Оценка интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Agropyron glaucum по устойчивости к листовой ржавчине - Дипломная работа

Поскольку главной задачей являлось передача устойчивости к листовой ржавчине от Ag. glaucum мягкой пшенице, нами была проведена оценка 24 ранее не изученных интрогрессивных линий по устойчивости к этому патогену. Косвенным доказательством наличия определенной(ых) пырейных хромосом можно считать устойчивость такого растения к листовой ржавчине или мучнистой росе, не свойственную сорту Аврора. Оценка линий по устойчивости выявила полиморфизм в реакции растений на поражение листовой ржавчиной (табл.1). В целом из 24 линий высокую устойчивость к листовой ржавчине проявили 10 (41%): 60, 109, 126, 127, 133, 139, 149, 157, 179 и 181. Широкий полиморфизм линий по устойчивости к листовой ржавчине может свидетельствовать либо о множественных интрогрессиях генетического материала Ag. glaucum в геном мягкой пшеницы сорта Аврора, либо об интрогрессии определенных транслокаций в разные хромосомы.

В результате скрещивания амфидиплоида Аврокум с восприимчивым сортом Аврора, последующих беккроссов и самоопылений гибридного потомства была получена популяция интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Ag.glaucum [8].

Поскольку главной задачей являлось передача устойчивости к листовой ржавчине от Ag. glaucum мягкой пшенице, нами была проведена оценка 24 ранее не изученных интрогрессивных линий по устойчивости к этому патогену.

Одним из основных условий применения интрогрессивных линий в качестве доноров является их цитологическая стабильность, поскольку она тесно связана с нормальным онтогенезом растений. Очень важно также, в каком виде генетический материал с необходимыми признаками от дикого вида привнесен в геном мягкой пшеницы (дополненные хромосомы, замещенные хромосомы, транслокации или рекомбинации).

В связи с этим, был проведен цитологический анализ изучаемых линий. Анализ показал, что из 24 линий 23 имеют стабильный мейоз и формируют МІ мейоза 21 бивалент.

Высокая доля мейотически стабильных линий связана с тем, что для передачи генетического материала Ag. glaucum использовали беккроссы с мягкой пшеницей, чередуя их с самоопылением.

При ассоциации в мейозе 21II можно предположить наличие замещенных хромосом. Такие растения должны быть исследованы на присутствие в их геноме чужеродных хромосом. Не исключена возможность и получения растений с транслокациями. Косвенным доказательством наличия определенной(ых) пырейных хромосом можно считать устойчивость такого растения к листовой ржавчине или мучнистой росе, не свойственную сорту Аврора.

Оценка линий по устойчивости выявила полиморфизм в реакции растений на поражение листовой ржавчиной (табл.1). Были идентифицированы линии с разным типом реакции растений на поражение: высокоустойчивые с типом реакции 01 и 1; среднеустойчивые (тип реакции 2); средне-(3) и сильно восприимчивые (4). В целом из 24 линий высокую устойчивость к листовой ржавчине проявили 10 (41%): 60, 109, 126, 127, 133, 139, 149, 157, 179 и 181. К среднеустойчивым относятся линии 1, 57, 119 и 151.

Также было выявлено 5 линий (37, 49, 89, 103, 124) с гетерогенным типом реакции, у которых на фоне высокой устойчивости (тип реакции 1) проявляются единичные пустулы с типом реакции 3. Линии 7, 19, 25, 31 и 71 восприимчивы к местной популяции листовой ржавчины.

Широкий полиморфизм линий по устойчивости к листовой ржавчине может свидетельствовать либо о множественных интрогрессиях генетического материала Ag. glaucum в геном мягкой пшеницы сорта Аврора, либо об интрогрессии определенных транслокаций в разные хромосомы.

В настоящее время известно о передаче 4 генов устойчивости к листовой ржавчине из рода Agropyron в мягкую пшеницу. От вида A. elongatum переданы гены устойчивости Lr19, Lr24 и Lr29, которые локализованы соответственно в длинном плече хромосомы 7D, в длинном плече хромосомы 3D и коротком плече хромосомы 7D. От вида A. intermedium в хомосому 2AL передан ген устойчивости к листовой ржавчине Lr38.

Таблица 1-Устойчивость к листовой ржавчине интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Ag. glaucum

Линия Число хромосом Ассоциация хромосом в МІ мейоза Тип реакции, балл

1 42 21II 2

7 42 21II 3

19 42 21II 3

25 42 21II 3

31 42 21II 4

37 42 21II 1/3

49 42 21II 1/3

57 42 21II 2

60 42 21II 01

71 42 21II 4

89 42 21II 1/3

103 42 21II 1/3

109 42 21II 01

119 42 21II 2

124 42 21II 01/3

126 42 21II 01

127 42 21II 01

133 42 21II 01

139 42 20II 2I 01-3

149 42 21II 1

151 42 21II 2

157 42 21II 1

179 42 21II 01

181 42 21II 01

Ген Lr19 из за широко использования в селекционных программах частично потерял свою устойчивость. Остальные три гена проявляют высокую эффективность к патогену в том числе и во всех основных регионнах возделывания пшеницы в России[9].

Генетическую природу устойчивости к листовой ржавчине определяли на основе гибридологического анализа.

Для этого нами были отобраны две линии 60 и 109. Эти линии имеют одинаковый тип реакции на поражение листовой ржавчиной. Линия 60 проявляет устойчивость к желтой ржавчине и мучнистой росе, тогда как линия 109 восприимчива к этим патогенам. Исходя из этого, мы предполагали, что устойчивость к болезням и в том числе к листовой ржавчине у этих линий связан с замещением разных хромосом пшеницы на соответствующие от Ag. glaucum.

Число генов, контролирующих устойчивость у исследуемых линий, определяли на основе расщепления по этому признаку в популяциях F2, полученных от скрещивания с восприимчивым сортом Аврора.

Оценка устойчивости к листовой ржавчине в F1, полученном от скрещивания линий 60 и 109 с сортом Аврора, показала, что все гибридные растения были устойчивыми. Исходя из этого, можно сделать предварительный вывод, что гены, ответственные за устойчивость к листовой ржавчине у линии 60 и 109 является доминантными. Данные анализа гибридов F2 в отношении устойчивости к листовой ржавчине приведены в таблице 2.

Гибридные растения F2 от скрещивания линии 60 и сорта Аврора достоверно (?2- 0,51) расщеплялись в соотношении, близком к теоретически ожидаемому 3:1. В комбинации 109 х Аврора также получено соотношение, близкое к теоретическому 3:1 (?2- 0,31).

Следовательно, устойчивость к листовой ржавчине у обеих линий контролируется одним доминантным геном.

Таблица 2 - Расщепление по устойчивости к листовой ржавчине в F2 от скрещивания линий между собой с восприимчивым сортом Аврора и тестерами с известными генами устойчивости Lr19 и Lr24

Комбинация скрещивания Соотношение устойчивых и восприимчивых растений ?2 Р фактическое Теоретически ожидаемое

60/Аврора 153:57 3:1 0,51 0,50-0,25

109/Аврора 174:63 3:1 0,31 0,75-0,50

60/ Lr19 173:15 15:1 0,95 0,50-0,25

60/Lr24 201:10 15:1 0,82 0,50-0,25

109/ Lr19 162:14 15:1 1,35 0,20-0,25

109/Lr24 216:18 15:1 0,83 0,50-0,25

109/60 245:13 15:1 0,64 0,50-0,25

Чтобы подтвердить предположение о наличии или отсутствии у исследуемых линий идентичных генов устойчивости к листовой ржавчине, они были скрещены между собой.

Доминантный ген устойчивости линии 60 независим от гена, имеющихся у линий 109. Расщепление гибридов в F2 соответствовало ожидаемому 15:1 при взаимодействии двух доминантных дупликатных генов (?2 -0,64).

Для идентификации генов устойчивости к листовой ржавчине в качестве тестеров были взяты линии с эффективными генами Lr19 и Lr24.

Во всех комбинациях скрещивания наблюдалось расщепление близкое к теоретически ожидаемому 15:1, что указывает на независимое наследование двух доминантных генов.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что исследуемые линии защищены генами устойчивости к листовой ржавчине, отличными от Lr19 и Lr24.

В целях подтверждения полученных результатов идентификацию генов устойчивости Lr19 и Lr24 у линии 60 и 109 также осуществляли с применением молекулярных маркеров. ПЦР- анализ проводили с использованием маркеров GB к гену Lr19 и J09 гену Lr24. У обеих линий данные гены устойчивости к листовой ржавчине не идентифицированы.

Таким образом, гены устойчивости исследуемых линий различаются между собой, отличаются от используемых известных эффективных генов Lr19 и Lr24, которые могут нести линии, исходя из их родословной. В дальнейшем планируется проведение работ по идентификации у изучаемых линий генов устойчивости Lr29 и Lr38.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 11-04.96542).

1. Цицин Н.В. Отдаленная гибридизация растений. М.:Сельхозгиз, 1954. 432 с.

2. Mc Guire P.E., Dvorak J. High salt-tolerance potential in wheat grasses // Crop Sci. 1981. V. 21. № 5. P. 497-500.

3. Sharma H.C., Gill B.S. Current status of wide hybridization in wheat // Euphytica. 1983. 32. P. 17-31.

4. Kerber E.R., Dyck P.L. Inheritance in hexaploid wheat leaf rust resistance and other characters derived from Aegilops squarrosa // Can. J. Genet. Cytol. 1969.V. 11. P. 639-647.

5. Жиров Е. Г., Терновская Т. К. Геномная инженерия у пшеницы // Вестник сельскохозяйственной науки.1984, №10. С. 58-66.

6. Waninge J.A. A modiffied of counting chromosomes on root tip cels of wheat // Euphitica.1965. V.14 .№ 3. P. 249-256.

7. Mains E.B., Jakson H.S. Fhysiologic specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticiana Erikss. // Phytopatology.1926. №16. P. 89-120.

8. Давоян, Р. О., Бебякина И. В., Бессараб К. С. Получение и характеристика чужеродно-замещенных линий озимой мягкой пшеницы Аврора с хромосомами Agropyron glaucum // Эволюция научных технологий в растениеводстве: сб. науч. тр., посвященный 90-летию КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко. Краснодар. 2004a. T.3. С. 3-9.

9. Zhemchuzina A., Kurkova N. Structure of population of Puccinia triticina in various regions of Russia in 2006-2008 // Abstracts of 8th Intrenational Wheat Conference. 1-4 june 2010. St. Petersburg, Russia. P.279.

Размещено на .ru