References

vavilov

Вавиловский журнал генетики и селекции

Vavilov Journal of Genetics and Breeding

2500-3259

Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS

10.18699/VJ19.524

vavilov-2204

Research Article

СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ НА ИММУНИТЕТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ

PLANT BREEDING FOR IMMUNITY AND PERFORMANCE

Характеристика генофонда яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по устойчивости к пыльной головне в условиях лесостепи Западной Сибири

Characteristics of the gene pool of spring wheat (Triticum aestivum L.) for resistance to loose smut in the forest-steppe of Western Siberia

https://orcid.org/0000-0001-5084-375X

Орлова

Е. А.

Orlova

E. A.

Orlova.Lena10@yandex.ru

Бехтольд

Н. П.

Baechtold

N. P.

Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияSiberian Research Institute of Plant Production and Breeding – Branch of the Institute of Cytology and Genetics, SB RASRussian Federation

2019

22082019

235551558

2019

Орлова Е.А., Бехтольд Н.П.

Orlova E.A., Baechtold N.P.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2204

Среди многочисленных болезней яровой пшеницы, вызываемых патогенными грибами, пыльная головня Ustilago tritici (Pers.) Jens. по-прежнему остается опасным заболеванием. На полях, где отсутствует контроль над проявлением и распространением болезни, недобор урожая может составлять до 10 %, а при возделывании высоковосприимчивых сортов достигать 40–50 %. С учетом возрастающей стоимости протравителей семян и их экологической небезопасности, самым доступным способом защиты растений, снижающим пестицидную нагрузку на агроценозы, является возделывание сортов, невосприимчивых к пыльной головне. Решающий момент в селекции на устойчивость – использование в качестве родительских форм сортов, резистентных к патогену. Целью наших исследований было выделение невосприимчивых к пыльной головне образцов яровой пшеницы на фоне искусственного заражения растений популяцией, специфичной для Западно-Сибирского региона. Приведены результаты многолетних исследований 350 генотипов яровой пшеницы различного эколого-географического происхождения на устойчивость к болезни. Физиологическую специализацию рас U. tritici осуществляли на дифференцирующем наборе, состоящем из шести сортов мягкой и трех сортов твердой яровой пшеницы. Полученные результаты в сочетании с литературными данными свидетельствуют об изменениях в расовом составе, произошедших в культуре патогена за последние 30–35 лет. Выделены сорта иностранной и отечественной селекции, резистентные к западносибирской популяции пыльной головни. На основе анализа родословных образцов, высокои практически устойчивых к головне, сделано предположение, что в селекции на иммунитет к U. tritici чаще всего используют одни и те же источники генов резистентности. Среди генофонда яровой пшеницы иностранной селекции наибольшее количество генотипов, резистентных к пыльной головне, выделяется в странах Североамериканской географической зоны (США, Канада, Мексика). В основном это образцы, несущие гены Ut1, гены от сорта пшеницы Thatcher и ее сестринской линии DC II-21-44. В сортах российской селекции прослеживаются гены от сортов Белотурка, Полтавка, Селивановский Русак (через Саратовскую 29 и ее производные), гены от пшенично-пырейных линий АГИС 1 и Грекум 114.

Among the many diseases of spring wheat caused by pathogenic fungi, loose smut Ustilago tritici (Pers.) Jens. remains to be a dangerous disease with a wide range of distribution. In fields where there is no control over the emergence and spread of the disease, the yield reduction can be up to 10 %, and in the case of highly susceptible varieties, up to 40–50 %. Taking into account the increasing cost of seed protectants and their environmental damage, the cultivation of varieties resistant to loose smut is still the most affordable way to protect plants, reducing the pesticide load on agrocenoses. The crucial point in breeding for resistance is the use of resistant varieties as parental forms. The aim of our research was to isolate samples of spring wheat that are immune to loose smut against the background of artificial infection of plants with a population specific to the West Siberian region. The article presents the results of long-lasting studies of 350 genotypes of spring wheat of different ecological and geographical origin for resistance to disease. Physiological specialization of races was carried out on the basis of a differentiating set consisting of six varieties of soft wheat and three varieties of durum spring wheat. The obtained results in combination with literature data reveal changes in the racial composition of the pathogen population over the past 30–35 years. Varieties of foreign and domestic selection resistant to the West Siberian population of loose smut have been identified. Based on the analysis of pedigree samples, highly and practically resistant to loose smut, we concluded that in breeding for immunity to U. tritici, the same sources of resistance genes are most often used. Among the gene pool of spring wheat of foreign selection, the largest number of genotypes resistant to loose smut is assigned to the countries of the North American geographical zone (USA, Canada, Mexico). These are largely samples containing Ut1 genes, genes from spring wheat ‘Thatcher’ and its sister line ‘DC II-21-44’. Resistance genes in Russian wheat varieties can be traced from cultivars Beloturka, Poltavka, Selivanovsky Hare (using Saratovskaya 29 and its derivatives), and genes from wheatgrass lines AGIS 1 and Grecum 114.

яровая мягкая пшеницапыльная головняисточники устойчивостирасыпопуляция

spring soft wheatloose smutsources of stabilityracespopulation

This work was supported by State Budgeted Project 0324-2019-0039 for ICG.

References1

Бахарева Ж.А. Изучение расового состава головневых заболеваний зерновых культур в Западной Сибири. Проблемы селекции и семеноводства полевых культур в Сибири: Сб. науч. тр. ВАСХНИЛ. Новосибирск, 1978;3-96.

Bakhareva J.A. Study of the racial composition of smut diseases of grain crops in West Siberia. In: Problems of Breeding and Seed Production of Field Crops in Siberia: SB. science. Proceedings of the Lenin All-Union Academy of Agricultural Sciences. Novosibirsk, 1978;3-96. (in Russian)

Бахарева Ж.А., Христов Ю.А. Создание сортов зерновых культур, устойчивых к головневым заболеваниям в Западной Сибири. Новосибирск: РАСХН. Сиб. отд-ние, 2003.

Bakhareva J.A., Khristov Yu.A. Creating Varieties of Grain Crops Resistant to Loose Smut Diseases in West Siberia. Novosibirsk: Siberian Branch of RAAS, 2003. (in Russian)

Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. 2016. http://reestr.gossort.com

State Register of Breeding Achievements Admitted to Use. 2016. Available at: http://reestr.gossort.com (in Russian)

Дружин А.Е. Влияние пыльной головни на хозяйственно полезные признаки яровой мягкой пшеницы. Селекция и семеноводство полевых культур: Сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. Пенза, 2001;24-26.

Druzhin A.E. Influence of loose smut on commercially valuable traits of spring soft wheat. In: Breeding and Seed Industry of Field Crops: Proc. of the All-Russia scientific and practical conference. Penza, 2001;24-26. (in Russian)

Дружин А.Е., Крупнов В.А. Пшеница и пыльная головня. Саратов, 2008.

Druzhin A.E., Krupnov V.A. Wheat and Loose Smut. Saratov, 2008. (in Russian)

Кривченко В.И. Устойчивость зерновых колосовых к возбудителям головневых болезней. М., 1984.

Krivchenko V.I. The Resistance of Cereals to Agents of Loose Smut Diseases. Moscow, 1984. (in Russian)

Кривченко В.И., Мягкова Д.В., Жукова А.Н., Хохлова А.П. Методические указания по изучению головнеустойчивости зерновых колосовых культур. Л., 1987.

Krivchenko V.I., Myagkova D.V., Zhukova A.N., Khokhlova A.P. Guidelines for the Study of Resistance to Smut in Cereal Crops. Leningrad, 1987. (in Russian)

Коробейников Н.И., Розова М.А., Кривогарницын Б.И., Бородулина В.А. Принципы и результаты селекции зерновых культур на устойчивость к грибным заболеваниям на Алтае. Селекция на устойчивость растений к биотическим и абиотическим факторам среды: Материалы науч.-метод. конф. Новосибирск, 2006;41-59.

Korobeynikov N.I., Rozova M.A., Krivogarnitsyn B.I., Borodulina V.A. Principles and results of breeding of cereals for resistance to fungal diseases in Altay. In: Breeding for Plant Resistance to Biotic and Abiotic Factors in the Environment: Proc. sci.-meth. conf. Novosibirsk, 2006;41-59. (in Russian)

Мартынов С.П., Добротворская Т.В. Сравнительный анализ устойчивости яровой мягкой пшеницы к пыльной головне, основанный на генеалогическом подходе. Генетика. 2003;39(7):956-968.

Martynov S.P., Dobrotvorskaya T.V. Genealogy-based comparison of loose smut resistance for spring common wheat cultivars. Russ. J. Genet. 2003;39(7):799-810. DOI 10.1023/A:1024757205050.

Мартынов С.П., Добротворская Т.В., Крупнов В.А. Генеалогический анализ использования двух видов пырея (Agropyron) в селекции мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) на устойчивость к болезням. Генетика. 2016;52(2):179-188.

Martynov S.P., Dobrotvorskaya T.V., Krupnov V.A. Genealogical analysis of the use of two wheatgrass (Agropyron) species in common wheat (Triticum aestivum L.) breeding for disease resistance. Russ. J. Genet. 2016;52(2):154-163. DOI 10.1134/S1022795416020071.

Нешумаева Н.А., Сидоров А.В., Голубев С.С. Селекция яровой пшеницы на устойчивость к пыльной головне. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(6):22-24.

Nechumaeva N.A., Sidorov A.V., Golubev S.S. Breeding of spring wheat for resistance to loose smut. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2016; 30(6):22-24. (in Russian)

Орлова Е.А., Бехтольд Н.П., Лихенко И.Е. Влияние возбудителя твердой головни ячменя на хозяйственно-полезные признаки растений. Достижения науки и техники АПК. 2015;29(3):4-6.

Orlova E.A., Bechtold N.P., Lihenko I.E. The influence of the causative agent of covered smut of barley on the economic-useful signs of the plants. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2015;29(3):4-6. (in Russian)

Першина Л.А., Осадчая Т.С., Бадаева Е.Д., Белан И.А., Россеева Л.П. Изучение особенностей андрогенеза в культуре пыльников сортов и перспективной формы яровой мягкой пшеницы западносибирской селекции, различающихся наличием или отсутствием пшенично-чужеродных транслокаций. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(1):40-49.

Pershina L.A., Osadchaya T.S., Badaeva E.D., Belan I.A., Rosseeva L.P. Features of androgenesis in anther cultures of varieties and a promising accession of spring common wheat bred in Western Siberia differing in the presence or absence of wheat-alien translocations. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2013;17(1):40-49. (in Russian)

Плахотник В.В., Зеленева Ю.В., Судникова В.П. Источники и высокоэффективные доноры для селекции яровой пшеницы на устойчивость к стрессовым факторам среды. Вопр. соврем. науки и практики. 2014;1(50):109-113.

Plakhotnik V.V., Zeleneva U.V., Sudnikova V.P. Sources and highperformance donors for spring wheat breeding to increase resistance to ambient stress factors. Voprosy Sovremennoi Nauki i Praktiki = Issues of Modern Science and Practice. 2014;1(50):109-113. (in Russian)

Россельхозцентр. http://rosselhoscenter.com/2016-02-06-19-01-37

Russian Agricultural Center. http://rosselhoscenter.com/2016-0206-19-01-37

Сибикеев С.Н., Дружин А.Е. Влияние замещения 6AG I (6D)-хромосомы Agropyron intermedium на хозяйственно ценные и адаптивные признаки у линий яровой мягкой пшеницы. Успехи соврем. естествознания. 2017;11:43-48.

Sibikeev S.N., Druzhin A.E. Effect of the substitution of 6AG I (6D)-chromosome from Agropyron intermedium on agronomically valuable and adaptive traits in lines of spring bread wheat. Uspekhi Sovremennogo Estestvoznaniya = Advances in Modern Natural Science. 2017;11:43-48. (in Russian)

Сидоров А.В. Селекция яровой пшеницы на устойчивость к грибным болезням. Селекция и семеноводство. 2001;3:20-23.

Sidorov A.V. Breeding of spring wheat for resistance to fungal diseases. Selektsiya i Semenovodstvo = Breeding and Seed Production. 2001;3:20-23. (in Russian)

Степановских А.С. Головневые болезни ячменя. Челябинск, 1990.

Stepanovskyh A.S. Smut Disease of Barley. Chelyabinsk, 1990. (in Russian)

Сюков В.В., Поротькин С.Е. Генетика устойчивости мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) к пыльной головне (Ustilago tritici (Pers.) Jens.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2014; 18(3):517-522.

Syukov V.V., Porotkin S.E. Genetics of common wheat (Triticum aestivum L.) resistance to loose smut (Ustilago tritici (Pers.) Jens.). Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014;18(3):517-522. (in Russian)

Тихомиров В.Т. Расы пыльной головни Ustilago tritici (Pers.) Jens. в Красноярском крае. Сиб. вестн. с.-х. науки. 1981;1:36-40.

Tikhomirov V.T. Races of loose smut Ustilago tritici (Pers.) Jens. in the Krasnoyarsk region. Sibirskiy Vestnik Selskokhozyaystvennoy Nauki = Siberian Herald of Agricultural Sciences. 1981;1:36-40. (in Russian)

Харина А.В. Головневые болезни яровой мягкой пшеницы в условиях Евро-Северо-Востока. Аграр. наука Евро-Северо-Востока. 2013;1:15-18.

Harina A.V. Bunt diseases of spring soft wheat under conditions of Euro-North-East. Agrarnaya Nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science of the Euro-North-East. 2013;1:15-18. (in Russian)

Cherewick W.J. Smut Diseases of Cultivated Plants in Canada. Ottawa, Canada: Dept. of Agriculture, 1953.

Hanna W.F. Physiologic forms of loose smut of wheat. Can. J. Res. 1937;15(4):141-153.

Hanna W.F., Popp W. Physiologic forms of loose smut of wheat. Phytopathology. 1932;22(1):141.

Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale GRIS. Available at: http://wheatpedigree.net

Grevel F.K. Untersuchungen über das Vorhandensein biologischer Rassen des Flugbrandes des Weizens (Ustilago tritici). Phytopathologische Zeitschrift. 1930;2(3):209-234.

Knox R.E., Campbell H.L., Clarke F.R., Menzienes J.G., Popovic Z., Procunier J.D., Clarke J.M., Depauw R.M., Cuthber R.D., Somers D.J. Quantitative trait loci for resistance in wheat (Triticum aestivum) to Ustilago tritici. Can. J. Plant Pathol. 2014;36(2):187201.

Lupton F. Wheat Breeding: Its scientific basis. Dordrecht, Netherlands: Springer, 1987.

Maat H. A History of Agricultural Science in the Netherland and its Colonies, 1863–1986. Kluwer Acad. Publ., 2001.

McCallum B.D., DePaum R.M. A review of wheat cultivars grown in the Canadian prairies. Can. J. Plant Sci. 2008;88(4):649-665.

McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Xia X.C. Catalog of Gene Symbols for Wheat: 2017 Supplement. 12th Int. Wheat Genetics Symp, Yokohama, Japan, 2017.

McIntosh R.A., Hart C.E., Devos K.M., Gale M.D., Rogers W.J. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. Proc. 9 Int. Wheat Genet. Symp., Saskatchewan, Canada, 1998;5.

McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. 12th Int. Wheat Genet. Symp., Sept. 8–13, 2013;195.

Menzies J.G., Knox R.E., Nielsen J., Thomas P.L. Virulence of Canadian isolates of Ustilago tritici: 1964–1998, and the use of the geometric rule in understanding host differential complexity. Can. J. Plant Pathol. 2003;25:62-72.

Nielsen J. Inheritance of virulence of loose smut of wheat Ustilago tritici on the differential cultivars Renfrew, Florence × Aurore, Kota and Little Club. Can. J. Bot. 1977:55:260-263.

Nielsen J. Inheritance of virulence of loose smut of wheat Ustilago tritici on the differential cultivars Carma, Red Bobs, and derivative of the cross Thatcher × Regent. Can. J. Bot. 1982:60:1191-1193.

Nielsen J. Spring wheat’s immune or Highly resistant to Ustilago tritici. Plant Dis. 1983;67(8):860-863. DOI 10.1094/PD-67-860.

Nielsen J. Races of Ustilago tritici and techniques for their study. Can. J. Plant Pathol. 1987;9:91-105.

Nielsen J., Thomas P., Loose smut. In: Wilcoxson R.D., Saari E.E. (Eds.) Bunt and Smut Diseases of Wheat: Concepts and methods of disease management. Mexico, CIMMYT, 1996;33-47.

Rabinovich S.V., Chernyaeva I.N., Afonskaya E.J., Dolgova E.M. Genetic basis of loose smut resistance in Ukrainian, Russian, and U.S. winter and spring wheats. Ann. Wheat Newslett. 1996;42: 210-212.

Symko S. From a Single Seed: Tracing the Marquis wheat success story in Canada to its roots in the Ukraine. Canada: Agriculture and AgriFood Canada Publ., 1999.

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