Новые доноры устойчивости подсолнечника к расе G заразихи: изучение наследования признака

Введение. Подсолнечник – важнейшая масличная культура в мире. Одним из лимитирующих факторов его выращивания является паразитическое растение Orobanche cumana Wallr. После прикрепления к корневой системе хозяина паразит снижает жизнеспособность пораженных растений, отнимая воду и пластические метаболиты, что, в зависимости от степени поражения, приводит к частичному или полному снижению урожайности. Заразиха подсолнечника в последние десятилетия характеризуется быстрой сменой расового состава её популяций. В южных регионах РФ ежегодно проводимый мониторинг расового состава заразихи выявляет в большинстве популяций преобладание расы G [1]. Существуют различные методы контроля заразихи, например, химический и биологический [2; 3; 4], но всё же наиболее эффективный заключается в генетической устойчивости селекционного материала. Поэтому всегда остается актуальным поиск источников иммунитета для создания устойчивого исходного материала подсолнечника. В качестве доноров устойчивости выступают как дикорастущие виды подсолнечника, так и его культурные формы [5; 6; 7; 8]. Так, во многих странах выделены источники устойчивости к наиболее вирулентным расам заразихи и изучен генетический контроль признака [9; 10]. В результате выпол- 4

ненного в течение нескольких лет на центральной экспериментальной базе ВНИИМК скрининга образцов мировой коллекции ВИР, дикорастущих видов подсолнечника, линий, гибридов и сортов отечественной и зарубежной селекции с использованием искусственного инфекционного фона, в котором доминировали семена заразихи расы G, были созданы линии, резистентные к расам высокой вирулентности, включая G [11; 12]. Проведенный гибридологический анализ устойчивости к расе G заразихи у одной из линий – RG, показал, что у данной линии признак контролируется одним геном с неполным доминированием [11]. Наследование устойчивости у остальных доноров еще не изучено. Поэтому целью работы было изучение наследования устойчивости к заразихе расы G у новых линий-доноров подсолнечника в поколении F 1 .

Материалы и методы. Материалом исследования служили пять линий-доноров, устойчивых к расе G заразихи, полученных путем самоопыления коммерческих гибридов отечественной и зарубежной селекции: RGP 1, RGP 2, RGВ, RGL 1, RGL 2. А также линии селекции ВНИИМК: ВК 101 А, ВК 101 Б, ВК 678 А, ВК 678 Б, ВК 680 А, ВК 680 Б, восприимчивые к заразихе. Семена заразихи были собраны на полях Боковского района Ростовской области. Идентификация их расовой принадлежности с помощью известных линий-дифференциаторов: 202А (С), LC1002 (D), LC1003 (E), LC1093 и P 96 (F) показала, что семена представляют собой расу G.

Реципрокные гибриды первого поколения от скрещиваний устойчивых линий с восприимчивыми получали в теплице и камере искусственного климата Биотрон-5 (ГНУ СибФТИ, Новосибирск). Гибридизацию проводили с использованием ручной кастрации и нанесением пыльцы на стерильные формы подсолнечника. При достаточно больших различиях скрещиваемых форм по срокам цветения, пыльцу собирали в стеклянные чашки Петри и хранили в холодильнике при +5 °С. Оценку устойчивости к заразихе проводили методом А.Я. Панченко [13]. Для создания инфекционного фона семена заразихи вносили в короба и цветочные кашпо с почвенно-песчаной смесью из расчета 200 мг на 1 кг смеси, распределяя их равномерно. Растения подсолнечника выращивали при температуре 25–27 °С и 16-часовом фотопериоде. Через 25 дней после появления всходов растения выкапывали и проводили учет особей заразихи на их корнях. Восприимчивыми считались растения, на корнях которых было обнаружено более пяти клубеньков или сформировавшихся побегов заразихи. Устойчивыми – растения, на корнях которых не было обнаружено здоровых клубеньков и побегов, но были видны многочисленные некрозы клеток в области проникновения заразихи и погибшие клубеньки. Растения подсолнечника с поражением корней пятью и менее клубеньками заразихи были определены как генотипы с неполной устойчивостью. В качестве контроля был использован сорт ВНИИМК 8883, восприимчивый к современным расам O. сumana.

Степень доминирования признака устойчивости к заразихе в гибридных комбинациях F 1 рассчитывали по формуле [14]:

hp = (F1 – MP) / (P – MP), где hp – степень доминирования;

F 1 – среднее количество особей заразихи (штук) на одно пораженное растение гибрида F 1 ;

P – среднее количество особей заразихи (штук) на одно пораженное растение устойчивой родительской формы;

MP – среднее количество особей заразихи (штук) на одно пораженное растение обеих родительских форм.

Степень поражения определялась средним количеством клубеньков заразихи на пораженное растение.

Результаты и обсуждение. При изучении наследования признака устойчивости новых доноров подсолнечника к расе G заразихи были выполнены реципрокные скрещивания данных линий с восприимчивыми формами подсолнечника селекции ВНИИМК: ВК 101 А, ВК 101 Б, ВК 678 А, ВК 678 Б, ВК 680 А, ВК 680 Б. В результате было получено от 7 до 9 комбинаций скрещиваний для каждой из устойчивых линий, по 1–2 семьи каждого гибрида. Десять растений каждой семьи были оценены на устойчивость к заразихе. Следует отметить, что степень поражения устойчивых линий высоковирулентной расой G заразихи соответствовала нулю. Степень поражения восприимчивых линий варьировала от 20,1 до 29,5 клубеньков заразихи на одно поражен- ное растение. При этом вышеуказанные линии поразились на 100 % (табл. 1).

Таблица 1

Степень поражения восприимчивых и устойчивых родительских линий расой G заразихи

ВНИИМК, г. Краснодар, 2018 г.

Генотип	Количество растений, шт.			Поражено растений, %	* Степень поражения, шт.
	всего	устойчивых	воспри-имчи-вых
ВК 101 А	10	0	10	100	20,1
ВК 101 Б	10	0	10	100	20,2
ВК 678 А	10	0	10	100	24,2
ВК 678 Б	10	0	10	100	24,5
ВК 680 А	10	0	10	100	29,0
ВК 680 Б	10	0	10	100	29,5
RGP 1	10	10	0	0	0
RGP 2	10	10	0	0	0
RGВ	10	10	0	0	0
RGL1	10	10	0	0	0
RGL2	10	10	0	0	0

Сорт ВНИИМК 8883, использованный в качестве восприимчивого к современным расам O. сumana контроля, поразился на 100 % со степенью 60 клубеньков на пораженное растение.

Практически все полученные гибриды первого поколения имели невысокую степень поражения заразихой, независимо от генотипа восприимчивой и устойчивой родительских линий и линии, использованной в качестве материнской. Во многих семьях наблюдалось расщепление на устойчивые и неполно устойчивые растения. Для всех гибридов была рассчитана степень доминирования признака устойчивости к заразихе в F 1 . Степень доминирования hp показывает экспрессивность доминантного аллеля, определяемая путем сравнения выраженности признака у гетерозиготы и обеих гомозигот, где 0,5 < hp < 1,0 – неполное доминирование; hp = 1,0 – полное доминирование.

При реципрокных скрещиваниях устойчивой линии RGР 1 с восприимчивыми процент пораженных растений в оцененных выборках достигал от 60 до 100 (табл. 2).

Наибольшее количество поражённых растений, а также клубеньков заразихи на одно растение выявлено у гибридной комбинации первого поколения ВК 678 А × RGP 1. При скрещивании линий подсолнечника ВК 678 А × RGP 1 100 % растений потомства F1 были поражены заразихой. Среднее количество клу- беньков заразихи и на одно учетное, и на одно пораженное растение составило 5,0 штук. Наименьшее количество поражённых растений и наименьшее количество клубеньков заразихи на одно растение выявлено в гибридной комбинации RGP 1 × ВК 101 Б. Для гибридных комбинаций с линией RGP 1 выявлено неполное доминирование признака устойчивости к заразихе, hp от 0,79 до 0,91. В реципрокных скрещиваниях отличий по степени доминирования не наблюдалось (табл. 2).

Таблица 2

Поражение растений и степень доминирования признака резистентности к расе G заразихи у гибридных комбинаций подсолнечника F 1 от скрещивания устойчивой линии RGР 1 с восприимчивыми линиями

ВНИИМК, г. Краснодар, 2018 г.

Генотип	Количество оценен-ных семей, шт.	Поражено растений, %	Среднее количество клубеньков заразихи на растение, шт.		hp
			учетное	пораженное
RGP 1 × ВК 680 Б	2	100	3,3	3,3	0,88
ВК 680 А X RGP 1	1	89	2,2	2,5	0,91
RGP 1 × ВК 678 Б	2	90	3,9	4,4	0,82
ВК 678 А x RGP 1	1	100	5,0	5,0	0,79
RGP 1 x ВК 101 Б	1	60	1,5	2,5	0,90

В результате гибридизации линий подсолнечника RGP 2 с селекционными линиями ВНИИМК процент поражения растений первого поколения составил от 30 до 100. Среднее количество клубеньков заразихи на одно пораженное растение – от 1,3 до 2,5, на одно учетное – от 0,7 до 2,5 штук. В этих гибридных комбинациях также проявилось неполное доминирование признака устойчивости к расе G заразихи, степень доминирования (hp) – от 0,90 до 0,94 (табл. 3). Не было выявлено отличий в реципрокных скрещиваниях по степени доминирования.

Из данных таблицы 4 видно, что наибольшее количество поражённых растений (100 %), а также наибольшее количество клубеньков заразихи на одно растение (6,9 шт.) выявлено в гибридной комбинации первого поколения RGL 1 × ВК 678 Б. Наименьшие показатели процента пораженных растений (67) и, соответственно, среднего количества клубеньков

(1,0 шт. для учетных и 1,5 шт. для пораженных) были у гибрида ВК 101 А × RGL 1.

Таблица 3

Поражение растений и степень доминирования признака резистентности к расе G заразихи у гибридных комбинаций подсолнечника F 1 от скрещивания устойчивой линии RGР 2 с восприимчивыми линиями

ВНИИМК, г. Краснодар, 2018 г.

Генотип	Количество оцененных семей, шт.	Поражено растений, %	Среднее количество клубеньков заразихи на растение, шт.		hp
			учетное	поражен-ное
RGP 2 × ВК 680 Б	2	74	1,7	2,2	0,92
ВК 680 А x RGP 2	1	100	2,5	2,5	0,91
RGP 2 × ВК 678 Б	2	30	0,8	2,4	0,90
ВК 678 А x RGP 2	1	69	1,3	1,9	0,92
RGP 2 x ВК 101 Б	1	50	0,7	1,3	0,94
ВК 101 А x RGP 2	1	33	0,8	2,5	0,90

Степень доминирования признака устойчивости (hp) колебалась от 0,72 до 0,94, что свидетельствует о неполном доминировании резистентности (табл. 4). При этом по степени доминирования значения F 1 в реципрокных скрещиваниях не показали больших отличий.

Таблица 4

Поражение растений и степень доминирования признака резистентности к расе G заразихи у гибридных комбинаций подсолнечника F 1 от скрещивания устойчивой линии RGL 1 с восприимчивыми линиями

ВНИИМК, г. Краснодар, 2018 г.

Генотип	Количество оценен-ных семей, шт.	Пора-жено растений, %	Среднее количество клубеньков заразихи на растение, шт.		hp
			учет ное	пораженное
RGL 1 × ВК 678 Б	2	100	6,9	6,9	0,72
ВК 678 А × RGL 1	1	100	2,5	2,5	0,90
RGL 1 × ВК 680 Б	1	100	6,0	6,0	0,76
ВК 680 А × RGL 1	1	83	1,8	2,2	0,91
RGL 1 × ВК 101 Б	1	80	1,4	1,8	0,93
ВК 101 А × RGL 1	1	67	1,0	1,5	0,94

Среди оцененных растений гибридных комбинаций первого поколения с линией RGL 2 процент пораженных растений в среднем составил от 0 до 20, усреднённое число клубеньков заразихи на одно учетное растение – от 0,0 до 1,2 шт., на пораженное расте- ние – от 0,0 до 2,0 штук. Для некоторых гибридных комбинаций с данной линией выявлено почти полное доминирование признака устойчивости к заразихе. Например, степень доминирования hp для гибрида ВК 680 А × RGL 2 равна 1 (что соответствует полному доминированию признака), для RGL 2 × ВК 680 Б – 0,98. Для остальных комбинаций hp варьирует от 0,92 до 0,97 (табл. 5). Различий между значениями реципрокных F1 по этому признаку обнаружено не было.

Таблица 5

Поражение растений и степень доминирования признака резистентности к расе G заразихи у гибридных комбинаций подсолнечника F 1 от скрещивания устойчивой линии RGL 2 с восприимчивыми линиями

ВНИИМК, г. Краснодар, 2018 г.

Генотип	Количество оцененных семей, шт.	Поражено растений, %	Среднее количество клубеньков заразихи на растение, шт.		hp
			учетное	поражен-ное
RGL 2 × ВК 680 Б	2	5	0,1	0,5	0,98
ВК 680 А × RGL 2	1	0	0,0	0,0	1,00
RGL 2 × ВК 101 Б	1	20	1,2	1,0	0,96
ВК 101 А× RGL 2	2	15	0,2	0,7	0,97
RGL 2 × ВК 678 Б	1	13	0,3	2,0	0,92

При скрещиваниях линии RGВ с восприимчивыми, процент пораженных растений в оцененных выборках достигал от 7 для комбинации ВК 101 А × RGB до 100 Для комбинации ВК 680 А × RGB. Для комбинации ВК 101 А × RGB наименьшее количество клубеньков заразихи на учетное растение составило 0,1, на пораженное – 1,0. Наибольшее количество клубеньков заразихи на одно растение выявлено в гибридной комбинации первого поколения ВК 680 А × RGB. Среднее количество клубеньков заразихи и на одно учетное, и на одно пораженное растение составило 2,0 штуки (табл. 6). Для гибридных комбинаций с линией RGВ выявлено неполное доминирование признака устойчивости к заразихе, hp – от 0,85 до 0,98 (табл. 6). В реципрокных скрещиваниях отличий по степени доминирования не выявлено.

Полученные данные свидетельствуют о неполном доминировании признака устойчивости к расе G заразихи у новых линий-доноров. Некоторые линии характеризовались большей или меньшей степенью доминирования по сравнению с другими. Самые высокие показатели hp выявили гибриды с линией RGL 2 – от 0,92 до 1,00. Самые низкие – с линией RGL 1 – от 0,72 до 0,94. Во всех полученных гибридных комбинациях со всеми донорами устойчивости не наблюдалось отличий в степени доминирования признака в реципрокных F1, что говорит об отсутствии материнского эффекта у этих линий.

Таблица 6

Поражение растений и степень доминирования признака резистентности к расе G заразихи у гибридных комбинаций подсолнечника F 1 от скрещивания устойчивой линии RGВ с восприимчивыми линиями

ВНИИМК, г. Краснодар, 2018 г.

Генотип	Количество оцененных семей, шт.	Поражено растений, %	Среднее количество клубеньков заразихи на растение, шт.		hp
			учетное	поражен-ное
RGB × ВК680Б	2	50	0,5	1,8	0,93
ВК680А × RGB	1	100	2,0	2,0	0,92
RGB × ВК101Б	2	10	0,1	0,5	0,98
ВК101А × RGB	1	7	0,2	1,0	0,96
RGB × ВК678Б	1	30	1,1	3,7	0,85

Дальнейшие исследования будут направлены на уточнение типа наследования и установление количества генов, ответственных за генетический контроль устойчивости у этих линий. Следует отметить, что ранее созданная коллективом авторов линия RG, устойчивая к расе G заразихи, также характеризуется неполным доминированием резистентности [11; 15].

Заключение. Проведенные исследования свидетельствуют о неполном доминировании признака устойчивости подсолнечника к расе G заразихи у пяти новых линий-доноров. Выявлены незначительные отличия в степени доминирования признака устойчивости у разных линий.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Краснодарского края, грант № 16-44-230102.