 

бурая ржавчинамягкая пшеницаустойчивостьPuccinia recondite RobergeLr-геныbrown rustsoft wheatresistancetolerancePuccinia recondite RobergeLr-genes.ReferencesВолкова Г. В. Определение эффективности известных генов устойчивости пшеницы и ячменя к опасным болезням для использования в зональной селекции и сортовом размещении // Современные технологии и средства защиты растений – платформа для инновационного освоения в АПК России: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конференции (Санкт-Петербург, 8–12 октября 2018 г.). Пушкин, 2018. С. 39–41.Volkova G. V. Opredelenie ehffektivnosti izvestnyh genov ustojchivosti pshenicy i yachmenya k opasnym boleznyam dlya ispol'zovaniya v zonal'noj selekcii i sortovym razmeshchenii [Determination of the effectiveness of known resistance genes of wheat and barley to dangerous diseases to use them in zonal breeding and varietal placement] // Sovremennye tekhnologii i sredstva zashchity rastenij – platforma dlya innovacionnogo osvoeniya v APK Rossii: sb. mat. Mezhdunar. nauch.-prakt. konferencii (Sankt-Peterburg, 8–12 oktyabrya 2018 g.). Pushkin, 2018. S. 39–41.Гультяева Е. И., Иванова О. В., Маркелова Т. С., Сибикеев С. Н. Идентификация генов устойчивости у линий пшеницы, созданных в НИИСХ Юго-Востока // Вестник защиты растений. 2012. № 1. С. 38.Gul'tyaeva E. I., Ivanova O. V., Markelova T. S., Sibikeev S. N. Identifkaciya genov ustojchivosti u linij pshenicy, sozdannyh v NIISKH Yugo-Vostoka [Identifcation of wheat resistance genes created by the Research Institute of Agriculture of the South-East] // Vestnik zashchity rastenij. 2012. № 1. S. 38.Дерова Т. Г., Шишкин Н. В. Оценка устойчивости сортов озимой пшеницы к основным болезням при экологическом испытании в Ростовской области // Зерновое хозяйство России. 2018. № 1(55). С. 70–71. DOI 10.31367/2079-8725-2018-55-1-70-72.Derova T. G., Shishkin N. V. Ocenka ustojchivosti sortov ozimoj pshenicy k osnovnym boleznyam pri ehkologicheskom ispytanii v Rostovskoj oblasti [Assessment of the winter wheat resistance to the main diseases during environmental testing in the Rostov region] // Zernovoe hozyajstvo Rossii. 2018. № 1(55). S. 70–71. DOI 10.31367/2079-8725-2018-55-1-70-72.Мешкова Л. В., Росеева Л. П., Шрейдер Е. Р., Сидоров А. В. Вирулентность патотипов возбудителя бурой ржавчины к ThLr9 в регионах Сибири и Урала // Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам: II Всерос. конференция. (г. Санкт-Петербург, 29 сентября – 2 октября 2008 г.). СПб., 2008. С. 70–73.Mihajlova L. A., Gul'tyaeva E. I., Mironenko N. V. Metody issledovaniya geneticheskogo raznoobraziya populyacij vozbuditelya buroj rzhavchiny pshenicy Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici [Methods for studying the genetic diversity of the brown rust pathogen Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici]. SPb.: RASKHN, VNIIZR, Innovac. centr zashchity rastenij, 2003. 24 s.Михайлова Л. А., Гультяева Е. И., Мироненко Н. В. Методы исследования генетического разнообразия популяций возбудителя бурой ржавчины пшеницы Puccinia reconditа Rob. ex Desm. f. sp. tritici. СПб.: РАСХН, ВНИИЗР, Инновац. центр защиты растений, 2003. 24 с.Meshkova L. V., Roseeva L. P., Shrejder E. R., Sidorov A. V. Virulentnost' patotipov vozbuditelya buroj rzhavchiny k ThLr9 v regionah Sibirii Urala [Virulence of brown rust pathogen types to ThLr9 in the regions of Siberia and the Urals] // Sovremennye problemy immuniteta rastenij k vrednym orga-nizmam: II Vseros. konferenciya (g. SanktPeterburg, 29 sentyabrya – 2 oktyabrya 2008 g.). SPb., 2008. S. 70–73.Шишкин Н. В., Дерова Т. Г., Гультяева Е. И., Шайдалюк Е. Л. Определение генов устойчивости к бурой ржавчине у сортов озимой мягкой пшеницы с использованием традиционных и современных методов исследований // Зерновое хозяйство России. 2018. № 5. С. 63–67. DOI 10.31367/2079-8725-2018-59-5-63-67.Shishkin N. V., Derova T. G., Gul'tyaeva E. I., Shajdalyuk E. L. Opredelenie genov ustojchivosti k buroj rzhavchine u sortov ozimoj myagkoj pshenicy s ispol'zovaniem tradicionnyh i sovremennyh metodov issledovanij [Identifcation of brown rust resistance genes in winter wheat varieties using traditional and modern research methods] // Zernovoe hozyajstvo Rossii. 2018. № 5. S. 63–67. DOI 10.31367/2079-8725-2018-59-5-63-67.Cakir M., Drake-Brockman F., Shankar M. et al. Molecular mapping and improvement of rust resistance in the Australian wheat germplasm [E-resource] // 11th International Wheat Genetics Symposium 2008. Available at: http//hdl.handle.net/2123/3317.Cakir M., Drake-Brockman F., Shankar M. et al. Molecular mapping and improvement of rust resistance in the Australian wheat germplasm [E-resource] // 11th International Wheat Genetics Symposium 2008. Available at: http// hdl.handle.net/2123/3317.Gultyaeva E. I., Dmitriev A. P., Kosman E. Regional diversity of Russian populations of Puccinia triticina in 2007 // Canadian J. Plant Pathology. 2012. Vol. 34, No. 2. Рp. 213–224. DOI 10.1080/07060661.2011.633562.Gultyaeva E. I., Dmitriev A. P., Kosman E. Regional diversity of Russian populations of Puccinia triticina in 2007 // Canadian J. Plant Pathology. 2012. Vol. 34, No. 2. Рp. 213–224. DOI 10.1080/07060661.2011.633562.Kumar А. А., Raghavaiah Р. Effect of the leaf rust resistance gene Lr28 on grain yield and bread-making quality of wheat // Plant Breeding. 2004. Vol. 123(1). Pp. 35–38. DOI 10.1046/j.1439-0523.2003.00937.x.Kumar А. А., Raghavaiah Р. Effect of the leaf rust resistance gene Lr28 on grain yield and bread-making quality of wheat // Plant Breeding. 2004. Vol. 123(1). Pp. 35–38. DOI 10.1046/j.1439-0523.2003.00937.x.Long D., Kolmer J. A. North American system of nomenclature for Puccinia recondita f. sp. tritici // Phytopathology. 1989. Vol. 79. Pp. 525–529.Long D., Kolmer J. A. North American system of nomenclature for Puccinia recondita f. sp. tritici // Phytopathology. 1989. Vol. 79. Pp. 525–529.Mains E. B., Jackson H. S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat; Puccinia triticina Erikss. // Phytopathology. 1926. Vol. 16. Pp. 89–120.Mains E. B., Jackson H. S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat; Puccinia triticina Erikss. // Phytopathology. 1926. Vol. 16. Pp. 89–120.Mantovani P., Maccaferri M., Tuberosa R., Kolmer J. A. Virulence phenotypes and molecular genotypes in collections of Puccinia triticina from Italy // Plant Disease. 2010. Vol. 94. Pp. 420–424.Mantovani P., Maccaferri M., Tuberosa R., Kolmer J. A. Virulence phenotypes and molecular genotypes in collections of Puccinia triticina from Italy // Plant Disease. 2010. Vol. 94. Pp. 420–424.McIntosh R. A., Dubcovsky J., Rogers W. J., Morris C., Xia X. C. Catalogue of gene symbols for wheat: 2017 supplement [E-resource]. Available at: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2017.pdf.McIntosh R. A., Dubcovsky J., Rogers W. J., Morris C., Xia X. C. Catalogue of gene symbols for wheat: 2017 supplement [E-resource]. Available at: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2017.pdf.McIntoch R. A., Wellings C. R., Parc R. F. Wheat rusts. An atlas of resistance gees / SCIRO. Australia, 1995. 196 p.McIntoch R. A., Wellings C. R., Parc R. F. Wheat rusts. An atlas of resistance gees / SCIRO. Australia, 1995. 196 p.Nocente F., Gazza L., Pasquini M. Evaluation of leaf rust resistance genes Lr1, Lr9, Lr24, Lr47 and their introgression into common wheat cultivars by marker-assisted selection // Euphytica. 2007. Vol. 155. Pp. 329–336.Nocente F., Gazza L., Pasquini M. Evaluation of leaf rust resistance genes Lr1, Lr9, Lr24, Lr47 and their introgression into common wheat cultivars by marker-assisted selection // Euphytica. 2007. Vol. 155. Pp. 329–336.Peterson R. F., Campbell A. B., Hannah A. E. Canad. Journ. Res., 26, sec. C., 5. 1948.Peterson R. F., Campbell A. B., Hannah A. E. Canad. Journ. Res., 26, sec. C., 5. 1948.Sears E. R., Identifcation of the wheat chromosome carrying leaf rust resistance from aegilops umbellulata // Wheat Informatios Service. 1961. Vol.12. Pp. 12–13.Sears E. R., Identifcation of the wheat chromosome carrying leaf rust resistance from aegilops umbellulata // Wheat Informatios Service. 1961. Vol.12. Pp. 12–13.Šliková S., Gregová E., Bartoš P. Development of wheat genotypes possessing a combination of leaf rust resistance genes Lr19 and Lr24 // Plant soil environ. 2004. Vol. 50(10). Pp. 434–438.Šliková S., Gregová E., Bartoš P. Development of wheat genotypes possessing a combination of leaf rust resistance genes Lr19 and Lr24 // Plant soil environ. 2004. Vol. 50(10). Pp. 434–438.Vida G., Gál M., Uhrin A. et al. Molecular markers for the identifcation of resistance genes and markerassisted election in breeding wheat for leaf rust resistance // Euphytica. 2009. Vol. 170. Pp. 67–76.Vida G., Gál M., Uhrin A. et al. Molecular markers for the identifcation of resistance genes and markerassisted election in breeding wheat for leaf rust resistance // Euphytica. 2009. Vol. 170. Pp. 67–76.

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