|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Інститут фізіології рослин і генетики
Лісова Галина Михайлівна
УДК 575.7: 633.1+632.9
ГЕНЕТИЧНІ ОСНОВИ ВЗАЄМОДІЇ У СИСТЕМІ
TRITICUM AESTIVUM L. – PUCCINIA RECONDITA ROB. EX DESM.
F. SP. TRITICI ERIKSS. EX HENN ТА ПОШУК МАРКЕРІВ ГЕНІВ СТІЙКОСТІ ДО ЗБУДНИКА БУРОЇ ІРЖІ
03.00.15. - генетика
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ - 2000
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у відділі біотехнології Інституту землеробства УААН та у відділі біотехнології і генетики Інституту агроекології та біотехнології УААН.
Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор,
академік НАН України і УААН
Созінов Олексій Олексійович,
Інститут агроекології та біотехнології УААН, директор.
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор
Шевцов Ігор Анатолійович
Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,
завідувач відділом
кандидат біологічних наук
Колючий Василь Трохимович
Інститут пшениці ім. В. Ремесла УААН,
старший науковий співробітник
Провідна установа: Національний аграрний університет, кафедра селекції
та фізіології рослин, м. Київ
Захист відбудеться 13 квітня 2000 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.212.01 в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська 31/17, тел. 263-51-50.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізіології рослин та генетики НАН України: м. Київ, вул. Васильківська 31/17.
Автореферат розісланий 10 березня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Труханов В.А.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В останні роки в усьому світі відбувається активізація селекційних робіт, пов’язаних з створенням стійких до дії фітопатогенних факторів форм культурних рослин, іде розвиток фундаментальних досліджень з питань імунітету рослин. На думку багатьох вчених, особлива увага повинна приділятися організації біотехнологічних досліджень та фундаментальним працям з генетики імунітету (Соколов, Монастырский, Пикушова, 1994).
Накопичений на цей час експериментальний матеріал свідчить, що алелі генів, які детермінують синтез певних білків, близько зчеплені з генами стійкості до збудників грибних хвороб (McIntosh, 1988, 1992; McIntosh, Hart, Gale, 1991, 1992) . Це дає можливість використовувати окремі компоненти білків, що синтезуються під контролем цих генів, в якості маркерів в селекції на стійкість.
Селекціонеру, для вдалого проведення робіт, пов’язаних з створенням стійких сортів до дії різних фітопатогенних факторів, важливо мати у розпорядженні дані про маркери генів стійкості. Володіння цією інформацією дозволяє оперативно знайти і вилучити потрібні гени стійкості і їх комбінації у диких і культурних форм пшениці, а також провести контроль за наявністю цієї ознаки у нових сортах або лініях.
Проблема селекції на стійкість, а особливо проблема тривалого збереження стійкості сорту, не може бути вирішена без врахування дії генів, що контролюють стійкість рослини до різних хвороб. На прикладі системи Triticum aestivum - Puccinia recondita f. sp. tritici можна дослідити генетичні основи взаємодії рослини-господаря і патогена. Насамперед це зміни генетичної структури популяції збудника P. recondita, що ведуть до втрати ефективності одних генів стійкості і експресії інших. Подібні дослідження широко проводяться у світовій практиці і актуальність їх не втрачається і сьогодні.
Знання всіх цих аспектів допоможе в створенні стійких до збудника бурої іржі сортів пшениці і швидко враховувати зміни епіфітотичного стану популяції збудника. Використання методу білкових маркерів надасть змогу оперативно проводити селекційні роботи за ознакою стійкості, виключить необхідність багаторазового пересіву на провокаційних інфекційних фонах з наступним відбором стійких до дії патогена форм пшениці. Це значно скоротить затрати часу і об'єм роботи, а також обмежить використання хімічних препаратів для захисту проти збудника бурої іржі, що важливо з точки зору екології та економіки.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводили за програмою Інституту агроекології та біотехнології УААН “Використання локусів запасних білків і ізоферментів в генетичному аналізі прояву деяких господарсько-цінних ознак пшениці, вівса, ячменя” (номер державної реєстрації 0196U012975).
Мета і задачі дослідження. Метою досліджень було вивчення генетичних основ взаємодії у системі Triticum aestivum - Puccinia recondita f. sp. tritici і пошук молекулярно-генетичних маркерів генів стійкості до збудника бурої іржі. Основна увага приділялась визначенню ефективних генів стійкості пшениці до ендемічних рас збудника бурої іржі, виявленню змін в популяції патогена, пошуку молекулярно-генетичних і біохімічних маркерів генів стійкості пшениці. Виходячи з цього, ми визначили основні завдання наших досліджень:
1. Вивчити взаємодію між генами стійкості, що транслоковані в ізогенні лінії T. aestivum, і генами вірулентності P. recondita f. sp. tritici, які є типовими для популяції патогена на території України.
- Виявити ефективні гени стійкості пшениці до розповсюджених на території України рас збудника P. recondita.
- Вивчити расовий склад і генетику вірулентності популяції патогена.
- Виявити маркери генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі, використовуючи запасні білки та ізоферменти зерна пшениці.
- Провести пошук біохімічних маркерів ознаки стійкості до дії різних за ступенем вірулентності рас збудника бурої іржі.
Наукова новизна одержаних результатів. Вивчена генетична взаємодія між генами стійкості і генами вірулентності у системі T. аestivum - P. recondita f. sp. tritici.
Ідентифіковано расовий склад популяції збудника P. recondita f. sp. tritici станом на 1996-1998 роки на території України і визначено генотипи вірулентності кожної з вивчених рас.
Вперше виявлено нові раси збудника бурої іржі, що раніше не зустрічались на території України, і визначено їх вірулентність.
Вперше проведено системний пошук маркерів генів стійкості T. аestivum серед запасних білків та ізоферментів зерна ізогенних ліній пшениці.
Вперше ідентифіковано алельні варіанти гліадинкодуючих локусів, а також локуси генів, що здійснюють генетичний контроль  - і  -амілаз, які можуть бути маркерами генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі.
Показана можливість використання cпецифічних білків вегетативної частини рослини як біохімічних маркерів стійкості пшениці до дії рас збудника P. recondita f. sp. tritici з різним ступенем вірулентності.
Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дають можливість чітко спланувати селекційні роботи, пов’язані з створенням стійких до збудника бурої іржі сортів пшениці: дані про генетику вірулентності збудника P. recondita f. sp. tritici дадуть змогу враховувати зміни вірулентності патогена при селекції на стійкість; виявлені маркери генів стійкості дозволять оперативно провести пошук ефективних генів стійкості і їх комбінацій у диких і культурних форм пшениці, які можна використовувати у подальшій селекційній роботі, а також проводити контроль за цією ознакою в нових сортах пшениці.
Особистий внесок здобувача. Дисертантом проаналізована відповідна література; проведені лабораторні, польові і вегетаційні дослідження; отримані результати узагальнені і математично оброблені; зроблено відповідні висновки і підготовлена дисертація.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на міжнародному симпозіумі “Ecological Problems of Plant Protection and Contemporary Agriculture” (Словакія, 25-29 вересня 1995 р.); на науково-практичному семінарі “Екологічні та економічні проблеми застосування засобів хімізації в АПК” (с.м.т. Чабани, 17 березня 1998 року); на засіданнях відділу генетики і селекції кормових культур Інституту землеробства УААН в 1996 і 1997 рр.; на засіданнях Вченої ради Інституту землеробства УААН 1996, 1997 рр.; на засіданнях методичної ради Інституту землеробства УААН в 1998 і 1999 рр.; на науковому семінарі Інституту фізіології і генетики НАНУ в 1999 р.
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 9 статей і 2 тези, з них 4 статті у провідних фахових виданнях.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація викладена на 150 сторінках машинописного тексту і складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел та містить 14 таблиць і 18 рисунків. Список використаних джерел нараховує 205 найменувань, в тому числі іноземних авторів 102.
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
Аналіз літератури показує, що вивчення генетичних основ взаємодії у системі T. aestivum - P. recondita f. sp. tritici ускладнюється специфічністю циклу розмноження збудника. Обгрунтовується важливість вивчення генетики імунітету пшениці і дослідження структури популяції збудника бурої іржі, створення банків ефективних генів стійкості пшениці і банків генів вірулентності патогена. Доводиться необхідність виявлення зчеплення локусів, що контролюють синтез запасних білків та ізоферментів пшениці з генами, що обумовлюють стійкість до патогена. Огляд літератури показує, що не дивлячись на певні досягнення у використанні біохімічних маркерів в маркеруванні генів стійкості, це питання вивчено фрагментарно і потребує уточнень. Також недостатньо вивчено синтез патоген-залежних білків (PR-білків) у відповідь на ураження рослини пшениці збудником бурої іржі і використання цих білків як маркерів ознаки стійкості.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Дослідження проводилися у відділі біотехнології Інституту землеробства УААН в 1996 р., у відділі біотехнології та генетики Інституту агроекології та біотехнології УААН в 1997-1998 рр., в теплиці, кліматичних камерах і на дослідній ділянці Інституту захисту рослин УААН.
Матеріалом досліджень були ізогенні за генами стійкості лінії, які створені на базі сорту Thatcher, та сорти Manitou (Lr13), Thew (Lr20), Gatcher (Lr27+31), що відносяться до “тетчерівського типу” (37 ліній). Вони одержані у Міжнародному центрі покращення кукурудзи та пшениці в Мексиці (CIMMYT). Матеріалом досліджень була і серія майже ізогенних ліній сорту Миронівська 808, що була створена в Інституті захисту рослин УААН (5 ліній). Їх використовували для вивчення генетичних основ взаємодії між T. aestivum - P. recondita f. sp. tritici, для маркерування генів стійкості за допомогою алельних варіантів запасних білків пшениці (гліадинів і глютенинів) та ізоферментів ( і амілази), для визначення біохімічних маркерів стійкості рослин (PR-білків) до збудника бурої іржі. При визначенні ефективності алельних варіантів гліадинкодуючих локусів як маркерів ознаки стійкості рослин пшениці до збудника бурої іржі використовували набір майже ізогенних ліній пшениці за гліадиновими алелями озимої м’якої пшениці (18 ліній), створених на основі сорту Безоста 1 М.М.Копусем. Для виявлення причин змін в расовому складі популяції збудника бурої іржі використовували районовані сорти озимої пшениці Спартанка, Донецька 46, Донецька 48, Лютесценс 7, Поліська 87, Миронівська 61, Альбатрос одеський, Вимпел одеський, Одеська 133.
Оцінку ступеня стійкості ізогенних ліній пшениці до збудника бурої іржі в польових умовах вели за Інтегрованою шкалою оцінок стійкості зернових колосових культур до Puccinia recondita (Методы селекции и оценки устойчивости пшеницы и ячменя к болезням в странах членах СЭВ, 1988). Оцінку типу імунності майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній сорту Безоста 1, оцінку стійкості сорту Thatcher та його ізогенних ліній і набору ізогенних ліній сорту Миронівська 808 проводили за шкалою Mains E.B. і Jackson H.S. (1926), а їх ступінь ураження визначили за шкалою Страхова Т.Д. (1951).
Відбір інфекційного матеріалу в польових умовах, диференціацію уредініопопуляції збудника бурої іржі на раси, зараження рослин майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній пшениці, інокуляцію ізогенних ліній сортів Thatcher і Миронівська 808 здійснювали згідно загально прийнятій методиці з врахуванням рекомендацій Методів селекції і оцінки стійкості пшениці і ячменю до хвороб в державах членах РЕВ (Прага,1988). Визначення фізіологічних рас патогена проводили за Міжнародним ключем визначення рас (Методические рекомендации по изучению расового состава возбудителей ржавчины хлебных злаков, 1977).
Електрофорез глютенинів проводили за методикою Laemmli (1970) в 12,5% акриламідному гелі (співвідношення акриламід/бісакриламід 30:1), гліадинів - в модифікованій системі Brzrezinski i Mendelewski (1989), електрофорез  -амілази пшениці - за методикою Іллічівського, Метаковського, Созінова (1989),  -амілази - за методом Devis (1964) з врахуванням модифікацій Антонюка і Терновської (1995). Електрофорез білків листків пшениці проводили за методикою Laemmli (1970) з модифікаціями Козуб і Созінова на 15% гелях.
Відсотковий склад рас в популяції збудника бурої іржі розраховували за формулою:
  , (1)
де А - відсотковий склад рас в популяції збудника;
n - кількість ізолятів, що уражалися даною расою;
N - загальна кількість проаналізованих ізолятів.
Частоту зустрічі кожного гена вірулентності розраховували згідно визначеної відсоткової частки кожного гена вірулентності в окремій расі за формулою:
 , (2)
де Р - частота зустрічі окремого гена вірулентності в популяції;
А1, А2,..., Аi - відсотковий вміст кожної окремої раси в популяції збудника;
n1, n2,..., ni - кількість генів вірулентності в кожній окремій расі.
Встановлення достовірності вмісту рас в популяції збудника бурої іржі і порівняння частот генів вірулентності в кожен рік досліджень проводили за критерієм  (Рокитский, 1967).
ВИВЧЕННЯ ВЗАЄМОДІЇ МІЖ ГЕНАМИ СТІЙКОСТІ ІЗОГЕННИХ ЛІНІЙ ПШЕНИЦІ І ГЕНАМИ ВІРУЛЕНТНОСТІ ЗБУДНИКА PUCCINIA RECONDITA F. SP. TRITICI
Вивчення взаємодії між генами стійкості пшениці і генами вірулентності збудника бурої іржі вели за такими етапами: 1) оцінка стійкості рослин ізогенних ліній пшениці до дії місцевої популяції збудника бурої іржі; 2) відбір зразків листя, ураженого збудником бурої іржі, з кожної ізогенної лінії; 3) виділення та розмноження монопустульних ізолятів; 4) ідентифікація рас за допомогою тест-сортів пшениці; 5) аналіз взаємодії генів стійкості з генами вірулентності; 6) визначення генів вірулентності і їх частоти в популяції збудника на підставі даних про спеціалізацію рас на Lr-лініях.
- Ефективні гени стійкості пшениці до збудника бурої іржі. Расовий склад популяції патогена. Оцінка ступеня стійкості ізогенних ліній сорту Thatcher до збудника P. recondita f. sp. tritici в польових умовах в 1996-1998 рр. дозволила визначити рівень ефективності генів стійкості до місцевих рас патогена. Найвищу ступінь стійкості до дії збудника проявили ізогенні лінії з генами стійкості Lr1, Lr2a, Lr9, Lr10, Lr12, Lr13, Lr15, Lr19, Lr22a, Lr24, Lr25, Lr26, Lr27+31, Lr28, Lr29, Lr36 (дуже висока і висока стійкість - бали 9, 8; стійкість - бали 6, 7). Сорт-реципієнт Thatcher на протязі всіх років досліджень був сприйнятливим до дії патогена (бали 4 - сприйнятливість; 5 - слабка сприйнятливість). Ми поділити всі визначені ефективні гени стійкості згідно рівня їх експресії на декілька груп: 1) Lr9, Lr24, Lr25, Lr28 - гени, що можуть обумовити дуже високий рівень стійкості до всіх місцевих рас збудника бурої іржі (бал 9 - ознаки хвороби відсутні і бал 8 - поодинокі некротичні плями); 2) Lr13, Lr15, Lr19, Lr22a, Lr26, Lr27+31, Lr29, Lr36 - гени, що обумовлюють високий рівень стійкості до багатьох рас збудника бурої іржі (бали 9, 8, а в окремі роки бал 7 - дрібні уредініопустули з інтенсивністю до 10%); 3) Lr1, Lr2a, Lr10, Lr12 - гени, що обумовлюють стійкість (рослини незначно уражаються патогеном - бали 8, 7 і бал 6 - дрібні і середні уредініопустули інтенсивністю до 15%); 4) Lr17, Lr18, Lr20, Lr21, Lr23, Lr33, Lr35 - гени, рівень експресії яких визначається як лабільний. Остання група генів має мінливий характер і залежить від дії зовнішніх факторів. Інші ізогенні лінії з генами стійкості Lr2b, Lr2c, Lr3, Lr3ka, Lr3bg, Lr11, Lr14a, Lr14b, Lr16, Lr30, Lr32, Lr34, Lr37 були сприйнятливими до дії збудника бурої іржі на протязі всіх років досліджень (бали 3, 4 - сприйнятливість і бал 5 - слабка сприйнятливість).
З ізогенних ліній, на яких помічено уредініопустули, було відібрано інфекційний матеріал, розмножено його в умовах теплиці, виділено монопустульні ізоляти та ідентифіковано їх як раси за допомогою тест-сортів. В таблиці 1 наведено результати вивчення спеціалізації рас збудника бурої іржі на ізогенних лініях з ефективними генами стійкості.
Таблиця 1 - Спеціалізація рас P. recondita f. sp. tritici на ізогенних лініях.
* - ізогенна лінія проявила стійкість до всіх рас збудника бурої іржі.
Відомо, що в більшості країн і на Україні (Лісовий, Лоханська, 1994) ген стійкості Lr19 вважається ефективним геном стійкості, і має високий рівень експресії. В 1998 р. на ізогенній лінії Lr19 нами було виділено ізоляти збудника, які ідентифіковано як раси 77, 192 і 156. Причиною ураження ізогенної лінії з раніше ефективним геном стійкості може бути як процеси мутацій в геномах цих рас, так і розмноження вірулентних клонів, які раніше були присутні в популяції збудника в недостатній кількості щоб викликати ураження.
Вивчено склад української популяції збудника P. recondita f. sp. tritici в 1996-1998 рр.. Ідентифіковано в 1996 р. 36 рас; в 1997 р. - 30 рас; в 1998 р. - 44 раси. Розраховано достовірність збільшення чи зменшення вмісту кожної раси в роки досліджень (табл. 2). Показано приблизно однаковий рівень часток домінуючих вірулентних рас збудника бурої іржі в кожний рік досліджень: 1996 р. - 60,71%; 1997 р. - 62,4%; 1998 р. - 62,07%. Робиться висновок, що зміна расового складу в популяції в 1996-1998 рр. не знижує рівня її вірулентності.
Таблиця 2 - Склад домінуючих в популяції збудника рас P. recondita f. sp. tritici
в 1996-1998 роках.
* - помічено рівень достовірності між даними вмісту раси в різні роки, що позначені цифрами 1, 2 і 3, при Р<0,01.
** - раси, що не було ідентифіковано у відповідні роки.
Доведено, що в середині 90-х років в українській популяції збудника бурої іржі відбулась зміна расового складу патогена. До 90-х років в популяції домінувала раса 77 (Суворова, 1991). Зараз домінує раса 1, яка на території України в 1991-1994 рр. була зафіксована лише в Львівській області (Лесовой, 1998), а зараз має значну частку на території Київської області. Відмічено коливання чисельності деяких рас в кожен рік досліджень. Відомо, що расовий склад популяції патогена може різко змінюватися в залежності від кліматичних умов, але вирішальну роль в домінуванні рас відіграє їх життєздатність і імунологічні особливості сорту (Воронкова, 1980). В зв’язку з цим в 1998 р. провели оцінку стійкості районованих сортів озимої пшениці, що зараз займають значні посівні площі в виробництві (табл. 3). Всі сорти виявилися сприйнятливими до раси 1, лише Поліська 87 і Альбатрос одеський були стійкими до дії патогена і незначно уражалися расами 1, 92, 77 і 192. Встановлено, що сорти районовані в 1995 і 1997 рр. уражуються цими расами. Можна прогнозувати, що при збільшенні посівних площ зазначених сортів, буде рости частка цих рас в популяції збудника.
Виявлено декілька нових “іксових” (раніше не зафіксованих) рас збудника бурої іржі на території України: 1996 р. - раси Х-20, Х-21, Х-22; 1997 р. - Х-23, Х-24, Х-25, Х-26, Х-27, Х-28, Х-29, Х-30, Х-31, Х-32, Х-33, Х-34; 1998 р. - Х-35, Х-36, Х-37, Х-38, Х-39, Х-40, Х-41. Більшість цих рас виявлена в окремих ізолятах. Їх вміст не перевищує 2,4%. Аналіз наукових робіт дозволив встановити відповідність реакції на стандартному наборі тест-сортів деяких рас кавказької і далекосхідної популяції (Берлянд-Кожевников и др., 1978) з реакцією нових рас для території України. Північнокавказькій популяції збудника бурої іржі (м. Дербент, Дагестан) відповідали раси Х-22( Д-23), Х-28 (Д-18), Х-32 (Д-8), Х-35 (Д-3), Х-36 (Д-13). Популяції Західного Сибіру (Омська область) відповідала раса Х-38 (О-1). Перенесення інфекційного матеріалу забезпечують повітряні потоки з цих регіонів, що є однією з причин зміни расового складу. Отже, причиною змін в популяції збудника бурої іржі на території України стала зміна сортового складу (вплив генотипу рослини-господаря) і міграція спор.
Таблиця 3 - Спеціалізація рас P. recondita f. sp. tritici на сортах
вітчизняної селекції.
* - бали 6, 7 - сорт стійкий до дії патогена; бал 5 - сорт помірно сприйнятливий; бал 4 - сорт сприйнятливий.
2. Генетика вірулентності популяції збудника бурої іржі. Враховуючи гіпотезу Флора Х.Г. (1955) “ген на ген”, встановлено генотипи вірулентності кожної ідентифікованої раси патогена (табл. 4). Тим самим виявлена здатність рас уражати лінії чи сорти пшениці, які мають відповідні їм гени стійкості. Генотипи збудника мали від 1 до 23 генів вірулентності. Найбільшу кількість генів вірулентності мала раса 1 в усі роки досліджень. Раси, що виявлені в 1997 р. мали більше генів вірулентності, ніж раси ідентифіковані в 1996 і 1998 рр.. Домінування рас 1, 77, 92, 192, Х-4 в популяції патогена забезпечує їх високий рівень вірулентності і здатність уражати найбільше сортового матеріалу. Визначено вміст кожного гена вірулентності в популяції збудника бурої іржі (табл. 5). Встановлено достовірність різниці частот домінуючих алелей для кожного року досліджень. Коливання вмісту відбувається внаслідок впливу зовнішніх факторів, які сприяли розвитку тієї чи іншої раси з відповідними генами вірулентності. В усі роки досліджень зареєстровано ген вірулентності р16, що свідчить про малу ефективність відповідного гена стійкості Lr16. Відомо, що перевага тієї чи іншої раси в популяції патогена визначається генотипом сорту (Воронкова, 1980). При цьому сорт сприяє селекції тих рас, що несуть гени вірулентності, які забезпечують виживання, розмноження і конкурентну здатність їх в конкретних умовах. Тому, значні зміни в частотах деяких генів вірулентності можуть бути пов’язані з відбором рослиною пшениці найбільш пристосованих генотипів патогена. Отже, рослина-господарь приймає безпосередню участь в формуванні структури популяції збудника бурої іржі. Таким чином, значні коливання в геномному складі популяції збудника бурої іржі відбуваються під впливом ряду зовнішніх факторів: особливості генотипу сорту, зовнішні кліматичні умови, природній добір і міграція спор.
Таблиця 4 - Гени вірулентності, що відповідають ідентифікованим домінантним расам
збудника P. recondita f. sp. tritici.
* - раса в популяції патогена не виявлена.
Таблиця 5 - Частота домінуючих генів вірулентності в популяції збудника
P. recondita f. sp. tritici.
1 - ізогенна лінія була стійкою і генів вірулентності до відповідного гена стійкості не виявлено.
Примітка. Відмінності між частотами ідентичних генів вірулентності достовірні при P<0,05 (*) і при P<0,01 (**); в дужках наведено номер року, з яким встановлено відмінність.
Маркерування ознаки стійкості до збудника бурої іржі
з використанням майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній озимої м’якої пшениці
Для інокуляції використовували раси 1, 77 біотип 1, 77 біотип 36, 149 і 184 з різним рівнем вірулентності і серію ізогенних за гліадиновими алелями ліній озимої м’якої пшениці, створених на основі сорту Безоста 1 (18 ліній). Встановлено, що ізогенна лінія з блоком компонентів Gli-B1m (9) була стійкою до всіх рас збудника бурої іржі (табл. 6). До раси 77 біотип 36 стійкість проявили лінії з алельними варіантами Gli-B1d(2), Gli-B1m(9), Gli-D1j(4), Gli-B1b(1), Gli-B1k(8) (сорт-донор Бельцька 32). До рас 77 біотип 1, 149 і 184 стійкі ізогенні лінії з алелями Gli-A1c(5), Gli-B1н, Gli-B1e(4), Gli-A1m(1). До раси 1 стійкими були ізогенні лінії з алелями Gli-B1b(1), Gli-B1m(9), Gli-D1i(6), Gli-A1m(1), Gli-B1k(8). Раси 1 і 77 домінують останнім часом в популяції збудника бурої іржі, тому отримані результати мають особливу актуальність. Решта ліній були сприйнятливими до дії патогена. Отже, при виведенні сортів пшениці стійких до збудника бурої іржі на сучасному етапі слід звернути увагу саме на названі блоки компонентів.
Таблиця 6 - Оцінка стійкості майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній озимої м’якої пшениці до різних за вірулентністю рас збудника бурої іржі.
* - в чисельнику показник ступеня ураження в % за шкалою Страхова (1951), де 1% - поодинокі пустули, а 5%...65% показники ураженої площі листка;
** - в знаменнику показник типу імунності за Mains і Jackson (1926),
де 0 - ознаки хвороби відсутні; 1-2 - стійкість; 3-4 - сприйнятливість;
*** - лінії, які були втрачені під час проведення дослідів.
Примітка. Латинськими літерами позначено алельний варіант за каталогом Metacovsky E.V. (1991), цифрами позначено той же алельний варіант за каталогом Созінова О.О. (1985).
Ізогенна лінія з блоком компонентів Gli-D1g(5) була стійкою до раси 77 біотип 36, але сприйнятливою до раси 1. Більшість вітчизняних сортів містять саме цей блок, що можливо обумовлює їх сприйнятливість до раси 1 і домінування її останнім часом в популяції збудника бурої іржі. Однозначно говорити, що саме блок Gli-D1g(5) обумовлює сприйнятливість до раси 1 не можна. Необхідно враховувати вплив інших компонентів гліадинів і їх взаємодію.
МАРКЕРУВАННЯ ГЕНІВ СТІЙКОСТІ ПШЕНИЦІ ДО ЗБУДНИКА БУРОЇ ІРЖІ ЗА ДОПОМОГОЮ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧНИХ МАРКЕРІВ
1. Маркерування генів стійкості за допомогою алельних варіантів глютенінкодуючих локусів. Вивчення електрофоретичних спектрів глютенинів, виділених з зерен ізогенних ліній, які створені на базі сорту Thatcher, показало, що змін в спектрах цих ліній відносно сорту-реципієнта Thatcher не виявлено. Сортова формула сорту Thatcher за глютенінкодуючими локусами Glu-1Ab, Glu-1Bc, Glu-1Dd. Провели електрофоретичний аналіз спектрів глютенінкодуючих локусів майже ізогенних ліній Lr9, Lr19, Lr23 i Lr26, створених на базі сорту Миронів-ська 808. Всі лінії мали спектр ідентичний сорту-реципієнта. Сортова формула сорту Миронівська 808: Glu-1Aa, Glu-1Bc, Glu-1Dd.
- Маркерування генів стійкості пшениці за допомогою алельних варіантів гліадинкодуючих локусів (рис. 1 і 2). Електрофоретичний аналіз сорту Thatcher і його ізогенних ліній показав, що сорт має специфічний комплекс компонентів в зонах локусів Gli-A1, Gli-B1, Gli-D1. Ізогенні лінії Lr26, Lr24, Lr29, Lr34 мали спектр, який за гліадинкодуючими локусами відрізнявся від сорту Thatcher (рис.1).
В спектрі ізогенної лінії Lr26 відмічено специфічні комплекси компонентів в зонах локусів Gli-B1 і Gli-D1. Один з них ідентифіковано як Gli-B1l(3). В зоні локусу Gli-D1 виявлено чотири компоненти з різною рухливістю. Ген стійкості Lr26 за каталогом McIntosh (1988) знаходиться в хромосомі 1B/1R, донор гена Imperial rye. Отже, блок Gli-B1l(3) є маркером гена стійкості Lr26.
Ізогенна лінія Lr24 має в спектрі специфічний комплекс компонентів Gli-D1Lr24, який складається з двох малорухомих і одного більш рухомого. Ген стійкості Lr24 за каталогом McIntosh (1988) знаходиться в хромосомі 3DS, донором є Agropyron elongatum. Ізогенна лінія Lr29 в своєму спектрі мала нуль алель Gli-D1Lr29. За каталогом McIntosh (1988) ген стійкості Lr29 знаходиться в хромосомі 7DS, а донором гена є Agropyron elongatum. Лінія Lr34 мала в зоні локусу Gli-D1 два специфічні компоненти. Сорт-донор гена стійкості Terenzio, а сам ген знаходиться за каталогом McIntosh (1988) в хромосомі 7D. Можливо, що заміщення в ізогенних лініях торкнулося не лише хромосом, де знаходяться ці гени стійкості. Воно відбулося і за хромосомою 1D, в якій знаходяться гени, що контролюють синтез гліадинів. В будь-якому випадку використання перелічених блоків компонентів гліадинів в якості маркерів відповідних генів стійкості потребує уточнень.
|
