http://www.enu.kz УДК 571.27
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К ЛИСТОВОЙ РЖАВЧИНЕ ПШЕНИЦЫ (PUCCINIA TRITICINA) В ПИТОМНИКЕ КАСИБ
Ахметова А.К.1,2, Берсимбай Р.И.2
1??? «????? ??.?.?. ???????», ????????-1, ??????????? ???????, ?????????.
2 Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан http://www.enu.kz
Специальные сорта и линии пшеницы выращиваются на территории Западной Сибири и Северного Казахстана. В 1998 году создана программа челночной селекции в целях улучшения генетического разнообразия сортов хлеба яровой мягкой пшеницы для Западной Сибири и Северного Казахстана. Данная программа включает 19 организаций, включая исследовательские институты Казахстана, России и CIMMYT (Мексика). Все участники данной программы представляют по два-три сорта или линии для исследований в Казахстанско-сибирской сети по улучшению яровой пшеницы (КАСИБ). Данные, полученные КАСИБ представляют большую ценность, так как они показывают реальное поведение сорта или линий и состояния селекции пшеницы на большой площади.
Селекционный материал производится на основе наиболее адаптированных сортов КАСИБа и доноров на устойчивость и качество зерна из коллекции CIMMYT в Мексике [6]. В наших исследованиях 70 линий пшеницы из питомника КАСИБ были протестированы на ювенильную и взрослую устойчивость к листовой ржавчине пшеницы Puccinia triticina Eriks (Pt), используя австралийские патотипы (таблица 1) совместно с сортами-дифференциаторами, включающие международную и австралийскую серии, несущие по одному или более известному гену устойчивости (таблица2) [2]; [4].
Споровый материал был использован из коллекции Института Селекции Растений (ИСР), университета Сидней, Австралия. Инокулирование и оценка болезни в тепличных и полевых условиях проводились по методике McIntosh R.A. и др. [2].
Таблица 1 Австралийские патотипы листовой ржавчины пшеницы, использованные в постулирование генов устойчивости в стадиях проростков и взрослых растений в
материале КАСИБ
№ Патотипы* Коллекционный
номер ИСР
Формула вирулентности Патотипы использованные в условиях теплицы
1 26-0 640157 Авирулентен ко всем генам,
кроме Lr10 and Lr17b
2 64-11 900053 Lr16
3 10-1,3,9,10,11,12 040120 Lr13, Lr14а, Lr16, Lr17b, Lr20, Lr26
4 53-1,(6),(7),10,11 810043 Lr13, Lr16, Lr17, Lr20, Lr27+31 5 76-1,3,5,7,9,10,12+Lr37 110108 Lr3ka, Lr13, Lr14а, Lr17, Lr17b,
Lr20, Lr26, Lr37
6 104-1,2,3,(6),(7),11,13 200347 Lr14а, Lr16, Lr17, Lr20, Lr23, Lr24, Lr27+31
Патотипы использованные в полевых условиях
1 10-1,3,9,10,11,12 040120 Lr13, Lr14а, Lr16, Lr17b, Lr20, Lr26
2 76-1,3,5,7,9,10,12+Lr37 110108 Lr3ka, Lr13, Lr14а, Lr17, Lr17b, Lr20, Lr26, Lr37
http://www.enu.kz 3 104-1,2,3,(6),(7),11,13 200347 Lr14а, Lr16, Lr17, Lr20, Lr23,
Lr24, Lr27+31
4 104-1,2,3,(6),(7),11+Lr37 020281 Lr14а, Lr16, Lr17, Lr20, Lr23, Lr27+31, Lr37
* подробное определение формул описано в [5]; [2]; [4].
Для постулирования генов устойчивости в исследуемом материале пшеницы использовалось мультипатотипное генотипирование, основанное на ген-на–ген концепции [1], а также для подтверждения был выполнен маркерный анализ. На основании экспериментов, проведенных в ювенильной стадии с использованием шести изолятов и стадии взрослых растений с применением четырех патотипов, идентифицированы известные и неизвестные гены устойчивости в линиях КАСИБА (таблица 1).
Среди проростковых генов устойчивости, определен ген Lr26 расположенный на хромосоме 1BL.1RS. По результатам фенотипического анализа пять линий (ISR 841.28, ISR 841.54, ISR 841.75, ISR 841.78, ISR 841.81) на стадии проростков и взрослых растений имеют как низкие так и высокие типы инфекции [2] от «0», «23-» до «3» и от «0», «TR» до
«70-90S», соответственно. Из предыдущих исследований известно, что Lr26 тесно ассоциируется с генами устойчивости стеблевой (Sr31) и желтой ржавчин (Yr9) [2].
Существует большая вероятность того, что данные гены находятся в этих линиях. В дополнении к подтверждению присутствия 1BL.1RS транслокации в этих линиях применялся маркер Iag 95 (1100 п.н.), выполненный на основе ПЦР анализа с температурой отжига (Tm) 55°C, ампликоны просматривались на 3% агарозном геле и сравнивались с положительными контролями (NIL6, P21, P63), образцами несущими гены Lr26/Sr31/Yr9. Кроме того, другие три линии (ISR 841.5, ISR 841.22, ISR 841.23) сгруппированы по одинаковым результатам фенотипического анализа в стадии двух листьев с очень низкими типами инфекции от «0;» до «;-» под воздействием всех шести патотипов, показали схожесть, характерную для Lr19. Также устойчивость проявляется во взрослой стадии растений. Однако маркерный анализ, состоящий из тестирования доминантного маркера Gb (130 п.н. и Tm 50°C), системы объединенного кодоминантного маркера для PSY-1 BF2 и PSY – 1 ER4 (Тm 58°C), и системы объединенного кодоминантного маркера для PSY-1F и PSY – 1R (Тm 58°C) показал, что тестируемые линии не амплифицировались наравне с позитивным контролем. Таким образом, настоящий тест не подтвердил наличие Lr19 в данных линиях. Значительная вероятность присутствия не идентифицированного гена в каталоге генов устойчивости [2] либо это комбинация из известных и/или неизвестных генов, демонстрируя хорошую устойчивость к патотипам.
Таблица 2 Генотипы сортов-дифференциаторов применяемые для определения патогенности патотипов листовой ржавчины пшеницы в Австралии
Серии Сорта-дифференциаторы с известными генами устойчивости
Сорта-дифференциаторы Гены
Международная серия Tarsa Lr1
Webster Lr2a
Mediterranean Lr2a, Lr3a
Democrat Lr3a
Австралийская серия 1. Thew Lr20
2. Gaza Lr23
3. Spica Lr14a
4. Kenya 1483 Lr15
http://www.enu.kz
5. Klein Titan Lr3ka
6. Gatcher Lr27 + Lr31
7. Songlen Lr17a
8. CS 2A/2M Lr28
9. Mildress Lr26
10. Egret Lr13
11. Exchange Lr16
12. Harrier Lr17b
13. Agent Lr24
Дополнительная серия Norka Lr1 + Lr20
Mentana Lr3bg
Agatha Lr19
Trident Lr37
В материале КАСИБ определѐн еще один проростковый ген устойчивости Lr3a.
Четыре линии (ISR 841.43, ISR 841.44, ISR 841.45, ISR 841.55) проявили устойчивость (“0;” до “;12с”) к четырем патотипам 26-0; 64-11; 10-1,3,9,10,11,12; 53-1,(6),(7),10,11.
Просматривается вирулентность патотипов 76-1,3,5,7,9,10,12+Lr37 и 104-1,2,3,(6),(7),11,13 к генам устойчивости с соответствующими типами инфекции (Х-3 до 3+). Две другие линии (ISR 841.58, ISR 841.59) демонстрируют противоположные типы инфекции по сравнению с линиями, несущими Lr3a, мезотические и восприимчивые к патотипам 26-0;
64-11; 10-1,3,9,10,11,12; 53-1,(6),(7),10,11 и полную устойчивость («;1» до «+1+») к патотипам 76-1,3,5,7,9,10,12+Lr37 и 104-1,2,3,(6),(7),11,13. Эти результаты предполагают генную комбинацию и/или новый неизвестный ген, так как типы инфекции не соответствует идентифицированным известных генов к данным патотипам.
Важная особенность изучаемой популяции пшеницы – присутствие гена взрослой устойчивости (APR) Lr34. У семнадцати линий, показавших полную восприимчивость с типом инфекции от «3cn» до «3+» в фазе проростков и значительную устойчивость в полевых условиях от «0», «TR» дo «20MR/MS». Как известно данный локус близко соединен с Yr18/yr18, объясняя полную вероятность наличия гена устойчивости к желтой ржавчине Yr18 в этих же линиях.
Проделанные нами исследования представляют немаловажный интерес в отборе линий несущих известные гены устойчивости, которые являются одними из основополагающих элементов в создании сортов устойчивых к ржавчинным заболеваниям пшеницы в регионах Западной Сибири и Северного Казахстана. Линии, показавшие устойчивость с неопознанными генами устойчивости имеют перспективы в дальнейшем сконцентрировать внимание на их идентификации, с возможностью того, что они будут эффективными против агрессивных патотипов и использовании их в генетическом анализе и селекции.
Литература
1. Flor H.H., 1956. The complementary genic systems in flax and flax rust. Advan. Genet. 8, 29- 54.
2. Mcintosh R.A., Wellings C.R. and Park R.F., 1995. Wheat rusts: an atlas of resistance genes.
CSIRO Publications: Victoria, Australia.
3. Mcintosh R.A., Yamazaki Y., Devos K.M., Dubcovsky J., Rogers J. and Appels R., Catalogue of gene symbols for wheat. 2007 Supplement. KOMUGI Integrated Wheat Science Database.
Available online at http://www.shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/symbolClassList.jsp) 4. Park R.F., 2008. Breeding cereals for rust resistance in Australia. Plant Pathology 57, 591- 602.
http://www.enu.kz 5. Stakman E.C., Stewart D.M. and Loegering W.Y., 1962. Identification of physiologic races of Puccinia graminis var. tritici. United States Department of Agriculture ARS E617, Washington, DC.
6. Trethowan R., Morgounov A., Zelenskiy Y. and Lage Y., 2006. Mexico–Kazakhstan shuttle breeding: results, details, and prospects. Agromeridian 2, 23–27.
