Сельское  хозяйство/5. Растениеводство, селекция и семеноводство

К.с.х.н. Рсалиев А.С., Агабаева А.Ч., д.б.н. Рсалиев Ш.С.

Научно-исследовательский институт проблем биологической безопасности, Казахстан

Эффективность генов устойчивости пшеницы к желтой ржавчине в Казахстане

Возбудителем желтой ржавчины пшеницы является гриб Puccinia striiformis West. (синоним P. glumarum Erikss. and Henn.). В настоящее время в странах Центральной и Восточной Азии и Северной Африки идет пандемия данного патогена. Причиной глобального беспокойства является появление новых весьма агрессивных патотипов желтой ржавчины, которые чрезвычайно быстрыми темпами распространяются по континентам, вызывая серьезные вспышки болезни во многих странах. Новые расы желтой ржавчины представляют собой угрозу производству пшеницы, так как они приспособились к более высоким температурам и их распространение не ограничивается, как раньше, районами с прохладным климатом. По литературным данным, только в 2010 году расходы на химическую защиту пшеницы от желтой ржавчины в Турции выросли на 30 %, в Сирии на 30-80 %, в Иране на 10 %, в Узбекистане более чем на 40 %, в Азербайджане более чем на 30 %, в Марокко на 10-25 %. Ранее широко возделываемые сорта пшеницы в этом регионе стали сильно поражаться новой расой болезни [1-4].

В 2010 году с участием ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) создан специализированный веб-портал «Спора ржавчины» [5], целью которого является анализ результатов обследования ржавчины во всем мире. Портал освещается на трех языках (английском, арабском и русском) и имеет связь с базой данных Глобального референс-центра ржавчины (Орхусский университет, Дания), а также с данными Международного центра по улучшению кукурузы и пшеницы (СИММИТ).

По информации этого портала в 2010 году потери пшеницы от желтой ржавчины в Турции составили около 1 млн т, Сирии – 1,25 млн т. В Эфиопии более 400 тысяч га посевов были поражены ржавчиной, потери не известны. В Иране и Узбекистане благодаря 2-3-х кратной обработке фунгицидами удалось сохранить урожай зерна. Эксперты ФАО также утверждают, что в ближайшие время вспышки желтой ржавчины на Ближнем Востоке, в Средней Азии, на Кавказе и в Северной Африке могут привести к потере урожаев стоимостью несколько миллионов долларов США.

Гены устойчивости к желтой ржавчине пшеницы обозначаются символом «Yr» – от английского названия Yellow rust (желтая ржавчина). В соответствии с тем, какие гены представлены в генотипе, определяется уровень устойчивости растений пшеницы к этому патогену. Вместе с тем, в селекционно-генетических программах могут использоваться комбинации разных генов. Следует отметить, что некоторые гены устойчивости перенесена в геном гексаплоидной пшеницы из родственных видов, таких как T. spelta album, T.comosum, S.cereale, T.turgidum, T.ventricosum, T. monococcum.

С целью определения эффективных генов устойчивости к желтой ржавчине пшеницы изучены изогенные Yr-линии сорта Avocet и сортов-дифференциаторов болезни. Для определения данного показателя нами использованы местные популяции, коллекционные и новые патотипы гриба. Основными фитопатологическими параметрами оценки сортов-дифференциаторов и изогенных Yr-линий на устойчивость к возбудителю желтой ржавчины были типы реакции растений (балл).

Изначально для определения эффективных генов устойчивости к желтой ржавчине пшеницы проводили опыты с использованием двух наборов сортов-дифференциаторов: международный и европейский. Результаты опыта показали, что в условиях теплицы сорта-дифференциаторы Chinese 166, Lee, Heines Kolben, Hybrid 46, Compair, Heines VII проявляют восприимчивость ко всем местным патотипам гриба. Результаты экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика сортов-дифференциаторов желтой ржавчины пшеницы

Сорт-дифференциатор	Происхождение	Yr-гены	Тип инфекции, балл
			Популяция	47Е143	15Е159	7E223	7E159	7E157
Международный набор
Chinese 166	США	Yr1	3+4	4	4	4	3+	4
Lee	США	Yr7, 22, 23	4	4	4	4	4	4
Heines Kolben	Германия	Yr6	4	4	4	4	3+4	3+4
Vilmorin 23	Франция	Yr4a, V23	3	3	3+4	0	0	i
Moro	США	Yr10, Mor	0	0	1	0	0	i
Strubes Dickkopf	Германия	Yr2, CD	3+	0	3+4	2	2	0
Suwon 92xOmar (Paha)	США	Yr11, CU	4	0	1	0	0	0
Европейский набор
Hybrid 46	Англия	Yr3b, 4b	4	4	3+4	2+3	2+3	3+4
Reichersberg 42	Германия	Yr7+	3+4	3	4	4	4	00
Heines Peco	Германия	Yr5, 6	3	4	4	2+3	2+3	2+3
Nord Desprez	Франция	Yr3а, ND	3+	3+4	4	4	4	3+4
Compair	Германия	Yr8, 18, 9	3+4	4	4	4	4	3+4
Carstens V	Германия	YrCV	1	i	0	i	1	1+
Spaldings Prolific	Германия	Yr6, Sp	0	0	0	0	0	0
Heines VII	Германия	Yr2,11, 25	4	4	4	4	3	3+4

Среди дифференциаторов полный иммунитет к желтой ржавчине показал Spaldings Prolific. Следовательно, ген устойчивости этого сорта YrSP, является высокоэффективным к местным патотипам гриба, так как другой ген данного сорта Yr6 давно потерял эффективность в Казахстане. Кроме того, сорта Moro и Carstens V, являющиеся источником генов устойчивости Yr10 и YrCV показывали устойчивые типы инфекции и, следовательно, представляют большой интерес для дальнейшего изучения.

Однако сорта-дифференциаторы желтой ржавчины пшеницы имеют ряд недостатков. При этом к основным недостаткам стандартного набора сортов-дифференциаторов относятся их неоднородность по видовой принадлежности и типу развития. Так, в наборе имеются сорта пшеницы компактум – T. compactum (Moro, Suwon 92xOmar), отличающиеся плотным колосом и позднеспелостью. Кроме того, использование их в генетических исследованиях не приведет к желаемым результатам, так как, в большинстве случаев, в генотипе этих сортов имеются несколько генов устойчивости, что усложняет возможность определить влияния отдельных Yr-генов на проявления признака устойчивости или трудно определить эффект каждого гена. Для определения эффективности и других генетических исследований наиболее приемлемыми являются использование изогенные Yr-линий.

Набор изогенных Yr-линий сорта Avocet состоит из Yr1, Yr5, Yr6, Yr7, Yr8, Yr9, Yr10, Yr11, Yr12, Yr15, Yr17, Yr18, Yr24, Yr26, YrSp, YrSk, Jupateco R (Yr18), Jupateco S, Avocet R (YrA), Avocet S. В условиях теплицы изучили реакцию на заражение патотипам указанных линий в период проростков (таблица 2).

Таблица 2 – Эффективность Yr-генов к различным патотипам желтой ржавчины пшеницы

Сорта Avocet	Тип инфекции, балл
	Популяция	47Е143	15Е159	7E223	7E159	7E157
Yr1 Avocet S	4	4	4	4	4	4
Yr5 Avocet S	0	0	0	i	i	0
Yr6 Avocet S	4	4	4	4	4	3
Yr7 Avocet S	4	4	4	4	4	3
Yr8 Avocet S	4	4	4	4	4	3
Yr9 Avocet S	3+ 4	0	0	i	i	i
Yr10 Avocet S	i	i	0	i	i	i
Yr11 Avocet S	3+4	4	4	4	3+	3
Yr12 Avocet S	4	4	4	3	3	3
Yr15 Avocet S	0	0	0	i	i	i
Yr17 Avocet S	4	3	3	3+	3+4	i
Yr18 Avocet S	4	3	4	4	4	2+3
Yr24 Avocet S	3+	1	3	0	0	0
Yr26 Avocet S	4	3+	2+3	0	0	3+4
YrSp Avocet S	2	i	2+3	0	0	i
YrSk Avocet S	0	4	4	3	2+	4
JupatecoR, Yr18	4	2+3	3	3+4	3+4	4
Jupateco S	4	3+	3+4	4	4	4
Avocet R (Yr) A	4	4	4	4	4	2+3
Avocet S	4	4	4	4	4	4

В результате выявлены гены Yr5, Yr10 и Yr15, эффективные к большинству патотипов гриба. Гены Yr24 и YrSp обусловливают умеренную проростковую устойчивость и защищают пшеницу от желтой ржавчины при взаимодействии с другими генами. Сорта Jupateco S, Avocet R (Yr18) и Avocet S сильно поражались всеми испытанными патотипами гриба. Наши исследования также показали бесперспективность использования в селекции генов Yr1, Yr6, Yr7, Yr8 из-за их неэффективности в республике

Таким образом, в результате исследований определены изогеннные линии Yr5, Yr10, Yr15 и сорта-дифференциаторы с Yr-генами Spaldings Prolific (YrSP, Yr6), Moro и Carstens V, обладающие высокой эффективностью в условиях Казахстана. Использование их в селекции пшеницы позволяет вывести сорта пшеницы, устойчивые к желтой ржавчине.

Литература:

1. Рсалиев Ш. Опасность распространения желтой ржавчины пшеницы в Казахстане. // Доклады международной научно-практической конференции «Достижение и перспективы селекции, семеноводства сельскохозяйственных культур и богарного земледелия» посвященной 100-летию создания ТОО «Красноводопадской сельскохозяйственной опытной станции». – Шымкент, 2011. – С.158-161.

2. Wan A.V., Chen X.M., He Z.H. Wheat stripe rust in Chine // Australian journal of Agricultural Research. – 2007. – V.58. – P.605-619.

3. Ziyaev Z.M., Sharma R.C., Nazari K., Morgounov A.I., Amanov A.A., Ziyadullaev Z.F., Khalikulov Z.I., Alikulov S.M. Improving wheat stripe rust resistance in Central Asia and Caucasus // Euphytica. – 2010. – Nо 24. – P.1-11.

4. Койшибаев М. Особенности развития желтой ржавчины на озимой пшенице в южном и юго-восточном Казахстане // Материалы Международной конференции «Достижения и перспективы земледелия, селекции и биологии сельскохозяйственных культур. – Алмалыбак, 2010. – С.145-147.

5. FAO создала веб-сайт для контроля за распространением ржавчины пшеницы (Rust spore) // http://www.fao.org/agriculture/crops/rust/stem/en.