Генетическое разнообразие местных форм ячменя по устойчивости к ринхоспориозу
На правах рукописи
Соболева Ольга Николаевна ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ МЕСТНЫХ ФОРМ ЯЧМЕНЯ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К РИНХОСПОРИОЗУ Специальности: 03.02.07 – генетика 06.01.05 – селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Санкт-Петербург – 2011 Диссертационная работа выполнена в лаборатории иммунитета отдела генетики Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова в 2006 – 2009 гг.
доктор биологических наук
Научный консультант:
Евгений Евгеньевич Радченко доктор биологических наук
Официальные оппоненты:
Нина Васильевна Мироненко кандидат сельскохозяйственных наук Светлана Михайловна Синицына Санкт-Петербургский филиал Ведущее учреждение:
Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН
Защита диссертации состоится «20» апреля 2011 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 006.041.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства им. Н.И. Вавилова по адресу: 190000, Санкт-Петербург, ул.
Большая Морская, 44;
факс (812) 571-87-28.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова, с авторефератом на сайте института: http://vir.nw.ru
Автореферат размещен на сайте и разослан «17» марта 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Вера Алексеевна Гаврилова ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТКА РАБОТЫ Актуальность темы. Ячмень (Hordeum vulgare L.) – одна из основных продовольст венных и фуражных зерновых культур в России. В последние годы урожайность ячменя снизилась на 3 – 5% по сравнению со среднегодовым значением 2001–2005 гг. (Обзор рос сийского рынка зерновых и масличных, 2006;
Обзор российского рынка зерновых, 2008).
Немаловажную роль в снижении урожайности зерновых культур играют грибные болезни.
Ринхоспориоз, или окаймленная пятнистость листьев (возбудитель – Rhynchosporium secalis (Oudem.) J. J. Davis), – одна из наиболее вредоносных болезней ячменя. Ринхоспо риоз широко распространен во всех основных районах производства ячменя, особенно в прохладных влажных областях умеренного пояса. В России болезнь имеет тенденцию к нарастанию в зонах достаточного увлажнения. В периоды эпифитотий развитие болезни на восприимчивых сортах может достигать 60 – 90% (Танский, Левитин, 1995;
Бутрымо вич, 1990), потери урожая – 40 – 70% (Танский, Левитин, 1995;
McDonald et al., 1999;
Xi et al., 2000).
Несмотря на то, что для защиты растений от патогена во многих странах эффективно используют фунгициды, самым радикальным, экономически выгодным и экологически безопасным способом борьбы с ринхоспориозом является возделывание устойчивых сор тов. Создание такого рода сортов на первом этапе включает поиск доноров эффективных генов устойчивости, способных легко передавать признак при гибридизации. Чем больше разнообразие генов, используемых в селекции, тем медленнее приспособление паразита и тем длительнее срок их «полезной жизни».
Одна из причин возрастающей вредоносности болезни – высокая изменчивость гри ба, приводящая к возникновению более агрессивных патотипов и, соответственно, потере устойчивости ряда сортов. По разным литературным источникам в настоящее время из вестно от 14 до 17 локализованных в хромосомах ячменя генов устойчивости к ринхоспо риозу (Webster et.al., 1980;
Bjornstad et al, 2002;
Patil et al., 2003), однако большинство из них неэффективно против популяций возбудителя болезни в России.
Одним из возможных путей поиска доноров генов устойчивости рассматривается изучение местных ячменей. Среди стародавних сортов-популяций различных сельскохо зяйственных культур зачастую находят источники адаптивно ценных признаков, в том числе и доноры новых генов устойчивости к болезням. Очевидно, генофонд местных сор тов-популяций весьма ценен для современной селекции (Кривченко, 1998).
Цель работы – изучить разнообразие местного ячменя из Мировой коллекции ВИР по устойчивости к ринхоспориозу и выявить новые доноры устойчивости к заболеванию для использования их в селекции.
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
– в полевых и лабораторных условиях изучить устойчивость к ринхоспориозу мест ных образцов ячменя коллекции ВИР и выделить высоко устойчивые формы;
– изучить эффективность устойчивости у выделенных форм по отношению к изолятам из различных популяций патогена;
– изучить генетический контроль устойчивости у выделенных образцов;
– исследовать селекционно-ценные признаки образцов ячменя, устойчивых к ринхоспориозу.
Научная новизна. Установлено, что большинство районированных в последнее время сортов ячменя и выявленных ранее источников устойчивости к R. secalis восприимчивы к патогену. В результате изучения 2202 староместных образцов ячменя выделено 70 форм, устойчивых к сборной популяции R. secalis на всех этапах онтогенеза растений;
67 образцов устойчивы к отдельным клонам гриба. Выявлено 2 образца, обладающих возрастной устойчивостью к патогену. Показано, что ряд устойчивых к ринхоспориозу образцов характеризуются продуктивностью и скороспелостью.
Групповой устойчивостью к ринхоспориозу и пыльной головне обладают 3 образца, форм устойчивы к ринхоспориозу и сетчатой пятнистости. Установлено, что эффективность против популяций R. secalis сохраняет лишь один идентифицированный ранее ген Rrs9. Анализ взаимодействия патоген – растение-хозяин показал отличие аллелей, обуславливающих устойчивость к грибу у 32-х форм ячменя, от эффективных ранее генов Rrs4, rrs6, rrs7, а также от Rrs9. Установлено, что 30 образцов защищены новыми нетождественными аллелями генов устойчивости к ринхоспориозу.
Предполагается, что образцы из Китая к-18398 и к-16231 имеют аллельные гены устойчивости к R. secalis, а ген (гены) устойчивости образца к-31075 из Непала аллелен гену Rrs9. С помощью гибридологического анализа показано, что образцы к-3307, к 15868, к-18989 и к-3481 защищены эффективными генами устойчивости к R. secalis, различающимися между собой и не аллельными генам Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9. Образцы к 15868 и к-3481 имеют по два комплементарных рецессивных гена устойчивости к R.
secalis, к-18989 – два рецессивных гена, а образец к-3307 – один рецессивный ген устойчивости к патогену. Гены устойчивости у этих форм проявляются на протяжении всех этапов онтогенеза растений.
Практическая ценность результатов исследований. Выделены 58 образцов местного ячменя, устойчивых к сборной популяции R. secalis, которые могут быть использованы в селекции на иммунитет. Для вовлечения в селекцию рекомендуются образцы к-3307, к-15868, к-18989 и к-3481, у которых изучено наследование устойчивости к патогену. Источниками групповой устойчивости к ринхоспориозу и пыльной головне являются образцы к-31069, к-31070 и к-31073, а к-6912, к-8905, к-25368, к-25893 и к- сочетают устойчивость к ринхоспориозу и сетчатой пятнистости.
Апробация работы. Результаты исследований доложены или представлены на Пу щинской международной школе-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века» (Пущино, 2007, 2010);
II Вавиловской международной конференции «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке. Состояние, проблемы, преспективы.» (Санкт– Петербург, 2007);
II Всероссийской конференции «Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам» (Санкт-Петербург, 2008);
конференции профессорско преподавательского состава СПбГАУ (Санкт-Петербург, 2008);
Всероссийской научно практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы сельскохозяйствен ной науки и практики в современных условиях и пути их решения» (Казань, 2009);
Меж дународной конференции в честь 105-й годовщины со дня рождения профессора А. Я.
Трофимовской «Современные методы использования генетических ресурсов в селекции ячменя и овса» (Санкт-Петербург, 2009);
V съезде Вавиловского общества генетиков и се лекционеров (Москва, 2009);
Всероссийской научно-практической конференции «Совре менные иммунологические исследования, их роль в создании новых сортов и интенсифи кации растениеводства» (ВНИИФ, Голицино, 2009);
конференции молодых ученых и ас пирантов «Генетические ресурсы растений и селекция» (Санкт-Петербург, 2010).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликова но 12 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 118 страницах, содержит рисунков, 21 таблицу. Состоит из введения, 4-х глав, выводов, практических рекоменда ций. Список литературы включает 173 наименования, в том числе 130 иностранных.
УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Экспериментальная работа выполнена в 2006 – 2009 гг. в лаборатории иммунитета отдела генетики Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени Н.И. Вавилова (ВИР) в условиях полевого (Пушкинский филиал ВИР – ПФ ВИР) и лабораторного опыта.
Материалом для исследований служили 2326 образцов ячменя из Мировой коллек ции ВИР. В набор вошли 2202 староместных образцов из различных эколого географических регионов 32-х стран мира;
15 почти изогенных линий с известными гена ми устойчивости (MacKey et al., 2000), полученных на основе восприимчивого сорта Ingr id, и входящие в этот набор 3 контроля (восприимчивый сорт Annsofie, сорт Digger со средней устойчивостью и устойчивый сорт Livet);
13 сортов-дифференциаторов ячменя (Goodwin et al., 1990);
81 сорт, районированный в последние 10 лет на территории России;
11 ранее идентифицированных источников устойчивости к R. secalis (Брискина, Терентье ва, 2000;
Лебедева, 2005;
Анисимова, 2008), а также универсально восприимчивый сорт Cambrinus (Голландия).
Изучение устойчивости ячменя к R. secalis проводили по методике Г.С. Коноваловой (1998). Выделившиеся образцы оценивали по устойчивости к возбудителю пыльной го ловни (Ustilago nuda (Jens) Kell. et Swing) c помощью усовершенствованной методики В.И. Кривченко и А.П. Хохловой (2008), а также к сетчатой пятнистости (Drechslera teres (Sacc.) Shoem.) – по методике О.С. Афанасенко (1987). Для инокуляции использовали сборные популяции R. secalis (смесь изолятов из Северо-Западного региона, Северного Кавказа, Узбекистана, Сирии – в полевых условиях, из Северо-Западного региона, Север ного Кавказа, Узбекистана, Сирии и Канады – в лаборатории), U. nuda и D. teres (Северо Западный регион). В лабораторных экспериментах использовали также клоны R. secalis.
Генетический контроль устойчивости к ринхоспориозу изучали с помощью фитопатоло гического теста и гибридологического анализа. Соответствие между наблюдаемыми и ожидаемыми (теоретическими) распределениями оценивали по критерию 2 (Доспехов, 1979;
Лакин, 1990). Фенологические наблюдения и сравнение морфометрических призна ков осуществляли по методикам ВИР (1981). При изучении селекционно-ценных признаков устойчивых образцов ячменя определяли xср – среднее значение и CV(%) – коэффициент ва риации;
различия между дисперсиями оценивали по критерию Фишера (F) (Доспехов, 1979);
для парных сравнений средних значений признаков использовали многоранговый критерий Дункана (Литтл, Хиллз, 1981). Обработку данных выполняли в среде StatSoft. Inc. STATIS TICA (data analysis software system), version 6.0 и Exel из пакета Micrisoft Office 2007.
ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЛЕКЦИОННЫХ ОБРАЗЦОВ ЯЧМЕНЯ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ВОЗБУДИТЕЛЮ РИНХОСПОРИОЗА Устойчивость к ринхоспориозу почти изогенных линий серии Ingrid Почти изогенные линии (near isogenic lines – NIL) ячменя созданы с использованием сортов с известными генами устойчивости к ринхоспориозу и восприимчивого сорта Ingr id с нефункциональными аллелями генов устойчивости (MacKey et al., 2000). В 2006 – 2009 гг. оценивали пораженность этих линий R. secalis в лабораторных и полевых услови ях. В изучаемый набор были включены также восприимчивые сорта Annsofie и Cambrinus, Digger со средним уровнем устойчивости к R. secalis и устойчивый сорт Livet (табл. 1).
Таблица 1.
Устойчивость к R. secalis почти изогенных линий ячменя (ПФ ВИР, 2006 – 2009 гг.) Линия с ге- Поражение растений грибом в фазе:
ном устойчи- 2-го листа (балл) колошения (%) 2006 2007 2008 2009 2006 2007 вости Rrs1 3;
4 3 3 3 50 50 50 Rrs2 2 1 1;
2 3 20 7 30 Rrs3 2;
3 1 1 3 30 10 30 Rrs4 2 1 1 2 0 0(ОР*7) 0(ОР50) Rrs5 3 3 3 3 40 40 30 rrs6 1 1 3 3 0(ОП) 0(ОР20) 0(ОР60) rrs7 1 1 2 2;
3 0 0(ОР15) 0(ОР40) rrs8 2;
3 2 3 3 50 10 90 Rrs9 1 2 1 0 0 0(ОП) 0 Rrs10 2;
3 3 2;
3 2;
3 10 40 30 Rrs11 3 3 3 3 30 50 80 Rrs12 3 3 3 3 50 40 30 Rrs13 2;
3 3 3 3 30 70 50 Rrs14 3 2;
3 2;
3 3 50 50 30 Rrs15 3;
3 3 3 20 30 30 Annsofie 4 3 3 4 70 70 90 Digger 3 2 2 2 0(ОП) 20 50 20(ОР30) Livet 2 0 0 1 0(ОП) 0 0 Cambrinus 3 3 3 4 80 80 90 *Здесь и далее ОР – отдельные растения;
ОП – отдельные пятна.
Степень поражения некоторых линий была одинаковой в течение всех лет изучения.
В лаборатории типы реакции линий с генами устойчивости Rrs1, Rrs5, rrs8, Rrs11, Rrs12, Rrs13, Rrs14, Rrs15, а также восприимчивого контроля Annsofie составляли 3 – 4 балла;
наблюдали поражение в поле от 40 до 80% поверхности листьев нижнего яруса и от 10 до 30% – листьев 2-го яруса. Следовательно, они относятся к восприимчивым формам. На линиях с генами Rrs2, Rrs3, Rrs10, а также на сорте Digger, обладающим по литературным данным частичной устойчивостью к болезни, наблюдали типы реакции от 2-х до 3-х баллов (в поле поражено от 15 до 30 – 40% поверхности листьев нижнего яруса и до 10% листьев 2-го яруса). Степень их поражения грибом со временем не изменялась или варьировала в небольших пределах (умеренно устойчивый – восприимчивый). Линии с генами Rrs4, rrs6 и rrs7 на начальном этапе работы проявляли высокую устойчивость к патогену, однако со временем стали наблюдать поражение отдельных растений. При этом развитие болезни значительно увеличилось в 2008 – 2009 гг.: поверхность листьев нижнего яруса поражалась до 30 – 40% и до 10% – листьев 2-го яруса. Очевидно, причиной потери устойчивости этих линий, как и многих выделенных нами устойчивых сортов, стало изменение состава инокулюма и благоприятные для развития болезни погодные условия (прохладное дождливое лето).
Степень поражения линии с геном Rrs9 и устойчивого контроля (сорт Livet) с течением времени практически не изменялась и составляла 0 – 1 баллов (отсутствие симптомов заболевания либо поражение 5-10% поверхности листьев нижнего яруса).
Таким образом, в настоящее время эффективным геном устойчивости ячменя к ринхоспориозу является лишь ген Rrs9.
В лабораторных условиях 15 почти изогенных линий и 3 контрольных сорта изучали по устойчивости к двум географически разобщенным популяциям R. secalis: пушкинской (30 изолятов, выделены из пораженных листьев, собранных на коллекционных посевах ячменя ПФ ВИР) и канадской (30 изолятов, выделены из листьев ячменя, полученных по почте из селекционных учреждений Канады). Линии с генами Rrs2, rrs6 и rrs7 при заражении изолятами, выделенными из пушкинской популяции патогена, показали устойчивый тип реакции (2 балла), но по отношению к изолятам из канадской популяции гриба оказались восприимчивыми. Для линий, несущих гены Rrs4 и Rrs10, характерен промежуточный тип реакции (2, 3 балла) к изолятам из пушкинской популяции и восприимчивость (3 балла) – к изолятам из Канады. К изолятам из обеих популяций устойчивы лишь линия с геном Rrs9 и сорт Livet (типы реакции 1 балл;
1 и 2 балла соответственно). Остальные линии восприимчивы к обеим популяциям патогена.
Таким образом, становится очевидным, что причиной восприимчивости подавляющего большинства почти изогенных линий является различие по вирулентности популяций R. secalis, использовавшихся в разные годы для инокуляции растений.
Большинство известных генов устойчивости не эффективны против сборной популяции патогена, то есть поиск новых генов устойчивости ячменя к ринхоспоризу является весьма актуальной задачей.
Устойчивость к ринхоспориозу сортов-дифференциаторов, ранее идентифицирован ных источников устойчивости и районированных сортов ячменя Для популяций R. secalis характерен достаточно широкий спектр изменчивости по признаку вирулентности. Многие сорта с известными генами устойчивости со временем становятся восприимчивыми к определенным патотипам гриба. В лабораторных и поле вых экспериментах оценили 13 сортов-дифференциаторов ячменя из набора, предложен ного Гудвином с соавторами (1990), по устойчивости к сборной популяции патогена.
Многие из представленных сортов по литературным данным содержат несколько генов устойчивости. Типы реакции на заражение R. secalis представлены в табл. Образцы Turk, Trebi, Jet и Hudson устойчивы к патогену как при инокуляции отрез ков листьев, так и в поле на искусственном инфекционном фоне. Сорта Turk, Trebi и Hud son имеют общий ген, обозначаемый разными исследователями как Rrs, либо этот же ген в комплексе Rrs-Rrs3-Rrs4. Сорт Jet также содержит 2 гена – rrs6 и rrs7. По результатам наших исследований гены Rrs3, Rrs4, Rrs5, rrs6 и rrs7 не эффективны против популяций патогена в России (табл. 1). Очевидно, сочетание этих генов обуславливает устойчивость растений против сборной популяции R. secalis. Возможно также, что данные сорта защи щены другими неизвестными генами устойчивости, эффективными против R. secalis.
Образец Kitchen, который предположительно содержит ген устойчивости Rrs (Habgood, Hayes, 1971), эффективный по нашим наблюдениям на Северо-Западе РФ, а также рекомендованный в качестве источника устойчивости Л.В. Лебедевой с соавторами (2006), оказался восприимчивым как при заражении в лаборатории, так и в поле. Возмож но, причиной этого является засорение данного образца в коллекции.
На растениях сорта Atlas, который по литературным данным содержит ген Rrs2, от мечен промежуточный тип реакции на заражение патогеном. Аналогичный тип реакции характерен для почти изогенной линии, защищенной геном Rrs2: степень поражения рас тений как в фазе проростков, так и во взрослом состоянии варьировала от 2-х до 3-х бал лов (табл. 1). Сорт Atlas 46 предположительно содержит ген Rrs2, а также комплекс генов Rrs-Rrs3-Rrs4. Типы реакции на заражение у сортов Atlas и Atlas 46 различались как в фа зе всходов, так и у взрослых растений (табл. 2). Схожий тип реакции наблюдали и при за ражении грибом сорта Modoc, защищенного генами Rrs2 и rrs6, а также геном Rrs4: 3 бал ла как в лаборатории, так и в поле. Возможно, взаимодействие нескольких генов у каждо го из этих образцов обуславливает дифференциацию типов реакции на заражение патоге ном. Степень поражения остальных пяти образцов варьировала от 30 до 60%, то есть они относятся к восприимчивым формам. Таким образом, обуславливающий частичную ус тойчивость ген Rrs2 может представлять определенный интерес для селекции. Взаимодей ствие генов устойчивости приводит к проявлению устойчивых типов реакции.
Таблица 2.
Устойчивость сортов-дифференциаторов ячменя к северо-западной популяции R. secalis Поражение растений грибом в фазе:
№ Сорт Гены устойчивости п/п 2-го листа, балл колошения, % Rrs 1 CI 4118, Atlas 2 20, ОР Rrs2, Rrs3;
2 CI 7323, Atlas 46 3 Комплекс генов Rrs-Rrs3-Rrs Rrs и rrs6;
3 CI 7157, Brier 3 Комплекс генов Rrs-Rrs3-Rrs Rrs 4 CI 1296, Kitchen 2,3 Rrs2 и rrs6;
5 CI 7566, Modoc 3 Rrs Rrs4, Rrsl0, rrs 6 CI 1622, Osiris 3 Rrs;
Rrs3 и Rrs5;
Rrs и rrs6;
7 CI 5611-2, Turk 1 комплекс генов Rrs-Rrs3-Rrs 8 CI 2376 2 доминантных гена 3 Rrs4;
Rrs4 и Rrsl0;
9 CI 7565, La Mesita 3,4 Комплекс генов Rrs-Rrs3-Rrs Rrs;
Rrs4;
10 CI 936, Trebi 1 Rrs в комплексе Rrs-Rrs3-Rrs4;
Rrs/rrs Rrs и rrs6;
Rrs5;
11 CI 967, Jet 1 rrs6 и rrs7.
Rrs;
CI 8067, Hudson Rrs в комплексе Rrs-Rrs3-rs4;
12 1 rrs rs Rrs3 или Rrs 13 CI 6305, Psaknon 3 Cambrinus (восприимчивый контроль) 4 Ранее (Брискина, Тереньева, 2000;
Лебедева, 2005;
Анисимова, 2008) среди образцов ячменя из коллекции ВИР было выделено 11 устойчивых к R. secalis форм. Мы оценили устойчивость этих сортов к смеси изолятов, выделенных из местной и канадской популя ций R. secalis. Умеренную устойчивость сохранили сорта Fakir, Akmee, Alianta и Corona (табл. 3). Два образца – Ранний 1 и Intro показали промежуточный тип реакции. Осталь ные образцы восприимчивы к патогену. Таким образом, большинство ранее устойчивых образцов при заражении обновленным по составу инокулюмом оказались восприимчивы к патогену. Очевидно, для надежного выделения источников устойчивости необходим ино кулюм, состоящий из как можно большего количества разнородных изолятов гриба.
Таблица 3.
Типы реакции на заражение R. secalis ранее выявленных источников устойчивости Номер по Тип реакции расте № Тип раз каталогу Образец Происхождение ний на заражение в п/п вития ВИР фазе 2-го листа, балл 1 к-30513 Fakir Франция ОЗ 2 к-30516 Intro Франция ОЗ 2, 3 к-30495 Akmee Франция ОЗ 4 к-30496 Alianta Франция ОЗ 5 к-30486 Жерун Болгария ОЗ 6 к-30482 Corona Германия ОЗ 7 к-8727 местный Эфиопия ЯР 8 к-30597 Пастбищный Казахстан ЯР 9 к-30594 Зерноградский Россия ЯР 10 к-29830 Оренбургский15 Россия ЯР 11 к-27737 Ранний 1 Россия ЯР 2, По устойчивости к ринхоспориозу оценили 81 районированный сорт ячменя при ис кусственной инокуляции отрезков листьев. Большинство образцов восприимчивы к R. se calis. Девять сортов умеренно устойчивы к патогену (табл. 4). Большинство из них реко мендованы к возделыванию в Центрально-Черноземном, Северо-Кавказском, Средне волжском и Нижневолжском регионах РФ. Результаты опыта подтвердили необходимость поиска новых источников устойчивости к заболеванию.
Таблица 4.
Районированные сорта ячменя, устойчивые к R. secalis № по Рекомендованный Тип реакции Происхо каталогу Сорт регион на зараже- Родословная ждение ВИР возделывания ние, балл к-30828 Ратник Ростовская Северо-Кавказский, 2 Зерноградский обл. Нижневолжский Дивный к-30838 Пивден- Украина Северо-Кавказский, 2 (Одесский 111 Пре ный Нижневолжский рия) Одесский к-30889 Данута Германия Центральный 2 Salome Maresi к-31039 Колчан Алтайский Западно-Сибирский 2 индивидуальный отбор край из гибридной популя ции Енисей Туюга к-30916 Пасадена Германия Центрально- 2 Marina Krona Черноземный к-30797 Ергенин- Волгоград. Нижневолжский 2 Харьковский ский 2 обл. Харьковский к-30883 Тандем Кировская Волго-Вятский 2 (Добрый 14/11 Вы обл. бор) H. bulbosum к-30965 Гетьман Украина Центрально- 2 (Дружба 360) Пре Черноземный, Се- стиж веро-Кавказский к-30821 Аннабель Германия Северо-Западный, 2 ST 900 14 DH Krona Центральный, Цен трально Черноземный, Средневолжский Устойчивость местных образцов ячменя к ринхоспориозу В полевых и лабораторных опытах изучили 2086 яровых и 116 озимых коллекцион ных образцов местных ячменей из различных эколого-географических регионов 32-х стран мира. Среди них 1430 образцов (69%) происходят из первичных центров происхож дения ячменя. В исследуемый набор вошли и 36 образцов (18 яровых и 18 озимых) из Ин дии, Китая, Афганистана, Кореи и Эквадора, которые проявляли устойчивость к патогену при изучении в лаборатории иммунитета ВИР Г.С. Коноваловой в течение 1 – 4-х лет.
Выделили 71 образец ячменя из 18 стран мира (табл. 5) с ювенильной устойчиво стью к патогену (тип реакции на заражение от 0 до 2-х баллов). Достаточно высокая доля устойчивых форм характерна для ячменей из Пакистана (9%), Турции (5%), Китая (4%) и России (4%). Среди выделенных образцов 50 имеют яровой и 21 – озимый тип развития растений, что составляет 2% и 18% соответственно от общего числа изученных форм в каждой группе. Устойчивость к патогену в течение 3-х – 8-ми лет изучения сохраняют образца ячменя, 27 образцов изучены в течение 1 – 2 лет.
Симптомы заболевания отсутствовали у 13-ти образцов ячменя, которые не поража лись грибом в течение 3-х – 8-ми лет изучения;
высокой устойчивостью (1 балл) обладал 41 образец;
умеренной устойчивостью (2 балла) характеризовались 16 образцов. Образец к-26507 из Кореи гетерогенен по устойчивости. Для дальнейшего изучения использовали семена, собранные со здоровых растений. К восприимчивому классу (3 балла) отнесли 1123, высоковосприимчивыми (4-5 баллов) оказались 866 образцов.
Таблица 5.
Результаты изучения коллекции ячменя по устойчивости к R. secalis Выделено устойчивых об Происхождение Изучено образцов разцов Россия 357 Азербайджан 16 Узбекистан 42 Туркменистан 22 Болгария 104 Кипр 5 Италия 5 Испания 97 Турция 98 Сирия 2 Пакистан 88 Афганистан 213 Индия 252 Непал 25 Китай 371 Корея 33 Алжир 26 Эквадор 27 Кроме 71 устойчивого образца, в течение 2006 – 2008 гг. на искусственном инфек ционном фоне выделили также 67 форм, которые, однако, не сохранили признак устойчи вости к патогену на протяжении всего периода изучения. Таким образом, эти образцы имеют гены устойчивости, проявляющиеся лишь против отдельных изолятов гриба и не могут рассматриваться как источники эффективных генов устойчивости к патогену. Ана лизируя степень поражения грибом отдельных устойчивых образцов в течение 2-х – 7-ми лет исследований, отметили варьирование типов реакций растений на заражение в преде лах данного образца, которое, однако, не выходило за пределы класса устойчивых. Это обстоятельство, а также потеря устойчивости сортов, видимо, связаны с изменением гене тического состава популяций патогена, используемых в качестве инокулюма.
Различия в степени устойчивости указывают на возможную неидентичность генов, контролирующих устойчивость у выделенных образцов к возбудителю ринхоспориоза.
Например, у образцов к-22299 из Эквадора и к-19109, к-27768 из Индии симптомы забо левания отсутствовали в течение шести – восьми лет изучения, тогда как у образцов к 16169, к-22430, к-15868, к-18989, к-3307, к-3481, к-16231, к-15579, к-18398, к-18399, к 16233, к-27205 (Китай), к-31072, к-31073 (Пакистан), к-29108, к-19754, к-10499 (Индия) тип реакции на заражение варьировал от 0 до 1 балла, а у образцов к-5988 (Афганистан), к-31070 (Пакистан), к-4497 (Россия, Приморский край), к-18986 (Китай) и к-31075 (Непал) всегда соответствовал баллу 1. Об отличии генетического контроля устойчивости выше упомянутых образцов от почти изогенных линий с известными генами устойчивости сви детельствуют различные типы реакции на заражение одними и теми же изолятами гриба в течение разных сезонов вегетации (табл. 1).
В 2008 г. выделившиеся в лаборатории образцы ячменя из Турции (к-6912, к-6841, к 18005, к-13273, к-17737) оценили также и в поле вместе с 91-м восприимчивым образцом из этого региона. Выявили 2 образца (к-6817, к-17726), которые обладают возрастной ус тойчивостью к патогену. Повторное изучение в лабораторных и полевых условиях под твердило наличие у этих форм генов возрастной устойчивости к R. secalis. Степень пора жения этих образцов и носителей известных генов устойчивости различается. Образцы к 6817 и к-17726 при инокуляции суспензией патогена в стадии проростков были воспри имчивы (3 балла), в то же время на растениях почти изогенных линий с генами Rrs4 и Rrs наблюдали устойчивые типы реакции (0 – 2 баллов), а линия с геном rrs7 характеризова лась промежуточным типом реакции (2,3) (табл. 1). Различия по устойчивости между ис следуемыми образцами и изогенными линиями наблюдали также в полевых условиях на искусственном инфекционном фоне.
Большинство устойчивых образцов происходит как из регионов, являющихся пер вичными центрами происхождения ячменей – Юго-Западная Азия и Китай, так и из мест их дальнейшего распространения (Северо-Кавказский и Дальневосточный регионы Рос сии). Частота устойчивых к патогену форм среди озимых ячменей значительно выше, чем среди образцов ярового типа развития.
Селекционно-ценные признаки устойчивых к R. secalis образцов ячменя У ряда устойчивых образцов ячменя изучили другие селекционно-ценные признаки.
Местные формы сравнивали с контрольными сортами Белогорский (к-22089, Ленинград ская область), Криничный (к-27605, Белоруссия), Potra (к-26209, Финляндия) и Москов ский 121 (к-19417, Московская область) (табл. 6).
В большинстве случаев опытные образцы сходны по высоте с тремя контрольными сортами. Наиболее высокорослые образцы к-3481 (Китай) и к-8383 (Сирия) значительно отличались от остальных форм и от всех контролей. Опытные образцы достаточно выров нены по изученному признаку: максимальный коэффициент вариации – 17,6% (к-15868), минимальный – 3,6% (к-19940).
По длине колоса большинство изученных образцов незначительно отличались друг от друга и от трех контрольных сортов. Следует отметить образец к-3481, который по длине колоса (9,35 см) превышал все остальные формы. Признак был достаточно стабиль ным: коэффициент вариации изменялся от 3,5% (к-22299) до 22,3% (к-10499).
По числу зерен в колосе устойчивые образцы, за исключением к-3307 из Китая, близки к контрольным шестирядным сортам (Белогорский и Potra),. Наиболее стабилен признак у образца к-25893 (Cv = 6,3%);
максимальный разброс значений признака наблю дали у образца к-28808 (Cv = 36,3%).
Таблица 6.
Характеристика образцов ячменя, устойчивых к R. secalis, по селекционно-ценным признакам (ПФ ВИР, 2009 г.) Продолжи- Длина Число Масса Масса № по Тип Длина № тельность ве- главного зерен в зерен с каталогу разви- колоса, п/п гетационного побега, колосе, колоса, зерен, ВИР тия см периода*, сут. см шт г г Белогорский яровой 82 97,3 бв** 7,7 бв 55,3 аб 2,38 а 44, Криничный яровой 88 89,2 вг 8,2 б 24,6 д 0,82 а 46, Potra яровой 77 60,1 е 4,5 е 46,3 бв 1,62 а 46, Московский 121 яровой 91 84,1 г 8,1 бв 25,0 д 0,82 а 48, 1 к-3307 яровой 69 75,9 д 5,5 д 19,0 д 0,90 а 46, 2 яровой 78 108,5 аб 7,3 в 35,7 вг 1,64 а 46, к- 3 яровой 76 94,7 в 5,4 д 37,7 вг 1,58 а 42, к- 4 яровой 76 97,7 бв 6,9 вг 41,7 в 2,37 а 54, к- 5 яровой 79 69,0 д 5,2 де 37,7 вг 1,97 а 52, к- 6 яровой 82 98,4 бв 6,9 вг 37,8 вг 2,50 а 65, к- 7 яровой 78 97,4 бв 6,4 г 32,5 г 1,94 а 59, к- 8 яровой 82 112,5 а 6,7 вг 41,6 в 2,17 а 51, к- 9 яровой 83 85,7 г 4,4 е 46,1 бв 2,42 а 52, к- 10 яровой 82 84,3 г 6,4 вг 34,1 г 2,15 а 63, к- 11 яровой 79 87,3 вг 6,9 вг 36,7 вг 2,76 а 64, к- 12 яровой 84 89,2 вг 6,5 вг 41,8 в 2,19 а 51, к- 13 озимый 74 111,4 а 9,4 а 61,3 а 3,06 а 49, к- 14 озимый 73 86,7 г 6,4 вг 39,1 вг 1,59 а 40, к- 15 озимый 80 91,7 вг 7,9 бв 41,1 вг 2,03 а 49, к- 16 озимый 84 92,2 вг 6,9 вг 40,4 вг 1,67 а 41, к- 17 озимый 83 63,2 де 3,9 е 30,3 гд 1,35 а 45, к- 18 озимый 83 86,7 г 7,9 бв 44,6 бв 2,19 а 49, к- 19 озимый 83 90,3 вг 7,9 бв 46,3 бв 2,84 а 61, к- 20 озимый 80 101,4 бв 8,2 б 49,5 б 2,06 а 41, к- 21 озимый 74 102,9 б 7,1 бв 47,6 бв 2,13 а 45, к- *Продолжительность вегетационного периода для яровых сортов – от всходов до созрева ния, для озимых – кущение–созревание.
**Различия между образцами, обозначенными одинаковыми буквами по вертикали, несу щественны по многоранговому критерию Дункана при уровне значимости 0,05.
Масса зерна с главного колоса – наиболее вариабельный признак. Лишь у образца к 15579 он характеризовался высокой стабильностью (Cv = 4,9%). Наиболее высокую массу зерен наблюдали у образца к-3481 (3,05 г).
Наибольшая масса 1000 зерен характерна для образца к-28808 (64,93 г), наименьшая – для образца к-10499 (40,13) г. Среди всех изученных форм по крупности семян можно выделить 6 образцов с массой 1000 зерен от 54,43 г до 65,83 г: к-19940 (Алжир), к- (Испания), к-17737 (Турция), к-25893 (Испания), к-22299 (Эквадор), к-15579 (Китай).
Продолжительность вегетационного периода опытных образцов составляла 69– суток, контрольных сортов – 82–91. Следует отметить образец к-3307 из Китая, характе ризующийся скороспелостью как в 2009 г., так и в предыдущие годы исследований.
Выделили также 8 образцов ячменя с групповой устойчивостью к R. secalis и обли гатному (U. nuda) либо гемибиотрофному (D. teres) паразитам (табл. 7). Основываясь на литературных данных (Радченко и др., 2004), 5 образцов ячменя характеризуются также групповой устойчивостью к ринхоспориозу и возбудителю карликовой ржавчины (Pucci nia hordei G. H. Otth.): к-10499, к-19754, к-27768 (Индия), к-25660 (Непал) и к-15868 (Ки тай), а образец ячменя из Китая к-27205 комплексно устойчив к R. secalis и шведской мухе (Oscinella frit L.).
Таблица 7.
Образцы ячменя, обладающие групповой устойчивостью к болезням № № по ката- Тип разви- Тип реакции на за Происхождение п/п логу ВИР тия ражение*, балл Образцы, устойчивые к пыльной головне 1 к-31069 Пакистан ЯР 0 (0) 2 к-31070 Пакистан ЯР 0 (1) 3 к-31073 Пакистан ЯР 0 (1) Образцы, устойчивые к сетчатой пятнистости 4 к-25368 Болгария ОЗ 2 (2) 5 к-25893 Испания ЯР 1 (1) 6 к-8905 Испания ОЗ 2 (2) 7 к-6912 Турция ЯР 0 – 1 (2) 8 к-26097 Узбекистан ЯР 1 (1) *В скобках указан тип реакции на заражение R. secalis ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ УСТОЙЧИВОСТИ МЕСТНЫХ ОБРАЗЦОВ ЯЧМЕНЯ К РИНХОСПОРИОЗУ Определение генотипов устойчивых образцов с помощью тестирующих клонов R. secalis На основании теории Х. Флора (Flor, 1956) генотип растения-хозяина можно пред положительно определить без гибридологического анализа, пользуясь изолятами возбуди телей болезней, маркированными определенной вирулентностью. Если хотя бы один клон патогена, авирулентный к тестеру данного гена устойчивости, поражает изучаемый сорт, это означает, что сорт не имеет функционального аллеля данного гена.
Первоначально с помощью тест-клонов определяли генотипы восьми устойчивых образцов ячменя: к-3481, к-15868, к-18989, к-3307, к-27205, к-16233, (Китай), к- (Индия) и к-22299 (Эквадор). Эти образцы и 4 почти изогенные линии с известными генами устойчивости к ринхоспориозу (Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9) заразили 30-ю моноспоровыми культурами гриба. В их числе были 15 случайно выбранных клонов, а также 15 клонов, которые выделили из листьев устойчивых образцов к-15868 и к- (Китай) с отдельными пятнами ринхоспориоза. В табл. 8 представлены результаты опытов с семью наиболее «информативными» клонами гриба.
При заражении экспериментального материала клонами 18, 19 и 23, вирулентными к тестерам известных генов устойчивости, наблюдали устойчивые типы реакций у образцов к-3307, к-15868, к-27768, к-16233 и к-22299, т. е. эти формы защищены аллелями генов устойчивости, нетождественных Rrs4, rrs6, rrs7, Rrs9 (табл. 8). На различие генетического контроля устойчивости к R. secalis у образцов к-18989, к-3481, к-27205 и тестеров идентифицированных генов указывает дифференциальное взаимодействие изученных форм с клонами 1, 3 и 7. Попарное сравнение устойчивости ячменя к клонам 1, 3, 7, 18, 19, 23 и 25 свидетельствует о том, что все 8 образцов защищены разными аллелями генов устойчивости. Таким образом, устойчивость образцов контролируется аллелями генов, отличающимися от идентифицированных ранее аллелей генов Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9.
Показано также различие генетического контроля признака у всех изученных форм.
Таблица 8.
Устойчивость образцов ячменя к клонам R. secalis Номер клона R. secalis Образец Происхождение 1 3 7 18 19 23 к-3307 Китай S* S S S I R R к-15868 Китай S R R S R S I к-18989 Китай S R S S S S S к-3481 Китай S R S S S S R к-27768 Индия R R R R R S R к-27205 Индия S R R S S S S к-22299 Эквадор R R R R S R R к-16233 Китай S R S S R S S NIL4 (Rrs4) S S R S S S S NIL 6 (rrs6) R I S S S S S NIL 7 (rrs7) R I R S S S S NIL 9 (Rrs9) R R R S S S R *R – устойчивость образца, S – восприимчивость, I – промежуточный тип реакции.
Анализ взаимодействия почти изогенных линий с отдельными клонами, выделенными из популяций гриба разного происхождения (1 группа – случайные клоны;
группа – клоны, выделенные из устойчивых сортов), продемонстрировал значительно большую частоту вирулентных к идентифицированным генам устойчивости клонов во второй группе. Так, если почти изогенная линия с геном Rrs4 была высоко устойчива к 10 ти из 15-ти случайно выбранных клонов, то во втором случае лишь один клон гриба не вызывал симптомов поражения. Соотношение вирулентных клонов к линии NIL 6 с геном rrs 6 в первой и второй группах составило 3 : 12, к линии NIL 7 – 3 : 13 и NIL 9 – 1 : 7.
Применили метод тест-клонов для сравнения генетического контроля устойчивости к ринхоспориозу у 25-ти выделенных нами высокоустойчивых форм ячменя. Для заражения отрезков листьев устойчивых образцов, а также 4-х почти изогенных линий с генами устойчивости Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9 использовали 7 клонов R. secalis с широким спектром вирулентности, упомянутых в табл. 8.
При заражении экспериментального материала тест-клонами у 24-х образцов выявлены типы реакции на заражение, отличающиеся от типов реакций почти изогенных линий. Следовательно, эти образцы защищены аллелями генов устойчивости, нетождественных Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9 (табл. 9). Лишь в одном случае установлено полное совпадение реакций на заражение тест-клонами: к-31075 и NIL 9. Не исключено, что образец к-31075 защищен геном Rrs9.
Попарное сравнение устойчивости образцов ячменя к 7-ми клонам свидетельствует о том, что 32 образца защищены разными аллелями генов устойчивости (табл. 8;
9).
Исключение составляют образцы к-18398 и к-16231 из Китая, для которых характерны идентичные типы реакции на заражение всеми клонами патогена (табл. 9). Вероятно, данные образцы защищены тождественными аллелями генов устойчивости к R. secalis, отличающимися от идентифицированных ранее. Образец к-18982 (Китай) устойчив ко всем клонам патогена. Следовательно, генетический контроль устойчивости к R. secalis данного образца и остальных 32-х изученных форм ячменя различен.
Таблица 9.
Типы реакции устойчивых образцов ячменя на заражение тест-клонами R. secalis Номер клона R. secalis № п/п Образец 1 3 7 18 19 23 1 к-13049 3 3 3 2 3 1 2 к-13050 2 3 2 3 3 3 3 к-18398 2 3 2 2 3 3 4 к-19754 3 3 2 2 2 1 5 к-29108 2 3 2 2 3 3 6 к-16231 2 3 2 2 3 3 7 к-12136 3 3 3 3 3 3 8 к-31068 1 2 3 3 3 2 9 к-31069 3 3 3 2 2 3 10 к-31071 1 3 3 2 2 3 11 к-31075 2 2 1 3 3 3 12 к-15147 3 3 1 2 3 1 13 к-27286 2 3 0 1 2 3 14 к-19109 3 2 0 2 2 1 15 к-18529 3 3 1 2 2 2 16 к-18986 3 3 3 3 3 2 17 к-18982 2 2 2 2 1 1 18 к-26097 3 3 0 3 2 1 19 к-6841 2 3 1 3 3 3 20 к-17737 3 3 3 3 1 3 21 к-19940 3 3 3 3 3 2 22 к-9143 2 3 1 2 3 2 23 к-8383 3 1 2 1 2 2 24 к-8386 3 1 3 3 2 2 25 к-25893 2 3 3 3 2 2 26 NIL 4 3 3 2 3 3 3 27 NIL 6 2 3 3 3 3 3 28 NIL 7 2 2 1 3 3 3 29 NIL 9 1 2 1 3 3 3 Таким образом, определение генотипов 32-х устойчивых образцов ячменя с помощью тестирующих клонов R. secalis показало отличие аллелей генов устойчивости у 31 образца от Rrs4, rrs6, rrs7, а также от эффективного гена устойчивости Rrs9.
Исключение составил образец к-31075, типы реакции которого на заражение грибом были идентичны типам реакции линии NIL 9. Вероятно, данный образец защищен геном Rrs9.
Большинство выделенных образцов защищены нетождествеными аллелями генов устойчивости к ринхоспориозу, за исключением двух образцов из Китая – к-18398 и к 16231.
Гибридологический анализ устойчивости образцов ячменя к R. secalis Для изучения характера наследования устойчивости к ринхоспориозу анализировали гибриды от скрещивания 4-х устойчивых образцов местного ячменя из Китая с восприим чивым сортом Cambrinus из Голландии. Три скрещиваемые формы (к-15868, к-18989, к 3481) однородны по устойчивости к патогену. Для образца к-3307 была характерна гете рогенность по устойчивости, поэтому для дальнейших исследований собрали семена с растений без симптомов поражения. Гибриды F1 от скрещивания устойчивых образцов с восприимчивым сортом сильно поражались патогеном (3, 4 балла) в фазе всходов, что указывает на рецессивный характер наследования устойчивости у изучаемых форм.
На искусственном инфекционном фоне анализировали расщепление по устойчиво сти F2 гибридов от скрещивания устойчивых образцов с восприимчивым сортом (табл.
10). Расщепление по моногибридной схеме выявили в F2 к-3307 Cambrinus (1 рецессив ный ген устойчивости). В остальных комбинациях наблюдали расщепление по двум генам устойчивости. Соотношение устойчивых (R) и восприимчивых (S) фенотипов в F2 к- Cambrinus не противоречит ожидаемому при контроле признака двумя рецессивными Таблица 10.
Расщепление по устойчивости к R. secalis F2 гибридов от скрещивания устойчивых образцов с восприимчивым сортом Cambrinus Соотношение фенотипов R : S Комбинация скрещивания P фактическое ожидаемое к-3307 Cambrinus 31 : 76 1:3 0,900 0,25 – 0, к-18989 Cambrinus 51 : 59 7:9 0,305 0,50 - 0, к-15868 Cambrinus 10 : 124 1 : 15 0,336 0,50 - 0, к-3481 Cambrinus 8 : 105 1 : 15 0,132 0,50 - 0, Примечание: здесь и в таблицах 12, 13 2 0,05 = 3,84.
генами устойчивости. Расщепление в F2 к-15868 Camrinus и к-3481 Cambrinus удовле творяет предположению о контроле признака 2-мя комплементарными рецессивными ге нами устойчивости. Комплементарное взаимодействие генов образцов к-15868 и к- может являться результатом аддитивного эффекта двух генов, каждый из которых по от дельности не имеет фенотипического проявления.
Расщепление F3 гибридов от скрещивания устойчивых образцов с сортом Cambrinus анализировали в лабораторных условиях, в фазе всходов. Соотношение устойчивых (R), расщепляющихся (RS) и восприимчивых (S) семей (табл. 11) подтверждает результаты анализа F2. Таким образом, гены устойчивости у обсуждаемых форм ячменя проявляются на протяжении всех этапов онтогенеза растений.
Таблица 11.
Расщепление по устойчивости к R. secalis F3 гибридов от скрещивания устойчивых образцов с восприимчивым сортом Cambrinus Соотношение семей R : RS : S Комбинация скрещи 2 P вания фактическое ожидаемое к-3307 Cambrinus 21 : 35 : 24 1:2:1 1,48 0,25 – 0, к-18989 Cambrinus 5 : 13 : 2 7:8:1 2,96 0,20 – 0, к-15868 Cambrinus 3 : 10 : 6 1:9:6 2,88 0,20 – 0, к-3481 Cambrinus 2 : 12 : 5 1:9:6 1,72 0,25 – 0, Примечание: 0,05 = 5,99.
Опыты с тест-клонами гриба (табл. 9) показали, что все 4 образца защищены разны ми генами устойчивости. В то же время гены, идентифицированные с помощью тест клонов, могут являться новыми эффективными аллелями уже известных локусов.
Изучили аллельные отношения генов устойчивости к R. secalis у выделенных образ цов, а также ранее идентифицированных генов Rrs4, rrs6, rrs7, Rrs9 (табл. 12;
13).
Таблица 12.
Расщепление по устойчивости к R. secalis F2 гибридов от скрещивания устойчивых образцов Соотношение фенотипов R : S Комбинация 2 P скрещивания фактическое ожидаемое к-3307 к-15868 36 : 65 19 : 45 1,716 0,10 – 0, к-3307 к-18989 75 : 38 37 : 27 3,394 0,05 – 0, к-18989 к-3307 48 : 22 37 : 27 3,322 0,05 – 0, к-18989 к-3481 34 : 53 121 : 135 2,338 0,10 – 0, к-18989 к-15868 38 : 52 121 : 135 0,918 0,25 – 0, к-15868 к-3307 36 : 65 19 : 45 1,716 0,10 – 0, к-15868 к-18989 52 : 68 121 : 135 0,774 0,25 – 0, к-15868 к-3481 18 : 85 31 : 225 2,787 0,05 – 0, к-3481 к-15868 18 : 85 31 : 225 2,787 0,05 – 0, к-3481 к-18989 34 : 53 121 : 135 2,338 0,10 – 0, к-3481 к-3307 28 : 53 19 : 45 0,924 0,25 – 0, Соотношение фенотипов удовлетворяет предположению о том, что образцы к-3307, к-15868, к-18989 и к-3481 защищены разными аллелями генов устойчивости. Эти гены от личаются и от идентифицированных ранее генов Rrs4, rrs6, rrs7, Rrs9. Результаты опытов подтверждают также вывод о моногенном контроле устойчивости у образца к-3307 и ди генном – у к-15868, к-18989, к-3481. Анализировавшиеся выборки малы, однако выявлен ное расщепление несомненно свидетельствует о неаллельности генов устойчивости.
Анализируя F2 от скрещивания образца к-15868 с почти изогенной линией, защи щенной рецессивным геном rrs6, мы наблюдали расщепление, противоречащее гипотезе о контроле признака устойчивости 2-мя комплементарными рецессивными генами (табл.
14). Соотношение фенотипов соответствовало расщеплению по одному доминантному и двум комплементарным рецессивным генам устойчивости. Наиболее вероятное объясне ние – смена доминирования гена rrs6. Не исключена также и ошибка классификации фе нотипов. В любом случае, ген rrs6 и гены устойчивости образца к-15868 неаллельны, на что указывает расщепление в F2 к-15868 NIL 6 (табл. 13).
Таблица 13.
Расщепление по устойчивости к R. secalis F2 гибридов от скрещивания устойчивых к ринхоспориозу образцов с тестерами известных генов устойчивости Соотношение фенотипов R : S Комбинация 2 P скрещивания фактическое ожидаемое к-3307 NIL 4 88 : 26 13 : 3 1,232 0,25 – 0, к-3307 NIL 6 49 : 58 7:9 0,182 0,50 – 0, к-3307 NIL 7 53 : 61 7:9 0,348 0,50 – 0, к-3307 NIL 9 97 : 15 13 : 3 2,109 0,10 – 0, к-18989 NIL 4 87 : 20 55 : 9 1,897 0,10 – 0, к-18989 NIL 6 65 : 53 37 : 27 0,360 0,50 – 0, к-18989 NIL 7 88 : 49 37 : 27 2,316 0,10 – 0, к-18989 NIL 9 113 : 14 55 : 9 0,97 0,25 – 0, к-15868 NIL 4 67 : 14 49 : 15 1,709 0,10 – 0, 49 : 15 0,664 0,25 – 0, к-15868 NIL 6 98 : 19 : 45 147,237 0, к-15868 NIL 7 39 : 70 19 : 45 1,938 0,10 – 0, к-15868 NIL 9 89 : 21 49 : 15 1,158 0,25 – 0, к-3481 NIL 4 81 : 22 49 : 15 0,248 0,50 – 0, к-3481 NIL 6 38 : 65 19 : 45 2,562 0,10 – 0, к-3481 NIL 7 41 : 73 19 : 45 2,152 0,10 – 0, к-3481 NIL 9 72 : 18 49 : 15 0,592 0,25 – 0, Таким образом, местные образцы к-3307, к-15868, к-18989 и к-3481 из Китая защи щены генами устойчивости, различающимися между собой и не аллельными генам Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9.
ВЫВОДЫ Выявлено большое разнообразие местных форм ячменя по устойчивости к R. secalis.
1.
В результате полевого и лабораторного изучения 2202 образцов местного ячменя из 32-х стран выделена 71 форма с устойчивостью к сборной популяции R. secalis на всех этапах онтогенеза растений;
67 образцов устойчивы к отдельным изолятам гриба. Возрастной устойчивостью к патогену характеризуется 2 образца ячменя.
2. Большинство районированных в последнее время сортов ячменя и выявленных ранее источников устойчивости к R. secalis восприимчивы к патогену. Умеренная устойчивость к сборной популяции гриба обнаружена у девяти районированных сортов и четырех рекомендованных ранее для селекции образцов ячменя.
Установлено, что лишь один идентифицированный ранее ген Rrs9 сохраняет 3.
эффективность против популяций R. secalis.
Показано отличие аллелей, обуславливающих устойчивость к R. secalis у 32-х форм 4.
ячменя, от эффективных ранее Rrs4, rrs6, rrs7, а также от Rrs9. Нетождественными аллелями генов устойчивости к ринхоспориозу защищены 30 местных образцов ячменя. Предполагается, что образцы из Китая к-18398 и к-16231 имеют аллельные гены устойчивости к R. secalis, а ген (гены) устойчивости образца к-31075 из Непала аллелен гену Rrs9.
5. С помощью гибридологического анализа показано, что образцы к-3307, к-15868, к 18989 и к-3481 защищены эффективными генами устойчивости к R. secalis, различающимися между собой и не аллельными генам Rrs4, rrs6, rrs7 и Rrs9.
Образцы к-15868 и к-3481 имеют по два комплементарных рецессивных гена устойчивости к R. secalis, к-18989 – два рецессивных гена, а образец к-3307 – один рецессивный ген устойчивости к патогену. Гены устойчивости у этих форм проявляются на протяжении всех этапов онтогенеза растений.
6. Установлено, что устойчивые к ринхоспориозу образцы обладают и другими селекционно-ценными признаками, такими как продуктивность и скороспелость.
Показано, что 3 образца сочетают устойчивость к ринхоспориозу и пыльной головне, а 5 форм устойчивы к ринхоспориозу и сетчатой пятнистости.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Для селекции на иммунитет к R. secalis предлагаются:
- образцы местного ячменя к-3307, к-15868, к-18989 и к-3481, у которых изучено на следование устойчивости к сборной популяции патогена;
- 58 образцов местного ячменя, устойчивых к сборной популяции патогена;
- 3 образца с групповой устойчивостью к ринхоспориозу и пыльной головне;
- 5 образцов с групповой устойчивостью к ринхоспориозу и сетчатой пятнистости.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ I. В журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Прудникова О. Н. Лабораторный скрининг сортов ячменя по устойчивости к возбуди телю ринхоспориоза // Защита и карантин растений. 2009. № 2. С. 49.
2. Соболева О. Н. Источники устойчивости ячменя из Юго-Восточной Азии к возбуди телю ринхоспориоза (Rhynchosporium secalis ((Oud.)) / Г. С. Коновалова, О. Н. Соболе ва // Микология и фитопатология. 2010. Т. 44. Вып.3. С. 248 – 254.
3. Соболева О.Н. Устойчивость к ринхоспориозу местных форм ячменя из Восточно Азиатского региона / О.Н. Соболева, Г.С. Коновалова // Зашита и карантин расте ний. 2010. № 4. С. 24 – 26.
II. Другие издания 4. Прудникова О. Н. Источники устойчивости ячменя к возбудителю ринхоспориоза (Rhynchosporium secalis ((Oud.)) / Г. С. Коновалова, О.Н. Прудникова // II Вавиловская международная конференция. Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке.
Состояние, проблемы, перспективы. Тезисы докладов. СПб., 2007. С. 85 – 86.
5. Прудникова О. Н. Поиск новых источников устойчивости ячменя к ринхоспориозу // 11-я Пущинская международная школа-конференция молодых ученых. Биология нау ка XXI века. Сборник тезисов. Пущино, 2007. С. 308.
6. Прудникова О. Н. Устойчивые к ринхоспориозу образцы ячменя мировой коллекции ВИР // Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых уче ных «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и практики в современных условиях и пути их решения», посвященной памяти Р.Г. Гареева. Казань, 2009. С. – 122.
7. Прудникова О. Н. Устойчивость местных форм ячменя к возбудителю ринхоспориоза / О.Н. Прудникова, Г.С. Коновалова // Вторая Всероссийская конференция. Современ ные проблемы иммунитета растений к вредным организмам. СПб., 2008. С. 172 – 173.
8. Прудникова О. Н. Скрининг местных форм ячменя коллекции ВИР по устойчивости к ринхоспориозу / О.Н. Прудникова, Г.С. Коновалова // Съезд генетиков и селекционе ров, посвященный 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина. V съезд вавиловского общества генетиков и селекционеров. Часть II. М., 2009. С. 310.
9. Прудникова О. Н. Местные формы ячменя мировой коллекции ВИР как источники ус тойчивости к ринхоспориозу / О.Н. Прудникова, Г.С. Коновалова // Труды по при кладной ботанике, генетике и селекции. Т. 165. Генетические ресурсы ржи, ячменя и овса. СПб., 2009. С. 87 – 89.
10. Прудникова (Соболева) О.Н. Скрининг сортов ячменя коллекции ВИР из Азии и Се верной Африки по устойчивости к возбудителю ринхоспориоза / О.Н. Прудникова (Соболева), Г.С. Коновалова // Материалы Всероссийской научно-практической кон ференции «Современные иммунологические исследования, их роль в создании новых сортов и интенсификации растениеводства». ВНИИФ, Большие Вяземы, МО, 2009. С.
80 – 83.
11. Соболева О.Н. Наследование устойчивости к ринхоспориозу местных образцов ячме ня из Китая // Материалы конференции молодых ученых и аспирантов «Генетические ресурсы растений и селекция». СПб.: ВИР. 2010. С. 32 – 36.
12. Соболева О. Н. Генетический контроль устойчивости местных форм ячменя к рин хоспориозу / О.Н. Соболева, Г.С. Коновалова // Сборник тезисов 14-й Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века». Пу щино, 2010. Т. 2. С. 261 –