Создание линий озимой пшеницы с несколькими генами устойчивости к Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici для использования в селекционных программах России

Цель настоящего исследования – создать для Нечернозем ной зоны Российской Федерации конкурентоспособные прототипы сортов озимой пшеницы с несколькими генами устойчивости к стеблевой ржавчине на основе новых доноров устойчивости c применением молекулярных маркеров. Разработка исходного материала базировалась на использовании новых источников устойчивости к стеблевой ржавчине, выделенных из коллекции генетических ресурсов растений ВИР и коллекции «Арсенал». Для гибридизации и беккроссирования было отобрано три образца озимой пшеницы (пшенично-эгилопсно-ржаная линия 119/4-06rw, сорт Донская полукарликовая, селекцион ная линия GT 96/ 90 из Болгарии) и один образец яровой пшеницы (линия 113/00i-4 с генетическим материалом Aegilops triuncialis). Эти образцы были также устойчивы к популяции бурой ржавчины в Московской области и контрастно дополняли друг друга по таким хозяйственно ценным признакам, как вы сота растения, число дней до колошения и устойчивость к мучнистой росе. Для ускорения селекционного процесса использо вали отбор генотипов по генам устойчивости с помощью мо лекулярных маркеров. В результате были созда ны линии ози мой мягкой пшеницы, несущие комплекс хо зяйственно ценных признаков и от двух до четырех генов устойчивости к стеблевой ржавчине в гомозиготном состоянии. Спектр сочетания генов полученных линий отличается от сочетаний генов, взятых в гибридизацию родительских образцов, и связан с направленностью проводимых отбо ров методом маркер-вспомогательной селекции. У линий озимой пшеницы обнаружено 20 различных комбинаций сочетания генов Sr2, Sr22, Sr31, Sr32, Sr36, Sr39, Sr40 и Sr47. Чаще всего встречалось сочетание генов Sr22 и Sr32 в гомозиготном состоянии. Для дальнейшего испытания в селек ционных питомниках Московской области отобраны гено типы с комплексом хозяйственно ценных признаков, при ближающихся к стандартному сорту озимой пшеницы Московская 39 или превышающих его. Полученный исход ный материал предлагается также для использования в селекции сортов озимой пшеницы, устойчивых к стеблевой ржавчине в различных районах России. Это послужит барьером при рас пространении новых рас стеблевой ржавчины и повысит устойчивость создаваемых сортов к местным популяциям стеблевой ржавчины.

мягкая пшеница, маркер-вспомогательная селекция, стеблевая ржавчина, пирамида генов устойчивости

1. Baranova O.A., Lapochkina I.F., Anisimova A.V., Gajnullin N.R., Iordanskaya I.V., Makarova I.Yu. Identification of Sr genes in new common wheat sources of resistance to stem rust race Ug99 using molecular markers. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2015;19(3):316­322. (in Russian)

2. Bhavani S. Presentation: Breeding durable adult plant resistance to stem rust in spring wheat: Progress made in a decade since the bunch of the Borlaug Global Rust Initiative.//BGRI Workshop. 2015. Available at: https://www.youtube.com/watch?v=GfWTH7lKiQs.

3. Bystrov A., Izosimov V. Relationship of the properties of wheat flour and the quality of flour confectionery. Khleboproducty = Bread Products. 2007;7:42­43. (in Russian)

4. Fetch T. Surveillance of Ug99 stem rust and the search for new resistance genes, 2014. https://www.globalrust.org/sites/default/files/fetch.pdf

5. Gainullin N.R., Lapochkina I.F. Identification of chromosome rearrangements in accessions of the “Arsenal” collection using SSR markers for the B genome. Abstr. II Vavilov Int. Conf. “Genetic Resources of Cultivated Plants in the 21st Century: State, Problems, Perspectives”. St. Peterburg, 2007; 253­254. (in Russian)

6. Grens K. Putting Up Resistance. 2014. Available at: http://www.the­scientist.com/?articles.view/articleNo/40085/title/PuttingUp­Resistance/

7. Jin Y., Szabo L.J., Pretorius Z.A., Singh R.P., Ward R., Fetch T.Jr. Detection of virulence to resistance gene Sr24 within race TTKS of Puccinia graminis f. sp. Tritici. Plant Dis. 2008;92:923­926.

8. Kokhmetova A.M., Atishova M.N. Identification of sources of resistance to wheat stem rust using molecular markers. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2012;2(6):486­493. DOI 10.1134/ S2079059712060081

9. Lapochkina I.F. Cytogenetic and morphological features of common wheat hybrids obtained with the use of irradiated pollen of Aegilops triuncialis L. Rus. J. Genetics. 1998;34(9):10631068.

10. Lapochkina I.F., Baranova O.V., Shamanin V.P., Volkova G.V., Gainullin N.R., Anisimova A.V., Galinger D.N., Lazareva E.N., Gladkova E.V., Vaganova O.F. The development of initial material of spring common wheat for breeding for resistance to stem rust (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici), including the Ug99 race, in Russia. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(3):320328. DOI 10.18699/VJ16.167. (in Russian)

11. 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):314­325. (in Russian)

12. Letta T., Maccaferri M., Badebo A., Ammar K., Ricci A., Crossa J., Tuberosa R. Searching for novel sources of field resistance to Ug99 and Ethiopian stem rust races in durum wheat via association mapping. Theor. Appl. Genet. 2013;126(5):1237­1256. DOI 10.1007/s00122­013­2050­8.

13. Lopez­Vera E.E., Nelson S., Singh R.P., Basnet B.R., Haley S.D., Bhavani S., Huerta­Espino J., Xoconostle­Cazares B.G., RuizMedrano R., Rouse M.N., Singh S. Resistance to stem rust Ug99 in six bread wheat cultivars maps to chromosome 6DS. Theor. Appl. Genet. 2014;127:231­239. DOI 10.1007/s00122013­2212­8.

14. Martynov S.P. Statistical and biometric­genetic analysis in plant industry and breeding. Program Package AGROS, version 2.09. Tver, 1999. (in Russian)

15. Miedaner T., Korzun V. Marker­assisted selection for disease resistance in wheat and barley breeding. Phytopathology. 2012;102:560­566. DOI 10.1094/PHYTO­05­11­0157.

16. Mukhitov L.A. Resistance of wheat varieties of Orenburg selection to the major grain crops diseases under the conditions of South Urals forest­steppe zone. Izvestiya Orenburgskogo Agrarnogo Universiteta = Proc. Orenburg Agrarian University. 2011;4(32):61­63. (in Russian)

17. Periyannan S., Moore J., Ayliffe M., Bansal U., Wang X., Huang L., Deal K., Luo M., Kong X., Bariana H., Mago R., McIntosh R., Dodds P., Dvorak J., Lagudah E. The gene Sr33, an ortholog of barley Mla genes, encodes resistance to wheat stem rust race Ug99. Science. 2013;341(6147):786­788. DOI 10.1126/science.1239028.

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

19. Rsaliev Sh.S. The virulence of new stem rust pathotypes in Kazakhstan. The Second All­Russian Conf. “Modern Problems of Immunity to Pests in Plants”. St. Petersburg, 2008;87­90. (in Russian)

20. Saintenac C., Zhang W., Salcedo A., Rouse M.N., Trick H.N., Akhu nov E., Dubcovsky J. Identification of wheat gene Sr35 that confers resistance to Ug99 stem rust race Group. Science. 2013;341(6147): 783­786.

21. Shamanin V.P., Morgunov A.I., Petukhovskiy S.L., Likhenko I.E., Levshunov M.A., Salina E.A., Pototskaya I.V., Tru shchenko A.Yu. Breeding of spring soft wheat for resistance to stem rust in West Siberia. Ministry of Agriculture. Omsk Stolypin State Agrarian University, 2015. (in Russian)

22. Shamanin V.P., Pototskaya I.V., Morgu nov A.I., Chursin A.S., Shepelev S.S., Pozerukova I.E., Kleva kina M.V. Breeding of spring bread wheat for resistance to stem rust in southern forest­steppe of Western Siberia. Proc. Int. Scientific and Research Conf. with Elements of School for Young Scientists and Students. Bolshie Vyazemy, Moscow oblast. 2016; 283­288. (in Russian)

23. Shamanin V., Salina E., Wanyera R., Zelenski Y., Olivera P., Morgunov A. Genetic diversity of spring wheat from Kazakhstan and Russia for resistance to stem rust Ug99. Euphytica. 2016;212:287­296. DOI 10.1007/s10681­016­1769­0.

24. Sibikeev S.N., Voronina S.A., Druzhin A.E., Badaeva E.D. Study of resistance to leaf and stem rust in Triticum aestivum–Aegilops speltoides lines. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2016;6(4):351356. DOI 10.1134/S2079059716040183.

25. Singh R.P., Hodson D.P., Huerta­Espino J., Jin Y., Bhavani S., Njau P., Herrera­Foessel S., Singh P.K., Singh S., Govindan V. The emergence of Ug99 races of the stem rust fungus is a threat to world wheat production. Annu. Rev. Phytopathol. 2011;49:465481. DOI 10.1146/annurev­phyto­072910­095423.

26. Stakman E.C., Levine M.N. The determination of biologic forms of Puccinia graminis on Triticum spp. Minn. Agric. Res. Stn. Bull. 1922;8:1­10.

27. Volkova G.V., Kremneva O.Yu., Shumilov Yu.V., Sinyak E.V., Vaganova O.F., Danilova A.V., Trofimova I.A. Intraspecific and intrapopulational diversity of winter grain pathogens in southern Russia. Modern Mycology in Russia. Proceedings of the III Int. Mycological Forum. 2015;(5):155­156. (in Russian)

28. Volkova G.V., Shumilov Yu.V., Gladkova E.V., Vaganova O.F. Efficiency of known genes for resistance to North Caucasian populations of yellow, stem, and brown rust agents. Nauka Kubani = Science of Kuban. 2016;(2):17­23. (in Russian)

29. Volkova G.V., Sinyak E.V. Stem rust of wheat. Zashchita i Karantin Rasteniy = Plant Protection and Quarantine. 2011;11:14­16. (in Russian)