Характеристика популяции Puccinia graminis f. sp. Tritici на мягкой пшенице в Красноярском крае по вирулентности и полиморфизму микросателлитных повторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Актуальные сведения о генетической структуре восточносибирской популяции возбудителя стеблевой ржавчины пшеницы в современной литературе отсутствуют. Маршрутные обследования яровой мягкой пшеницы на территории Красноярского края в 2020–2022 гг. позволили обнаружить обширный очаг развития Puccinia graminis f. sp. tritici (Pgt), и собрать образцы восточносибирской популяции гриба. В результате процедуры типирования рас обнаружено низкое разнообразие фенотипов вирулентности: из 48 монопустульных изолятов Pgt идентифицировано только четыре расы. Было проведено сопоставление данных по вирулентности и ДНК полиморфизму микросателлитных повторов у образцов популяций патогена из соседних регионов. Местные расы различаются между собой по одному-двум генам вирулентности, но не менее чем по пяти генам от рас из Омской и Новосибирской областей и Алтайского края, идентифицированных в это же время в образцах популяций гриба. Список генов устойчивости пшеницы, к которым выявлена 100%-я авирулентность протестированных образцов восточносибирской популяции, достаточно широк: Sr7b, Sr9d, Sr9e, Sr17, Sr21, Sr24, Sr30, Sr31, Sr38, SrTmp. Их можно рассматривать для включения в программу селекции пшеницы на иммунитет в условиях Восточной Сибири, одиночно или в составе генетических пирамид. Ранее подобранная нами панель праймеров к микросателлитным локусам генома стеблевой ржавчины, имеющим диагностическое значение, использована для генотипирования материала из Красноярского края и кластерного сравнительного анализа с изолятами Pgt из других регионов Российской Федерации. На дендрограмме, позволяющей оценить генетические расстояния между различными популяциями, изоляты из Вост. Сибири максимально обособились как от изолятов из Зап. Сибири, так и от образцов инфекции из Поволжья и Центрального региона. В результате проведенного исследования, популяцию Pgt на мягкой пшенице в Красноярском крае можно характеризовать как генетически изолированную и слабовирулентную, имеющую свой собственный источник поддержания инфекции. Обнаруженный очаг развития стеблевой ржавчины в Красноярском крае свидетельствует о необходимости регулярного мониторингового обследования фитопатологической обстановки на посевах пшеницы в регионе.

Об авторах

Е. С. Сколотнева

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН

Email: sk-ska@yandex.ru
630090 Новосибирск, Россия

Ю. В. Лаприна

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН

Email: yulya.laprina@gmail.com
630090 Новосибирск, Россия

В. А. Апарина

Сибирский научно-­исследовательский институт растениеводства и селекции

Email: aparina.viktoriya@yandex.ru
630501 Краснообск, Россия

В. В. Пискарев

Сибирский научно-­исследовательский институт растениеводства и селекции

Email: piskaryov_v@mail.ru
630501 Краснообск, Россия

В. Н. Кельбин

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН

Email: kelbin.biolog@gmail.com
630090 Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Azbukina Z.M. Rust fungi of the Far East. Nauka, Moscow, 1974. (In Russ.).
  2. Baranova O., Solyanikova V., Kyrova E. et al. Evaluation of resistance to stem rust and identification of Sr genes in Russian spring and winter wheat cultivars in the Volga Region. Agriculture. 2023. V. 13 (3). P. 635. https://doi.org/10.3390/agriculture13030635
  3. Baranova O.A., Sibikeev S.N., Druzhin A.E. Molecular identification of the stem rust resistance genes in the introgression lines of spring bread wheat. Vavilov J. Genet. Breed. 2019. V. 23 (3). P. 296–303. https://doi.org/10.18699/VJ19.494
  4. Baranova O.A., Sibikeev S.N., Druzhin A.E. et al. Loss of effectiveness of Sr25 and Sr6Agi stem rust resistance genes in the Lower Volga region. Vestnik zashchity rasteniy. 2021. V. 104 (2). P. 105–112. (In Russ.). https://doi.org/10.31993/2308-6459-2021-104-2-14994
  5. Bariana H.S., McIntosh R.A. Cytogenetic studies in wheat. XV. Location of rust resistance genes in VPM1 and their genetic linkage with other disease resistance genes in chromosome 2A. Genome. 1993. V. 36 (3). P. 476–482. https://doi.org/10.1139/g93-06
  6. Berlin A., Samils B., Andersson B. Multiple genotypes within aecial clusters in Puccinia graminis and Puccinia coronata: improved understanding of the biology of cereal rust fungi. Fungal Biol. Biotechnol. 2017. V. 4 (1). P. 1–7. https://doi.org/10.1186/S40694-017-0032-3
  7. Dean R., Van Kan J.A., Pretorius Z.A. et al. The Top 10 fungal pathogens in molecular plant pathology. Molecular Plant Pathol. 2012. V. 13 (4). P. 414–430. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2011.00783.x
  8. Gnocato F.S., Dracatos P.M., Karaoglu H. et al. Development, characterization and application of genomic SSR markers for the oat stem rust pathogen Puccinia graminis f. sp. avenae. Plant Pathol. 2018. V. 67 (2). P. 457–466. https://doi.org/10.1111/PPA.12742
  9. Grain and flour market. 2024. https://zerno.ru/node/23608?ysclid=m3guazq04p993459959. Accessed 11.11.2024.
  10. Gultyaeva E.I., Kazartsev I.A. Molecular-genetic approaches to studying wheat leaf rust populations. Vestnik zashchity rasteniy. 2018. V. 2 (96). P. 5–12. (In Russ.).
  11. Gultyaeva E.I., Shaidayuk E.L., Shamanin V.P. et al. Genetic structure of Russian and Kazakh populations of the brown rust pathogen Puccinia triticina Erikss. by virulence and SSR markers. Selskokhozyaistvennaya Biologiya. 2018. V. 53 (1). P. 85–95. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.85eng
  12. Hammer O., Harper D., Ryan P. PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica. 2001. V. 4 (1). P. 1–9. http://palaeo-electronicaorg/2001_1/past/issue1_01htm
  13. Karaoglu H., Lee C.M.Y., Park R. Simple sequence repeats in Puccinia graminis: Abundance, cross-formae speciales and intra-species utility, and development of novel markers. Australas. Plant Pathol. 2013. V. 42 (3). P. 271–281. https://doi.org/10.1007/s13313-013-0199-x
  14. King J., Dreisigacker S., Reynolds M. et al. Wheat genetic resources have avoided disease pandemics, improved food security, and reduced environmental footprints: A review of historical impacts and future opportunities. Glob Change Biol. 2024. V. 30. P. 17440. https://doi.org/10.1111/gcb.17440
  15. Koishybaev M. Wheat diseases. Ankara: Prodovolstvennaya i selskokhozyaystvennaya organizatsiya OON (FAO). 2018. P. 365. (In Russ.).
  16. Lapochkina I.F., Baranova O.A., Gainullin N.R. et al. The development of winter wheat lines with several genes for resistance to Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici for use in breeding programs in Russia. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018. V. 22. P. 676–684. https://doi.org/10.18699/VJ18.410
  17. Lapochkina I.F., Baranova O.A., Shamanin V.P. et al. The development of the initial material of spring common wheat for breeding for resistance to stem rust (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici), including the Ug99 race, in Russia. Russian J. Genetics: Applied Research. 2017. V. 7. P. 308–317 https://doi.org/10.1134/S207905971703008X
  18. Lekomtseva S.N., Volkova V.T., Tchayka M.N. Aecidial “populations” of Puccinia graminis on barberry plants in the regions where sexual or asexual development of the fungus dominates. Mikologiya i fitopatologiya. 2000. V. 34. P. 59–62. (In Russ.).
  19. Michiels A.N., Van den Ende W., Tucker M. et al. Extraction of high-quality genomic DNA from latex-containing plants. Anal. Biochem. 2003. V. 315 (1). P. 85–89. https://doi.org/10.1016/S0003-2697(02)00665-6
  20. Naumov N.A. Rust of cereals in the USSR. Selkhozgiz, Leningrad, 1939. (In Russ.).
  21. Patpour M., Hovmøller M.S., Rodriguez-Algaba J. et al. Wheat stem rust back in Europe: diversity, prevalence and impact on host resistance. Front. Plant Sci. 2022. V. 13. P. 882440. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.882440
  22. Peakall R., Smouse P.E. GENALEX 6: Genetic Analysis in Excel. Population Genetic Software for Teaching and Research. Molecular Ecology Notes. 2006. V. 6 (1). P. 288–295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
  23. Roelfs A.P., Martens J.W. An international system of nomenclature for Puccinia graminis f. sp. tritici. Phytopathology. 1988. V. 78 (5). P. 526–533. https://doi.org/10.1094/PHYTO-78-526
  24. Rsaliyev A.S., Rsaliyev S.S. Principal approaches and achievements in studying race composition of wheat stem rust. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2018. V. 8. (22). P. 967–977. https://doi.org/doi/10.18699/VJ18.439
  25. Seah S., Spielmeyer W., Jahier J. et al. Resistance gene analogs within an introgressed chromosomal segment derived from Triticum ventricosum that confers resistance to nematode and rust pathogens in wheat. Mol. Plant Microbe Interact. 2000. V. 13 (3). P. 334–341. https://doi.org/10.1094/MPMI.2000.13.3.334
  26. Shamanin V.P., Morgunov A.I., Petukhovsky S.L. et al. Selection of spring soft wheat for resistance to stem rust in Western Siberia. Omsk, 2015. (In Russ.).
  27. Shamanin V., Salina E., Wanyera R. et al. Genetic diversity of spring wheat from Kazakhstan and Russia for resistance to stem rust Ug99. 2016. Euphytica. V. 212 (2). P. 287–296. https://doi.org/10.1007/s10681-016-1769-0
  28. Sinyak E.V., Volkova G.V. Distribution and virulence of the population of the pathogen Puccinia graminis pers. f.sp. tritici Erikss. et Henn. in the south of Russia. Molodoy uchenyy. 2015. V. 2. (89). P. 70–71. (In Russ.).
  29. Skolotneva E.S., Kelbin V.N., Morgunov A.I. et al. The racial composition of the Novosibirsk population of Puccinia graminis f. sp. tritici. Mikologiya i fitopatologiya. 2020. V. 54 (1). P. 49–58. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0026364820010092
  30. Skolotneva E.S., Kelbin V.N., Shamanin V.P. et al. The gene Sr38 for bread wheat breeding in Western Siberia. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2021. V. 25 (7). P. 740–745. (In Russ.). https://doi.org/10.18699/VJ21.084
  31. Skolotneva E.S., Kosman E., Kelbin V.N. et al. SSR Variability of stem rust pathogen on spring bread wheat in Russia. Plant Dis. 2023. V. 107 (2). P. 493–499. https://doi.org/10.1094/PDIS-10-22-2373-RE
  32. Skolotneva E.S., Laprina Y.V., Baranova O.A. et al. Characteristics of populations of Puccinia graminis f. sp. tritici existing on soft wheat in the Volga and Central regions of Russia by microsatellite loci. Pisma v Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2023. V. 9 (4). P. 201–208. (in Russ.). https://doi.org/10.18699/LettersVJ-2023-9-23
  33. Skolotneva E.S., Lekomtseva S.N., Kosman E. The wheat stem rust pathogen in the central region of the Russian Federation. Plant Pathology. 2013. V. 5 (62). P. 1003–1010. https://doi.org/10.1111/ppa.12019
  34. Smirnova L.A., Bessmeltsev V.I., Shinkarev D.A. Overwintering of uredomycelia rust. Zashchita rasteniy. 1968. V. 3. P. 51. (In Russ.).
  35. Vasilova N.Z., Askhadullin D.F., Askhadullin D.F. Epiphytotic stem rust on spring wheat in Tatarstan. Zashchita i karantin rasteniy. 2017. V. 2. P. 27–28. (In Russ.). https://doi.org/10.31993/2308-6459-2018-2(96)-5-12
  36. Visser B., Herselman L., Pretorius Z.A. Genetic comparison of Ug99 with selected South African races of Puccinia graminis f. sp. tritici. Mol. J. Patol. Plants. 2009. V. 10 (2). P. 213–222. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2008.00525.x
  37. Volkova G.V., Gladkova E.V., Kudinova O.A. et al. Effectiveness of stem rust resistance genes in Southern Russia. J. Phytopathol. 2024. V. 172 (5). P. e13407. https://doi.org/10.1111/JPH.13407
  38. Азбукина З.М. (Azbukina) Ржавчинные грибы Дальнего Востока. М.: Наука, 1974. 527 c.
  39. Баранова О.А., Сибикеев С.Н., Дружин А.Е. и др. (Baranova et al.) Потеря эффективности генов устойчивости к стеблевой ржавчине Sr25 и Sr6Agi на территории Нижнего Поволжья // Защита и карантин растений. 2017. Т. 2. С. 27–28.
  40. Василова Н.З., Асхадуллин Д.Ф., Асхадуллин Д.Ф. (Vasilova et al.) Эпифитотия стеблевой ржавчины на яровой пшенице в Татарстане // Защита и карантин растений. 2017. Т. 2. С. 27–28.
  41. Гультяева Е.И., Казарцев И.А. (Gultyaeva, Kazartsev) Молекулярно-генетические подходы в изучении популяций возбудителя бурой ржавчины пшеницы // Защита и карантин растений. 2018. Т. 2. С. 5–12.
  42. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Шаманин В.П. и др. (Gultyaeva et al.) Генетическая структура российских и казахстанских популяций возбудителя бурой ржавчины Puccinia triticina Erikss. по вирулентности и SSR маркерам // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53 (1). С. 85–95.
  43. Койшыбаев М. (Koyshibaev) Болезни пшеницы. Анкара: ФАО, 2018. 365 с.
  44. Лекомцева С.Н., Волкова В.Т., Чайка М.Н. (Lekomtseva et al.) Эциальные “популяции” Puccinia graminis на барбарисах в районах доминирования полового и бесполого развития гриба // Микология и фитопатология. 2000. Т. 34. С. 59–62.
  45. Наумов Н.А. (Naumov) Ржавчина хлебных злаков в СССР. Ленинград: Сельхозгиз, 1939. 402 c.
  46. Рынок зерновых и муки (Grain…) https://zerno.ru/node/23608?ysclid=m3guazq04p993459959 (дата обращения: 11.11.2024).
  47. Синяк Е.В., Волкова Г.В. (Sinyak, Volkova) Распространение и вирулентность популяции возбудителя Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici Erikss. et Henn. на юге России // Молодой ученый. 2015. Т. 2 (89). С. 70–71.
  48. Сколотнева Е.С., Кельбин В.Н., Моргунов А.И. и др. (Skolotneva et al.) Расовый состав новосибирской популяции Puccinia graminis f. sp. tritici // Микология и фитопатология. 2020. Т. 54. № 1. С. 49–58.
  49. Сколотнева Е.С., Кельбин В.Н., Шаманин В.П. и др. (Skolotneva et al.) Ген Sr38: значение для селекции мягкой пшеницы в условиях Западной Сибири // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021. Т. 25. № 7. С. 740–745.
  50. Сколотнева Е.С., Лаприна Ю.В., Баранова О.А. и др. (Skolotneva et al.) Характеристика популяций Puccinia graminis f. sp. tritici, существующих на мягкой пшенице в Поволжском и Центральном регионах России, по микросателлитным локусам // Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции. 2023. Т. 9. № 4. С. 201–208.
  51. Смирнова Л.А., Бессмельцев В.И., Шинкарев Д.А. (Smirnova et al.) Перезимовка уредомицелия ржавчины // Защита растений. 1968. № 3. С. 51.
  52. Шаманин В.П., Моргунов А.И., Петуховский С.Л. и др. (Shamanin et al.). Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к стеблевой ржавчине в Западной Сибири. Омск: ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2015. 149 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025