employee
, Russian Federation
graduate student
, Russian Federation
graduate student
, Russian Federation
employee
, Russian Federation
employee
, Russian Federation
employee
, Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.03 Сельскохозяйственная биология
One of the factors affecting wheat productivity in Tajikistan is the emergence and spread of rust diseases - yellow, stem and leaf rust. Emerging new races of pathogens virulent to existing resistance genes in wheat varieties create new challenges. The selection of rust resistant wheat genotypes is usually carried out by studying phenotypic traits in seedlings (seedling resistance) and in adult plants (adult plant resistance) and analysis using available molecular markers. It has been established that races of yellow rust affecting wheat varieties in Tajikistan are aggressive and are characterized by high temperature tolerance. According to the results of studies, it was found that the highest degree of resistance to yellow rust is observed in varieties Sarvar, Vakhdat, AIKT-20 and Fayzbakhsh, in old-grown varieties Kaboi Pandzhakent and Surkhak-5688, as well as in the line PASTOR/3/VORON. Most of the new wheat varieties have the following groups of rust resistance genes: Sr31/Yr9/Lr26, Sr38/Yr17/Lr37, Yr30/Sr2/Lr27 и Yr18/Lr34/Sr5. In this regard, it is necessary to constantly monitor the spread and development of rust diseases, as well as to select wheat varieties for resistance to rust using both traditional and modern methods using molecular markers.
wheat, selection, molecular markers, rust, pathogen race, disease resistance
В Таджикистане мягкая пшеница является наиболее важной зерновой культурой с точки зрения национальной продовольственной безопасности [1,2], но ей постоянно угрожают опасные ржавчинные заболевания. Эпифитотии желтой ржавчины (Puccinia striiformis Westend. f. sp. tritici Eriks.) наблюдались в 1952, 1958, 1966, 1997, 1998, 2003, 2010 годы [3] и в 2016 году, что привело к значительным потерям урожая зерна пшеницы по всей стране. Стеблевая ржавчина (Puccinia graminis f. sp. tritici Erikss. & E. Henning) встречается в основном в горных районах на посевах яровой пшеницы [4]. Однако при благоприятных условиях окружающей среды, болезнь способна уничтожить целые поля пшеницы во всех агроэкологических зонах. Листовая ржавчина (Puccinia triticina Eriks.) является переменной по своему воздействию на пшеницу, в зависимости от климатических условий года [2].
Выявление генетической устойчивости у генотипов пшеницы считается наиболее эффективной, недорогой и экологически устойчивой стратегией борьбы с ржавчинными заболеваниями [5,6]. Исходя из этого, стратегия селекции пшеницы в Таджикистане направлена на выявление устойчивых генотипов. В результате проведенных исследований, за последние годы был выведен ряд устойчивых сортов пшеницы к ржавчине, путем отбора из селекционных образцов, полученных из международных центров [1,2].
Одной из главных проблем селекции пшеницы на устойчивость к ржавчинам является генетическая изменчивость расы возбудителей болезней. Установлено, что разнообразие вирулентности трех возбудителей ржавчины в Центральной Азии является высоким, особенно в Таджикистане [4,7]. Генетическая устойчивость пшеницы к ржавчинным болезням разделяется на «устойчивость проростков», которая часто происходит в результате экспрессии отдельных генов и проявляется ярким выражением фенотипических признаков во всех фазах развития растений [8] и «устойчивость взрослых растений», которая является результатом экспрессии множества генов и появления менее видимых фенотипических эффектов на более поздних стадиях развития растений [9]. При отборе устойчивых образцов и селекции на устойчивость к ржавчине обычно изучают проявление фенотипических признаков у проростков и взрослых растений и проводят анализ молекулярных маркеров, если они доступны для специфических генов устойчивости. К сожалению, до проведенных нами исследований не было известно о наличии генов устойчивости у проростков и у взрослых растений сортов пшеницы, возделываемых в Таджикистане. Поэтому целью данной статьи является представление итогов исследований по выявлению генов устойчивости у возделываемых сортов, чтобы быть готовым к появлению новых рас возбудителей ржавчинных заболеваний.
Условия, материалы и методы исследований. Полевые эксперименты по оценке устойчивости генотипов пшеницы к естественным расам ржавчинных заболеваний проводились в хозяйстве им. Л. Муродова Гиссарского района.
Оценка устойчивости проростков к желтой ржавчины проводилась в Глобальном справочном центре по ржавчине в Университете Орхусс, Дания и в региональном научном центре по ржавчине зерновых культур в Измире, Турция. Анализы устойчивости проростков к стеблевой и листовой ржавчинам проводились М. Рахматовым в Лаборатории болезней зерновых культур при Министерстве сельского хозяйства США - Службе сельскохозяйственных исследований (USDA-ARS-CDL) и в Университете Миннесоты в Сент-Пол, США. Полевые опыты проводились в условиях искусственных инфекционных фонов, создаваемых в Кенийском научно-исследовательском учреждении в области сельского хозяйства и животноводства (KALRO) в Нжоро при поддержке Международного центра по улучшению кукурузы и пшеницы (СИММИТ), а также в региональном научном центре по ржавчине зерновых культур в Измире, Турция. В Университете Миннесоты были изучены генотипы мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине.
Оценка устойчивости проростков к стеблевой и листовой ржавчине проводились по шкале 0-4 [10,11], и к желтой ржавчине проводились по шкале 0-9 [12]. А также оценку устойчивости взрослых растений к ржавчинным болезням определяли по модифицированной шкале Кобба [13]. Наличие признаков псевдочерной колосковой чешуи (ПКЧ) и некроза кончиков листьев (НКЛ) оценивали по 0-4 шкале [14].
Анализ и обсуждение результатов исследований. Исследования показали, что сорта пшеницы, выращиваемые в Таджикистане, а также селекционные линии в основном имеют следующие гены устойчивости к ржавчинам: Sr5, Sr6, Sr11, Sr31/Yr9/Lr26, Sr38/Yr17/Lr37, Yr27 и Lr16 (табл.). Также на основе анализов, проведенных с применением молекулярных маркеров и признаков некроза кончиков листьев и псевдочерной колосковой чешуи, былы выявлены гены с плейотрофным эффектом Yr30/Sr2/Lr27 и Yr18/Lr34/Sr57.
Постулирование (определение) гена желтой ржавчины проводилось с использованием 12 рас и это позволило подтвердить наличие гена Yr9 в сортах Алекс, Садокат, Зироат-70 и линии OTUS TOBA97, а также гена Yr17 в сортах Джаггер 9 и ИЗ-80 (табл.). Результаты экспериментов подтвердили наличие генов Yr9 и Yr17 у изученных генотипов, которые являются устойчивыми к большинству рас желтой ржавчины. Сорта Сарвар, Файзбахш, Вахдат, Ориён, Садокат и АИКТ-20 проявили высокую устойчивость ко всем расам желтой ржавчины.
1. Muminjanov H. Wheat breeding in Tajikistan / Muminjanov H., Otambekova M., Morgounov A. // In: Bonjean A., Angus W. (eds.) The World Wheat Book: A History of Wheat Breeding, Volume III, 2015.
2. Eshonova Z. Selektsiya i semenovodstva perspektivnykh sortov i liniy pshenitsy v ekologicheskikh zonakh Tadzhikistana. // Materialy 1-y Tsentralnoaziatskoy Konferentsii po pshenitse. 10-13 iyunya 2003g. (Breeding and seed production of promising varieties and lines of wheat in the ecological zones of Tajikistan. / Eshonova Z., Morgunov A., Paroda R., Kosimov F., Khusaynov I., Yorov A., Naimov S., Khikmatov N., Mumindzhanov Kh. // Proceedings of the 1st Central Asian Conference on Wheat. June 10-13, 2003). Almaty, Kazakhstan: CIMMYT, P. 58-61.
3. Pett B. Wheat diseases & pests observation for selection of resistant varieties in Tajikistan / Pett B., Muminjanov H., Morgunov A., Rahmatov M., Sarkisova T. // Agromeridian, Theoretical and Applied Agricultural Research Journal 1, 2005, pages 83–87.
4. Berlin A. Sexual reproduction contributes to genotypic variation in the population of Puccinia graminis in Tajikistan / Berlin A., Rahmatov M., Muminjanov H., Yuen J. // Eur J Plant Pathol 141, 2015, pages 159-168.
5. Ellis J.G. The past, present and future of breeding rust resistant wheat Lagudah E. / Ellis J.G., Spielmeyer W., Dodds P. // Front Plant Sci 5, 2014, pages 1-13. doi: 10.3389/fpls.2014.00641.
6. Koyshybaev M.K. Bolezni pshenitsy. [Wheat’s disease]. FAO. Ankara, 2018. P. 390.
7. Kolmer J.A. Genetic differentiation of Puccinia triticina populations in Central Asia and the Caucasus / Kolmer J.A., Ordonez M.E. // Phytopathology 97, 2007, pages 1141–1149.
8. Flor H.H. Current status of the gene-for-gene concept. Ann Rev Phytopathol 9, 1971, pages 275–296.
9. Knott. Breeding methods. In: Frankel R, Grossman M, Linskens HF, Maliga P, Riley R (eds) The wheat rusts breeding for resistance, vol 12. Monographs on theor appl gen. Springer, Berlin, Heidelberg, 1989, pages 126–148.
10. Rouse M.N. Sources of resistance to stem rust race Ug99 in spring wheat germplasm / Rouse M.N., Wanyera R., Njau P., Jin Y. // Plant Dis 95, 2011, pages 762–766.
11. Long D.L. North American system of nomenclature for Puccinia recondita f. sp. tritici. / Long D.L., Kolmer J.A. // A Phytopath. 79, 1989, pages 525–529.
12. McNeal F.H. A uniform system for recording and processing cereal research data / McNeal F.H., Konzac C.F., Smith E.P., Tate W.S., Russell T.S. // ARS-USDA, Washington, 1971, pages 34–121.
13. Koyshybaev M.K. Metodicheskie ukazaniya po monitoringu bolezney, vrediteley i sornykh rasteniy na posevakh zernovykh kultur. [Guidelines for monitoring diseases, pests and weeds in crops of grain crops]. / Koyshybaev M.K., Mumindzhanov Kh.A. // FAO. Ankara, 2016. P. 28.
14. Juliana P. Genome-wide association mapping for leaf tip necrosis and pseudo-black chaff in relation to durable rust resistance in wheat / Juliana P., Rutkoski J.E., Poland J.A., Singh R.P., Murugasamy S., Natesan S., Barbier H., Sorrells M.E. // Plant Genome 8, 2015, pages 1–12.
