Скрининг генов устойчивости к бурой ржавчине (Lr) у селекционных линий озимой мягкой пшеницы

В Ростовской области из зерновых колосовых культур озимой пшенице принадлежит ведущее место по занимаемой посевной площади. Селекционерами были созданы сорта пшеницы, потенциал продуктивности которых в 1,5–2 раза превышает их фактическую урожайность в производстве. Одним из наиболее важных факторов, способных дестабилизировать валовые сборы зерна, снизить урожайность культуры являются паразитические организмы, из которых наиболее опасными являются возбудители ржавчины (Puccinia triticina, P.striiformis, P.graminis). Бурая ржавчина (возбудитель Puccinia triticina Erikss.) – одно из опасных заболеваний пшеницы. Генетическое разнообразие выращиваемых сортов по типам устойчивости и генам, ее контролирующим, обеспечивает надежную защиту пшеницы от этого патогена. Цель наших исследований – выявление генов устойчивости к бурой ржавчине (Lr-генов) с использованием маркерной селекции у линий озимой мягкой пшеницы. Исследования проводили в 2020–2021 годах. Объектом исследований были 311 линий озимой мягкой пшеницы ФГБНУ «АНЦ» Донской». В изучении линий озимой мягкой пшеницы применяли следующие методы: выделение ДНК при помощи СТАВ, постановка ПЦР, проведение электрофореза на агарозных гелях. С использованием молекулярных маркеров нами была проведена идентификация 24 образцов с функциональным аллелем гена Lr10 (1672, 518/21 (1), 595/21 (1), 595 (4), 625/21, 626/21 и др.), 49 образцов с доминантным аллелем Lr26 (1105, 502/21, 526/21 (1), 526/21 (2), 529/21 (12), 557/21 и др.), 13 линий с аллелем устойчивости гена Lr37 (1105, 1609, 1610, 1611, 1612, 1613, 1615 и др.). Также установлено, что ген Lr17а у изучаемых линий не был выявлен.

1. Вожжова Н. Н. Выявление транслокации 1BL.1RS в коллекционном материале озимой пшеницы // Биология – наука XXI века. Сборник тезисов. 21-я международная Пущинская школа-конференция молодых ученых. Изд-во: Пущинский Научный центр РАН. 2017. С. 91–92.

2. Вожжова Н. Н., Марченко Д. М., Ионова Е. В. Выявление генов устойчивости к биотическим факторам у образцов озимой пшеницы // Зерновое хозяйство России. 2018. № 6 (60). С. 52–55. DOI: 10.31367/2079-8725-2018-60-6-52-55.

3. Вожжова Н. Н., Ионова Е. В. Оценка генофонда озимой мягкой пшеницы коллекции CIMMYT по наличию гена устойчивости к бурой ржавчине Lr10 // Аграрная наука. 2020. № 10. С. 50–52. DOI: 10.32634/0869-8155-2020-342-10-50-52.

4. Гультяева Е. И., Шайдаюк Е. Л. Идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у новых российских сортов мягкой пшеницы // Биотехнология и селекция растений. 2021. № 4(2). С. 15–27. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-2-02.

5. Зеленева Ю. В., Гультяева Е. И., Плахотник В. В. Идентификация LR-генов у образцов мягкой пшеницы, устойчивых к возбудителю бурой ржавчины в условиях ЦЧР, с использованием ДНК-маркеров [Электронный ресурс] // Вестник защиты растений. 2013. № 3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/identifikatsiya-lr-genov-u-obraztsov-myagkoy-pshenitsy-ustoychivyh-k-vozbuditelyu-buroyrzhavchiny-v-usloviyah-tschr-s (дата обращения: 20.09.2022).

6. Мышастая А. Ю., Вожжова Н. Н., Марченко Д. М., Ионова Е. В. Скрининг образцов озимой мягкой пшеницы на наличие гена устойчивости к бурой ржавчине LR17A // Зерновое хозяйство России. 2019. № 5. С. 68–70. DOI: 10.31367/2079-8725-2019-65-5-68-70.

7. Шишкин Н. В., Дерова Т. Г., Гультяева Е. И., Шайдаюк 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.

8. Bremenkamp-Barrett B., Faris J. D., Fellers J. P. Molecular Mapping of the Leaf Rust Resistance Gene Lr17a in Wheat // Crop Science. 2008. Vol. 48, № 3. P. 1124–1128. DOI: 10.2135/cropsci2007.07.0379.

9. Helguera M., Khan I. A., Kolmer J. et. al. 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. P. 1839–1847.

10. Kozyrev S. G., Manukyan I. R., Basieva M. A., Miroshnikova E. S., Dogusova N. N. Breeding of winter wheat for resistance to leaf rust in the foothill zone of the Central Caucasus // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1942. P. 012054. DOI: 10.1088/1742-6596/1942/1/012054.

11. Leonova I. N., Skolotneva E. S., Salina E. A. Genome-wide association study of leaf rust resistance in Russian spring wheat varieties [published correction appears in BMC Plant Biol. 2021. 21(1):43] // BMC Plant Biol. 2020. Vol. 20 (Suppl 1). P. 135. DOI: 10.1186/s12870-020-02333-3.

12. Liu Y., Gebrewahid T. W., Zhang P., Li Z., Liu D. Identification of leaf rust resistance genes in common wheat varieties from China and foreign countries // Journal of Integrative Agriculture. 2021. Vol. 20(5). P. 1302–1313. DOI: 10.1016/S2095-3119(20)63371-8.

13. Manukyan I. R., Doguzova N. Resistance of winter wheat cultivars to leaf rust in conditions of the Central Caucasus // General question of world science: Collection of scientific papers on materials XII International Scientific Conference. Brussels: Science Russia. 2021. P. 55–60. DOI: 10.18411/gq-31-03-2021-14.

14. Peterson R. F., Campbell A. B., Hannah A. E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals // Canad. J. Res. (Section C). 1948. Vol. 26. P. 496–500. DOI: 10.1139/cjr48c-033.

15. Schachermayer G., Feuillet C., Keller B. Molecular markers for detection of the wheat leaf rust resistance gene Lr 10 in diverse genetic backgrounds // Mol. Breeding. 1997. Vol. 3. P. 65–74.

16. Vikas V. K., Pradhan A. K., Budhlakoti N., Mishra D. C., Chandra T., Bhardwaj S. C., Kumar S., Sivasamy M., Jayaprakash P., Nisha R., Shajitha P., Peter J., Geetha M., Mir R. R., Singh K., Kumar S. Multi-locus genome-wide association studies (ML-GWAS) reveal novel genomic regions associated with seedling and adult plant stage leaf rust resistance in bread wheat (Triticum aestivum L.) // Heredity. 2022. Vol. 128(6). P. 434–449. DOI: 10.1038/s41437-022-00525-1.

17. 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 Breeding. 2007. Vol. 126, № 5. P. 482–486. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2007.01331.