CC BY
85
155М 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (153-154), 2013
ПЕРЕДАЧА ГЕНА УСТОЙЧИВОСТИ К ТРИБЕНУРОН-МЕТИЛУ В СЕЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ПОДСОЛНЕЧНИКА ВНИИМК
Я.Н. Демурин,
доктор биологических наук, профессор,
А.А. Пихтярёва, кандидат биологических наук А.С. Тронин,
аспирант
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, д.17 Тел.: (861) 274-55-94 E-mail: [email protected]
Интродуцированные из США источники SURES-1 и SURES-2 показали полную устойчивость к сульфонилмочевиновому гербициду пульсар (д.в. трибенурон-метил). Резистентность к трибенурон-метилу при скрещивании этих источников с селекционными линиями контролировалась в F] и F2 одним полностью доминантным геном. Получены девять линий-доноров устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам и завершена работа по созданию трибенурон-метил устойчивых аналогов шести селекционных линий подсолнечника ВНИИМК.
Introduced from the USA the genetic stocks of SURES-1 and SURES-2 showed full resistance to sulfonylurea herbicide of Pulsar (a.i. tribenuron-
methyl). Resistance to tribenuron-methyl in Fj and F2 in the crosses of these genetic stocks with breeding lines was controlled by one fully dominant gene. Nine donor lines with resistance to sulfonylurea herbicides were developed and works on the development of resistant analogs of six breeding lines of VNIIMK were finished.
Ключевые слова: резистентность, гербицид, сульфонилмочевина, наследование, скрещивание, линия
УДК 633.854.78:575
Поиск наследственной устойчивости к гербицидам в популяциях культурных растений и их дикорастущих сородичей привлекает внимание учёных как с точки зрения познания генетики этого признака, так и с целью разработки инновационных агротехнологий.
В настоящее время используется производственная система возделывания подсолнечника, имеющая несколько названий - ExpressSun, Экспресс или СУМО, представляющая собой комбинацию гербицида, являющегося ALS-ингибитором из группы сульфонилмочевин, и генотипов подсолнечника, устойчивых к этому гербициду [1].
Создание гербицидоустойчивых гибридов подсолнечника стало возможным после обнаружения в дикорастущих популяциях резистентных особей к трибе-нурон-метилу - веществу из группы сульфонилмочевиновых гербицидов. Так, 57 % из 46 природных популяций Helianthus annuus L. и трех популяций H. petio-laris Nutt., семена которых были собраны в ходе экспедиций в пяти штатах США в 2002 г., обладали устойчивыми к трибенурон-метилу особями [2]. При этом в южных регионах, где сульфонилмочеви-ны использовались более длительное время, доля популяций с устойчивыми растениями была выше, например, в штате Канзас до 94 %.
Аналогичные результаты были получены также при изучении популяционной структуры 23 образцов дикорастущего H. annuus из коллекции, собранной в трех
провинциях Канады в 1994 г. и хранящихся в генбанке. Так, 52 % популяций обладали устойчивыми особями, причём доля устойчивых к трибенурону растений в этих популяциях в среднем составляла 3 % с максимальным лимитом до 6 % [3]. Однако шесть популяций H. petiolaris из двух провинций Канады не показали гер-бицидоустойчивости. Очевидно, что резистентные к трибенурону дикорастущие растения подсолнечника существовали в природе до появления производственной системы ExpressSun.
Интродукция гена устойчивости к три-бенурон-метилу от дикорастущего H. an-nuus из Канзаса в генофонд культурного подсолнечника завершилась созданием двух публичных источников этого признака [4]. SURES-1 представляет собой инбредную линию закрепитель стерильности, полученную после скрещиваний HA424/3/HA406//HA89/SU Res. wild H. annuus, а SURES-2 является линией восстановителем фертильности на основе скрещиваний RHA377/3/RHA392// RHA376/ SU Res. wild H. annuus.
С молекулярно-генетической точки зрения устойчивость к сульфонилмочеви-нам у линий SURES представляет собой точковую мутацию в гене фермента AHAS (ALS), а именно замену С-Т в кодоне 197 [5]. Эта транзиция приводит к моноаминокислотному изменению про-лин-лейцин в первичной структуре фермента, что модифицирует его конформацию и делает устойчивым к действию гербицида. С другой стороны, данных об изучении наследования признака с проведением гибридологического анализа в литературе не содержится [6].
Кроме источника SURES, устойчивость к трибенурону описана также у линии HA89 после химического мутагенеза с применением EMS. Именно последний генетический источник использован в запатентованной технологии ExpressSun [6].
В лаборатории генетики ВНИИМК работа по изучению линий SURES-1 и SURES-2 ведётся с 2005 г. В частности,
доказан негативный эффект сульфонил-мочевинового гербицида Г ранстар на развитие клубеньков вирулентной популяции заразихи из Ростовской области при оценке в условиях теплицы [7].
Целью нашей работы было селекционно-генетическое изучение признака устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам у подсолнечника. Для этого предполагалось оценить коллекцию линий ВHИИMК по устойчивости к трибе-нурон-метилу, изучить наследование этого признака, а также создать доноры и аналоги селекционных линий BHHHMR с устойчивостью к трибенурон-метилу.
Материал и методы. Исследования проведены в 2GG5-2G12 гг. на центральной экспериментальной базе BHHHMR, включая полевые опыты и выращивание растений в камерах фитотрона. Mатeриа-лом для работы были: линия-закрепитель стерильности SURES-1 и линия-восстановитель фертильности SURES-2, созданные в США и обладающие, по литературным данным, устойчивостью к трибенурон-метилу; селекционные линии ВHИИMК ВК876, ВК 68G, ВК 58G, ВА 93, ВА 325 и ВА 317; а также 66 семей M2 селекционных линий, полученных с использованием химического мутагенеза (HЭM).
Для оценки устойчивости подсолнечника к сульфонилмочевинам на стадии трех пар настоящих листьев проводилась обработка растений гербицидом Гранстар, СТС (д.в. трибенурон-метил, 75G г/кг, компания-производитель Du Pont) в дозировке 2Х (G,25 г/л, что соответствует около 34,6 г д.в./га или двойной рекомендуемой в производстве дозе). Опрыскивание проводили в утренние часы с помощью ранцевого пневматического опрыскивателя. Гербицид равномерно наносился на листья, включая точку роста растений. Оценка воздействия гербицида проводилась на 10-е сутки после обработки.
Результаты и обсуждение. При первичном скрининге коллекции ВHИИMК в 2GG8 г. было изучено четыре селекционные линии, два интродуцированных ис-
точника и 66 семей М2 селекционных линий. Для поиска устойчивости к трибену-рон-метилу гербицидом были индивидуально обработаны около 700 растений подсолнечника. При визуальной оценке состояния растений после обработки гербицидом по шкале фитотоксичности выделялись два фенотипических класса: устойчивые - без видимых повреждений тканей растения, и погибшие - остановившиеся в росте растения с полным некрозом тканей.
Образцы-источники SURES-1 и SURES-2 показали полную устойчивость к Гранстару. Все растения обычных линий ВК 876, ВК 580, ВА 93, ВА 325, а также растения семей М2 погибли в результате обработки гербицидом (табл. 1).
Таблица 1
Результаты скрининга коллекции подсолнечника по устойчивости к гербициду Гранстар
ВHИИMК, Краснодар, 2GG8 г.
Генотип Число растений, шт.
устойчивые погибшие
SURES-1 34 0
SURES-2 29 0
ВК 876 0 22
ВК 580 0 34
ВА 93 0 27
ВА 325 0 36
66 семей M2 0 517
Таким образом, выявлено отсутствие мутантного гена устойчивости к сульфо-нилмочевинам в образцах генетической коллекции ВНИИМК.
Для изучения наследования признака устойчивости к сульфонилмочевинам, были обработаны Гранстаром растения Б1 и Б2 по нескольким комбинациям скрещиваний (табл. 2).
Гибриды Бі ВК 876 х SURES-1, ВА 93 X SURES-1, ВК5 80 х SURES-2 и ВА 325 х SURES-2, как и интродуцированные родительские формы, показали полную устойчивость к Гранстару. Кроме того,
отсутствовал промежуточный фенотипический класс чувствительные (т.е. растения с различной степенью хлорозов и некрозов, а также повреждением центральной точки роста после обработки), который мог бы указывать на наличие генов-модификаторов или не доминантный тип наследования. Следовательно, характер наследования этого признака в Б1 -полное доминирование устойчивости.
Расщепление в популяциях Б2, полученных путём самоопыления растений Б1 по всем четырём комбинациям скрещиваний, также подтвердило моногенную схему наследования 3 устойчивых : 1 погибший (табл. 2).
Таблица 2
Наследование в и ¥2 устойчивости растений подсолнечника к гербициду Гранстар
ВHИИMК, Краснодар, 2GG7-2GG8 гг.
Поко- ле- ние Комбинация скрещивания Число растений, шт. Х23:1
устойчи- вые погиб- шие
ВК 876 x SURES-1 41 0
ВК 58G x SURES-2 20 0
F1 -
ВА 93 x SURES-1 48 0
ВА 325 x SURES-2 13 0
ВК 876 x SURES-1 36 11 0,06 *
ВК 58G x SURES-2 30 11 0,07 *
F 2 ВА 93 x SURES-1 30 7 0,72 *
ВА 325 x SURES-2 29 12 0,39 *
* - Х23:1< Х205 = 3,84
Для проверки гипотезы о полном доминировании признака устойчивости к трибенурон-метилу, была измерена высота растений родительских линий и растений F1 по двум комбинациям
скрещиваний (табл. 3).
Достоверное снижение высоты обработанных растений наблюдалось только у гербицидоустойчивой гомозиготной линии SURES-1 (табл. 3). Следует отметить отсутствие у этой линии погибших после обработки гербицидом растений (табл. 1). Очевидно, что такие различия в высоте растений являлись модификационными и
зависели от количества гербицида, попавшего на растение. Расчёт эффекта действия гербицида показал, что в результате обработки растений линии SURES-1 гербицидом гранстар произошло снижение их высоты на 10 %.
Таблица 3
Высота растений родительских линий и гибридов F¡ при обработке гербицидом Гранстар
ВНИИМК, Краснодар, 2008 г.
Высота растений, см ± к
Г енотип конт- обра- конт- НСР05
роль ботка ролю
SURES-1 115 104 11 7,6
SURES-2 104 87 17 18,8
ВК 876 х SURES-1 136 129 7 10,0
ВК 580 х SURES-2 150 143 7 14,6
Однако в случаях с линией SURES-2 и гибридов Б1 по двум комбинациям скрещиваний достоверного снижения высоты растений после их обработки гербицидом Гранстар в 2Х дозировке не произошло, что подтверждает гипотезу о полном доминировании признака устойчивости к трибенурон-метилу.
Дальнейшая селекционная работа, включающая самоопыление и отбор, позволила получить к 2012 г. четыре семьи Бб линий-закрепителей стерильности и пять семей Бб линий-восстановителей фертильности. Эти новые линии являются донорами признака устойчивости к суль-фонилмочевинам у подсолнечника и включены в генетическую коллекцию ВНИИМК.
Более того, в настоящее время на завершающем этапе находится создание аналогов селекционных линий ЦЭБ ВНИИМК - ВК 876, ВК 680 и ВК 580, а также селекционных линий Армавирской опытной станции ВНИИМК - ВА 93, ВА 325 и ВА 317 (табл. 4).
Таблица 4
Устойчивые к трибенурон-метилу аналоги селекционных линий подсолнечника
ВНИИМК, Краснодар, 2012 г.
Линия-реципиент гена Sur Поколение
Материнские линии
ВА 93 I4BC5
ВК 876 I3BQ
ВК 680 І1ВС4
Отцовские линии
ВК 580 I4BC5
ВА 317 I2BC5
ВА 325 І1ВС4
Заключение. Интродуцированные источники из США SURES-1 и SURES-2 показали полную устойчивость к сульфо-нилмочевиновому гербициду Пульсар (д.в. трибенурон-метил). Резистентность к трибенурон-метилу в Fi и F2 при скрещивании этих источников с селекционными линиями контролировалась одним полностью доминантным геном. Получены девять линий-доноров устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам и завершена работа по созданию трибену-рон-метил устойчивых аналогов шести селекционных линий подсолнечника ВНИИМК.
Благодарности. Семена линий SURES-1 и SURES-2 были любезно предоставлены профессором Д. Шкори-чем (Институт полевых и овощных культур, г. Нови Сад, Сербия) в 2005 г.
Список литературы
1. Воронова, О. В борьбе за место под солнцем / О. Воронова // Новый аграрный журнал. - М., 2011. - Вып. № 2 (2). -С. 48-54.
2. Olson B.L.S., Al-Khatib K., Aiken R.M. 2004. Distribution of resistance to imazamox and tribenuron-methyl in native sunflower. [Электронный ресурс] http://www.sunflowernsa.com/research/resea rch-workshop/documents/158.pdf (дата обращения: 01.03.2013).
155М 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (153-154), 2013
3. Miller J.F., Seiler G.J. Tribenuron resistance in accessions of wild sunflower collected in Canada. [Электронный ресурс] www.sunflowernsa.com/research/ Proc. Sunflower Research Workshop - February, 7, 2005.
4. Miller J.F., Al-Khatib K. Registration of two oilseed sunflower genetic stocks, SURES-1 and SURES-2, resistant to tribenuron herbicide. - Crop Science. - 2004. - V. 44. - P.1037-1038.
5. Kolkman J.M., Slabaugh M.B., Bruniard J.M., Berry S., Bushman B.S., Olungu C., Maes N., Abratti G., Zambelli A., Miller J.F., Leon A., Knapp S.J. Aceto-hydroxyacid synthase mutations conferring resistance to imidazolinone or sulfonylurea herbicides in sunflower // Theoretical and Applied Genetics. - 2004. - V. 109. - Р. 1147-1159.
6. Sala C.F., Bulos M., Altieri E., Ramos M.L. Genetics and breeding of herbicide tolerance in sunflower // Proc. 18* Int. Sunfl. Conf., Mar del Plata, Argentina. -2012. - P. 75-81.
7. Демурин, Я.Н. Влияние ALS-ингибиторов на клубеньки заразихи у гербицидоустойчивых линий подсолнечника / Я.Н. Демурин, А.А. Перстенёва // Масличные культуры: Науч.-тех. бюл. ВНИИМК. - Краснодар, 2011. - Вып. № 1 (146-147). - С. 134-138.
