Комплексная устойчивость линий яровой и озимой мягкой пшеницы к биотическим и абиотическим стрессам

Оригинальный исходный материал яровой и озимой мягкой пшеницы с групповой устойчивостью к стеблевой и бурой ржавчинам создан с использованием новых доноров устойчивости к стеблевой ржавчине – озимой мягкой пшеницы GT 96/90 (Болгария) и линии 119/4-06rw с генетическим материалом соответственно видов Triticum migushovae и (Aegilops speltoides и Secale cereale), линии яровой пшеницы 113/00i-4, полученной с использованием видов Ae. triuncialis и T. kiharae, а также ярового образца 145/00i с генетическим материалом вида Ae.  speltoides, устойчивого к бурой ржавчине. Передачу эффективных Sr-генов потомству отслеживали с помощью молекулярных маркеров. Новые линии прошли полевую оценку устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине при эпифитотийном развитии болезней в Центральном регионе Российской Федерации, а также на Северном Кавказе и в Западной Сибири и показали высокую устойчивость к этим патогенам. Четырнадцать генотипов с групповой устойчивостью к этим болезням и родительские формы, принимавшие участие в происхождении линий, в лабораторных условиях оценили на устойчивость к темно-бурой (Cochliobolus sativus) и желтой (Pyrenophora tritici-repentis) пятнистостям c применением изолятов из Казахстана и Омска. Выделена высокоустойчивая родительская форма озимой мягкой пшеницы из коллекции «Арсенал», 119/4-06rw (пшенично-эгилопсно-ржаной гибрид 2n = 42) с групповой устойчивостью к двум пятнистостям и четыре среднеустойчивых генотипа к обоим изолятам желтой пятнистости (из казахстанской и омской популяций патогена), а также генотипы, устойчивые к омскому изоляту P. tritici-repentis (родительская форма 113/00i-4 и линии 1-16i, 6-16i, 9-16i). Среди образцов озимой пшеницы выделено четыре с групповой устойчивостью к темно-бурой и желтой пятнистостям. Дополнительно оценена стрессоустойчивость линий в лабораторных условиях на ранних этапах онтогенеза к засолению NaCl и длительному затоплению семян водой. Линии 33-16i, 37-16i, 32-16i и 9-16i проявили высокую способность противостоять избытку влаги. Высокой солеустойчивостью, превышающей средний показатель, 49.7 %, характеризовались линии 33-16i, 37-16i, 32-16i и 3-16i. Среди озимых генотипов выделены образцы с повышенной устойчивостью к гипоксии, 37-19w, 32-19w, 16-19w, 90-19w, и солеустойчивостью – 20-19w, 9-19w, 37-19w, 90-19w, достоверно превышающие стандартный сорт Московская 39. Эти образцы представляют интерес как источники к анаэробному и солевому стрессу, а также как доноры устойчивости к группе грибных заболеваний: бурой и стеблевой ржавчинам и желтой пятнистости листьев. Повышенный уровень устойчивости нового исходного материала мы связываем с наличием чужеродных транслокаций у исходных родительских форм, участвовавших в происхождении линий.

1. Afanasenko O.S., Mikhailova L.A., Mironenko N.V., AnisimovaA.V., Kovalenko N.M., Baranova O.A., Novozhilov K.V. New and potential dangerous diseases of cereal crops in Russia. Vestnik Zashchity Rasteniy = Plant Protection News. 2011;4:3-18. (in Russian)

2. Baranova O.A., Lapochkina I.F., Anisimova A.V., Gaynullin 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):316-322. (in Russian)

3. Beletskaya E.K. Guidelines for Determination of Wheat and Rye Tolerance of Excess Water at Early Stages of Their Growth. Kiev, 1976. (in Russian)

4. Crossa J., Burgueño J., Dreisigacker S., Vargas M., Herrera-Foessel S.A., Lillemo M., Singh R.P., Trethowan R., Warburton M., Franco J., Reynolds M., Crouch J.H., Ortiz R. Association analysis of historical bread wheat germplasm using additive genetic covariance of relatives and population structure. Genetics. 2007;177: 1889-1913. DOI 10.1534/genetics.107.078659.

5. Dundas I.S., Anugrahwati D.R., Verlin D.C., Park R.F., Bariana H.S., Mago R., Islam A.K.M.R. New sources of rust resistance from alien species: Meliorating linked defects and discovery. Aust. J. Agric. Res. 2007;58:545-549. DOI 10.1071/AR07056.

6. Faris J.D., Xu S.S., Cai X., Friesen T.L., Jin Y. Molecular and cytogenetic characterization of a durum wheat-Aegilops speltoides chromosome translocation conferring resistance to stem rust. Chromosome Res. 2008;16:1097-1105. DOI 10.1007/s10577-008-1261-3.

7. Hayden M.J., Kuchel H., Chalmers K.J. Sequence tagged microsatellites for the Xgwm533 locus provide new diagnostic markers to select for the presence of stem rust resistance gene Sr2 in bread wheat (Triticum aestivum L.). Theor. Appl. Genet. 2004;109:1641- 1647. DOI 10.1007/s00122-004-1787-5.

8. Khan R.R., Bariana H.S., Dholakia B.B., Naik S.V., Lagu M.D., Rathjen A.J., Bhavani S., Gupta V.S. Molecular mapping of stem and leaf rust resistance in wheat. Theor. Appl. Genet. 2005;111: 846-850. DOI 10.1007/s00122-005-0005-4.

9. Kim Yu.S., Volkova G.V. Tan spot of wheat leaves: distribution, harmfulness, and racial composition (review). Vestnik Ulyanovskoy Gosudarstvennoy Selskokhozyajstvennoy Akademii = Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2020;2(50):105-116. DOI 10.18286/1816-4501-2020-2-105-116. (in Russian)

10. Lapochkina I.F. Alien genetic variability and its role in wheat breeding. In: Identified Plant Gene Pool and Breeding. St. Petersburg: VIR Publ., 2005;684-740. (in Russian)

11. Lapochkina I.F., Baranova O.A., Gainullin N.R., Volkova G.V., Gladkova E.V., Kovaleva E.O., Osipova A.V. The development of winter wheat lines with several genes for resistance to Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici for use in breeding programs in Russia. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(6):676-684. DOI 10.18699/VJ18.410. (in Russian)

12. 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 initial material of spring common wheat for breeding for resistance to stem rust (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici), uncluding race Ug99, in Russia. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(3):320-328. DOI 10.18699/VJ16.167. (in Russian)

13. Lekomtseva S.N., Volkova V.T., Zaitseva L.G., Chaika M.N., Skolotneva E.S. Races of Puccinia graminis f. sp. tritici in Russian Federation in 2001-2005. Ann. Wheat Newslett. 2007;53:65-67.

14. Lekomtseva S.N., Volkova V.T., Zaitseva L.G., Skolotneva E.S., Chaika M.N. Races of Puccinia graminis f. sp. tritici in Russian Federation in 2006. Ann. Wheat Newslett. 2008;54:188-119.

15. Mago R., Bariana H.S., Dundas I.S., Spielmeyer W., Lawrence G.J., Pryor A.J., Ellis J.G. Development of PCR markers for the selection of wheat stem rust resistance genes Sr24 and Sr26 in diverse wheat germplasm. Theor. Appl. Genet. 2005;111(3):496-504. DOI 10.1007/s00122-005-2039-z.

16. Mago R., Zhang P., Bariana H.S., Verlin D.C., Bansal U.K., Ellis J.G., Dundas I.S. Development of wheat lines carrying stem rust resistance gene Sr39 with reduced Aegilops speltoides chromatin and simple PCR markers for marker assisted selection. Theor. Appl. Genet. 2009;119:1441-1450. DOI 10.1007/s00122-009-1146-7.

17. Martynov S.P. Statistical and Biometric Genetic Analysis in Crop Production and Breeding. AGROS Software Package, version 2.09. Tver, 1999. (in Russian)

18. Mikhailova L.A., Mironenko N.V., Kovalenko N.M. Wheat Yellow Spot. Guidelines for the Study of Populations of the Yellow Leaf Spot Agent Pyrenophora tritici-repentis and the Resistance of Varieties. St. Petersburg: VIZR, 2012. (in Russian)

19. Nettevich E.D., Davydova N.V., Sharakhov A.L. The results of spring wheat breeding in the Moscow Breeding Center. Selektsiya i Semenovodstvo = Selection and Seed Production. 1996;(11):2-9. (in Russian)

20. Neu C.H., Stein N., Keller B. Genetic mapping of the Lr20-Pm1 resistance locus reveals suppressed recombinations on chromosome arm 7AL in hexaploid wheat. Genome. 2002;45:737-744. DOI 10.1139/G02-040.

21. Roelfs A.P., Singh R.P. Rust Diseases of Wheat: Concepts and Methods of Management. Mexico: CIMMIT, 1992.

22. Semushkina L.A., Khazova G.V., Udovenko G.V. Application of the analysis of changes in growth processes for the diagnosis of salt tolerance in plants. In: Methods for Assessing Plant Resistance to Adverse Environmental Factors. Leningrad, 1976;238-343. (in Russian)

23. Skolotneva E.S., Kel’bin V.N., Morgunov A.I., Boiko N.I., Shamanin V.P., Salina E.A. 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)

24. Somers D.J., Isaac P., Edwards K. A high-density microsatellite consensus map for bread wheat (Triticum aestivum L.). Theor. Appl. Genet. 2004;109:1105-1114. DOI 10.1007/s00122-004-1740-7.

25. Tsilo T.J., Jin Y., Anderson J.A. Diagnostic microsatellite markers for detection of stem rust resistance gene Sr36 in diverse genetic backgrounds of wheat. Crop Sci. 2008;48:253-261. DOI 10.2135/cropsci2007.04.0204.

26. Weng Y., Azhaguvel P., Devkota R.N., Rudd J.C. PCR-based markers for detection of different sources of 1AL.1RS and 1BL.1RS wheatrye translocations in wheat background. Plant Breed. 2007;126: 482-486. DOI 10.1111/j.1439-0523.2007.01331.x.

27. Wu S., Pumphrey M., Bai G. Molecular mapping of stem-rust-resistance gene Sr40 in wheat. Crop Sci. 2009;49:1681-1686. DOI 10.2135/cropsci2008.11.0666.

28. Yu G.T., Zhang Q., Klindworth D.L., Friesen T.L., Knox R., Jin Y., Zhong S., Cai X., Xu S.S. Molecular and cytogenetic characterization of wheat introgression lines carrying the stem rust resistance gene Sr39. Crop Sci. 2010;50:1393-1400. DOI 10.2135/cropsci2009.10.0633.

29. Yu L.X., Abate Z., Anderson J.A., Bansal U.K., Bariana H.S., Bhavani S., Dubcovsky J., Lagudah E.S., Liu S.X., Sambasivam P.K., Singh R.P., Sorrells M.E. Developing and optimizing markers for stem rust resistance in wheat. In: BGRI Technical Workshop, Borlaug Global Rust Initiative, Cd. Obregón, Sonora, Mexico; 17-20 March 2009. 2009;117-130.

30. Zeleneva Yu.V., Afanasenko O.S., Sudnikova V.P. Influence of agroclimatic conditions, life form, and host species on the species complex of wheat septoria pathogens. Biology Bulletin. 2021;48(10): 74-80. DOI 10.1134/S1062359021100277.