Определение генов устойчивости к бурой ржавчине у сортов озимой мягкой пшеницы с использованием традиционных и современных методов исследований

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.

1. Вожжова 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.

2. 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.

3. Данилова А. В., Волкова Г. В. Карликовая ржавчина – прогрессирующее заболевание ячменя // Защита и карантин растений. 2015. № 7. С. 46–48.

4. Дорохов Д. Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD анализа растительных геномов // Молекулярная генетика. 1997. T. 3, № 4. C. 443–450.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Kolmer J. A. Virulence phenotypes of puccinia triticina in South Atiantik in 1999 // Plant Diseases. 2002. No. 88(3). Pp. 288–291.

11. 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.

12. 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.

13. Mains E. B., Jackson H. S. Physiological specialization in leaf rust of wheat? Puccinia triticina Erikss. // Phytopathology. 1926. Vol. 16. Pp. 89–120.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

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 Breed. 2007. Vol. 126. Pp. 482–486.