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/VJ15.040

vavilov-413

Research Article

БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Plant genetics and breeding

Пребридинговые исследования почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы с комбинацией транслокаций от Agropyron elongatum (Host.) Р.В. и Aegilops ventricosa Tausch

Prebreeding research of near-isogenic lines of spring bread wheat with a combination of translocations from Agropyron elongatum (Host.) Р.В. and Aegilops ventricosa Tausch.

Сибикеев

С. Н.

Sibikeev

S. N.

sibikeev_sergey@mail.ru

Дружин

А. Е.

Druzhin

A. E.

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока, Саратов, РоссияРоссияAgricultural Research Institute for South-East Regions of Russia, Saratov, RussiaRussian Federation

2015

29112015

193310315

2015

Сибикеев С.Н., Дружин А.Е.

Sibikeev S.N., Druzhin A.E.

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

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/413

Для защиты мягкой пшеницы от патогенов, и в первую очередь от ржавчинных болезней, широко привлекают интрогрессивные гены устойчивости, локализованные в чужеродных транслокациях. Для использования их в практической селекции необходимы пребридинговые исследования, которые определяют влияние транслокаций на адаптационные свойства растений, элементы продуктивности, урожайности зерна и качества конечной продукции. С целью решения этих задач изучались почти изогенные линии Л653 и Л654 сорта яровой мягкой пшеницы Добрыня, устойчивые к листовой ржавчине и несущие комбинацию транслокаций T7DS • 7 DL-7Ae#1L + T2AL • 2AS‑2MV#1 с генами Lr19/Sr25 от Agropyron elongatum (Host.) P.B. и Lr37/ Sr38/ Yr17 от Aegilops ventricosa Tausch. В качестве контролей использовали сорт-реципиент Добрыня и сорт-стандарт Фаворит. Фитопатологические тесты показали, что Л653 и Л654 высокоустойчивы к Puccinia triticina и к расе Ug99 + Lr24 (TTKST) Puccinia graminis, но умеренно восприимчивы к саратовской популяции патогена. Пребридинговые исследования линий Л653 и Л654 выявили, что комбинация транслокаций T7DS • 7 DL-7Ae#1L + T2AL • 2AS-2MV#1: 1) увеличиваетпродолжительность периода всходы – колошение на 7 дней и высоту растений в среднем на 10 см; 2) не влияет на устойчивость к полеганию, массу 1000 семян и продуктивность зерна как в засушливые годы, так и в годы с эпифитотией листовой ржавчины; 3) уменьшает адаптивность растений к резко меняющимся условиям вегетации; 4) уменьшает количество клейковины, не изменяя ее силу, при этом не влияет на показатели упругости теста, отношение упругости теста к растяжимости, силу муки, объем и пористость хлебцев. Таким образом, комбинация транслокаций T7DS • 7 DL-7Ae#1L + T2AL • 2AS-2MV#1 в генотипе сорта яровой мягкой пшеницы Добрыня определяет высокую устойчивость к листовой ржавчине и расе Ug99 + Lr24 (TTKST) стеблевой ржавчины и нейтральна в отношении комплекса агрономических показателей.

To protect bread wheat from pathogens and, in particular, rust diseases, introgressive resistance genes located in alien translocations are commonly used. However, their application in practical breeding demands prebreeding studies. They reveal effects of translocations on the adaptive properties of plants, performance indices, yield, and the quality of the final product. For this purpose, we studied the L653 and L654 near-isogenic lines of spring bread wheat cultivar Dobrynya, resistant to leaf rust and carrying the combination of translocations 7DS • 7 DL-7Ae#1L + 2AL • 2AS-2MV#1, which host genes Lr19/Sr25 from Agropyron elongatum (Host.) P. B. and Lr37/Sr38/ Yr17 from Aegilops ventricosa Tausch. The recipient cv. Dobrynya and standard cv. Favorite were used as references. Phytopathological tests showed that L653 and L654 were highly resistant to Puccinia triticina at all stages of plant development and to Puccinia graminis race Ug99 + Lr24 (TTKST), but they were moderately susceptible to the Saratov population of this pathogen. The prebreeding research of lines L653 and L654 showed that the combination of 7 DS • 7 DL-7Ae#1L + 2AL • 2AS-2MV#1 translocations: (1) prolonged the seedling emergence –heading time by 7 days and increased the mean plant height by 10 cm; (2) did not affect lodging resistance or 1000 kernel weight; (3) affected grain yield in neither drought years nor years of leaf rust outbreaks; (4) reduced plant adaptation to abrupt vegetation condition changes; (5) reduced gluten amount without affecting its strength, dough tenacity, tenacity : extensibility ratio, flour strength, bread volume, or bread porosity. Thus, the combination of 7DS • 7 DL-7Ae#1L + 2AL • 2AS-2MV#1 translocations in the genotype of spring bread wheat cv. Dobrynya determines high resistance to leaf rust and stem rust race Ug99 + Lr24 (TTKST), being neutral with regard to agronomic performance indices.

почти изогенные линии мягкой пшеницыкомбинация транслокаций T7DS • 7 DL-7Ae#1L + T2AL • 2AS-2MV#1устойчивость к листовой ржавчинепребридинговые исследования агрономических показателей

near-isogenic lines of bread wheatcombination of 7DS • 7 DL-7Ae#1L + 2AL • 2AS-2MV#1 translocationshigh leaf rust resistanceprebreeding study of agronomic traits

References1

Абдряев М.Р. Селекционная ценность интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы в Поволжье: Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Саратов, 2006.

Abdrjaev M.R. Selekcionnaja cennost introgressivnyh linij jarovoj mjagkoj pshenicy v Povolzh’e. Diss. dokt selhoz nauk [The breeding value of spring bread wheat introgressive lines in the Volga region. Dr. agr. sci. diss.]. Saratov, 2006.

Гультяева Е.И., Иванова О.В., Маркелова Т.С., Сибикеев С.Н. Идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у интрогрессивных сортов и линий мягкой пшеницы, созданных в НИИСХ Юго-Востока. Вестник защиты растений. 2012;(1):38-44.

Ambrozova M., Dedryver F., Dumalasova V., Hanzalova A., Bartos P. Determination of the cluster of wheat rust resistance genes Yr17, Lr37 and Sr38 by molecular marker. Plant Protection Sci. 2002;38:41-45.

Коваленко Е.Д., Макаров А.А., Жемчужина М.И., Коломиец Т.М., Соломатин Д.А., Киселева М.И. Современная стратегия иммуногенетической защиты зерновых культур от болезней. Современные системы защиты растений от болезней и перспективы использования достижений биотехнологии и генной инженерии. Голицыно, 2003;52-54.

Bariana H.S., McIntosh R.A. Cytogenetic studies in wheat. XV. Location of rust resistance genes in VPM1 and their genetic linkage with other disease resistance genes chromosome 2A. Genome. 1993;36:476-482.

Сайфуллин Р.Г. Генетический контроль содержания белка в зерне яровой мягкой пшеницы: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Одесса, 1990.

Bayles R.A., Flath K., Hovmoller M.S., Vallavielle-Porta C. Breakdown of the Yr17 resistance to yellow rust of wheat in northern Europe. Agronomie. 2000;20:805-811.

Сибикеев С.Н., Воронина С.А., Крупнов В.А., Дружин А.Е. Влияние Lr19+Lr26-транслокаций на продуктивность и качество зерна яровой мягкой пшеницы. Сб. науч. тр. ГНУ НИИСХ Юго-Востока РАСХН. Саратов, 2009;122-125.

Dyck P.L., Friebe B. Evaluation of leaf rust resistance from wheat chromosomal translocation lines. Crop Sci. 1993;33:687-690.

Efremova T., Trubacheeva N., Chumanova E.,Badaeva E., Rosseeva L., Arbuzova V., Pershina L. Development and characterization of wheat-rye lines combining T1RS·1BL translocation and 5R(5D) chromosome substitution or T1RS·1BL and T5AS·5RL translocations. Cereal Res. Commun. 2014. DOI 10.1556/CRC.2014.0013

Friebe B., Raupp W.J., Gill B.S. Wheat – alien translocation lines. Annu. Wheat Newslett. Kansas State University, USA. 2000:46:191.

Bayles R.A., Flath K., Hovmoller M.S., Vallavielle-Porta C. Breakdown of the Yr17 resistance to yellow rust of wheat in northern Europe. Agronomie. 2000;20:805-811.

Gul’tjaeva E.I., Ivanova O.V., Markelova T.S., Sibikeev S.N. Identification of leaf rust resistance genes at the introgression bread wheat cultivars and lines produced in the ARISER by phytopathologic test and molecular markers. Vestnik zashhity rastenij – Journal of plant protection. 2012;1:38-44.

Dyck P.L., Friebe B. Evaluation of leaf rust resistance from wheat chromosomal translocation lines. Crop Sci. 1993;33:687-690.

Kovalenko E.D., Makarov A.A., Zhemchuzhina M.I., Kolomiec T.M., Solomatin D.A., Kiseleva M.I. Sovremennaja strategija immonogeneticheskoj zashhity zernovyh kultur ot boleznej [Modern strategy of immunogenetically protect crops from diseases]. Trudy VNIIF “Sovremennye sistemy zashhity rastenij ot boleznej i perspektivy ispolzovanija dostizhenij biotehnologii i gennoj inzhenerii” [Proc. of the All-Russian Institute of Phytopathology “The modern system of plant protection from diseases and prospects for the use of biotechnology and genetic engineering”]. Golitsino, 2003.

Efremova T., Trubacheeva N., Chumanova E., Badaeva E., Rosseeva L., Arbuzova V., Pershina L. Development and characterization of wheat-rye lines combining T1RS·1BL translocation and 5R(5D) chromosome substitution or T1RS·1BL and T5AS·5RL translocations. Cereal Res. Commun. 2014. DOI 10.1556/CRC.2014.0013

Labuschagne M.T., Pretorius Z.A., Grobbelaar B. The inﬂuence of leaf rust resistance genes Lr29, Lr34, Lr35 and Lr37 on bread making quality in wheat. Euphytica. 2002;124:65-70.

Friebe B., Raupp W.J., Gill B.S. Wheat – alien translocation lines. Annu. Wheat Newslett. Kansas State University, USA. 2000:46:191.

McIntosh R.A. Preemptive breeding to control wheat rusts. Euphytica. 1992;63:103-113.

Labuschagne M.T., Pretorius Z.A., Grobbelaar B. The inﬂuence of leaf rust resistance genes Lr29, Lr34, Lr35 and Lr37 on bread making quality in wheat. Euphytica. 200212465-70.

McIntosh R.A., Brown G.N. Anticipatory breeding for resistance to rust diseases in wheat. Annu. Rev. Phytopathol. 1997;35:311-326.

McIntosh R.A. Preemptive breeding to control wheat rusts. Euphytica. 1992;63:103-113.

McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat Rusts. An atlas of resistance genes. CSIRO, Australia, 1995.

McIntosh R.A., Brown G.N. Anticipatory breeding for resistance to rust diseases in wheat. Annu. Rev. Phytopatol. 1997;35:311-326.

McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. Proc. of the 12th Intern. Wheat Genet. Symp., 8–13 September 2013. Yokohama, Japan.

McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat Rusts. An atlas of resistance genes. CSIRO, Australia, 1995.

Miralles D.J., Resnicoff E., Carretero R. Yield improvement associated with Lr19 translocation in wheat. Scale and complexity in plant systems research: Gene-Plant-Crop Relations. Eds J.H.J. Spiertz, P.C. Struik, H.H. van Laar. 2007;171-178.

Prins R., Marais G.F., Janse B.J.H., Pretorius Z.A., Marais A.S. A physical map of the Thinopyrum – derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39:1013-1019.

Rajaram S., Mann C.E., Ortis Ferrara G., Mujeeb-Kazi A. Adaptation, stability and high yield potential of certain 1B/1R CIMMYT wheats. Proc. of Intern. Wheat Genet. Symp., Kyoto, Japan. 1983:613-621.

Prins R., Marais G.F., Janse B.J.H., Pretorius Z.A., Marais A.S. A physical map of the Thinopyrum – derived Lr19 translocation. Genome. 1996;39:1013-1019.

Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust Diseases of Wheat. Concepts and Methods of Disease Management. Mexico.1992. DF: CIMMYT.

Rajaram S., Mann C.E., Ortis Ferrara G., Mujeeb-Kazi A. Adaptation, stability and high yield potential of certain 1B/1R CIMMYT wheats. Proc. of Intern. Wheat Genet. Symp., Kyoto, Japan. 1983:613-621.

Sajfullin R.G. Geneticheskij kontrol soderzhanija belka v zerne jarovoj mjagkoj pshenicy. Diss. dokt biol. nauk. [Genetic control of protein content in grain of spring wheat. Dr. biol. sci. diss.] Odessa, 1990.

Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust Diseases of Wheat. Concepts and Methods of Disease Management. Mexico.1992. DF: CIMMYT. Sibikeev S.N., Druzhin A.E. The agronomic performance of Lr19+Lr37 translocations in the set of NILs in the genetic background of the spring bread wheat cultivar Dobrynya. Annu. Wheat Newslett. Kansas State University (USA). 2013;58:208.

Sibikeev S.N., Druzhin A.E. The agronomic performance of Lr19+Lr37 translocations in the set of NILs in the genetic background of the spring bread wheat cultivar Dobrynya. Annu. Wheat Newslett. Kansas State University (USA). 2013;58:208.

Sibikeev S.N., Voronina S.A., Krupnov V.A. Effects from 7DL-7Ae#1 translocation on resistance to environmental factors and grain quality of bread wheat. Proc. of the 11th EWAC Intern. Conf. Novosibirsk, Russia. 2000;188-189.

Sibikeev S.N., Krupnov V.A., Voronina S.A., Elesin V.A. First report of leaf rust pathotypes virulent to highly effective Lr-genes transferred from Agropyron species to bread wheat. Plant Breeding. 1996;115:276-278.

Singh R.P., Huerta-Espino J., Rajaram S., Crosa J. Agronomic effects from chromosome translocations 7DL – 7AG and 1BL – 1RS in spring wheat. Crop Sci. 1998;38:27-33.

Sibikeev S.N., Voronina S.A., Krupnov V.A., Druzhin A.E. Vlijanie Lr19+Lr26-translokacij na produktivnost i kachestvo zerna jarovoj mjagkoj pshenicy [The influence of Lr19+Lr26-translocations on productivity and grain quality of spring bread wheat] Trudy GNU NIISH Yugo-Vostoka [Proc. of the ARISER]. Saratov, 2009.

Singh RP., Huerta-Espino J.H., Jin Y., Herrera-Foessel S., Njau P., Wanyera R., Ward R.W. Current resistance sources and breeding strategies to mitigate Ug99 threat. Proc. of the 11th Intern. Wheat Genet. Symp., Brisbane, QLD, Australia. 2008.

Singh R.P., Huerta-Espino J., Rajaram S., Crosa J. Agronomic effects from chromosome translocations 7DL – 7AG and 1BL – 1RS in spring wheat. Crop Sci. 1998;38:27-33.

Sumikova T., Hanzalova A. Multiplex PCR assay to detect rust resistance genes Lr26 and Lr37 in wheat. Czech. J. Genet. Plant Breeding. 2010;46:85-89.

Villareal R.L., del Toro E., Mujeeb-Kazia., Rajaram S. The 1BL/1RS chromosome translocation effect on yield characteristics in a Triticum aestivum L. cross. Plant Breeding. 1995;114:497-500.

Sumikova T., Hanzalova A. Multiplex PCR assay to detect rust resistance genes Lr26 and Lr37 in wheat. Czech. J. Genet. Plant Breeding. 2010;46:85-89.

Villareal R.L., del Toro E., Mujeeb-Kazia., Rajaram S. The 1BL/1RS chromosome translocation effect on yield characteristics in a Triticum aestivum L. cross. Plant Breeding. 1995;114:497-500.

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