CC BY
40
УДК 633.521:631.52
селекционно-ценные гены устойчивости к фузариозному увяданию у льна
Т.А. РОЖМИНА, доктор биологических наук, зам. директора (e-mail: vniil@mail.ru)
Всероссийский научно-исследовательский институт льна, ул. Луначарского, 35, Торжок, Тверская обл., Российская Федерация
Резюме. В работе представлены результаты многолетних испытаний (1989-2012гг.) на инфекционно-провокационном фоне образцов коллекции льна и гибридных популяций для изучения генетики устойчивости льна к фузариозному увяданию. На основе использования методов гибридологического анализа и фитопатологического тестирования из мировой коллекции льна выявлено 18 генисточников устойчивости к заболеванию, имеющих различное эколого-географическое происхождение. Идентифицированы эффективные гены устойчивости у следующих образцов: л. 8 Dakota и л.3 Clark - ген Fu 2; л.3 к-5240, л.7 № 340, л.4 Areco, л. 2Atalante и л.6 к-5635 - Fu4; л. 1 Querandi и л. 1 к-65 - Fu 5; л. 3 Currong - Fu 6; л.8 Roja и л.3 Siciliana - Fu 7; г-2101-4-7, л. 2 Родник, л.3 Z 95199 и л.4 Honkei 21- Fu 8; л.8 Родник - Fu 9; л.12 Linota - Fu 10. На их основе c использованием метода непрерывного двукратного беккросса и отбора на инфекционном фоне созданы высококонкурентоспособные сорта льна-долгунца - Парус, Сурский, Диалог и Цезарь, обладающие различными генами устойчивости (Fu 4, Fu 5, Fu 6 и Fu 8, соответственно). При этом сорт Цезарь характеризуется комплексной устойчивостью к трем болезням (фузариозное увядание, ржавчина и пасмо). Широкое распространение этих сортов в производстве позволит предотвратить опасность эпи-фитотий фузариозного увядания на льне. Ключевые слова: лен, устойчивость, сорт, возбудитель, фузариозное увядание.
Для цитирования: Рожмина Т.А. Селекционно-ценные гены устойчивости к фузариозному увяданию у льна //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №12. С. 47-49.
обеспечивает их устойчивость к заболеванию, детерминируемую двумя R-генами [9]. Преимущество такого подхода состоит в сокращении срока выведения моногенных сортов и значительном подавлении болезни.
Цель наших исследований - выявить в мировой коллекции льна образцы с различными эффективными R-генами устойчивости к фузариозному увяданию для включения их в селекционный процесс.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили во ВНИИ льна в 1989-2012 гг. В качестве исходного материала использовали контрастные по устойчивости к популяции Fusarium oxysporum f. lini линии, выделенные из мирового генофонда культуры, имеющие различное эколого-географическое происхождение: высокоустойчивые - кк-5240 (г-4729, л. 3), 5588 (г-2101-4-7, л.7), 5635 (№ 3896, л.6) - Российская Федерация; кк-5064 (Родник, л.2), 6266 (к-65, л.1) -Республика Беларусь; к-6385 (Z 95199, л.3) - Румыния; к-5575 (Atalante, л.2), 5568 (Areco, л.4), к-5651 (Clark, л.3) - Голландия; к-5383 (Honkei 21, л.4) - Китай; к-4056 (Siciliana 285, л.3) - Италия; кк-1771 (Linota, л.12), 4241 (Querandi, л.1), 4263 (№ 340, л. 7) - Аргентина; к-3978 (Currong, л. 3) - Австралия; к-3510 (Roja, л. 8) - Канада; к-3218 (Dakota, л. 8) - США; сильновосприимчивые - кк-3217 (Punjab, л.8) - Индия; 4825 (Белинка, л.6) - Голландия; 4832 (Славный 82, л.8) и 5324 (АР 5) - Россия.
Для определения числа генов, детерминирующих устойчивость к фузариозному увяданию, у линий л.3 г-4729, л.7 г-2101-4-7, л.1 Querandi, л. 3 Currong, л. 8 Roja и л.8 Dakota проводили анализ гибридов F2 от их скрещивания с восприимчивой формой АР 5. Гибриды выращивали на двух инфекционно-провокационных фонах: 1 - популяция F. oxysporum в естественных климатических условиях, 2 - высокоагрессивный моноизолят F. oxysporum №39 в контролируемых условиях (оптимальная для развития патогена температура воздуха +25°С).
Идентификацию генов устойчивости осуществляли с помощью гибридологического анализа и фитопатологического теста. Фитопатологическое тестирование включало оценку исследуемых линий на устойчивость к популяции F. oxysporum, отдельным расам возбудителя (№№5, 12, 15) и моноизоляту №39, которые были взяты из коллекции микроорганизмов - возбудителей болезней льна, созданной во ВНИИЛ [10].
Для включения выявленных генов устойчивости в селекционный процесс применяли метод непрерывного беккросса. Устойчивые формы, обладающие различными R-генами, - л.3 г-4729, л.1 Querandi, л.3 Currong и л.7 г-2101 -4 у 7, использовали в качестве материнской формы, а высокопродуктивную, но сильновосприимчивую форму АР 5 как рекуррентного родителя.
Таблица 1. реакция генотипов льна на заражение популяцией и сильноагрессивными моноизолятами (расами) F. oxysporum f. lini
Фузариозное увядание (возбудитель гриб Fusarium oxysporum f. lini (Bolley)) - наиболее вредоносное и широко распространенное заболевание, как в условиях Российской Федерации, так и в других льносеющих странах мира [1]. При сильной степени поражения посевов этой болезнью урожай льносоломы может снижаться до 70-80%, семян - до 80-90% [2].
Большая часть современных отечественных сортов культуры характеризуются высокой либо средней устойчивостью к фузариозному увяданию [3]. Вместе с тем, из-за большой генетической однородности сортового материала существует опасность потери этого признака [4].
Резистентность льна к фузариозному увяданию может определяться генами, как горизонтальной [5, 6], так и вертикальной устойчивости [7, 8]. Учитывая тот факт, что передача инфекции возбудителя происходит главным образом через почву и поэтому протекает с меньшей скоростью, чем у заболеваний, распространяемых через воздух с помощью ветра, воды и насекомых, к фузариозному увяданию применима защита, обусловленная единичными эффективными генами. Подтверждением тому служит сорт Л-1120, созданный более полувека тому назад, который входит в родословную подавляющего большинства сортов льна-долгунца, что R - устойчив, S - восприимчив.
Название образца, происхождение Тип реакции
популяция моноизолят (раса)
№ 200 (раса 12) № 259 (раса 15) № 187 (раса 5) № 39
Белинка л. 6 S R R S S
Punjab л. 8 S R S S S
Славный 82 л. 8 S S R S S
Таблица 2. расщепление в F2 от скрещивания устойчивых к фузариозному увяданию линий
л.3 л.8 Da- л.2 л.3 л.3 л. 2 л.1 л.4 л.3 л.6
2 г-4729 kota Родник Z95199 Clark Atalante к-65 Honkei 21 Siciliana № 3896
л.7 148 : 0*
№ 340
л.3 50 : 4 302 : 5 194 : 2 161 : 9 95 : 0 175: 13 131 : 4 153 : 7 92 : 0
г-4729 X 2=3,38* X 2=0,01** X 2= 0,07** X 2=0,25* X 2=0,07* X 2=2,46* X 2=0,96*
л.1 80 : 23 129 : 2 228 : 3 195 : 20 - 248 : 0 226 : 12 163 : 6 232: 10
Querandi X 2=3,19* X 2=0,001** X 2=0,1** X 2=3,47* X 2=0,57* X 2=2,13* X2=1,8*
л.3 101: 11 171 : 3 144 : 3 142 : 8 121 : 10 52 : 3 101 : 4 192 : 20 107 : 7
Currong X 2= 2,43* X 2=0,63** X 2=0,21** X 2=0,22* X2=1,02* X 2=0,05* X 2=1,09* X 2=3,61* X 2=0*
л.8 86 : 20 172 : 6 90 : 3 151: 10 90 : 4 201 : 18 74 : 5 149 : 0 183 : 7
Raja X 2= 0,14* X 2=3,76** X 2=1,71** X 2=0* X 2=0,65* X 2=1,37* X 2=0* X 2=2,16*
л.7 80 : 5 142 : 0 146 : 0 116 : 7 - 125 : 8 120 : 0 - 141 : 6
г-2101-4-7 X 2=0,02* X 2=0,07* X 2=0,19* X 2=1,19*
л.8 147 : 2 322 : 26 245 : 0 84 : 10 21 : 5 139: 11 185: 19 208: 13
Dakota X 2=0,04** X 2=0,86* X 2=3,08* X 2=0, 12* X 2=0,29* X 2=3,2* X 2=0,05*
л.2 — 253 : 0 - - - - 101 : 2 -
Родник X 2=0,1**
л.12 - 194 : 6 171 : 7 109 : 7 110 : 4 147: 11 97 : 3
Linota X 2=3,58* X 2=1,60* X 2=0,01* X 2=1,44* X 2=0,12* X 2=3,75*
л.3 102 : 2 - - 102: 11 - - -
Clark X 2=0,1** X 2=1,22*
л.4 - - 147 : 0 - - - -
Areco
* - х2 для соответствия 15: 1; ** - х2 для соответствия 63: 1. При расчете критерия Пирсона х2 вносили поправку на неполную пенетрантность признака [11]. Закладку питомников и оценку материала осуществляли в соответствии с методическими указаниями [12].
результаты и обсуждение. Использование фи-топатологического теста на восприимчивых сортах льна-долгунца Белинка, Punjab и Славный 82, указывает на рассоспецифичный характер их устойчивости к патогену. Исследуемые сорта обладают различными малоэффективными генами резистентности к заболеванию (табл. 1). Однако следует учитывать, что в случае изменения расового состава популяции возбудителя эти гены могут приобрести селекционную ценность. Например, R-ген устойчивости сорта Punjab (Fu 2) в условиях Индии обеспечивает высокий уровень резистентности к фузариозному увяданию [13].
В гибридных комбинациях F2 от скрещиваний контрастных по устойчивости линий льна, выращенных на обоих экспериментальных фонах, соотношение устойчивых и восприимчивых растений составляло 3R : 1S. Следовательно, резистентность к фузариозному увяданию у исследуемых линий опреде-
Результаты гибридологического анализа свидетельствуют, что в большей части гибридных комбинаций F2 от циклических скрещиваний изучаемых высокоустойчивых линий между собой наблюдалось дигенное расщепление, характеризующее моногенный контроль устойчивости и не идентичность их генов. В комбинациях с линиями Родник и Z 95199 расщепление соответствовало, как правило, соотношению 63R : 1S, что указывает на дигенный характер их устойчивости и генетическое отличие от других исследуемых линий. Исключение составила комбинация F2 л.3 Z 95199 х л.8 Dakota, в которой расщепление соответствовало соотношению 15R : 1S. Различный характер расщепления в гибридных комбинациях с участием линии л.3 Z 95199 указывает на ее генетическую не однородность по устойчивости к заболеванию (табл. 2).
В ряде гибридных комбинаций выявлено отсутствие расщепления, что свидетельствует об идентичности их генов устойчивости. Поскольку устойчивость у линий л.2 Родник и л. 3 Z 95199 детерминируется двумя доминантными генами, то отсутствие расщеплений в
ляется одним эффективным доминантным геном.
В результате фитопато-логического тестирования выявлены генетические различия по признаку устойчивости к фузариозному увяданию у линий к-3510 (Roja, л. 8) и к-3978 (Currong, л. 3). Все другие исследуемые образцы проявили высокий уровень резистентонсти, как к популяции возбудителя, так и к отдельным моно-изолятам. Этот факт, на наш взгляд, можно объяснить тем, что идентифицированные у льна R-гены представляют собой блоки тесно сцепленных генов, которые и обеспечивают эффект моногенного контроля.
Таблица 3. Список идентифицированных генов устойчивости к фузариозному увяданию у льна
Ген
Линия
Fu 1 /ful Fu 2 f fu2*
Fu 3 ffu3 Fu 4 ffu4*
Fu 5 ffu5*
Fu 6 ffu6* Fu 7/ful*
Fu 8 ffu8*
Fu 9 ffu9* Fu 10 ffu10*
Dakota, л. 48-94 (отбор от к-3218, США) Dakota, л. 48-94 (отбор от к-3218, США)
Dakota, л. 8 (отбор от к-3218, США) Clark, л.3 (отбор от к- 5651, Голландия) Punjab, л. 53 (отбор от к-3217, Индия) Г-4729, л. 3 (отбор от к-5240, Россия) № 340, л. 7 (отбор от к-4263, Аргентина) Areco, л.4 (отбор от к-5568, Голландия) Atalante, л.2 (отбор от к-5575, Голландия)
№ 3896 (отбор от к-5635, Россия) Querandi, л. 1 (отбор от к-4241, Аргентина)
К-65, л.1 (отбор от к-6266, Беларусь) Currong, л. 3 (отбор от к-3978, Австралия)
Roja, л. 8 (отбор от к-3510, Канада) Siciliana 285, л.3 (отбор от к- 4056, Италия) г-2101-4 -7 (отбор от к-5588, Россия) Родник, л.8 (отбор от к-5064, Беларусь) Z 95199 (отбор от к-6385, Румыния) Honkei 21 (отбор от к-5383, Китай) Родник, л.8 (отбор от к-5064, Беларусь) Linota, л.12 (отбор от к-1771, Аргентина)
Автор
Knowles et al., 1955 Knowles et al., 1955 Рожмина, 2000 Рожмина, 2012 Knowles et al., 1956 Рожмина, 1989 Рожмина, 1994 Рожмина, 2005 Рожмина, 2005 Рожмина, 2010 Рожмина, 1994 Рожмина, 2012 Рожмина, 1994 Рожмина, 1994 Рожмина, 2008 Рожмина, 1997 Рожмина, 2000 Рожмина, 2008 Рожмина, 2009 Рожмина, 2002 Рожмина, 2005
* эффективный в условиях Российской Федерации
_ Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 12
комбинациях F2 л.3 Z 95199 х г-2101-4-7 и л.2 Родник х г-2101-4-7 указывает на тождественность одного из генов устойчивости этих линий R-гену линии г-2101-4-7. Идентичными генами устойчивости обладают следующие образцы: л. 8 Dakota и л.3 Clark - ген Fu 2; л.3 к-5240, л.7 № 340, л.4 Areco, л. 2 Atalante и л.6 к-5635 - ген Fu 4; л. 1 Querandi и л. 1 к-65 - ген Fu 5; л.8 к-3510 и л.3 Siciliana - ген Fu 7; г-2101-4-7, л. 2 Родник, л.3 Z 95199, л.4 Honkei 21- ген Fu 8.
Таким образом, мы идентифицировали 8 эффективных генов устойчивости к фузариозному увяданию льна, один из которых был известен ранее - Fu 2 у сорта Dakota [14]. При этом ген Fu 3 сорта Punjab, как показали результаты фитопатологического тестирования, в условиях России не представляет селекционной ценности. Сформирована генетическая коллекция, включающая 18 генисточников устойчивости к заболеванию с эффективными R-генами (табл. 3).
Следует отметить, что большинство выявленных генисточников характеризуются низкой продуктивностью, поэтому для их включения в селекционный процесс был использован метод многократного непрерывного беккросса. Как показали проведенные исследования, двух непрерывных беккроссов устойчивых форм, обладающих различными R-генами, с высокопродуктивной, но сильновосприимчивой формой АР 5 при условии
жесткого отбора на инфекционном фоне оказалось достаточно для большей части гибридов, чтобы довольно полно приблизить селекционный материал к высокопродуктивному рекуррентному родителю.
В результате исследований созданы конкурентоспособные по продуктивности и качеству волокна сорта льна-долгунца Парус, Сурский, Диалог и Це-зерь, обладающие генами Fu 4, Fu 5, Fu 6, Fu 8, соответственно. К примеру, сорт Сурский, включенный в Госреестр селекционных достижений с 2015 г., формирует урожай волокна до 25 ц/га, семян - более 10 ц/га. Следует также отметить , что новый сорт Цезарь обладает комплексной устойчивостью к трем болезням - фузариозное увядание, ржавчина и пасмо.
выводы. В результате многолетних исследований (1989-2012 гг.) идентифицировано 8 эффективных в условиях России R-генов устойчивости к фузариозному увяданию льна. Сформирована генетическая коллекция, включающая 18 источников селекционно-ценных генов, с использованием которой созданы конкурентоспособные сорта льна-долгунца Парус, Сурский, Диалог и Цезарь, обладающие различными R-генами устойчивости к фузариозному увяданию (Fu 4, Fu 5, Fu 6 и Fu 8, соответственно).
Литература.
1. Variation patterns within 153 flax (Linum usitatissimum L.) genebank accessions based on evaluation for resistance to fusarium wilt, anthracnose andpasmo/A. Diederichsen, T. Rozhmina, L. Kudrjavceva, A. Zhuchenko jr. //Plant Genetic Resources: Characterization and Utilization. 2008. V. 6. No 1. С.22-32.
2. Лошакова Н.И. Идентификация рас возбудителя фузариоза льна и определения их вирулентности для целей селекции // Селекция, семеноводство, агротехника, экономика и первичная обработка льна-долгунца: сборник трудов ВНИИЛ. Торжок: ООО «Вариант», 2002. С. 44-47.
3. Понажев В.П., Рожмина Т.А., Павлова Л.Н. Современные достижения в отечественной селекции прядильного и масличного льна // Инновационные разработки для производства льна: материалы международной научно-практической конференции. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2015. 26-33 с.
4. Эколого-генетические основы селекции льна-долгунца/А.А. Жученко, Т.А. Рожмина, В.П. Понажев, Л.Н. Павлова. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2009. 272 с.
5. Дынник В.П., Евминов В.Н. Наследование устойчивости гибридов льна-долгунца к фузариозному увяданию // Лен и конопля. 1982 № 5. С. 33-34.
6. Pavelek M. Dedicnost horisontalni resistance pradneho lnu proti fusarioze. Czech Republic //J. Len a konopi. 1983. No19. Pp. 7-164.
7. Inheritance of wilt resistance in linseed/S.C. Goray, H.K. Khosla, V.M. Upadhyaya, S.L. Naik, S.C. Mandloi//Indian J. Agrik. Sci. 1987. No 57. Pp. 625-627.
8. Рожмина Т.А. Доноры устойчивости льна к фузариозному увяданию // Идентифицированный генофонд растений и селекция. С.-Петербург: СПбГУ, 2005. С. 406-419.
9. Рожмина Т.А. Генетическое разнообразие вида L. usitatissimum и его использование в селекции на устойчивость к абиотическим и биотическим факторам среды //Генетические основы селекции. УФА: ГНУ БашНИИСХ, 2008. С. 233-247.
10. Роль «Коллекции фитопатогенных микроорганизмов - возбудителей болезней льна» в селекции на групповую устойчивость к болезням/Н.И. Лошакова, Л.П. Кудрявцева, Л.Н. Павлова, Т.А. Рожмина //Масличные культуры. 2014. №2. С.45-48.
11. Metcalfe D.R., Helgason S.B. Inheritance of looce smit resistance // Canad. of Plant Science. 1962. V.42. No 3. Pp. 472-480.
12. Лошакова Н.И. Крылова Т.В., Кудрявцева Л.П. Методические указания по фитопатологической оценки устойчивости льна-долгунца к болезням. Торжок: ООО «Вариант», 2000. 24 с.
13. Knovles P.F., Housten B.R. Inheritance of resistance to fusarium wilt of flax in Punjab 53 //Agronomy jurnal. 1956. V.48. 3 1. P.135.
14. Knowles P.F., Houston B.R. Inheritance of Resistance to Fusarium Wilt of Flax in Dakota Selection 48-94//Agronomv Journal. 1955. V.47. No 1. Pp. 131-135.
valuable for breeding genes of resistance to fusarium wilt of flax
Rozhmina T.A.
All-Russian Flax Research Institute, ul. Lunacharskogo, 35, Torzhok, Tverskaya obl., Russian Federation
Summary. The article presents the results of long-term investigations (1989-2012) of samples from flax collection and hybrid populations against infection background in order to study the genetics of flax resistance to Fusarium wilt. On the basis of methods of hybrid analysis and phytopathological test 18 sources of resistance to the disease were selected, which had different ecological and geographical origin. Effective genes of resistance in following samples were identified: L. 8 Dakota and L.3 Clark - gene Fu 2; L.3 k-5240, L.7 No 340, L.4 Areco, L. 2 Atalante and L.6 k-5635 - Fu 4; L. 1 Querandi and L. 1 k-65 - Fu 5; L. 3 Currong - Fu 6; L.8 Roja and L.3 Siciliana -Fu 7; G-2101-4-7, L. 2 Rodnik, L.3 Z 95199 and L.4 Honkei 21 - Fu 8; L.8 Rodnik - Fu 9; L.12 Linota - Fu 10. On their basis with the use of method of continuous double backcrosses and selection against the infectious background highly competitive varieties of fiber flax were developed for the first time in the world. These are varieties Parus, Sursky, Dialog and Caesar with different genes of resistance (Fu 4, Fu 5, Fu 6 and Fu 8, correspondingly). The Caesar variety possesses the complex resistance to three diseases (Fusarium wilt, rust and pasmo disease). Wide use of these varieties in crop production will allow preventing the danger of epiphytoty of Fusarium wilt of flax. Keywords: flax, resistance, variety, agent of disease, Fusarium wilt. Author Details: T.A. Rozhmina, D. Sc. (Biol.), deputy director (e-mail: vniil@mail.ru).
For citation: Rozhmina T.A. Valuable for Breeding Genes of Resistance to Fusarium Wilt of Flax. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V.29. No 12. Pp. 47-49 (In Russ.).
