Внутрипопуляционные изменения Puccinia hordei под воздействием двухкомпонентных фунгицидов различных химических классов

Резистентность к фунгицидам является мировой проблемой, обуславливающей снижение их эффективности и срока действия вследствие изменения расового состава и вирулентности популяций фитопатогенов. В настоящее время зарегистрирована резистентность более чем у 230 грибных патогенов растений к 100 действующим веществам. Возбудитель карликовой ржавчины (Puccinia hordei Otth.) – один из распространенных и вредоносных в патокомплексе ячменя, в Южном федеральном округе, фиксируется на посевах ежегодно. Исследований по влиянию фунгицидов на характеристики популяции ржавчинных грибов крайне мало, а в отношении P. hordei в России не проводилось. Цель данной работы – проанализировать влияние фунгицидов из химических классов триазолов и стробилуринов на внутрипопуляционные изменения P. hordei по показателям патогенности (вирулентности и агрессивности) в условиях Северо-Кавказского региона России. Для исследования были выбраны двухкомпонентные фунгициды, разрешенные к применению на территории Российской Федерации: Деларо, КС; Амистар Экстра, СК; Амистар Голд, СК. Обработку растений проводили с использованием нескольких норм применения препаратов: 50, 100, 150 и 200 % (рекомендуемая норма применения принята за 100 %). При обработке растений ячменя озимого фунгицидами с различной нормой применения выявлены внутрипопуляционные изменения в структуре P. hordei по вирулентности. Во всех вариантах с увеличением нормы применения фунгицидов происходили снижение частоты изолятов, вирулентных к генам Rph4, Rph5, Rph6+2, Rph12, и увеличение частоты изолятов, вирулентных к Rph14. Не обнаружено изолятов, вирулентных к Rph7, как в исходной популяции, так и в вариантах опыта. Средняя вирулентность популяций гриба, обработанных фунгицидами, во всех вариантах опыта была ниже по сравнению с вирулентностью исходной популяции (без обработки) (48.5 %) и в зависимости от нормы применения варьировала от 33.8 (Амистар Голд, 50 %) до 28. 5 % (Амистар Голд, 200 %). Под действием повышенных норм применения препаратов отмечено увеличение длительности латентного периода развития инфекции – от 168 ч (исходная популяция) до 216 ч (Деларо, Амистар Голд, 200 %). Под действием фунгицидов установлено снижение спорулирующей способности (масса спор с одной пустулы варьировала от 0.013 (исходная популяция) до 0.002 мг (Деларо, Амистар Голд, 200 %) и жизнеспособности P. hordei (от 100 % для исходной популяции до 22.5 % при обработке Амистар Голд, 200 %). Таким образом, популяция P. hordei, подвергавшаяся обработке фунгицидами, характеризуется внутрипопуляционными изменениями по показателям агрессивности и вирулентности, что может существенно увеличивать потери урожая ячменя вследствие как снижения эффективности химической защиты, так и повышения вредоносности патогена.

1. Abbas H.S. Barley diseases: introduction, etiology, epidemiology, and their management. In: Abd-Elsalam K.A., Mohamed H.I. (Eds) Ce real Diseases: Nanobiotechnological Approaches for Diagnosis and Management. Singapore: Springer, 2022;97-117. doi 10.1007/978981-19-3120-8_6

2. Arduim G.D.S., Reis E.M., Barcellos A.L., Turra C. In vivo sensitivity reduction of Puccinia triticina races, causal agent of wheat leaf rust, to DMI and QoI fungicides. Summa Phytopathol. 2012;38(4):306 311. doi 10.1590/S0100-54052012000400006

3. Bai Q., Liu T., Wan A., Wang M., See D.R., Chen X. Changes of barley stripe rust populations in the United States from 1993 to 2017. Phy topathology. 2022;112(11):2391-2402. doi 10.1094/PHYTO-04-220135-R

4. Brent K.J., Hollomon D.W. Fungicide Resistance in Crop Pathogens: How Can it Be Managed? Bristol, UK: Fungicide Resistance Action Committee, 2007

5. Cao X.R., Zhao W.J., Zhou Y.L. Monitoring of resistance of Blumeria graminis f. sp. tritici isolates to triadimefon in 2007. Plant Protec tion. 2008;34:74-77

6. Corkley I., Fraaije B., Hawkins N. Fungicide resistance management: maximizing the effective life of plant protection products. Plant Pa thology. 2021;71(1):150-169. doi 10.1111/ppa.13467

7. Çelik Oğuz A., Karakaya A. Genetic diversity of barley foliar fun gal pathogens. Agronomy. 2021;11(3):434. doi 10.3390/agronomy11030434

8. Danilova A.V., Volkova G.V. Virulence of barley leaf rust in the South of Russia in 2017–2019. Span J Agric Res. 2022;20(1):e10SC01. doi 10.5424/sjar/2022201-18337

9. Danilova A., Volkova G. Efficiency of Rph genes against Puccinia hor dei in Southern Russia in 2019–2021. Agronomy. 2023;13(4):1046. doi 10.3390/agronomy13041046

10. Dodhia K.N., Cox B.A., Oliver R.P., Lopez-Ruiz F.J. Rapid in situ quantification of the strobilurin resistance mutation G143A in the wheat pathogen Blumeria graminis f. sp. tritici. Sci Rep. 2021; 11(1):4526. doi 10.1038/s41598-021-83981-9

11. Dyakov Y.T. Population Biology of Phytopathogenic Fungi. Мoscow, 1998 (in Russian) Ereshko A.S., Hronyuk V.B., Repko N.V. State and prospects of barley production in the Russian Federation. Vestnik Agrarnoj Nauki Dona = Don Agrarian Bulletin. 2012;3(19):57 (in Russian)

12. FRAC. List of first confirmed cases of plant pathogenic organisms re sistant to disease control agents. CropLife International. Brussels,2020. Available at: https://www.frac.info/media/3oils1zl/list-of first-confirmed-cases-of-plant-pathogenic-organisms-resistant-to disease-control-agents_05_2020.pdf

13. Gvozdeva M.S., Volkova G.V. Influence of the Kolosal fungicide on the population structure of the wheat leaf rust pathogen by signs of pathogenicity and sensitivity. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2022;56(1):52-63. doi 10.31857/S0026364822010044 (in Russian)

14. Fungal Pathogens of Grain Ear Crops: Biology, Distribution, Harmful ness, Methods of Detection, Collection and Storage of Biomaterial. Creation of Artificial Infectious Backgrounds: Scientific and Practi cal Recommendations. Krasnodar, 2024 (in Russian)

15. Hawkins N.J., Fraaije B.A. Fitness penalties in the evolution of fun gicide resistance. Annu Rev Phytopathol. 2018;56:339-360. doi 10.1146/annurev-phyto-080417-050012

16. Ji F., Zhou A., Liu B., Liu Y., Feng Y., Wang X., Huang L., Kang Z., Zhan G. Sensitivity of Puccinia triticina f. sp. tritici from China to triadimefon and resistance risk assessment. Plant Dis. 2023; 107(12):3877-3885. doi 10.1094/PDIS-02-23-0277-RE

17. Krupen’ko N.A. Classification and mode of action of chemical fun gicides applied for cereal crops protection in Belarus. Vestnik Zashchity Rastenij = Plant Protection News. 2023;106(2):84-92. doi 10.31993/2308-6459-2023-106-2-15690 (in Russian)

18. Lass-Flörl C. Triazole antifungal agents in invasive fungal infections: a comparative review. Drugs. 2011;71(18):2405-2419. doi 10.2165/11596540-000000000-00000

19. Leadbeater A. Resistance risk to QoI fungicides and anti-resistance strategies. In: Thind T.S. (Ed.) Fungicide Resistance in Crop Pro tection: Risk and Management. CABI, 2012;144-154. doi 10.1079/9781845939052.0141

20. Mihajlova L.A., Gul’tyaeva E.I., Mironenko N.V. Methods of study ing the Population Structure of the Wheat Leaf Rust Pathogen Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici. Immunogenetic Methods of Creation of Varieties Resistant to Pests: Methodical Re commendations. Saint Petersburg, 2003 (in Russian)

21. Myca E.D. Effect of some pesticides on fungal pathogens of potato (So lanum tuberosum L.) and tomato (Lycopersicon esculentum Mill.): Cand. Sci. Biol. Dissertation. Moscow, 2015 (in Russian)

22. Nei M. Genetic distance between populations. Am Nat. 1972;106:283 292. doi 10.1086/282771

23. Ölmez F., Turgay E.B., Mustafa Z., Büyük O., Kaymak S. Screening the Zymoseptoria tritici population in Turkey for resistance to azole and strobilurin fungicides. J Plant Dis Prot. 2023;130(5):991-998. doi 10.1007/s41348-023-00761-5

24. Parlevliet J.E. Variation for latent period one of the component of par tial resistance in barley to yellow rust by Puccinia striiformis. Cereal Rust Bull. 1980;8:2-17

25. Pyzhikova G.V. Effect of temperature on infection and severity of leaf rust of wheat. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phyto pathology. 1972;6(3):51-53 (in Russian)

26. Russell P.E. Sensitivity baselines in fungicide resistance research and management. FRAC Monograph No. 3. CropLife Interna tional, 2003. Available at: https://www.frac.info/media/cj3hvben/ monograph-3.pdf

27. Sanin S.S., Shinkarev V.P., Kaydash A.S. Methods for determining the number of spores produced by rust and other phytopathogenic fungi. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 1975;9(3):443-445 (in Russian)

28. Sapkota R., Jørgensen L.N., Boeglin L., Nicolaisen M. Fungal commu nities of spring barley from seedling emergence to harvest during a severe Puccinia hordei epidemic. Microb Ecol. 2023;85(2):617-627. doi 10.1007/s00248-022-01985-y

29. Shcherbakova L.A. Fungicide resistance of plant pathogenic fungi and their chemosensitization as a tool to increase anti-disease effects of triazoles and strobilurines. Agric Biol. 2019;54(5):875-891. doi 10.15389/agrobiology.2019.5.875eng

30. Thind T.S. Changing trends in discovery of new fungicides: a perspec tive. Indian Phytopathol. 2021;74:875-883. doi 10.1007/s42360021-00411-6

31. Tian Y., Meng Y., Zhao X., Chen X., Ma H., Xu S., Zhan G. Trade-off between triadimefon sensitivity and pathogenicity in a selfed sexual population of Puccinia striiformis f. sp. tritici. Front Microbiol. 2019;10:2729. doi 10.3389/fmicb.2019.02729

32. Tyryshkin L.G., Sidorov A.V. The Changing virulence and aggressive ness of the pathogen of leaf rust of rye under the influence of abiotic factors and the possibility of its practical application. Izves tiya Saint Petersburg State Agrarian University. 2017;46:58-63 (in Russian)

33. Tyuterev S.L. Problems of phytopathogen resistance to new fungicides. Vestnik Zashchity Rastenij = Plant Protection News. 2001;1:38-53 (in Russian)

34. Volkova G.V. An antiresistant strategy for the triadimefon-based fun gicides application against the leaf rust pathogen on wheat in North Caucasus. Nauka Kubani = Science of Kuban. 2007;2:39-43 (in Russian)

35. Volkova G.V., Kudinova O.A., Gladkova E.V., Vaganova O.F., Danilo va A.V., Matveeva I.P. Virulence of Populations of Cereal Rust Pathogens of Grain Ear Crops. Krasnodar, 2018 (in Russian)

36. Volkova G.V., Danilova A.V., Kudinova O.A. The virulence of the bar ley leaf rust pathogen in the North Caucasus in 2014-2017. Agric Biol. 2019;54(3):589-596. doi 10.15389/agrobiology.2019.3.589eng

37. Walters D.R., Avrova A., Bingham I.J., Burnett F.J., Fountaine J., Ha vis N.D., Hoad S.P., Hughes G., Looseley M., Oxley S.J.P., Ren wick A., Topp C.F.E., Newton A.C. Control of foliar diseases in barley: towards an integrated approach. Eur J Plant Pathol. 2012; 133:33-73. doi 10.1007/s10658-012-9948-x

38. Wolfe M.S., Schwarzbach E. The use of virulence analysis in cereal mildews. J Phytopathol. 1975;82(4):297-307. doi 10.1111/j.14390434.1975.tb03495.x

39. Wu X., Bian Q., Lin Q., Sun Q., Ni X., Xu X., Qiu Y., Xuan Y., Cao Y., Li T. Sensitivity of Puccinia graminis f. sp. tritici isolates from China to triadimefon and crossresistance against diverse fungicides. Plant Dis. 2020;104(8):2082-2085. doi 10.1094/PDIS-01-20-0009-RE

40. Zhan G., Ji F., Zhao J., Liu Y., Zhou A., Xia M., Zhang J., Huang L., Guo J., Kang Z. Sensitivity and resistance risk assessment of Puc cinia striiformis f. sp. tritici to triadimefon in China. Plant Dis. 2022;106(6):1690-1699. doi 10.1094/PDIS-10-21-2168-RE

41. Zhao C., Zhang X., Hua H., Han C., Wu X. Sensitivity of Rhizocto nia spp. to flutolanil and characterization of the point mu tation in succinate dehydrogenase conferring fungicide re sistance. Eur J Plant Pathol. 2019;155:13-23. doi 10.1007/s10658-019-01739-6