Комплексная оценка устойчивости сортов яровой мягкой пшеницы татарстанской селекции к бурой ржавчине с использованием молекулярно-генетических и полевых методов

Актуальность. Бурая ржавчина Puccinia triticina Eriks. мягкой пшеницы является одной из наиболее вредоносных болезней в условиях умеренного климата Российской Федерации, вызывая значительные потери урожая и снижение качества зерна. В связи с этим актуальной задачей является оценка устойчивости сортов и разнообразия Lr генов у татарстанских сортов пшеницы. Наибольший интерес представляют гены Lr9, Lr19, Lr24, Lr26, Lr34, Lr37/Yr17/Sr38 и Lr46, обеспечивающие устойчивость на различных стадиях развития растений. Целью исследования являлась комплексная оценка устойчивости к бурой ржавчине сортов яровой мягкой пшеницы татарстанской селекции с использованием полевых и молекулярно-генетических методов. Материалы и методы. Устойчивость 15 сортов оценивали в полевых условиях в 2023-2025 годах на экспериментальной базе Татарского НИИСХ ФИЦ КазНЦ РАН по степени поражения флагового и предфлагового листьев. Идентификацию генов устойчивости проводили с использованием диагностических ДНК-маркеров, ассоциированных с шестью Lr-генами. Результаты и обсуждение. Наиболее устойчивыми в полевых условиях оказались сорта ‘Наставник’, ‘Хазинэ’ и ‘Чистопольская’, характеризующиеся наличием комбинаций Lr9+Lr24+Lr46, Lr19+Lr24 и Lr9+Lr24+Lr34 соответственно. Средний уровень устойчивости (индекс устойчивости 0,4-0,6) в эпифитотийный год имели сорта ‘Аль Варис’, ‘Балкыш’, ‘Буляк’ и ‘Сакара’. Показано, что высокая и долговременная устойчивость формируется за счёт сочетания расоспецифичных и возрастных генов. Полученные данные указывают на различия в информативности и специфичности молекулярных маркеров, использованных для оценки устойчивости сортов. Заключение. Проявление устойчивости в полевых условиях определяется генетическим фоном сорта, агроклиматическими условиями и расовым составом возбудителя. Результаты исследования могут быть использованы для целенаправленного отбора исходного материала и реализации стратегии пирамидирования генов устойчивости в селекционных программах яровой пшеницы.

1. Agarwal P., Jha S.K., Sharma N.K., Raghunanadan K., Mallick N., Niranjana M., Saharan M.S., Singh J.B., Vinod. Identification of the improved genotypes with 2NS/2AS translocation through molecular markers for imparting resistance to multiple biotic stresses in wheat. The Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 2021;81(4):522-528. DOI: 10.31742/IJGPB.81.4.4

2. Асхадуллин Д.Ф., Асхадуллин Д.Ф., Василова Н.З., Тазутдинова М.Р., Хусаинова И.И., Гайфуллина Г.Р. Характеристика эффективности генов устойчивости к листовой бурой ржавчине яровой пшеницы в условиях Республики Татарстан. Зерновое хозяйство России. 2023;(4):109-113. DOI: 10.31367/2079-8725-2023-87-4-109-113

3. Baranova O.А., Solyanikova V., Kyrova E., Kon’kova E., Gaponov S., Sergeev V., Shevchenko S., Mal’chikov P., Dolzhenko D., Bespalova L., Ablova I., Tarhov A., Vasilova N., Askhadullin D., Askhadullin D., Sibikeev S. Evaluation of resistance to stem rust and identification of Sr genes in Russian spring and winter wheat cultivars in the Volga region. Agriculture. 2023;13(3):635. DOI: 10.3390/agriculture13030635

4. Başer İ. Comparison of bread wheat genotypes for leaf rust resistance genes. Journal of Agricultural Sciences. 2020;26(1):22-31.

5. Bokore F.E., Knox R.E., Hiebert C.W., Cuthbert R.D., DePauw R.M., Meyer B., N'Diaye A., Pozniak C.J., McCallum B.D. A combination of leaf rust resistance genes, including Lr34 and Lr46, is the key to the durable resistance of the Canadian wheat cultivar, Carberry. Frontiers in Plant Science. 2022;6(12):775383. DOI: 10.3389/fpls.2021.775383

6. Caldwell R.M. Breeding for general and/or specific plant disease resistance. Proceedings of the Third International Wheat Genetics Symposium. Canberra: Australian Academy of Sciences; 1968. p.263-272.

7. Dakouri A., McCallum B.D., Radovanovic N., Cloutier. S. Molecular and phenotypic characterization of seedling and adult plant leaf rust resistance in a world wheat collection. Molecular Breeding. 2013;32:663-677. DOI: 10.1007/s11032-013-9899-8

8. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у новых российских сортов мягкой пшеницы. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(2):15-27. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-2-o2

9. Gultyaeva E., Gannibal P., Shaydayuk E. Long-term studies of wheat leaf rust in the north-western region of Russia. Agriculture. 2023; 13(2):255. DOI: 10.3390/agriculture13020255

10. Gultyaeva E.I., Kanyuka I.A., Alpateva N.V., Baranova O.A., Dmitriev A.P., Pavlyushin V.A. Molecular approaches in identifying leaf rust resistance genes in Russian wheat varieties. Russian Agricultural Sciences. 2009;35(5):316-319. DOI: 10.3103/S1068367409050085

11. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Рсалиев А.С. Идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у образцов яровой мягкой пшеницы российской и казахстанской селекции. Вестник защиты растений. 2019;(3):41-49. DOI: 10.31993/2308-6459-2019-3(101)-41-49

12. Gultyaeva E., Shaydayuk E., Kazartsev I., Akhmetova A., Kosman E. Microsatellite analysis of Puccinia triticina from Triticum and Aegilops hosts. Australasian Plant Pathology. 2018;47(2):163-170. DOI: 10.1007/s13313-018-0542-3

13. Гультяева Е.И., Сибикеев С.Н., Дружин А.Е., Шайдаюк Е.Л. Расширение генетического разнообразия сортов яровой мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине (Puccinia triticina Eriks.) в Нижнем Поволжье. Сельскохозяйственная биология. 2020;55(1):27-44. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.27rus

14. Kadkhodaei M., Dadkhodaie A., Assad M.T., Haidari B., Mostowfizadeh-Ghalamfarsa R. Identification of the leaf rust resistance genes Lr9, Lr26, Lr28, Lr34, and Lr35 in a collection of Iranian wheat genotypes using STS and SCAR markers. Journal of Crop Science and Biotechnology. 2012;15:267-274. DOI: 10.1007/s12892-012-0035-9

15. Киселева М.И., Коломиец Т.М., Пахолкова Е.В., Жемчужина Н.С., Любич В.В. Дифференциация сортов озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) по устойчивости к фитопатогенным грибам. Сельскохозяйственная биология. 2016;51(3):299-309. DOI: 10.15389/agrobiology.2016.3.299rus

16. Koláriková L., Svobodová-Leišová L., Hanzalová A., Holubec V., Jungová M., Esimbekova M. Leaf rust resistance genes in Aegilops genus: occurrence and efficiency. European Journal of Plant Pathology. 2023;167:335-348. DOI: 10.1007/s10658-023-02712-0

17. Kolmer J.A., Bajgain P., Rouse M.N., Li J., Zhang P. Mapping and characterization of the recessive leaf rust resistance gene Lr83 on wheat chromosome arm 1DS. Theoretical and Applied Genetics. 2023;136(5):115. DOI: 10.1007/s00122-023-04361-7

18. Lagudah E.S., McFadden H., Singh R., Huerta-Espino J., Bariana H., Spielmeyer W. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2006;114:21-30. DOI: 10.1007/s00122-006-0406-z

19. Leonova I.N., Skolotneva E.S., Salina E.A. Genome-wide association study of leaf rust resistance in Russian spring wheat varieties. BMC Plant Biology. 2020;20 (Suppl 1):135. DOI: 10.1186/s12870-020-02333-3

20. Liu Y., Gebrewahid T., Zhang P., Li Z., Liu D. Identification of leaf rust resistance genes in common wheat varieties from China and foreign countries. Journal of Integrative Agriculture. 2021;20:1302-1313. DOI: 10.1016/S2095-3119(20)63371-8

21. Макаров А.А., Стрижекозин Ю.А., Соломатин Д.А., Демичева Т.А., Кухтина А.В.. Количественная классификация сортов пшеницы по степени расонеспецифической устойчивости к бурой ржавчине. В кн.: Иммунитет сельскохозяйственных культур к возбудителям грибных болезней. Москва; 1991. С.105-110.

22. McCallum B.D., Hiebert C.W., Cloutier S., Bakkeren G., Rosa S.B., Humphreys D.G., Marais G.F., McCartney C.A., Panwar V., Rampitsch C., Saville B.J., Wang X. A review of wheat leaf rust research and the development of resistant cultivars in Canada. Canadian Journal of Plant Pathology. 2016;38:1-18. DOI: 10.1080/07060661.2016.1145598

23. Mohan R, Singh V.K., Chetan K.K., Rani L.U., Sameriya K.K., Kumar S., Bainsla N.K., Senthilraja G., Saharan M.S. Multiple patho-phenotyping and molecular analysis to characterize wide-spectrum durable leaf rust resistance in wheat collections from India. Frontiers in Microbiology. 2025;16:1596282. DOI: 10.3389/fmicb.2025.1596282

24. Mourad A.M.I., Draz I.S., Omar G.E., Börner A., Esmail S.M. Genome-Wide Screening of Broad-Spectrum Resistance to Leaf Rust (Puccinia triticina Eriks) in Spring Wheat (Triticum aestivum L.). Frontiers in Plant Science. 2022;13:921230. DOI: 10.3389/fpls.2022.921230

25. Omara R.I., Nehela Y., Mabrouk O.I., Elsharkawy M.M. The emergence of new aggressive leaf rust races with the potential to supplant the resistance of wheat cultivars. Biology. 2021;10:925. DOI: 10.3390/biology10090925

26. Peterson R.F., Campbell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals. Canadian Journal of Research. 1948;26(5):496-500. DOI: 10.1139/cjr48c-033

27. Плотникова Л.Я., Мешкова Л.В., Гультяева Е.И., Митрофанова О.П., Лапочкина И.Ф. Тенденция преодоления устойчивости к бурой ржавчине интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Aegilops speltoides Tausch. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(5):560-567. DOI: 10.18699/VJ18.395

28. Prasad P., Savadi S., Bhardwaj S.C., Gupta P.K. The progress of leaf rust research in wheat. Fungal Biology. 2020;124:537-550. DOI: 10.1016/j.funbio.2020.02.013

29. Raghunandan K., Tanwar J., Patil S.N., Chandra A.K., Tyagi S., Agarwal P., Mallick N., Murukan N., Kumari J., Sahu T.K., Jacob S.R., Kumar A., Yadav S., Nyamgoud S., Vinod, Singh A.K., Jha S.K. Identification of novel broad-spectrum leaf rust resistance sources from khapli wheat landraces. Plants. 2022;11(15):1965. DOI: 10.3390/plants11151965

30. Riaz M., Wong Y. Estimation of yield losses due to leaf rust and late seeding on wheat (Triticum aestivum L.) variety Seher-06 in district Faisalabad, Punjab, Pakistan. Advances in Biotechnology & Microbiology. 2017;5(2):555657. DOI: 10.19080/AIBM.2017.05.555657

31. Roelfs A.P. Barley stripe rust in Texas. Plant Disease. 1992;76:538. DOI: 10.1094/PD-76-0538C

32. Samborski D.J., Dyck P.L. Enhancement of resistance to Puccinia recondita by interactions of resistance genes in wheat. Canadian Journal of Plant Pathology. 1982;4(2):152-156. DOI: 10.1080/07060668209501317

33. Санин С.С., Неклеса Н.П., Санина А.А., Пахолкова Е.В. Методические рекомендации по созданию инфекционных фонов для иммунологических исследований пшеницы. Москва; 2008.

34. Селянинов Г.Т. О сельскохозяйственной оценке климата. В кн.: Труды по сельскохозяйственной метеорологии, Ленинград: Гидрометеоиздат; 1928. Вып. 20. С.165-177.

35. Шишкин Н.В., Дерова Т.Г., Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. Определение генов устойчивости к бурой ржавчине у сортов озимой мягкой пшеницы с использованием традиционных и современных методов исследований. Зерновое хозяйство России. 2018;(5):63-67. DOI: 10.31367/2079-8725-2018-59-5-63-67

36. Singh R.P., Singh P.K., Rutkoski J., Hodson D.P., He X., Jørgensen L.N., Hovmøller M.S., Huerta-Espino J. Disease impact on wheat yield potential and prospects of genetic control. Annual Review of Phytopathology. 2016;54(1):303-22. DOI: 10.1146/annurev-phyto-080615-095835

37. Skolotneva E.S., Kelbin V.N., Shamanin V.P., Boyko N.I., Aparina V.A., Salina E.A. The gene Sr38 for bread wheat breeding in Western Siberia. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(7):740-745. DOI: 10.18699/VJ21.084

38. Volkova G., Kudinova O., Vaganova O., Agapova V. Effectiveness of leaf rust resistance genes in the adult and juvenile stages in Southern Russia in 2011-2020. Plants. 2022;11(6):793. DOI: 10.3390/plants11060793

39. Xu B., Shen T., Chen H., Li H., Rehman S.U., Lyu S., Hua L., Wang G., Zhang C., Li K., Li H., Lan C., Chen G.Y., Hao M., Chen S. Mapping and characterization of rust resistance genes Lr53 and Yr35 introgressed from Aegilops species. Theoretical and Applied Genetics. 2024;137(5):113. DOI: 10.1007/s00122-024-04616-x

40. Yan X., Gebrewahid T.-W., Dong R., Li X., Zhang P., Yao Z., Li Z. Identification of known leaf rust resistance genes in bread wheat cultivars from China. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2021;57:91-101. DOI: 10.17221/6/2021-CJGPB

41. Zhang L., Zhao X., Liu J., Wang X., Gong W., Zhang Q., Liu Y., Yan H., Meng Q., Liu D. Evaluation of the resistance to Chinese predominant races of Puccinia triticina and analysis of effective leaf rust resistance genes in wheat accessions from the U.S. National Plant Germplasm System. Frontiers in Plant Science. 2022;(13):1054673. DOI: 10.3389/fpls.2022.1054673

42. Zhang W., Dubcovsky J. Association between allelic variation at the Phytoene synthase 1 gene and yellow pigment content in the wheat grain. Theoretical and Applied Genetics. 2008;116:635-645. DOI: 10.1007/s00122-007-0697-8

43. Жогалева О.С., Вожжова Н.Н., Шумская О.В., Дубина А.Ю., Иванисов М.М. Скрининг генов устойчивости к бурой ржавчине (Lr) у селекционных линий озимой мягкой пшеницы. Зерновое хозяйство России. 2022;14(6):23-28. DOI: 10.31367/2079-8725-2022-83-6-23-28