Хромосомная локализация генов, контролирующих устойчивость к бурой ржавчине у мягкой пшеницы

Селекция растений на устойчивость к заболеваниям признана наиболее рациональным способом их защиты. Одним из факторов усиливающих поражение посевов пшеницы бурой ржавчиной и мучнистой росой, является возделывание восприимчивых сортов [1].

Химические мутагены являются наиболее эффективными мутагенными факторами для растительных объектов. Опыт применения мутагенов в селекции показывает, что химический мутагенез вызывает иммунитет у самых различных культурных растений без применения провакационного фона. Построение защиты растений на индуцированных мутациях, приводящих к естественному иммунитету, превосходит все другие способы защиты. Индуцированный иммунитет получен к мильдью у винограда, к вилту у хлопчатника, бурой ржавчине у пшеницы (мутант сорта Безостая 1) и другие [2-4].

Ранее нами были получены индуцированные СdСl2 и поверхностно-активными веществами (ПАВ) линии мягкой пшеницы различных сортов, которые характеризуются рядом хозяйственно-ценных признаков [5].

Материалы и методы. Объектами исследования служили мутантные линии сорта Шагала, полная серия моносомных линий сорта Казахстанская 126 и высокоустойчивые к бурой ржавчине изогенные линии сорта Тэтчер.

Локализацию генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине (Puccinia recondita sp. Tritici) проводили с помощью метода моносомного анализа, который дает возможность локализовать гены в определенных хромосомах, установить число генов и их аллельное взаимоотношение [6].

В работе проведена идентификация генов устойчивости к бурой ржавчине у мутантных линий Л3, Л4 полученные от сорта Шагала, а затем локализованы гены устойчивости к бурой ржавчине.

Результаты и обсуждение. С целью идентификации генов устойчивости к бурой ржавчине у мутантных линий  Л3 и Л4 были использованы изогенные линии сорта Тэтчер с эффективными генами  для юга Казахстана Lr 9, Lr 10, Lr 18, Lr 19, Lr 20, Lr 24 и Lr 26 для выявления наследования признака устойчивости и сколько генов определяет признак. Мутантные линии были высеяны на инфекционном фоне. Фитопатологическую оценку проводили по стандартной Международной шкале [7].

Степень устойчивости к бурой ржавчине определяли через 8-11 дней после инокуляции (таблица 1).

Мутантные линии Л 3 и Л 4 сорта Шагала имели высокий тип устойчивости к бурой ржавчине - “0” баллов, контрольные сорта Казахстанская 126 и Шагала поражались  до “4” и “3” баллов соответственно.

Выявление устойчивости мутантных линий Л 3, Л 4 к бурой ржавчине, дало возможность идентифицировать их гены устойчивости с эффективными генами Lr. Для этого Л 3 и Л 4 скрещивали с 7 высокоэффективными изогенными линими Lr 9, Lr 10, Lr 18, Lr 19, Lr 20, Lr 24, Lr 26 сорта Тэтчер (таблица 2). 

Таблица 1. Степень устойчивости к бурой ржавчине сортов мягкой пшеницы и мутантных линий сорта Шагала

      Степень устойчивости к бурой ржавчине сортов мягкой пшеницы и мутантных линий сорта Шагала

Таблица  2. Анализ поколения F1  от скрещивания  линий Л 3, Л 4  с линями Тэтчер 

 Анализ поколения F1  от скрещивания  линий Л 3, Л 4  с линями Тэтчер

Все растения гибридов F1, полученные при скрещивании  мутантных линий Л 3, Л 4 с изогенными линиями Тэтчер, оказались устойчивы к бурой ржавчине, что свидетельствует о доминантном харакатере наследования их устойчивости.

В поколении  F2  по всем комбинациям   скрещивания,   кроме гибридов с    участием Lr10, Lr18 и Lr24  получены расщепления как на устойчивые (R), так и на  восприимчивые (S) растения (таблица 3).

Так, устойчивость мутантной линии Л 3 с геном Lr19 и линии Л 4 с Lr18 и Lr19 наследовалась по типу доминантного эпистаза. Полимерное наследование с аддитивным действием генов наблюдали при скрещивании  линии Л 3 с тестерной  линией Lr26.

При благоприятных условиях развития патогена, рецессивные аллели могут оказывать ингибирующее действие к доминантным генам устойчивости иммунных образцов пшеницы. У остальных гибридов F2 с участием мутантной линии Л3 с Lr10, Lr18, Lr20 и Lr24 наблюдали моногенное наследование устойчивости. Достоверность полученных результатов доказана теоретически ожидаемыми значениями c2  (таблица 3). 

Таблица 3. Расщепление гибридов F2 от скрещивания мутантных линий Л 3 и Л 4с изогенными линиями Тэтчер

Расщепление гибридов F2 от скрещивания мутантных линий Л 3 и Л 4с изогенными линиями Тэтчер

Таким образом, гены, контролирующие устойчивость к бурой ржавчине у линий, оказались аллельными высокоустойчивым генам Lr19 и Lr26 сорта Тэтчер. Изученные гены, наследуются по типу полимерии, эпистаза и моногенно.

Генетический анализ с локализованными генами устойчивости в определенных хромосомах позволяет улучшить сорта местной селекции путем межсортового замещения хромосом. Поэтому на следующем этапе генетического анализа проводили локализацию генов устойчивости их к бурой ржавчине.

Хромосомная локализация генов устойчивости к бурой  ржавчине  у  мутантных линий сорта Шагала Л 3, Л 4. Для локализации генов устойчивости мутантных линий    Л 3, Л 4 в определенных хромосомах использовали полную серию моносомных линий сорта Казахстанская 126.

Анализ родительских форм и гибридов F1. Мутантные линии обладали комплексной устойчивостью к видам ржавчины (желтой, листовой и стеблевой). В данной работе представляется изучение к 56 расе листовой ржавчины. Испытания образцов на инфекционном фоне показали устойчивость "0" баллов. У сорта Казахстанская 126 наблюдалась сильная восприимчивость к листовой ржавчине (тип поражения “4”).

Результаты анализа гибридов F1, как дисомных, так и моносомных комбинаций скрещивания показали доминантный характер наследования устойчивости взрослых растений к бурой ржавчине, кроме сорта Казахстанская 126 как универсально восприимчивого сорта (таблица 4). 

Таблица  4. Реакция поколения гибридов F1 на поражение  бурой  ржавчиной

 Реакция поколения гибридов F1 на поражение  бурой  ржавчиной

Анализ популяции гибридов F2 от скрещивания 21 моносомных линий сорта Казахстанская 126 с устойчивой к бурой  ржавчине мутантной линией Л 3.

Моносомный анализ устойчивости к бурой ржавчине гибридов F2 показал, что отношение 204 устойчивых растений к 61 восприимчивым составило 3:1 (χ 2= 0,49). Анализ гибридов F2 по всем хромосомам, кроме 2В, 4А и 5D показал соответствие теоретически  ожидаемого  расщепления   у  всех   моносомных  гибридов  с   показателем эуплоидного гибрида. Избыток устойчивых растений приходился на хромосому 2В, где статистическое значение (χ2=42,59) намного превышает показатель контрольного (χ 2= 0,49) гибрида F2  и всех остальных моносомных гибридов по определенным хромосомам.

Таблица  5.  Расщепление  на   устойчивость   к   бурой   ржавчине   в   F2      популяции  от скрещивания Моно Каз. 126 х  Л 3

 Расщепление  на   устойчивость   к   бурой   ржавчине   в   F2      популяции  от скрещивания Моно Каз. 126 х  Л 3

Анализ популяции гибридов F2 от скрещивания 21 моносомных линий сорта Казахстанская 126 с устойчивым к бурой ржавчине мутантных линии Л 4. 

При скрещивании устойчивого к бурой ржавчине мутанта Л 4 с чувствительным сортом Казахстанская 126 в F2 наблюдали расщепление на устойчивые и восприимчивые растения в отношении 198 : 48 (таблица 6). 

Таблица 6. Расщепление на устойчивость к бурой ржавчине в F2 популяции от скрещивания Моно Каз. 126 х Л 4

  Расщепление на устойчивость к бурой ржавчине в F2 популяции от скрещивания Моно Каз. 126 х Л 4

Как видно из таблицы 6, расщепление в контрольном скрещивании соответствует дигенному наследованию изучаемого признака при соотношении 13 : 3 (c2 =0,09). При сравнении показателей эмпирического расщепления у моносомных гибридов с теоретически ожидаемыми данными 13:3, наблюдалось отклонение по хромосомам – 4А, 4В и 5В.

Существенные отклонения от контрольного показателя наблюдали в комбинациях моно 4А Каз.126 х Л 4 (c2 =9,62). Отклонение вызвано избытком устойчивых  фенотипов. В последнем каталоге генных символов пшеницы не приведены данные по генам устойчивости к бурой ржавчине,    локализованным в хромосоме  4А   R.A. McIntosh   [7]. Локализация нами второго гена в хромосоме 5В у мутанта Л 4 (c2=10,76) согласуется  с  данными  R.A.  McIntosh   [8,9].     Ген  локализованный  в  хромосоме   4А, обеспечивает высокий тип устойчивости к 56 расе биотипа и возможно, является другим, отличающимся от уже известных генов с типом устойчивости ("0" - "1"). Этот новый ген устойчивости к бурой ржавчине, локализованный нами в хромосоме 4А, обозначен как LrN4. В комбинации F2 от скрещивания моносомика по хромосоме 4В (c2=5,54) и 5В (c2=10,76) с Л 4 отклонения от соотношения 13:3 вызваны избытком  растений устойчивого класса. Следовательно, в хромосомах 4В и 5В локализованы гены, повышающие проявление признака устойчивости у мутантной линии Л 4.

Полученные нами данные получили подтверждение в  исследованиях А.А. Булойчика и др. [10], которые исследовали генетическую природу полигенной устойчивости мягкой пшеницы к бурой ржавчине с помощью дителосомных линий сорта Chinese Spring .

Таким образом, в результате анализа устойчивости к листовой ржавчине мутантов пшеницы, были локализованы основные гены, обозначенные нами как LrN3 – у линии 3, LrN4 – у линии 4. Главный ген устойчивости к листовой ржавчине мутанта Л 4 сорта Шагала локализован в 4В и 5В хромосомах. Напротив, ген устойчивости линии Л 3, локализован в хромосоме 2В. Гены устойчивости к листовой ржавчине мутантов пшеницы временно обозначены как LrN3 и  LrN4 соответственно.

 

Литература

  1. Бебякин В.М., Кибалко И.А., Осыка И.А. Устойчивость сортов и гибридных популяций яровой мягкой пшеницы к бурой ржавчине и мучнистой росе //Агро ХХI века. – 2007. –№ – С. 19-24.
  2. Койшыбаев М., Слямова Н.Д., Моргунов А.И., Байтасов А., Бабкенова С.А. Эффективные Lr гены для селекции яровой пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине в Казахстане // Научн.-техн. сборник статей, посвященный 50-летию образования Актюбинской СХОЗ. – Актобе, 2007. – С.123-128.
  3. Лайкова Л.И., Арбузова В.С., Ефремова Т.Т., Попова О.М. Создание иммунных линий сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 с комплексной устойчивостью к грибам бурой ржавчины и мучнистой росы // Генетика. - - Т. 40, №5. - С.631- 635.
  4. Булойчик А.А., Борзяк В.С., Волуевис Е.А. Влияние чужеродных хромосом на устойчивость мягкой   пшеницы   к   биотрофным грибным   патогенам // Цито- логия и генетика. – 2008. – Т.42, № – С. 13-20.
  5. Чунетова Ж.Ж., Омирбекова Н.Ж., Шулембаева К.К. Морфогенетическая изменчивость сортов мягкой пшеницы, индуцированная CdCl2 // Генетика. – 2008. – Т. 44, № – С. 1503–1507.
  6. Шулембаева К.К. Хромосомная инженерия. – Алматы, 2006. – 238 с.
  7. McIntosh A., Wellings C.R., Park R.F. Wheat Rusts: An atlas of Resistanse Genes/ - CSIRO, Australia, 1995. – 241 p.
  8. McIntosh R.A. Genetic and cytogenetic studies involving Lr18 for resistance to Puccinia recondita // In Proceedings of the Sixth International Wheat Genetics Symposium. – 1983. – P.777-783.
  9. MсIntosh R.A., Hart G.E., Gale M.D. Catologue of gene symbols for wheat, suplement // Cereal Res. с – 1991. – Vol. 19, № 4. – P.491-508.
  10. Булойчик А.А., Борзяк Б.С., Болуевич Е.А. Хромосомная локализация специфического и неспецифического компонентов полигенной устойчивости мягкой пшеницы к бурой ржавчине // Генетика. – 2010. – Т.46, № – С. 464-472. 
Год: 2011
Город: Алматы