CC BY
18N.I. Vavilov's birth. Bolshie Vyazemy, Moskow region. July 17-21, 2012. P. 69-80. (In Russian). Kudinova O.A. Virulence and DNA polymorphism of Puccinia triticina isolates from the North Caucasus and the Leningrad Region / O.A. Kudinova, O. Yu. Kremneva, G.V. Volkova // Scientific journal of KubSU. 2010. N 62 (08).(In Russian). Kudinova O.A. Dynamics of the North Caucasian population of leaf rust of wheat (causative agent - Puccinia triticina) by virulence and DNA polymorphism / O.A. Kudinova // Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. 2011. V. 6. N 68. P. 63-65. (In Russian). Mikhailova L.A. Changes in the structure of the population of Puccinia recóndita Rob. ex Desm. f. sp. tritici in the vicinity of Derbent (Dagestan)
Plant Protection News, 2018, 2(96), p. 5-12
in 1970-1995 / L.A. Mikhailova, K.M. Abdullaev, L.F. Shelomova // Mycologiya and phytopathologiya. 1997. V. 31. N 2. P. 71-77. (In Russian).
Mikhailova L.A. Research methods for genetic diversity of populations the activator of wheat leaf rust Puccinia recóndita of Rob. ex Desm. f. sp.tritici. / L.A. Mikhailova, E.I. Gultyaeva, N.V. Mironenko // St. Petersburg:VIZR, 2003. 24 p. (In Russian).
Mikhailova L.A. Genetics of relationship of leaf rust activator and wheat. / Ed.by acad. RASHN M.M. Levitin. - SPb.: VIZR, 2006. (In Russian).
Sorokina G. K. The use of effective Lr-genes in wheat selection for resistance to leaf rust / G.K. Sorokina, L.A. Smirnova, V.K. Langavaya et al. // Methodical recommendations. VNIIF, VASKhNIL. M., 1990. 31 p. (In Russian).
MOLECULAR-GENETIC APPROACHES TO STUDYING WHEAT LEAF RUST POPULATIONS
E.I. Gultyaeva, I.A. Kazartsev
All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia
Population studies of the leaf rust agent Puccinia triticina Erikss. have a long-time history. This review describes the traditional phytopathological and modern molecular methodological approaches used in P. triticina studies. The results of the analysis of P. triticina Russian populations according with virulence and intrapopulation and interpopulation diversity studies of the pathogen by DNA polymorphism are summarized. The advantages and disadvantages of RAPD, AFLP and SSR analyses for studies of P. triticina populations are discussed. The original results of analysis of P. triticina populations using RAPD and SSR markers are presented. Since the middle of 2010, new SNP markers have been developed for coevolution studies in P. triticina populations existed on the common and durum wheats. The possibility and perspective of using a new methodological approach for assessing the degree of phylogenetic relationship between Derbent isolates of P. triticina obtained from Triticum sp. and Aegilops sp. different ploidy are discussed. Prospects for the creation and practical use of new molecular genetic diagnostic systems for monitoring populations, tracking the emergence of new races, their distribution and migration are presented.
Keywords: Puccinia triticina; RAPD; SNP; SSR marker; virulence; Lr-gene.
Сведения об авторах
Всероссийский НИИ защиты растений, шоссе Подбельского, 3, 196608 Санкт-Петербург, Пушкин, Российская Федерация *Гультяева Елена Ивановна. Ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук, доцент, e-mail: [email protected] Казарцев Игорь Александрович. Старший научный сотрудник, кандидат биологических наук, e-mail: e-mail: [email protected]
* Ответственный за переписку
Information about the authors
All-Russian Institute of Plant Protection, Podbelskogo Shosse, 3, 196608, St. Petersburg, Pushkin, Russian Federation *Gultyaeva Elena Ivanovna. Leading Researcher, PhD in Biology, associate professor, e-mail: [email protected] Kazartsev Igor ' Alexandrovich. Senior Researcher, PhD in Biology,
e-mail: [email protected]
* Corresponding author
УДК 575+633.11:632.488
ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЕНОВ TSN1 И TOXA В ПАТОСИСТЕМЕ TRITICUMAESTIVUM- PYRENOPHORA TRITICI-REPENTIS
Н.В. Мироненко, Н.М. Коваленко
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
Желтая пятнистость листьев, вызываемая грибом Pyrenophora tritici-repentis, - вредоносное и широко распространенное в Российской Федерации заболевание пшеницы. В последние годы предлагается проводить MAS против доминантной аллели гена восприимчивости к желтой пятнистости Tsnl для ускорения селекционного процесса. Однако в этих работах недооценивается фактор популяционного разнообразия патогена по генам эффекторам и конкретно по гену ToxA, контролирующему синтез некроз индуцирующего токсина PtrTox А на восприимчивых сортах с комплементарным геном Tsnl. В данной работе проведен анализ результатов инокуляции 24 сортов мягкой озимой пшеницы с доминантными и рецессивными аллелями гена Tsnl изолятами P. tritici-repentis, охарактеризованными по наличию /отсутствию гена эффектора ToxA (ToxA+ и ToxA-). На примере взаимодействия аллелей гена Tsnl и гена-эффектора P. tritici-repentis ToxA в конкретных парах генетически охарактеризованных образцов пшеницы и изолятов патогена показано, что один и тот же признак «образование некроза на листьях» в сочетаниях различных генотипов сорт-изолят (TsnlTsnl - ToxA+/ToxA- и tsnltsnl - ToxA+/ToxA-) имеет разную генетическую природу. 41.7 % случаев взаимодействия генов не соответствовали схеме ген-на-ген, что объясняется либо наличием в изолятах некроз индуцирующих токсинов, отличных от Ptr ToxA, либо снижением уровня экспрессии гена ToxA в различных генотипах сортов.
Ключевые слова: пшеница; Pyrenophora tritici-repentis; ген восприимчивости Tsnl; ген эффектор ToxA; MAS; ПЦР; патосистема; Tsnl/ToxA взаимодействие.
Желтая пятнистость листьев - относительно новая болезнь пшеницы. В Северной Америке и в Австралии она проявилась на уровне эпифитотий в 70-е годы ХХ века; в Европе (включая Россию) - в 80-е. Эпифитотии этой болезни периодически наблюдаются в разных странах мира, потери зерна у восприимчивых сортов достигают 65 % [ШггеИ et а1., 1990]. Возбудитель болезни аскомицетный гриб Ругепор^га ^Шс1-гереп^&\ В России желтая пятнистость впервые была зарегистрирована на Северном Кавказе в 1985 г. [Гранин и др., 1989]. Высокую распространенность болезни (до 100 %) отмечали в Северо-Кавказском регионе [Кремнева, Волкова, 2007]. В начале XXI века заболевание распространилось на Северо-Западе РФ, где развитие болезни на некоторых сортах пшеницы достигало 70 % [Михайлова и др., 2010]. Из сортов пшеницы, выращиваемых в России, доля устойчивых к желтой пятнистости составляет 25 %, что не может обеспечить удовлетворительной защиты от болезни.
Р М^а-герепШ' является некротрофным паразитом, продуцирующим хозяин-специфичные токсины. У патогена идентифицирован ген ТохА, детерминирующий образование некроз индуцирующего токсина Р^ТохА на сортах пшеницы с геном восприимчивости Ти1. Кроме некроза на листьях пшеницы в результате инокуляции развивается хлороз, вызываемый токсинами Р1гТохВ и Р^ТохС. Однако основным критическим фактором вирулентности считается Р^ТохА [СшйеШ et а1., 1997].
Взаимоотношения в патосистеме «мягкая пшеница -P. tritici-repentis»» осуществляются по типу «ген-на-ген» в зеркальном отражении [Strelkov, Lamari, 2003; Ciuffetti et al., 2010]. В последние несколько лет появились работы, в которых предлагается использовать молекулярные маркеры на доминантную аллель Tsnl для маркер-вспомогательной селекции (MAS- marker assisted selection) [Faris et al., 2010; 2012; Kokhmetova et al., 2017]. Молекулярные маркеры были разработаны на дистальные области гена Tsn 1: SSR-маркеры Xfcp1, Xfcp620, Xfcp394 [Zhang et al., 2009] и на внутреннюю область гена для функциональной аллели - доминантный маркер Xfcp623 [Faris et al., 2010]. На основании ранее полученных нами данных о встречаемости гена ToxA в популяциях патогена в трех регионах РФ [Мироненко и др., 2015] и анализа встречаемости доминантной аллели Tsnl среди районированных в этих зонах сортов пшеницы был сделан вывод о нецелесообразности MAS пшеницы против гена Tsn1 на устойчивость к желтой пятнистости [Мироненко и др., 2017].
Цель исследования - тестировать гипотезу взаимоотношений паразита и хозяина по принципу «ген-на ген» в патосистеме «Triticum aestivum - P. tritici-repentis» с использованием молекулярных маркеров, разработанных на ген восприимчивости пшеницы Tsnl и ген возбудителя ToxA.
Материалы и методы
Материалом исследования служили 24 сорта мягкой озимой пшеницы КНИИСХ и 4 моноконидиальных изолята гриба Р. (тШа-терепйз - П3 и П7 из павловской популяции (Ленинградская обл.) и Ко9 и Ко11 из краснодарской популяции (табл.2). Грибы выращивали на среде V4. Инокуля-
цию проростков пшеницы суспензией конидий гриба проводили известным методом [Михайлова и др., 2002]. Оценку проростковой устойчивости сортов проводили через 7-9 дней после инокуляции P. tritici-repentis по 5-балльной шкале Р.Г. Рис c соавторами [Rees et al.,1987] (табл.1).
Таблица 1. Шкала оценки устойчивости пшеницы к P. tritici-repentis [Rees et al.,1987]
Размеры и тип повреждения
Симптомы отсутствуют
Мелкие (до 0.5 мм) темно-коричневые пятна, хлорозов нет или они небольшие Темно-коричневые пятна до 1 мм, могут быть хлорозы.
Маленькие пятна (до 2 мм) от бледных до темно-коричневых, часто в желтом ореоле Большие (3 мм) бледно-коричневые некротические пятна, обычно с маленьким темно-коричневым центром, в основном, окружены значительными хлорозами
Большие (3-5 мм) бледно-коричневые некрозы с темнокоричневым центром, сильное пожелтение окружающих тканей. Пятна соединяются, что приводит к гибели части или всего листа
Изолят считали вирулентным, а сорт восприимчивым, если развитие индуцируемого в результате инокуляции некроза на листьях пшеницы соответствовало баллу 3 и выше.
Из проростков пшеницы и 10-дневной культуры гриба выделяли ДНК известным методом с помощью CTAB [Murray, Thompson, 1980]. Доминантную аллель гена Tsnl идентифицировали в сортах методом ПЦР с праймерами на маркер Xfcp623 (Tsnl). Состав прайме-ров (5'-> 3'): F - CTATTCGTAATCGTGCCTTCCG; R -CCTTCTCTCTCACCGCTATCTCATC [Fans et al., 2010]. Размер диагностического фрагмента - продукта амплификации маркера Xfcp623 составляет 380 п.н. Наличие продукта амплификации свидетельствует о существовании доминантной аллели гена Tsnl, отсутствие - о нулевой (рецессивной) аллели tsnl. Состав реакционной смеси и условия ПЦР соответствовали протоколу [Roder et al., 1998]. Продукты ам-
Фенотип устойчивости
Балл
пшеницы
0 высокая устойчивость
1 устойчивость
2 средняя устойчивость
3 средняя чувствительность
4 чувствительность
5 высокая чувствительность
плификации разделяли в 1.7 % агарозном геле, окрашенном бромистым этидием, при напряжении 100 В в течение 3 часов и фотографировали. В качестве маркеров молекулярных масс использовали GeneRulerTM 50 b.p. DNA Ladder фирмы Fermentas.
Идентификацию гена ToxA у изолятов P. tritici-repentis проводили с помощью ПЦР с геноспецифичными праймерами (5'-> 3'): TA51F -GCGTTCTATCCTCGTACTTC; TA52R - GCATTCTCCAATTTTCACG (размер диагностического фрагмента составляет 573 п.н.), в качестве внутреннего контроля на присутствие грибной ДНК использовали прайме-ры на ген «домашнего хозяйства» CHS-1 (chitin synthase) [Andrie et al., 2007]. Для инокуляции были выбраны 4 изо-лята, показавшие по результатам ПЦР анализа наличие или отсутствие в геноме гриба гена ToxA (табл. 2).
Результаты и обсуждение
У 24 сортов пшеницы методом ПЦР было определено аллельное состояние гена восприимчивости йп1: у 10 сортов выявлена доминантная аллель гена, у 14 - рецессивные (табл. 2). Четыре изолята Р. tritici-repentis тестировали на наличие/отсутствие гена ТохА методом ПЦР. Ген ТохА обнаружен у изолятов П3 и П7 (ТохА+) и показано его отсутствие у изолятов Ко9 и Ко11 (ТохА). Все 24 сорта пшеницы были инокулированы данными 4-мя изолятами патогена. В табл. 2 представлены результаты инокуляции сортов пшеницы изолятами Р ^Ша-герепШ'.
Исходя из гипотезы взаимодействия по типу «ген-на-ген», мы ожидали увидеть реакцию совместимости в вариантах взаимодействий генов Т&п1/ТохА, в остальных вариантах - реакцию несовместимости. Однако картина оказалась более сложной и неоднозначной. Очевидно, один и тот же признак «образование некроза на листьях» в различных сочетаниях «сорт-изолят», имеет разную генетическую природу, обусловленную наличием в патогене различных токсинов, индуцирующих некроз, которым могут соответствовать различные гены восприимчивости. В табл. 3 подсчитана доля комбинаций «сорт-изолят» с различными сочетаниями генотипов, в которых проявилась реакция совместимости (восприимчивости) и несовместимости (устойчивости).
Из проанализированных 96 патосистем «сорт-изолят» в 20 патосистемах типа Т&п1/ТохА взаимодействие генов Таблица 2. Результаты заражения сортов пшеницы ТохА+ и ТохА- изолятами Р. Мйа-гереШз
№ Сорта пшеницы Аллельное Баллы поражения изолятами P. tritici-repentis
состояние ToxA+ ToxA-
гена Tsn l
П7 П3 Ко9 Ко11
1 Паллада TsnlTsnl 2 3 3 3
2 Крошка TsnlTsnl 3 3 3 2
3 Юбилейная 100 TsnlTsnl 3 3 2 3
4 Старшина TsnlTsnl 3 3 2 2
5 Безостая1 TsnlTsnl 3 3 3 3
6 Палпич TsnlTsnl 3 3 1 2
7 Есаул TsnlTsnl 2 3 2 1
8 Таня TsnlTsnl 2 3 1 1
9 Сила TsnlTsnl 2 3 1 1
10 Афина TsnlTsnl 3 2 1 2
11 Аврора tsnltsnl 3 2 1 1
12 Кавказ tsnltsnl 3 2 1 1
13 Восторг tsnltsnl 3 2 1 3
14 Виза tsnltsnl 3 3 3 3
15 Ласточка tsnltsnl 4 3 1 2
16 Юнона tsnltsnl 4 4 1 1
17 Иришка tsnltsnl 3 3 3 3
18 Айвина tsnltsnl 2 2 3 4
19 Верта tsnltsnl 2 3 1 1
20 Утриш tsnltsnl 2 3 1 1
21 Золотко tsnltsnl 3 3 3 4
22 Красота tsnltsnl 3 3 1 1
23 Батько tsnltsnl 3 3 2 3
24 Дея tsnltsnl 1 2 1 1
в большинстве случаев (75.0 %) осуществлялось по типу ген-на-ген, т.е. приводило к поражению сортов с доминантной аллелью Tsnl изолятами P. tritici-repentis с геном ToxA. Наблюдаемую в 25.0 % случаев реакцию устойчивости можно объяснить снижением экспрессии гена ToxA в условиях генотипа конкретного сорта. В то же время изоляты ToxA+ поражают сорта с рецессивными аллелями tsnl практически с той же частотой - в 67.9 % комбинаций, что может свидетельствовать либо об отсутствии взаимоотношений между генами по типу ген-на ген, либо о наличии других генов эфекторов и генов восприимчивости в патосистеме.
К таким же заключениям можно прийти, анализируя результаты инокуляции сортов пшеницы изолятами P tritici-repentis ToxA-, не имеющими гена ToxA. Показано, что они почти в равной степени поражают сорта с доминантными и рецессивными аллелями гена Tsnl (30.0 % и 35.7 % комбинаций).
Изучению роли взаимодействия токсина Ptr ToxA и гена восприимчивости пшеницы Tsnl в развитии болезни посвящены многие работы. Отмечены отдельные случаи, когда изоляты гриба, имеющие ToxA, не вызывали некроз на растениях с геном Tsnl [Andrie et al., 2007; Faris et al., 2012]. При анализе обширной коллекции ToxA+ изолятов P tritici-repentis выявлено 10 % изолятов, которые показывали нетипичные симптомы [Lepoint et al., 2010]. Секве-нирование гена ToxA у таких изолятов не выявило ну-клеотидной изменчивости в этом гене [Мироненко и др., 2015; Aboukhaddour et al., 2013; Ali et al., 2010; Friesen et al., 2006; Leisova-Svobodova et al., 2010]. Таким образом, изменчивость гена ToxA не ответственна за различия в эффектах взаимодействия Tsnl - ToxA. Выдвинуты гипотезы, что эффект данных взаимоотношений между хозяином и эффектором патогена уменьшается или маскируется благодаря эпистатическим эффектам других генных взаимодействий [Friesen et al., 2006; Phan et al., 2016]. Известно, что у различных изолятов гриба одни и те же эффекторы могут иметь разные уровни экспрессии in planta. Такие факты были описаны в работе [Faris et al., 2011] для двух изолятов S. nodorum, имеющих ген ToxA. В работе Manning & Ciuffetti [2015] показано, что симптомы, вызываемые Ptr ToxA, маскируют симптомы, индуцируемые другими хозяин-специфичными токсинами.
Таблица 3. Сравнение результатов заражения сортов пшеницы с различным аллельным состоянием гена Тзп1 изолятами Р.Мйа-гереШз ТохА+ и ТохА-
Комбинация генотипов сорт/изолят* (количество) Комбинации сорт/ взаимодействия и патогена п восприимчивость изолят с реакцией эастения-хозяина то типу, в % устойчивость
Tsn1Tsn1/ToxA+ (20) tsn1tsn1/ToxA+ (28) Tsn1Tsn1/ToxA-(20) tsn1tsn1/ToxA- (28) 75.0 67.9 30.0 35.7 25.0 32.1 70.0 64.3
Примечание: * ToxA+ - наличие гена; ToxA- - отсутствие гена
Вывод
В нашей работе показано, что в патосистеме T. aestivum - P. tritici-repentis кроме взаимоотношений генов Tsnl/ ToxA по типу ген-на ген существуют взаимоотношения между генами других неизвестными еще некроз индуцирующих токсинов гриба и генами восприимчивости растения-хозяина, которые частично маскируют эффект взаимодействия генов Tsnl/ToxA. Полученные результаты
могут быть полезны для MAS против доминантных аллелей гена восприимчивости Tsnl, учитывая то обстоятельство, что наибольший эффект MAS может быть достигнут при районировании сортов пшеницы c генотипом tsnltsnl в регионах, где наблюдается максимальное распространение изолятов P. tritici-repentis с геном ToxA .
Работа выполнена при частичной поддержке грантом РФФИ № 18-04-00128а.
Библиографический
Гранин Е.Ф. Пиренофороз озимой пшеницы на Северном Кавказе. / Е.Ф. Гранин, Э.М. Монастырская, Г.А. Краева, К.Ю. Кочубей // Защита растений, 1989. N 12. С. 21.
Кремнева О.Ю. Структура популяции Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе по вирулентности и морфолого-культуральным признакам. / О.Ю. Кремнева, Г.В. Волкова // Микология и фитопатология, 2007. Т. 41, N 4. С. 356-361.
Мироненко Н.В. Селективное влияние сортов пшеницы с геном Tsn1 на формирование популяции возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis. / Н.В. Мироненко, О.А. Баранова, Н.М. Коваленко, О.С. Афанасенко, Л.А. Михайлова // Вестник защиты растений, 2017. Т. 3, N 93. С. 23-27.
Мироненко Н.В. Частота гена ToxA в популяциях Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе и северо-западе России. / Н.В. Мироненко, О.А. Баранова, Н.М. Коваленко, Л.А.Михайлова // Микология и фитопатология, 2015. Т. 49. N 5. С. 325-329.
Михайлова Л. А. Лабораторные методы культивирования возбудителя желтой пятнистости пшеницы Pyrenophora tritici-repentis. /Л.А. Михайлова, Е.И. Гультяева, Н.М. Кокорина // Микология и фитопатология, 2002. Т. 36. N 1. С. 63-67.
Михайлова Л.А. Характеристика популяций Pyrenophora tritici-repentis по признаку вирулентности. / Л.А. Михайлова, И.Г. Тернюк, Н.В. Мироненко // Микология и фитопатология, 2010. Т. 44. N 3. С. 263272.
Aboukhaddour R. Race structure of Pyrenophora tritici-repentis (tan spot of wheat) in Alberta, Canada. / R. Aboukhaddour, T.K. Turkington, S.E. Strelkov // Can. J. Plant Pathol. 2013. V. 35. N 2. P. 256-268.
Ali S. Identification and characterization of novel isolates of Pyrenophora tritici-repentis from Arkansas. / S. Ali, S. Gurung, T.B. Adhikari // Plant Dis., 2010. V. 94. P. 229-235.
Andrie R. M. A combination of phenotypic and genotypic characterization strengthens Pyrenophora tritici-repentis race identification. /R. M. Andrie, I. Pandelova, L.M. Ciuffetti // Phytopathology, 2007. V. 97. P. 694-701.
Ciuffetti L.M. A single gene encodes a selective toxin causal to the development of tan spot od wheat. / L.M. Ciuffetti, R.P. Tuuori, J.M. Gaventa // The Plant Cell, 1997. V. 9. P. 135-144.
Ciuffetti L.M. Host-selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici- repentis - wheat interaction. / L.M. Ciuffetti, V.A. Manning, I. Pandelova, M.F. Betts, J.P. Martinez // New Phytol., 2010. V. 187. P. 911-919.
Faris J.D. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens. / J.D. Faris, Z. Zhang, H.J. Lu, S.W. Lu, L. Reddy et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2010. V. 107. P. 13544-13549.
Faris J.D. Tan spot susceptibility governed by the Tsnl locus and racenonspecific resistance quantitative trait loci in a population derived
список (References)
from the wheat lines Salamouni and Katepwa. / J.D. Faris, N.S. Abeysekara, P.E. McClean, S.S. Xu, T.L. Friesen // Mol. Breeding, 2012. V. 30. P. 1669-1678. Faris J.D Variable expression of the Stagonospora nodorum effector SnToxA among isolates is correlated with levels of disease in wheat. / J.D. Faris, Z. Zhang, J.B. Rasmussen, T.L. Friesen // Mol. Plant Microbe Interact., 2011. V. 24. P. 1419-1426. Friesen T.L. Emergence of a new disease as a result of interspecific virulence gene transfer. / T.L. Friesen, E.H. Stukenbrock, Z. Liu, S. Meinhardt, H. Ling, J.D. Faris, J.B. Rasmussen, P.S. Solomon, B.A. McDonald, R.P. Oliver // Nature Genet., 2006. V. 38. P. 953-956. Hirrell M.C. First report of tan spot caused by Drechslera tritici-repentis on winter wheat in Arkansas. / M.C. Hirrell, J.P. Spradley, J.K. Mitchell, E.W. Wilson // Plant Disease, 1990. V. 74, N 3. P. 252. Kokhmetova A. Evaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot. / A. Kokhmetova, J. Kremneva, G. Volkova, M. Atishova, Z. Sapakhova // Journal of Plant Pathology, 2017. V. 99, N 1. P. 161-167. Leisova-Svobodova L. Expansion and variability of the Ptr Tox A gene in populations of Pyrenophora tritici-repentis and Pyrenophora teres. / L. Leisova-Svobodova, A. Hanzalova, L. Kucer // J. Plant Pathol., 2010. V. 92, N 3. P. 729-735. Lepoint P. Genetic diversity of the mating type and toxin production genes in Pyrenophora tritici-repentis. / P. Lepoint, M.-E. Legreve, E. Duveiller, H. Maraite // Phytopathology, 2010. V. 100. P. 474-483. Manning V.A. Necrotrophic Effector Epistasis in the Pyrenophora tritici-repentis-Wheat Interaction. / V.A. Manning, L.M. Ciuffetti // PLoS ONE, 2015. V. 10, N 4. e0123548. Murray H.G. Rapid isolation of high molecular weight DNA. / H.G. Murray,
W.F. Thompson // Nucleic Acids Res., 1980. V. 8. P. 4321-4325. Phan H.T.T. Differential effector gene expression underpins epistasis in a plant fungal disease. / H.T.T. Phan, K. Rybak, E. Furuki et al. // The Plant Journal., 2016. V. 87. P. 343-354. Rees R.G. Susceptibility of Australian wheats to Pyrenophora tritici-repentis. / R.G. Rees, G.J. Platz, R.J. Mayer // Aust. J. Agric. Res., 1987. V. 39. P. 141-151.
Roder M.S. A Microsatellite Map of Wheat. / M.S. Roder, V. Korzun, K. Wendehake, J. Plaschke, M.-H. Tixier, Ph. Leroy, M.W. Ganal // Genetics, 1998. V. 149. P. 2007-2023. Strelkov S. Host parasite interactions in tan spot [Pyrenophora tritici-repentis] of wheat. / S. Strelkov, L. Lamari // Can. J. Plant Pathol., 2003. V. 25. P. 339-349.
Zhang Z. Development, identification, and validation of markers for marker-assisted selection against the Stagonospora nodorum toxin sensitivity genes Tsnl and Snn2 in wheat. / Z. Zhang, T.L. Friesen, K.J. Simons, S.S. Xu, J.D. Faris // Mol. Breeding, 2009. V. 23. P. 35-49.
Translation of Russian References
Granin E.F., Monastyrskaya E.M., Kraeva G.A., Kochubey K.Yu. Pyrenophorosis of winter wheat in the North Caucasus. Zashchita rasteniy, 1989. N 12. P. 21. (In Russian).
Kremneva O.Yu., Volkova G.V. Population structure of Pyrenophora tritici-repentis in the North Caucasus on virulence and morphological traits // Mikologiya i fitopatologiya. 2007. V. 41. N 4. С. 356-361. (In Russian).
Mikhailova L.A., Gultyaeva E.I., Kokorina N.M. Laboratory methods of cultivation of wheat tan spot causal agent Pyrenophora tritici-repentis. Mikologiya i fitopatologiya, 2002. V. 36. N 1. P. 63-67. (In Russian).
Mikhailova L.A., Ternyuk I.G., Mironenko N.V. Characteristic of Pyrenophora tritici-repentis populations by their virulence. Mikologiya i fitopatologiya, 2010. V. 44, N 3. P. 263-272. (In Russian).
Mironenko N.V., Baranova O.A., Kovalenko N.M., Mikhailova L.A. Frequency of Tox^4 gene in North Caucasian and North-West Russian populations of Pyrenophora tritici-repentis. Mikologiya i fitopatologiya, 2015. V. 49. N 5. P. 325-329. (In Russian). Mironenko N.V., Baranova O.A., Kovalenko N.M., Afanasenko O.S., Mikhailova L.A. Selective influence of wheat cultivars with Tsnl gene on the formation of tan spot causative agent Pyrenophora tritici-repentis population // Vestnik zashchity rasteniy, 2017. N 3(93). P. 23-27. (In Russian).
Plant Protection News, 2018, 2(96), p. 12-16
PECULIARITIES OF INTERACTION OF TSN1 AND TOXA GENES IN TRITICUMAESTIVUM- PYRENOPHORA TRITICI-REPENTIS PATHOSYSTEM
N.V. Mironenko, N.M. Kovalenko
All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia
The tan spot caused by the Pyrenophora tritici-repentis is a harmful and widespread disease in the Russian Federation. Last years, it has been proposed to carry out marker assisted selection (MAS) against the dominant allele of the gene Tsnl determining the susceptibility to tan spot to speed up the breeding process. However, in these studies, the factor of the population diversity of the pathogen on the effector genes is underestimated, especially on the ToxA gene controlling the synthesis of necrosis inducing toxin Ptr ToxA in susceptible cultivars with the complementary gene Tsnl. In this paper, the results are analysed of inoculation of 24 soft winter wheat cultivars with dominant and recessive Tsnl alleles by P. tritici-repentis isolates, characterized by the presence or absence of the ToxA (ToxA+ and ToxA-) effector gene. Using the example of the interaction between Tsnl alleles and P. tritici-repentis ToxA effector gene in specific pairs of genetically characterized wheat samples and pathogen isolates, it was shown that the same sign of "formation of necrosis on leaves" in combinations of different genotypes of variety-isolate (TsnlTsnl- ToxA+/ToxA- and tsnltsnl - ToxA+/ToxA-) had a different genetic nature. 41.7 % of the cases of gene interactions did not correspond to the gene-to-gene scheme. This result is explained by either the presence of necrosis inducing toxins in isolates other than Ptr ToxA, or decrease in the level of ToxA gene expression in different wheat genotypes.
Keywords: wheat; Pyrenophora tritici-repentis; tan spot; Tsnl susceptibility gene; ToxA effector gene; MAS; PCR; pathosystem; Tsn l/Tox A interaction.
Сведения об авторах
Всероссийский НИИ защиты растений, шоссе Подбельского, 3, 196608 Санкт-Петербург, Пушкин, Российская Федерация *Мироненко Нина Васильевна. Ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, e-mail: [email protected]
Ковалено Надежда Михайловна. Старший научный сотрудник, кандидат биологических наук, e-mail: [email protected]
* Ответственный за переписку
Information about the authors
All-Russian Institute of Plant Protection, Podbelskogo Shosse, 3, 196608, St. Petersburg, Pushkin, Russian Federation * Mironenko Nina Vasilyevna. Leading Researcher, DSc in Biology,
e-mail: [email protected] Kovalenko Nadezhda Mikhailovna. Senior Researcher, PhD in Biology,
e-mail: [email protected]
* Corresponding author
УДК 633.853.494:632.938.1/6/7
МЕХАНИЗМЫ И ПАРАМЕТРЫ УСТОЙЧИВОСТИ РАПСА ЯРОВОГО К ОСНОВНЫМ ВРЕДИТЕЛЯМ
Б.П. Асякин
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
На основе изучения взаимодействия крестоцветных блошек и рапсового цветоеда с кормовыми растениями выявлены иммуногенетические барьеры, обусловливающие устойчивость рапса ярового как к отдельным видам этих вредителей, так и устойчивость к обоим фитофагам. Механизмом морфологического барьера устойчивости рапса ярового к рапсовому цветоеду является структура соцветий в период бутонизации, поскольку компактное расположение бутонов в соцветии препятствует проникновению вредителя внутрь соцветий, что значительно снижает его вредоносность. Для крестоцветных блошек таким барьером служат эпикутикулярный воск на семядольных листьях в фазу всходов, толщина листовой пластинки и верхнего эпидермиса, размеры проводящего пучка, а также расстояние от него до верхней поверхности листа. В то же время устойчивость рапса ярового как к крестоцветным блошкам, так и рапсовому цветоеду определяют физиологический, оксидативный и репарационный барьеры. Механизм первых двух связан с уровнем содержания в растении веществ вторичного обмена - глюкозинолатов. Способность устойчивых сортов при повреждении восстанавливать утраченную листовую поверхность или бутоны лежит в основе механизма репарационного барьера. На основе выявленных иммуногенетических барьеров разработана концептуальная модель сорта рапса ярового, устойчивого к крестоцветным блошкам и рапсовому цветоеду.
Ключевые слова: рапсовый цветоед (Meligethes аепеш Е); крестоцветные блошки (РИу1Шге(а spp.); иммунитет растений к вредителям; модель устойчивого сорта.
Рапс яровой является ценной масличной, медоносной и кормовой культурой. Семена современных сортов рапса содержит до 40-45 % полувысыхающего масла. Рапсовое масло, полученное из безэруковых сортов, является одним из лучших пищевых масел растительного происхож-
дения. По своему жирнокислотному составу, а также по вкусу оно приравнивается к оливковому маслу. Рапсовый шрот по кормовым достоинствам не уступает соевому, а по содержанию незаменимых аминокислот - превосходит подсолнечный. Зеленая масса рапса богата белком и каро-
