Применение методов МАС в селекции пшеницы на устойчивость к септориозу

Данный обзор представляет актуальную информацию по генам устойчивости мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) к септориозу (STB), возбудителями которого являются Zymoseptoria tritici, Parastagonospora nodorum, Mycosphaerella graminicola. Основное внимание уделено генетическому контролю устойчивости пшеницы к септориозу с точки зрения количественного и качественного характера устойчивости и ее эффективности. Обобщены достигнутые к настоящему времени успехи в идентификации генов и локусов количественных признаков пшеницы, связанных с устойчивостью к Z. tritici и P. nodorum. Представлена характеристика 15 генов устойчивости к септориозу и наиболее часто применяемых молекулярных маркеров. Приведены данные о сортах, обладающих наиболее эффективными генами устойчивости к STB: Bulgaria 88, Oasis, Sullivan, Veranopolis, Chinese spring, Tadinia, Flame, Hereword, Curtot, Tonic, Kavkaz-K4500, Arina, Riband, Balance, Apach. Рекомендованы перспективные маркеры, в основном микросателлиты, или повторы простой последовательности (SSR), для использования в селекции на устойчивость T. аestivum L. к септориозу. Применение в качестве молекулярных маркеров генов устойчивости культурных растений амплифицированных полиморфизмов длины фрагмента (AFLP) технически сложный процесс. По мере открытия и картирования новых генов устойчивости пополняется информация о возможности пирамидирования Stb генов в селекционном материале. Сочетание нескольких генов в геноме повышает устойчивость сорта, так как активность генов против STB проявляется на разных стадиях развития растений. Применение известных генов в маркер-опосредованной селекции пшеницы и поиск новых генов устойчивости позволят получать стабильные урожаи при минимальном использовании пестицидов.

1. Duveiller E., Singh R.P., Nicol J.M. The challenges of maintaining wheat productivity: pests, diseases, and potential epidemics // Euphytica. 2007. Vol. 157. N 3. P. 417–430. DOI: 10.1007/s10681-007-9380-z.

2. Chartrain L., Brading P.A., Brown J.K.M. Presence of the Stb6 gene for resistance to Septoria tritici blotch (Mycosphaerella graminicola) in cultivars used in wheat breeding programmes worldwide // Plant Pathology. 2005. Vol. 54. N 2. P. 134–143. DOI: 10.1111/j.13653059.2005.01164.x.

3. Brading P.A., Verstappen E.C.P., Kema G.H.J., Brown J.K.M. A gene-for-gene relationship between wheat and Mycosphaerella graminicola, the Septoria tritici blotch pathogen // Phytopathology. 2002. Vol. 92. N 4. P. 439–445. DOI: 10.1094/PHYTO.2002.92.4.439.

4. Simo´n M.R., Ayala F.M., Cordo C.A., Röder M.S., Börner A. Molecular mapping of quantitative trait loci determining resistance to Septoria tritici blotch caused by Mycosphaerella graminicola in wheat // Euphytica. 2004. Vol. 138. N 1. P. 41–48.

5. Linde C.C., Zhan J., McDonald B.A. Population structure of Mycosphaerella graminicola: from lesions to continents // Phytopathology. 2002. Vol. 92. N 9. P. 946–955. DOI: 10.1094/PHYTO.2002.92.9.946.

6. Zhan J., Mundt C.C., McDonald B.A. Sexual reproduction facilitates the adaptation of parasites to antagonistic host environments: evidence from empirical study in the wheat – Mycosphaerella graminicola system // International journal for parasitology. 2007. Vol. 37. N 8–9. P. 861–870. DOI: 10.1016/j.ijpara.2007.03.003.

7. Wittenberg A.H.J., van der Lee T.A.J., Ben M’Barek S., Ware S.B., Goodwin S.B. Meiosis drives extraordinary genome plasticity in the haploid fungal plant pathogen Mycosphaerella graminicola // PLOS One. 2009. Vol. 4. N 6. P. 58–63. DOI: 10.1371/journal.pone.0005863.

8. Tabib Ghaffary S.M., Faris J.D., Friesen T.L., Visser R.G.F., van der Lee T.A.J., Robert O., Kema G.H.J. New broad-spectrum resistance to Septoria tritici blotch derived from synthetic hexaploid wheat // Theoretical and Applied Genetics. 2012. Vol. 124. N 1. P. 125–142. DOI: 10.1007/s00122-011-1692-7.

9. Liu S., Anderson J.A. Marker assisted evaluation of Fusarium head blight resistant wheat germplasm // Crop Science. 2003. Vol. 43. N 3. P. 760–766. DOI: 10.2135/cropsci2003.7600.

10. Adhikari T.B., Yang X., Cavaletto J.R., Hu X., Buechley G., Ohm H.W., Shaner G., Goodwin S.B. Molecular mapping of Stb1, a potentially durable gene for resistance to Septoria tritici blotch in wheat // Theoretical and Applied Genetics. 2004. Vol. 109. N 5. P. 944–953. DOI: 10.1007/s00122-004-1709-6.

11. Liu Y., Zhang L., Thompson I.A., Goodwin S.B., Ohm H.W. Molecular mapping relocates the Stb2 gene for resistance to Septoria tritici blotch derived from cultivar Veranopolis on wheat chromosome 1BS // Euphytica. 2013. Vol. 190. P. 145–156. DOI: 10.1007/s10681-012-0796-8.

12. Goodwin S.B., Thompson I. Development of isogenic lines for resistance to Septoria tritici blotch in wheat // Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2011. Vol. 47. N 1. P. 98–101.

13. Chartrain L., Brading P.A., Makepeace J.C., Brown J.K.M. Sources of resistance to Septoria tritici blotch and implications for wheat breeding // Plant Pathology. 2004. Vol. 53. N 4. P. 454– 460. DOI: 10.1111/j.1365-3059.2004.01052.x.

14. Adhikari T.B., Cavaletto J.R., Dubcovsky J., Gieco J.O., Schlatter A.R., Goodwin S.B. Molecular mapping of the Stb4 gene for resistance to Septoria tritici blotch in wheat // Phytopathology. 2004. Vol. 94. N 11. P. 1198–1206. DOI: 10.1094/PHYTO.2004.94.11.1198.

15. Brading P.A., Verstappen E.C.P., Kema G.H.J., Brown J.K.M. A gene-for-gene relationship between wheat and Mycosphaerella graminicola, the Septoria tritici blotch pathogen // Phytopathology. 2002. Vol. 92. N 4. P. 439–445. DOI: 10.1094/PHYTO.2002.92.4.439.

16. McCartney C.A., Brule-Babel A.L., Lamari L., Somers D.J. Chromosomal location of a race-specific resistance gene to Mycosphaerella graminicola in the spring wheat ST6 // Theoretical and Applied Genetics. 2003. Vol. 107. N 7. P. 1181– 1186. DOI: 10.1007/s00122-003-1359-0.

17. Adhikari T.B., Anderson J.M., Goodwin S.B. Identification and molecular mapping of a gene in wheat conferring resistance to Mycosphaerella graminicola // Phytopathology. 2003. Vol. 93. N 9. P. 1158–1164. DOI: 10.1094/PHYTO.2003.93.9.1158.

18. Chartrain L., Sourdille P., Bernard M., Brown J.K.M. Identification and location of Stb9, a gene for resistance to Septoria tritici blotch in wheat cultivars Courtot and Tonic // Plant Pathology. 2009. Vol. 58. N 3. P. 547–555. DOI: 10.1111/j.1365-3059.2008.02013.x.

19. Chartrain L., Berry S.T., Brown J.K.M. Resistance of wheat line Kavkaz-K4500 L. 6. A. 4 to Septoria tritici blotch controlled by isolate-specific resistance genes // Phytopathology. 2005. Vol. 95. N 6. P. 664–671. DOI: 10.1094/PHYTO-95-0664.

20. Chartrain L., Joaquim P., Berry S.T., Arraiano L.S., Azanza F., Brown J.K.M. Genetics of resistance to Septoria tritici blotch in the Portuguese wheat breeding line TE 9111 // Theoretical and Applied Genetics. 2005. Vol. 110. N 6. P. 1138–1144. DOI: 10.1007/s00122-005-1945-4.

21. Arraiano L.S., Chartrain L., Bossolini E., Slatter H.N., Keller B., Brown J.K.M. A gene in European wheat cultivars for resistance to an African isolate of Mycosphaerella graminicola // Plant Pathology. 2007. Vol. 56. N 1. P. 73–78. DOI: 10.1111/j.1365-3059.2006.01499.x.

22. Raman R., Milgate A., Imtiaz M., Tan M.K., Raman H., Lisle C., Coombes N., Martin P. Molecular mapping and physical location of major gene conferring seedling resistance to Septoria tritici blotch in wheat // Molecular Breeding. 2009. Vol. 24. N 2. P. 153–164. DOI: 10.1007/s11032-009-9280-0.

23. Tabib Ghaffary S.M., Robert O., Laurent V., Lonnet P., Margalé E., van der Lee T.A.J., Visser R.G.F., Kema G.H.J. Genetic analysis of resistance to Septoria tritici blotch in the French winter wheat cultivars Balance and Apache // Theoretical and Applied Genetics. 2011. Vol. 123. P. 741–754. DOI: 10.1007/s00122011-1623-7.