Создание исходного материала яровой мягкой пшеницы для селекции на устойчивость к стеблевой ржавчине (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici), в том числе и к расе Ug99, в России

Доноры устойчивости мягкой пшеницы к расе Ug99 стебле- вой ржавчины (селекционные линии GТ 96/90, 113/00i-4 и 119/4-06rw) вовлечены в скрещивания между собой с использованием методов ступенчатых скрещиваний и бек-кроссирования. При создании гибридов с яровым образом жизни для беккроссирования использовали донор устойчивости 113/00i-4 (Sr2, Sr36, Sr39, Sr40, Sr44, Sr47) и образец 145/05i, устойчивый к бурой ржавчине, но восприимчивый к Ug99 в условиях Центрального региона России. Из полученных гибридных семей F4–F5 и беккроссного потомства BC1F3- BC2F2- BC3F2 с использованием молекулярных маркеров было выделено 137 растений с гомозиготным состоянием аллелей 2–5 генов устойчивости к стеблевой ржавчине. Потомство этих индивидуальных растений в Северо-Кавказском и Западно-Сибирском регионах России оценено по устойчивости к природным популяциям стеблевой и бурой ржавчины, а в Центральном регионе – к мучнистой росе. Устойчивые к этим заболеваниям линии оценены по развитию других хозяйственно ценных признаков: высоте растения, числу дней до колошения, продуктивности колоса, массе 1000 зерен, содержанию белка и клейковины в зерне. Отобрана 71 линия яровой пшеницы с групповой устойчивостью к двум–трем болезням и лучшим развитием хозяйственно ценных признаков для Центрального региона и 20 линий для Западной Сибири с целью дальнейшего испытания конкурентоспособности с другими лучшими сортами и линиями в селекционных питомниках. В результате работы создан оригинальный исходный материал яровой пшеницы с несколькими генами устойчивости к расе Ug99 стеблевой ржавчины.

яровая мягкая пшеница, стеблевая ржавчина, молекулярные маркеры, гены устойчивости, доноры

1. Anisimova A.V., Steffenson B., Mitrofanova O.P., Lapochkina I.F. Afanasenko O.S. Ustoychivost sortimenta pshenitsy i obraztsov egilopsa iz kollektsii VIR k rase steblevoy rzhavchiny Ug99 (TTKSK) [Resistance of wheat and Aegilops accessions from the collection of VIR to stem rust race Ug99 (TTKSK)]. Tekhnologii sozdaniya i ispolzovaniya sortov i gibridov s gruppovoy i kompleksnoy ustoychivostyu k vrednym organizmam v zashchite rasteniy [Technologies of the development of varieties and hybrids with multiple pest resistance and their employment in plant protection]. Saint-Petersburg, 2010.

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.

3. 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. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2016;6(3):344-350. DOI 10.1134/S2079059716030011

4. Belan I.A., Rosseeva L.P., Rosseev V.M., Badaeva E.D., Zelenskiy Y.I., Blokhina N.P., Shepelev S.S., Pershina L.A. Examination of adaptive and agronomic characters in lines of common wheat Omskaya 37 bearing translocations 1RS.1BL and 7DL-7Ai. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii=Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(1):178-186.

5. Belan I.A., Rosseeva L.P., Rosseev V.M., Badaeva E.D., Zelenskiy Yu.I., Blohina N.P., Shepelev S.S., Pershina L.A. Study of adaptive and agronomic characters in lines of common wheat Omskaya 37 carrying 1RS.1BL and 7DL-7Ai translocations. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2014;5(1):41-47. DOI 10.1134/S2079059715010037

6. 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

7. 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

8. 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

9. Fetch T. Surveillance of Ug99 stem rust and the search for new resistance genes. 2014. Available at: http://www.globalrust.org/presentations-2014-rust-surveillance-workshop-brazil 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

10. Jin Y., Szabo L.J., Pretorius Z.A., Singh R.P., Ward R., Fetch T. Detection of virulence to resistance gene Sr24 within race TTKS of Puccinia graminis f. sp. tritici. Plant Dis. 2008;92:923-926. DOI 10.1094/PDIS-92-6-0923

11. Jin Y., Szabo L.J., Rouse M.N., Fetch T., Jr., Pretorius Z.A., Wanyera R., Njau P. Detection of virulence to resistance gene Sr36 within the TTKS race lineage of Puccinia graminis f. sp. tritici. Plant Dis. 2009;93:367-370. DOI 10.1094/PDIS-93-4-0367

12. 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

13. 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

14. 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

15. Martynov S.P. Statisticheskiy i biometriko-geneticheskiy analiz v rastenievodstve i selektsii. Paket programm AGROS, versiya 2.09. [Statistical and Biometricogenetic Analysis in Crop Industry and Breeding. The Software Package AGROS, Version 2.09]. Tver, 1999.

16. 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

17. Roelfs A.P., Singh R.P. Rust diseases of wheat concepts and methods of management. Mexico: CIMMIT, 1992.

18. Rsaliev Sh.S. The virulence of new stem rust pathotypes in Kazakhstan. Vtoraya Vserossiyskaya konferentsiya “Sovremennye problemy immuniteta rasteniy k vrednym organizmam” [The 2nd All-Russia Conference “Current issues of the immunity to pests in plants”]. Saint-Petersburg, 2008:87-90.

19. Shamanin V.P., Morgunov A.I., Petukhovskiy S.L., Likhenko I.E., Levshunov M.A., Salina E.A., Pototskaya I.V., Trushchenko A.Yu. Selektsiya yarovoy myagkoy pshenitsy na ustoychivost k steblevoy rzhavchine v Zapadnoy Sibiri [Breeding of Spring Wheat for Resistance to Stem Rust in West Siberia]. Omsk, Stolypin Omsk State Agricultural University, 2015.

20. Sinyak E.V., Volkova G.V., Nadykta V.D. Characteristics of the virulence of the Puccinia graminis f. sp. tritici population in the North Caucasus region of Russia. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2013;6:27-30.

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

22. 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

23. Stakman E.C., Stewart D.M., Loegering W.Q. Identification of physiologic races of Puccinia graminis var. tritici. U.S. Agr. Res. Serv., ARS. 1962;E617:1-53.

24. 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/cropsci 2007.04.0204

25. Volkova G.V. Scientifically substantiated principles of the formation and use of wheat cultivars resistant to winter wheat diseases for stabilization of the phytosanitary state of southern Russian agroecosystems. Nauchnyy zhurnal KubGAU = Scientific Journal of KubSAU. 2013. Available at: http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdf/111.pdf

26. Volkova G.V., Sinyak E.V. Effective wheat genes for stem rust resistance in southern Russia. Nauka Kubani = Science of Kuban. 2011a;2:34-36.

27. Volkova G.V., Sinyak E.V. Wheat stem rust. Zashchita i Karantin Rasteniy = Plant Protection and Quarantine. 2011b;11:14-16.

28. Volkova G.V., Shumilov Yu.V., Vaganova O.F., Sinyak E.V., Kremneva O.Yu. Study of interactions in the Triticum aestivum–Puccinia spp. ecosystem. Nauka Kubani = Science of Kuban. 2014;1:26–32.

29. Weng Y., Azhaguvel P., Devkota R.N., Rudd J.C. PCR-Based Markers for Detection of Different Sources of 1AL.1RS and 1BL.1RS Wheat–Rye Translocations in Wheat Background. Plant Breeding. 2007;126:482-486. DOI 10.1111/j.1439-0523.2007.01331.x

30. 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

31. 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

32. 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. Ed. R.A. McIntosh. BGRI Technical Workshop, Borlaug Global Rust Initiative, Cd. Obregón, Sonora, Mexico, 2009:117-130.