Способ создания линий озимой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе

Способ создания линий озимой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству и биотехнологии и может быть использовано в генетике и селекции зерновых культур.

Озимая мягкая пшеница является одной из наиболее ценных продовольственных культур, значительно превышающей по урожайности яровую пшеницу. Озимый образ жизни пшеницы контролируется генами ответа на яровизацию, при этом у озимой пшеницы все аллели генов должны находиться в рецессивном состоянии (vrn-A1, vrn-B1 и vrn-D1) [1].

Значительное снижение урожайности озимых сортов мягкой пшеницы вызывают листостебельные грибные патогены, наиболее вредоносными из которых являются бурая и стеблевая ржавчина и мучнистая роса [2]. Одним из эффективных способов защиты от грибных патогенов является интродукция генов резистентности от родичей мягкой пшеницы, при этом переносимая в мягкую пшеницу чужеродная хромосома или ее фрагмент может содержать комплекс генов устойчивости к грибным патогенам [3]. Выявление новых форм, характеризующихся озимым образом жизни и обладающих комплексной устойчивостью к грибным болезням, с помощью методов фенотипической селекции занимает много времени. Использование молекулярных маркеров позволяет сократить временной интервал и снизить затраты по созданию новых устойчивых сортов мягкой озимой пшеницы.

Известен способ создания гибридов мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к бурой ржавчине и мучнистой росе [4], заключающийся в том, что гибридную линию яровой мягкой пшеницы, содержащую ген устойчивости к бурой ржавчине (LrAsp5) и ген, определяющий удлинение времени колошения (VRN-Asp1), скрещивают с линией яровой мягкой пшеницы, содержащей ген устойчивости к мучнистой poce (Pm) из генома ржи Secale cereale, и среди гибридов поколения F₂ проводят отбор растений, содержащих гены LrAsp5, VRN-Asp1 и Pm, с помощью последовательного применения ПЦР-маркеров Pr1/Pr5 и SCM009. Однако данный способ позволяет выявлять растения с комплексной устойчивостью к грибным болезням, характеризующиеся яровым типом развития.

Наиболее ближайшим к заявляемому способу прототипом является способ создания гибридов мягкой пшеницы с озимым типом развития и устойчивостью к бурой ржавчине и мучнистой росе [5], заключающийся в том, что у цветков растений яровой мягкой пшеницы сорта Родина удаляют тычинки и через 3-5 дней опыляют их пыльцой растений пшеницы дикорастущего вида Aegilops speltoides, предварительно облученной гамма-лучами в дозе 10 кР. У гибридов F₁M₁ определяют число хромосом в мейозе и отбирают растения с 2п=49. Гибриды F₂ выращивают при весенних сроках сева, выщепившиеся потомства с озимым типом развития осенью пересаживают на озимое поле. Там они зимуют. Весной отбирают озимые растения, устойчивые к поражению бурой ржавчиной и мучнистой росой.

Недостатками данного способа являются:

1. Трудоемкость способа ввиду необходимости получать облученную радиацией пыльцу и контролировать число хромосом у гибридных форм.

2. Ограниченные функциональные возможности способа, поскольку полученная гибридная популяция состоит из смеси растений с яровым и озимым образом жизни.

3. Необходимость проведения подзимних посевов для отбора растений, имеющих озимый образ жизни.

Задачей предлагаемого изобретения является создание линий озимой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к грибным болезням.

Технический результат заключается в упрощении известного способа и расширении его функциональных возможностей.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, заключающимся в следующем.

Коммерческий сорт яровой мягкой пшеницы «Тулайковская 10» (донор), содержащий комплекс генов Lr-Sr-Pm устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе от вида Agropyron intermedium [6], скрещивают с коммерческим сортом озимой мягкой пшеницы «Бийская озимая» и растения поколения F₁ самоопыляют до поколения F₂. Из поколения F₂ с помощью молекулярного маркера Xicg6Ai#2 отбирают растения, содержащие комплекс генов Lr-Sr-Pm. Отобранные молекулярным маркером Xicg6Ai#2 растения F₂ анализируют с помощью маркеров к рецессивным аллелям генов озимого образа жизни с помощью комбинаций маркеров VRN1AF/VRN1-INT1R, Intr1BF/Intr1BR4 и Intr1DF/Intr1DR4, для выявления растений с озимым образом жизни.

Основными определяющими отличиями предлагаемого способа от прототипа являются:

- в качестве донора используют коммерческий сорт мягкой пшеницы, характеризующийся устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе и адаптированный для произрастания в различных регионах Российской Федерации, что позволяет исключить негативное влияние на урожайность пшеницы при использовании в качестве доноров генов устойчивости дикорастущих видов.

- из поколения F₂ с помощью молекулярного маркера Xicg6Ai#2 отбирают растения, содержащие комплекс генов Lr-Sr-Pm устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе, что позволяет на ранних стадиях создания линий мягкой пшеницы отбирать растения с комплексной устойчивостью к грибным болезням;

- растения F₂, отобранные с помощью молекулярного маркера Xicg6Ai#2, анализируют с помощью маркеров к рецессивным аллелям генов озимого образа жизни, что позволяет проводить отбор озимых растений в лабораторных условиях без подзимнего посева.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример.

Коммерческий сорт яровой мягкой пшеницы «Тулайковская 10» (донор) с комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе скрестили с восприимчивым к грибным патогенам коммерческим озимым сортом мягкой пшеницы «Бийская озимая». Из растений поколения F2 с помощью молекулярного маркера Xicg6Ai#2 были отобраны растения, содержащих комплекс генов Lr-Sr-Pm устойчивости. Структура праймера для маркера Xicg6Ai#2 и условия реакции ПЦР представлены в таблице 1.

Результаты амплификации фрагментов ПЦР у растений F2, сортов «Тулайковская 10» и «Бийская озимая» и образца Aegilops speltoides (прототип) представлены на фиг. 1, из которой видно, что растения сорта «Тулайковская 10» и растения F2 (№1, 2, 3, 7, 8, 9) амплифицируют фрагмент длиной 347 пар нуклеотидов (указан стрелкой), тогда как у сорта «Бийская озимая» и у растений вида Aegilops speltoides (прототип), не содержащих комплекс генов Lr-Sr-Pm, фрагмент ПЦР отсутствовал.

Отобранные с помощью маркера Xicg6Ai#2 растения F₂ были проверены молекулярными маркерами к рецессивным аллелям генов озимого образа жизни VRN1AF/VRN1-INT1R, Intr1BF/Intr1BR4 и Intr1DF/Intr1DR4. Структура использованных праймеров представлена в таблице 2. Отобранные озимые растения F2, содержащие комплекс генов Lr-Sr-Pm устойчивости к грибным болезням, были самоопылены до поколения F3 и посеяны под зиму для проверки на озимый образ жизни и на устойчивость перезимовавших растений к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе (по шкале иммунности Прескотта и Саери [9]).

Результаты проверки растений популяции F3 по устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе (тип реакции и баллы по шкале иммунности) и по степени перезимовки (в % от числа выживших растений) представлены в таблице 3. Из таблицы 3 видно, что вид Aegilops speltoides (прототип) и коммерческий сорт мягкой пшеницы «Тулайковская 10» (донор) проявляют высокий уровень резистентности к бурой ржавчине (балл 0 и 1), стеблевой ржавчине (тип реакции 5R) и мучнистой росе (балл 9-8), но при этом наблюдалась гибель всех растений, посеянных под зиму. Коммерческий сорт «Бийская озимая», наоборот, показал высокую выживаемость растений, посеянных под зиму, но проявлял высокочувствительный тип реакции к бурой ржавчине (балл 4), стеблевой ржавчине (100S) и мучнистой росе (балл 4-3). Растения популяции F3, содержащие комплекс генов Lr-Sr-Pm и аллели генов озимого образа жизни (растения 1, 2, 3, 7, 8, 9), показали высокий уровень устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе и высокий % выживаемости при подзимнем посеве.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет создавать линии озимой мягкой пшеницы, которые могут быть использованы для расширения генетического разнообразия озимой пшеницы по генам устойчивости к грибным болезням. Использование молекулярного маркера Xicg6Ai#2 позволит отбирать линии с комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе без проведения полевых испытаний и, соответственно, сократить срок создания новых форм мягкой пшеницы.

Источники информации

1. Worland A.J. The influence of flowering time genes on environmental adaptability in European wheats // Euphytica. 1996. V. 89. P. 49-57.

2. Захаренко В.А. Потенциал фитосанитарии и его реализация на основе применения пестицидов в интегрированном управлении фитосанитарным состоянием агроэкосистем России // Агрохимия. 2013. №7. С.3-15.

3. Friebe В., Jiang J., Raupp W.J., Mcintosh R.A., Gill B.S. Characterization of wheat-alien translocation conferring resistance to diseases and pests: current status // Euphytica. 1996. V. 91. P. 59-87.

4. Способ создания линий мягкой пшеницы, устойчивых к бурой листовой ржавчине. Патент RU 2407283 Cl, оп. 27.12.2010.

5. Способ создания исходного материала для селекции озимых мягких пшениц. Патент RU 2150821 Cl, оп. 20.06.2000.

6. Salina Е.А., Adonina I.G., Badaeva E.D.et al. A Thinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases // Euphytica. 2015. V. 204. P. 91-101.

7. Yan L., Helguera M, Kato K. et al. Allelic variation at the VRN-1 promoter region in polyploid wheat // Theor. Appl. Genet. 2004. V. 109. P. 1677-1686.

8. Fu D., Szucs P., Yan L. et al. Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat // Mol. Genet. Genomics. 2005. V. 273. P. 54-65.

9. Захаренко B.A., Медведев A.M., Ерохина C.A. и др. Методика по оценке устойчивости сортов полевых культур на инфекционных и провокационных фонах. М.: Россельхозакадемия, 2000. 88 с.

Способ создания линий озимой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе, включающий скрещивание коммерческих сортов мягкой пшеницы, самоопыление гибридов первого поколения F₁ для получения гибридов второго поколения F₂, среди которых отбирают растения с комплексной устойчивостью к грибным болезням, содержащие рецессивные аллели генов озимого образа жизни, повторное самоопыление отобранных растений для получения поколения F₃ и тестирование последних на устойчивость к грибным болезням и выживаемость в условиях подзимнего посева, отличающийся тем, что сорт мягкой пшеницы «Тулайковская 10» (донор), содержащий комплекс генов Lr-Sr-Pm, скрещивают с коммерческим сортом озимой мягкой пшеницы «Бийская озимая», среди гибридов поколения F₂ проводят отбор озимых растений, содержащих комплекс генов Lr-Sr-Pm, с помощью молекулярного маркера Xicg6Ai#2, состоящего из прямого F:5′-GATGTCGAGGAGCATTTTC-3′ и обратного R:5′-GTGGTAGATTACTAGAGTTCAAGTG-3 праймеров, и отобранные растения F2 анализируют с помощью маркеров к рецессивным аллелям генов озимого образа жизни VRN1AF/VRN1-INT1R, Intr1BF/Intr1BR4 и Intr1DF/Antr1DR4 для отбора растений с озимым образом жизни.