CC BY
19
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2019, том 54, № 3, с. 589-596
УДК 633.16:632.4.01/.08:(470.62/.67) doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.589rus
ВИРУЛЕНТНОСТЬ ПОПУЛЯЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЯ КАРЛИКОВОЙ РЖАВЧИНЫ ЯЧМЕНЯ НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ В 2014-2017 годах*
Г.В. ВОЛКОВА, А.В. ДАНИЛОВА, О.А. КУДИНОВА
Карликовая ржавчина (возбудитель Puccinia hordei Otth.) — вредоносное заболевание ячменя. При сильном поражении потери урожая могут составлять от 20 до 80 %. Популяционные исследования патогена активно ведутся в странах, для которых защита от болезни особенно актуальна (Австралия, Новая Зеландия, США, страны Европы, Северной Африки). В настоящей работе мы изучили структуру северокавказской популяции возбудителя карликовой ржавчины ячменя (Puccinia hordei) по вирулентности, использовав 17 сортов-дифференциаторов и линий из международного и австралийского наборов, содержащих известные гены устойчивости к патогену. Материалом для исследований служили листья озимого ячменя (Hordeum vulgare L.) различных сортов, пораженные P. hordei и собранные на территории Северного Кавказа в период маршрутных обследований в 2014-2017 годах. Всего было выделено и проанализировано 208 монопустульных изолятов гриба. Растения ячменя, исползованные для тестирования изолятов, выращивали методом гидропоники с питательным раствором Кнопа. Большинство изолятов гриба были вирулентны для тестеров с генами Rphl, Rph2, Rph3, Rph3 + Rph 7, Rph4, Rph5, Rph7, Rph8, Rph9 + Rph 2. На протяжении 4 лет мы не обнаружили изолятов, вирулентных в отношении линии с геном Rph13. В 2016-2017 годах отмечалось снижение числа изолятов гриба, вирулентных для линий с генами Rph9 и Rph19, по сравнению с 2014-2015 годами и увеличение числа клонов, вирулентных для тестеров с генами Rph19 + Rph2, Rph21 + Rph2. Частота изолятов P. hordei, вирулентных в отношении сортов и линий ячменя с генами Rph5 + Rph2, Rph6 + Rph2, оставалась средней во все годы исследований. В 2016 году в связи с неблагоприятными для патогена условиями и сбором спорового материала с ограниченного набора сортов озимого ячменя, пораженных патогеном, частота изолятов, вирулентных для использованных сортов и линий, значительно снизилась. В 2014, 2015 и 2017 годах преобладали изоляты с большим числом аллелей вирулентности (от 11 до 15). Их доля составила соответственно 52,2; 39,5 и 50,0 %. При этом доля изолятов, авирулентных в отношении всех используемым в анализе линий с генами Rph, составляла 1,1; 2,1 и 2,8 %. В популяции гриба в 2016 году преобладали изоляты со средним и низким содержанием аллелей вирулентности. Значения индекса M. Nei указывают на высокое сходство структуры северокавказской популяции патогена по вирулентности в 2014, 2015 и 2017 годах (N = 0,02-0,05) и ее незначительные изменения в 2016 году (N = 0,14-0,19). Полученные статистические результаты свидетельствуют о стабильности северокавказской популяции P. hordei по вирулентности. Ее разнообразие по частотам аллелей вирулентности на протяжении всего периода исследований было средним (Hs = 0,26-0,40).
Ключевые слова: озимый ячмень, карликовая ржавчина, Puccinia hordei, вирулентность.
Карликовая ржавчина (возбудитель Puccinia hordei Otth.) — распространенное и вредоносное заболевание ячменя, приводящее к щуплости зерна и снижению урожайности. При сильном поражении растений потери урожая могут составлять более 20 % (1). В мировом сельскохозяйственном производстве экономическое значение P. hordei зависит от региона возделывания культуры и варьирует по годам (2). За последние годы оно возросло (3). Особое влияние этот патоген имеет в регионах Востока и Среднего Запада США, Северной Африке, Новой Зеландии, Европе, Австралии и некоторых странах Азии (4). В ряде стран, особенно в тех регионах, где зерновые культуры созревают поздно, наблюдались значительные потери урожая на восприимчивых сортах (5, 6). В России карликовая ржавчина ячменя наиболее вредоносна в районах Поволжья, Северного Кавказа, Центрально-Черноземном районе, Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, где она развивается практически ежегодно. Эпи-фитотии в Северо-Кавказском, Центрально-Черноземном районах и По-
* Исследования выполнены согласно Государственному заданию № 075-00376-19-00 Министерства науки и высшего образования РФ в рамках НИР по теме № 0686-2019-0008.
волжье возникают с частотой 1-2 раза в 10 лет (7, 8).
Ведущая роль в разработке методов защиты ячменя принадлежит селекции и районированию высокопродуктивных сортов, устойчивых к заболеваниям, в том числе к карликовой ржавчине. Их создание и применение требует комплексного изучения генофонда устойчивости растения-хозяина и вирулентности патогена. На сегодняшний день известен 21 ген, обусловливающий ювенильную устойчивость (Rph1-Rph19, Rph21 и Rph22), и 3 гена возрастной устойчивости (Rph20, Rph23 и Rph24) (9, 10), обнаруженные у Hordeum vulgare, H. vulgare subsp. spontaneum и H. bulbosum.
Популяционные исследования патогена за рубежом активно ведутся в странах, для которых защита от болезни особенно актуальна. P.J. Cot-terill с соавт. (11) показали, что большинство известных генов неэффективны против изолятов гриба, выявленных в Австралии с 1966 по 1995 год, и только гены Rph3 и Rph7 сохраняли эффективность. В дальнейшем в разных странах стали фиксировать изоляты P. hordei, вирулентные для линий с этим генами (12, 13). О вирулентности изолятов гриба в отношении линии с геном Rph15 сообщает Y. Sun (14). Тем не менее ген, полученный от дикого вида ячменя H. vulgare subsp. spontaneum, так же как и Rph16 (15), все еще относят к эффективным и активно используют в селекционных программах (16). Ювенильные гены Rph11 и Rph14 неэффективны, и изоляты, вирулентные для их носителей, встречаются во многих частях мира (17). В настоящее время Rph20, Rph23 и Rph24 считаются эффективными генами устойчивости взрослых растений к P. hordei (18).
На территории бывшего СССР до 1964 года расовый и фенотипи-ческий состав P. hordei не изучался. Первые результаты исследований расового состава гриба, проведенные на наборе сортов-дифференциаторов, подобранном М.Н. Левиным и В.Д. Черевиком, опубликованы в 1968 году Э.М. Рогожиной с соавт. (19). Было обнаружено 18 рас, 16 из которых числились в международном регистре, а две (Х и У) — описаны впервые. В дальнейшем изучение расового разнообразия различных географических популяций патогена продолжилось (20, 21), и были выявлены еще две новые расы (1Л, 2Л) и две расы, числящиеся в международном регистре (22, 23).
В настоящем исследовании мы впервые установили, что большинство из монопустульных изолятов возбудителя карликовой ржавчины ячменя из северокавказской популяции вирулентны в отношении тестеров генов Rph1, Rph2, Rph3, Rph3 + Rph7, Rph4, Rph5, Rph7, Rph8, Rph9 + Rph2. Изоляты, вирулентные для линии с геном Rph13, обнаружены не были.
Цель работы — изучение структуры северокавказской популяции возбудителя карликовой ржавчины ячменя (Puccinia hordei) по вирулентности.
Методика. Листья озимого ячменя (Hordeum vulgare L.) различных сортов, пораженные P. hordei, были собраны на территории Северного Кавказа при маршрутных обследованиях в 2014-2017 годах. Всего выделили и проанализировали 208 монопустульных изолятов гриба.
Выделение, размножение и дифференциацию монопустульных изо-лятов проводили по описанной методике (24). Растения ячменя выращивали на гидропонике с применением питательного раствора Кнопа (22).
Для оценки вирулентности гриба использовали 17 сортов-дифференциаторов и линий из международного и австралийского наборов (18), содержащих известные к настоящему времени гены устойчивости к патогену. Семена дифференциаторов проращивали в чашках Петри. Проросшие семена по 5 шт. высевали пинцетом в пластиковые вазоны объемом 25 мл с влажным песком. На 5-7-е сут инокулировали растения-дифференциа-
торы водной суспензией спор P. hordei каждого монопустульного изолята. На 10-14-е сут оценивали типы реакции дифференциаторов (в баллах) по шкале Левина и Черевика. Растения с типами реакции 0, 0;, 1 и 2 балла относили к устойчивым, 3 и 4 балла — к восприимчивым. Если тип реакции был несколько выше или ниже указанных баллов, вводили дополнительные обозначения «+» или «-» (25).
Разнообразие популяции P. hordei по генам вирулентности описывали с помощью индекса Нея Hs (26):
Hs (P) = E[1 - q2 - (1 - q,)2]/k, 1 < i < k, где q;- — частота i-го аллеля в популяции, k — число аллелей.
Межпопуляционные различия (индекс Нея N) по частоте аллелей вирулентности гриба оценивали с помощью генетического расстояния (D) по M. Nei (26, 27):
D = -ln IN, IN = EE Xij yj/VEE Xij2 EE y^, где Xj и yj — частоты i-го аллеля, j-го года в сравниваемых популяциях x и у.
Статистическую обработку проводили в программе Statistica 10.0. («StatSoft, Inc.», США).
Результаты. Сорта-дифференциаторы и линии ячменя, использованные в работе, представлены в таблице 1.
1. Сорта-дифференциаторы и линии озимого ячменя (Hordeum vulgare L.) с известными генами устойчивости к карликовой ржавчине, использованные для изучения вирулентности изолятов северокавказской популяции Puccinia hordei Otth.
Набор дифференциаторов | Сорт/линия | Происхождение | Ген(ы) устойчивости
Международный Sudan C.I. 6489 Rphl
Международный Peruvian Hordeum vulgare Rph2
Международный Estate Hordeum vulgare Rph3
Международный Midas Hordeum vulgare Rph3 + Rph7
Международный Gold Hordeum vulgare Rph4
Международный Magnif 104 Hordeum vulgare Rph5
Австралийский дополнительный Quinn Mains' Quinn, C.I. 1024 Rph5 + Rph2
Международный Bolivia Hordeum vulgare Rph6 + Rph2
Международный Cebada Capa Hordeum vulgare Rph7
Международный Egypt 4 Hordeum vulgare Rph8
Международный Triumph H. vulgare ssp. spontaneum Rph12
Международный Abyssinian Hordeum vulgare Rph9
Австралийский дополнительный PI 531849 H. vulgare ssp. spontaneum Rph13
Австралийский дополнительный Prior Hordeum vulgare Rph19
Австралийский дополнительный Reka 1 C.I. 5051 Rph19 + Rph2
Австралийский дополнительный Ricardo Hordeum vulgare Rph21 + Rph2
Австралийский дополнительный Cantala Hordeum vulgare RphC
В 2014, 2015 и 2017 годах сложились благоприятные условия для развития патогена, в то время как 2016 год был неблагоприятным по погодным условиям.
На протяжении четырех лет изучения абсолютную эффективность показал ген Rph13 (табл. 2). Источник происхождения этого гена — дикий вид ячменя H. vulgare ssp. spontaneum. Однако, несмотря на его эффективность на Северном Кавказе, в ряде регионов мира выявлены изоляты, вирулентные для носителей этого гена (18). Большинство тестеров с генами устойчивости Rphl, Rph2, Rph3, Rph3 + Rph7, Rph4, Rph5, Rph7, Rph8, Rph9 + Rph2 поражались изолятами северокавказской популяции P. hordei с высокой частотой во все годы изучения. В 2016-2017 годах по сравнению с 2014-2015 годами отмечалось снижение числа изолятов гриба, вирулентных для линий с генами Rph9, Rph19, и увеличение числа клонов, вирулентных в отношении тестеров с генами Rph19 + Rph2, Rph21 + Rph2. Численность изолятов, вирулентных для сортов и линий ячменя с генами
Rph5 + Rph2, Rph6 + Rph2, оставалась средней во все годы исследований. В 2016 году в связи с неблагоприятными для патогена условиями и сбором спорового материала с ограниченного набора сортов, пораженных патогеном, частота изолятов, вирулентных к сортам и линиям ячменя, была значительно ниже.
2. Частота изолятов, вирулентных для линий и сортов озимого ячменя (Hor-deum vulgare L.) с генами Rph, в северокавказской популяции Puccinia hordei Otth. по годам наблюдений
Тестеры с Rph-генами 2014 год 2015 год 2016 год 2017 год
Rph1 76,1 60,5 51,3 83,3
Rph2 75,0 73,7 33,3 72,2
Rph3 81,5 63,2 15,4 80,6
Rph3 + Rph7 79,3 60,5 20,5 86,1
Rph4 68,5 63,2 28,2 83,3
Rph5 73,9 55,3 30,8 75,0
Rph5 + Rph2 30,4 50,0 35,9 36,1
Rph6 + Rph2 34,8 36,8 12,8 47,2
Rph7 80,4 55,3 15,4 83,3
Rph8 78,3 57,9 25,6 88,9
Rph9 56,5 47,4 2,6 8,3
Rph12 50,0 52,6 5,1 38,9
Rph13 0,0 0,0 0,0 0,0
Rph19 26,1 10,5 2,6 8,3
Rph19 + Rph2 42,4 50,0 46,2 86,1
Rph21+ Rph2 0,0 0,0 0,0 25,0
Rph С 41,3 34,2 2,6 75,0
Число изолятов, шт. 92 38 39 39
Индекс внутрипопуляци-
онного разнообразия Hs 0,36 0,40 0,26 0,30
Следовательно, большинство известных в настоящее время генов устойчивости были неэффективны против P. hordei во все годы исследований. Высокую эффективность сохранял ген Rph13, по которому не было выявлено вирулентных изолятов, начиная с 2012 года (8, 21).
Статистический анализ разнообразия популяции патогена по частотам аллелей вирулентности показал, что наименее разнообразной была популяция в 2016 году (Hs = 0,26), что определили неблагоприятные для патогена условия этого сезона (табл. 2). В целом, разнообразие северокавказской популяции P. hordei оставалось средним (Hs = 0,26-0,40) по частотам аллелей вирулентности на протяжении всего периода исследований.
3. Частота изолятов с разным числом аллелей вирулентности в отношении использованных линий и сортов озимого ячменя (Hordeum vulgare L.) в северокавказской популяции Puccinia hordei Otth. по годам наблюдений
Число аллелей вирулентности
Доля изолятов с разным числом аллелей вирулентности, %
2014 год | 2015 год | 2016 год 2017 год
1,1 2,1 30,8 2,8
22,8 28,9 35,9 11,1
23,9 26,3 33,3 36,1
52,2 39,5 0,0 50,0
92 38 39 39
0
I-5 6-10
II-15
Число изолятов, шт.
Анализ динамики частот изолятов P. hordei по числу аллелей вирулентности показал, что в 2014, 2015 и 2017 годах в популяции патогена преобладали изоляты с большим числом аллелей вирулентности (от 11 до 15) (табл. 3). При этом доля изолятов, авирулентных в отношении всех использованных нами линий с генами Rph, составляла от 1,1 до 2,8 %. В 2016 году на изоляты гриба со средним и низким числом аллелей вирулентности приходилось 33,3-35,9 % и не были выявлены изоляты P. hordei
с высоким числом аллелей вирулентности (11-15 генов). При этом почти треть изолятов были авирулентными в отношении всех изученных тестеров с генами Rph.
Уменьшение числа аллелей вирулентности и снижение их частот к большинству тестеров могло быть следствием неблагоприятных для развития патогена погодных условий, которые сложились в вегетационный сезон 2016 года. В среднем развитие P. hordei по региону не превысило 5 %, споровый материал был собран с ограниченного набора сортов озимого ячменя, пораженных патогеном, что также могло повлиять на снижение разнообразия популяции патогена. Полученные результаты согласуются с существующей теорией о том, что при наступлении неблагоприятных условий выживают изоляты с минимальным числом аллелей вирулентности. Это связано с тем, что обилие «лишних» аллелей влияет на жизнеспособность возбудителей ржавчинных болезней. В благоприятных для патогена условиях, наоборот, преобладают изоляты со средним и высоким числом аллелей вирулентности (28).
Значения индекса Нея N характеризующего различия между популяциями, указывают на высокое сходство структуры северокавказской популяции патогена по вирулентности в 2014, 2015 и 2017 годах ^ = 0,020,05) и ее незначительные изменения в 2016 году (0,14-0,19) (рис.). Выявленная дифференциация может быть обусловлена причинами, описанными выше.
Сравнение частоты изо-лятов северокавказской популяции P. hordei, вирулентных для носителей генов Rph, с данными, полученными другими исследователями, свидетельствует о несовпадении эффективности большинства генов устойчивости. Так, в Ав-Значения индекса Нея N характеризующего различия , ,
между северокавказскими популяциями Puccinia hordei стралии с°храняЮТ эффеКШв-ОШ. по частоте аллелей вирулентности в разные годы. ность гены Rph7, RpН11, Rph14,
Rph15, Rph18 (29) и картированный позднее ген Rph21 (23). Ген Rph3 сохранял свою эффективность в Австралии, начиная с 1992 года (9), но в 2009 году были обнаружены изо-ляты, вирулентные для линий с этим геном (30). В Европе эффективными генами считаются Rph7и Rph16 (2, 3), в Эфиопии — Rph3 и Rph7 (31). Частота изолятов северокавказской популяции Р. hordei, вирулентных в отношении носителей генов Rph3 и Rph7, составляла от 15,4 % до 83,3 % (см. табл. 2). Ген Rph13, эффективный против северокавказской популяции патогена, неэффективен в Европе и Австралии (3, 9, 29).
Таким образом, различия по вирулентности северокавказской популяции Рисстш hordei ОИЬ. в 2014, 2015 и 2017 годах были несущественными ^ = 0,02-0,05), что свидетельствует о ее стабильности по этому признаку. В неблагоприятном для патогена 2016 году отмечены незначительные внутрипопуляционные изменения ^ = 0,14-0,19). На протяжении четырех лет не были обнаружены изоляты, вирулентные для линии с геном Rph13. Большинство изолятов популяции гриба оказалось насыщено вирулентными аллелями. Разнообразие северокавказской популяции Р. Ног-dei по частотам аллелей вирулентности (Н^ оставалось в пределах от 0,26 до 0,40) на протяжении всего периода исследований.
Авторы благодарят сотрудников лаборатории иммунитета зерновых культур к грибным болезням О.Ф. Ваганову, И.П. Матвееву, а также сотрудника лаборатории фитосанитарного мониторинга, приборного и технического обеспечения Р.Ю. Данилова (ФГБНУ Всероссийский НИИ биологической защиты растений) за оказанную помощь в проведении исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецова Т.Е., Серкин Н.В. Селекция ячменя на устойчивость к болезням: монография. Краснодар, 2006.
2. Niks R.E., Walther U., Jaiser H., Martinez F., Rubiales D. Resistance against barley leaf rust (Puccinia hordei) in West European spring barley germplasm. Agronomie, 2000, 20(7): 769-782 (doi: 10.1051/agro:2000174).
3. Czembor H.J., Czembor J.H. Leaf rust resistance in winter barley cultivars and breeding lines. Plant Breed. Seed Sci., 2007, 56: 47-56.
4. Compendium of barley diseases /D.E. Mathre (ed.). The American Phytopathological Society, St. Paul, MN, 1982: 32-41.
5. Shtaya M.J.Y., Sillero J.C., Rubiales D. Search for partial resistance against Puccinia hordei in barley landraces from the Fertile Crescent. Plant Breeding, 2006, 125: 343-346 (doi: 10.1111/j.1439-0523.2006.01239.x).
6. Woldeab G., Fininsa C., Singh H., Yuen J. Virulence spectrum of Puccinia hordei in barley production systems in Ethiopia. Plant Pathology, 2006, 55: 351-357 (doi: 10.1111/j.1365-3059.2006.01357.x).
7. Карликовая ржавчина ячменя. Режим доступа: https://rosselhoscenter.com/2014-02-28-11-39-42/2011-11-16-12-58-47/vozbuditeli-boleznej/1754-karlikovaya-rzhavchina-yachmenya. Дата обращения: 24.09.2018.
8. Данилова А.В., Волкова Г.В. Карликовая ржавчина — прогрессирующее заболевание ячменя. Защита и карантин растений, 2015, 7: 46-48.
9. Park R.F. Pathogenic specialization and pathotype distribution of Puccinia hordei in Australia, 1992 to 2001. Plant Disease, 2003, 87(11): 1311-1316 (doi: 10.1094/PDIS.2003.87.11.1311).
10. Singh D., Dracatos P., Derevnina L., Zhou M., Park R.F. Rph23: a new designated additive adult plant resistance gene to leaf rust in barley on chromosome 7H. Plant Breeding, 2014, 134(1): 62-69 (doi: 10.1111/pbr.12229).
11. Cotterill P.J., Park R.F., Rees R.G. Pathogenic specialization of Puccinia hordei Otth. in Australia, 1966-1990. Australian Journal of Agricultural Research, 1995, 46(1): 127-134 (doi: 10.1071/AR9950127).
12. Cromey M.G., Viljanen-Rollinson S. Virulence of Puccinia hordei on barley in New Zealand from 1990 to 1993. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science, 1995, 23(2): 115-119 (doi: 10.1080/01140671.1995.9513877).
13. Shtaya M.J.Y., Sillero J.C., Rubiales D. Screening for resistance to leaf rust (Puccinia hordei) in a collection of Spanish barleys. Breeding Science, 2006, 56: 173-177 (doi: 10.1270/jsbbs.56.173).
14. Sun Y. Study of Puccinia hordei and its host resistances in Hordeum vulgare. PhD Thesis. North Dakota State Univ, Fargo, ND, 2007.
15. Perovic D., Stein N., Zhang H., Drescher A., Prasad M., Kota R., Kopahnke D., Graner A. An integrated approach for comparative mapping in rice and barley with special reference to the Rph16 resistance locus. Functional & Integrative Genomics, 2004, 4(2): 74-83 (doi: 10.1007/s10142-003-0100-z).
16. Bernardo L., Prinsi B., Negri A.S., Cattivelli L., Espen L., Vale G. Proteomic characterization of the Rph 15 barley resistance gene-mediated defense responses to leaf rust. BMC Genomics, 2012, 13: 642-658 (doi: 10.1186/1471-2164-13-642).
17. Fetch T.G., Steffenson B.J., Jin Y. Worldwide virulence of Puccinia hordei on barley. Phytopathology, 1998, 88: 28-34.
18. Park R.F., Golegaonkar P.G., Derevnina L., Sandhu K.S., Karaoglu H., Elmansour H.M., Dracatos P.M., Singh D. Leaf rust of cultivated barley: pathology and control. Annual Review of Phytopathology, 2015, 53: 565-589 (doi: 10.1146/annurev-phyto-080614-120324).
19. Рогожина Э.М., Трофимовская Л.Я. Устойчивость сортов ячменя к расам карликовой ржавчины. В сб.: Бюллетень ВИР. Л., 1968: 58-63.
20. Щелко Л.Г. Расовая дифференциация возбудителя и источники иммунитета к карликовой ржавчине. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 1974, 53(2): 105-112.
21. Данилова А.В., Волкова, Г.В., Данилов Р.Ю. Карликовая ржавчина ячменя (возбудитель Puccinia hordei Otth.) на Северном Кавказе: распространение и расовый состав. Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ, 2014, 7(101). Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/73.pdf. Без даты.
22. Смирнова Л.А., Алексеева Т.П. Усовершенствованный метод выращивания всходов зерновых культур для иммунологических исследований: методические рекомендации по изучению расового состава возбудителей ржавчины хлебных злаков. М., 1988.
23. Sandhu K.S., Forrest K.L., Kong S., Bansal U.K., Singh D., Hayden M.J., Park R.F. Inheritance and molecular mapping of a gene conferring seedling resistance against Puccinia hordei in the barley cultivar Ricardo. Theoretical and Applied Genetics, 2012, 125(7): 1403-1411 (doi: 10.1007/s00122-012-1921-8).
24. Анпилогова Л.К., Волкова Г.В. Методы создания искусственных инфекционных фонов и оценки сортообразцов пшеницы на устойчивость к вредоносным болезням (фузариозу колоса, ржавчинам, мучнистой росе). Краснодар, 2000.
25. Бабаянц Л., Мештерхази А., Вехтер Ф., Неклкса Н., Дубинина Л., Омельченко Л., Клеч-ковская Е., Слюсаренко А., Бартош П. Методы селекции и оценки устойчивости пшеницы и ячменя к болезням в странах-членах СЭВ. Прага, 1988.
26. Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, 1978, 89(3): 583-590.
27. Kosman E., Leonard K.J. Conceptual analysis of methods applied to assessment of diversity within and distance between populations with asexual or mixed mode of reproduction. New Phytologist, 2007, 174(3): 683-696 (doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.02031.x).
28. Дьяков Ю.Т. Популяционная биология фитопатогенных грибов. М., 1998.
29. Sandhu K.S., Singh D., Park R.F. Characterization of leaf rust resistance in international barley nurseries. Journal of Plant Breeding and Crop Science, 2016, 8(8): 117-125 (doi: 10.5897/JPBCS2016.0587).
30. Park R.F., Williams M. Barley leaf rust (caused by Puccinia hordei). In: 2010-2011 Cereal Rust Survey — Annual Report. The University of Sydney, Plant Breeding Institute, Cobbitty, 2010: 78. Режим доступа: https://sydney.edu.au/content/dam/corporate/documents/sydney-institute-of-agriculture/research/plant-breeding-and-production/cereal_rust_survey_2010_11.pdf. Без даты.
31. Woldeab G., Fininsa C., Singh H., Yuen J. Virulence spectrum of Puccinia hordei in barley production systems in Ethiopia. Plant Pathology, 2006, 55(3): 351-357 (doi: 10.1111/j.1365-3059.2006.01357.x).
ФГБНУ Всероссийский НИИ биологической Поступила в редакцию
защиты растений, 19 апреля 2019 года
350039 Россия, г. Краснодар, ул. Вавилова, 14, e-mail: [email protected] Н, [email protected], [email protected]
Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2019, V. 54, № 3, pp. 589-596
THE VIRULENCE OF THE BARLEY LEAF RUST PATHOGEN IN THE NORTH CAUCASUS IN 2014-2017
G. V. Volkova, A. V. Danilova, O.A. Kudinova
All-Russian Research Institute of Biological Plant Protection, 14, ul. Vavilova, Krasnodar, 350039 Russia, e-mail
[email protected] (Н corresponding author), [email protected], [email protected]
ORCID:
Volkova G.V. orcid.org/0000-0002-3696-2610 Kudinova O.A. orcid.org/0000-0002-0568-4312
Danilova A.V. orcid.org/0000-0002-6009-9757 The authors declare no conflict of interests Acknowledgements:
The authors thank O.F. Vaganov, I.P. Matveev (Laboratory of the immunity of cereals to fungal diseases, All-Russian Research Institute of Biological Plant Protection), and R.Yu. Danilov (Laboratory of phytosanitary monitoring, instrumentation and technical support, All-Russian Research Institute of Biological Plant Protection) for their assistance in the research.
Carried out in accordance with the State task No. 075-00376-19-00 of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as a part of the research work on subject No. 0686-2019-0008 Received April 19, 2019 doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.589eng
Abstract
Barley leaf rust caused by Puccinia hordei Otth. is a harmful disease of barley. If the crop is severely damaged, the yield loss may be of 20 to 80 %. Population studies of the pathogen abroad are actively conducted in countries for which protection against the disease is of particular importance (Australia, New Zealand, the United States, Europe, the countries of Northern Africa). This paper describes the North Caucasian P. hordei population virulence in 2014-2017 to 17 differentiator varieties and barley lines of international and Australian kits containing currently known pathogen resistance genes, shows. Winter barley leaves (Hordeum vulgare L.) of different varieties affected by P. hordei which were collected during route surveys in 2014-2017 in the territory of the North Caucasus served as a biomaterial. The selection and reproduction of mono-pustule isolates was carried
out according to the common procedure. Barley plants were grown hydroponically with the use of Knop's nutrient solution. To assess the virulence of the fungus, 17 varieties-differentiators and lines from the international and Australian sets containing the currently known genes of resistance to the pathogen were used. A total of 208 mono-pustule isolates of the fungus were analyzed most of which were virulent to the testers with Rph genes, the Rphl, Rph2, Rph3, Rph3 + Rph7, Rph4, Rph5, Rph7, Rph8, Rph 9 + Rph2. During the four years of study, no isolates virulent to the line with Rph13 gene were detected. In 2016-2017 as compared to 2014-2015, there was a decrease in the number of isolates virulent to the lines with genes Rph9, Rph19, and an increase in clones virulent to testers with genes Rph19 + Rph2, Rph21 + Rph2. The frequency of P. hordei isolates that are virulent to varieties and lines of barley with genes Rph5 + Rph2, Rph6 + Rph2 remained moderate throughout all the years of the research. In 2016, due to unfavorable conditions for the pathogen and the collection of spore material from a limited set of winter barley varieties affected by the pathogen, the frequency of isolates virulent to varieties and lines of barley significantly reduced. In 2014, 2015 and 2017, isolates with a large number of virulence alleles, from 11 to 15, prevailed in the population and reached 52.2 %, 39.5 % and 50.0 %, respectively. The portion of isolates, avirulent to all used plants with genes Rph, was 1.1 %, 2.1 % and 2.8 %, respectively. In 2016, the fungal isolates with moderate and low virulence alleles prevailed. The Nei index indicates a high similarity of the structure of North Caucasian pathogen population by virulence in 2014, 2015 and 2017 (N = 0.02-0.05) and its minor changes in 2016 (N = 0.14-0.19). The obtained statistical results indicate the stability of the North Caucasian P. hordei population by virulence. The level of its diversity in the frequency of virulence alleles remained medium (Hs = 0.26-0.40) throughout the entire study period.
Keywords: winter barley, leaf rust, Puccinia hordei, virulence.
Научные собрания
ВСЕУКРАИНСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ В СОВРЕМЕННОМ АГРОКОМПЛЕКСЕ» (26 июня 2019 года, Уманский национальний университет садоводства, г. Умань, Украина)
Организаторы: Министерство образования и науки Украины, Уманский национальный университет садоводства
Основные тематические направления конференции:
■ Генетика
■ Селекция
■ Семеноводство
■ Биотехнология растений
■ Генетические ресурсы растений
■ Растениеводство
■ Овощеводство
■ Экология
■ Защита растений
■ Агрохимия
■ Земледелие
■ Садоводство
Контакты и информация: [email protected]
10th INTERNATIONAL CONFERENCE «PHOTOSYNTHESIS AND HYDROGEN ENERGY RESEARCH FOR SUSTAINABILITY - 2019» (23-28 июня 2019 года, г. Санкт-Петербург)
Конференция создает возможности для коммуникации и обсуждения результатов с ведущими специалистами в области биологии растений.
Тематические направления:
■ Фотосинтез и водородная биоэнергетика
■ Развитие растений и регуляция роста
■ Искусственный фотосинтез
■ Стресс, АФК и регуляция фотосинтеза
■ Системная биология фотосинтеза: интеграция геномики, протеомики, метаболомики и биоинформатики
■ Минеральное питание растений и ионный транспорт
■ Новые технологии исследований фотосинтеза и преподавание основ фотосинтеза студентам
Контакты и информация: https://icprs.ru
