Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Идентификация генотипов-носителей устойчивости к токсинам пиренофороза Ptr ToxA и Ptr ToxB Pyrenophora tritici-repentis в коллекции мягкой пшеницы

https://doi.org/10.18699/VJ18.440

Полный текст:

Аннотация

Pyrenophora tritici-repentis (Ptr) является возбудителем пиренофороза, одной из болезней пшеницы, которая лимитирует урожай и быстро прогрессирует в странах, возделывающих пшеницу, включая Казахстан. Целью исследования была идентификация генотипов пшеницы, устойчивых к Ptr, расе 1 и расе 5, и их хозяин­селективным эффекторам (токсинам) Ptr ToxA и Ptr ToxB P. tritici-repentis (tan spot). Охарактеризована коллекция мягкой пшеницы (41 образец, в том числе 38 экспериментальных и 3 контрольных) с использованием молекулярных маркеров Xfcp623 и XBE444541, диагностических для генов Tsn1 и Tsc2, контролирующих чувствительность к токсинам гриба. Совпадение аллеля маркера XBE444541 с устойчивостью растения к расе 5 составило 92.11 %, а к токсину Ptr ToxB – 97.37 %. Результаты генотипирования с использованием маркера Xfcp623 подтвердили ожидаемую реакцию на Ptr ToxA; наличие/отсутствие маркера Xfcp623 полностью (100 %) совпадало с чувствительностью/устойчивостью к расе 1 и Ptr ToxA. Это свидетельствует о надежности диагностического маркера Xfcp623 для идентификации генотипов пшеницы с устойчивостью к грибу и нечувствительностью к токсину Ptr ToxA. Изучение реакции генотипов пшеницы на инокуляцию гриба и инфильтрацию токсинов показало, что 30 из 38 проанализированных генотипов (или 78 %) проявили устойчивость к расе 1 и расе 5, а также нечувствительность к токсинам Ptr ToxA и Ptr ToxB. Наибольший интерес представляют восемь генотипов пшеницы, которые показали устойчивость/нечувствительность как к двум расам, так и к двум токсинам. Результаты фенотипирования подтверждены с помощью молекулярных маркеров. Чувствительность к Ptr ToxB не всегда коррелировала с восприимчивостью к расе 5 и зависела от генетического фона хозяина, т. е. от конкретного генотипа пшеницы. Полученные результаты представляют интерес для повышения эффективности селекции на основе элиминации генотипов с доминантными аллелями Tsn1 и Tsc2, чувствительными к токсинам Ptr ToxA и Ptr ToxB. Идентифицированные генотипы необходимо использовать в селекции на устойчивость пшеницы к пиренофорозу.

Об авторах

А. М. Кохметова
Институт биологии и биотехнологии растений
Казахстан
Алматы


С. Али
Университет Южной Дакоты
Соединённые Штаты Америки

Отдел агрономии, садоводства и растениводства

Брукингс, Южная Дакота



З. Сапахова
Институт биологии и биотехнологии растений
Казахстан
Алматы


М. Н. Атишова
Институт биологии и биотехнологии растений
Казахстан
Алматы


Список литературы

1. Гультяева Е.И., Коваленко Н.М., Шаманин В.П., Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Шайдаюк Е.Л., Моргунов А.И. Структура популяций листовых патогенов яровой пшеницы в западноазиатских регионах России и Cеверном Казахстане в 2017 г. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(3):363-369. DOI 10.18699/VJ18.372.

2. Койшибаев М.К. Болезни растений. Алматы, 2002.

3. Кохметова А.М., Кремнева О.Ю., Кейшилов Ж.С., Султанова Н.Ж. Расовый состав и вирулентность изолятов Pyrenophоra triticirepentis в Республике Казахстан и Северо-Кавказском регионе России. Eurasian J. Appl. Biotechnol. 2016;3:57-66.

4. Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Особенности взаимодействия генов Tsn1 и ToxA в патосистеме Triticum aestivum – Pyrenophora tritici-repentis. Вестн. защиты растений. 2018;2(96):12-16.

5. Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Желтая пятнистость пшеницы. Методические указания по изучению популяций возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora triticirepentis и устойчивости сортов. СПб., 2012.

6. Поспехов Г.В. Особенности роста и плодоношения гриба Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs. в культуре. Микология и фитопатология.

7. Султанова Н.Ж. Биологические особенности возбудителя желтой пятнистости листьев озимой пшеницы на юго-востоке Казахстана. Вестн. с.-х. науки Казахстана.

8. Чесноков В.А., Базырина Е.Н., Бушуева Т.М., Ильинская Н.Л. Выращивание растений без почвы. Л., 1960.

9. Abeysekara N.S., Friesen T.L., Liu Z., McClean P.E., Faris J.D. Marker development and saturation mapping of the tan spot Ptr ToxB sensitivity locus Tsc2 in hexaploid wheat. Plant Genome. 2010;3:179- 189. DOI 10.3835/plantgenome2010.07.0017.

10. Ali S., Gurung S., Adhikar T.B. Identifcation and characterization of novel isolates of Pyrenophora tritici-repentis from Arkansas. Plant Dis. 2010;94:229-235. DOI 10.1094/pdis-94-2-0229.

11. Anderson J.A., Effertz R.J., Faris J.D., Francl L.J., Meinhardt S.W., Gill B.S. Genetic analysis of sensitivity to a Pyrenophora triticirepentis necrosis-inducing toxin in durum and common wheat. Phytopathology. 1999;89:293-297.

12. Andrie R.M., Pandelova I., Ciuffetti I.M. A combination of phenotypic and genotypic characterization strengthens Pyrenophora tritici-repentis race identifcation. Phytopathology. 2007;97:694-701.

13. Ballance G.M., Lamari L., Bernier C.C. Purifcation and characterization of a host-selective necrosis toxin from Pyrenophora tritici-repentis. Physiol. Mol. Plant Pathol. 1989;35:203-213.

14. Chen X., Line R., Leung H. Genome scanning for resistance gene analogs in rice, barley, and wheat by high resolution electrophoresis. Theor. Appl. Genet. 1998;97:345-355.

15. Chu C.G., Friesen T.L., Faris J.D., Xu S.S. Evaluation of seedling resistance to tan spot and Stagonospora nodorum blotch in tetraploid wheat. Crop Sci. 2008;48:1107-1116. DOI 10.2135/cropsci2007.09.0516.

16. Cook R.J., Yarham D.J. Occurrence of tan spot of wheat caused by Pyrenophora tritici-repentis on wheat in England and Wales in 1987. Plant Pathol. 1989;38(1):101-102. DOI 10.1111/j.1365-3059.1989.tb01434.x.

17. Dinglasan E.G., Godwin I.D., Phan H.T.T., Tan K.-C., Platz G.J., Hickey L.T. Vavilov wheat accessions provide useful sources of resistance to tan spot (syn. yellow spot) of wheat. Plant Pathol. 2018; 67(5):1076-1087. DOI 10.1111/ppa.12822.

18. Dumitras L., Bontea V. Data noi privinol parasitul foliar al griulu Helminthosporium repentis Diedicke. Studii si Cercetari de Biologie Vegetala. 1981;33:169-172.

19. Faris J.D., Zhang Z., Lu H., Lu S., Reddy L., Cloutier S., Fellers J.P., Meinhardt S.W., Rasmussen J.B., Xu S.S., Oliver R.P., Simons K.J., Friesen T.L. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010;107:13544-13549. DOI 10.1073/pnas.1004090107.

20. Faris J.D., Zhang Z., Rasmussen J.B., Friesen T.L. Tan spot susceptibility governed by the Tsn1 locus and race nonspecifc resistance quantitative trait loci in a population derived from the wheat lines Salamouni and Katepwa. Mol. Breed. 2012;30:1669-1678. DOI 10.1007/s11032-012-9750-7.

21. Friesen T.L., Faris J.D. Molecular mapping of resistance to Pyrenophora tritici-repentis race 5 and sensitivity to Ptr ToxB in wheat. Theor. Appl. Genet. 2004;109:464-471. DOI 10.1007/s00122-004-1678-9.

22. Kariyawasam G.K., Carter A.H., Rasmussen J.B., Faris J.D., Xu S.S., Mergoum M., Liu Z. Genetic relationships between race-nonspecifc and race specifc interactions in the wheat-Pyrenophora tritici-repentis pathosystem. Theor. Appl. Genet. 2016;129:897-908. DOI 10.1007/s00122-016-2670-x.

23. Kokhmetova A., Kremneva O., Volkova G., Atishova M., Sapakhova Z. Evaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot. J. Plant Pathol. 2017;99(1):161-167. DOI 10.4454/jpp.v99i1.3812.

24. Kollers S., Rodemann B., Ling J., Korzun V., Ebmeyer E., Argillier O., Hinze M., Plieske J., Kulosa D., Gana M.W., Roder M.S. Genomewide association mapping of tan spot resistance (Pyrenophora tritici-repentis) in European winter wheat. Mol. Breed. 2014;34(2):363- 371. DOI 10.1007/s11032-014-0039-x.

25. Lamari L., Bernier C.C. Evalution of wheat lines and cultivars to tan spot [Perynophora tritici-repentis] based on lesion type. Can. J. Plant Sci. 1989;11(1):49-56.

26. Lamari L., Bernier C.C. Genetics of tan necrosis and extensive chlorosis in tan spot of wheat caused by Pyrenophora tritici-repentis. Phytopathology. 1991;81:1092-1095.

27. Lamari L., Strelkov S.E., Yahyaoui A., Amedov M., Saidov M., Djunusova M., Koichibayev M. Virulence of Pyrenophora tritici-repentis in the countries of the Silk Road. Can. J. Plant Pathol. 2005; 27:383-388. DOI 10.1080/07060661.2012.695750.

28. Lamari L., Strelkov S.E., Yahyaoui A., Orabi J., Smith R.B. The identifcation of two new races of Pyrenophora tritici-repentis from the host center of diversity confrms a one-to-one relationship in tan spot of wheat. Phytopathology. 2003;93(4):391-396. DOI 10.1094/phyto.2003.93.4.391.

29. Lu H.J., Faris J.D. Macro- and microcolinearity between the genomic region of wheat chromosome 5B containing the Tsn1 gene and the rice genome. Funct. Integr. Genomics. 2006;6(2):90-103. DOI 10.1007/s10142-005-0020-1.

30. Maraite H., Berny J.F., Goff A. Epidemiology of tan spot in Belgium. Proc. of the 2nd Int. Tan Spot Workshop. Fargo, North Dakota State Univ., 1992;73-79.

31. Maraite H., Mercado-Vergnes D., Renard M.-E., Zhanarbekova A., Duveiller E. Relevance of pathogen diversity in management of leaf spot and leaf blight diseases on wheat in Central Asia. Agromeridian. 2006;2:105-114.

32. Martinez J.P., Oesch N.W., Ciuffetti L.M. Characterization of the multiple¬copy host-selective toxin gene, ToxB, in pathogenic and nonpathogenic isolates of Pyrenophora tritici-repentis. Mol. Plant Microbe Interact. 2004;17:467-474. DOI 10.1094/MPMI.2004.17.5.467.

33. Martinez J.P., Ottum S.A., Ali S., Francl L.J., Ciuffetti L.M. Characterization of the ToxB gene from Pyrenophora tritici-repentis. Mol. Plant Microbe Interact. 2001;14:675-677. DOI 10.1094/mpmi.2001.14.5.675.

34. Orolaza N.P., Lamari L., Ballance G.M. Evidence of a hostspecifc chlorosis toxin from Pyrenophora tritici-repentis, the causal agent of tan spot of wheat. Phytopathology. 1995;85:1282-1287.

35. Rees R.G., Platz G.J., Mayer R.J. Susceptibility of Australian wheats to Pyrenophora tritici-repentis. Aust. J. Agric. Res. 1988;39:141-151.

36. Riede C.R., Anderson J.A. Linkage of RFLP markers to an aluminum tolerance gene in wheat. Crop Sci. 1996;36(4):905-909.

37. Šarová J., Hanzalová A., Bartoš P. Incidence of wheat leaf spot pathogens in the Czech Republic. Cereal Res. Commun. 2003;31:145-151.

38. Singh P.K., Crossa J., Duveiller E., Singh R.P., Djurle A. Association mapping for resistance to tan spot induced by Pyrenophora triticirepentis race 1 in CIMMYTs historical bread wheat set. Euphytica. 2016;207(3):515-525. DOI 10.1007/s10681-015-1528-7.

39. Singh P.K., Mergoum M., Ali S., Adhikari T.B., Elias E.M. Genetics of wheat – Pyrenophora tritici-repentis interactions. Euphytica. 2010; 171:1-13. DOI 10.1007/s10681-009-0074-6.

40. Strelkov S.E., Lamari L. Host-parasite interactions in tan spot [Pyrenophora tritici-repentis] of wheat. Can. J. Plant Pathol. 2003;25:339- 349. DOI 10.1080/07060660309507089.

41. Tuori R.P., Wolpert T.J., Ciuffetti L.M. Purifcation and immunological characterization of toxic components from cultures of Pyrenophora tritici-repentis. Mol. Plant Microbe Interact. 1995;8:41-48.

42. Virdi S.K., Liu Z., Overlander M.E., Zhang Z., Xu S.S., Friesen T.L., Faris J.D. New insights into the roles of host gene-necrotrophic effector interactions in governing susceptibility of durum wheat to tan spot and Septoria nodorum Blotch. G3 (Bethesda). 2016;6(12):4139- 4150. DOI 10.1534/G3.116.036525.

43. Xu S.S., Friesen T.L., Mujeeb-Kazi A. Seedling resistance to tan spot and Stagonospora nodorum blotch in synthetic hexaploid wheats. Crop Sci. 2004;44:2238-2245.

44. Zhanarbekova A.B., Koishibayev M., Maraite H., Duveiller E., Mercado D.M., Sliamova N.D. The distribution of tan spot on wheat and race structure of Drechslera tritici-repentis in Kazakhstan and neighboring countries of CIS. Proc. Int. Sci. Conf. “Modern Problems of Plant Protection and Quarantine”. Almaty, 2005;371-376.

45. Zhang Z., Friesen T.L., Simons K.J., Xu S.S., Faris J.D. Development, identifcation, and validation of markers for marker assisted selection against the Stagonospora nodorum toxin sensitivity genes Tsn1 and Snn2 in wheat. Mol. Breed. 2009;23:35-49. DOI 10.1007/s11032-008-9211-5.


Просмотров: 130


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)