К вопросу о расовой структуре некоторых популяций заразихи [Orobanche ситапа Wallr.), паразитирующей на подсолнечнике в России и Румынии

Введение. Сорное растение заразиха ( Orobanche cumana Wallr.) – злостный облигатный паразит подсолнечника, относится к семейству Orobanchaceae из порядка Scrophulariales . Являясь высшим растением, она не имеет при этом собственных корней и листьев, формируя лишь стебель, цветки, плоды и семена. Проросток семени заразихи врастает в корень подсолнечника, формируя внутри него гаусториальный орган. Клетки этого органа вступают в контакт с проводящей системой корня (ксилемой и флоэмой) и получают питательные вещества растения подсолнечника. Благодаря этому из клеток проростка заразихи, оставшихся снаружи корня, формируется особая структура – клубенёк, богатый питательными веществами, поглощёнными из растения-хозяина. За это ещё в начале прошлого века заразиха получила в народе прозвище: сосун, волчок. В клубеньке формируются одна или несколько апикальных меристем, из которых вырастает один или несколько стеблей заразихи с многочисленными цветками [1]. В каждом цветке созревает плод – коробочка с мельчайшими, пылевидными семенами. Размер семян составляет 360–500 × 160– 250 µm [2]. При созревании створки коробочек раскрываются, и семена высыпаются наружу, а впоследствии разносятся ветром, водой, механизмами для обработки почвы, колёсами автотранспорта.

В настоящее время во многих странах, возделывающих подсолнечник, в т.ч. и в России, заразиха расценивается как один из главных факторов, ограничивающих его производство. Сокращение научно обоснованного севооборота культуры, начавшееся в регионах возделывания подсолнечника в России в 90-е годы прошлого века и продолжающееся в настоящее время, ускорило формирование новых вирулентных рас заразихи. Сроки появления новых рас сократились до 4–5 лет, тогда как во второй половине прошлого века этот период составлял 20–25 лет. Известно о восьми расах O. cumana, названных буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, F, G, H и выявленных в разное время и в различных странах за последние 100 лет [3–9]. Новые расы возникают со сменой возделываемого сортимента подсолнечника, старые постепенно элиминируются из популяций. Поэтому расы A, B, C, D в настоящее время уже не актуальны. Раса Е ещё встречается в отдельных местах Краснодарского края и Волгоградской области.

Проблема ускоренного расообразова-ния у заразихи выявила острую необходимость отслеживать появление новых биотипов паразита для создания жёстких инфекционных фонов из их семян, чтобы вести адекватную селекцию подсолнечника на устойчивость к новым расам. В последнее десятилетие в регионах юга России были выявлены новые расы паразита, произвольно названные следующими по порядку буквами латинского алфавита: F, G, H [10]. Заметна тенденция к изменению расовой структуры некоторых популяций O. cumana в южных регионах РФ в сторону доминирования расы G [11]. В то же время требованием времени является единая для разных стран номенклатура рас заразихи в силу свободного обмена семенным материалом подсолнечника. Известно, что в советский период обозначения рас O. cumana в России и зарубежных странах не совпадали [12; 13]. Биотипы заразихи, названные расой F в Испании и Румынии, различались между собой по поражению одних и тех же генотипов подсолнечника [13; 14].

Целью данного исследования было выполнить сравнительный анализ расовой структуры популяций O. cumana из разных регионов юга России и Румынии и обосновать одинаковую номенклатуру новейших рас в обеих странах.

Материалы и методы. Семена заразихи были собраны с 23 полей семи районов Ростовской области, семи полей пяти районов Краснодарского края, пяти полей трёх районов Волгоградской области, четырех полей четырёх районов Ставропольского края РФ, тринадцати полей из пяти районов Румынии и один образец семян O. cumana из Испании.

Собранные семена (каждый образец отдельно) использовали для создания жёстких инфекционных фонов в цветочных ящиках размером 20 × 17 × 90 см. Ящики заполняли почвенно-песчаной смесью в соотношении 1:1, смешанной с семенами заразихи из расчёта 200 мг на 1 кг, и высевали семена линий и гибридов подсолнечника, известных своей устойчивостью к определённым расам. Были использованы две румынские линии: LC 1003 с геном Or 5 , контролирующим устойчивость к расам от А до Е, и LC 1093 с геном Or 6 , придающим устойчивость к расе F и всем предыдущим в Румынии. Испанская линия Р 96 имеет два рецессивных гена or 6 or 7 , совместно контролирующих устойчивость к расе F (и всем предыдущим) в Испании. Гибрид Тунка, имеющий доминантный ген Or 7 , был использован, как устойчивый к расе G (и всем предыдущим). В качестве восприимчивого контроля применяли сорт ВНИИМК 8883. Растения выращивали в тепличных условиях при температуре 25–27 ^оС и 16-часовом фотопериоде с дополнительным освещением в утренние и вечерние часы, а также в пасмурные дни. Выкапывали растения подсолнечника через 30–35 дней после появления всходов и подсчитывали количество клубеньков и побегов заразихи на корнях.

Результаты и обсуждение. Данные, представленные в таблицах 1 и 2 по регионам юга Российской Федерации, показывают, что во многих популяциях заразихи присутствуют биотипы, преодолевающие защитное действие трёх доминантных генов устойчивости у подсолнечника Or 5 , Or 6 , Or 7 и совместное действие двух рецессивных генов or 6 or 7 .

Таблица 1

Степень поражения дифференциаторов подсолнечника заразихой (O. cumana), собранной в некоторых районах Ростовской области РФ, 2014 г .

Район, хозяйство	Номер поля	Восприимчивый контроль ВНИИМК 8883	Генотип – дифференциатор, устойчивый к расе:
			Е LC 1003 ( Or 5 )*	F LC 1093 ( Or 6 )*	F P 96 ( or 6 or 7 )*	G Тунка ( Or 7 )*
Цимлянский, ООО «Калининское»	1	66	86	15	28	2, 77**
	2	113	60	19	12	4, 40
	3	99	58	15	6, 67	2, 27
Цимлянский, ООО «Руслан»	1	88	32	13	20	6, 71
Белокалит-винский, ООО «Нехрест и К»	1	84	81	47	12	12, 62
	2	56	54	67	26	3, 37
	3	39	42	29	10	4, 62
	4	56	79	61	44	12
Белокалит-винский, «Зазёрское»	1	59	37	58	10	0
Кашарский, СПК «Рас свет»	1	83	70	20	13	3, 64
	2	61	51	33	44	8
Боковский	1	58	77	57	26	0
	2	66	58	40	23	0
	3	62	47	43	18	0
Морозов-ский, х. Парамонов	1	98	55	22	16	11
Морозов-ский-Цим-лянский	1	56	29	33	17	11
Родионово-несветайский, с. Глинки	1	61	37	38	18	1
Зерноградский, конезавод	1	80	39	44	50	5
Зерноградский	2	39	9	18	2	0
	3	48	12	9	14	2
Зерноградский, ст. Гуляй Борисовка	4	41	21	12	16	4, 63
	5	58	42	10	11	4, 71
	6	52	30	6	4	4, 67

* – в скобках показан ген устойчивости, который имеет дифференциатор к указанной расе заразихи;

** – нижние числа в ячейке показывают процент поражённых растений с указанной выше степенью; там, где нижние числа отсутствуют, поражено 100 % испытанных растений

Аналогичное явление наблюдается и при анализе популяций заразихи из Румынии (табл. 3). В то же время заразиха испанского образца (табл. 3) не преодолевает действие гена Or7 и совместное действие генов or6or7. Степень поражения этой заразихой линии Р 96, несущей эти два рецессивных гена, – 1–3 клубенька (и лишь у 50 % растений). Такое явление допускается авторами этой линии, считающейся устойчивой к расе F и всем предыдущим в Испании (персональное сообщение д-ра Мелеро-Вара). Таким образом, образец заразихи из Испании, по данным поражения дифференциаторов (табл. 3), состоит преимущественно из расы G, поражающей в сильной степени румынскую линию LC 1093 с доминантным геном Or6, но не преодолевающей устойчивость испанской линии Р 96. В то же время образцы заразихи из районов Брайла и Слобозия в Румынии отличаются от испанского образца преимущественным содержанием расы, не преодолевающей действие гена Or5, хотя в них уже имеется примесь биотипа G.

Таблица 2

Степень поражения дифференциаторов подсолнечника заразихой (O. cumana), собранной в некоторых районах Краснодарского, Ставропольского краёв и Волгоградской области РФ, 2013 г.

Район, хозяйство	Номер поля	Восприимчивый контроль ВНИИМК 8883	Генотип – дифференциатор, устойчивый к расе:
			Е LC 1003 ( Or 5 )*	F LC 1093 ( Or 6 )*	F P 96 ( or 6 or 7 )*	G Тунка ( Or 7 )*
Краснодарский край
Ейский, с. Кухаревка	1	38	5	16	4	2, 33
Кущёвский, х. Средние Чубурки	1	58	23	14	7	3
Крыловский, ст. Крыловская	1	55	37	40	13	3
	2	59	40	41	20	8
Павловский, ст. Незамаевская	1	63	39	32	17	5
	2	38	35	29	7	4
Новопокровский, ст. Калнибо- лотская	1	25	14	21	3	2, 50
Волгоградская область
Новоаннинский, СПК «Галушкинское»	1	53	37	20	5	3, 56
Новоаннинский, СПК «Попов»	1	25	18	10	2, 46	2, 62
Алексеевский, ООО «Аржа-новское»	1	30	4	5	2, 50	3, 58
Алексеевский, РАО «Алексеевское»	1	25	13	18	8	4, 50
Руднянский	1	59	11	47	1, 20	0
Ставропольский край
Труновский	1	26	25	20	20	2
Новоалександровский	1	75	57	49	3, 60	3, 43
Грачевский	1	79	23	16	3	12
Ипатовский	1	92	25	31	6	2
* – в скобках показан ген устойчивости, который дифференциатор имеет к указанной расе; ** – нижние числа в ячейке показывают процент поражённых растений с указанной выше степенью; там, где нижние числа отсутствуют, поражено 100 % испытанных растений

Таблица 3

Степень поражения дифференциаторов подсолнечника заразихой (O. cumana), собранной в Испании и разных районах Румынии, 2014 г.

Место сбора семян	Номер поля	Восприимчивый контроль ВНИИМК 8883	Генотип – дифференциатор, устойчивый к расе:
			Е LC 1003 ( Or 5 )*	F LC 1093 ( Or 6 )*	F P-96 ( or 6 or 7 )*	G Тунка ( Or 7 )*
Испания, San Pablo	1	45	41	49	3, 50	0
Румыния
Брайла	1	88	8	16	1, 17**	0
Констанца	1	119	74	61	8	5
	2	117	74	81	13	5
Калараши	1	88	106	54	12	3
	2	130	138	106	74	4
	3	97	90	77	42	3
	4	125	116	72	39	7
	5	108	138	125	81	7
Тульча	1	63	74	54	11	5
	2	50	67	67	5	4
	3	56	61	38	5	2
	4	45	67	46	2	2, 67
Слобозия	1	85	3	3	1, 25	2, 80
* – в скобках показан ген устойчивости, который дифференциатор имеет к указанной расе; ** – нижние числа в ячейке показывают процент поражённых растений с указанной выше степенью; там, где нижние числа отсутствуют, поражено 100 % испытанных растений

Однако заразиха с некоторых полей районов Калараши и Констанца в Румынии в значительной степени поражает уже обе линии – Р 96 и LC 1093 (табл. 3). Это наводит на мысль: что то, что мы относим к расе G, состоит, по меньшей мере, из двух различающихся биотипов, один из которых способен поражать лишь линию LC 1093 с доминантным геном Or 6 , а другой преодолевает и совместное действие двух рецессивных генов or 6 or 7 .

Анализ данных по регионам юга России показывает, что и здесь наблюдается аналогичная картина, как в указанных районах Румынии. Например, заразиха из Руднянского района Волгоградской области поражает LC 1093 со степенью 47, а у линии Р 96 поражены лишь 20 % растений со степенью 1, т.е. она практически устойчива (табл. 2). Аналогично ведёт себя заразиха с поля № 2 Зерноградского района Ростовской области (табл. 1), поразившая указанные линии со степенью 18 и 2 соответственно. В то же время заразиха с поля № 2 хозяйства «СПК Рас- свет» Кашарского района Ростовской области с высокой степенью поражает оба дифференциатора: Р 96 и LC 1093 (44 и 33 соответственно). Также действует и заразиха, собранная возле конезавода Зерноградского района (степень поражения 50 и 44 соответственно указанным линиям).

При этом нельзя сказать, что поражение линии Р 96 вызывает биотип заразихи, преодолевающий действие гена Or 7 , имеющегося у гибрида Тунка, который позиционирован как устойчивый к расе G. Биотип, преодолевающий устойчивость этого гибрида, мы называем следующей буквой алфавита: Н. Рассмотрим действие заразихи с поля № 2 района Ка-лараши в Румынии (табл. 3). Поражение линии Р 96 имеет высокую степень – 74, а гибрида Тунка – всего лишь 4. т.е. такая высокая степень поражения линии Р 96 не могла быть вызвана более вирулентной расой, чем G. Аналогичная ситуация и на поле № 5 этого района. Точно так же невозможно объяснить наличием более вирулентной расы, чем G, высокую степень поражения линии Р 96 (50 клубеньков на одно поражённое растение) заразихой, собранной возле конезавода Зерноградского района Ростовской области (табл. 1). Степень поражения гибрида Тунка при этом составляет всего лишь 5 со 100 %-ной долей поражённых растений.

Возникает вопрос: не является ли невысокая степень поражения гибрида Тун-ка следствием неполного доминирования гена Or 7 , придающего устойчивость этому гибриду к расе G и всем предыдущим. Данные, приведенные в таблице 1 по заразихе с четырёх полей хозяйства «Не-хрест и К» из Белокалитвинского района Ростовской области, не позволяют однозначно утвердительно ответить на этот вопрос. Так, степень поражения 100 % растений гибрида Тунка заразихой с поля № 4 составляет 12 клубеньков на одно поражённое растение, тогда как заразихой с поля № 3 поражены лишь 37 % растений и с малой степенью – три клубенька.

Наличие одного–четырех клубеньков или побегов заразихи у оцениваемых на фоне расы G растений гибрида Тунка – обычно нормальное явление, которое можно объяснить неполным доминированием гена Or 7 . По нашим наблюдениям (неопубликованные данные), повторное заражение растений этого гибрида заразихой, собранной с его корней, не увеличивает степень поражения, как это должно было бы быть, если бы мы имели дело с новой расой, более вирулентной, чем G. Однако степень поражения от 8 до 12 и выше всех 100 % растений этого гибрида всё-таки довольно высока и заставляет задуматься о наличии в популяции заразихи биотипа, более вирулентного, чем раса G. То есть мы должны признать, что на четвёртом поле Белокалитвинского, втором поле Кашарского, двух полях Морозов-ского районов Ростовской области (табл. 1), втором поле Крыловского района Краснодарского и одном из полей Грачевского района Ставропольского краёв (табл. 2) в малой пока концентрации уже присутствует раса Н.

Исследованиями Молинеро-Руиз с соавторами [15] была показана изменчивость в пределах расы F в полевых условиях в Испании, отражающая экологически зависимое горизонтальное сопротивление у подсолнечника. Поскольку в наших экспериментах оценка степени поражения дифференциаторов подсолнечника проводилась в теплице, где они выращивались в одинаковых условиях, различия в поражении линии Р 96 нельзя объяснить различным влиянием условий окружающей среды. По-видимому, мы имеем дело с различиями между образцами заразихи по имеющемуся в них количеству семян биотипа, преодолевающего устойчивость к расе G.

Очевидно то, что мы называем расой G, включает в себя, по меньшей мере, два различающихся по вирулентности биотипа O. cumana . Один из них преодолевает действие доминантного гена Or 6 со значительной степенью поражения линии

LC 1093 и не способен преодолеть совместное действие двух рецессивных генов or 6 or 7 у линии Р 96. Другой с высокой степенью поражает линию Р 96.

Таким образом, сравнительный анализ расовой структуры популяций O. cumana , паразитирующей на подсолнечнике, на юге Российской Федерации и в Румынии, выявил большое сходство заразихи в обеих странах по уровню вирулентности. В ряде популяций заразиха преодолевает действие доминантных генов устойчивости у подсолнечника Or 5 , Or 6 , Or 7 и совместное действие двух рецессивных генов or 6 or 7 . Наблюдается тенденция к доминированию расы G в популяциях паразита. Во многих популяциях элиминировались расы, неспособные преодолеть действие указанных выше генов подсолнечника. При этом в обеих странах существуют популяции с меньшей вирулентностью, где ген Or 7 и совместное действие генов or 6 or 7 подсолнечника работают эффективно. Выявлена неоднородность расы G по вирулентности. В обеих странах имеются популяции как преодолевающие лишь устойчивость подсолнечника, контролируемую геном Or 6 и всеми предыдущими, так и такие, которые преодолевают также и совместное действие двух рецессивных генов or 6 or 7 . Сделан вывод, что преодоление действия генов or 6 or 7 не связано с влиянием условий окружающей среды и наличием в популяции паразита особей, способных преодолеть устойчивость подсолнечника, связанную с геном Or 7 .

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Краснодарского края, грант 13-0496521 р_юг_а.