Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Вид пырея промежуточного (Agropyron intermedium Host.) давно привлекает внимание ученых-селекционеров, в первую очередь как источник полезных признаков для улучшения генофонда пшеницы. Это в первую очередь устойчивость к абиотическим стрессорам: высокая зимостойкость, устойчивость к засолению почвы, засухоустойчивость; устойчивость к заболеваниям: бурой, желтой и стеблевой ржавчине, мучнистой росе, твердой головне, вирусу полосатой мозаики, а также как донор повышения содержания белка и клейковины в зерне [1].

Впервые плодовитые гибриды между мягкой пшеницей и образцами пырея промежуточного были получены в Саратове уже в 1934 г. Н.В. Цициным [2], затем эти работы проводились в СибНИИСХ и в Подмосковье, был создан ряд пшенично-пырейных гибридов, которые использовались для увеличения генетического разнообразия пшеницы. Следует отметить, что не все эти гибриды из-за наличия в пырейном хроматине не только нужных генов, но и нежелательных сцеплений пригодны для селекционной работы. В середины 1980-х гг., используя набор замещённых линий на сорте Саратовская 29 с хромосомами Agropyron intermedium Host. полученных доктором биологических наук М.Е. Синиговцом (ВНИИФ, г. Москва), [3] в лаборатории генетики и цитологии НИИСХ Юго-Востока был создан новый более продуктивный, приспособленный к условиям Поволжья селекционный материал. Среди него были выделены линии Л1736, Л 222, Мульти 6R, содержащие хроматин от Agropyron intermedium Host. Кроме того была получена почти изогенная пара Л400R и Л400S, различающиеся наличием (Л400R) или отсутствием (Л400S) замещением 6Agi (6D)-хромосомы от Agropyron intermedium Host.). Целью работы было изучение на основе данной почти изогенной пары, влияния 6Agi-хромосомы на устойчивость к ряду заболеваний, а также на агрономически важные признаки продуктивности и хлебопекарные свойства.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 1993–2016 гг. в лаборатории генетики и цитологии НИИСХ Юго-Востока, вегетационные периоды которых различались по температурным и водным режимам. Материалом исследований служили сорта и почти изогенные линии (Л400R и Л400S) яровой мягкой пшеницы, созданные в НИИСХ Юго-Востока, линия Л400R – селекционный номер сорта Белянка. Оценку на устойчивость к пыльной и твердой головне проводили на искусственном инфекционном фоне. Для заражения пыльной головней использовали патотипы I-505, I-C60, а твердой головнёй – патотип – Л894. Классификацию сорто-образцов по степени поражения пыльной и твердой головней проводили по общепринятым методикам.

На устойчивость к листовой ржавчине и мучнистой росе материал оценивали на естественном и искусственном инфекционном фоне. Тип реакции растений на мучнистую росу определяли по шкале E.B. Mains, S.M. Dietz, на листовую ржавчину – по шкале E.G. Stakman. Оценку на устойчивость к возбудителю стеблевой ржавчины расе Ug99 + Lr24 (TTKST) проводили в инфекционном питомнике KARI в Njoro, Кения, и на местную популяцию патогена. Оценку проводили дважды по модифицированной шкале Cobbа и реакции хозяина на внедрение патогена: R = устойчивый – 1 балл; TR = единичные пустулы, некротичные пятна, устойчивый – 1 балл; MR = умеренно устойчивый – 2 балла; MS = умеренно восприимчивый – 2–3 балла; M = промежуточный между устойчивым и восприимчивым – 2–3 балла; MSS = от умеренно восприимчивого до восприимчивого – 4 балла; TS = единичные пустулы, восприимчивый – 3–4 балла; S = восприимчивый – 4 балла.

Материал высевали в оптимальные сроки, рендомизировано по 24 варианта, в 4-кратной повторности семирядковой сеялкой ССФК-7 сплошным рядовым способом. Расстояние между рядками 15 см. Площадь делянок 7 м2. Норма высева – 400 семян/м2. В инфекционном питомнике посев проводили на глубину 5 см. Площадь питания растений 20×5 см. Уборку осуществляли комбайном Hеgе 125 B. Все полученные данные подвергали дисперсионному анализу и множественному сравнению по критерию Дункана, используя программу «Agros-2.10».

Результаты исследования и их обсуждение

Молекулярно-генетическая и цитогенетическая характеристика интрогрессивной линии Л400R

Ранее для определения наличия хроматина от Agropyron intermedium Host. у линии Л400R был проведён комплексный анализ с использованием молекулярно-цитогенетических (С-дифференциальная окраска, флуоресцентная (FISH) и геномная (GISH) гибридизация in situ), молекулярных (PLUG маркёры) и биохимических (электрофоретический анализ глиадинов) маркеров, который выявил у изучаемой линии замещение пшеничной хромосомы 6D хромосомой 6Agi относящимися к J (= E) субгеному Agropyron intermedium (Host) Beauv (= Thinopyrum intermedium (Host) Barkworth & D.R. Dewey) [4], которое отсутствует у ее сибса Л400S. Донором 6Agi-хромосомы пырея промежуточного была замещённая линия С29-Агро139-М2-2, полученная М.Е. Синиговцом (ВНИИФ, г. Москва) [3]. Основываясь на полученных данных, авторы провели сравнительный анализ линий Л400R и Л400S, с целью выявить влияние замещения 6Agi (6D)-хромосомы на комплекс хозяйственно полезных признаков.

Влияние замещения 6Agi (6D) на морфофизиологические признаки

Изучение почти изогенных линий Л400R и Л400S по морфофизиологическим признакам выявило, что наличие замещения 6Agi(6D) у линии Л400R увеличивает продолжительность периода всходы – колошение в среднем на 2–3 дня по сравнению с ее сибсом Л400S, значимо увеличивает высоту растения (в среднем высота у линии Л400R была 86,1 см, а у ее аналога Л400S – 79,9 см соответственно), но практически не оказывает влияния на устойчивость к полеганию. Кроме того, исследования устойчивости к прорастанию в колосе показали, что линия Л400R, имеющая замещение 6Agi(6D), отличается более низким уровнем устойчивости, чем её сибс Л400S [5].

Оценка устойчивости почти изогенных линий Л400R и Л400S к болезням

Исследования популяции возбудителя листовой ржавчины Puccinia triticina Eriks. в течение 1993–2016 гг. показали, что она является очень динамичной и высоковирулентной, количество генов вирулентности в благоприятные для патогена годы достигало 38, а постоянно высокоэффективными генами устойчивости были Lr9, 24, 28, 29, 40, 41, 42, 43 [6]. В этих условиях тип реакции на патогена линий Л400R и Л400S показал, что линия Л400R за весь период изучения проявила полную устойчивость к листовой ржавчине даже в годы сильных эпифитотий, в отличие от ее аналога Л400S (табл. 1).

Проведенный генетический анализ линий содержащих замещение 6Agi(6D), выявил, что хромосома 6Agi от Agropyron intermedium Host. в гибридах передаётся в зависимости от генотипа-реципиента с различной частотой (от пониженной до нормальной и повышенной), а ген(ы) устойчивости к листовой ржавчине этой линии неаллельны идентифицированным Lr-генам (Lr9, Lr19, Lr24) [7].

По реакции на мучнистую росу Erysiphe graminis f. sp. tritici DC. Marchal, за весь период оценки степени устойчивости линия Л400R проявила себя как высокоустойчивая (тип реакции 1,2) даже при сильной эпифитотии патогена в 2011 г., в отличие от линии Л400S (тип реакции – 4, степень поражения 80 %) (табл. 2).

Проведенный генетический анализ показал, что контроль устойчивости к мучнистой росе у Л400R осуществляется двумя Рm- генами, а у линии Л 400S – одним рецессивным [8]. Эти данные указывают на то, что хромосома 6Agi несет помимо Lr-генов еще и Pm-гены, что особенно удобно в селекционной работе по созданию сортов с комплексной устойчивостью к болезням.

Таблица 1

Поражение сортов и линий яровой мягкой пшеницы листовой ржавчиной*

Примечание. * – здесь и далее данные полученные в лаборатории генетики и цитологии НИИСХ Юго-Востока.

Таблица 2

Поражение сортов и линий яровой мягкой пшеницы мучнистой росой*

Наши результаты исследований устойчивости к листовой ржавчине и мучнистой росе у Л400R совпадают с данными, проведенными рядом ученых, изучающих в своих опытах сорт Белянка (селекционное название Л400R) [9, 10].

Почти изогенные линии также были оценены на устойчивость к возбудителю стеблевой ржавчины, как к местной популяции, так и к расе Ug99 в Кении. Было выявлено, что по типу реакции на местную популяцию стеблевой ржавчины линия Л400R практически не отличается от линии Л400S – 3/5 и 3/10, соответственно, но по реакции на расу Ug99 эти линии значимо различаются, так линия Л400R поразилась на 10MR, а ее аналог на 40М. Эти данные дают основание утверждать, что хромосома 6Agi несет ген(ы) устойчивости к расе Ug99 стеблевой ржавчины.

Анализ реакции почти изогенных линий на пыльную головню (Ustilago tritici (Pers) Jens.), как на естественном, так и на искусственном инфекционном фоне показал, что сибсы между собой значимо не различаются. Также эти линии практически сходно реагировали на заражение их твердой головней (Tilletia caries (DC.) Tul.) на искусственном инфекционном фоне (табл. 3).

Оценка сорта Белянка (Л400R – селекционный номер) на заражение местными расами корневой гнили показала полную устойчивость его к данному заболеванию [10, 11]. Также отмечено, что сорт Белянка высокоустойчив к септориозу [12].

Эффект замещения 6Agi (6D)-хромосомы на показатели продуктивности зерна

При переносе чужеродных генов от различных видов пырея, эгилопса, ржи и др. в сорта культурной пшеницы нередко проявляются нежелательные сцепления с другими генами, влияющие на продуктивность, которая в свою очередь складывается из полноты всходов, плотности продуктивного стеблестоя и выживаемости, кроме этого важными показателями считаются продуктивная кустистость, число колосков и зёрен в колосе, продуктивность колоса и растения в целом, масса 1000 зёрен. Анализ, проводимый в течение 24 лет, которые были весьма контрастными как по количеству осадков, так и по эпифитотиям листовой ржавчины на почти изогенных линиях Л400R и Л400S, показал, что присутствие в генотипе замещения 6Agi (6D)-хромосомы положительно влияет на урожай зерна особенно в благоприятные и эпифитотийные по листовой ржавчине годы, так линия Л400R значимо превысила свой сибс Л400S по этому показателю в среднем за 24 года на 377 кг/га, причем в благоприятные годы превышение составило 393 кг/га, а в засушливые годы у линии Л400R урожай зерна был выше, чем у ее сибса Л400S, но значимо они не различались по этому показателю (табл. 4).

Исследования, которые были проведены в условиях сухостепной зоны каштановых почв, также показали, что сорт Белянка (Л400R – селекционный номер) наиболее устойчив к изменениям погодных условий по продуктивности, что согласуется с нашими данными [13].

Таблица 3

Поражение почти изогенных линий пыльной головней и твердой головней*

Таблица 4

Урожайность зерна у почти изогенных линий Л400R и Л400S, кг/га (1993–2016 гг.)*