Характеристика устойчивости районированных сортов мягкой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости

Желтая пятнистость (пиренофороз) листьев – широко распространенное и экономически значимое заболевание пшеницы во всем мире. Выращивание устойчивых сортов – экологически безопасный метод контроля болезни. Цель данной работы – оценка сортов мягкой пшеницы, рекомендуемых для возделывания в Российской Федерации, по устойчивости к возбудителю желтой пятнистости и идентификация доминантного аллеля Tsn1 с использованием молекулярного маркера. Изучили 39 сортов озимой и 31 сорт яровой пшеницы, впервые включенных в Государственный реестр селекционных достижений в 2018-2020 годах. Устойчивость оценивали в контролируемых условиях при искусственном заражении ювенильных растений и сегментов листьев. Использовали два изолята Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs, продуцирующих токсины ToxA (I_ToxA) и ToxB (ToxB). Идентификация доминантного аллеля Tsn1 выполнена с помощью маркера Xfcp623. Высокий уровень устойчивости (R) к обоим изолятам (I_ToxA и I_ToxB) показали яровые сорта ‘Гренада’ и ‘Силач’; умеренно устойчивыми (MR) были озимые сорта ‘Фелиция’ и ‘Ахмат’, а также яровые – ‘Омская 42’, ‘Зауральская жемчужина’, ‘Радмира’, ‘Тарская 12’, ‘Экстра’. Устойчивой реакцией (R, MR) к изоляту I_ToxA характеризовались 26% озимых сортов и 45% яровых. Число сортов, устойчивых к изоляту I_ToxB, было существенно выше, 59% и 52%, для озимых и яровых сортов соответственно. Общая доля сортов, устойчивых к изоляту I_ToxA (реакция R, MR) в коллекции озимой пшеницы составила 26, яровой – 45%; к изоляту I_ToxB – 59 и 52%, соответственно. При использовании маркера Xfcp623 диагностический продукт амплификации выявлен у озимых сортов: ‘Бодрый’, ‘Кавалерка’, ‘Тимирязевка 150’, ‘Шеф’, ‘Анастасия’, ‘Барыня’, ‘Донская степь’, ‘Еланская’ и яровых: ‘Одета’, ‘Столыпинская 2’, ‘Ирень 2’, ‘ОМГАУ 100’. Все эти сорта умеренно восприимчивы к изоляту I_ToxA, за исключением ‘Одета’ и ‘Ирень 2’, что указывает на снижение уровня экспрессии гена ToxA в генотипах этих сортов. 

1. Ali S., Gurung S., Adhikari T.B. Identification and characterization of novel isolates of Pyrenophora tritici-repentis from Arkansas. Plant Disease. 2010;94(2):229-235. DOI: 10.1094/PDIS-94-2-0229

2. Amaike S., Ozga J.A., Basu U., Strelkov S.E. Quantification of ToxB gene expression and formation of appressoria by isolates of Pyrenophora tritici-repentis differing in pathogenicity. Plant Pathology. 2008;57:623-633. DOI: 10.1111/j.1365-3059.2007.01821.x

3. Antoni E.A., Rybak K., Tucker M.P., Hane J.K., Solomon P., Drenth A., Shanka M., Oliver R. Ubiquity of ToxA and absence of ToxB in Australian populations of Pyrenophora tritici-repentis. Australasian Plant Pathology. 2010;39:63-68. DOI: 10.1071/AP09056

4. Ciuffetti L.M., Manning V.A,, Pandelova I., Betts M.F., Martinez P. Host-selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici-repentis wheat interaction. New Phytologist. 2010;187:911-919. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2010.03362.x

5. Ciuffetti L.M., Tuori R.P., Gaventa J.M. A single gene encodes a selective toxin causal to the development of tan spot of wheat. Plant Cell. 1997;9(2):135-144. DOI: 10.1105/tpc.9.2.135

6. Faris J.D., Abeysekara N.S., McClean P.E., Xu S.S., Friesen T.L. Tan spot susceptibility governed by the Tsn1 locus and race-nonspecific resistance quantitative trait loci in a population derived from the wheat lines Salamouni and Katepwa. Molecular Breeding. 2012;30:1669-1678. DOI: 10.1007/s11032-012-9750-7

7. Faris J.D., Zhang Z., Lu H.J., Lu S.W., Reddy L., Cloutier S., Fellers J.P., Meinhardt S.W., Rasmussen J.B., Xu S.S., Oliver R.P., Simons K.J., Friesen T.L. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2010;107:13544-13549. DOI: 10.1073/pnas.1004090107

8. Friesen T.L., Faris J.D., Lai Z., Steffenson B.J. Identification and chromosomal location of major genes for resistance to Pyrenophora teres in a doubled-haploid barley population. Genome. 2006;49:855-859. DOI: 10.1139/g06-024

9. Гранин Е.Ф., Монастырская Э.М., Краева Г.А., Кочубей К.Ю. Пиренофороз озимой пшеницы на Северном Кавказе. Защита растений. 1989;12:21.

10. Hirrell M.C., Spradley J.P., Mitchell J.K., Wilson E.W. First report of tan spot caused by Drechslera tritici-repentis on winter wheat in Arkansas. Plant Disease. 1990;74(3):252.

11. Хохряков М.Л. Морфолого-биологическое обоснование систематики грибов рода Helminthosporium (sensu lato) на злаках: диссертация на соискание степени доктора биологических наук. Ленинград: ВИЗР; 1953.

12. Kokhmetova A, Sehgal D, Ali S, Atishova M, Kumarbayeva M, Leonova I, Dreisigacker S. Genome-wide association study of tan spot resistance in a hexaploid wheat collection from Kazakhstan. Frontiers in Genetics. 2021;11:581214. DOI: 10.3389/fgene.2020.581214

13. Кремнева О.Ю., Волкова Г.В. Структура популяции Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе по вирулентности и морфолого-культуральным признакам. Микология и фитопатология. 2007;41(4):356-361.

14. Krupinsky J.M. Aggressiveness of Pyrenophora tritici-repentis from alternative hosts. Phytopathology.1988;78(12):1526.

15. Krupinsky J.M. Grass hosts of Pyrenophora tritici-repentis. Plant Disease. 1992;76(1):92-95.

16. Lamari L., Bernier C.C. Evaluation of wheat lines and cultivars to tan spot based on lesion type. Canadian Journal of Plant Pathology.1989;11(1):49-56.

17. Lamari L., Bernier C.C., Smith R.B. Wheat genotypes that develop both tan necrosis and extensive chlorosis in response to isolates of Pyrenophora tritici-repentis. Plant Pathology.1991;75(2):121-122.

18. Luz W.C., Hosford R.M. Twelve Pyrenophora trichostoma races for virulence of wheat in central plains of North America. Phytopathology. 1980;70(12):1193-1196.

19. Manning V.A., Ciuffetti L.M. Necrotrophic effector epistasis in the Pyrenophora tritici-repentis-wheat interaction. PLoS One. 2015;10(4):e0123548. DOI: 10.1371/journal.pone.0123548

20. Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Желтая пятнистость пшеницы. Методические указания по изучению популяций возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis и устойчивости сортов. Санкт-Петербург. 2012.

21. Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Особенности взаимодействия генов Tsn1 и ToxA в патосистеме Triticum aestivum – Pyrenophora tritici-repentis. Вестник защиты растений. 2018;2(96):12-16.

22. Мироненко Н.В., Коваленко Н.М., Баранова О.А. Характеристика географически отдаленных популяций Pyrenophora tritici-repentis по вирулентности и генам токсинообразования ToxA и ToxB. Вестник защиты растений. 2019;1(99):24-29.

23. Moreno M.V., Stenglein S., Perello A.E. Distribution of races and Tox genes in Pyrenophora tritici-repentis isolates from wheat in Argentina. Tropical Plant Pathology. 2015;40(2):141-146. DOI: 10.1007/s40858-015-0011-2

24. Pfender W.F., Wootke S.L. Production of pseudothecia and ascospores by P. tritici-repentis in response to macronutrient concentration. Phytopathology. 1987;77(8):1213-1216.

25. Phan H.T.T., Rybak K., Furuki E., Breen S., Solomon P.S., Oliver R.P., Tan K.C. Differential effector gene expression underpins epistasis in a plant fungal disease. The Plant Journal. 2016;87:343-354. DOI: 10.1111/tpj.13203

26. Rees R.G., Platz G.J. The occurrence and control of yellow spot of wheat in north-eastern Australia. Australian Journal of Experimental Agriculture and Animal Husbandry. 1979;19(98):69-372.

27. Röder M.S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J., Tixier M.H., Leroy Ph., Ganal M.W. A microsatellite map of wheat. Genetics. 1998;149:2007-2023. DOI: 10.1093/genetics/149.4.2007

28. See P.T., Marathamuthu K.A., Iagallo E.M., Oliver R.P., Moffat C.S. Evaluating the importance of the tan spot ToxA-Tsn1 interaction in Australian wheat varieties. Plant Pathology. 2018;67:1066-1075. DOI: 10.1111/ppa.12835

29. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т.1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва: ФГБНУ «Росинформагротех»; 2022. 646 с.

30. Tan K.C., Ferguson-Hunt M., Rybak K., Waters O.D.C., Stanley W.A., Bond C.S., Stukenbrock E., Friesen T., Faris J., McDonald B., Oliver R. Quantitative variation in effector activity of ToxA isoforms from Stagonospora nodorum and Pyrenophora tritici-repentis. Molecular Plant - Microbe Interactions. 2012;25(4):515-522. DOI: 10.1094/MPMI-10-11-0273

31. Tuori R.P., Wolpert T.J., Ciuffetti L.M. Purification and immunological characterization of toxic components from cultures of Pyrenophora tritici-repentis. Molecular Plant-Microbe Interactions. 1995;8(1):41-48. DOI: 10.1094/mpmi-8-0041

32. Wiese M.V. Compendium of wheat diseases. American Phytopathological Society; 1977.

33. Защепкин Е.Е., Шутко А.П., Тутуржанс Л.В. Современные проблемы науки и образования. 2015;2:2. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22326 [дата обращения: 12.04.2022]

34. Zhang Z., Friesen T.L., Simons K.J., Xu S.S., Faris J.D. Development, identification, and validation of markers for marker-assisted selection against the Stagonospora nodorum toxin sensitivity genes Tsn1 and Snn2 in wheat. Molecular Breeding. 2009;23:35-49. DOI: 10.1007/s11032-008-9211-5