doi: 10.15389/agrobiology.2023.5.915rus
УДК 633.11:632.4
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 19-76-30005.
УСТОЙЧИВОСТЬ К ПИРЕНОФОРОЗУ (Pyrenophora tritici-repentis)
У СОРТОВ ОЗИМОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ (Triticum aestivum L.),
ВОЗДЕЛЫВАЕМЫХ НА ТЕРРИТОРИИ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Н.М. КОВАЛЕНКО1, Ю.В. ЗЕЛЕНЕВА1 ✉, В.П. СУДНИКОВА2
Тамбовская область входит в состав Центрально-Черноземного региона с высокоразвитым зерновым производством. В структуре посевных площадей зерновые составляют 50-55 % пашни. Урожайность, валовые сборы и качество зерна в регионе существенно варьируют и определяются многими факторами, в том числе поражением растений грибными фитопатогенами. Гриб Pyrenophora tritici-repentis — возбудитель пиренофороза, или желтой пятнистости, опасной болезни пшеницы, которая быстро прогрессирует в зернопроизводящих странах. Внедрение в сельскохозяйственное производство устойчивых к болезням сортов — экономически выгодный и экологически безопасный метод защиты растений, повышающий эффективность химических и агротехнических мероприятий. В настоящей работе при изучении расового состава популяции P. tritici-repentis на территории Тамбовской области впервые идентифицированы пять рас патогена. При этом преобладали расы, продуцирующие PtrToxС, реже встречались расы с экзотоксином, кодируемым геном ToxA. Кроме того, впервые отобраны восемь сортов пшеницы, которые обладали высокой устойчивостью к фитопатогену в полевых и лабораторных условиях, также подтвердилась их невосприимчивость к PtrToxА при молекулярном скрининге. Цель работы — проанализировать коллекцию изолятов Pyrenophora tritici-repentis из тамбовской популяции 2022 года по расовому составу, оценить устойчивость сортов озимой мягкой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости, а также идентифицировать в генотипе сортов доминантный/рецессивный аллель гена Tsn1. Материалом для исследований служили28 сортов озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Из них 20 были допущены к использованию в 2022 году: Антонивка, Безенчукская 380, Бирюза, Доминанта, Дон 93, Донэра, Донской Сюрприз, Звонница, Изюминка, Инна, Липецкая звезда, Льговская 4, Мироновская 100, Мироновская 808, Московская 39, Московская 40, Московская 56, Одесская 200, Синтетик, Скипетр. Остальные 8 сортов — Косовица, Круиз, Лагуна, Латыневка, Льговская 167, Престиж, Проза, Спартак — не районированные. Устойчивость сортов пшеницы к P. tritici-repentisоценивали в лабораторных условиях в 2022 году по общепринятой методике. Инфекционный материал принадлежал популяции гриба, собранной в Тамбовской области. Выделение моноконидиальных изолятов P. tritici-repentisиз 19 пораженных образцов озимой мягкой пшеницы в чистую культуру на питательную среду V4 позволило получить 68 изолятов. Реакцию проростков пшеницы на инокуляцию суспензией P. tritici-repentis оценивали на 5-6-е сут. Расовый состав популяции P. tritici-repentis изучали по международной методике с использованием набора дифференциаторов, состоящего из сорта Glenlea и линий 6В365, 6В662 — идентификаторов токсинов PtrToxA, PtrToxC и PtrToxB, по реакции листьев (некроз/хлороз) на внедрение фитопатогена. Полевая оценка была дана сортам пшеницы на стационарном участке Среднерусского филиала ФНЦ им. И.В. Мичурина (Тамбовская обл., Тамбовский р-н) в 2020-2022 годах. Сорта оценивали на естественном инфекционном фоне. Геномную ДНК из листьев 5-суточных проростков пшеницы выделяли стандартным методом СТАВ/хлороформ. После количественной оценки концентрацию ДНК нормализовали до 30 нг/мкл для проведения ПЦР. Скрининг изолятов на присутствие доминантного или рецессивного аллеля Tsn1/tsn1 проводили с использованием праймеров Xfcp623F/Xfcp623R. Среди изолятов P. tritici-repentis, выделенных из образцов озимой мягкой пшеницы на территории Тамбовской области, были распространены три расы, из которых раса 4 не продуцировала токсины PtrToxA, PtrToxB и PtrToxС, раса 3 продуцировала токсин PtrToxС, раса 1 — PtrToxA и PtrToxС. К редким были отнесены расы 8 (PtrToxA, PtrToxB и PtrToxС) и 2 (PtrToxA). Расы 5 (PtrToxB), 6 (PtrToxB и PtrToxС) и 7 (PtrToxA и PtrToxB) в популяции отсутствовали. Раса 3, продуцирующая экзотоксин, кодируемый геном ToxС, имела наибольшую представленность в популяции P. tritici-repentis на территории Тамбовской области, реже отмечали расы, продуцирующие PtrToxА. С практической точки зрения наибольший интерес представляли семь сортов озимой мягкой пшеницы, допущенных согласно Реестру селекционных достижений к возделыванию на территории Тамбовской области, — Липецкая звезда, Московская 56, Московская 40, Безенчукская 380, Бирюза, Инна, Одесская 200, а также сорт Доминанта, допущенный в Северо-Кавказском и Уральском регионах. Эти сорта продемонстрировали самую высокую устойчивость к фитопатогену в полевых и лабораторных условиях и подтвердили невосприимчивость к PtrToxА при молекулярном скрининге. Носители идентифицированного рецессивного ал-леля гена tsn1, предопределяющего устойчивость к токсину PtrToxA P. tritici-repentis, рекомендуется использовать в селекционных программах по повышению устойчивости к пиренофорозу пшеницы.
Ключевые слова: Pyrenophoratritici-repentis, ToxA, ToxB, ToxС, Tsn1, желтая пятнистость, пиренофороз, ПЦР, пшеница.
N.M. Kovalenko1, Yu.V. Zeleneva1 ✉, V.P. Sudnikova2
The Tambov region is part of the Central Black Earth region with highly developed grain production. In the structure of cultivated area, grains make up to 50-55 % of arable land. Productivity, gross yield and quality of grain in the region vary significantly and are determined by many factors, including damage to plants by fungal pathogens. The fungus Pyrenophora tritici-repentis is the causative agent of tan spot, or yellow spot, a dangerous disease of wheat that progresses rapidly in grain-producing countries. The introduction of disease-resistant varieties into grain production is an economically beneficial and environmentally friendly method of plant protection that increases the efficiency of chemical and agrotechnical measures. In this work, when studying the P. tritici-repentis population racial composition in the Tambov region, five races of the pathogen were identified for the first time. Races producing PtrToxC predominated, and races with the ToxA gene encoding exotoxin were less common. For the first time, eight wheat varieties were revealed that were highly resistant to the phytopathogen in field and laboratory conditions, molecular screening also confirmed resistance to PtrToxA. The purpose of the work was to investigate the race composition of Pyrenophora tritici-repentis isolates from the Tambov population of 2022, to assess the resistance of winter common wheat varieties cultivated in the Tambov region to the yellow spot pathogen, and to identify their dominant/recessive allele of the Tsn1 gene. A set of 28 varieties of winter common wheat (Triticum aestivum L.) comprised 20 varieties approved for use since 2022 (Antonivka, Bezenchukskaya 380, Biryuza, Dominanta, Don 93, Donera, Donskoy Surpriz, Zvonnitsa, Izyuminka, Inna, Lipetskaya Zvezda, Lgovskaya 4, Mironovskaya 100, Mironovskaya 808, Moskovskaya 39, Moskovskaya 40, Moskovskaya 56, Odesskaya 200, Sintetik, Skipetr), the remaining 8 varieties (Kosovitsa, Kruiz, Laguna, Latynevka, L'govskaya 167, Prestizh, Proza, Spartak) are not approved for zonal use. The resistance of wheat varieties to P. tritici-repentis was assessed in lab tests in 2022 using common methods. The infectious material was collected in 2022 in the Tambov region. From 19 affected samples of winter bread wheat, 68 monoconidial isolates of P. tritici-repentis were purified on the V4 nutrient medium. The response of wheat seedlings to inoculation with a suspension of P. tritici-repentis was assessed on days 5-6. With a set of differentiators, the Glenlea variety and the lines 6B365, 6B662 as identifiers of the toxins PtrToxA, PtrToxC and PtrToxB, the racial composition of the P. tritici-repentis population was identified based on the response of the leaves (necrosis/chlorosis) to the pathogen invasion. In 2020-2022, field assessments of wheat variety resistance were performed at the stationary site (the Central Russian branch of Michurin Federal Scientific Center, Tambov District, Tambov Province) under natural infection. Genomic DNA was extracted from leaves of 5-day-old wheat seedlings using the standard CTAB/chloroform procedure. DNA concentration was normalized to 30 ng/μl for PCR. Isolates were screened for the dominant Tsn1 or recessive tsn1 alleles using primers Xfcp623F/Xfcp623R. Among the Pyrenophora tritici-repentis isolates from winter bread wheat of the Tambov Province, three races were common, of which race 4 did not produce the toxins PtrToxA, PtrToxB and PtrToxC, race 3 produced the toxin PtrToxC, and race 1 did not produce PtrToxA and PtrToxC. Races 8 (PtrToxA, PtrToxB and PtrToxC) and 2 (PtrToxA) were classified as rare. We did not find races 5 (PtrToxB), 6 (PtrToxB and PtrToxC) and 7 (PtrToxA and PtrToxB) in the population. Race 3, producing the ToxC gene encoded exotoxin, was the most abundant in the P. tritici-repentis population of the Tambov Province; races producing PtrToxA were less frequent. Practically, seven varieties, the Lipetskaya Zvezda, Moskovskaya 56, Moskovskaya 40, Bezenchukskaya 380, Biryuza, Inna, Odesskaya 200 approved for the Tambov Province by the State Register of Breeding Achievements, and the Dominanta variety approved for the North Caucasus and Ural regions are of the greatest interest. These varieties demonstrated the highest resistance to P. tritici-repentis in field and laboratory tests. Molecular screening also confirmed their resistance to PtrToxA. Carriers of the identified recessive allele of the tsn1 gene which determines resistance to the PtrToxA toxin of P. tritici-repentis are recommended for breeding programs to increase resistance to tan spot of wheat.
Keywords: Pyrenophoratritici-repentis, ToxA, ToxB, ToxC, Tsn1,tan spot, yellow spot disease, PCR, wheat.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений, |
Поступила в редакцию |
