Идентификация носителей аллеля mlo11(cnv2) устойчивости к мучнистой росе среди ячменей коллекции ВИР

Актуальность. Поиск генотипов ячменя Hordeum vulgare L., носителей эффективных генов устойчивости к возбудителю мучнистой росы Blumeria graminis f. sp. hordei , актуален для российской селекции. Аллель mlo11, обеспечивающий длительную защиту ячменя от патогена, редко встречается среди допущенных к выращиванию на территории России сортов. Информации о встречаемости среди российских сортов другого эффективного аллеля – mlo11(cnv2) – нет, поэтому поиск его источников актуален. Материал и методы. В полевых и лабораторных условиях, изучили устойчивость 7 образцов ячменя из Эфиопии и 7 – из Японии к северо-западной популяции возбудителя мучнистой росы. Для идентификации аллелей гена Mlo были определены нуклеотидные последовательности фрагментов MITE (миниатюрного инвертированного мобильного элемента Stowaway-типа) и прилегающего промоторного участка. Результаты. С помощью фитопатологических тестов в поле и условиях теплицы, а также молекулярных маркеров, были исследованы 14 образцов ячменя из Эфиопии и Японии, по предварительной оценке, устойчивых к мучнистой росе. У четырех образцов из Эфиопии к-20087, к-20523, к-20524 и к-28126 впервые идентифицировали высокоэффективный аллель устойчивости ячменя к мучнистой росе mlo11(cnv2). В полевых условиях взрослые растения оказались устойчивыми, а в теплице поражались мучнистой росой умеренно (1-2 балла). Симптомы болезни оказались схожими с описанными для образца Eth295 – носителя вариантного аллеля mlo11(cnv2): единичные пустулы и отсутствие некротических пятен на листьях. С помощью ПЦР у всех 14 образцов были амплифицированы фрагменты MITE и участка прилегающего к Mlo 5' промоторной последовательности. Фрагменты были клонированы и секвенированы и только у образцов к-20087, к-20523, к-20524 и к-28126 в нуклеотидных последовательностях были обнаружены маркерные SNP для аллеля mlo11(cnv2): замены цитозина на тимин в позициях 262 транспозона и 452 в промоторной области. Образцы относятся к различным разновидностям и отличаются друг от друга по ряду других морфологических признаков, то есть не являются дублетами. Заключение. Генотипы, отобранные в ходе исследования, могут служить источниками аллеля mlo11(cnv2) при создании устойчивых к мучнистой росе сортов ячменя.

1. Abdullaev R.A., Lebedeva T.V., Alpatyeva N.V., Yakovleva O.V., Kovaleva O.V, Radchenko E.E., Anisimova I.N., Batasheva B.A., Karabitsina Yu.I., Kuznetsova E.B. Genetic diversity of barley accessions from Ethiopia for powdery mildew resistance. Russian Agricultural Sciences. 2019;45(3):232-235. DOI: 10.3103/S1068367419030029

2. Абдуллаев Р.А., Баташева Б.А., Алпатьева Н.В., Чумаков М.А., Радченко Е.Е., Ковалева О.Н., Яковлева О.В. Устойчивость допущенных к использованию в России сортов ячменя к вредным организмам и токсичным ионам алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):120-127. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-120-127

3. Алпатьева Н.В., Антонова О.Ю., Радченко Е.Е., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Анисимова И.Н. ПЦР-диагностика вредных организмов гуара: (методические указания) / под ред. Е.К. Потокиной. Санкт-Петербург: ВИР; 2019. DOI: 10.30901/978-5-907145-44-3

4. Анисимова И.Н., Алпатьева Н.В., Абдуллаев Р.А., Карабицина Ю.И., Кузнецова Е.Б. Скрининг генетических ресурсов растений с использованием ДНК-маркеров: основные принципы, выделение ДНК, постановка ПЦР, электрофорез в агарозном геле: (методические указания) / под ред. Е.Е. Радченко. Санкт-Петербург: ВИР; 2018. DOI: 10.30901/978-5-905954-81-8

5. Dawson I.K., Russell J., Powell W., Steffenson B., Thomas W.T.B., Waugh R. Barley: a translational model for adaptation to climate change. New Phytologist. 2015;206:913-931. DOI: 10.1111/nph.13266

6. Dreiseitl A. Genes for resistance to powdery mildew in European barley cultivars registered in the Czech Republic from 2011 to 2015. Plant Breeding. 2017;136(3):351-356. DOI: 10.1111/pbr.12471

7. Ge X., Deng W., Lee Z.Z., Lopez-Ruiz F.J., Schweizer P., Ellwood S.R. Tempered mlo broad-spectrum resistance to barley powdery mildew in an Ethiopian landrace. Scientific Reports. 2016;6(1):29558. DOI: 10.1038/srep29558

8. Ge C., Moolhuijzen P., Hickey L., Wentzel E., Deng W., Dinglasan E.G., Ellwood S.R. Physiological changes in barley mlo-11 powdery mildew resistance conditioned by tandem repeat copy number. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(22):8769. DOI: 10.3390/ijms21228769

9. Gong X., Li C., Zhang G., Yan G., Lance R., Sun D. Novel Genes from Wild Barley Hordeum spontaneum for Barley Improvement. In: G. Zhang, C. Li, X. Liu (eds). Advance in Barley Sciences. Springer: Dordrecht; 2013. p.69-89. DOI: 10.1007/978-94-007-4682-4_6

10. Jørgensen J.H., Wolfe M. Genetics of powdery mildew resistance in barley. Critical Reviews in Plant Sciences. 1994;13(1):97-119. DOI: 10.1080/07352689409701910

11. Kusch S., Panstruga R. mlo-based resistance: An apparently universal "weapon" to defeat powdery mildew disease. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2017;30:179-189. DOI: 10.1094/MPMI-12-16-0255-CR

12. Лоскутов И.Г., Ковалева О.Н., Блинова Е.В. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

13. Mains E.B., Dietz S.M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis DC. Phytopathology. 1930;20(3):229-239.

14. Piffanelli P., Ramsay L., Waugh R., Benabdelmouna A., D’Hont A., Hollricher K., Jorgensen J.H., Schulze-Lefert P., Panstruga R. A barley cultivation-associated polymorphism conveys resistance to powdery mildew. Nature. 2004;430(7002):887-891. DOI: 10.1038/nature02781

15. Радченко Е.Е., Звейнек И.А., Тырышкин Л.Г., Коновалова Г.С., Семенова А.Г., Хохлова А.П. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 751. Устойчивость образцов из Юго-Восточной Азии к вредителям и болезням. Санкт-Петербург: ВИР; 2004.

16. Reinstädler A., Müller J., Jerzy H., Czembor J.H., Piffanelli P., Panstruga R. Novel induced mlo mutant alleles in combination with site-directed mutagenesis reveal functionally important domains in the heptahelical barley Mlo protein. BMC Plant Biology. 2010;10(1):31. DOI: 10.1186/1471-2229-10-31

17. Seeholzer S. Isolation and characterization of new R-protein variants encoded at the barley Mla locus that specify resistance against the fungus powdery mildew. University of Zurich, Faculty of Science; 2009. DOI: 10.5167/uzh-31283

18. Сурин Н.А., Зобова Н.В., Ляхова Н.Е., Нешумаева Н.В, Плеханова Л.В., Чуслин А.А., Онуфриенок Т.В., Герасимов С.А., Липшин А.Г. Источники ценных признаков в селекции ячменя на адаптивность. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(6):36-40.

19. Takahashi R. The origin and evolution of cultivated barley. Advances in Genetics. 1955;7(3):227-266. DOI: 10.1016/S0065-2660(08)60097-8

20. Tratwal A., Bocianowski J. Blumeria graminis f. sp. hordei virulence frequency and the powdery mildew incidence on spring barley in the Wielkopolska province. Journal of Plant Protection Research. 2014;54(1):28-35. DOI: 10.2478/jppr-2014-0005

21. Вавилов Н.И. Происхождение и география культурных растений / под ред. В.Ф. Дорофеева. Ленинград: Наука; 1987.