Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗБУДИТЕЛЯ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕНИЦЫ PTJCCINIA RECONDITA ROB. EX DESM. F. SP. TRITICI В ДЕРБЕНТЕ

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗБУДИТЕЛЯ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕНИЦЫ PTJCCINIA RECONDITA ROB. EX DESM. F. SP. TRITICI В ДЕРБЕНТЕ"

/ -Ó/JW

всесоюзная ордена ленина академия

сельскохозяйственных наук ннекк в. и. ленина —* —

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСТЕНИЕВОДСТВА имени Н. И. ВАВИЛОВА

МИХАЙЛОВА Людмила Александровна

ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВОЗБУДИТЕЛЯ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕНИЦЫ PUCCINIA RECONDITA ROB. EX DESM. F. SI\ TRITIC1

В ДЕРБЕНТЕ

(03.00.15 — Генетика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ЛЕНИНГРАД

1973

ВСЕСОСЗНАЯ ОРДЕНА. ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ СЕЛ ЬСКОХОЗЯЙСТВШНЫХ НАУК мменж В.И. ЛЕНША

ВСЕСОШНЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА НАУЧНО-ИССЛ ЕДО ВАТЕЛ ЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСТЕНКЕЮДСТВА жменя Н.И. ВАВИЛОВА

На правах рукописи

МИХАЙЛОВА ЛодиждА Александровна

ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИОСЛЕЦОВАНИЕ ВОЗЕУДИТЕЯЯ БУРОЙ Р1АВЧИНН ПСЕНИЦН Pooelnin xMOOdlt* Rob. *х De »».Г. ep.tr it ici В ДЕРБЕНТЕ

- (<ö,00.15 - ГМПЮ)

Атрфрю дмсоврмцмжш* ооясхажж« учево! огтмш жахпат* бюжоптскхх наух JUrarpu

^^ ТРАЛЬНАЯ. ■ НАУЧАЯ ЕМЗЛ»ЮТЕКА. Моей, c.'j-ь .-axrv; а : и:4- H. i «ыир.^вл • Йнв.

Диссертационная работа Михайловой Ладишш Александровны выполнена во Всесоюзном ордена Ленина '(аучно-исследовзтель-скок институте растениеводства имена Н.И.Вавилова и Петергофском Биологической научио-ксследовательскои институте в 1967-1972 гг.

Научний руководитель - доктор биологических наук, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик ВАСХВЮ1 П.М. 1уковскщЯ.

Консультант - кандидат биологических наук К.В, Квитко.

Официальные оппонент»: доктор биологических наук, профессор Т.Я» Зарубайло, кандидат биологических наук U.U. Левитин.

Ведушве учреждение - Московски* государственный университет ииенн М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан О CWJjC^-t-JL 1973 г.

Защита диссертация состоится _^сД. 1973 г.

в f. у часов на заседании Ученого совета Всесопэного

ордена Ленина научно-исследовательского института растениеводства ииенн Н.И.Вавилова по адресу: 190000, Ленинград, центр, ул.Герцена, iif.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Учения секретарь совета, доктор биологических наук, профессор

Т.Я.Зарубайлс

Введение

Н.И.Вавилов в 1935 году писал:"Среди мер защиты растений от разнообразных заболеваний, вызываемых паразитическими грибами, бактериями, вирусами, а также различными насекомыми - наиболее радикальным средством борьбы является введение в культуру иммунных сортов или создание таковых путем скрещивания" ( Н.Й.Вавилов,1935) . При несравненно возросшем уровне фитопатологических и генетических знания о природе иммунитета растения, о возбудителях болезней, это утверждение остается в силе. К настоящему времени известен ещё один способ борьбы со ряавчинныии заболеваниями - регуляция популяции ржавчинного гриба. Примером этому служит создание муль-тиликейных сортов) при их производственном культивировании осуществляется регуляция численности популяции ржавчины. Вполне вероятно, что со временем будут разработаны способы регуляции состава популяции ржавчинных грибов, а также регуляции формообразования. Каков бы ни был выбран способ борьбы, успех её во многом зависит от полноты сведений о популяции ржавчинного гриба. Современные представления о популяции возбудителя бурой ржавчины складывается из исследований: I/ генофонда всей популяции с учетом её многохозяйности, поскольку известно, что бурая ржавчина паразитирует не только на пшенице, но и на дикорастущих злаках; 2/ механизмов возникновения вирулентных форм и возможных сочетаний генов вирулентности; 3/ внутрипопуляциояных взаимоотношений клонов, составляющих популяцию; 4/ влияния хозяина-злака на популяцию паразита. Перечисленные моменты является предметом исследования яопуляционноя генетики.

Выполненная нами работа рассматривалась как популяциоино-генетическая. Проведена она в основном на материале дербентской популяции бурой ржавчины. Н.И.Вавилов С1937) и П.Ц.Ху-ковский С1959) считан?, что максимум разнообразия паразитов приурочен к областям основного видообразования соответствующих им растения-хозяев. Поэтому в Дагестане, относявемся к первичному очагу происхождения и разнообразия пвекицы, можно ожидать больиое разнообразие вирулентных форм в популяции возбудителя буроя ржавчинв. Наше исследование включало определение расового и генотипического состава популяции, сезон-

ной её изменчивости с учетом разнообразия поражаемых бурой ржавчиной растений. Проведены исследования механизмов динамики популяции с использованием модельных популяция, созданных из генетически маркированных штаммов бурой ржавчины, а также изучена роль хомблнативноя изменчивости в образовании новых вирулентных форм. Сделана попытка определения перспективной приспособленности популяции к смене условий обитания.

I. Материал и методика

Возбудитель бурой ржавчины пшеницы Рис cióla recóndita Rob. ex Deam.f.ep.tritlci относится к кла ссу•в aeidl omyc«tea-порядку Urtdinales ■ семейству Puccisi^e et, Fucfiinla recouditsi имеет пять типов спороношения. В вегетативной фазе жизненного цикла она существует ка листьях злаков в виде эцидиоопор, уредослор, телейтоопор и мицелия, содержащих в клетках по два гаплоидных ядра. Установлено, что злаками-хозяевахк бурой ржавчины могут быть растения рода Tritio™, а такге родов AegiXope, Agropyru», Bíomuüf Elymus» Sécalo^ Horde-um Транше ль , 19Э9; M. К. Хохрян ов, 19 41; I. H. Вас iльева, 1951;;З.М.Аэ-<5укмва,1952; Н.А.Будериаа, 1955; Р,М,Малютляа,1963 ; Г. Н. Куликова и А.Н. Борисенко, 1967 >.

Дербентская популяция бурой ржавчины имеет исключительно благоприятные условия для развития. Зона характеризуется теплым и влажным климатом. Близость моря приводит к обильным росам. Хозяевами популяции служат: пшеница различных видов •л экологогеографических групп из коллекции ВИР, эгилопсы дикорастущие CAe.triuncialisl^Ae.cylindxieaEost и др.) и из коллекционного посева / пырей С Agropjron repens L^.jpe до пустулы бурой ржавчины на пырее проявляются ранней весной. В 1972 году после необычно холодной зимы (до -30° ) уже ь первой половике марта &ли обнаружены пустулы с жизнеспособными и вирулентными к пшенице спорами. В этом же году нас! л сдалось обильное спороношение бурой ржавчины на пырее до конца декабря.

Генеративная фаза жизненного цикла буроя ржавчянн протекает на растениях родов Thalictrum кем Isopyrvm. Однако в природных условиях проявление этой фазы наблодается крайне редко и фактически жизненный цикл укорочен лишь до чередований поколения уредоспор. Дербентски бурая ржавчина в данном

случае se является исключением, она существует только в вегетативной фазе. Талки образом популяцио её ложно свитать состоящей хз множества клоков.

В работе был использован общепринятый метод анализа клонов популяция по признаку вирулентности к растениям сортов-дифференциаторов бурой риавчинн ess азогекннх 1с - линия, обладающих одним доминантным геном устойчивости. Принимая основой для объяснения взаимодействия паразита я хозяина известку» гипотезу Флора "ген на геи", по реакция растенк*Lr-линий на заражение спорами анализируемого клона определяли аялельное состояние соответствующего гена вирулентности, В тон случае, если растения линии устойчив», предполагали, что ген вирулентности данного клона ржавчине находится в доминантном состоянии. Реакция восприимчивости растений указывала,что соответствующий ген вирулентности находится в гомозиготном рецессивном состоянии. Методики исследования разработали нами. В отличи* от общепринятых ораетерейяых овя предназначены лабораторных условий.

I. Методика кассового тестирования клонов ржавчина

Дно ч&иек Петри с топь внстилали отрезками листьев проростков пшеякци (проростки до стадии 1-2 листа вмращивади на слое ваты кли фильтровальной бумаги, смоченной водой, в кюветах, в светоустановке). На приготовленные таким образом чашки, называемые "газонами* распаляли пульверизатором из мерной пробирки 0,5 мл споровой суспензии в 0,0001$ водном растворе детергента твина^вО. Концентрации спор в суспензии учитывали, используя счетнув камеру Горяева. Через сутки после заражения на дно чавек приливали 10-15 ми 0,004$ раствора бензямидазоха и помещали их в светоустановку в верхним освещением лампами дневного света нятеясиввосты» около 3000 леке. На листьях восприимчива! сортов пшеницм пустулы появлялись на 6-7 день после заражения.

Методика была использована в целях:а/ клонирования природной популяции;б/ определения частоте встречаемости редких в популяция клоков,вирулентных ж устойчивым сортам;в/ определения эффективности клонирования популяции и штаммов ржавчины на растениях различных сортов пиеницн;г/ учета легального и мутагенного действия ультрафиолетовых, рентгеновских лучей и нятрозо-метымочевиня на споры,а также для отбора мутантов и реяомби-

5

паатов. Данная методика применима в тех случаях, когда необходимо получить какую-либо количествеинуп характеристику популяции бурой ржавчинМ или оценить результат различного рода воздействий на её клоны н штампы.

2. Методика размножения спор бурой ржавчины

Дня размножения использовали проросткв восприимчивы! сортов Саратовской 29 и Little Club, выращенные в светоус-тановке. Отрезки листьев длжной в Э-3,5 си укладывали в два ряда в чалки Петри. Под отрезки подкладивали предметные стекла, концы отрезков прикрывали ватой, смочевио* 0,004^ раствором бенэимидазола. Перед заражением листья опрыскивали дистиллированной водой. Споры на поверхност> листа наносили микробиологической иглоЯ. После заражения чашки в течение суток выдерживали на рассеянно» свету, а затем по мекал я в светоустанов-ку. Споры можно было собирать на 6-8 день после заражения. Использование методики обеспечивало достаточную изоляции клоков и ятаммов бурой ржавчины и давало возможность собирать необходимые количества спор.'

3. Методика дифференцирования клонов ш> признаку вирулентности

При испытании малого числа ыонов отрезки листьев сортов-дифференциаторов укладывали'в чашки Петры так же, как ато делалось по методике размножения спор, В каждую чалку помещали по десяти отрезков листьев четырех сортов. Заражение производили иглой. При необходимости одновременного дифференцирования больного количества клонов использовали эм&шровгнные кюветы С35 х 25 см), дно которых выстилали слоем гигроскопической ваты, смоченной раствором 6 ё кэ гаи да зола. На вату раскладывали в строчку отрезки листьев сортов - дифференциаторов или Lr-линнх. Каждый сорт иди лявкябвли представлены десятью отрезками разных растений. Длина отрезков 1.2- 1,5 см. в кювету помещали IS - 20 строчек, составленных из отрезков листьев восьми сортов ели одиннадцати линий. Каждый из отрезков заражали микробиологической иглой, соблюдая предосторожности во избежание распыленжя спор на соседние строчки. Перед заражением кгяегу опрыскивали дистиллированно! водой. После заражения её закрывали стеклом, а через сутки ставили в све-

тоустановку. Учет реакция на заражение производили на десятый день.

Кроме описанных, разработаны методики лабораторной оценки образков шпеницы на устойчивость, асептической культуры бурой ржавчины к обработки спор мутагенами.

П. Анализ клонов дербентской копуляция бурой рдавчины

В 1971-1972 гг. было проанализировано 2574 клока из популяции бурой ржавчины, паразитируютей на пшенице, эгилопсах и пырее. В 1971 году определено 30 рас, из которых восемь не аыевт международного обозначения и названы нами Д-1 - Д-8. Наиболее распространенный» в эти годы, так же как и в 19691970 гг.3бш1И расы 151 и 77. Раса 151 характеризуется авк-рулентностью к сортам-дифференциаторам Малахов, Вебстер и Лорос.

I. Расовый и генотшический состав бурой ржавчины на пшенице

В 1971 году проанализировано 914 клонов из сборов спор, проведенных от 16 ииня до 5 киля. Наибольшее количество рас (II) отпечено на районированном сорте твердой пшеницы Дербентская черноволосая. Во всей выборке клонов бурой ржавчины на пшенице обнаружены расы 151, 77, 2, 12, 20, 25, 56, 58, 61, 62, 84. 122, 127, 141, 184, 202, 217, 221, Д-2, Д-4. Д-5, Д-б, Д-7. Выборки спор с образцов пшеницы разных видов отличались между собой по расовому составу и по количеству клоков домккируоккх рас 151 * 77 Стайл.1). В частности,достоверные отличия по содержанию клонов 151, 77, 127 и прочих рас наблюдались между выборками спор с Дербентской черноколосой И с пшеницы Т.аеа-^тии,таг.«гу1;Ьг оэрвгтиш, Г в ггав1п е ит( к-1674Ч * Нахичеванская АССР). Исследование динамики расового состава в ходе развития, болезни в 1971 и 1972 гг. показало, что на Дерйеятекой черноколосой, поражавшейся обычно на 3 недели раньше, чем иягкая пшеница(к-16744), в начале болезни велико содержание клонов редких рас С57,2-37,<$ соответственно годам). Затем количество клонов редких рас падает до 17,6-3,0^ в ионе и несколько повышается к концу болезни в иоле - 29,86,0$. Соответственно изменяется количество клоков 151 расы, расу 77 на Дербентской черноколосой следует считать редкой,

ПРИМЕЧАНИЕ: здесь в далее таким образом обозначены

номера каталога ВИР. 7

Из 2óí клонов ржавчянв с этой пшеницы в' 1972 году всего 4 относились к расе 77. Из спор, собранных с мягко! пшеницы ^с-16744), в 1971 году выделено 292 клона и в 1972 году - 102. Ухе с первых дней развития болезни иа это! пшенице в ионе значительная доля клонов откосилась к расе 77 ,число которых увеличивалось в 1971 году с 24,0 до 45,7^ к в 1972 году с 55,3 до 80£. Количество клонов редких рас мало, в 1972 году кроме рас 77 я 151 а&йдена только раса 62.

При использовании Lr - лини! были определена генотипы клонов ржавчжны. В 1971 году проанализирована случайная выборка нз 137 клонов. Большая част» клонов имела по два доминантных гена вирулентности (31,з£),клокы о одним доминантным геном составили 17,2%,о тремя - IS,5?,с четырьмя я пятью -10,2%. Клонен со зеемн рецессивными генами в выборке было 21,8%. Кяоны расы 151 обязательно кнели аллея» Pl. ко различались между собой аллелями Р2, РЗ, РЭХ, PI4, FI7. Наиболее часто встречается между нимя клони с аллелями PI, F2 к PI7. 7 клопов расы 77 чаще всего все гены вирулентности находятся в гомозиготном рецессивном состоянии (универсально вирулентные - 7В клоны), вместе с тем встречаются клоны с доминантными аллелями РЗ, РЗХ, PIO, PI4. Частота встречаемости доминантных аллелей в анализируемой выборке клоков показана в табл.3. В 1972 году был проведен генетический анализ 817 клонов бурой ржавчины с различных видовых образцов пшеницы.Споры били собраны в короткий срок с 21 по 28 ипня. Наибольшим генетическим разнообразней отличалась ржавчина с Дербентской черноволосой, среди 165 клонов с этой пшеницы идентифицировано 33 генотипа. Среди 102 клонов с мягкой гшем*цы(к-16744)найдено всего б генотипов. J3 таблице 2 показана часть обнаруженных генотипов.

Клопы ржавчины жа образцах т. durum содержали все гены вирулентности, которые можно определить, используя Lr- линии. Каждый нз генов найден и в рецессивном,и в доминантном состоя-нии.Геиотипнческий состав клонов ржавчины на образцах T.aicoc-сищ, T.turanlcum, T.aestivum I особенно на T.vavilovli

беден в сравнении с таковым на образцах т. durum. Выборки ионов с образцов видов пшеницы отличались между собой по частоте встречаемости доминантных «имей PI, Р2, а также ялоиов ТВ Стабл.з). Ржавчива на образцах т. durum о бичи о

е

ТМД«9» I

Лрехстшенклть рас бури) ¡яда№ ш ей розна« шемпи » 1771 гоу (> X)

ш Нбээбям отрази* теми*, сорт» М ката- КОЛ-80 «ЛОИО1 *о,"»ч*стро КЛОЯО» р*о ' Значение

лога ш> 151 77 127 прочие

1. Тг1*1со» ¿1собе«1Д«* Кого« гаг* ¿&г4«п1сш1и 42632 18 6111*11,5 27.7+10.5 6,1^,6 б,1±5.б РИЛГЩЯ 10СТО»рва лр« > 2,0

к. №«1сим «и^овсиж взьдепк, т*г. 41 65,«У.* 56.6+7,2 г,,5 раса 151 рае* 77

3- Тг1Ь1еик ¿опт Л«рйеггтС1г&8 че риоягсцгтосая 180 тг,ад,} 7.2+1.9 6,1+1,6 1!,8±г,б

4, ТгИКи* ¿ипл ывздщщ» 16125 58 8,6+5,7 _

15550 4£ 57,1*7.6 МЯЗ.З 35.7+7,*

6. ¿акиЬк,, v»« уоди». гуьъъ 30 »0,0+8,9 63,0^,9 _ _

7. ?г161сгщ мяитчи» 1«, тле* 1иь««с«пх, Без астм I «790 39 ».1±7,7

в* ; 69Ф3+6,8 аз.9+б,з - 6,6^.7

ГгП1сш1 ййшЫчш ¿«,у-&гр *гтгьгздр*гжиж, (егги^илхл. бо,о»г,э гз,«, ь

. ТЬ врЬыгососсш Регс» у«* 337« м 21,1+5,1 73,7*5.5 г,б+г,о г.б+г.о рк» 127

I 1357? 70 ■ г,а±г,о 90,0+3,6 - 7,^+3,1 ©— г,г—©

I 1 1 лрочк ®-ЗИ-®

Прндечачкб:^ - (К) - адер отразил пьенми в та!"г.:?.

представлена, клокам с доминантным* адлеламн PI и Р2 я очень малый числом клоков 7В (1,8-4,0$). В отличие 07 этого ва образцах T.aestlvMm на долп клонов с доминантными аллелям приходится всего 31%, в основной ржавчина на мягко! пяенице представлена ТВ клонами. Исключительно высоко содержание клонов УВ на образце T.vavuiovii.

2. Расовый я генотипически* состав бурой ржавчины

на пырее Agropyroa repens L.

Из выборки спор, собранных с пнрея весной 1972 года,выделено 10 клонов. Среди них 2 клона относились к расе 151 ж имели доминантные аллели PI, Р2, PI7, два клопа расы 77были УВ,одия ялов этой .расы вмел генотип РЗ P3*?i4 PI6 Р17.: Найдены также клоны с девятью ж жесты) доминантными аллелям* в два ял о на авнрулеатных но всем линиям и сортая-дифференциаторам. Среди клонов ржавчянм с пнрея найдены вирулентные я сорту Кавказ. Из спор, собранных осенью toro же года,бнло выделено 27 клонов. Десять из вих ямеля доминантные аялегл Р2, Р2Ч, РЗ, РЭХ, PIO, Pit, Р16, PI7, PI8, жесть были авирулент-ными ко воеы Lr— линиям. Среди остальных найдены каовы с генотипами PI; PIP2; PIP2 PI7; PIP2P3; P3PI7 ж клоны SB.

3. Расовый я генотипически! состав бурой ржавчина на эгя-.лопсех Ae.cyllndrlca Нов t,A¿. triune i alls b.,Ae,vavllovliCZbMk5ciieii.

Весной-летом 1970 года был определен расовый состав буро! ржавчины на Ae. cylinicica (к-32) и Ae.vavilovii (к-I и к-35). Эти образцы коллекции эгилопсо» были поражена в полевых условиях на 4 балла. Йэ спор, собранных с образца Ae.cyiind-rica , выделено 78 клонов, которые представляли раем Д-8, IS, 38, 120, 123. 153, 164. Однако £3 клона не поражали сорта-дифференциаторы, проявляясь на них лишь в виде хлоратячяых пятен. Из 36 клонов ржавчины с образцов Ae.vavllovii было 12 вирулентных к сортаы-дифференннатораи, представляющих расы 12, 151, 123, 127, 176, 139, 177, 153.

Осенью и зимой 1972 года в сильной степени были поражены растения видов Ae.cylindrica • и ¿e.triune!alie. В ЭТОТ период был проведен генетический анализ 159 клонов ржавчинм с Аа.triunelalis (из Дрмяяскок ССР). Основную часть выборок составила клоны ТВ (бб,1$). Обнаружены доыннаятные аллели всех генов вирулентности, среда которых чаще других встречя-

лжсь Р1, Е2, Юх и Р17.

Результат расового к генетического анализа показывают, что клоны бурок ржавчины на пырее, згилопсах и пшенице представляет собой единую популяцию. Поскольку в генотипах клонов ржавчины с хозяев-злаков, относящихся к различных редан, найдены одни и те же гены вирулентности, можно предположить, что соответствующие гены устойчивости хозяев аналогичны.Гено-тяпическое разнообразие клонов ржавчины на диких злаках имеет широкий диапазон. Среди них можно встретить клоны ТВ и клоны, содержащие доминантные аллели многих или всех генов вирулентности. Это свидетельствует о генотяпическом разнообразия в популяции хозяина-злака, на фане которого отбираются различные формы паразита. Популяции пырея и эгилопсов, по-видимону,могут служить неисчерпаемый источником устойчивости. Эти злаки уже неоднократно■были использованы в выведении устойчивой к бурой ржавчине пшеницы С Б.н.као«И9б8$ Е.л.звага,19б8; Е.в.К«Ъ«г,Р.Ь.1)уск,1969 ) • Вместе с тем лмеико на джких злаках наиболее интенсивно могут протекать процессы формообразования. Взаимоотношения популяций бурой ржавчины и пырея приводят к сопряженной эволюции признаков вирулентности и устойчивости, выражающейся в разнообразия имеющихся в популяциях форм, Л сиг и Тотсоя С ВГ.Н.1»1в,1.А.1^ввп, 1972) показали, что паразитировалие на диких злаках действительно является источником формообразования стеблевой ржавчины.

Персон С с.вэгвол, 1967) считает, что в популяция ржавчинного гриба иместся все гены вирулентности, однако рецессивные аллели разных генов характеризуются неодинаковой селективной ценностью. Наибольмую ценность имеет рецессивный аллель гена, обуславливающего вирулентность к культивируемым сортам. Рецессивные аллели, не имеющие селективной ценности, сохраняется в гетерозиготном состоянии,Результаты яати* исследований подтверждают положение Персона, Клоны дербентской популяции бурой ржавчины содержат все гены вирулентности, которые можно определить с помочьюЫ - линий. Гены 3, 3х, 10, 14, 16, 18 преимущественно находятся в гомозиготном рецессивном состоянии, гены I, 2 и 17 часто представяенм доминантными аллелями. Таким образом, рецессивные аллели р1. р2 ж рХ7 имеют меныую селективную ценность, чем рецессивные аллели других генов вирулентности. '

Естественно, что в попудяцжи ржавчины жыевтся не только ген« ьжрулентностж, которые определяется нспольгуемыиа ij-ликжямж. В течевве трех лет гы находили в по пул* щи ион вхрудентнне к copras Аврора я - Кавказ. Как жавестно, этж сорта устойчив«, причеи, в лабораторннх жепытаннях онж устокчх-вы х кловаа ТВ. Это позволяет нам утверждать, что их усток-чнвость обусловливается гевох Снля геяамж), ве представлеж-внмж в Ъг- лшнжях. Частота встречаеыостж вжрулентннх клонов показана в табл.4.

Таблжца 4

Результат аналкв*. дербентское подудяцвж буров ржаьчхни по пржзнаку вжрулентностж к сортах Аврора к Кавказ

Год Copt

Количество исследованных ждвюс спор

Выделено клонов

1969

Аврора Кавва»

17550 11550

2 16

В % к числу спор-

0,011

0,110

Расы 77

77,20,91,160

1970 1врора Кавказ

17800 II600

I 0,006 206 II 0,094 77, Д-1,147, 164, 20.

1971 Аврора м Кавка»

12470 12470

5 0,040 77 12 0,112 77,184, Jt-I¡

ДербентскЕл популяция в эти годы в никогда ранее не тела контакта о сортами Аврора и Кавхаз. Поскольку признак вврулеитдоств ейверулизазтея у генотишческв раэлэтакл уловов, ми преддолагаеи,что в данаоя случае выявляются мутации гелов вирулентности к этки двум сорта« шненхш.

Наиболее резкие различия по расовой? ж генотхпжческому составу язблсдались между внборхаи* спор рхавчинн о растеня*. относящихся к разным родам ( эгалопсв.внрей в пшеница ). Лжшъ на дккжх,злаках кежнэ обнаружите клоны , авирулептхн* х больией частя их ко всех сортак-днфференциаторам, ши Ьг -динжян. Различая выборок спор е видовях образцов п:еннця выражалась в количестве рае, хх спектре, а также в частоте встречаемости клонов дохш^ру1щих рас. Достоверные различия

наблюдались также по генотвпическому составу и частоте встречаемости домин ант них аллелей И, К. ЕМесте с тем между выборкам: опор ржавчины с образцов одного вида ( x.aeatl-vua или Т.durum) различий ни по расовому, ни геногипи-ческоыу составу не было.

Таким образом, свойства выборок спор бурой ржавчины с растений-хозяев разных родов л видов индивидуальны и является отражением конкретных взаимоотношений паразита и хозяина, В каждой из таких выборок действует отбор, направление которого зависит от свойств хозяина. Э том случае, если популяция паразитирует иа нескольких хозяевах, относящихся к разным родам и вждам, действие отбора в ней разнонаправленно.

По-видимому, основным источником спор буров ряавчины в окрестностях.Дербента являются дикие злаки. Спора равномерно а случайно попадают на растения отеаицы, в частности,в напей случае на растения образцов коллекции пгенкцы. Надо полагать, что спор*, летящие с диких злаков многочисленны, и потому среди спор, оседасщих на растения, представленность различных вирулентных форм одинакова. Дальнейшая судьба ржавчины на образках пшенник зависит от отбора, в процессе которого можно выделить отбор первичный и вторичный. При первичном отборе выживают, следовательно дают. инфекцию только те ссоры, которые обладает вирулентность» к данным растениям. Беля растения отличается между собой по признакам устойчивости, то уже в первом споровом поколении ржавчины создается различия между совокупностям« клонов на них.

Вторичный отбор связан с тем, что генетически разнородные вирулентные клоны отличаются разной конкурентоспособностью на определенном образце пшеницы, а генетически однородные - конкурентоспособность» на разных образцах пшеницы.

Таким образсы, действие отбора создает свойственную для определенной форде хозяина совокупность клонов ркавчнны. Поскольку [кавчнна, как лоб ой микроорганизм, имеет высокий юэффжциент раз множена я,то численность даввой- совокупности может быть достаточно велика, даже при сравнительно небольшом числе растений. Различия между совокупностями клоков на разных хозяевах могут быть столь же значительны, как различия между популяциями. Шесте о тем жаждая них может отличать-

ся частото1 возникновения мутантных и рекомбияаятных вирулентных форм-н их свойствами,

Ржавчина на пшенице имеет довольно краткое существование, ограниченное вегетационным периодом. Sa время развития болезни спор» размножаются к расселяются, попадая на растения диких злаков, в том чиоле ■ на nupel, который произрастает практически в течение »сего года и таким образен все 8то время поддерживает популяадв буров ржавчины. Совокупности клонов о отдельных форм пвеайцы вносят свой вклад в эволют популяции ржавчинного гриба, определяя её состав, а также онабхая новьыя вирулентными формами.

Высокое содержание клонов редких рас на Дербентской чер-н око л ос ой в мае . 1971 ж 1972 годов, по-видимому, отражает вирулентные свойства первоначальной ннфенаин - опор, попадающие на пвеняцу с пырея. Уменьшение их количества мохет быть связано о тем, что они обладают меньшей конкурентноспособности) в сравнении с ндоигми' расы 151,Сорт твердой пие-нины Дербентская черной ал ос ая обладает полевой устойчивостью, поражается не'более, чем на два балла. Вместе о тем ежегодно на этой пшенице отмечалось рекордное количество рас и генотипов вирулентности ржавчины. Каждый из генов вирулентности найден как в доминантном, так я в рецессивном состоянии. Дербентская черноколосая не имеет, таким образом, генов, обеспечивающих полную устойчивость к клонам, носящим определенные гены вирулентности, т.е. она не имеет генов вертикальной устойчивости, но характеризуется устойчивостью горизонтальной.

На мягкой гшенице (к-16744) и других ее образцах клоны рас 151 и 77, клеш» УВ и с доминантными аллелями авиру-лентности меот рааше возможности для выживания. Однако по мере созревания растений клони УВ приобретают адаптационные преимущества в сравнении с менее вирулентными клонами, частота их встречаемости достигла в I97I-IS72 годах 45.7-SO.Oi соответственна.

Высоко содержание клоков УВ на образцах T.polonicue, T.vavilovi/i T.spbaerocoecua, Т. die ос cilia, Z.earthlicun, Т. compaetusL ( 20 — 90%),

Данные исследования дербентской пояуляци* противоречат выдвинутой Флорой и Ван дер Планкам гипотезе отрицательного влияния "лишних" аллелей вирулентности на жизнеспособность

рюмим (H.H.Flor, 1955 t V«a der Flank, 1968 ). "Линии»", по выражение Флора,являются рецессивный аллели генов вирудепт-яостж не нужвые для поранения сорта пиенкцн. Оказывая вредное влияние на жизнеспособность, они приводят к исчезновение из популяции клояов, обладающих ими. Таким образом, превалирующими в популяции оказывайся-клони, с "прости«" генотипом, ныевдие только линь необходимые аллели вирулентности.

В вагах исследованиях природной популяции показано,что нлоян с рецессивными гомозиготными генами вирулентности могут иметь не меньшую конкурентноспособность, чем кдонм с доминантными аллелями с меньшим числом *лииижх" аллелей.

Влияние рецессивных аллелей вирулентности на выживаемость было исследовано нами на модельных популяциях.

Ш. Исследование конкурентноспособности штаммов бурой ржавчины в модельных посулящих в связи, с наличием у них рецессивных 1 аллелей генов вирулентности

Да я модельных популяций выбран« штаммы о красивши (С-) и серыми (ос) спорами, независимо выделенные из популяция. Характеристика штаммов показана в табл.5. ■

Модельные популяции, «»ставленные «э втаммов: I/ 2 ив; W-. 3 и 9; Ж/ 4 я б; 17/ 5 и б; I/ 6 * 9; 71/ 7 и 8 размножались в течение пересевов на вое приличию* сорте мягкой пшеницы Саратовская 29.

В модельных популяциях Б и 17 первоначальное отвоаеяив чисел опор красных и серых равнв-1 : I, в последующих пересевах идёт постепенное вытеснение втамма в красными спорами (табл.б), в популяции I наблсдается резкое уменьиение количества серых спор после первого пересева, но затем оно постоянно растет. В популяциях J Ш вытеснение спор красного втамма идет более интенсивно. В популяции П после первого пересева увеличивается число серых спор штамма П-5, so при последующих пересевах их количестве неуклонно снижается.В данном случае итамм с красными спорами и хомгчантнымж аллелями 3, 3х, 17 оказался более конкурентноовесобкнх.

Для определения влияния численных соотношений спор в оригинальной смеси спор в модельных популяциях бкжж выбраны штаммы K-I и П-4. Споры бтж смешаны в трех пропорциях; т/ хооо краеннх и 250 серых; 2/ 1000 красных и 1390 серых;

t5

Таблица 5

фвствка штаммов,испольэ оваяннх при составления модельных популяций

Ж Е.О. Штамп Раса

I Н-1 Д-7

2 Е-2 ■ Л-7

3 к-з . Л-7

4 Н-4 184

5 151—X 151

б Д-4 Д-4

7 К-5 77

1 8 П-4 77

9 П-5 77

Февопш

РЗ- РЗ*- Р17- С- Бирзжентен к сорту Кавказ

РЗ- РЗ*- П7-С-

РЗ- РЗ1- Р17-С-

РЗ- РЗ*. С-

РЬ РЗ- Р17-С-

Р2- Р24- С-

р1р1ргц2р24р2^3рф3^3а1р171?17 С- ырулеятев к сорту Еьвказ

ртрхргргрг^рг^фЗрз^з^хтр!? сс

з/ 1000 красных и 3450 серых. Количество серых спор после четвертого пересева составило в первом варианте 89,8 , во вторсы - 95,9, третьем -90,4%. Таким образом, наиболее быстрое увеличение содержания серых спор наблюдалось в варианте, где первоначальное количество их было наименьшим. Изменение отношений чисел спор при пересевах показано в табл.б. Б этом опыте подсчитана эффективность клонирования штаммов после каждого пересева в смеси. Почтя во всех случаях она оказалась выше у штамма П-4 (табл.7). Кроме того, подсчитано количество спор в пустулах обоих штаммов. В пустулах итамма К-1 спор было больше в 1,2 раза. Таким образом, успех иташа П-4 в конкуренции обеспечивается более высокой эффективностью клонирования.

Во всех модельных популяциях (кроме 11), размножаемых на мягкой пшенице Саратовская 29, италш с серыми спорами, имевшие вое рецессивные гены вирулентности,были более коняурент-носпособными, чем штаммы с различными доминантншж генами. Это подтверждает , что рецессивные аллели генов вирулентности не оказывает вредного влияния на жизнеспособность ркавчины. Этот же итаым с серыми спорами вытеснял одинаковые с ним по генам вирулентности штамм с красными спорами. Таким образом, ятаышГВ отличается между с обо® по конкурентноспособности. Отличается они и по чувствительности к воздействиям среды. Так,в капкх опытах они отличались по реакции на облучение ультрафиолетовыми лучами.

Возникновение нового признака - вирулентности к устойчивой пшенице, несомненно является результатом мутация. Клони популяция со мыогямн рецессивными генами могли возникнуть в результате осуществления последовательных мутаций. Естественно, что часть этих клонов представляет собой недавно возникши мутанты с несбалансированным генотипом и,вследствие этого, они имеют пониженную жизнеспособность. Вместе с тем, > популяции могут оказаться вирулентные клоны, испытавшие на себе действие естественного отбора со сбалансированным генотипом. Примером этоцу могут служить использованные клоны с серой окраской спор, выделенных из природной популяции.

Т аблица 6

Отношение чисел красных*^ и серых спор в модельных популяциях (К-2+П-4) , Н(К-3+П-5) , Ш(К-4+П-Ч) П(151-1*П-4), Т(Д-4+П-4), Т1(К-5*П-4) при пересевах

!пере-' т I т, сев *■ 1 "

ХУ

У1

0

1

2 3

5

VII

1.Г1 1,5 I 1.5 1,8

2.2

0,6 3,3 1,5 1,1 1,0 0,8

1,0

1,3

2,1 3,8

1.0

1,3 2 Д 2,8 3,2 2.4

I ¡1

II

1,6 I 4,2 I 6,1 I

22,4 I 12,6 I

2,6 2,0 ; 1,4; 12,5

6,0 I

Таблица 7

Отношение чисел красных*'и с ерах спор и эффективность клонирования втаимов К-Г я П-4 в модельных популяциях при пересевах

Отношение Пере-_ чисед_спо£

— г"

■ сев!

Эффективность клонирования

К-1

П-4 К-1 ! П-4

К-1

I: 3, I: 6,8 I: 8,8 1:15,3 I: 9,4

0,54 0,42 0,01 0,01

О,Ж; 1,11!

0,68| 1,29!

_и

0,23 0,80 0,02 0,80

0,38 1,71 0,20 0,44

0,28 1,20 О

х/. Число красных спор принято за единицу.

1У. Исследование комбинативной изи<енчивости Oy рой ржавчины

Необходимом условием для исследования роли комбинатив-ной изменчивости является создание маркированных втаммов бурой ржавчины, Мы предприняли попытки индуцирования мутантов, отличающихся от дикого типа по окраске спор,воздействием ультрафиолетовых, рентгеновских лучей и нитроз омет илмочеви-яы. Была установлена зависимость выживаемости спор от дозы ультрафжолетовых я рентгеновских лучей. В эксперименте были использованы етшиы 77-1, 77-2, 77*3 ж D-3, относя -свился >к Расе 77jJÜtanu П-Э ниел серу® окраску спор. При сравнения двух способов учета выживаемости спор по про рас-тан ню хх в воде ж so способности давать иифежиио (со признаку мрулентаостж) оказалось, что второй дает более точные сведения. Штаммы различались между собой по чувст-

вжтедьноотм ж У4-лучаы, хз> -90 прж учет? по признану вирулентности для штаммов 77-1, 77-2 и П-3 сказалась равной -24,0 • 10*; 16,5 • 10* »12,0 • 10* эрг/W*. Действие рентгеновских лучей »пытано на спорах птамма 77-2. При дозе 500 кр, в вод« прорастало 74,0+4,9£ спор, LD -90 при учете выживаемое та по вирулентности равна 120 кр. Иут &нтов( индуцированных ультрафиолетовым и рентгеновским обучением,не обнаружено.

При воздействии 0,02% нжтрозсыетилмочевиноЯ были получены мутанты с желтой и темной красно-коричневой окраской спор. Были использованы итаммы 77-2 и 77-4. Для штамма 77-2 частота пояавевия "цветных" мутантов равна 1,3.10*** при выживаемости для штампа 77-4 - 1,3'Ю-3 при выживаемости 24,8^,.От одного из желтых мутантов получен итамм П-1, споры которого были сиеваны с серыми спорами ктамма П-3 в с о от ноше ни» - 1000 серых и 1200 желтых. Смесь спор была размножена на шоениие Саратовская 2 9 и рассеяна для клонирования также на Саратовскую 2 9. В опыте олиядалось появление ре-коиЗинатов, отличавшихся ц_.>тш спор от родительских штаммов. На газонах исследовано 6236 пустул серого и желтого цвета, пустул аного цвета не оказалось.

В поисках рекомбинатов были использованы птаьм K-I, вирулентный к сорту Кавказ, со спорами красного цвета и штамм П-4, авирулевтный к Кавказу со спорами серого цвета.

При размножения снеся спор этих штаммов ожидалось появление реконбинантов со спорами серого или иного цвета, вирулентных я пшенице сорта Кавказ. Споры были смелани в трех пропорциях; 1/1000 красных и 120 серых; 2/ 1000 красных я 600 серых; 3/ 1000 красных и 1900 серых.Было произведено по три последовательных пересева на пшенице Саратовско! 29,после каждого пересева смесь спор клонировали на газонах из листьев пшеницы сорта Кавказ. Всего в первом варианте просмотрено 6504;во втором-1701, в трет ьем-1284 красных пустул,проявившихся на листьях пшеницы сорта Кавказ. Пустул иного цвета не обнаружено. Полученный отрицательный результат не дает права утверждать, что у буро! ржавчины отсутствует комбянатквная изменчивость. Однако рекойбияанты бурой ржавчины появляется,по-видимому, гораздо реже,чем, к примеру, у стеблевой ржавчины.. У последней,как отмечено в ряде исследования её комбвнатввной изменчивости при использовании маркирующих признаков того же типа, рекомбинанты появлялись в выборке пустул, исчислявшихся 2-4 сотнями. Всего в наших опытах в поисках ревомбинантоа просмотрено ЭОООО пустул разного цвета. Таким образом, можно утверждать, что частота появления рекомбжьантов у бурой ржавчины ¿.еде, чем Г* 3 * I0_i*.

Выводы

1. Разработаны методики лабораторного культивирования бурой ржавчины, предназначенные для размножения опор, массового испытания клонов^ дифференциации по вирулентности, оценки образцов пвекнцм на устойчивость, получения асептической культуры.

2. Показано, что дербентская популяция буро! ржавчины паразятирует не только на пшенице^ ко м на пырее и эгилоп -сах. Ржавчина на разных хозяевах - злаках отличается по расовому и генотипнческому составу.

3. Основными в дербентской популяции являются расы 151 и 77, всего в 1971 году обнаружено 30 рас,

4. В дербентской популяции жмется все гены вирулентности, анализируемые с использованием ы - линий как в рецессивном, так я в доминантном состоянии. Наиболее часто встречаются клоны с доминантными аллелями PI, Р2, PI7 и клони с рецессивными аллелями всех генов вирулентности.

5. Состав клонов бурой ржавчина на образцах пиегошы зависит от видовов принадлежности последней. На образцах мягкой пшеницы, в отличие от твердой, велико содержание вирулентных клонов, относящихся к расе 77 и имеющих рецессивные аллели всех генов вирулентности. .

6. Faceвый состав изменяется в ходе развития болезни. I На твердой пшенице сорта Дербентская червоколосая взмененве 1 связано с уменьшением частоты встречаемости клонов редких рас и увеличением встречаемости клонов расы 151.На мягко!) пшенице (к-16744) к концу болезни увеличивается содержеяве кленов раса 77.

7.При размножении модельных популяций на мягкой пшенице восприимчивого сорта Саратовская 29 рецессивные аллели генов вирулентности не оказывают отрвиательного влияния яа

жизнеспособность штаммов,яе снижают конкурентноспособности штаммов, об лапающих, этими аллелями,

6. В результате исследования природной популяции и индуцирования мутантов получены втамде, ма ржи р о ванные юрулент-нымк и морфологическими признаками. Получение мутантов по признаку окраски спор более вероятно при воздействии нитро-зометилмочевиной, чем при облучении ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами.

?. Частота появления рекембинантов у возбудителя бурой ржавчины ниже, чем I • 3*10"^

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Михайлова Л. А., Дмитриев А.П., Квитко К.в. К вопросу мутационной изменчивости Puédala triticina. Труды У Всесоюзного совещания по иммунитету растений, 2. Зерновые культуры, вып.З, Стр,84-87, 1969.

2. Михайлова л,А,, Квитко К.ВЛабораторные методы культивирования возбудителя бурой {к&вчкнм пвеницм Pucctnia redondita Rob.ex Рвав. f.ep.tritlciUHKOüJOnM и фитопатология, 4,3 , 26 9-273, 1970,

3. Михайлова Л,А., ¿митрмеа А,П. Действие ультрафиолетовых и рентгеновских лучей на выживаемое«» опор Pucciaie recóndita НоЪ.ех Dea», f.ep.tritici (Pueolnia triticina). Миколог«* и фитопатология, 5, 2, 300-209, 1971.

4. Михайлова Л.Л, Анализ дербентской популяции Рисс1-п!а Ъг1Ъ1с1па Ег1ке. по признаку вирулентности к сортам пшеницы Аврора и Кавказ, Микология и фитопатология, 6, I, 61-62, 1972.

5. Михайлова Л.А. Частота встречаемости в дербентской популяции бурой ркавчяны пшеницы клонов, вирулентных х сортам Аврора и Кавказ. II съезд ВОГИС ям» Н.И.Вавилова, Выставь ка Ш. Селекция н семеноводство с.-х.растений на генетических основах (тезмсы), вып.2, стр.156-157, Ы., 1972.

6. Михайлова Л.А. (в соавторстве). Генетическая характеристика устойчивости образцов пшеницы коллекции ВИР к 77, 151 и 202 расаи бурой ркаэтины. И съезд ВОГИС им.Я.И.Вавилова. Симпозиумы (тезисы докладов), стр.145-146, и., 1572.

РТП тип.ВИР 3«. З&З тир. 200 29.Ш.73.