Злаковые травы – резерваторы инфекции видов ржавчины для озимой мягкой пшеницы на Северном Кавказе России

Озимая мягкая пшеница – основная зерновая культура, возделываемая на Северном Кавказе. Поражение ржавчинными болезнями – один из факторов, лимитирующих урожайность пшеницы. В регионе отмечаются три вида ржавчины: бурая (Puccinia triticina), стеблевая (P. graminis) и желтая (P. striiformis), значимость которых варьирует по годам. Наиболее распространена бурая ржавчина, но в последнее десятилетие частота ее эпифитотийного развития существенно снизилась. При этом возрастает вредоносность желтой ржавчины (P. striiformis). Стеблевая ржавчина в регионе преимущественно отсутствует или наблюдается в слабой степени в конце вегетации пшеницы. В отдельные годы с благоприятными 

погодными условиями наблюдается ее массовое развитие на восприимчивых сортах. Считается, что источниками инфекции видов ржавчины на Северном Кавказе служат зараженные посевы мягкой пшеницы, дикорастущие злаки и экзодемичная инфекция, заносимая воздушными потоками с сопредельных территорий. На Северном Кавказе практически ежегодно встречается поражение кормовых и дикорастущих злаковых трав видами Puccinia. В зависимости от погодных условий проявление симптомов отмечается с конца сентября до декабря и затем с конца февраля до мая-июня. Потенциально осенняя инфекция на травах может служить источником для заражения сортов озимой мягкой пшеницы, высеваемых в октябре. Цель настоящих исследований – охарактеризовать вирулентность P. triticina, P. graminis, P. striiformis на диких злаках и оценить их специализацию к озимой мягкой пшенице на Северном Кавказе. Инфекционный материал, представленный листьями с урединиопустулами бурой, стеблевой и желтой ржавчины, был собран в Краснодарском крае на дикорастущих злаках (Poa spp., Bromus spp.) в октябре-ноябре 2019 г. В лабораторных условиях урединиоматериал P. triticina, P. striiformis и P. graminis был размножен и клонирован. Монопустульные изоляты видов Puccinia использовали для анализа вирулентности. В экспериментах по изучению специализации видов ржавчины с дикорастущих злаков на мягкой пшенице задействовали 12 озимых сортов: Гром, Таня, Юка, Табор, Безостая 100, Юбилейная 100, Веха, Васса, Алексеич, Стан, Гурт, Баграт. Эти сорта широко возделываются в Северо-Кавказском регионе и характеризуются разной степенью устойчивости к ржавчинам. Дополнительно материал пшеницы инокулировали краснодарскими популяциями P. triticina, P. striiformis, P. graminis с мягкой пшеницы. В анализе вирулентности P. triticina на злаковых травах выявили четыре фенотипа (расы): MCTKН (30 %), ТCTTR (30 %), ТНТTR (25 %), MHTKН (15 %), а P. graminis – пять фенотипов: RКMTF (60 %), TКТTF, RКLTF, QKLTF, LHLРF (по 10 %). Среди изолятов P. striiformis с применением международного и европейского наборов сортов-дифференциаторов определены три фенотипа: 111Е231 (88 %), 111Е247 (6 %) и 78Е199 (6 %). С использованием изогенных линий Avocet также идентифицированы три расы, которые различались между собой по вирулентности к генам Yr1, Yr11, Yr18 (с доминированием вирулентных (94 %)). Сборные урединиообразцы (смесь всех идентифицированных рас) каждого вида ржавчины со злаковых трав были задействованы для инокуляции сортов озимой пшеницы. Большинство сортов озимой мягкой пшеницы (75 %) характеризовались устойчивой реакцией при заражении популяциями P. graminis с мягкой пшеницы и злаковых трав. Все эти сорта созданы с участием доноров ржаной транслокации 1BL.1RS, в которой локализованы гены Lr26, Sr31 и Yr9. Число сортов озимой пшеницы, устойчивых в фазе проростков к бурой ржавчине, было ниже (58 %). При этом все изученные сорта в фазе проростков в разной степени были восприимчивы к Р. striiformis. Проведенный анализ вирулентности популяций возбудителей бурой, стеблевой и желтой ржавчины не выявил существенных различий в вирулентности патогена на дикорастущих злаковых травах и мягкой пшенице. Урединиоматериал всех изученных видов ржавчины успешно заражал сорта мягкой пшеницы. Полученные результаты указывают на то, что злаковые травы являются резерваторами инфекции ржавчин для посевов мягкой пшеницы на Северном Кавказе.

1. Ablova I.B., Bespalova L.A., Khudokormova Zh.N., Vasiliev A.V., Davoyan E.R., Afanasenko O.S., Baranova O.A., Klevtsova S.V., Boyko A.P. Achievements and prospects of breeding for resistance to stem rust at the Lukyanenko Krasnodar Research Institute of Agriculture. In: Third All-Russian and International Conference Current Issues of Plant Immunity to Pests. St. Petersburg, October 23- 26, 2012. St. Petersburg, 2012;2:190-195. (in Russian)

2. Anpilogova L.K., Alekseeva T.P., Levashova G.I., Vaganova O.F. Effective genes for resistance of adult wheat plants to leaf, stem, and yellow rusts and powdery mildew and their use in breeding in the North Caucasus. In: Sokolova M.S., Ugryumova E.P. (Eds.). Production of Environmentally Friendly Crop Products: Regional Recommendations. Pushchino, 1995;1:79-100. (in Russian)

3. Berlyand-Kozhevnikov V.M., Dmitriev A.P., Budashkina E.B., Shitova I.T., Reiter B.G. Wheat Resistance to Leaf Rust (Genetic Diversity of Fungus Populations and Host Plant Populations). Novosibirsk: Nauka Publ., 1978. (in Russian)

4. Bespalova L.A., Romanenko A.A., Kudryashov I.N., Ablova I.B., Mudrova A.A., Kotunenko V.Ya., Borovik A.N., Nabokov G.D., Lysak N.I., Gritsay V.A., Filobok V.A., Puzyrnaya O.Yu., Kerimov V.R., Mokhova L.M., Khudokormova Zh.N., Panchenko V.V., Yanovskiy A.S., Novikov A.V., Levchenko Yu.G., Kalmysh A.P., Efimenko I.V., Zinovkina O.A., Guenkova E.A., Agaev R.A., Agaeva E.V., Kotlyarov D.V., Tsvirinko V.G., Kuzilova N.M., Tarkhov A.S., Ponomarev D.A., Mikhalko A.V., Davoyan R.O., Kolesnikova O.F., Bukreeva G.I., Melnikova E.E., Domchenko M.I., Vasilyeva A.M., Efremenkova V.I., Novikova S.V. Wheat and Triticale Varieties: Catalog. Krasnodar, 2020. (in Russian)

5. Borisenko A.N. Wheat leaf rust Puccinia triticina Er. races in Kyrgyzstan, Kazakhstan, West Siberia, and the Southern Urals. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 1970;31(5):55-59. (in Russian)

6. Budarina N.A. On the source of wheat infection with leaf rust in Crimea. Trudy Krymskoy Gosudarstvennoy Kompleksnoy Selskokhozyaystvennoy Opytnoy Stantsii = Proceedings of the Crimean State Complex Agricultural Experimental Station. Simferopol: Krymizdat Publ., 1955;1:193-196. (in Russian)

7. Cheng P., Chen X.M., See D.R. Grass hosts harbor more diverse isolates of Puccinia striiformis than cereal crops. Phytopathology. 2016;106(4):362-371. DOI 10.1094/PHYTO-07-15-0155-R.

8. Gassner G., Straib W. Untersuchungen über die infektionsbedingungen von Puccinia glumarum und Puccinia graminis. Arb. Biol. Reichsanst. Land Forstwirtsch. 1928;16(4):609-629.

9. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L. Virulence of Russian populations of the stripe rust causal agent. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2020;54(4):299-304. DOI 10.31857/S0026364820040042. (in Russian)

10. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Kosman E.G. Regional and temporal differentiation of virulence phenotypes of Puccinia triticina from common wheat in Russia during the period 2001–2018. Plant Pathol. 2020;69(5):860-871. DOI 10.1111/ppa.13174.

11. Hovmøller M.S., Sørensen C.K., Walter S., Justesen A.F. Diversity of Puccinia striiformis on cereals and grasses. Annu. Rev. Phytopathol. 2011;49(1):197-217. DOI 10.1146/annurev-phyto072910-095230.

12. Kolmer J.A., Kabdulova M.G., Mustafina M.A., Zhemchuzhina N.S., Dubovoy V. Russian populations of Puccinia triticina in distant regions are not differentiated for virulence and molecular genotype. Plant Pathol. 2015;64(2):328-336. DOI 10.1111/ppa.12248.

13. Krayeva G.A., Matviyenko A.N. The race composition of Puccinia striiformis West. on small grasses in the North Caucasus. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 1974;8(6):521-523. (in Russian)

14. Lesovoy M.P., Tereshchenko B.A. Specialization of Puccinia triticina Erikss. and its races on wild grasses. In: Proceedings of the European and Mediterranean Cereal Rusts Conference. Praha, 1972;171-174. (in Russian)

15. Long D.L., Kolmer J.A. A North American system of nomenclature for Puccinia recondita f. sp. tritici. Phytopathology. 1989; 79(5):525-529. DOI 10.1094/Phyto-79-525.

16. Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926; 16:89-120.

17. McIntosh R.A., Wellings C., Park R.F. Wheat Rusts: an Atlas of Resistance Genes. London: Kluwer Academic Publ., 1995.

18. Mikhailova L.A., Gultyaeva E.I., Mironenko N.V. Methods for Studying the Structure of Populations of the Leaf Rust Causative Agent: Collection of Guidelines on Plant Protection. St. Petersburg: All-Russia Institute of Plant Protection, 1998;105-126. (in Russian)

19. Nazari K., Mafi M., Yahyaoui A., Singh R.P., Park R.F. Detection of wheat stem rust (Puccinia graminis f. sp. tritici) race TTKSK (Ug99) in Iran. Plant Dis. 2009;93(3):317. DOI 10.1094/PDIS93-3-0317B.

20. Paichadze L.V., Yaremenko Z.I. Specialization of the causal agent of yellow rust to wild grasses. Soobshcheniya Akademii Nauk Gruzinskoy SSR = Bulletin of the Academy of Sciences of the Georgian SSR. 1974;76(2):469-471. (in Russian)

21. Popov D.F. Local sources of the causative agent of wheat yellow rust in Altai. Sibirskiy Vestnik = Siberian Herald. 1979;3:63-66. (in Russian)

22. Sanin S.S. Epiphytotics of Cereal Crops Diseases: Theory and Practice. Moscow, 2012;161-166. (in Russian)

23. Sibikeev S.N., Markelova T.S., Druzhin A.E., Vedeneeva M.L., Singh D. Evaluation of a set of introgressive spring bread wheat lines developed for resistance to stem rust race Ug99+Sr24 (TTKST) at the Southeast Agricultural Research Institute. Russ. Agricult. Sci. 2011;37(2):95-97.

24. Sinyak E.V., Volkova G.V., Nadykta V.D. Characteristics of Puccinia graminis f. sp. tritici population by virulence in the North Caucasian region of Russia. Russ. Agricult. Sci. 2014;40(1): 32-34. DOI 10.3103/S1068367414010169.

25. Skolotneva E.S., Kelbin V.N., Morgunov A.I., Boiko N.I., Shamanin V.P., Salina Е.А. Races composition of the Novosibirsk population of Puccinia graminis f. sp. tritici. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2020;54(1): 49-58. DOI 10.31857/S0026364820010092. (in Russian)

26. Skolotneva E.S., Lekomtseva S.N., Kosman E. The wheat stem rust pathogen in the central region of the Russian Federation. Plant Pathol. 2013;62(5):1003-1010. DOI 10.1111/ppa.12019.

27. Stakman E.C., Stewart D.M., Loegering W.Q. Identification of physiologic races of Puccinia graminis var. tritici. U. S. Dept. Agr. E. 1962; 617:53. https://ufdc.ufl.edu/AA00024889/00001.