Использование синтетической формы Авродес для передачи устойчивости к листовой ржавчине от Aegilops speltoides мягкой пшенице

Диплоидный сородич мягкой пшеницы Aegilops speltoides является ценным источником генов устойчивости к болезням. Для передачи от этого вида мягкой пшенице устойчивости к листовой ржавчине в качестве «мостика» была использована синтетическая форма Aвродес (BBAASS). Оценка 115 Triticum aestivum/Авродес интрогрессивных линий выявила их различие по устойчивости к листовой ржавчине – от среднеустойчивых до высокоустойчивых. Тестирование интрогрессивных линий с помощью молекулярных маркеров показало, что отдельные линии имеют гены устойчивости Lr28 и Lr35, наследуемые от синтетической формы Авродес. В то же время у большей части устойчивых линий их присутствие не было выявлено. Анализ мейотической конъюгации хромосом F1 гибридов показал, что генетический материал от синтетической формы Авродес передается в основном посредством транслокаций. С использованием методов C-окрашивания и FISH идентифицированы линии с транслокациями на хромосомах 2D и 5D. Ни один из переданных ранее генов устойчивости от Ae. speltoides не имеет локализацию на хромосомах 2D и 5D. Таким образом, можно предположить передачу новых генов устойчивости к листовой ржавчине от Ae. speltoides мягкой пшенице. Проведено изучение интрогрессивных линий по продуктивности и технологическим характеристикам зерна. Линии AA60n9 и D37n10 сочетают высокую устойчивость к листовой ржавчине с хорошими характеристиками по продуктивности и технологическими показателями зерна. Полученные результаты свидетельствуют о генетическом разнообразии и ценности исследуемых интрогрессивных линий для селекции мягкой пшеницы на устойчивость к листовой ржавчине.

1. Adonina I.G., Petrash N.V., Timonova E.M., Khristov Yu.A., Salina E.A. Construction and study of leaf rust-resistant common wheat lines with translocations of Aegilops speltoides Tausch. Genetika = Genetics (Moscow). 2012;48(4):488-494. (in Russian)

2. Badaeva E.D., Badaev N.S., Gill B.S., Filatenko A.A. Interspecific karyotype divergence in Triticum araraticum. Plant Syst. Evol. 1994;192(1):117-145.

3. Bedbrook J.R., Jones J., O’Dell M., Thompson R.D., Flavell R.B. A molecular description of telomeric heterochromatin in Secale species. Cell. 1980;19:545-560. DOI 10.1016/0092-8674(80)90529-2.

4. Bochev B. The genus Aegilops – possibilities and perspectives of utilization the breeding of high quality wheat cultivar. Proceed. of 7th World Cereal Genet. and Breed. Congress. Prague, 1983;237-242.

5. Brevis J.C., Chicaiza O., Khan I.A., Jackson L., Morris C.F., Dub-covsky J. Agronomic and quality evaluation of common wheat near-isogenic lines carrying the leaf rust resistance gene LR47. Crop Sci. 2008;48:1441-1451.

6. Cherukuri D.P., Gupta S.K., Charpe A., Koul S., Prabhu K.V., Singh R.B., Rizwanul Haq Q.M. Molecular mapping of Aegilops speltoides derived leaf rust resistance gene Lr28 in wheat. Euphyti-ca. 2005;143:19-26.

7. Davoyan R.O. Identification and localization of leaf rust resistance genes in common wheat lines with genetic material from Aegi¬lops speltoides. Nauchnye trudy KNIISKh [Proceedings of the Luk’yanenko Research Institute of Agriculture]. Krasnodar, 1999;91-95. (in Russian)

8. Davoyan R.O., Zhirov E.G. The genome-substituted form Avrodes as a source of common wheat resistance to leaf rust and mildew. Selskokhozyaystvennaya biologiya = Agricultural Biology. 1995;1:98-101. (in Russian)

9. Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan O.R., Zinchenko A.N., Davoyan E.R., Kravchenko A.M., Zubanova Y.S. Use of synthetic forms in the preservation and exploitation of the gene pool of wild common wheat relatives. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1):44-51. (in Russian)

10. Davoyan E.R., Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan O.R., Zubanova Y.S., Kravchenko A.M., Zinchenko A.N. Identification of leaf rust resistance genes in species of Aegilops L., synthetic forms and introgression lines of common wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1): 116-122. (in Russian)

11. Dvorak J. Genetic variability in Aegilops speltoides affecting on homoelogous pairing in wheat. Can. J. Genet. Cytol. 1972;(19):133-141. Friebe B., Jiang J., Raupp W.J., McIntosh R.A., Gill B.S. Characterization of wheat-alien translocations conferring resistance to diseases and pests: current status. Euphytica. 1996;91:59-87.

12. Jiang J., Friebe B., Gill B.S. Recent advances in alien gene transfer in wheat. Euphytica. 1994;73:199-212.

13. Kerber E.R., Dyck P.L. Transfer to hexaploid wheat of linked genes for adult-plant leaf rust and seedling stem rust resistance from an am-phiploid of Aegilops speltoides × Triticum monococcum. Genome. 1990;33:530-537.

14. Kimber G., Athwal R. A reassessment of the course of evolution of wheat. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1972;69:912-915.

15. Knott D.R. The effect of transfers of alien genes for leaf rust resistance on the agronomic and quality characteristics of wheat. Euphytica. 1989;44(1-2):65-72.

16. Laikova L.I., Belan I.A., Badaeva E.D., Rosseva L.P., Shepelev S.S., Shumny V.K., Pеrshina L.A. Development and study of spring bread wheat variety Pamyati Maystrenko with introgression of genetic material from synthetic hexaploid Triticum timopheevii Zhuk. × Aegi-lops tausсhii Coss. Genetika = Genetics (Moscow). 2013;49(1):103-112. (in Russian)

17. Leonova I.N., Budashkina E.B. Тhe study of agronomical traits determining productivity of Triticum aestivum/Triticum timopheevii introgression lines with resistance to fungal diseases. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(3):311-319. (in Russian)

18. Mains E.B., Jakson H.S. Physiologic specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticiana Erikss. Phytopatology. 1926;16:89-120.

19. Manisterski A., Segal A., Lev A.A., Feldman M. Evolution of Israel Aegilops and Agropyron species for resistance to wheat leaf rust. Plant Disease. 1988;72:941-944.

20. Marais G.F., Bekker T.A., Eksteen A., McCallum B., Fetch T., Ma-rais A.S. Attempts to remove gametocidal genes co-transferred to common wheat with rust resistance from Aegilops speltoides. Euphytica. 2010;171:71-85.

21. McIntosh R.A., Devos K.M., Dubovsky J., Rogers W.J., Morris C.F., Appels R., Anderson O.D. Catalogue of gene symbols for wheat: 2005 supplement. Ann. Wheat Newslet. 2005;51:272-285.

22. McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat. 2013. Available at: http://www.shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes

23. Metodika Gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur [Methods of State Variety Testing of Crops]. Moscow, 1988.

24. Migushova E.F., Grigoreva O.G. Resistance of Aegilops to brown rust. Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1973;50(1):227-243. (in Russian)

25. Plaschke J., Ganal M.W., Röder M.S. Detection of genetic diversity in closely related bread wheat using microsatellite markers. Theor. Appl. Genet. 1995;91:1001-1007.

26. Rayburn A.L., Gill B.S. Isolation of a D-genome specific repeated DNA sequence from Aegilops squarrosa. Plant. Mol. Biol. Rep. 1986;4:102-109. DOI 10.1007/BF02732107.

27. Salina E.A., Lim Y.K., Badaeva E.D., Shcherban A.B., Adonina I.G., Amosova A.V., Samatadze T.E., Vatolina T.Yu., Zoshchuk S.A., Leitch A.A. Phylogenetic reconstruction of Aegilops section Sitopsis and the evolution of tandem repeats in the diploids and derived wheat polyploids. Genome. 2006;49:1023-1035. DOI 10.1139/G06-050.

28. Schneider A., Linc G., Molnar-Lang M. Fluorescence in situ hybridization polymorphism using two repetitive DNA clones in different cultivars of wheat. Plant Breeding. 2003;122:396-400. DOI 10.1046/j. 1439-0523.2003.00891.x.

29. Seyfarth R., Feuillet C., Schachermayer G., Winzeler M., Keller B. Development of a molecular marker for the adult plant leaf rust resistance gene Lr35 in wheat. Theor. Appl. Genet. 1999;99:554-560.

30. Sibikeev S.N., Voronina S.A., Badaeva E.D., Druzhin A.E. Study of resistance to leaf and stem rusts in Triticum aestivum–Aegilops speltoides lines. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2015;19(2):165-170. (in Russian)

31. Timonova E.M., Leonova I.N., Belan I.A., Rosseeva L.P., Salina E.A. Effect of certain chromosome regions of Triticum timopheevii on the formation of pest resistance and quantitative traits in common wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1):142-159. (in Russian)

32. Tsatsenco L.V., Zhirov E.G., Davoyan R.O. Hybrids between wheat and genome-substituted form Avrodes. Cytogenetics and agronomy investigations. Cereal Res. Commun. 1993;21(1):45-50.

33. Uhinova E.P., Pylnev V.V., Rubets V.S. Cytogenetic analysis of soft wheat hybrids (Triticum aestivum L.) with Timopheev’s wheat (Triticum timopheevii Zhuk). Izvestiya Timiryazevskoy selskokhozyaystvennoy akademii = Proceedings of the Timiryazev Agricultural Academy. 2009;2:131-137. (in Russian)

34. Zeller F.J., Fuchs E. Cytologie und Krankheitsresistenz einer 1A/1R und mehrerer 1B/1R-Weizen-Roggen-Translokatiossorten. Z. Pflanzenzucht. 1983;90(4):285-296.