Устойчивость образцов ячменя из Дагестана к мучнистой росе

Мучнистая роса (возбудитель Blumeria graminis (DC.) Golovin ex Speer f. sp. hordei Marchal) – одно из самых распространенных заболеваний ячменя. Возделывание устойчивых сортов может существенно ограничить вредоносность патогена. Специфичность взаимодействия гриба с растением-хозяином обусловливает необходимость постоянного поиска новых доноров устойчивости. Носителями эффективных генов устойчивости к патогену часто являются образцы местного ячменя. В полевых и лабораторных экспериментах оценили потенциал изменчивости 264 образцов ячменя из Дагестана по устойчивости к B. graminis и изучили генетический контроль признака у выделившихся форм. Исследовали также 47 линий ячменя, несущих ранее идентифицированные гены устойчивости к мучнистой росе. В течение трех лет с использованием балловой шкалы экспериментальный материал оценивали на жестком инфекционном фоне в условиях Дагестанской опытной станции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (Северный Кавказ, г. Дербент), а в климатической камере исследовали ювенильную устойчивость растений к северо-западной (Санкт-Петербург, г. Пушкин) популяции гриба. Генетический контроль устойчивости к B. graminis у выделенных образцов изучали с помощью гибридологического и молекулярного анализов. Установили, что генетическое разнообразие ячменей Дагестана по эффективной устойчивости к мучнистой росе весьма невелико. Лишь образцы к-23787 и к-28212 устойчивы к дагестанской популяции B. graminis в фазе цветения и к петербургской популяции патогена – в фазе двух листьев. Две географически очень разобщенные популяции гриба оказались идентичны по вирулентности к линиям с ранее идентифицированными генами устойчивости к мучнистой росе. Высокая устойчивость селекционной линии к-28212, полученной с использованием образца местного ячменя из Эфиопии к-17554 (Ep-80 Abyssinien), контролируется рецессивным геном mlo11. Образец к-17554 гетерогенен по изученному признаку, при этом устойчивые к мучнистой росе генотипы относятся к двум разновидностям: dupliatrum (остистый фенотип) и nigrinudum (безостый фенотип). У образца к-23787 обнаружен рецессивный ген устойчивости, отличающийся от аллеля mlo11. Предполагается, что этот образец защищен новым эффективным геном устойчивости к патогену.

1. Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatieva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.N., Radchenko E.E., Anisimova I.N., Batasheva B.A., Karabitsina Yu.I., Kuznetsova E.B. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russ. Agric. Sci. 2019;45(2):232-235. https://doi.org/10.3103/S1068367419030029.

2. Balkema-Boomstra A.G., Masterbroek H.D. Effect of powdery mildew (Erysiphe graminis f. sp. hordei) on photosynthesis and grain yield of partially resistant genotypes of spring barley (Hordeum vulgare L.). Plant Breed. 1995;114(2):126-130. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.1995.tb00776.x.

3. Bonman J.M., Bockelman H.E., Jackson L.F., Steffenson B.J. Disease and insect resistance in cultivated barley accessions from the USDA National Small Grains Collection. Crop Sci. 2005;45(4):1271-1280. https://doi.org/10.2135/cropsci2004.0546.

4. Dorokhov D.B., Kloke E. Rapid and economical technology of RAPD analysis of plant genomes. Genetika = Genetics (Moscow). 1997; 33(4):443-450. (in Russian)

5. Dreiseitl A. Genes for resistance to powdery mildew in European barley cultivars registered in the Czech Republic from 2011 to 2015. Plant Breed. 2017;136(3):351-356. https://doi.org/10.1111/pbr.12471.

6. Dreiseitl A. A novel resistance against powdery mildew found in winter barley cultivars. Plant Breed. 2019;138(6):840-845. https://doi.org/10.1111/pbr.12730.

7. Dreiseitl A., Zavřelová M. Identification of barley powdery mildew resistances in gene bank accessions and the use of gene diversity for verifying seed purity and authenticity. PLoS One. 2018;13(12): e0208719. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0208719.

8. Ge X.T., Deng W.W., Lee Z.Z., Lopez-Ruiz F.J., Schweizer P., Ellwood S.R. Tempered mlo broad-spectrum resistance to barley powdery mildew in an Ethiopian landrace. Sci. Rep. 2016;6:29558. https://doi.org/10.1038/srep29558.

9. Gong X., Li C., Zhang G., Yan G., Lance R., Sun D. Novel genes from wild barley Hordeum spontaneum for barley improvement. In: Advance in Barley Sciences. Proc. 11th Int. Barley Genetic Symp. Zhang G., Li C., Liu X. (Ed.). Dordrecht Heidelberg; New York; London: Zhejiang University Press, Springer, 2013;69-89. https://doi.org/10.1007/2F978-94-007-4682-4_6.pdf.

10. Jørgensen J.H. Discovery, characterization and exploitation of Mlo powdery mildew resistance in barley. Euphytica. 1992;63(1-2):141-152. https://doi.org/10.1007/BF00023919.

11. Jørgensen J.H. Genetics of powdery mildew resistance in barley. Crit. Rev. Plant Sci. 1994;13(1):97-119. https://doi.org/10.1080/713608055.

12. Kusch S., Panstruga R. mlo-based resistance: an apparently universal “weapon” to defeat powdery mildew disease. Mol. Plant Microbe Interact. 2017;30(3):179-189. https://doi.org/10.1094/MPMI-12-16-0255-CR.

13. Loskutov I.G., Kovaleva O.N., Blinova E.V. Methodological Guidelines for Studying and Maintaining the Global Collection of Barley and Oat. St. Petersburg: VIR, 2012. (in Russian)

14. Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei Marchal. Phytopathology. 1930;20:229-239.

15. Piechota U., Słowacki P., Czembor P.C. Identification of a novel recessive gene for resistance to powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. hordei) in barley (Hordeum vulgare). Plant Breed. 2020;139: 730-742. https://doi.org/10.1111/pbr.12819.

16. Piffanelli P., Ramsay L., Waugh R., Benabdelmouna A., D’Hont A., Hollricher K., Jørgensen J.H., Schulze-Lefert P., Panstruga R. A barley cultivation-associated polymorphism conveys resistance to powdery mildew. Nature. 2004;430(7002):887-891. https://doi.org/10.1038/nature02781.

17. Reinstädler A., Müller J., Jerzy H., Czembor J.H., Piffanelli P., Panstruga R. Novel induced mlo mutant alleles in combination with sitedirected mutagenesis reveal functionally important domains in the heptahelical barley Mlo protein. BMC Plant Biol. 2010;10:31. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-31.

18. Seeholzer S. Isolation and Сharacterization of New R-protein Variants Encoded at the Barley Mla Locus that Specify Resistance against the Fungus Powdery Mildew. University of Zurich, Faculty of Science, 2009;131. https://doi.org/10.5167/uzh-31283.

19. Skou J.P., Jørgensen J.H., Lilholt U. Comparative studies on callose formation in powdery mildew compatible and incompatible barley. Phytopathol. Z. 1984;109(2):147-168. https://doi.org/10.1111/j.1439-0434.1984.tb00702.x.