Стеблевая ржавчина в Западной Сибири – расовый состав и эффективные гены устойчивости

Стеблевая ржавчина пшеницы в последние годы приобрела эпифитотийный характер, нанося  значительный экономический ущерб производству зерна пшеницы в отдельных областях Западной Сибири. По результатам изучения расового состава популяций стеблевой ржавчины, собранной в 2016–2017 гг.  в Омской области и Алтайском крае, выявлено 13 патотипов в омской популяции и 10 – в алтайской. Дифференцирование рас стеблевой ржавчины проводили с помощью тестерного набора 20 североамериканских  линий-дифференциаторов Srгенов. Гены патотипов стеблевой ржавчины омской популяции авирулентны  только к гену устойчивости Sr31, алтайские изоляты авирулентны, помимо Sr31, к генам Sr24, Sr30. Низкая  частота вирулентности (10–25 %) патотипов омской популяции установлена для Sr11, Sr24, Sr30, а патотипов  алтайской – для Sr7b,Sr9b,Sr11,SrTmp, которые неэффективны в Омской области. Полевая оценка устойчивости к стеблевой ржавчине проводилась в 2016–2018 гг. в Омской области в динамике в течение вегета-ционного периода у сортов и линий мягкой пшеницы из трех различных источников. Первый набор вклю-чал 58 линий и сортов яровой мягкой пшеницы с идентифицированными генами Sr, условно называемыми  « питомник-ловушка» (ISRTN – international stem rust trap nursery). Второй набор включал линии яровой пшеницы из коллекции «Арсенал», отобранные ранее по комплексу хозяйственно ценных признаков и несущие  пирамиду генов устойчивости к стеблевой ржавчине, в  том числе интрогрессированных в геном мягкой  пшеницы от дикорастущих видов злаков. Третий набор включал сорта яровой мягкой пшеницы, созданные  в  Омском аграрном университете по программе челночной селекции, имеющие в родословной синтетическую пшеницу с геномом Ae. tauschii. Установлено, что линии с генами Sr31,Sr40,Sr2 complexневосприимчивы  к стеблевой ржавчине в условиях Западно-Сибирского региона. Выделены источники с эффективными гена-ми Sr : из питомника ISRTN – (Benno)/6*LMPG-6 DK42 (Sr31), Seri 82 (Sr31), Cham 10 (Sr31), Bacanora (Sr31), RL 6087  Dyck (Sr40), Amigo (Sr24,1RS-Am), Siouxland (Sr24,Sr31), Roughrider (Sr6,Sr36), Sisson (Sr6,Sr31,Sr36), Fleming  (Sr6,Sr24,Sr36,1RS-Am), Pavon 76 (Sr2 complex); из коллекции «Арсенал» – № 1 BC 1F2 (96 × 113) × 145 × 113  (Sr2, Sr36,Sr44), № 14а F 3(96 × 113) × 145 (Sr36,Sr44), № 19 BC 2F3(96 × 113) × 113 (Sr2,Sr36,Sr44), № 20 F 3(96 × 113) × 145  (Sr2,Sr36,Sr40,Sr44); сорта Омского аграрного университета – Элемент 22 (Sr31,Sr35), Лютесценс 27-12, Лютесценс 87-12 (Sr23,Sr36), Лютесценс 70-13, Лютесценс 8713 (Sr23,Sr31,Sr36). Выделенные источники рекомендуются для включения в селекционный процесс при создании   сортов, устойчивых к стеблевой ржавчине в  условиях региона.

1. Ablova I.B., Bespalova L.A., Kolesnikov F.A., Nabokov G.D., Kovtunenko V.Ya., Filobok V.A., Davoyan R.O., Khudokormova Zh.N., Mokhova L.M., Levchenko Yu.G., Tarkhov A.S.Principles and methods of wheat breeding on tolerance to diseases in KRIA named after P.P. Lukiyanenko. Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Eco nomy of Russia. 2016;5:32-36. (in Russian)

2. Baranova O.A., Lapochkina I.F., Anisimova A.V., Gajnullin N.R., Iordanskaya I.V., Makarova I.Yu. Identification of Srgenes in new common wheat sources of resistance to stem rust race Ug99 using molecular markers. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2016;6(3): 344-350.

3. Gomez-Becerra H., Morgounov A., Abugalieva A. Evaluation of yield grain stability, reliability and cultivar recommendation in spring wheat (Triticum aestivum) from Kazakhstan and Siberia. Central Eur. J. Agriculture. 2006;6:649-660.

4. Jin Y., Szabo L.J., Pretorius Z.A., Singh R.P., Ward R., Fetch T., Jr. Detection of virulence to resistance gene Sr24within race TTKS of Puccinia graminis f. sp. tritici. Plant Dis. 2008;92: 923-926.

5. Kerber E.R., Dyck P.L. Resistance to stem and leaf rust in Aegilops squarrosaand transfer of a gene for stem rust resistance to hexaploid wheat. In: Ramanujam S. (Ed.). Proceeding of the 5th International Wheat Genetics Symposium. New Delhi: Ind. Soc. of Genetics and Plant Breeding, Ind. Agric. Res. Institute, 1979;358-364.

6. Koyshybaev M., Shamanin V.P., Morgunov A.I. Screening of Wheat for Resistance to Major Diseases. Ankara: FAO-SEK, 2014. (in Russian)

7. Lapochkina I.F., Baranova O.A., 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 the initial material of spring common wheat for breeding for resistance to stem rust (Puccinia graminisPers. f. sp. tritici), including the Ug99 race, in Russia. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2017;7(3): 308-317. https://doi.org/10.1134/S207905971703008X.

8. Leonova I.N., Orlovskaya O.A., Röder M.S., Nesterov M.A., Budashkina E.B. Molecular diversity of common wheat introgression lines (T. aestivum/T. timopheevii). Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2015; 5(3):191-197. https://doi.org/10.1134/S2079059715030090.

9. Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat, Puccinia triticinaErikss. Phytopathology. 1926;16(2): 89-120.

10. McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Xia X.C. Catalogue of gene symbols for wheat: 2017 Supplement. Available at: http://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2017.pdf

11. McIntosh R.A., Yamayaki Y., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C., Ap pels R., Xia X. Catalogue of Gene Symbols for Wheat: 2013-2014 Supplement. Available at: http://www.shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2013.pdf

12. Olson E.L., Rous M.N., Pumphrey M.O., Bowden R.L., Gill B.S., Poland J.A. Introgression of stem rust resistance genes SrTA10187and SrTA10171from Aegilops tauschiito wheat. Theor. Appl. Genet. 2013;126:2477-2484. https://doi.org/10.1007/s00122-013-2148-z.

13. Peterson R.F., Campbell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals. Can. J. Res. (Sect. C). 1948;26:496-500.

14. Roelfs A.P., Martens J.W. An international system of nomenclature for Puccinia graminis f. sp. tritici. Phytopathology. 1988;78: 526-533.

15. Sanin S.S. Problems of phytosanitary of grain production. In: Protection of Cereal Crops Against Diseases, Pests, and Weeds: Progress and Problems: Proc. of the Int. sci. and pract. conf. Bolshye Vya zemy, 5-9 Dec. 2016. Moscow, 2016;4-15. (in Russian)

16. Schneider A., Molnár I., Molnár-Láng M. Utilisation of Aegilops (goatgrass) species to widen the genetic diversity of cultivated wheat. Euphytica. 2008;163:1-19. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9624-y.

17. Shamanin V.P., Morgunov A.I., Petukhovskiy S.L., Likhenko I.E., Levshunov M.A., Salina E.A., Pototskaya I.V., Trushchenko A. Ju. Breeding of spring bread wheat for resistance to stem rust in West Siberia. Omsk: FGOU VPO OmGAU Publ., 2015. (in Russian)

18. Shamanin V.P., Pototskaya I.V., Klevakina M.V. Assessment of the Siberian collection of spring wheat on resistance to stem rust in the southern forest-steppe of Western Siberia. Vestnik Kazansko go GAU = The Herald of Kazan State Agrarian University. 2016a;2(40):55-59. (in Russian)

19. Shamanin V., Salina Е., Wanyera R., Zelenskiy Yu., Morgounov A. Genetic diversity of spring wheat from Kazakhstan and Russia for resistance to stem rust Ug99. Euphytica. 2016b;12:287-296. https://doi.org/10.1007/s10681-016-1769-0.

20. Singh R.P., Hodson D.P., Huerta-Espino J., Jin Y., Njau P., Wanyera R., Herrera-Foessel S.A., Ward R.W. Will stem rust destroy the world’s wheat crop? Adv. Agron. 2008;98:271-309. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(08)00205-8.

21. Singh R.P., Hodson D.P., Jin Y., Lagudah E.S., Ayliffe M.A., Bhavani S., Rouse M.N., Pretorius Z.A., Szabo L.J., Huerta-Espino J., Basnet B.R., Lan C., Hovmøller M.S. Emergence and spread of new races of wheat stem rust fungus: Continued threat to food security and prospects of genetic control. Phytopathology. 2015;105:872-884.

22. Singh R.P., Huerta-Espino J., Bhavani S., Herrera-Foessel S.A., Singh D., Singh P.K., Velu G., Mason R.E., Jin Y., Njau P., Crossa J. Race non-specific resistance to rust diseases in CIMMYT spring wheats: breeding and advances. Euphytica. 2011;179: 175-186. https://doi.org/10.1007/s10681-010-0322-9.

23. Skolotneva E.S., Bukatich E.Ju., Bojko N.I., Piskarev V.V., Salina E.A. Screening of an international stem rust nursery trap for Ug99in the Priobie forest-steppe in 2017. In: Gene Pool and Plant Breeding: Proc. IV Int. sci. and pract. conf., 4-6 April 2018. Novosibirsk, 2018;313-318. (in Russian)

24. Skolotneva E.S., Kel’bin V.N., Morgunov A.I., Bojko N.I., Shamanin V.P., Salina E.A. Races composition of the Novosibirsk population of Puccinia graminisf. sp. tritici. Mikologiya i Fito patologiya = Mycology and Phytopathology. 2020;54(1): 49-58. (in Russian)

25. Yu G., Champouret N., Steuernagel B., Olivera P.D., Simmons J., Williams C., Johnson R., Moscou M.J., Hernández-Pinzón I., Green P., Sela H., Millet E., Jones J.D.G., Ward E.R., Steffenson B.J., Wulff B.B.H. Discovery and characterization of two new stem rust resistance genes in Aegilops sharonensis. Theor. Appl. Genet. 2017;130:1207-1222.