Характеристика вирулентности популяций Рuccinia triticina и перспективы использования генов Lr24, Lr25, LrSp в селекции яровой мягкой пшеницы на Южном Урале

Для успешной генетической защиты пшеницы от бурой ржавчины и своевременного выявления патотипов с вирулентностью к используемым генам устойчивости необходим постоянный мониторинг популяций возбудителя. Цель настоящей работы – анализ вирулентности Puccinia triticina в Челябинской области и мониторинг эффективности Lr-генов в полевых условиях для обоснования и стабилизации генетической защиты пшеницы от бурой ржавчины на Южном Урале. Инфекционный материал собран с районированных и перспективных сортов мягкой пшеницы на селекционном участке Челябинского научно-исследовательского института сельского хозяйства (ЧНИИСХ) в 2014–2016 гг. Протестировано 383 монопустульных изолята, из них 180 в 2014 г., 131 – 2015, 72 – 2016 г. Высокой эффективностью характеризовался ген Lr24. Единичный изолят, вирулентный к линии ТсLr19, отмечен в 2014 г. Изоляты, вирулентные к гену Lr9, встречались ежегодно как на сортах-носителях данного гена, так и без него, и все они характеризовались авирулентностью к гену Lr26. С помощью 20 TcLr-линий выявлено 27 фенотипов. Фенотипы TQTTR и TGTTR, авирулентные к линиям ТсLr19, ТсLr24, ТсLr26 и ТсLr9, ТсLr19, ТсLr24, ТсLr26 соответственно, были общими в 2014–2016 гг. Согласно индексу Нея (N), не выявлено существенных различий по вирулентности между образцами челябинских популяций в 2014–2016 гг. Полученные результаты по эффективности Lr-генов в фазе проростков коррелировали с оценками линий Thatcher, образцов селекционного материала и сортов с известными Lr-генами в полевых условиях в селекционных посевах ЧНИИСХ. В селекции пшеницы на Урале перспективны высокоэффективные гены Lr24, Lr25, Lr28, Lr29, Lr37. Использование этих генов и пирамидирование генов, частично утративших эффективность, позволяют расширить генетическое разнообразие новых сортов и стабилизировать состав популяций патогена. В полевых условиях Уральского региона выявлены следующие эффективные сочетания генов: Lr9+Lr19, Lr9+Lr26, Lr9+Lr37, Lr9+Lr10+Lr26 и Lr9+Lr26+Lr37.

бурая ржавчина, Lr-гены, мягкая пшеница, сорт, вирулентность, устойчивость

1. Davoyan E.R., Bespalova L.A., Davoyan R.O., Zubanova Y.S., Mikov D.S., Filobok V.A., Khudokormova J.N. Use of molecular markers in wheat breeding for resistance to leaf rust at the Lukyanenko Research Institute of Agriculture. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014;18(4/1): 732-738. (in Russian)

2. Gaynullin N.R., Lapochkina I.F., Zhemchuzhina A.I., Kiseleva M.I., Kolomiets T.M., Kovalenko E.D. Phytopathological and molecular genetic identification of leaf rust resistance genes in common wheat accessions with alien genetic material. Genetika = Genetics (Moscow). 2007;43(8):1058-1064. (in Russian)

3. Gosudarstvennyy reestr selektsionnykh dostizheniy, dopushchennykh k ispolzovaniyu. Sorta rasteniy [State Register of Breeding Achievements Approved for Use. Varieties of Plants]. Moscow: Rosinformagrotekh Publ., 2016. (in Russian)

4. Gul’tyaeva E.I. Genetic diversity of Russian common wheat varieties for leaf rust resistance. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2012;2:29-32. (in Russian)

5. Gul’tyaeva E.I. Identification of leaf rust resistance genes in Russian common wheat varieties. Sbornik tezisov Vserossiskoi konferencii “50 let VOGiS: uspekhi i perspektivyˮ [Abstracts from the All-Russia conference “50th Anniversary of VOGiS: Advances and Prospects”, November 8–10, 2016]. Moscow, 2016. (in Russian)

6. Gul’tyaeva E.I., Shaidayuk E.L., Kazartsev I.A., Aristova M.K. Structure of Russian populations of Puccinia triticina Eriks. Vestnik zashchity rasteniy = Plant Protection News. 2015;85(3):5-10. (in Russian)

7. Kosman E., Dinoor A., Herrmann A., Schachtel G.A. Virulence Analysis Tool (VAT), 2008.

8. Kovalenko E.D., Zhemchuzhina A.I., Kiseleva M.I., Kolomiets T.M., Lapochkina I.F., Khudokormova Zh.N., Bokkel’man H. Current state of leaf rust populations and creation of a gene bank of wheat donors and sources resistant to the disease. Materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posvyashchyonnoi 125-letiyu so dnya rozhdeniya N.I. Vavilova “Immunogeneticheskaya zashchita selskokhozyaistvennykh kultur ot boleznei: teoriya i praktikaˮ [Proceeding of the International scientific conference dedicated to the 125th anniversary of N.I. Vavilov’s birth “Immunogenetic control of crop diseases: theory and practice”, July 17–21, 2012]. Bol’shie Vyazemy, Moscow oblast, 2012;69-80. (in Russian)

9. Leonova I.N. Molecular markers: Implementation in crop plant breeding for identification, introgression, and gene pyramiding. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2013;17(2):314-325. (in Russian)

10. Long D.L., Kolmer J.A. North American system of nomenclature for Puccinia recondita f. sp. tritici. Phytopathology. 1989;79:525-529.

11. Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat: Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926;16:89-120.

12. Meshkova L.V., Rosseeva L.P., Shreyder E.R., Sydorov A.V. Virulence of pathotypes of the wheat leaf rust agent to ThLr9 in Siberia and the Urals. Vtoraya Vserossiyskaya konferentsiya “Sovremennye problemy immuniteta rasteniy k vrednym оrganizmamˮ [Proceedings of the 2nd All-Russia conference “Current issues in plant resistance to pests”, St. Petersburg, September 29–October 2, 2008]. St. Petersburg, 2008;70-73. (in Russian)

13. Mikhaylova L.A., Gul’tyaeva E.I., Mironenko N.V. Methods of study of the population structure of the wheat leaf rust agent Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici. Immuno-geneticheskie metody sozdaniya ustoychivykh k vrednym organizmam sortov [Immunogenetic methods of the development of pest-resistant varieties]. St. Petersburg, 2000. (in Russian)

14. Peterson R.F., Cambell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals. Can. J. Res. 1948;26:496-500.

15. Serfling А., Krämer I., Lind V., Schliephake E., Ordon F. Diagnostic value of molecular markers for Lr genes and characterization of leaf rust resistance of German winter wheat cultivars with regard to the stability of vertical resistance. Eur. J. Plant Pathol. 2011;130(4): 559-575.

16. Sibikeev S.N., Markelova T.S., Druzhin A.E., Vedeneeva M.L., Sing D. Evaluation of a set of introgressive spring bread wheat lines developed for resistance to stem rust race Ug99+Sr24 (TTKST). Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2001;2:3-5. (in Russian)

17. Tyunin V.А., Shreyder E.R. Osobennosti tekhnologii selektsii myagkoy yarovoy pshenitsy na ustoychivost k uglevodno-belkovomu istoshcheniyu semyan i drugim stressam v usloviyakh Yuzhnogo Urala [Features of the technology of common spring wheat breeding for resistance to carbohydrate-protein depletion of seeds and other stresses in the Southern Ural environment]. Chelyabinsk, 2010. (in Russian)