Выявления набора механизмов, обеспечивающих длительную устойчивость мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине в Западной Сибири

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-24-20067

НазваниеВыявления набора механизмов, обеспечивающих длительную устойчивость мягкой пшеницы к стеблевой ржавчине в Западной Сибири

Руководитель Пожерукова Виолетта Евгеньевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина" , Омская обл

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений

Ключевые слова Triticum aestivum, стеблевая ржавчина, Sr-гены, виды-нехозяева, Agropyron elongatum, Triticum timopheevii, Secale cereale, Aegilops speltoides, интрогрессивные линии, механизмы устойчивости, длительная устойчивость

Код ГРНТИ34.31.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы иммунитета растений к биотрофным грибам, вызывающим ржавчинные болезни культурных растений. Мягкую пшеницу Triticum aestivum L. обеспечивающую продовольствием население Земли, поражают три вида ржавчины (бурая, стеблевая и желтая). Ежегодный ущерб от их развития в масштабах планеты превышает 15 млн. т. В 1960-х гг. стеблевая ржавчина потеряла экономическое значение в мире после создания сортов пшеницы с геном устойчивости Sr31, перенесенным от Secale cereale L. Однако вредоносность болезни (возбудитель Puccinia graminis f. sp. tritici Erikss. et Henn. – Pgt) резко усилилась после возникновения в Уганде расы Ug99 (TTKSK), преодолевшей ген Sr31. На основе Ug99 образуются новые расы, быстро преодолевающие гены устойчивости. Потери урожая в Африке пшеницы при вспышках болезни достигали 80-100 %, а к 2015 г. стеблевая ржавчина распространилась в странах Африки, Ближнего Востока и Западной Европы. В связи с нестабильностью климата прогнозируется увеличение расстояний переноса ржавчинной инфекции до 40%, что повышает угрозу распространения агрессивных рас. В настоящее время стеблевую ржавчину рассматривают как угрозу продовольственной безопасности в мировом масштабе. В России стеблевая ржавчина ранее преимущественно проявлялась в Северокавказском регионе. Однако, в 2015 г. первая эпифитотия стеблевой ржавчины вспыхнула на посевах «пшеничного пояса», занимающего обширные площади в Западной Сибири, на Южном Урале и в Северном Казахстане, при этом потери урожая достигали 40 %. В Западной Сибири существует популяция Pgt, отличающаяся по вирулентности к гену Sr31 и составу патотипов от африканской. Наиболее агрессивная субпопуляция Pgt, включающая большое число патотипов, обнаружена в Омской области. В связи с тем, что Омская область входит в число ведущих производителей зерна, важны исследования по предотвращению заражения пшеницы. После 2015 г. отмечено преодоление устойчивости сортов и усиление вредоносности болезни в большинстве регионов России. В связи с этим высоко актуальна проблема изучения механизмов иммунитета к Pgt и защиты пшеницы. Наиболее обоснованным с экономической и экологической точки зрения способом защиты является использование устойчивых сортов. В мире и России проводится активная селекционно-генетическая работа, направленная на поиск новых генов и введении в сорта генных комбинаций с применением ДНК-маркеров (MAS-селекции). Однако, при этом отсутствует информация о функциях Sr-генов (фенотипировании), поэтому гены и генные комбинации вводятся в сорта произвольно, а устойчивость сортов быстро преодолевается. Важным подходом для защиты сортов считается изучение механизмов иммунных видов (видов-нехозяев), устойчивость которых считается непреодолимой. По данным CIMMYT во многих регионах мира эффективны гены Sr2, Sr24, Sr25, Sr31, Sr35, Sr36, Sr38, Sr39, Sr40, они также в разной степени эффективны в регионах России. Эти гены (кроме Sr2) перенесены в геном пшеницы из видов-нехозяев, при этом информация об их действии (за исключением Sr35) отсутствует. Применение цитологических и цитохимических методов позволяет фенотипировать Sr-гены и их комбинации на клеточном уровне. В ходе реализации проекта при заражении омской популяцией Pgt будут проведены полевые и лабораторные исследования устойчивости линий с известными генами (Sr2, Sr24, Sr25, Sr31, Sr35, Sr36, Sr38, Sr39, Sr40), перспективных линий с генами Ag. elongatum (созданы в Омском ГАУ), линий и сортов с комбинациями Sr-генов из коллекции ВИР, образцов видов-нехозяев (Ag. elongatum, S. cereale, T. timopheevii, Аe. speltoides). С помощью цитологических методов будут определены стадии патогенеза, на которых происходит подавление Pgt, а также набор защитных реакций (накопление АФК NO, фенолов и лигнина, защитного полисахарида каллозы, проявления реакции СВЧ). Ранее комплексные исследования действия Sr-генов и их проявлений у видов-нехозяев не проводились. Информация необходима для создания сортов с различными механизмами устойчивости к болезни. В связи с тем, что в Западной Сибири пшеницу поражают два вида ржавчины, будут изучены конкурентные взаимоотношения Pgt и P. triticina. Результаты исследований внесут вклад в теорию иммунитета растений к быстро эволюционирующим биотрофным патогенам. Полученная информация будет использована для отбора эффективных генов устойчивости, их комбинаций, а также поиска новых источников устойчивости. Результаты исследований механизмов защиты видов-нехозяев важны для понимания принципов создания сортов с длительной устойчивостью, сходной с защитой видов-нехозяев. Разработанные подходы и методики послужат основой для экспресс-методов оценки эффективности генов в селекционном материале. Информация об участии АФК и NO, а также конкурентных взаимодействиях ржавчинных грибов будут использованы для разработки элементов интегрированной защиты пшеницы от стеблевой ржавчины, особенно в органическом земледелии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Плотникова Л.Я., Пожерукова В.Е., Кнауб В.В., Лысенко Н.С. Устойчивость видов родов Triticum и Aegilops к засухе и грибным болезням в Западной Сибири Вестник Омского Государственного Аграрного Университета, № 3 (47). С. 49-63 (год публикации - 2022)
10.48136/2222-0364_2022_3_49

2. Людмила Плотникова, Виолетта Пожерукова, Валерия Кнауб, Юрий Кашуба What Was the Reason for the Durable Effect of Sr31 against Wheat Stem Rust? Agriculture, 12(12), 2116; (год публикации - 2022)
10.3390/agriculture12122116

3. Плотникова Л.Я., Кнауб В.В., Пожерукова В.Е. Nonhost Resistance of Thinopyrum ponticum to Puccinia graminis f. sp. tritici and the Effects of the Sr24, Sr25, and Sr26 Genes Introgressed to Wheat International Journal of Plant Biology, № 2., Т. 14., С. 435-457 (год публикации - 2023)
10.3390/ijpb14020034

4. Плотникова Л.Я., Кнауб В.В. Особенности действия генов пырея удлиненного sr24, sr25 и sr26, обеспечивающих длительную устойчивость пшеницы к стеблевой ржавчине. Материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 105-летию со дня основания ФГБОУ ВО Омский ГАУ. Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина., Материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 105-летию со дня основания ФГБОУ ВО Омский ГАУ. Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина. Омск, 2023. С. 68-72. (год публикации - 2023)

5. Плотникова Л.Я., Кнауб В.В., Пожерукова В.Е., Пристроева Д.А. Стабильные защитные механизмы ржи и сортов пшеницы с геном sr31 от стеблевой ржавчины Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина (Омск), ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИБИРСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ. Издательство: Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск, 02 марта 2023 года. С. 147-150. (год публикации - 2023)

Публикации