Vladimir Șamanin

și Universitatea Agrară de Stat Omsk, Omsk, 644008, Rusia

hexaploide

Serghei Shepelev

și Universitatea Agrară de Stat Omsk, Omsk, 644008, Rusia

Violetta Pozherukova

și Universitatea Agrară de Stat Omsk, Omsk, 644008, Rusia

Elena Gultyaeva

b Institutul all-rus pentru protecția plantelor, Pușkin, 196608, Rusia

Tamara Kolomiets

c Institutul de Fitopatologie All-Russian, Reg. Moscova, 143050, Rusia

Elena Pakholkova

c Institutul de Fitopatologie All-Russian, Reg. Moscova, 143050, Rusia

Alexey Morgounov

d CIMMYT, Ankara, 06511, Turcia

Date asociate

Abstract

Schimbările climatice conduc la apariția crescută a bolilor de grâu și la pierderea acestora. Gestionarea acestor boli prin introducerea unor gene de rezistență noi, eficiente și diverse în soiuri reprezintă o componentă importantă a producției durabile de grâu. În 2016 și 2017 a fost studiat un set de grâu sintetic primar hexaploid sub presiune ridicată a bolii: făinare, rugină a frunzelor și tulpinilor în Omsk; Septoria tritici și S. nodorum la Moscova. Un total de 28 sintetice (19 sintetice CIMMYT și 9 sintetice japoneze) au fost selectate ca având rezistență combinată la cel puțin două boli în ambii ani de testare. Două materiale sintetice (intrările 13 și 18) provenite din încrucișări între grâul dur de iarnă Ukrainka odesskaya-1530.94 și diverse accesări Aegilopes taushii și patru materiale sintetice (intrările 20, 21, 23 și 24) din încrucișarea grâului dur canadian Langdon și Ae. taushii au fost rezistenți la toți cei patru agenți patogeni. Evaluarea markerilor patologici și moleculari a rezistenței sugerează prezența unor gene noi și a diferitelor tipuri de rezistență. Noile surse genetice de rezistență la boli identificate în acest studiu pot fi utilizate cu succes în reproducerea grâului.

Grâul este o cultură alimentară de bază și oferă aproximativ 20 la sută din proteine ​​și calorii consumate pe cap de locuitor (CRP WHEAT, 2016). Se cultivă pe aproximativ 225 de milioane de hectare în întreaga lume, cu o porțiune semnificativă produsă ca cultură de sezon scurt plantată în aprilie - mai și recoltată în august - septembrie în regiuni cu latitudine înaltă peste 45 ° N. Regiunea vestică a Siberiei din Rusia și nordul Kazahstanului cultivă 17-18 milioane ha de grâu de primăvară. Această regiune joacă un rol important în securitatea alimentară regională și globală, deoarece majoritatea cerealelor produse sunt comercializate. Mediul de producție a grâului, stresurile biotice și abiotice, sistemul de reproducere și soiurile cultivate în regiune au fost descrise de Morgounov și colab. (2000).

Rugina frunzelor este istoric cea mai mare boală a grâului din această zonă și apare aproape în fiecare an. Cu toate acestea, în ultimii cinci până la șapte ani, prevalența ruginii stem a crescut și a provocat epidemii de peste 1-2 milioane de ha în 2015-2017, cu pierderi estimate de recoltă de 20-30 la sută. Septoria spp. produce, de asemenea, daune în creștere grâului pe măsură ce tehnologiile de prelucrare zero devin mai populare. Din păcate, majoritatea soiurilor sunt susceptibile la boli dominante și există o diversitate genetică limitată a genelor de rezistență disponibile pentru utilizare în programele de reproducere (Shamanin și colab., 2016). Prin urmare, acest studiu își propune să identifice și să caracterizeze surse noi de rezistență a grâului de primăvară la agenții patogeni majori.

Rudele de grâu sălbatic au fost folosite cu succes pentru a identifica și a încorpora noi gene de rezistență la boli în grâu. Mai mult, grâul hexploid sintetic a fost folosit recent ca o punte pentru a încorpora mai mulți genomi ai speciilor sălbatice. Cele mai populare materiale sintetice se bazează pe încrucișări între grâul dur (Triticum turgidum sp. Durum, genomul AB) și Ae. taushii (pâine grâu D genomul progenitor). Plantele de grâu sintetice seamănă cu tipul semi-sălbatic cu vârfuri strânse, greu bătute și performanțe agronomice slabe, totuși conțin o nouă diversitate pentru rezistența la numeroase stresuri abiotice, boli și dăunători (Ogbonnaya și colab., 2013). Acest studiu a utilizat două grupuri de germoplasmă (Suplimentul 1): 1) Sintetice dezvoltate de CIMMYT din încrucișări între soiurile de grâu dur de iarnă din Ucraina și România și Ae. taushii din bazinul Mării Caspice, așa cum este descris de Morgounov și colab. (2018) și 2) Sinteticele s-au dezvoltat în Japonia din încrucișările dintre cultivarul de dur din SUA Langdon și Ae. taushii selectate din colecția diversității globale (Matsuoka și colab., 2007).

Experimentele de teren au fost efectuate în 2016 și 2017 la Omsk, Rusia, în studii replicate cu o dimensiune a parcelei de 1 m 2. Experimentele au fost plantate la jumătatea lunii mai (după barbă) în ambii ani și au fost recoltate la începutul lunii septembrie. Reacțiile plantelor la făinare (Erisyphe graminis), rugina frunzelor (Puccinia recondita) și rugina tulpinilor (Puccinia graminis) au fost evaluate sub presiunea bolii naturale. În ambii ani, au fost luate 4-5 citiri de severitate pentru fiecare boală și a fost calculată zona sub curba de progres a bolii (AUDPC). Au fost înregistrate trăsături agronomice comune, inclusiv zile până la poziție, înălțimea plantei și componentele randamentului. Reacțiile răsadurilor la rugina frunzelor au fost efectuate folosind populația locală Chelyabinsk a agentului patogen. Prezența markerilor moleculari la genele de rezistență Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr21, Lr24, Lr26, Lr34, Lr37, Lr41, Lr67, Sr2 și Sr42 au fost evaluate utilizând protocoalele stabilite (http://maswheat.ucdavis.edu) . Rezistența la Septoria sp. a fost evaluat pe teren sub inoculații artificiale separate de S. nodorum și S. tritici în regiunea Moscovei în cursul anului 2017. Pentru toate bolile, intrările au fost clasificate în patru categorii principale pe baza severității și AUDPC: rezistent la R; MR-moderat rezistent; MS-moderat susceptibil; și S-susceptibil (Suplimentul 2).

Un total de 28 sintetice (19 sintetice CIMMYT și 9 sintetice japoneze) au demonstrat rezistență combinată la cel puțin două boli în ambii ani de testare (Suplimentul 1). Șase materiale sintetice (intrările 13, 18, 20, 21, 23 și 24) au fost rezistente la toți cei patru agenți patogeni. Severitatea ruginii frunzelor și AUDPC pentru 2016 și 2017 sunt prezentate în Tabelul 1. Soiul local de verificare Serebristaya a prezentat o severitate ridicată, indicând o presiune substanțială a bolii. Unsprezece intrări au demonstrat reacții MR sau R în ambii ani, incluzând șase materiale sintetice (intrările 13, 14, 15, 19, 21 și 22), care posedă gena Lr41, fie individual, fie în combinație cu alte gene. Această genă derivă din Ae. taushii (Singh și colab., 2004) și este eficient împotriva populațiilor de rugină siberiană. Intrarea rezistentă 7 avea Lr21, care nu este eficient împotriva ruginii locale, sugerând că există gene suplimentare implicate. Restul de patru materiale sintetice rezistente nu poseda gene Lr cunoscute. Intrarea 25 (LDN/Ae.tau. (KU-2092)) a combinat rezistența la rugina frunzelor atât la stadiile răsadului, cât și la plantele adulte, sugerând prezența unei gene majore. Sinteticele 20 (LDN/Ae.tau. (IG-126387)), 24 (LDN/Ae.tau. (KU-20-9)) și 28 (LDN/Ae.tau. (KU-2105)) au fost susceptibile la stadiul răsadului, dar rezistent în câmp, indicând prezența posibilelor gene noi de rezistență la plante adulte.

tabelul 1

Reacția sinteticelor hexaploide primare la rugina frunzelor, Omsk, Rusia, 2016–2017.