Поиск аллеля устойчивости к пиренофорозу Tsc2 в образцах озимой мягкой пшеницы

   Озимая мягкая пшеница – это одна из наиболее значимых продовольственных культур в России и во всем мире. Она имеет большое значение для обеспечения продовольственной безопасности. Тем более важно создавать сорта, устойчивые к эпифитотиям опасных листовых болезней, таких как пиренофороз. Одним из главных генов, обеспечивающих устойчивость пшеницы к этому заболеванию, является ген Tsc2. Ранее коллекция и селекционные образцы отдела селекции и семеноводства озимой пшеницы ФГБНУ «АНЦ «Донской» не оцеивались на устойчивость к пиренофорозу методами молекулярной диагностики.

   Целью работы является изучение коллекционного и селекционного материала озимой мягкой пшеницы для идентификации аллелей гена устойчивости к пиренофорозу Tsc2.

   Анализ проводили в 2023–2024 гг. в лаборатории клеточной селекции по направлению «маркерная селекция».

   Объект исследования – 102 образца озимой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения.

   Для определения аллелей гена устойчивости к пиренофорозу Tsc2 использовали молекулярный маркер XBE444541. Распределение образцов производили по размерам аллелей: 340 пар нуклеотидов (п. н.) для доминантного, чувствительного к ToxB, типа; 505 п. н. для рецессивного, устойчивого к патогену. В результате проведенного исследования было выявлено широкое аллельное разнообразие у ряда изучаемых образцов. Установлено наличие новых аллелей размерами 400, 450 и 490 пар нуклеотидов. У 48 образцов выявлен доминантный аллель гена Tsc2, связанный с восприимчивостью к токсину ToxB возбудителя пиренофороза. У 11 образцов установлено наличие рецессивного аллеля Tsc2, сцепленного с устойчивостью к заболеванию, но в гетерозиготном аллельном состоянии (АСВ 141, Васса, СО 911, Гром, Liangxing 99, Fuimai 5, Вояж, Универ, Фазенда, 591/20 и 1278/21). Для улучшения устойчивости озимой мягкой пшеницы к пиренофорозу рекомендуем использование в селекционных программах образцов с аллелем tsc2.

1. Ким Ю. С., Волкова Г. В. Желтая пятнистость листьев пшеницы: распространение, вредоносность, расовый состав (обзор) // Вестник Ульяновской ГСХА. 2020. № 2(50). С. 105–116. DOI: 10.18286/1816-4501-2020-2-105-116

2. Коваленко Н. М., Шайдаюк Е. Л., Гультяева Е. И. Характеристика устойчивости районированных сортов мягкой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости // Биотехнология и селекция растений. 2022. № 5(2). С. 15–24. DOI: 10.30901/2658-6266-2022-2-o3

3. Кохметова А. М., Али С., Сапахова З., Атишова М. Н. Идентификация генотипов-носителей устойчивости к токсинам пиренофороза PtrToxA и PtrToxB Pyrenophora tritici-repentis в коллекции мягкой пшеницы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. № 22(8). С. 978–986. DOI: 10.18699/VJ18.440

4. Малкандуев Х. А., Шамурзаев Р. И., Малкандуева А. Х. Формирование урожая и качества зерна сортов озимой пшеницы в зависимости от предшественников и условий возделывания // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2022. № 3(107). С. 40–50. DOI: 10.35330/1991-6639-2022-3-107-40-50

5. Кохметова А. М., Атишова М. Н., Кумарбаева М. Т., Леонова И. H. Фитопатологический скрининг и молекулярный анализ гермоплазмы пшеницы из Казахстана и CIMMYT на устойчивость к пиренофорозу // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. № 23(7). С. 879–886. DOI: 10.18699/VJ19.562

6. Abeysekara N. S., Friesen T. L., Liu Z., McClean P. E., Faris J. D. Marker development and saturation mapping of the tan spot Ptr ToxB sensitivity locus Tsc2 in hexaploid wheat // Plant Genome. 2010. Vol. 3. P. 179–189. DOI: 10.3835/plantgenome2010.07.0017

7. Dadrasi A., Chaichi M., Nehbandani A., Soltani E., Nemati A., Salmani F., Heydari M., Yousefi A. R. Global insight into understanding wheat yield and production through Agro-Ecological Zoning // Scientific Reports. 2023. Vol. 13(1), Article number: 15898. DOI: 10.1038/s41598-023-43191-x

8. Faris J. D., Liu Z., Xu S. S. Genetics of tan spot resistance in wheat // Theoretical and Applied Genetics. 2013. Vol. 126(9). P. 2197–2217. DOI: 10.1007/s00122-013-2157-y

9. See P. T., Iagallo E. M., Oliver R. P., Moffat C. S. Heterologous expression of the Pyrenophora tritici-repentis effector proteins ToxA and ToxB, and the prevalence of effector sensitivity in Australian cereal crops // Frontiers in Microbiology. 2019. Vol. 10, Article number: 10.00182. DOI: 10.3389/fmicb.2019.00182

10. Singh G., Running K., Peters Haugrud A., Seneviratne S., Zhang Z., Szabo-Hever A., Acharya K., Liu Z., Dubcovsky J., Faris J. D. Towards the molecular cloning of tan spot susceptibility gene Tsc2 in wheat [abstract] // Plant and Animal Genome 30 Conference. 2022. Poster No. PE0550

11. Tran V. A., Aboukhaddour R., Strelkov I. S., Bouras N., Spaner D., Strelkov S. E. The sensitivity of Canadian wheat genotypes to the necrotrophic effectors produced by Pyrenophora tritici-repentis // Canadian Journal of Plant Pathology. 2017. Vol. 39(2). P. 149–162. DOI: 10.1080/07060661.2017.1339125

12. Wei B., Moscou M. J., Sato K., Gourlie R., Strelkov S., Aboukhaddour R. Identification of a locus conferring dominant susceptibility to Pyrenophora tritici-repentis in barley // Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11, Article number: 158. DOI: 10.3389/fpls.2020.00158

13. Weith S., Ridgway H. J., Jones E. E. Determining the presence of host specific toxin genes, ToxA and ToxB, in New Zealand Pyrenophora tritici-repentis isolates, and susceptibility of wheat cultivars // New Zealand Plant Protection. 2021. Vol. 74(1). P. 20–29. DOI: 10.30843/nzpp.2021.74.11724

14. Wysocka K., Cacak-Pietrzak G., Feledyn-Szewczyk B., Studnicki M. The Baking quality of wheat flour (Triticum aestivum L.) obtained from wheat grains cultivated in various farming systems (Organic vs. Integrated vs. Conventional) // Applied Sciences. 2024. Vol. 14(5), Article number: 1886. DOI: 10.3390/app14051886

15. Yadav A., Sharma A., Kumar A., Yadav R., Kumar R. SSR based molecular profiling of elite cultivars of basmati rice (Oryza sativa L.) // Research Journal of Biotechnology. 2021. Vol. 16(12). P. 55–63. DOI: 10.25303/1612rjbt5563