Генетическая структура российских и казахстанских популяций возбудителя бурой ржавчины Puccinia triticina Erikss. по вирулентности и SSR маркерам
Автор: Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Шаманин В.П., Ахметова А.К., Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Кашина И.В., Ерошенко Л.А., Середа Г.А., Моргунов А.И.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Агробиология зерновых культур
Статья в выпуске: 1 т.53, 2018 года.
Бесплатный доступ
Бурая ржавчина (возбудитель Puccinia triticina Erikss.) - экономически значимое заболевание яровой пшеницы в западно-азиатских регионах России и Северном Казахстане. Для успешной селекции на устойчивость к инфекции необходима информация об эффективности генов Lr пшеницы, влиянии новых сортов на изменчивость патогена по вирулентности, а также о степени изоляции популяций друг от друга. До настоящего времени в популяционных исследованиях P. triticina не использовали единообразный инфекционной материал (его собирали с разного набора сортов в каждом регионе), в связи с чем на результаты оценки вирулентности существенно влияло селективное действие растения-хозяина. Мы впервые сравнили структуру популяций гриба P. triticina на западе азиатской части России и в Северном Казахстане по вирулентности и молекулярным маркерам, использовав в качестве источника инфекционного материала единый набор образцов пшеницы сезона 2016 года, которые испытываются в этих регионах в рамках программы Казахстанско-Сибирской сети улучшения яровой пшеницы (КАСИБ). Для анализа вирулентности использовали 91 монопустульный изолят, в том числе 13 челябинских, 28 омских, 6 курганских, 16 акмолинских, 16 павлодарских и 12 карагандинских. С помощью 20 почти изогенных Lr-линий Thatcher (TcLr) нами описаны 11 фенотипов вирулентности. Сходный фенотипический состав патогена был выявлен на сортах Дуэт, Терция, Омская 35, Памяти Азиева, Са-ратовская 29, Чебаркульская 3 и линии Эритросперум 85-08. На сорте Астана 2 и линиях Лютесценс 1003, Лютесценс 6/04-4 российские изоляты гриба отличались от казахстанских по вирулентности для ТсLr11, а на линиях ГВК 2074/4 и Лютесценс 715 - авирулентностью в отношении ТсLr18. Более существенные различия по спектру вирулентности между региональными популяциями отмечались на менее поражаемой линии Лютесценс 34/08-19 и сорте Родник. Все изученные изоляты P. triticina были авирулентны для TсLr19, TсLr24 и вирулентны для TсLr3а, TсLr3bg, TсLr3ka, TсLr14a, TсLr14b, ТсLr16, ТсLr17, ТсLr30. На линиях Tс с генами Lr1, Lr2a, Lr2b, Lr2c, Lr9, Lr15, Lr18, Lr20, Lr26 наблюдали варьирование по частоте вирулентности. Вирулентность для TсLr9 выявили в популяциях патогена, собранных с образцов пшеницы с этим геном (Дуэт, Терция, Чебаркульская 3, Лютесценс 34/08-19). Индексы генетических расстояний по M. Nei (Nei D) и ΦPT (аналог Fst для бинарных данных в AMOVA) подтвердили различия в дифференциации популяций по вирулентности. Значения Nei D указывали на высокое сходство между большинством североказахстанских и российских популяций, за исключением челябинской и карагандинской. По индексу ΦPT высоким сходством обладали омская, курганская и североказахстанские популяции. Челябинская популяция была близка с курганской и отличалась от других изученных. С использованием 12 SSR маркеров были охарактеризованы 46 изолятов и выяв-лены 9 генотипов. В результате обнаружен 21 полиморфный аллель. Значения индексов Nei D и Fst указывали на умеренные различия между челябинской и карагандинской популяциями и высокое сходство между другими изученными. В целом проведенные исследования свидетельствуют о высоком сходстве популяций бурой ржавчины в западно-азиатских регионах России и Северном Казахстане, что подтверждает предположение о существовании единой популяции гриба в изученных областях. Для предотвращения эпифитотий P. triticina на сопредельной территории России и Казахстана необходимо постоянное обновление сортимента пшеницы, расширение его генетического разнообразия и применение стратегии мозаичного размещения сортов с соблюдением оптимальных площадей, занятых генетически однородными сортами.
Бурая ржавчина, мягкая пшеница, популяции, вирулентность, lr-гены, ssr маркеры
Короткий адрес: https://sciup.org/142214125
IDR: 142214125 | DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.85rus
Список литературы Генетическая структура российских и казахстанских популяций возбудителя бурой ржавчины Puccinia triticina Erikss. по вирулентности и SSR маркерам
- Шаманин В.П., Петуховский С.Л. Ценность челночного исходного материала яровой мягкой пшеницы для Западной Сибири. Вестник Омского государственного аграрного университета, 2012, 4(8): 4-9.
- Белан И.А., Россеева Л.П., Мешкова Л.В., Блохина Н.П., Першина Л.А., Трубочеева Н.В. Создание сортов мягкой пшеницы, устойчивых к грибным заболеваниям, для условий Западной Сибири и Урала. Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2017, 1(147): 5-14.
- Койшыбаев М. Динамика развития видов ржавчины и септориоза и защита пшеницы от них. Защита и карантин растений, 2015, 9: 21-26.
- Kolmer J.A., Kabdulova M.G., Mustafina M.A., Zhemchuzhina N.S., Dubovoy V. Russian populations of Puccinia triticina in distant regions are not differentiated for virulence and molecular genotype. Plant Pathol., 2015, 64(2): 328-336 ( ) DOI: 10.1111/ppa.12248
- Shamanin V., Salina E., Wanyera R., Zelenskiy Y., Olivera P., Morgounov A. Genetic diversity of spring wheat from Kazakhstan and Russia for resistance to stem rust Ug99. Euphytica, 2016, 121(2): 287-296 ( ) DOI: 10.1007/s10681-016-1769-0
- Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Характеристика вирулентности популяций Рuccinia triticina и перспективы использования генов Lr24, Lr25, LrSp в селекции яровой мягкой пшеницы на Южном Урале. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017, 21(5): 523-529 ( ) DOI: 10.18699/VJ17.269
- Дьяков Ю.Т. Популяционная биология фитопатогенных грибов. М., 1998.
- Kolmer J.A., Hanzalova A., Goyeau H., Bayles R., Morgounov A. Genetic differentiation of the wheat leaf rust fungus Puccinia triticina in Europe. Plant Pathol., 2013, 62: 21-31 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-3059.2012.02626.x
- McCallum B., Ceto-Coh P., Xue A. Physiologic specialization of Puccinia triticina, the causal agent of wheat leaf rust, in Canada in 2010. Can. J. Plant Pathol., 2016, 38(4): 440-447 ( ) DOI: 10.1080/07060661.2016.1261047
- Гультяева Е.И., Аристова М.К., Шайдаюк Е.Л., Казарцев И.А. Структура азиатских популяций Puccinia triticina по вирулентности и микросателлитным маркерам. Микология и фитопатология, 2017, 51(1): 54-59.
- Kolmer J. Leaf rust of wheat: pathogen biology, variation and host resistance. Forests, 2013, 4(1): 70-84 ( ) DOI: 10.3390/f4010070
- Kolmer J.A., Ordo_ez M.E. Genetic differentiation of Puccinia triticina populations in Central Asia and the Caucasus. Phytopathology, 2007, 97(9): 1141-1149 ( ) DOI: 10.1094/PHYTO-97-9-1141
- Михайлова Л.А., Гультяева Е.И., Мироненко Н.В. Методы исследований структуры популяций возбудителя бурой ржавчины пшеницы Рuccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici. СПб, 2000.
- McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat rusts. An atlas of resistance genes. Plant Breeding Institute, University of Sydney, CSIRO, Australia, 1995.
- Long D.L., Kolmer J.A. A North American system of nomenclature for Puccinia recondita f. sp. tritici. Phytopathology, 1989, 79(5): 525-529.
- Justesen A.F., Ridout C.J., Hovm_ller M.S. The recent history of Puccinia striiformis f. sp. tritici in Denmark as revealed by disease incidence and AFLP markers. Plant Pathol., 2002, 51: 13-23 ( ) DOI: 10.1046/j.0032-0862.2001.00651.x
- Duan X., Enjalbert J., Vautrin D., Solignac M., Giraud T. Isolation of 12 microsatellite loci, using an enrichment protocol, in the phytopathogenic fungus Puccinia triticina. Mol. Ecol. Notes, 2003, 3(1): 65-67 ( ) DOI: 10.1046/j.1471-8286.2003.00350.x
- Szabo L.S., Kolmer J.A. Development of simple sequence repeat markers for the plant pathogenic rust fungus Puccinia triticina. Mol. Ecol. Notes, 2007, 7(4): 708-710 ( ) DOI: 10.1111/j.1471-8286.2007.01686.x
- Serfling A., Kr_mer I., Lind V., Schliephake Е., Ordon F. Diagnostic value of molecular markers for Lr genes and characterization of leaf rust resistance of German winter wheat cultivars with regard to the stability of vertical resistance. Eur. J. Plant Pathol., 2011, 130(4): 559-575 ( ) DOI: 10.1007/s10658-011-9778-2
- Сибикеев С.Н., Маркелова Т.С., Дружин А.Е., Веденеева М.Л., Сингх Д. Оценка набора интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы селекции НИИСХ Юго-Востока на устойчивость к расе стеблевой ржавчины Ug99+Sr24 (TTKST). Доклады РАСХН, 2011, 2: 3-5.
- Михайлова Л.А. Генетика взаимоотношений возбудителя бурой ржавчины и пшеницы/Под ред. М.М. Левитина. СПб, 2006.
- Павлова Т.В., Михайлова Л.А. Роль миграции спор возбудителя бурой ржавчины пшеницы Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici в формировании популяций и возникновении эпифитотий. Микология и фитопатология, 1997, 31(5): 60-66.
- Волкова Г.В. Изучение и использование генетического потенциала устойчивости пшеницы к грибным заболеваниям. Защита и карантин растений, 2010, 9: 13-17.
- Берлянд-Кожевников В.М., Дмитриев А.П., Будашкина Е.Б., Шитова И.Т., Рейтер В.Г. Устойчивость пшеницы к бурой ржавчине (генетическое разнообразие популяций гриба и растения-хозяина). Новосибирск, 1978.
- Лебедев В.Б. Ржавчина пшеницы в Нижнем Поволжье. Саратов, 1998.
- Сорокина Г.К. Динамика расового состава и специализация возбудителя бурой ржавчины пшеницы (Рuccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. et Henn.) на территории европейской части СССР. Автореф. канд. дис. М., 1978.
- Турапин В.П., Мостовой В.А. Ржавчинные болезни зерновых культур в Республике Казахстан и борьба с ними. Алматы, 1995.
- Койшибаев М.К. Болезни зерновых культур: симптомы, распространение и вредоносность, специализация, биологические особенности, структура популяций возбудителей и интегрированная защита посевов. Алматы, 2002.
