Первинна гексаплоїдна синтетика: Нові джерела стійкості до хвороб пшениці

Володимир Шаманін

Омський державний аграрний університет, Омськ, 644008, Росія

Сергій Шепелєв

Омський державний аграрний університет, Омськ, 644008, Росія

Віолетта Пожерукова

Омський державний аграрний університет, Омськ, 644008, Росія

Олена Гултяєва

b Всеросійський інститут захисту рослин, Пушкін, 196608, Росія

Тамара Коломієць

c Всеросійський інститут фітопатології, Московська обл., 143050, Росія

Олена Пахолкова

c Всеросійський інститут фітопатології, Московська обл., 143050, Росія

Олексій Моргунов

d CIMMYT, Анкара, 06511, Туреччина

Пов’язані дані

Анотація

Зміна клімату призводить до збільшення поширеності хвороб пшениці та втрат врожаю. Управління цими хворобами шляхом впровадження нових, ефективних та різноманітних генів стійкості до сортів є важливою складовою стабільного виробництва пшениці. У 2016 та 2017 рр. Під первинним тиском хвороби вивчали набір первинної гексаплоїдної синтетичної пшениці: борошниста роса, іржа листя та стебла в Омську; Septoria tritici та S. nodorum у Москві. Всього було обрано 28 синтетичних матеріалів (19 синтетичних CIMMYT та 9 японських синтетичних), які поєднували стійкість принаймні до двох захворювань за обидва роки випробувань. Дві синтетики (записи 13 та 18), що походять від схрещування між озимою твердою пшеницею Українка одеська-1530,94 та різними приєднаннями Aegilopes taushii, та чотири синтетики (записи 20, 21, 23 та 24) від схрещування канадської твердої пшениці Langdon та Ae. taushii були стійкими до всіх чотирьох патогенів. Оцінка патологічних та молекулярних маркерів стійкості дозволяє припустити наявність нових генів та різноманітні типи стійкості. Визначені в цьому дослідженні нові генетичні джерела стійкості до захворювань можуть бути успішно використані у розведенні пшениці.

Пшениця є основною харчовою культурою і забезпечує близько 20 відсотків споживаного білка та калорій на душу населення (CRP WHEAT, 2016). Її вирощують приблизно на 225 мільйонах гектарів у всьому світі, причому значна частина виробляється як короткосезонна культура, висаджена в квітні – травні та зібрана в серпні – вересні у високоширотних регіонах вище 45 ° пн.ш. Західно-Сибірський регіон Росії та північний Казахстан обробляє 17–18 млн. Га ярої пшениці. Цей регіон відіграє важливу роль у регіональній та глобальній продовольчій безпеці, оскільки більша частина виробленого зерна продається. Середовище виробництва пшениці, біотичні та абіотичні стреси, система розведення та сорти, що культивуються в регіоні, були описані Моргуновим та співавт. (2000).

Листя іржі є історично основною хворобою пшениці в цій області і трапляється майже щороку. Однак протягом останніх п’яти-семи років поширеність стовбурової іржі зростала і спричиняла епідемії понад 1–2 млн. Га у 2015–2017 рр. Із розрахунковими втратами врожаю 20–30 відсотків. Septoria spp. також завдає все більшої шкоди пшениці, оскільки технології нульового обробітку ґрунту стають більш популярними. На жаль, більшість сортів сприйнятливі до домінуючих хвороб, і існує обмежене генетичне різноманіття генів стійкості, доступних для використання в селекційних програмах (Shamanin et al., 2016). Тому це дослідження мало на меті виявити та охарактеризувати нові джерела стійкості ярої пшениці до основних патогенів.

Родичі дикої пшениці успішно використовуються для виявлення та включення нових генів стійкості до хвороб у пшениці. Більше того, синтетична гекплоїдна пшениця останнім часом використовується як місток для включення більшої кількості геномів диких видів. Найпопулярніша синтетика заснована на схрещуванні твердої пшениці (Triticum turgidum sp. Durum, геном AB) та Ae. taushii (родоначальник геному D хлібної пшениці). Рослини синтетичної пшениці нагадують напівдикий тип із щільними, важко оброблюваними колосками та поганими агротехнічними показниками, проте вони містять нове різноманіття для стійкості до численних абіотичних стресів, хвороб та шкідників (Ogbonnaya et al., 2013). У цьому дослідженні використовувались дві групи зародкової плазми (Додаток 1): 1) Синтетика, розроблена CIMMYT із схрещування між сортами озимої твердої пшениці з України та Румунії та Ae. taushii з басейну Каспійського моря, як описано Моргуновим та співавт. (2018) та 2) Синтетика, розроблена в Японії шляхом схрещування між сортами твердих сортів США Ленгдон та Ае. taushii, обраний із колекції глобального різноманіття (Matsuoka et al., 2007).

Польові експерименти проводились у 2016 та 2017 роках в Омську, Росія, у повторних випробуваннях з розміром ділянки 1 м 2. Експерименти були висаджені в середині травня (після перелогів) в обидва роки і зібрані на початку вересня. Реакції рослин на борошнисту росу (Erisyphe graminis), листяну іржу (Puccinia recondita) та стовбурову іржу (Puccinia graminis) оцінювали під природним тиском хвороби. В обидва роки для кожної хвороби було проведено 4-5 показів тяжкості та розраховано криву прогресу хвороби (AUDPC). Були зафіксовані загальні агрономічні ознаки, включаючи дні до заголовка, висоту рослини та компоненти врожаю. Реакція розсади на іржу листя проводилася з використанням місцевої популяції патогена в Челябінську. Наявність молекулярних маркерів до генів стійкості Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr21, Lr24, Lr26, Lr34, Lr37, Lr41, Lr67, Sr2 та Sr42 оцінювали за встановленими протоколами (http://maswheat.ucdavis.edu) . Стійкість до Septoria sp. був оцінений на місцях під окремими штучними щепленнями S. nodorum та S. tritici у Московській області протягом 2017 року. Для всіх захворювань записи класифікувались у чотирьох основних категоріях на основі тяжкості та AUDPC: R-стійкий; МР-помірно стійкий; РС - помірно сприйнятливий; і S-сприйнятливий (Додаток 2).

Загалом 28 синтетичних матеріалів (19 синтетичних CIMMYT та 9 японських синтетичних) продемонстрували спільну стійкість принаймні до двох захворювань за обидва роки тестування (Додаток 1). Шість синтетичних матеріалів (записи 13, 18, 20, 21, 23 та 24) були стійкими до всіх чотирьох патогенів. Ступінь іржі листя та AUDPC за 2016 та 2017 роки представлені в таблиці 1. Місцевий чековий сорт Серебристая показав високу ступінь тяжкості, що свідчить про значний тиск на хворобу. Одинадцять записів продемонстрували реакції MR або R протягом обох років, включаючи шість синтетичних (записи 13, 14, 15, 19, 21 та 22), які мали ген Lr41, поодиноко або в поєднанні з іншими генами. Цей ген походить від Ae. taushii (Singh et al., 2004) та ефективний проти популяцій сибірської іржі. Стійкий вхід 7 мав Lr21, який не ефективний проти місцевих ірж, що свідчить про наявність додаткових генів. Залишилася чотири стійких синтетичних речовини не мала відомих генів Lr. Вступ 25 (LDN/Ae.tau. (KU-2092)) поєднував стійкість до іржі листя як на стадіях розсади, так і на дорослих рослинах, що свідчить про наявність головного гена. Синтетика 20 (LDN/Ae.tau. (IG-126387)), 24 (LDN/Ae.tau. (KU-20-9)) та 28 (LDN/Ae.tau. (KU-2105)) були сприйнятливі до стадія розсади, але стійка в полі, що свідчить про наявність можливо нових генів стійкості дорослих рослин.

Таблиця 1

Реакція первинної гексаплоїдної синтетики на іржу листя, Омськ, Росія, 2016–2017.