Использование синтетической формы RS5 для получения новых интрогрессивных линий мягкой пшеницы

Актуальной задачей селекции мягкой пшеницы является вовлечение генофонда диких сородичей, обладающих значительным запасом генетического разнообразия. Эффективный метод передачи ценного генетического материала от диких сородичей в культурную пшеницу – создание и использование в качестве «мостиков» синтетических форм. С этой целью в Национальном центре зерна им. П.П. Лукьяненко созданы геномно-замещенные, геномно-добавленные и рекомбинантные «вторичные» синтетические формы. Синтетическая форма RS5 (BBAASDt ), у которой третий геном состоит из хромосом Aegilops speltoides (S) и Aegilops tauschii (Dt ), была получена от скрещивания синтетических форм Авродес (BBAASS) и M.it./Ae. tauschii (BBAADt Dt ), у которой геном D от Ae. tauschii был добавлен к геномам BBAA твердой пшеницы Mutico italicum. От беккроссов с восприимчивыми к листовой ржавчине, желтой ржавчине и мучнистой росе сортами мягкой пшеницы Краснодарская 99, Ростислав и Жировка были получены устойчивые к этим болезням интрогрессивные линии. Отобраны 12 линий, которые наряду с устойчивостью к болезням имеют высокие технологические характеристики зерна и муки. Цитологический анализ (С-banding) выявил хромосомные перестройки у шести из восьми исследуемых линий. Перестройки в основном затронули хромосомы генома D – 1D, 3D, 4D, 6D и 7D. Установлено, что генетический материал от синтетической формы RS5 в изученных линиях в большинстве случаев представлен в виде замещенных хромосом от Ae. tauschii. В линии 5791п17 обнаружено замещение хромосом 6D от Ae. tauschii и 7D от Ae. speltoides. Хромосомные замещения 4D(4Dt ), 6D(6Dt ) от Ae. tauschii и 7D(7S) от Ae. speltoides получены впервые. Молекулярный анализ 12 линий не выявил у них эффективных генов устойчивости к листовой ржавчине, предположительно присутствующих в синтетических формах M.it./Ae. tauschii и Авродес. Сделано предположение, что линии могут нести не идентифицированные ранее гены устойчивости к грибным болезням, в частности к листовой ржавчине, от видов Ae. tauschii и Ae. speltoides.

1. Adonina I.G., Petrash N.V., Timonova E.M., Khristov Y.A., Salina E.A. Construction and study of leaf rust resistant common wheat lines with translocations of Aegilops speltoides Tausch. Genetic material. Russ. J. Genet. 2012;48(4):404-409. https://doi.org/10.1134/S10227954120 20020.

2. Badaeva E.D., Badaev N.S., Gill B.S., Filatenko A.A. Interspecific karyotype divergence in Triticum araraticum. Plant Syst. Evol. 1994;192(1):117-145. https://doi.org/10.1007/BF00985912.

3. Brevis J.C., Chicaiza O., Khan I.A., Jackson L., Morris C.F., Dubcovsky J. Agronomic and quality evaluation of common wheat nearisogenic lines carrying the leaf rust resistance gene Lr47. Crop Sci. 2008;48:1441-1451. https://doi.org/10.2135/cropsci2007.09.0537.

4. Cherukuri D.P., Gupta S.K., Charpe A., Koul S., Prabhu K.V., Singh R.B., Haq Q.M.R. Molecular mapping of Aegilops speltoides derived leaf rust resistance gene Lr28 in wheat. Euphytica. 2005; 143:19-26. https://doi.org/10.1007/s10681-005-1680-6.

5. Davoyan E.R., Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan O.R., Zubanova Yu.S., Kravchenko A.M., Zinchenko A.N. Identification of a leaf rust-resistance gene in species of Aegilops L., synthetic forms, and introgression lines of common wheat. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2012;2(4):325-329. https://doi.org/10.1134/S2079059712040041.

6. Davoyan E.R., Mikov D.S., Zubanova Y.S., Boldakov D.M., Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Bibishev V.A. Study of introgressive lines of common wheat with Aegilops tauschii genetic material for resistance to leaf rust. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(1):97-101. https://doi.org/10.18699/VJ18.336. (in Russian)

7. Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan E.R., Mikov D.S., Badaeva E.D., Adonina I.G., Salina E.A., Zinchenko A.N., Zubanova Y.S. Use of a synthetic form Avrodes for transfer of leaf rust resistance from Aegilops speltoides to common wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2017;21(6):663-670. https://doi.org/10.18699/VJ17.284. (in Russian)

8. Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan O.R., Zinchenko A.N., Davoyan E.R., Kravchenko A.M., Zubanova Y.S. The use of synthetic forms in preservation and exploitation of the gene pool of wild common wheat relatives. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2012;2(6):480-485. https://doi.org/10.1134/S2079059712060044.

9. Friebe B., Jiang J., Raupp W.J., McIntosh R.A., Gill B.S. Characterization of wheat-alien translocations conferring resistance to diseases and pests: current status. Euphytica. 1996;91:59-87. https://doi.org/10.1007/BF00035277.

10. Gasner G., Straib U.W. Weitere Untersuchungen uber die Spezialisierung sverhaltnissedes Gelbrostes Puccinia glumarum (Schm.) Erikss. u. Henn. Arb. Boil. Reichsanstalt. 1934;21:121-145.

11. Helguera M., Khan I.A., Dubcovsky J. Development of PCR markers for wheat leaf rust resistance gene Lr47. Theor. Appl. Genet. 2000; 100:1137-1143. https://doi.org/10.1007/s001220051397.

12. Helguera M., Vanzetti L., Soria M., Khan I.A., Kolmer J., Dubcovsky J. PCR markers for Triticum speltoides leaf rust resistance gene Lr51 and their use to develop isogenic hard red spring wheat lines. Crop Sci. 2005;45(2):728-734. https://doi.org/10.2135/cropsci2005.0728.

13. Knott D.R. The effect of transfers of alien genes for leaf rust resistance on the agronomic and quality characteristics of wheat. Euphytica. 1989;44(1-2):65-72. https://doi.org/10.1007/BF00022601.

14. Leonova I.N., Budashkina E.B. The study of agronomical traits determining the productivity of the Triticum aestivum/Triticum timopheevii introgression lines with resistance to fungal diseases. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2017;7(3):299-307. https://doi.org/10.1134/S2079059717030091.

15. Mains E.B., Jakson H.S. Physiologic specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticiana Erikss. Phytopatology. 1926;16:89-120.

16. Marais G.F., Bekker T.A., Eksteen A., Mccallum B., Fetch T., Marais A.S. Attempts to remove gametocidal genes co-transferred to common wheat with rust resistance from Aegilops speltoides. Euphytica. 2010;171(1):71-85. https://doi.org/10.1007/s10681-009-9996-2.

17. McIntosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C.F., Appels R., Xia X.C. Catalogue of Gene Symbols for Wheat: 2013-2014 Supplement. KOMUGI Integrated Wheat Science Database, 2015. Available at: https://shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2013.pdf

18. Methods of State Crop Variety Trial. Moscow, 1988. (in Russian)

19. Pausheva Z.P. Laboratory Manual on Plant Cytology. Moscow: Kolos Publ., 1974. (in Russian)

20. Peresipkin V.F. Diseases of Grain Cultures. Moscow: Kolos Publ., 1979;251-260. (in Russian)

21. Plaschke J., Ganal M.W., Röder M.S. Detection of genetic diversity in closely related bread wheat using microsatellite markers. Theor. Appl. Genet. 1995;91:1001-1007. https://doi.org/10.1007/BF00223912.

22. Rasheed A., Mujeeb-Kazi A., Ogbonnaya F.C., He Z., Rajaram S. Wheat genetic resources in the post-genomics era: promise and challenges. Ann. Bot. 2018;121:603-616. https://doi.org/10.1093/aob/mcx148.

23. Seyfarth R., Feuillet C., Schachermayr G., Winzeler M., Keller B. Development of molecular mapping of the adult-plant leaf rust resistance gene Lr35 in wheat. Theor. Appl. Genet. 1999;99:554-560. https://doi.org/10.1007/s001220051268.

24. Singh S., Franks C.D., Huang L., Brown-Guedira G.L., Marshall D.S., Gill B.S., Fritz A. Lr41, Lr39 and a leaf rust resistance gene from Aegilops cylindrica may be allelic and are located on wheat chromosome 2DS. Theor. Appl. Genet. 2004;108:586-591. https://doi.org/10.1007/ s00122-003-1477-8.

25. Timonova E.M., Leonova I.N., Belan I.A., Rosseeva L.P., Salina E.A. The influence of particular chromosome regions of Triticum timopheevii on the formation of resistance to diseases and quantitative traits in common wheat. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2012;2(4):330343.

26. Tsatsenco L.V., Zhirov E.G., Davoyan R.O. Hybrids between wheat and genome-substituted form Avrodes. Cytogenetics and agronomy investigations. Cereal Res. Commun. 1993;21(1):45-50.

27. Zhirov E.G., Ternovskaya T.K. Genome engineering in wheat. Vestnik Selskokhozyaystvennoy Nauki = Herald of Agricultural Science. 1984;10:58-66. (in Russian)