Определение полиморфизма образцов синтетической пшеницы по содержанию белка, клейковины, железа и микроэлементов в зерне. Отбор устойчивых к болезням образцов по комплексу хозяйственно ценных признаков в сравнении со стандартным яровым сортом Лада.
Аннотация к работе
Потенциал гексаплоидных синтетических пшениц как источников устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росеРабота выполнена в Российском университете дружбы народов и в Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка» Российской академии сельскохозяйственных наук Научные руководители: доктор биологических наук Лапочкина Инна Федоровна кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Романова Елена Валерьевна Официальные оппоненты: Березкин Анатолий Николаевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Николаев Александр Александрович кандидат биологических наук, Институт общей генетики имени Н.И.Вавилова Российской академии наук, лаборатория функциональной геномики, младший научный сотрудник Защита состоится 10 октября 2012 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.10 при Российском государственном аграрным университете - МСХА имени К.А.Тимирязева по адресу: 127550, г.В связи с этим, изучение синтетиков в условиях Нечерноземной зоны и отбор новых источников устойчивости к наиболее распространенным грибным заболеваниям пшеницы (бурая ржавчина и мучнистая роса), сочетающих устойчивость с другими хозяйственно-ценными признаками, является актуальным направлением исследований. Цель исследований - провести оценку образцов коллекции синтетической пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине возбудитель Puccinia triticina Rob. ex Desm f. sp. tritici Erikss. et Henn и мучнистой росе (Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. tritici Marchal.) и другим хозяйственно ценным признакам и выделить лучшие источники для использования в селекционном процессе в Нечерноземной зоне. Оценить коллекцию синтетической пшеницы на инфекционном фоне бурой ржавчины и на провокационном фоне мучнистой росы в 2009-2011 годах и отобрать источники устойчивости к этим заболеваниям для условий Нечерноземной зоны РФ. Установить характер наследования устойчивости к болезням гибридами F1 и F2, полученных от скрещивания устойчивых к болезням образцов с тестером восприимчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе (линия Хакасская) и тестерами устойчивости (линиями с эффективными генами устойчивости Lr и Pm), и определить наиболее вероятное число генов, детерминирующих устойчивость к этим заболеваниям. Впервые в условиях Нечерноземной зоны оценена коллекция синтетических пшениц (400 образцов) из NSGC USDA-ARS по устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе и отобраны источники устойчивости к этим заболеваниям.Коллекция из 400 образцов синтетической яровой пшеницы была оценена по устойчивости к мучнистой росе (провокационный фон) и бурой ржавчине (искусственный фон заражения) в 2009, 2010 и 2011 гг. в полевых условиях. В 2009 году было выделено 164 образца с поражением (0-20% и типом реакции 0-2), а также выделено 17 образцов с групповой устойчивостью к бурой ржавчине и мучнистой росе (табл.1). После статистической обработки данных по продуктивности колоса и негативного отбора по зерну для повторных оценок устойчивости в 2010 году, было отобрано, а затем высеяно, 127 образцов (88 с устойчивостью к бурой ржавчине; 23 - с устойчивостью к мучнистой росе; 16 - с групповой устойчивостью к обоим заболеваниям). По итогам иммунологических оценок в 2009-2010 гг. было отобрано 33 образца, устойчивых к мучнистой росе (5-10% поражения), 60 образцов устойчивых к бурой ржавчине (0-20% поражения), а также 15 образцов с устойчивостью к двум заболеваниям (табл. Ежегодное наблюдение за коллекцией яровой мягкой пшеницы с известными генами устойчивости к бурой ржавчине (почти изогенные линии) и коллекцией образцов мягкой пшеницы с известными генами Pm, позволило установить, что в Московской области высокоэффективными генами устойчивости к бурой ржавчине являются: гены ювенильной устойчивости Lr9, Lr24, Lr27 31, Lr28, Lr29, Lr36, Lr47 и ген LRTR, гены устойчивости взрослого растения: Lr12, Lr13, Lr22a, Lr37, а также ген Lr46, определяющий замедленное развитие бурой ржавчины на растении (ген slow rusting).У лучших 45 по комплексу хозяйственно-ценных признаков образцов SHWS изучена изменчивость содержания белка, клейковины, Fe, Cu, Zn, Mg в зерне. Большинство образцов синтетической пшеницы крупнозерные (39 образцов из 45 имели массу 1000 зерен выше 40г). По накоплению белка и клейковины в зерне синтетические пшеницы также имели лучшие показатели в сравнении с сортами мягкой пшеницы Лада и Родина (содержание белка у синтетиков варьировало от 14 до 24%, а клейковины от 22.1% до 44.1% в сравнении с сортами 12.5-14.3% и 22.1-26.8% соответственно). По содержанию меди в зерне выделены образцы с очень низким содержанием элемента 2.2-2.5 мг/кг, что в 2-3 раза ниже, чем у сортов мягкой пшеницы, так и образцы с высоким содержанием меди (PI 648527 - 7.2 мг/кг; PI 648840 - 7.9 мг/кг; PI 648837 - 8.8 мг/кг).
План
Содержание белка, клейковины и микроэлементов в зерне
Вывод
Оценка коллекции синтетической пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе
Коллекция из 400 образцов синтетической яровой пшеницы была оценена по устойчивости к мучнистой росе (провокационный фон) и бурой ржавчине (искусственный фон заражения) в 2009, 2010 и 2011 гг. в полевых условиях. В 2009 г. отмечено эпифитотийное развитие мучнистой росы. Иммунных образцов к этому заболеванию не выявлено. Но 50 образцов из 400 проявили устойчивость (поражение в пределах 5-10%). По бурой ржавчине обнаружены образцы с различной степенью устойчивости: от высокой восприимчивости (60-80% поражения) до иммунных (0% поражения). В 2009 году было выделено 164 образца с поражением (0-20% и типом реакции 0-2), а также выделено 17 образцов с групповой устойчивостью к бурой ржавчине и мучнистой росе (табл.1).
Таблица 1
Распределение образцов синтетической яровой пшеницы по степени поражения бурой ржавчиной (2009 г.)
Всего образцов Восприимчивых образцов Устойчивых образцов с поражением Образцов с групповой Устойчивостью к мучнистой росе и бурой ржавчине
0-1% 1-5% 5-20%
400 236 81 46 37 17
После статистической обработки данных по продуктивности колоса и негативного отбора по зерну для повторных оценок устойчивости в 2010 году, было отобрано, а затем высеяно, 127 образцов (88 с устойчивостью к бурой ржавчине; 23 - с устойчивостью к мучнистой росе; 16 - с групповой устойчивостью к обоим заболеваниям). Вегетационный период 2010 года характеризовался повышенными температурами и дефицитом осадков, но обильные утренние росы способствовали эффективному заражению растений и развитию бурой ржавчины. По сравнению с 2009 г., в 2010 отмечался более высокий уровень поражения бурой ржавчиной стандартных сортов (Лада и Родина), тестера восприимчивости (линия Хакасская) и образцов коллекции синтетической пшеницы. По итогам иммунологических оценок в 2009-2010 гг. было отобрано 33 образца, устойчивых к мучнистой росе (5-10% поражения), 60 образцов устойчивых к бурой ржавчине (0-20% поражения), а также 15 образцов с устойчивостью к двум заболеваниям (табл. 2).
Таблица 2
Распределение образцов SHWS по устойчивости к мучнистой росе и бурой ржавчине по результатам иммунологических оценок в 2009-2010 гг.
Всего образцов Число образцов с различным уровнем устойчивости к Число образцов бурой ржавчине мучнистой росе бурой ржавчине образцов восприимчивых к двум заболеваниям
127 0-1% 1-5% 10-20% 0-5% 5-10% 10-15% 15 19
21 19 20 6 25 2
По результатам структурного анализа в 2010 г. было отобрано 50 образцов, лучших по устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе. В 2011 г. большинство образцов подтвердили оценки устойчивости в 2009 и 2010 гг. (табл.3).
Таблица 3
Поражение бурой ржавчиной (%/тип реакции) и мучнистой росой (%) у 50 лучших по комплексу хозяйственно ценных признаков образцов SHWS (2009-2011)
Номер каталога NSGC Поражение Каталожный номер NSGC Поражение
PI 369659 0 0; 1 25 10 25 PI 648679 5/1-2 1/1-2 1/1 10 7 10
PI 613306 0 1 0 70 10 30 PI 648680 5/1 15/2 1/1 10 7 10
PI 613310 1/1 5/1 1/1 30 7 40 PI 648693 1/1 1/1 0 25 10 5
PI 613322 0 1 0 30 15 40 PI 648724 0 0; 1 15 5 15
PI 648489 60 60/2 60/2 9 5 10 PI 648726 5/2 30/3 1/1-2 15 0 15
PI 648527 0 0 0 30 7 30 PI 648752 1/1 15/2 1/1 50 5 10
PI 648530 25/3 80 50/3 7 5 5 PI 648756 50 60 10/3 10 0 15
PI 648572 1/2-3 80 30/3 7 0 5 PI 648757 30/2 60/4 15/4 10 5 15
PI 648573 1/2-3 25/3 5/2-3 5 1 0 PI 648760 5 20/2 10/3 3 5 10
PI 648588 0 0 0 10 10 15 PI 648767 40 1/1 10/3 5 0 15
PI 648597 0 0 0 10 10 60 PI 648784 20/3 60/4 20/3 10 1 15
PI 648598 5/2 40/3 3/2-3 10 5 10 PI 648787 1/0; 10/2 10/4 15 15 10
PI 648599 1/1 1/1 0 10 5 25 PI 648808 30/2-3 40/2-3 10/2 5 0 15
PI 648603 10/3 0 10/3 25 5 25 PI 648821 0 1/1 0 25 10 30
PI 648611 0 0 0 50 20 40 PI 648822 40/3 60/4 40/3 10 3 10
PI 648612 15/2 0 10/2 40 10 50 PI 648826 1/1 15/1 1/1 5 3 5
PI 648621 1/1 1/2 5/1-2 25 10 25 PI 648827 25/3 60/4 25/3 3 1 10
PI 648633 1/1 0 0 40 15 40 PI 648836 40/2-4 40/2-4 1/2 10 5 5
PI 648645 0 5/1 0 15 5 40 PI 648837 5/2 5/1 1/2 15 10 10
PI 648650 1/1 1/1 0 15 10 25 PI 648842 0 0 0 15 5 10
PI 648651 1/0; 1/0; 0 20 10 25 PI 648851 0 0 0 15 5 10
PI 648655 0 0 0 25 7 25 PI 648858 10/2 10/2 5/1-2 15 0 10
PI 648656 1/1 0 0 50 20 60 PI 648859 1/0; 5/2 3/2 10 0 15
PI 648662 1/1 10/2 0 50 20 80 PI 648860 1/0; 0 10/2 7 5 25
PI 648663 10/2 5/1 0 20 7 15 PI 648864 1/1 5/2 1/1 25 0 25
Перечисленные образцы можно использовать в селекции на иммунитет в качестве источников устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе.
Морфологическое описание и определение цитогенетической стабильности образцов синтетической пшеницы
При выращивании образцов коллекции в условиях Подмосковья, мы обратили внимание на расщепление по ряду морфологических признаков у некоторых образцов. В частности, отмечено наличие/отсутствие остей, варьирование окраски колоса, опушение/отсутствие опушения на колосе и листе, наличие/отсутствие воскового налета на растении и колосе. Такое расщепление в пределах некоторых образцов могло быть обусловлено как засорением в процессе выращивания коллекции, так и с некоторыми цитологическими нарушениями мейоза и оплодотворения у синтетически полученных амфидиплоидов, которыми являются синтетические пшеницы. В связи с этим явлением, часть коллекции SHWS была подвергнута цитологическому анализу мейоза. В 2010 и 2011 годах был проанализирован 71 образец по характеру конъюгации хромосом в метафазе I мейоза и стадии тетрад (табл.4). К стабильным генотипам относили образцы с мейотическим индексом более 80%. Все разнообразие образцов можно разделить на следующие группы: I группа. У растений этой группы установлена нестабильность числа хромосом (2n) и нарушение процесса мейоза (формирование повышенного числа открытых бивалентов, унивалентов и мультивалентов в метафазе 1 и формирование тетрад с микроядрами). У 11 образцов отмечали варьирование числа хромосом от 2n=41 до 2n=43. Эти образцы имели пониженный мейотический индекс (35-75%) (PI 648571, PI 648599, PI 648767, PI 648842, PI 648760, PI 648757, PI 648580, PI 648529, PI 648687, PI 648843, PI 648491).
II группа. В эту группу растений отнесено 10 генотипов, которые также расщеплялись по числу хромосом, но 42-хромосомные растения были стабильны по течению мейоза и имели высокий мейотический индекс (PI 648558, PI 648576, PI 648660, PI 648827, PI 648861, PI 648561, PI 648864, PI 648611, PI 648633, PI 648833).
III группа. Отобрано 45 образцов с правильным течением мейоза и высоким мейотическим индексом 80-90% (цитогенетически стабильных), пригодных для проведения исследований по генетике устойчивости к болезням (PI 648528, PI 648557, PI 648559, PI 648573, PI 648575, PI 648581, PI 648586, PI 648598, PI 648603, PI 648648, PI 648650, PI 648716, PI 648724, PI 648726, PI 648572, PI 648588, PI 648649, PI 648758, PI 648752, PI 648664, PI 648681, PI 648826, PI 648508, PI 648606, PI 648865, PI 648645, PI 648629, PI 613280, PI 613306, PI 613310, PI 613320, PI 613321, PI 613322, PI 648556, PI 648608, PI 648651, PI 648655, PI 648656, PI 648661, PI 648691, PI 648693, PI 648787, PI 648851, PI 648859, PI 648860).
IV группа. В эту группу отнесены 5 образцов, у которых все протестированные растения имели 2n=42, но в метафазе 1 мейоза отмечались нарушения: формирование повышенного числа унивалентов и мультивалентов, которые привели к формированию тетрад с повышенным числом микроядер. Эти растения имели пониженный мейотический индекс 57,1- 79,8%. Пыльца, которая сформируется из таких микроспор, может приводить к появлению анеуплоидных растений в следующем поколении. Таким образом, растения этих образцов еще не достаточно стабильны (PI 648550, PI 648756, PI 648489, PI 648610, PI 648621).
Таблица 4
Разнообразие образцов SHWS по числу хромосом (2n), типу конъюгации хромосом в метафазе I мейоза и мейотическому индексу (M I, %)
Образец Число растений Метафаза I Тетрады Группа
Число клеток 2n Тип конъюгации % клеток с нарушениями Число просмотренных тетрад MI, %
PI 648660 1 5 5 77 41 42 20II 1I 21II 100.0 15.5 88 647 68.2 94.7 II
PI 613280 5 74 42 21II?20II 2I 13.5 592 94.6 III
PI 648756 5 74 42 21II?19II 4I 55.4 480 57.1 IV
Исходя из полученных данных, можно сделать заключение, что в коллекции синтетических пшениц продолжает идти формообразовательный процесс, в основе которого лежит формирование анеуплоидных гамет и растений. Вероятно, что отмеченное расщепление по опушению колоса, остистости, наличию / отсутствию воска на колосе и растении, а также гетерогенная реакция на проникновение бурой ржавчины (например, от 1/1 до 1/3-4; от 1/0; до 25/3), которую наблюдали иногда в пределах одного образца, отражает этот формообразовательный процесс. Только 63% образцов имели правильное течение мейоза и формировали нормальные тетрады. Эти образцы можно отнести к цитогенетически стабильным формам, и они пригодны для генетических исследований.
Особенности генетики устойчивости синтетических пшениц к бурой ржавчине и мучнистой росе
Ежегодное наблюдение за коллекцией яровой мягкой пшеницы с известными генами устойчивости к бурой ржавчине (почти изогенные линии) и коллекцией образцов мягкой пшеницы с известными генами Pm, позволило установить, что в Московской области высокоэффективными генами устойчивости к бурой ржавчине являются: гены ювенильной устойчивости Lr9, Lr24, Lr27 31, Lr28, Lr29, Lr36, Lr47 и ген LRTR, гены устойчивости взрослого растения: Lr12, Lr13, Lr22a, Lr37, а также ген Lr46, определяющий замедленное развитие бурой ржавчины на растении (ген slow rusting). К высокоэффективным генам Pm можно отнести: Pm7, Pm12, Pm16, Pm17, Pm18 и Pm32. Тестер восприимчивости, линия Хакасская, не имеет генов устойчивости Lr и ежегодно поражается на 80 -100% и имеет тип реакции на проникновение бурой ржавчины 4 (восприимчивый тип).
Идентификация генов методом фитопатологического тестирования
Для идентификации генов устойчивости к бурой ржавчине 42 образца синтетической пшеницы и 44 Lr-линии пшеницы с одиночными генами устойчивости в фазе первого листа инокулировали урединиоспорами тест-изолятов гриба.
В качестве тест-изолятов использовали 9 фенотипов Puccinia triticina различного происхождения с различным набором генов вирулентности. Получены следующие результаты: восприимчивость ко всем изолятам проявили 8 образцов (PI 648489, PI 648530, PI 648573, PI 648621, PI 648680, PI 648752, PI 648760, PI 648784). Эти данные согласуются с результатами оценок в полевых условиях (процент поражения болезнью достигал 15-25-50%), а тип реакции на проникновение патогена соответствовал восприимчивому типу (3-4). Исключение составил образец PI 648621, который в полевых условиях на инфекционном фоне проявил высокую устойчивость к бурой ржавчине. Степень поражения не превышала 1%, а тип реакции соответствовал 1 и 2. Вероятно, что устойчивость этого образца определяется наличием генов устойчивости взрослого растения (табл.5).
Устойчивый тип реакции (0, 0;, 1) ко всем изолятам на стадии проростков проявили 15 образцов (PI 613310, PI 613322, PI 648527, PI 648588, PI 648611, PI 648612, PI 648650, PI 648651, PI 648655, PI 648663, PI 648724, PI 648787, PI 648851, PI 648859, PI 648860).
Таблица 5
Результаты постулирования генов устойчивости к бурой ржавчине с использованием тест-патотипов гриба Puccinia triticina (2009-2010 гг.)
Номер каталога образца синтетической пшеницы коллекции NSGC USDA-ARS Постулированные гены Lr Поражение образца в полевых условиях (2009-2010 годы) Процент поражения почти изогенных линий с соответствующими Lr генами на инфекционном фоне бурой ржавчины
PI 648489, PI 648530, PI 648573, PI 648680, PI 648752, PI 648760, PI 648784 Гены не идентифицированы изза восприимчивой реакции ко всем изолятам гриба на стадии проростков 60,80, 25/3, 20/2, 15/2, 20/2-3, 60 -
PI 648621 1/1-2 -
PI 613310, PI 613322, PI 648527, PI 648588, PI 648611, PI 648612, PI 648650, PI 648651, PI 648655, PI 648663, PI 648724, PI 648787, PI 648851, PI 648859, PI 648860 Гены не идентифицированы изза исключительно устойчивой реакции к проникновению всех изолятов гриба 1/1, 1/1 0, 0, 0;, 0, 1/1, 1/0; 0, 5/1, 0;, 10/2 0, 5/2 1/0; -
PI 648808 Lr 2c 30-40/2-3 25-30
PI 648603 Lr 36 10/2-0 0
PI 648633 Lr 36 1/1-2-0 0
PI 648837, PI 648840 Lr 44 5/1-2, 5/1-20/2 10/4-20/2
PI 648821 Lr 3ka 0 -1/1 40/4-60/3
PI 648599 Lr 3ka 1/1-1/1 40/4-60/3
PI 648572 Lr 10 1/3-80 40/4-70/3
PI 648767 Lr 21 40-1/1 5/1-40/3
PI 648598, PI 648757, PI 648822, PI 648827 Lr 27 Lr 31 5/2, 30/2-60 40/3, 25/3 0-1/2
PI 648679 Lr 21 5/1-1/1 5/1-40/3
PI 648842 Lr 21 0-0
PI 648726 Lr 25 5/2-30/3 50/3-60/3
PI 613306 Lr 14b Lr 46 0-1 5/1-10/2
PI 648662, PI 648693 Lr 9, Lr 38 1/0;-10/2, 1/1-1/1 Lr9 -0, Lr38 -0
Проявление такой реакции не позволило идентифицировать гены устойчивости в генотипах. В поле образцы проявляли иммунитет или устойчивость в пределах (1/1-5/2) процентов поражения.
У 20 образцов выявлены 12 генов устойчивости: Lr2c, Lr3ka, Lr9, Lr10, Lr14b, Lr21, Lr25, Lr26, Lr38, Lr40, Lr44, Lr46 и сочетание генов (Lr27 Lr31). Некоторые гены выявлены в сочетании с одним, двумя или тремя неизвестными генами устойчивости (что указано знаком к идентифицированному гену) (табл.5).
У образца PI 613306 предполагается наличие комбинации генов Lr14b Lr46. В тех случаях, когда идентифицированный ген не является эффективным для Московской области (Lr3ka), а образец проявил устойчивость в течение двух лет испытания, мы можем предполагать наличие новых, пока не идентифицированных генов Lr, обеспечивающих эту устойчивость.
Наибольший интерес для нас представляют образцы PI 648662 и PI 648693, в которых постулированы гены Lr9 и Lr38. В условиях Центрального региона они проявили себя как высокоустойчивые к бурой ржавчине. Возможно, это обусловлено тем, что в популяции этого региона отсутствуют изоляты Puccinia triticina, вирулентные к Lr9 и Lr38. Однако, гены вирулентности Puccinia triticina к этим генам устойчивости уже обнаружены в Западной Сибири на сорте Чернява в 2010 году (Жемчужина, 2010, персональное сообщение).
Идентификация генов с использованием ПЦР - метода
38 образцов синтетической пшеницы были протестированы на наличие генов Lr9, Lr10, Lr19, Lr24, Lr34, Lr35, Lr37, Lr39, Lr46 и Lr50 c использованием молекулярных маркеров. Ген Lr10 идентифицирован у двух образцов (PI 648580, PI 648588), а ген Lr19 - у шести образцов (PI 648561, PI648608, PI 648580, PI 648581, PI 648588). Образец PI 648588, у которого обнаружены оба гена устойчивости и который проявил иммунитет при заражении изолятами гриба на стадии проростков и в поле (0% поражения), также может использоваться в улучшении мягкой пшеницы по признаку устойчивость к бурой ржавчине. Ген Lr34 обнаружен у образца PI 648580. На рисунке 1 приведена электрофореграмма, иллюстрирующая наличие идентифицированного Lr19 гена у 4 образцов синтетической пшеницы.
Эти же образцы коллекции синтетической пшеницы и почти изогенные линии протестированы на наличие генов Pm2, Pm3c, Pm4b, Pm13, Pm16 с использованием STS маркеров. Ни один из генов не обнаружен у образцов, взятых в исследования.
1. NIL 5. PI 648575 9. PI 648588 13. PI 648760
2. PI 648528 6. PI 648576 10. PI 648598 14. PI 648858
3. PI 648561 7. PI 648580 11. PI 648645 15. PI 648864
4. PI 648571 8. PI 648581 12. PI 648687 16. контроль
Рис. 1 Электрофореграмма результатов ПЦР-амплификации маркера Lr19GBF/Lr19GBR(130 п.н.), сцепленного с геном Lr19.
Определение характера наследования устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе и числа генов, детерминирующих признак, и их аллельности
Определение характера наследования признака устойчивости и наиболее вероятного числа генов, контролирующих устойчивость к перечисленным болезням, проводили в питомниках гибридов первого и второго поколения, полученных от скрещивания тестируемого образца синтетической пшеницы с тестером восприимчивости на инфекционном фоне, а наличие или отсутствие аллельных эффективных генов Lr и Pm - в гибридных комбинациях с почти изогенными линиями или линиями, с известными генами устойчивости.
Заключение о вероятном числе генов, детерминирующих признак устойчивости к бурой ржавчине, проводили на основании критерия хи-квадрат и гибридологического анализа полученных данных. Гибридологический анализ по бурой ржавчине проведен для 7 образцов SHWS.
В таблице 6 приведены данные гибридологического анализа для образца PI 648608. Установлено доминантное наследование признака устойчивости к бурой ржавчине, который детерминируется 1-2 генами. Тесты на аллелизм показали наличие расщепления в гибридных популяциях F2, и вероятное отсутствие генов Lr9, Lr27 31, Lr28, Lr29, Lr35, Lr36, Lr38 и Lr45, аллельных эффективным генам соответствующих изогенных линий. В то же время, отсутствие расщепления в F2 комбинации с изогенной линией с геном Lr24 может указывать на возможное присутствие гена Lr24 у образца PI 648608. Или иного доминантного гена на той же 3D хромосоме, где локализован ген Lr24. Ген Lr32, локализованный на этой же хромосоме (MCINTOSH, 2004), не эффективен (поражение в поле 40/4). Поэтому, вероятно или наличие гена Lr24 или нового гена, интрогрессированного от Ae. taushii в синтетическую пшеницу.
Таблица 6
Результаты гибридологического анализа по признаку устойчивости к бурой ржавчине для образца синтетической пшеницы PI 648608 (2011 г.)
Комбинация скрещивания Наследование устойчивости в F1 расщепление ?2 Заключение
Факт R: S* теор.
PI 648608 x Хакасская доминантное 29:7 3:1 12:4* 13:3* 0.593 0.593 0.011 наличие одного гена. *Объем выборки на уровне P=0.95 недостаточен для проверки гипотезы о наличии 2 генов
PI 648608 x Lr9, Lr27 31 Lr28 Lr29 Lr35 Lr36 Lr38 Lr45 доминантное 59:4 55:15 13:1 32:4 47:5 94:11 50:16 17:8 - 3:1 - - 13:3 15:1 3:1 3:1 - 0.476 - - 2.848 3.201 0.020 0.653 Наличие расщепления свидетельствует об отсутствии генов Lr9, Lr27 31, Lr28, Lr29, Lr35, Lr36, Lr38, Lr45, аллельных эффективным генам почти изогенных линий.
PI 648608 x Lr24 доминантное 64:0 - - Вероятно наличие эффективного гена Lr24, аллельного гену почти изогенной линии. ?2 теор= 3, 84 при df=1.
R: S* - соотношение устойчивых и восприимчивых растений в F2.
Для образцов PI 648528 и PI 648598 проходит гипотеза о наличии 1 гена устойчивости к бурой ржавчине (?21=3.03 и ?22=3.05), однако мы ее отвергаем, так как гипотеза верна для полного доминирования признака. В нашем случае признак устойчивости наследовался по рецессивному типу (гибриды F1 поразились на 40% и имели восприимчивый тип реакции 4). Поэтому, наиболее вероятными являются гипотезы 9:7 и 10:6, которые свидетельствуют о наличии 2 комплементарных генов или 1 основного гена и гена-ингибитора.
Устойчивость образца PI 648645 к бурой ржавчине (0-5/2) наследуется рецессивно и определяется 2-3 комплементарными генами. Не отвергаются гипотезы и о более сложном наследовании признака (1 ген, 1 ген-ингибитор и ген-антиингибитор для расщепления 39:25, ?2 =0.005) или (1 основной ген и два комплементарных гена-ингибитора для расщепления 43:21, ?2 =1.530). У образца отсутствует ген, аллельный гену Lr35 почти изогенной линии.
Образец PI 613310, показавший высокий уровень устойчивости к бурой ржавчине в полевых условиях (1/1) и стадии проростков, не имеет в генотипе эффективных генов, аллельных генам почти изогенных линий Lr9, Lr24, Lr29, Lr35, Lr36 и Lr38. Устойчивость этого образца может быть обусловлена или наличием новых или пока не идентифицированных генов Lr.
По результатам гибридологического анализа установлено, что у образца PI 648611 иммунного к бурой ржавчине (0% поражения в поле), вероятно, присутствуют эффективные гены Lr24 (3D) и Lr46 (1B) (все растения в F2 в выборке из 57 и 74 растений устойчивы). Или новые эффективные гены на этих же хромосомах, соответственно. У образца отсутствуют гены, аллельные генам почти изогенных линий Lr9, Lr27 31, Lr28, Lr35, Lr36, Lr38 и Lr45.
Образец PI 648860, скорее всего, имеет сочетание генов Lr29 и Lr46 (отсутствует расщепление в F2, все растения в проанализированных выборках из 101 и 51 растений были устойчивы к болезни) и отсутствуют гены, аллельные эффективным генам почти изогенных линий Lr28, Lr35, Lr38 и Lr45.
Резюмируя полученные результаты, мы можем констатировать, что признак устойчивости к бурой ржавчине у одних образцов синтетической пшеницы наследуется как доминантный (PI 648608, PI 648851), а у других - как рецессивный (PI 648528, PI 648581, PI648598). При доминантном наследовании признака его контроль осуществляется 1-2 генами; при рецессивном - 2 генами с комплементарным взаимодействием или 1 основным геном и геном-ингибитором.
Таким образом, установлено наличие эффективных генов устойчивости к бурой ржавчине или сочетание генов у следующих генотипов: Lr36 (PI 648603, PI 648633); Lr46 Lr24 (PI 648611); Lr46 Lr29 (PI 648860); Lr46 Lr14b (PI 613306), Lr27 31 (PI 648598); Lr9 Lr38 (PI 648662, PI648693); Lr34 (PI 648580). Эти генотипы рекомендуются для использования в селекции на иммунитет к бурой ржавчине в качестве доноров для регионов, где эти гены являются эффективными.
В некоторых устойчивых к бурой ржавчине генотипах обнаружены не эффективные для нашей зоны гены, например, Lr3ka (PI 648821, PI 648599), Lr10 (PI 648588), Lr21 (PI 648679, PI 648842), Lr19 (PI 648608, PI 648581, PI 648588). В этих случаях мы можем предполагать у образцов наличие дополнительных, пока не идентифицированных генов или новых генов устойчивости.
Аналогичная работа по определению числа генов устойчивости к мучнистой росе и наличия аллельности генов проведена для 8 образцов синтетической пшеницы (PI 648581, PI 648528, PI 648481, PI 648588, PI 648859, PI648598, PI 648576, PI 648575), устойчивых к этому заболеванию (от 1-5% до 10% поражения мучнистой росой в полевых условиях). У всех протестированных образцов при скрещивании с тестером восприимчивости - линией Хакасская, наблюдали промежуточное наследование признака устойчивости в F1 (15-20%), а в F2 преобладали восприимчивые растения. Наблюдаемое расщепление чаще всего соответствовало теоретическому 3R:13S, что соответствует наличию одного гена и ингибитора. Не отвергается гипотеза о существовании 2 комплементарных или 2 дупликатных генов и наличии гена-ингибитора (9:55 или 15:49). Для образца PI 648576 установлено отсутствие генов, аллельных эффективным генам Pm5 и Pm32 тестеров устойчивости, а для образца PI 648575 отсутствие генов Pm5, Pm12, Pm18, Pm32. То есть, ни методом гибридологического анализа, ни молекулярно-генетическим методом, эффективных генов устойчивости к мучнистой росе в тестируемых образцах SHWS не выявлено.