Радченко Е.Е. Современные направления селекции зерновых и зернобобовых культур на устойчивость к вредным организмам ГНЦ РФ Всероссийский НИИ растениеводства имени Н.И. Вавилова Санкт-Петербург

По данным ЮНЕСКО, 75%продуктов питания производится из зерна пшеницы, риса, кукурузы и ячменя. В XX веке площадь, урожайность и валовое производство пшеницы выросли в 2, 2.6 и 5.5 раза, ячменя – в 2.1, 1.9 и 3.9 раза. Пшеница и рис обеспечивают 95% продовольственного зерна Из полученного урожая в среднем 30% зерна теряется в результате поражения фитопатогенами в поле и до 20% - при уборке и хранении В России устойчивые к болезням сорта составляют 10-15%, к вредителям – не более 7%.

«Создание устойчивых к грибным заболеваниям сортов хлебных злаков составляет одну из очередных задач современной селекции сельско- хозяйственных растений. Первый шаг на пути к разрешению этой задачи – подробное изучение существующих форм хлебных злаков в отношении их к паразитическим грибам» Н.И. Вавилов, 1913

«Под иммунитетом разумеется невосприимчивость организма к заболеваниям» Н.И. Вавилов, 1935 Терминология, используемая в настоящее время: - пассивный (конституциональный) иммунитет – структурные и биохимические барьеры для проникновения патогена; - активный (индуцированный) – развивается в растении после контакта с патогеном. «Иммунитет» по Вавилову: 1. Естественный (врожденный): - родовой и видовой иммунитет (связан со специализацией паразитов); - сортовой иммунитет – активный (физиологический), связан с активной реакцией клеток хозяина, сопровождается физиологическими и химическими реакциями, новообразованиями; структурный (пассивный, механический), обусловлен морфологическими и анатомическими особенностями сортов; химический (пассивный); уход растений от поражения в силу скороспелости. Иммунитет – взаимодействие слагаемых. 2. Приобретенный: искусственно вызванный в результате вакцинации. Прижизненное явление, более локализованное, чем у животных.

Взаимодействие вредных организмов с растениями при активном иммунитете: выделение индукторов (элиситоров), узнавание элиситоров растительной клеткой с помощью рецепторов, трансдукция сигнала в геном, активация транскрипции генов иммунного ответа, синтез защитных соединений. Защитные механизмы растений при внедрении патогенов: ранний ответ клеток (узнавание, передача сигнала, реакция СВЧ); локальная активация генов в клетках растения возле инфицированного места (локальная приобретенная устойчивость); системная активация генов, приводящая к развитию неспецифической устойчивости (системная приобретенная устойчивость). Пассивный иммунитет: - анатомо-морфологические признаки (габитус, структура поверхности растений, анатомические особенности); - химический состав растений (обмен веществ растения, фитонциды, лектины, ингибиторы ферментов, PR-белки).

Взаимодействие двух аллелей в локусе устойчивости (R r) и двух аллелей в локусе вирулентности (V v) Ген вирулентности Ген устойчивости R-rr V- vv

Специфическое взаимодействие растений с некротрофами, образующими селективные токсины (Prell, Day, 2000) Вид Токсин, ген патогена Ген растения, кодирующий мишень токсина Механизм устойчивости патогенаХозяина Cоchliobolus victoriae Овес Викторин Ген TOX3 Доминантный ген Hv1, кодирует глицин- декарбоксилазу Отсутствие продукта гена Hv1 C. carbonumКукуруза HC Ген TOX2 Рецессивный ген гистон- диацетилазы Ген Hm1, кодирует HC- токсин- редуктазу C. heterostrophus кукуруза c ЦМС техасского типа Т Ген TOX1 Митохондриальный ген T-urf13 Отсутствие продукта гена T-urf13 Mycosphaerella zea-maydis кукуруза c ЦМС техасского типаPM Митохондриальный ген T-urf13 Отсутствие продукта гена T-urf13

РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ (Vanderplank, 1984) Признак Тип устойчивости вертикальнаягоризонтальная Взаимодействие с паразитомСпецифическоеНеспецифическое Фенотипическое проявлениеКачественноеКоличественное Генетический контрольОлигогенныйПолигенный Механизм устойчивостиАктивные реакцииКатаболические реакции Влияние средыСлабоеСильное Длительность устойчивостиКратковременнаяДолговременная

ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ ВАНДЕРПЛАНКА 1.Расоспецифически взаимодействующие гены растения и патогена могут иметь малый эффект и выражаться количественно (ржавчинные грибы – зерновые культуры). 2.Снижение уровня развития эпифитотии может контролироваться моногенно и полигенно. 3.Если сорт с генами расоспецифической устойчивости поразится популяцией гриба, состоящей из смеси вирулентных и авирулентных клонов, фенотипическое проявление устойчивости будет сходно с типичной горизонтальной устойчивостью. 4.Вертикальная и горизонтальная устойчивость кукурузы к T. turcica обусловлена одними генами («остаточный эффект» расоспецифических генов, утративших эффективность). 5.Активные реакции растений индуцируются только в результате специфического распознавания патогенов. Предложенное Вандерпланком влияние катаболических реакций на формирование иммунного ответа не выявлено. 6.Анализ QTL показал олигогенный характер наследования (обычно 1-10 локусов). Показано совпадение генов специфической устойчивости и QTL. 7.Известны случаи длительной (30 и более лет) «полезной жизни» ряда генов устойчивости. Длительная устойчивость - остается эффективной у широко возделываемого сорта в течение долгого периода времени при условиях среды, благоприятных для развития вредного организма. Горизонтальная устойчивость: -отсутствие заметных проявлений специфического взаимодействия; -количественное проявление; -способность снижать развитие эпидемии.

Cephus cinctus ДЛИТЕЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К НАСЕКОМЫМ Lema melanopus Viteus vitifolii Homoeosoma nebulella

ГЕНЫ УСТОЙЧИВОСТИ ПШЕНИЦЫ И ЯЧМЕНЯ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ Вредный организм Локализовано генов устойчивости Гены с временными символами Чужеродные гены устойчивости пшеница Puccinia triticina64932 Stagonospora nodorum311 Blumeria graminis Schizaphis graminum786 ячмень Puccinia hordei19-2 Rhynchosporium secalis15-4 Ustilago hordei4-- Ustilago nuda15-- Cochliobolus sativus5-- Schizaphis graminum2--

ГЕНЫ УСТОЙЧИВОСТИ СОИ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ Вредный организмСимвол генаЧисло генов Phytophthora sojaeRps8 Micosphaera diffusaRmd2 Cercospora sojinaRcs4 Peronospora manshuricaRpm3 Phakospora pachyrhiziRpp5 Phialophora gregataRbs3 Diaporthe phaseolorumRdc4 Heterodera glycinesRhg5

ГЕНЫ УСТОЙЧИВОСТИ БОБОВЫХ КУЛЬТУР К НАСЕКОМЫМ Насекомое Символ гена Число генов Фасоль Apion godmani – долгоносик Acanthoscelides obtectus – фасолевая зерновка Agm Agr Соя Aphis glycines – cоевая тляRag4 Вигна Aphis craccivora – люцерновая тля Callosobruchus maculatus – зерновка Rac Cmr 2222 Маш Callosobruchus spp. – зерновки Riptortus clavatus – бобовый клоп Br1 Люцерна Acyrthosiphon pisum – гороховая тля-3 Acyrthosiphon kondoi – голубая люцерновая тляAKR 1 Therioaphis trifolii - бородавчатая тляTTR 1

СПОСОБЫ УЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ: по проявлению симптомов заболевания или повреждения (тип поражения); по степени поражения растений; по распространению болезни; по потерям урожая.

ШКАЛА ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ СОИ К Xanthomonas axonopodis pv. glycines – ВОЗБУДИТЕЛЮ ПУСТУЛЬНОГО БАКТЕРИОЗА (Dong Hyun Kim et al., 2010) 0 – < 5 пятен; 1 – 5-20; 2 – 20-50; 3 – 50-80; 4 – пятна на ½ листа; 5 – отмирание.

МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ФОНОВ: ФОН ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ: провокационный; инфекционный (естественный, искусственный); инвазионный. инфицирование почвы; инокуляция органов растений; использование переносчиков. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ФОНА: постоянный (для почвенных патогенов); временный; зеленый конвейер. Инфекционный фон для соответствующего патогена обсевают восприимчивым сортом-накопителем инфекции

УСТОЙЧИВОСТЬ MEDICAGO TRUNCATULA К ТЛЯМ ( Guo et al., 2009) Образцы люцерны через 28 дней после заселения растений Acyrthosiphon kondoi Shinji (A) и A. pisum (В) Двухнедельные растения каждого образца в пяти повторностях заселяли двумя бескрылыми самками

НАБОР СОРТОВ ГОРОХА ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ РАС Fusarium oxysporum f. sp. pisi Сорт горохаРаса 1Раса 2Раса 5Раса 6 Little MarvelSSSS Darkskin PerfectionRSSS New EraRRSS New SeasonRR*SR WSU 23RRRS WSU 28RSRR WSU 31RRRR S = восприимчивость; R = устойчивость; *реакция может варьировать в зависимости от изолята

УСТОЙЧИВОСТЬ СОРТОВ-ДИФФЕРЕНЦИАТОРОВ ГОРОХА К ЧЕТЫРЕМ РАСАМ F. oxysporum f. pisi (Haglund, Kraft, 1979) Little Marvel (LM) – неустойчивый контроль; Darkskin Perfection (DSP) – устойчив к расе 1; New Era (NE) - устойчив к расам 1 и 2; New Season (NS) - устойчив к расам 1, 2, 6; WSU 23 (23) - устойчив к расам 1, 2, 5; WSU 28 (28) - устойчив к расам 1, 5, 6; Ck – контроль без заражения. Rl, R2, R5, R6 - расы 1, 2, 5, 6 соответственно. У 10-дневных растений, выращенных в вермикулите, подрезали корни, которые погружали в суспензию патогена (5×10 6 кон./см 3 ). Растения вновь высаживали в стерильный перлит, периодически увлажнявшийся питательным раствором. Восприимчивые растения погибали через дней после инокуляции.

СПЕКТРЫ ПРОДУКТОВ АМПЛИФТИКАЦИИ 23-Х ИЗОЛЯТОВ F. oxysporum f. pisi ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ RAPD МАРКЕРА CS 31 (Grajal-Martin et al., 1993) Характерные для изолятов расы 2 продукты амплификации обозначены стрелками

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОТОКОЛА q-PSR ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ F. oxysporum f. ciceris В ПОЧВЕ И РАСТЕНИЯХ, А ТАКЖЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ НУТА К ГРИБУ (Jiménez-Fernandés, 2011) МЕТОД ПОЗВОЛЯЕТ: количественно оценить степень заражения грибом почвы, корней и стеблей растений; различить реакции устойчивости – восприимчивости растений спустя 15 дней после посева в зараженную почву; выявить различия по уровню устойчивости между образцами нута; выявить различия по вирулентности между двумя расами F. oxysporum f. ciceris ; провести раннюю диагностику зараженности грибом корней, не имеющих симптомов поражения.

ОТБОР УСТОЙЧИВЫХ К F. oxysporum f. pisi ВАРИАНТОВ В КУЛЬТУРЕ in vitro (Sharma et al., 2010) А – отбор каллусов, нечувствительных к культуральному фильтрату гриба, B – формирование побегов из каллусов, C – укоренение побегов, D – регенеранты в сосудах с почвой.

ЛАБОРАТОРНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТОБРАННЫХ В ПОЛЕ МУТАНТОВ Оценивали устойчивость 30-дневных растений при заражении конидиальной суспензией гриба (10 6 спор/мл)

1.СЕЛЕКЦИЯ ДО XX ВЕКА. Улучшение местных популяций культурных растений путем отборов на инфекционном фоне и межсортовых скрещиваний. Этот тип селекции обычно приводил к накоплению малых генов, сдерживающих скорость развития инфекции. 2.СЕЛЕКЦИЯ СОРТОВ С МОНОГЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ. Основной метод селекции – беккросс с использованием в качестве рекуррентного родителя восприимчивого сорта, что привело к рассеиванию малых генов устойчивости. Возделывание чистолинейных сортов на огромных площадях способствовало микроэволюции паразитов и обострило проблему эпифитотий. 3.СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ СЕЛЕКЦИИ И СОРТОРАЗМЕЩЕНИЯ: - конвергентные сорта (создание «пирамиды генов»); - многолинейные (мультилинейные) сорта; - сорта с полигенной устойчивостью; - смешанные посевы; - сортосмена; - мозаика сортов. СЕЛЕКЦИЯ УСТОЙЧИВЫХ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ СОРТОВ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Конвергентные сорта имеют несколько генов устойчивости, каждый из которых определяет специфическую устойчивость к конкретной расе паразита. Чем больше генов введено в сорт, тем меньше шансов для возникновения расы, способной его поразить. Рудорф предлагал сначала получать изогенные линии, а затем комбинировать гены устойчивости путем скрещивания R-линий друг с другом. Прием создания устойчивого сорта путем объединения главных генов устойчивости - пирамидирование. В США устойчивые к ржавчине и пузырчатой головне сорта кукурузы, пшеницы – к твердой головне, в Австралии – устойчивые к стеблевой ржавчине сорта пшеницы. КОНВЕРГЕНТНЫЕ СОРТА (Rudorf, 1965) НО: - необходимо проверить большое число комбинаций для того, чтобы выбрать максимальное сочетание генов устойчивости; - оценка материала осложнялась тем, что гены устойчивости идентифицировали обычно по их реакции на заражение дифференцирующими расами патогена; - большие затраты труда, времени, денег; - возможность накопления супервирулентной расы патогена.

При молекулярном скрининге индикатором гена служит молекулярный маркер – фрагмент самого гена (если ген секвенирован и его разные аллели различаются по нуклеотидной последовательности) либо сцеплено с ним наследуемый фрагмент ДНК. Разработка маркера - выявление полиморфизма ДНК у форм с контрастным проявлением признака (или носителей разных аллелей) и последующий гибридологический анализ с идентификацией фрагмента, локализованного вблизи искомого гена. Широко используют маркеры, основанные на ПЦР. Для выявления маркерного фрагмента методом ПЦР необходимы праймеры – короткие, химически синтезированные олигонуклеотиды. Праймеры комплементарны концевым последовательностям маркерного фрагмента, и гибридизуются с ними в процессе ПЦР, а затем маркерный фрагмент копируется ДНК-полимеразой. Наиболее часто применяют специфичные STS-маркеры (Sequence Tagged Sites), SCAR-маркеры (Sequence-Characterized Amplified Regions), CAPS- маркеры (Cleaved Amplified Polymorphic Sequences). Молекулярные маркеры помогают отбирать генотипы, несущие ценные аллели генов или их сочетания – «Marker Assisted Selection» (MAS - «маркерная помощь отбору»). МОЛЕКУЛЯРНЫЙ СКРИНИНГ, MAS

Маркеры генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине Lr-ген Источник гена МаркерыЛокализацияЛитературный источник Lr9 Aegilops umbellulata RAPD, STS 6BL Schachermayr et al., 1994 RAPD, SCARGupta et al., 2005 RFLPAutrique et al., 1995 SCARVida et al., 2009 Lr19 Agropyron elongatum RFLP 7DL Autrique et al., 1995 AFLP, STSPrins et al., 2001 RAPD, SCARGupta et al., 2006 NBS, STSGennaro et al., 2009 Lr24 A. elongatum RFLP 3DL Autrique et al., 1995 RAPD, STSSchachermayr et al., 1995 RAPD, SCARDedryver et al., 1996 SSRMago et al., 2005 Lr39 Ae. tauschii SSR2DS Raupp et al., 2001 Singh et al., 2004 Sun et al., 2009

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАРКЕРА MG3H001 ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАСТЕНИЙ С ГЕНАМИ УСТОЙЧИВОСТИ К ВЖМЯ (Korzun, 2007) РастенияАллельMG3H1_146MG3Hl_l50MG3Hl_l69Устойчивость Ge0043_ 001 Ge0043_002 Ge0043_003 Ge0043_004 Ge0043_005 Ge0043_006 Ge0043_007 Ge0043_008 Ge0043_009 Ge0043_010 Ge0043_011 Ge0043_012 MG3H001_146 MG3H00l_l69 MG3H00l_l46 MG3H00l_l69 MG3H00l_l46 MG3H00l_l46 MG3H00l_l69 MG3H00l_l69 MG3H00l_l50 MG3H00l_l50 MG3H00l_l50 MG3H00l_l R (ym4) S R (ym4) S R (ym4) S R (ym5) S Аллель 169 bp – у восприимчивых растений, аллели 146 bp и 150 bp – у растений, имеющих гены устойчивости rym4 и rym5.

MAS ПО УСТОЙЧИВОСТИ ЯЧМЕНЯ К ВЖКЯ (Raman, Read, 1999) Ген устойчивости Ryd2 широко используют в селекции (17 сортов). Ryd2 сцеплен с RFLP, AFLP, CAPS и ASPCR-маркерами. С помощью AFLP-маркера в F2 и F3 Franklin (Ryd2+) × PI отбирали устойчивые генотипы. Для анализа можно использовать не только очищенную ДНК (1), но и ткань/сок листьев (2). 1 2

Пирамидирование генов устойчивости ячменя к Puccinia striiformis f.sp. hordei (Castro et al., 2003) Черные прямоугольники – устойчивые формы, белые - восприимчивые

MAS ПО УСТОЙЧИВОСТИ СОИ К ВМС (Ma et al., 2010) Спектр продуктов амплификации ДНК F 2 Qihuang 22 (R) × Nannong (S) при использовании SSR маркера Satt334, тесно сцепленного с геном R cs12. Попу- ляция Число R растений Число RR+Rr % R Число S растений Число rr растений % S F2F F3F F4F Эффективность MAS при использовании маркеров Satt334 и Sct_033, фланкирующих ген R cs12.

Мультилинейные сорта – популяции, состоящие из отдельных линий, сходных по агрономическим признакам, но различающихся по генам устойчивости. Теория разработана в результате изучения динамики эпифитотий. При случайном распределении инокулюма на растениях с разными генами устойчивости развитие части популяции блокируется на устойчивых растениях. Различия накапливаются с каждой генерацией. Распространение инокулюма на восприимчивые линии сдерживается за счет стеблестоя устойчивых растений («барьерный эффект»). Показано развитие SAR в растениях мультилинейного сорта; индукция осуществляется при попадании авирулентных рас на соседние растения. МУЛЬТИЛИНЕЙНЫЕ СОРТА - Создаются условия для возникновения супервирулентной расы, однако конкурентная среда способствует ее вытеснению. Чем ниже требования к технологической выравненности продукта, тем больше перспектив для селекции мультилинейных сортов; мультилинейные сорта наиболее ценны для защиты от патогенов с быстрым расообразовательным процессом; чем меньше площадь, занимаемая растением, тем значительнее эффект.

Полигенная устойчивость количественна по проявлению и сильно подвержена влиянию внешней среды. Она задерживает развитие заболевания или снижает его интенсивность за счет сокращения накопления инокулюма. При уменьшении интенсивности размножения патогена снижается накопление мутаций (меньше изменчивость популяций). В результате слабого проявления устойчивости снижается давление на популяцию патогена. Количественная устойчивость – результат специфического и неспецифического (уход от инфекции, пассивный иммунитет) взаимодействий. СОРТА С ПОЛИГЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ -Для отбора необходимо иметь большую популяцию гибридов. -При слабо выраженных различиях трудно отбирать формы с максимальным числом генов. - Проявление устойчивости маскируется при изменении условий среды. - Получать сорта с полигенной устойчивостью легче у перекрестноопыляемых культур. - Большие надежды возлагаются на применение молекулярных маркеров.

QTLs устойчивости пшеницы к фузариозу колоса Метод анализа Устойчивый партнер* Хромосомная локализация Автор МоносомныйSumai-3 2A, 5A, 1B, 6D, 7D Yu, 1982 МоносомныйU-226.1,* U-136.1*3A, 3B, 4D, 6DBuerstmayr et al., 1997 RAPDSumai-35AL или 6ВLBan, Suenaga, 1997 AFLPNing 7840*7BBai et al., 1999 RFLPSumai-33BS, 6BSWaldron et al., 1999 AFLP, PFLP, SSRND2603* (Sumai-3/ )3AL, 6AS, 3BS, 6BSAnderson et al., 2001 AFLP, PFLP, SSRSumai-33BS, 6BLKolb et al., 2001 AFLP, SSRCM 82036*3BS, 5A, 1BBuerstmayr et al., 2001 SSRWEKO60DH4*7А7А Tamburic-Ilincic et al., 2002 AFLP, PFLP, SSRSumai-3, Ning *3BS, 5A, 7A, 7DZhang et al., 2002 SSRSumai-3/ HY3683BS, 6BS, 5ASYang et al., 2002 AFLP, PFLP, SSRRenan 2В, 5А, 2А, 3A, 3B, 5D, 6D Gervais et al., 2003 SSRSumai 32В, 3В, 6В, 7А, 3В, 7АZhou et al., 2002 SSRNing *3BS, 2D, 6B Shen et al., 2002 SSRHuapei 57-2*3BS, 3BL,, 5BBourdoncle, Ohm, 2003 *В качестве устойчивого партнера использовали гибрид или сорт, имеющий в родословной сорт Sumai-3.

СМЕШАННЫЕ ПОСЕВЫ – культивирование смесей разных сортов или даже культур. Можно использовать агрономически различающиеся сорта (выровненные только по скороспелости), в том числе и восприимчивые, но генетически разнородные. Сортосмеси оказывают на популяцию патогена то же действие, что и мультилинейные сорта, но более выраженное. Применение смеси культур снимает вопрос о «суперрасе», такие смеси не консервативны. Уровень развития ряда болезней снижается в два и более раза, урожайность повышается на 5% и более. НО: использование только на фураж. СМЕШАННЫЕ ПОСЕВЫ При регулярной смене сортов и введении новых генов устойчивости нарушается ритм приспособления паразита. Необходимость и регулярность сортосмены зависят от скорости эволюции патогенов и эффективности генов устойчивости. СОРТОСМЕНА

Регулярные мозаики – организация строго регламентированного возделывания сортов, защищенных разными генами устойчивости, в районах с неодинаковой фитосанитарной обстановкой. Нерегулярные мозаики – ничем не регламентированное возделывание одновременно большого числа сортов с различными генами устойчивости. МОЗАИКА СОРТОВ Краснодарский край – реализация сортовой мозаики для защиты пшеницы от фузариоза колоса. Общее направление селекции – отбор растений на повышенную адаптивность и сокращенный вегетационный период, что способствовало повышению неспецифической устойчивости. - сорт Юна – стабильная выживаемость в осенне-зимний период, слабое поражение фузариозной корневой гнилью; - сорт Колос - защищен продолжительным латентным периодом; - сорт Купава - уходит от заражения за счет синхронного колошения, короткого периода цветения, интенсивного налива зерна; - сорт Эхо - низкая каплеудерживающая способность за счет узких эректоидных листьев, проветриваемого стеблестоя, поникающего колоса; - сорта Юна и Руфа - толерантны, сдерживается накопление микотоксинов. В каждой зоне Краснодарского края – 9-14 сортов пшеницы, в каждом хозяйстве – 5-7 сортов

«Знание биологии паразитов и систематическое изучение сортов и их генетических особенностей является … основой планомерной селекции на иммунитет». Н.И. Вавилов, 1918г

УСТОЙЧИВОСТЬ ПШЕНИЦЫ К БОЛЕЗНЯМ Изучили свыше 4000 образцов мягкой пшеницы, включая устойчивые к P. triticina по литературным данным формы. В стадии 1-2 листьев к сборной популяции гриба устойчивы 103 образца. С помощью фитопатологического теста, гибридологического анализа и с использованием STS-маркеров показали, что 18 образцов защищены геном Lr19, 37 – Lr24, 39 – Lr9 и 1 образец имеет ген Lr41. Образцы, имеющие по литературным данным новые эффективные гены ювенильной устойчивости, либо восприимчивы к болезни, либо защищены известными генами Lr9, 19, 24. Высокоустойчивые к гемибиотрофным патогенам формы не выявлены. Низкий уровень устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости и обыкновенной корневой гнили (возбудитель – C. sativus) образца контролируется моногенно; гены устойчивости к двум болезням не сцеплены. Слабая экспрессия устойчивости сорта MN81330 к S. nodorum контролируется двумя доминантными комплементарными генами. По многолетним данным среди 500 образцов пшеницы 26 относительно устойчивы к F. graminearum.

УСТОЙЧИВОСТЬ ЯЧМЕНЯ К БОЛЕЗНЯМ Из 2400 изученных образцов только 4 сорта высокоустойчивы к P. hordei в ювенильной стадии; все они защищены геном устойчивости Rph7. Устойчивость образца NB-3002 из Непала к карликовой ржавчине в стадии флаг- листа контролируется доминантным геном. Поскольку все известные гены устойчивости ячменя к P. hordei проявляются в фазе всходов, очевидно этот образец защищен геном, неидентичным известным Rph генам. Выделили 19 источников устойчивости к U. nuda, 20 – к U. hordei. Образцы к-23851, к-23852, к (Горно- Бадахшан) имеют по одному доминантному гену устойчивости к возбудителю пыльной головни. В результате изучения 1965 образцов ярового ячменя выделили устойчивые к мучнистой росе сорта Atribut, Madeira, МС-20, Altem, Trebon. Образец Heris устойчив также к карликовой ржавчине (ген Rph7).

УСТОЙЧИВОСТЬ ЯЧМЕНЯ К БОЛЕЗНЯМ Среди 32 известных по литературе источников устойчивости к D. teres только 6 форм высоко устойчивы к популяциям гриба из России, однако восприимчивы к отдельным клонам. Для селекции наиболее перспективна линия CI Среди 600 изученных за последние 3 года местных образцов лишь 3 устойчивы к популяции D.teres. Из 1700 образцов ячменя отобрали 10 форм, которые сохраняют устойчивость к R. secalis в течение 3-8 лет исследований. У образцов к-22299, к и к выявлено по 2 гена устойчивости к ринхоспориозу, у образца к – 1 ген. Ген устойчивости образца к отличается от идентифицированного ранее единственного эффективного гена устойчивости Rh 9. Низким уровнем ювенильной устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости обладают 6 образцов ячменя; устойчивость во всех случаях контролируется моногенно. Высокий уровень резистентности выявлен только у 2-х сортов: NDB 112 и Morex (оба имеют ген Rcs 5).

УСТОЙЧИВОСТЬ РЖИ К БОЛЕЗНЯМ Устойчивость ржи к бурой ржавчине (возбудитель - P. dispersa) детерминирована как минимум 6-ю доминантными аллелями генов (Lr4, Lr5, Lr6, Lr7, Lr8, Lr10), к стеблевой ржавчине (P. graminis f. sp. secalis) – как минимум двумя (Sr1, Sr2). Экспрессивность и эффективность генов Lr8 и Lr10 зависит от их аллельного состояния. Большинство идентифицированных олигогенов ржи представляют собой блоки сцепленных генов, ответственных за устойчивость к отдельным клонам гриба. УСТОЙЧИВОСТЬ ТРИТИКАЛЕ К БОЛЕЗНЯМ В результате изучения 471 образца тритикале (устойчивых к ржавчине по данным ДОС ВИР) выделили 27 форм. Устойчивость к P. triticina обуславливается только генами от Secale montanum и Triticum timopheevii. Все образцы восприимчивы в стадии всходов к S. nodorum и C. sativus.

УСТОЙЧИВОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР К ВРЕДИТЕЛЯМ Изучили 4527 образцов мягкой и твердой пшеницы по устойчивости к обыкновенной черемуховой (R. padi ) и большой злаковой (S. avenae) тлям. Лишь 48 образцов слабо заселялись насекомыми. Высокий антибиоз (неблагоприятное воздействие растения на насекомого при питании) к R. padi выявлен у восьми сортов яровой мягкой пшеницы. Изучили свыше 5 тысяч образцов возделываемых видов сорго по устойчивости к обыкновенной злаковой тле (S. graminum). Идентифицировали 15 генов устойчивости (Sgr1 – Sgr15) сорго к насекомому. Дифференциальное взаимодействие с фитофагом не выявлено лишь для образцов, защищенных генами Sgr7 – Sgr11. Аллельные отношения ряда генов устойчивости, в том числе и высокоэффективных, еще не изучены, что не позволяет пока что присвоить им символы.

УСТОЙЧИВОСТЬ РЕДКИХ ВИДОВ ПШЕНИЦЫ К БОЛЕЗНЯМ Анализировали реакцию на заражение патогенами 847 образцов 26 видов рода Triticum. Устойчивость к листовой ржавчине выявлена у 52-х форм, к септориозу – у 6 и к темно-бурой листовой пятнистости – у 3-х образцов. Высокоустойчивы к P.triticina все формы T. timopheevii, T. militinae, T. zhukovskyi и T. timococcum, а также 4 образца T. boeoticum. Показана супрессия устойчивости T. timopheevii и T. militinae геномом D Ae. tauschii у синтетических форм T. miguschovae и T. kiharae. Только 2 образца T. araraticum и один – T. timopheevii устойчивы к темно- бурой листовой пятнистости в ювенильной фазе. Высокий уровень устойчивости к S. nodorum выявлен у образцов T. araraticum, T. timopheevii и T. monococcum. Наиболее устойчивы к F. graminearum виды с геномом G. С помощью гибридологического анализа и метода тест-клонов выявили полиморфизм T. monococcum по устойчивости к B. graminis. Устойчивость большинства образцов к популяции и клонам гриба детерминирована доминантными генами, в отдельных случаях – рецессивными и обусловлена одним, двумя или тремя олигогенами. Геном T. monococcum содержит разнообразные гены устойчивости к мучнистой росе и может служить источником эффективных генов для селекции.

УСТОЙЧИВОСТЬ ЭГИЛОПСОВ К БОЛЕЗНЯМ Изучили 1359 образцов 17 видов рода Aegilops по устойчивости к 3-м болезням. Среди форм Ae. tauschii (донор генома D мягкой пшеницы) 8 высокоустойчивы к листовой ржавчине, причем по результатам гибридологического анализа и изучения дифференциального взаимодействия с тест-клонами возбудителя, они защищены геном Lr41, уже переданным в мягкую пшеницу. Лишь 2 образца Ae. tauschii устойчивы к темно-бурой листовой пятнистости. Гибридологическим анализом доказано наличие у образца к-1804 одного рецессивного, а у к-3683 – двух рецессивных генов устойчивости; гены устойчивости у этих образцов неидентичны. К септориозу устойчивы 6 образцов Ae. tauschii, причем их гены устойчивости неидентичны и не аллельны. К листовой ржавчине устойчивы образцы диплоидных видов Ae. aucheri, Ae. caudatа, Ae. comosa, Ae. heldreichii, Ae. longissima, Ae. uniaristata и Ae. umbellulata, Ae. speltoides. Впервые идентифицированы восприимчивые к болезни образцы Ae. speltoides.

Получение устойчивых форм с помощью биотехнологических методов Получили 13 линий пшеницы – потомков регенерантов сорта Spica, характеризующихся устойчивостью к листовой ржавчине. Методом гибридологического анализа показали, что высокий уровень экспрессии признака контролируется 3-мя генами. Высокий уровень возрастной устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости проявили 14 линий пшеницы – потомков регенерантов образца 181-5, из них 6 устойчивы в ювенильной стадии роста. Расщепление по устойчивости в комбинациях скрещиваний с восприимчивым сортом доказывает наличие у сомаклонов не менее 3-х комплементарных генов, контролирующих признак. Выделили 7 высоко устойчивых к темно-бурой листовой пятнистости сомаклонов ячменя, среди которых 4 резистентны и в ювенильной стадии роста. Высокий уровень ювенильной устойчивости контролируется не менее чем 3-мя комплементарными генами. Показали возможность использования сомаклональной изменчивости и для получения форм зерновых культур, устойчивых к насекомым. Предполагается, что эта устойчивость контролируется полигенно.

СПАСИБО за внимание!