Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Моносонный анализ устойчивости пшеницы к бурой ржавчине

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Моносонный анализ устойчивости пшеницы к бурой ржавчине"

РГ6 OD

- 1 MAR $£3>ХСКШ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.АЛЬ-ФАРАБИ

На правах рукописи уда. 633. 11:581. 573, Ц,

ТАНКШ? АНОВА. Найра Каражановна

НОИССОШШ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПИЕННЦЫ К БУРОЙ Р&АВЧИНЕ

Спещгальность ОЗ. 00. 15 - генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кашветата биологических наук

г. Алма-Ата 1993

Работа выполнена в 1969-1992гг. на кафедре генетеки и молекулярной биоиогшз Казахского государственного национального университета имени Аль-фараби (Алма-Ата) и в лаборатории генеияв! устойчивости Иеядународного института генетических ресурсов растений имени Н.Н.Вашлова (Санкт-Петербург).

Научные руководители: - доктор биологахческик наук

профессор Р. И.ШРСКМЕАЕВ

- доктор биологических наук

И, Г. одищэзл

Официальные опаонешы; - доктор биологических наук

И. Р. РАХИМЕАЕВ

- каипдаат биологических наук

А Т. САРБАЕВ

Будущая организация - Институт ботангаа* АН Р1С.

Эащета диссертации состоится "¡9 1993 г.

в * / У " часов на заседании специализированного Совета К. 056.01. 18 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при КазГНУ ик. Аль-Фараби по адресу: 460121, г. Алма-Ата, ул. Тимирязева, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического Факультета КазГНУ им. Аль-фараби.

Автореферат разослан * /$ ¿4 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат биологических наук

Т. К ЕАЛАХМЕГОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бурая ржавчина (возбудитель - Puooinia recóndita Rob. ex Desm.í. sp. tritio! ) - одна из наиболее вредоносных болезней, распространенная во всех зонах возделывания яровой и озимой: пшеницы.

Самым экономичным и экологически чистим средством защиты от атой болвзни является селекция на устойчивость. Обычно селекция на выведение устойчивых сортов развивается по непрерывному циклу: на смену сортам, потерявшим устойчивость, выпускают новые, защищенные геном или генами устойчивости, отличающимися от ранее использованных и потерявших эффективность в результате появления вирулентных к ним рас паразита. В связи с этим необходимо непрерывное пополнение "запаса" генов устойчивости.

Практика ряда зарубежных стран показывает, что идентификация новых генов устойчивости, изучение спектра их действия, локализация, а также изоляция их в изогенных линиях, дает возмокность наиболее правильно и эффективно использовать их в практической селекции.

К данному времени идентифицированы и изучены 34- гена' „устойчивости к Аурой ржавчине шешцы Ctíolntoshr 19&3J. Анализ их спектра действия показал, что преобладающее большинство генов устойчивости к бурой ржавчине невозмошо использовать в селекционной практике нашего региона, поскольку она неэффективны • (за исключением генов: ЬгЭ,- It19v Lr23» Lr24r Ьг29) по отношению к 77-Й расе, доминирующей1 в популяции возбудителя бурой ржавчины на территории СНГ [Кравченко.. 1982]. .

Генетические исследования, проводившиеся в последнее время привели к предварительной идентификации генов устойчивости к бурой ржавчине, определенных как новые, у-образцов мягкой пшякицн: Hariohikari, K5I070,. кБ8&40 и Греку» 48198 [Одинцова и Пеуша, 1982; Макарова, 1987? Шулекбаева и др., 1990]. Однако для целенаправленного использования1» полученных устойчивых форм, в селекционной практике необходаа хромосомная локализация новых генов устойчивости.

Сведения о хромосомной локализация1 позволяет установить

несло генов, контролирующих признак устойчивости, определить эффект действия генов и их аллельные взаимоотношения, и тем самым позволяют направленно улучшать существующие сорта с помощью хромосомной инженерии.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилась хромосомная локализация генов устойчивости к бурой ржавчине у образцов мягкой пшеницы: Наг1о1йкаг1, К51070 и К58840, а также идентификация, ранее локализованного гена, образца Грекум 48198.

В ходе расоты предстояло решить следующие задачи:

1. Провести моносомный анализ устойчивости к бурой ржавчине в фазе всходов и в стадии . взрослых растений у исследуемых образцов пшеницы...

2. Идентифицировать высокоэффективный ген устойчивости образца Грекум 48198..

3. Изучить проявление генов устойчивости к бурой ржавчине при различных, температурах инкубации. . . . ,

4. Провести анализ популяции паразита по вирулентности к исследуемым генам устойчивости.

Научная новизна. Впервые проведен моносомный анализ устойчивости к бурой ржавчине в ювенильной. фазе и в стадии взрослых растений у образцов мягкой пшеницы: НахчсМкаг!, К51070 и К58840. Локализованы гены устойчивости: ЬгН, ЬгМ1 и Ьгмь, предварительно идентифицированные как новые, в хромосомах ЗА, 5А и ЗД, соответственно. У образца Наг1сЬ1кяг1 обнаружен и локализован в 5А хромосоме воэрастный ген устойчивости к Оурой ржавчине, и обозначен временным символом ЬгН,. Изучена зависимость фенотюшческого проявления генов устойчивости от температуры. Высокоэффективный ген устойчивости ЬгО образца Грекум 48198, ранее локализованный в 1В хромосоме, идентифицирован как нойый, отличный от генов Ьг26 и ЬгЗЗ.

Практическая значимость работы. Изученные нами образцы, имоидио новые эффективные гены устойчивости к бурой ржавчине, представляют собой ценный исходный материал для использования их в селекционных программах в целях улучиения перспективных и районированных сортов местной селекции.

Ч

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседаниях кафедры генетики и молекулярной биологии (1990-1992), на Республиканской: конференции (Алма-Ата, 1990), за заседании Ученого Совета биологического факультета КазГУ (1991), на научно-теоретической конференции аспирантов и юлодых научных сотрудников ВИР (Санкт-Петербург, 1992).

Публикация работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей и тезисов докладов, 4 статьи находятся в ючати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа ¡злонэна на 133 страницах машинописного текста. Она состоит из ¡ведения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы, 'екст иллюстрирован 24 таблицами и .10 рисунками и ютографиями. Список использованной литературы содержит 222 юточника, в том числе 169 иностранных.

Материалы и методы исследования. Для определения ромосомной локализации донора генов устойчивости LrH, LrM1 и irMg: (японский образец Harichikari, мексикансгсиа образцы 51070 и К58840) скрещивали как опылители с линиями моносомной ерш сорта Казахстанская 126. В F, с помощью цитологического нализа отбирали ионосомныэ растения и изолировали для олучения самоопнленного потомства Р2-

■ Моносомныв линии сорта KI26 и гибридные растения Р2 ысевались на полях поливного севооборота ОПХ КазНИИ емледелия (п. Алмалыбак).

Анализ расщепления по устойчивости к бурой ржавчине в тадии проростков растений F 2проводали в лаборатории генетики стойчивости Мездународного института генетичесзшх ресурсов астений имени Н.И.Вавилова(ШГРР), используя отрезки листьев, эмещенные в раствор бензюодазола (0,0005%) по методу эхловой и Одинцовой {1975]. Заражение растений проводили ринды: в фазе 1-го, Il-го и Ш-го листа. В качестве контроля ^пользовали родительские образцы и Р2 от скрещивания сорта эзахстанская 126 с донорами устойчивости. Для заражения ^пользовали клоны, предварительно выделенные из природной эпуляции паразита, по четкости проявления реакции зтойчивости у каждого образца. Выделенные авирулеигиые клони

к образцам K5I070 и K5884Q максимально экспрессировали гены Ьгм., и LrM6 (тип реакции "0;"-"1-и). Клон, выделенный к образцу Hariohilcari вызывал реакцию типа "2". Культивирование возбудителя бурой ржавчины проводили по методу Михайловой и Квитко [1970]. Водную суспензию спор (8-10 тыс/мл) наносили на опытные отрезки листьев с помощью пульверизатора, накрывали стеклом и ставили под рассеянный свет. Через сутки помещали в светоустановку с освещением лампами дневного света 3000 - 5000 люкс на рабочей поверхности при постоянной температуре (21°С).

Типы реакций оценивали по международной икала на 8-й день после инокуляции [Mains and JaokBon, 19261.

Моносомный анализ растений от скрещивания моносомиков с образцами Hariohikari и K5I070 проводили в полевых условиях на опытных участках инфекционного фона лаборатории иммунитета •КазШШ земледелия (п.Алмалибак). Для заражения использовали местную популяцию Сурой ржавчины, представленную биотипами: 77/1,2,3,8; 192/1,2,3,8. Инокуляцию проводили по выработанной методике в фазе флаг-листа. Реакцию растений определяли на II день после инокуляции [Методические указания по оценке сортов зерновых культур на устойчивость к ржавчине в полевых условиях, 1975].

Вирулентные клоны, тестирующие гены Ьг23 и Lr26, выделяли из популяции по методу Михайловой и Квитко [1970].

¡Три идентификации гена устойчивости индийского образца Грекум 48198 использовали сорт Кавказ, несущий ген Lr26 и линию RL6057 Thatcher ЬгЗЗ (То ЬгЭЭ), тестирующую ген ЬгЭЭ. В качестве контроля использовали универсально-восприимчивые сорта Казахстанская 126 (KI26) и Саратовская 29 (С29).

Электрофоретический анализ проламиновой фракции с последующей идентификацией и регистрацией спектров проводили по методикам Нонарева и Пеневой [1977]; Губаревой и Гайденковой [1987]; Пеневой и Мартыненко [1987].

Зависимость экспрессивности генов устойчивости от температуры изучали яри инкубации штудированных образцов в ' климатических камерах Sherer при температурах: 28°С, 21°С, 1Б°С, I2°C. ' -

Полученные данные обрабатывались математически (Рокицкий,

1967; Серебровский, 1970].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

I. Моносомный анализ устойчивости образца Нага-оИНсат!.

Японский образец Наг1оП1каг1 (К45748) бил выделен из мировой коллекции МИГРР по устойчивости к бурой, ржавчине в стадии проростков. У этого образца было установлено моногеннов наследование устойчивости. Ген, обусловливающий эффективную устойчивость против природной популяции паразита ("2"), и экпрессируодий в стадии проростков, был обозначен временным символом ЬгН (Одинцова и Пэуша, 1982].

Выделение авирулентного клона к этому гену оказалось очень трудным. Клоны вначале авирулэнтные после 1-2 пассажей оказывались вирулентными. Снижение экспрессивности гена ЬгН, а такке увеличение числа вирулентных клонов в популяции паразита, по-видимому, связано с постепенным преодолением устойчивости, контролируемой данным геном. Выделенный из популяции авирулентный клон (к8), вызывал у образца реакцию типа "2-", "2я. При заражении данным клоном проростков Р2 эуплоидной комбинации наблюдали расщепление на устойчивые и •восприимчивые фенотипы достоверно соответствующее моногенному контролю устойчивости (Р>0,25) (табл.1). Устойчивость в отйошении к клону к8 доминировала. Большинство устойчивых фенотипов имело тип реакции "2-"-"2+".

Результаты моносомного анализа выявили значительные отклонения от теоретически ожидаемого расщепления (3:1) в комбинации от скрещивания образца Наг1о1икаг1 с линией, моносомной по ЗА хромосоме (Р<0,001) (табл.1). Это отклонение вызвано избытком устойчивых фенотипов и достоверно на высоком уровне значимости и дает основание рассматривать хромосому ЗА как "критическую", т.е. несущую главный ген устойчивости -ЬгН.

Небольшое отклонение, также из-за избытка устойчивых фенотипов наблюдали в комбинации с линией, моносомной по 1В хромосоме (Р<0,05). Это отклонение интерпретировано нами как наличие в хромосоме 1В повышающего устойчивость гена-

модификатора .

Таблица I.

Расщепление по устойчивости пшеницы к бурой ржавчине у гибридов Р2 от скрещивания моносомных линий сорта Казахстанская 126 с образцом Наг1оЬ1каг1 (в фазе всходов).

Гибрида Соотношение фенотипов й в х2 3:1 Р аг=1

Эуплоидная комбинация 73 19 0,92 0,50-0,25

1А 184 63 0,88 0,50-0,25

2А 90 24 0,95 0,50-0,25

ЗА 143 II 26,19*** 0,001

4А 63 16 0,95 0,50-0,25

5А 104 31 0,29 0,75-0,50

6А 115 47 1,39 0,25-0,20

7А 132 36 1,15 0,50-0,25

1В 148 33 4,46* ' 0,05-0,025

2В 50 19 0,24 0,75-0,50

4В 114 32 0,74 0,50-0,25

5В 10? 33 0,15 0,75-0,50

6В 72 20 0,52 0,50-0,25

7В 51 0,41 0,75-0,50

1Д 128 42 0,01 0,95

Поимечанко: Е-устойчивые, тип реакции от "О" до "3-";

Б-вослшимчивые, тип реакции "3", "4".

* Р<0,Ь&{ *** Р<0,001

В от скрещивания образца Наг1оМкаг1 с моносомными линиями 1А, 2А. 4А, 5А, 6А, 7А, 2В, 4В, БВ, 6В, 7В, 1Д сущбств&ннах отклонений от теоретически ожидаемого соотношения не наблюдали. Так как значение показывает локализация гена ЬгН в ЗА хромосоме маловероятно предполагать, что степень влияния на устойчивость других нетвстированных хромосом была бы адекватной хроыосме ЗА. Это бы противоречило моногенному контролю устойчивости образца Наг1оМкаг1. Но не исключене еоомохность локализаэдд генов-модификаторов в этих хромосомах.

Таким образом, полученные нами данные еще раз подтвердил* рйзудьтати о моногешюм контроле устойчивости образцу

Таблица 2.

асщепление по устойчивости к бурой ржавчине гибридов Р2 от кредавания моносомных линий сорта Казахстанская '126 с бразцом НмЧоМкаг! (в фазе флаг-листа).

Гибриды

Соотношение фенотипов % Я_____________8___________13гЗ

Р

Зуплоидная =12,40*** 0,001

комбинация 149 23 3,26 0,10-0,005

1А 170 51 г,72 0,10-0,05

. ЗА 118 11 8,85** 0,01

4А 134 ' 28 0,23 0,75-0,50

5А 133 11 12,64*** 0,001

58 189 56 2,71 0,20-0,10

7В 55 19 2,33 0,20-0,10

[римечание: «» Р<0,01, »** Р<0,001

;аг1о1г1каг1 в стадии проростков. Ген 1гй локализован в ЗА ромосоме, а в хромосоме 1В - повышающий устойчивость ген-юда£инзтор.

Расщепление в эуплоидной комбинации в стадии взрослых »астений в отличие от наблюдавшегося в стадии проростков, не гохет быть объяснено действием одного гена устойчивости Р<0,001) (табл. 2). Наблюдавоеэся соотношение фенотипов 149 'стойчивых 5 23 восприимчивых соответствовало дигенному :онгролю устойчивости (Р>0,05).

По-видимому, у образца Наг1оЬ1каг1 в фазе флаг-листа 'стойчивость к природной популяции лвразита контролируется ©умя независимыми генами, один из которых доминантный, а фуг ой - рецессивный. Мы склонны считать, что рецессивны« *бном, в данном случае, является ген 1гй, так как ш штературным источникам (Одинцова и Пеуша, 1982] он отмечал :ак рецессивный к большинству клонов паразита. С помощью юносомного анализа были выявлены две "критические" хромосома: ¡А (Р<0,01) и 6А (Р<0,001). Ювенильяый ген 1гй, локализованный } ЗА хромосоме, как выяснилось, экспрессирует и в стадии ззрослых растений. Отклонение в комбинации К126 монобА *

Hariohikari было вызвано также избытком устойчивых фенотипов, что указывает на присутствие в хромосоме 5А второго гена устойчивости. В стадии проростков в этой комбинации наш не было замечено существенных отклонений (%г=0,29) (табл. I). Следовательно, этот ген экспрессирует лишь в стадии взрослых растений. Этот ген - новый, так как в каталоге Мак-Интоша [Mcintosh, 198ЭJ отсутствуют данные о локализации в этой хромосоме генов устойчивости к Оурой ржавчине. Обозначен временным символом LrHg.

Действием этого возрастного гена, , по-видимому, объясняется более низкий , тип . реакции против природной популяции паразита, проявляющийся у образца Hariohikari в стадии взрослых растений,("0;" - "I"), в сравнении с реакцией в ювенильной фазе ("г" - "2-t-").

2. Локализация гена ЬгЫ1 у образца K5I070

У мексиканского образца K5I070 было установлено дагенное наследование аффективной устойчивости к бурой ржавчина. Устойчивость всегда доминировала независимо от используемых рас паразита [Одинцова и Пеуша, 1982]. Проведенный данными исследователями тест на аллелизм показал, что один из генов образца K5I07Q либо аллелен, либо тесно сцеплен с известным геном Ьг23. С остальными эффективными в наших условиях генами гены образца K5I070 показали полную независимость (Одинцова и Пеуша. 1982).

Из родословной образца к51070 оыло установлено, что гстстежами гена Lr?3 могут быть сорта: Gabo, Nainari 60 [Zeven et al., 1976]. Ген Lr23 был локализован в 2ß хромосоме и контролировал • промежуточный тип реакции и1+" - "2", и в основное проявлялся как • рецессивный ген, но в зависимости от расы возбудителя, и,, особенно при высоких температурах - как доминантный tMoIntosh. and Byok., 1975].

Второй эффективный ген образца K5I070 на основании Фитопатологических анализов и тестов на аллелизм с известными высокоэффективными генами был определен как новый, ранее не мзвостшй и обозначен Еремоннам символом ЬгМ^ (Одинцова и Пвуша, 1982]. Ген LrK, описан как ювенильный, доминантный,

Таблица 3.

Растепление по устойчивости пшеницы к Оурой ржавчине у гибридов ?2 от скрещивания моносомных линий' сорта Казахстанская 126 с образцом к51070 (в фазе всходов).

Гибрида ооотношениэ фенотипов к э х2 13 : 3 Р

ауплоидная комбинация 78 20 0,17 . 0,75-0,50

1А 72 13 0,66 0,50-0,25

ЗА 103 15 2,83 0,10-0,05

4А 39 II 0,34 0,75-0,50

БА 190 16 16,31*** 0,001

6А 71 14 0,29 0,75-0,50

7А 56 10 0,56 0,50-0,25

1В 72 13 0,66 0,50-0,25

2В 112 9 10,17** 0,01

4В 78 14 0,75 0,50-0,25

5В 140 29 0,28 0,75-0,50

6В 99 21 0,12 0,75-0,50

7В 96 19 0,38 . 0,75-0,50

1Д 103 23 0,02 0,90

4Д 57 12 0,08 0,90- 0,80

Примечание: й-устойчивые, тип реакции от "О" до "3-";

Б-восприимчивые. тип реакции "3я, "4я.

.*» Р<0,01; *** Р<0,001

контролирующий низкий тип реакции "О;" - "1-".

При инокуляции сорта (ЗаЬо. несущего ген 1г23, и образца «51070 (Ьг23+ЬгМ I) вирулентным к гену Ьг23 клоном р23, образец «51070 показал полную иммунность ("0:"), в отличив от сорта ЗаЬо ("3").Авирулантный к образцу К51070 клон <кГ2) вызывал у зорта ОаЬо тип реакции ("2-"). Гак как клон 12 оказался эвирулентным к сорту СаЬо, то, следовательно, он должен вызывать расщепление по гену Ьг23. Исходя из этого, следовало эхидать в эуплоидаой комбинации расщепление, соответствующее ¡дагенному. Одной из "критических" должна быть хромосома 2В.

Таким образом, мексиканский образец к51070 имеет два гена устойчивости к бурой рхавчине, проявляющихся в юввнильной

П

Таблица 4.

Расщепление по устойчивости к бурой ржавчине пшеницы гибридов ?2 от скрещивают моносомных линий сорта К126 с образцом К51070 в фазе флаг-листа.

Гибрида (лллаишвшю «доиитпиив И Б хс 13 5 з Р &Г=1

эуплоидная комбинация 60 , 16 0,26 0,75-0,50

1А 50 10 0,17 0,75-0,50

2А 50 • 9 0,47 0,50-0,25

ЗА 58 20 2,44 0,25-0,10

4А 69 12 0,82 0,50-0,25

5А 72 4 9,07** 0,01

6А 39 12 0,76 0,50-0,25

7А 42 9 0,04 0,90-0,75

1В 62 9 1Л1 0,25-0,10

2В 32 I 5,34* ' 0,025-0,01

4В 84 20 0,01 0,90

5В 43 II 0,10 0,90-0,75

6В 40 8 ОДЗ 0,75-0,50

7В 56 18" 1,51 0,25-0,20

1Д 75 20 0,33 0,75-0,50

4Д 84 30 4,28* 0,05-0 #25

5Д 33 10 0,57 0,50-0,25

6Д 43 15 1,93 0,25-0,10

7Д 45 15 1,54 0,25-0,10

Примечание: и - устойчивые, типы реакций от "О;" до"3-"; 3 - восприимчивые, тип реакции "3", "4й.

* ?<0,05; ** Р<0,01

фазе: известный геи 1хг23, локализованный в 2В хромосоме и новый, высокоэфХвктивный ген Хгм,, локализация которого не известна.

При инокуляций авирулентным клоном (к12) проростков Р 2 эуплоидаой комбинации К126 х к51070 мы получили расщепление на 78 устойчивых и 20 Боспризшчивнх растений (табл. 3). Зто соотношение достоверно соответствовало отношению 13:3 (Р>0,50), что указывало пв наличие у образца к51070 двух генов

устойчивости, один из которых проявлялся как доминантный, а другой - как рецессивный. В данном случае рецессивным, по-видимому, является ген Ьг23.

Значительные отклонения от соотношения 13:3 на высоком уровне значимости показали гибрида в комбинациях от скрещивания: К126 моноБА х К51070 <Р<0,001) и К126 моно2В х К51070 (Р<0,01). В обоих случаях отклонения вызваны избытком устойчивых фенотипов (типы' реакций от "0;" до "2"). По остальным тестированным линиям существенных отклонений от соотношения 13:3 из наблюдалось. Следовательно, хромосомы 5А и 2В - "критические", несущие гены ЬгИ1 и 1л-23- Очевидно, что за отклонение в комбинации К126 моно2В к К51070 ответственен ген Ьг23, а в комбинации К126 моно5А х К51070 - ген Ш«.,.

Таким образом, ввеняльный ген образца К51070 -

новый, не аллелек ни одному из известных генов, так как локализован в хромосоме 5А, где известные гены устойчивости к бурой ржавчине отсутствуют.

Результаты полевого опыта очень сходны с данными, полученными'в лабораторных условиях. При инокуляции гибридов ?2 эуплоидной комбинации природной популяцией паразита в фазе .взрослых растений наблюдали расщепление на устойчивые и восприимчивые фвкотипн в соотношении близком отношении 13:3 (Р>0,50) (табл. 4). Таким образом, в стадии взрослых растений устойчивость образца К51070 обусловливается также действием двух независимых генов. Существенные отклонения от соотношения 13:3, вызванные избытком устойчивых фенотипов наблюдали в комбинации К126 коно5А х К51070 (Р<0,01).

Выборка растений в комбинации К126 коно2В х К51070 оказалась недостаточной (33 растения), чтобы судить о степени влияния хромосомы. 2В, содержащей ген Ьг23, на устойчивость взрослых растений к популяции бурой ргсавчшш. Однако, исходя из дигенного контроля устойчивости образца К51070, можно предположить о его экспрессивности и в стадии взрослых растений.

В комбинации К126 ноно4Д х к51070 наблюдали существенное отклонение от соотношения 13:3 из-за избытка восприимчивых Фенотипов <Р<0,05). В стадии проростков в этой комбинации

фактическое соотношение устойчивых и восприимчивых фенотипов не отличалось .от теоретически ожидаемого (Р>0,75) (табл. 3). Следовательно, локализованный в 4Д хромосоме понижающий проявление признака устойчивости ген-ыодифшатор, действует только в стадии взрослых растений. По-видимому, влиянием этого гена-модификатора обусловлен более низкий уровень устойчивости растений образца K5I070 к популяции бурой ржавчины при заражении в фазе флаг-листа (2/30), чем в фазе всходов (0 -I/IO) в полевых условиях Сданные лаборатории иммунитета КазНИИ земледелия, 19871.

По остальным комбинациям, в том числе по 5Д, 6Д и 7Д хромосомам, значительных отклонений от теоретически ожидаемых соотношений не наблюдалось.

3. Генетика устойчивости образца K5884Q к бурой ржавчине

По данным Макаровой [1987} образец K58840 имеет один эффективный ген устойчивости к бурой ркавчине Li%, который в 1987 году проявлялся в форме реакции типа "О;" против природной популяции паразита во всех фазах онтогенеза и доминировал у гетерозигот. При проведении тестов на аллелизм с известными эффективными генами устойчивости: Ьг9, Lr19, Ьг2Э, Хг?4 и ЬгЫ1, было обнарухено независимое наследование гена образца К50840 от вышеперечисленных. В связи с этим ген образца K58840 был определен предыдущими исследователями как ¡говый и обозначен временным символом ЬгЫ- [Макарова, 1987].

Для изучения экспрессивности гена LrM6 и анализа полиморфизма популяции паразите по вирулентности к данному ■ гену семидневные проростки образца К58840 инокулировали

Таблица 5.

Дифференциация популяции возбудителя бурой ржавчины к образцу K58Ô40

Типы реакций Частота клонов, %

о: S 1 3 1 19,1 26,7 45,0 9,2

Таблица 6.

Расщепление по устойчивости пшеницы к Оурой ржавчине у гибридов от скрещивания мсносомных линий сорта

Казахстанская 126 с образцом К58840 (в фазе всходов), соотношение фенотипов

Гибрида

Г

Г? Э Э : »

зуплоидная комбинация 79 26 0,003 0,99

1А 60 23 0,320 0,75-0,50

2А 77 26 0,003 0,99

ЗА 82 28 0,012 0,90

4А 70 21 0,180 0,75-0,50

' 5А 84 27 0,027 0,90-0,75

6А 151 ' 56 0,470 0,50-0,25

7А 69 26 0,284 0,75-0,50

1В 93 27 0,430 0,75-0,50

2В 99 32 0,023 0,90-0,75

ЗВ ИЗ 30 1,233 0,50-0,25

5В 77 28 0,156 0,75-0,50

6В 104 33 0,061 0*90-0,75

7В 120 25 4,520* 0,05-0,025

ГД 58 . 22 0,250 0*75-0,50

ЗД 81 7 13,640*** 0,001

4Д 59 35 7,500** 0,01

5Д 78 23 0,270 0,75-0,50

6Д 80 26 6,013 0,90

?Д 183 65 0,188 0,75-0,50

Примечание: н - устойчивые, тип реакции от "0м до "3-"; з - восприимчивые, тип реакции "3", "4",

* Р<0,05: «* Р<0,01; *** Р<0,001

природной популяцией паразита. В наших опытах, в отличие от данных Макаровой [1937], экспрессивность гена ЬгМ6 была значительно снижена (табл. 5). Для популяции паразита характерен высокий процент клонов, авирулентных к гену ЬгМб, вызывающих реакции промежуточного типа "2-", "2". Наблюдается накопление клонов, вирулентных к гену Ьг«е(табл.5}. Полученные нами результаты позволяют предположить постепенное преодоление

Рисунок I,

Соотношение фенотипов у гибридов Р2 (моноК126 х K5884Û) i "критических" линиях. Частота,%

54

Примечание :

а - pg(KI26 х К53840); О - Pg(К126моноЗЛ X К58840); 6 - F,(К126моно7В X К58840); г - Р^(К126моно4Д X К58840).

ет

Фенотипы

R - устойчивые: О- "0;п, "I-", "Xя; sg - "I+", "2-", "2"; ^ - "2+", "3-";

s - восприимчивые:

паразитом устойчивости, контролируемой геном Lrilg.

При заражении проростков ?г ауплоидаой комбинации наОладали расщепление в соотношении *7Э устойчивых и 26 восприимчивых растений, достоверно соответствующее ■ как моногенному (х**=0,0СШ, так и дагенному контролю (%г=2,49) ;таол. в). Данные у^ не позволяют полностью отвергнуть предположение о дагенном контроле устойчивости, но показывают, что моногекный контроль более вероятен.

При расчете' значений у^ существенные отклонения от •соотношения 3:1 в Р2 наблюдали в следующих комбинациях: KI26 мон03д X К58840 (Р<0,0Ш); KI26 коно7В х K5884Q (Р<0,05); KI26 М0Н04Д х K5S840 (Р<0,01). В комбинат KI26 моноЗД X к58840 отклонение вызвано избытком устойчивых фенотипов с низким типом реакции ("0;" - "I"). В комбинации KI26 моно?£ х к58840

тклонение вызвано также избытком устойчивых фенотипов, но в сносном с промежуточными типами реакций "2-" - "3-"; а в :омбинации К126 моно4Д х К58840 - избытком восприимчивых янотипов (рисЛ).

При расчете с помощью метода "четырехпольной таблицы", де соотношение в каждой линии сравнивали с соотношением в уплоидной комбинации как "критическая" выделилась лишь ромосома ЗД (Р<0,001).

Исходя из вычисленных значений х2» очевидно, что в ромосоме ЗД локализован главный ген устойчивости к бурой жавчияе, что объясняется высоким процентом иммунных растений.

хромосомах 7В и 4Д локализованы гены-модификаторы, овьшаюций и понижающий проявление признака устойчивости.

4. экспрессивность генов устойчивости 1гН, 11гМ1 и

при различных температурах инкубации.

Зависимость экспрессивности генов устойчивости от емпературы отмечена для образцов Наг1сЫкаг1 и К58840. Для бразда К51070 характерно относительно стабильное проявление стойчивости при различных тешературах инкубации (табл. 7). о мнению Одинцовой и Пеуша [19821 стабильность проявления ффективной устойчивости образца К51070 зависит от гена ЬгМ, и енетической среды образца, так как ген Ьг23, имеющийся у энного образца, описан как температурочувствительный Одинцова, 1984].

В опыте с образцом НвгЧоМкаг! наблюдалась следующая ависимость: снижение экспрессивности гена ЬгН (типы реакций 2+", "3-") при низких тешературах (12°С, 15°С) и повышение о реакции "1+" - при высокой температуре (28°С).

Противоположная зависимость обнаружена у образца к58840. ак показано в таблице 7 экспрессивность гена ЬгМб повышается ри низких тешературах до реакции типа "0;" и снижается до еакции "2-", "2" - при увеличении температуры.

Таким образом, изучение проявления генов устойчивости при азличных температурах выявило следующее: . Для гена ЬгМ, образца к5Г070 не обнаружена зависимость от емпературы. Этот ген стабилен и ггроязляет высокий уровень

Таблица 7,

Зависимость экспрессивности генов устойчивости от температуры.

День после 0 4 (-> Типы реакций

инокуляции К126 029 Наг1оЫкаг1 к51070 к58840

28 1 + 2 1- 0; 1

7 21 3- У 2 0; 2-

15 - - - - -

<- 12 - - - - -

28 2- 2+ 1 + 0} 2-

9. 21 4* 4 2 0; 2

15 2 2 2 0; 0;

12 - 1 1 0; 0!

28 2+ 2+ 1 + 1- 2-

10 21 4* 4 2 о; 2

15 3 3- 3- 1 0;

12 2+ 3- 2+ 1 0;

Примечание: * - редкие, но крупные пустулы;

- нет проявления реакции.

устойчивости против природной популяции паразита (табл.7). 2. Для генов ЬгН образца Наг1оМкаг1 и ЬгЫб образца К58840 такая зависимость существует. Однако, гены ЬгН и 1г«6 имеют разный профиль температурочувствительности.

Гемпвратурочувствительность данных генов ограничивает климатическо-географические зоны их использотния в практической селекции.

б. Идентификация нового гена устойчивости у образца Грекум 48198

Индийский образец Грекум 48198 был выделен по устойчивости к видам ржавчинных болезней и показывал высокий уровень устойчивости против природных популяций бурой (О баллов) и стеблевой (1/1 балл) и среднюю устойчивость - к желтой ржавчине (2/30)'(данные лаборатории иммунитете, 1987]. Устойчивость к бурой рхавчине у денного образца обусловлена действием одного высокоэффективного гена, локализованного в 1В

ромосоме (Шулембаева я др., 1990]. Известно, что в этой же ромосоме локализованы гены Ьг26 и 1гЗЗ [Molntoeh, 1933]. Ген г? 6 находится в сегменте ржаной хромосош 1R, ранслоцированной в IB хромосому мягкой пшеницы от сорта ржи etous [Mettin . et al., 1973]. Эта транслокация хорошо аркирована глиадановым спектром, что было использовано нами ля идентификации гена Lr26 [Singh et al., 1990]. Ген Lr33 лабоэффективен в наших условиях. Степень поражения, одержащей его линии КБ057 в фазе флаг-листа в поле мало тличается от поражения восприимчивого сорта Саратовская 29 С29) и сорта Thatoher (То) (5-7 баллов по 9-балльной шкале), ишг реакции этой линии против авирулентных клонов в ювенильной азе "I+" [Dyok and Saraborski, 190?].

При инокуляции клоном р2в, вирулентным к гену Ьг2б, Зразца Грекум 48198 и сортов: Кавказ, С29 и KIS6 были элучены следующие типы реакций в условиях оптимальной эмлературы инкубации (2I°C); С29 - "3", KI26 - "3-'\ Кавказ -3" и Грекум 48198 - "0;". Как выяснилось, при оптимальной эмпературе клон р26 не преодолевает действие гена :тойчивости образца Грекум 43198. Контрастные отличия хспрессии гена образца Грекум 48198 от типов реакции сорта заказ (Lr26) и То ЪгЗЭ наблюдали также в опыте с различными эмпературами в период инкубации болезни. В этом опыте аиболве стабильное проявление типов реакции наблюдали у сорта авказ й у образца Грекум 48198. Сорт Кавказ восприимчив к зпуляции паразита в широком диапазоне температур от 15°С до 3°С. Только при температуре 12°С отмечено небольшое снижение ша реакции до "3-". Реакция образца Грекум 48198 также габильна, но противополохна ("0;") в диапазоне от 12°С до 3°С. Наиболее чувствительна i< температуре линия То Lr33. Tim эакцда колеблется от."4" при оптимальной температуре (21°С) ) реакции "2+" и "2-" - при экстремальных 23°С и 12°С, ответственно. При всех температурах реакции линии То ЬгЗЗ и !разца Грекум 48198 - различны (табл. 8).

Тагам ооразом, ген образца Грекум 48198 отчетливо сличается от Lr£6 по реакции на заражение пспуля!;:тей паразита р26 клоном, а от гена ЬгЗЗ по реакции на заражение

Таблица 8.

Типы реакции на заражение популяцией бурой ржавчиной при различии* температурах инкубации.

Линии

Температурный режим

и сорта 2<3°0 21 С° 15 С0 12 С0

7 9 ю 7 9 10 7 9 10 7 9 10

KI26 1+ 2- 2+ 3- 4 4 - 2 3 - X 2+

С29 2 2+ 2+ 3 4 4 - 2 3- - I 3-

Кавказ 3- 3- 3 3- 3 4 - 2 3 - I 3-

То ЬгЗЗ 1+ 2+ 2+ 3- 4 4 2+ 2+ - 2- 2-

Грекум 48198 - о: 0; о; о; 0; - о; 0; - о; 0;

Примечание: 7,9.10 - дни после инокуляции; х - не проведен учет;. - нет проявления реакции

популяцией гриба и по нечувствительности экспрессии гена Грекум 48198 к температурным условиям.

Однако для полного доказательства отличия гена образца Грекум 48198 от гена 1г2б мы сравнили злектрофоретические спектры проламиновой фракции данного образца и сорта Кавказ на наличие триплета секалинов в ш - зоне, маркера гена Ьг26. На рисунке 2 представлены алэктрофоретические спектры глиадина пшеницы сорта Кавказ, линии То ЪгЗЗ и Грекум 48198. Как видно, в спектре сорта Кавказ в о-зоне четко выделяется триплет компонентов, идентифицированный как (Oj^-, полученный от ржи сорта Petkus в результате трэнслокации 1RS/1BL. Синтез этих компонентов контролируется локусом Seo 1, расположенным на коротком плече хромосомы 1R и тесно сцепленным с генами Ъг2$»-ЗгЭ1 и Уг9 (Shepherd, 1968; Конарев и Пенева, 1977; Shevrry et al., 1984]. В спектре То ЬгЗЗ вместо триплета обнаружены

два интенсивных компонента и^-, а у Грекум 48198 - только один иь- (рис.2). Следовательно, по структуре оьзоны линии То ЪгЗЗ и образца Грекум 48198 отличаются мекду собой и от сорта

ГХйНКаЗ"»

В целом, полученные нами данные показывают, что ген устойчивости к бурой рхавчине, локализованный в хромосоме IB

Рисунок 2.

Злектрофоретнчэские спектры образца Грекуи 48198, линии То ЬгЗЭ и сорта Кавказ.

IО

и-

изя

щш

низз

ЗЗГО

ЕЗЯ

153

ЕЗИ

чш

зяг

¿¿■Г Л л

КоВказ ЗреммШ9$

Примечание: триплет компонентов, кодируемых локусом

2 Г

образца Грекум 48198 - новый, ранее не известный, так как о отчетливо отличается от известных генов Ьг26 и ЬгЗЗ локализованных в той же хромосоме по эффективности проти популяции и клс.;ов паразита, по не чувствительности температуре , а также по отсутствию у данного осразц белкового маркера гена Ьг2б - триплета секалинов в иьзоне Новый ген высокоэффективен против популяций бурой ржавчины в всех фазах онтогенеза к широком диапазоне температурны условий. Этот ген обозначен временным символом ЬгО. А образе Грекум 48198 представляет собой ценный исходный материал да селекции.

Таким образом, проведенные наш исследования п генетическому изучению устойчивости к бурой ржавчине образцов из мировой коллекции МИГРР: НахчоМкаг!, К51070 к58840 и Грекум 48198 позволяют дать характеристику изучении генам и рекомендовать их для использования в практическо селекции (табл.9).

Таблица 9

Характеристика изученных генов

Ген Образец Характеристика

1гН Наг1сЫ5саг1 ювенильный, ЗА, новый, слабоэффективный, температурочувстви-тельный.

1гН2 Наг1сМкаг1 возрастный,5А.новый,эффективный

ЬгМ, к 51070 ювенильный, 5А, новый, эффектив ный, не чувствительный к темпе ратуре. ^

К 58840 ювенильный, ЗД, эффективный, температурочувствительный.

ЬгЧЗ Грекум 48198 ювенильный, 1В, новый, высокоэф фектизный, не' чувствительный температуре.

выводы

1. У японского образца НагХоМкаг! устойчивость к бурой ржавчине в ювенильной фазе обусловлена действием гена ЬгН, локализованного в ЗА. хромосоме и повышающего устойчивость гена-модификатора, локализованного в 1В хромосоме. Ген ЬгН -слабоэффективен, большинство клонов из популяции бурой ржавчины вирулентны к нему. Данный ген - температурозависим: с повышением температуры увеличивается експрессивность гена ЬгН.

2. В стадии взрослых растений устойчивость к бурой ржавчине у образца Наг!сЬ1каг1 контролируется действием двух независимых генов: ЬгН и эффективного возрастного гена, локализованного в 5А хромосоме, и обозначенного временным символом ЬгН2.

3.--У образца К51070 устойчивость к бурой ржавчине контролируется двумя генами: известным 1г23 и ЬгМ.,, локализованными в 2В и 5А хромосомах. Эти гены обусловливают высокий уровень устойчивости против природной популяши паразита во всех фазах онтогенеза и в широком диапазоне температурных условий.

4. Во взросло® стадии У образца к51070 наблюдается некоторое снижение уровня устойчивости из-за экспрессии понижающего устойчивость гена-модификатора, локализованного в 4Д хромосоме.

5. Ювенильный ген ХгМб образца к58840 локализован в ЗД хромосоме. Экспрессивность данного температурочувствительного гена увеличивается с понижением температуры. В 7В и 4Д хромосомах локализованы гены-модификаторы, повышающие и понижающие устойчивость к бурой ркавчине.

6. Анализ природной популяции бурой ржавчины по вирулентности к гену ЬгМ6 показал накопление вирулентных клонов (9,255). Большинство ке клонов из популяции паразита авирулентны и вызывают тип реакции "2-", "2".

7. Локализованный ранее в 1В хромосоме, ген устойчивости индийского образца Грекум 43198 - ТдЧЗ, определен как новый, отличный от 1г2б и 1гЭЗ. Этот ген обусловливает высокую устойчивость против природной популяции бурой ржавчины СО*-"0;") во всех фазах онтогенеза в широком температурном р-зжга«.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тачкимаиовв М.К., Берсимбаев Е.1д. ¿«штичоский анализ устойчивости к су:ой ржавчине // В кн.: Проблемы теоретической и прикладной геногшя в Казахстане. Алма-Ата. 1990. С.13-14.

2. Щуломбаб^а К.К., Танкиманова М.К.. Идентификация хромосому, опродолякщэй устойчивость яровой пшеницы Грекум 48198 к популяции бурой ржавчины // В сб.: Теоретические и ■прикладные исследования по генетике. Алма-Ата. КазГУ. 1990. С.104-109.

3. ШулсмСаоьа К.К., Танкиманова М.К., Берсимбаев Р.И. Моносокннй чналиг» устойчивости яровой тгающы Грокум 48193 к популяции бурой ржавчины // II Всесоюз. совещ. "Физиолого-биохимические основы иммунитета, растоний к болезням . и вредителям". Уфа. 1990. С.39-40.

4. Шулембаоса К.К., Танкиманова М.К., Берсимбаов Р.И. Создание исходного материала для селекции // В сб.: "Генетические механизма устойчивости . растений к .неблагоприятны:* факторам среды" (ред. Е.Б.Будашкина). Новосибирск. IЭЭ1. С,77.

5. Борек,¡баев P.M., Шулембаева К.К., Одинцова И.Г., Танкиманова М.К., Трифонова О.Б. Хромосомная локализация генов LrH и ЬгМ1 устойчивости к Сурой ржавчине 'пшеницы // Бюлл. ВИР. Санкт-Петербург. 1992. Вып. 290. С.29-32.;