Характеристика сортового генофонда мягкой яровой пшеницы Республики Татарстан по генетическим маркерам устойчивости к желтой ржавчине

В Республике Татарстан мягкая яровая пшеница (Triticum aestivum L.) занимает одно из ведущих мест в полевых севооборотах и ежегодно засевается на площади более 400 тыс. га. Особую угрозу для посевов пшеницы представляют заболевания, вызываемые, в том числе фитопатогеном Puccinia striiformis, которые могут сокращать величину урожая до 90 %. В нашей работе было проведено генотипирование 25 сортов мягкой яровой пшеницы селекции Татарского НИИСХ в отношении генов устойчивости к желтой ржавчине – Yr1 (gwm311), Yr5 (S23M41 и S19M93), Yr10 (Xpsp3000), Yr15 (Xgwm413) и Yr17/Lr37/Sr38 (Ventriup/LN2). Для 56 % исследуемых сортов было выявлено наличие в генотипе маркера S23M41, ассоциированного с Yr5. Маркер S19M93 был идентифицирован для 84 % исследуемых сортов. Наличие маркера Xgwm413 установили для 32 % тестируемых сортов яровой пшеницы. Для всех изучаемых сортов получили отрицательные результаты идентификации молекулярного маркера Ventriup/LN2, ассоциированного с генами устойчивости к полосатой, листовой и стеблевой ржавчинам. Полученные результаты свидетельствуют о генетическом разнообразии данных сортов в отношении устойчивости к P. striiformis. Наличие сразу трех генов устойчивости к желтой ржавчине (Yr1, Y5 и Yr15) выявлено для сортов Баракат, Йолдыз, Казанская Юбилейная, Ситара, Экада 113 и Экада 214.

1. Kokhmetova A., Rsaliyev A., Malysheva A., Atishova M., Kumarbayeva M., Keishilov Z. Identification of Stripe Rust Resistance Genes in Common Wheat Cultivars and Breeding Lines from Kazakhstan. Plants (Basel). 2021;10(11):2303. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10112303

2. Chen W., Wellings T., Chen C., Kang X., Liu Z. Wheat stripe (yellow) rust caused by Puccinia striiformis f. sp. Tritici. Molecular Plant Pat hology. 2014;15(5):433–446. DOI: https://doi.org/10.1111/mpp.12116

3. Carmona M. A., Sautua F. J., Pérez-Hernández O., Grosso С., Vettorello L., Milanesio B., Corvi E., Almada G., Hovmøller M. S. Rapid emergency response to yellow rust epidemics caused by newly introduced lineages of Puccinia striiformis f. sp. tritici in Argentina. Tropical Plant Pathology. 2019;44:385–391. DOI: https://doi.org/10.1007/s40858-019-00295-y

4. Swarup S., Cargill E. J., Crosby K., Flagel L., Kniskern J., Glenn K. C. Genetic diversity is indispensable for plant breeding to improve crops. Crop Science. 2021;61(2):839–852. DOI: https://doi.org/10.1002/csc2.20377

5. Chen X. M. High temperature adult plant resistance, key for sustainable control of stripe rust. American Journal of Plant Sciences. 2013;4(3):608–627. DOI: https://doi.org/10.4236/ajps.2013.43080

6. Chen X. Pathogens which threaten food security: Puccinia striiformis, the wheat stripe rust pathogen. Food Security. 2020;12(2):239–251. DOI: https://doi.org/10.1007/s12571-020-01016-z

7. Волкова Г. В., Матвеева И. П., Дерова Т. Г., Шишкин Н. В., Марченко Д. М. Источники устойчивости к желтой ржавчине (возбудитель Puccinia striiformis West.) Среди селекционного и коллекционного материала озимой пшеницы ФГБНУ «АНЦ «Донской». Зерновое хозяйство России. 2020;(4):69–76. DOI: https://doi.org/10.31367/2079-8725-2020-70-4-69-76 EDN: NGCOIF.

8. Röder M. S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J., Tixier M. H., Leroy P., Ganal M. W. A microsatellite map of wheat. Genetics. 1998;149(4):2007–2023. DOI: https://doi.org/10.1093/genetics/149.4.2007

9. Smith P. H., Hadfield J., Hart N. J., Koebner R. M. D., Boyd L. A. STS markers for the wheat yellow rust resistance gene Yr5 suggest a NBS-LRR-type resistance gene cluster. Genome. 2007;50(3):259–265. DOI: https://doi.org/10.1139/g07-004

10. Ravishankar L. V., Pandey M. K., Dey T., Singh A., Rasool B., Diskit S., et al. Phenotyping and molecular characterization of durable resistance in bread wheat for stripe rust (Puccinia striiformis f.sp. tritici). Journal of Biobased Materials and Bioenergy. 2024;18(4):710–720. DOI: https://doi.org/10.1166/jbmb.2024.2407

11. Wang L. F., Ma J. X., Zhou R. H., Wang X. M., Jia J. Z. Molecular tagging of the yellow rust resistance gene Yr10 in common wheat, P.I.178383 (Triticum aestivum L.). Euphytica. 2002;124:71–73. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1015689817857

12. Peng J. H., Fahima T., Roeder M. S., Huang Q. Y., Dahan A., Li Y. C., Grama A., Nevo E. Highdensity molecular map of chromosome region harboring stripe-rust resistance genes YrH52 and Yr15 derived from wild emmer wheat, Triticum dicoccoides. Genetica. 2000;109(3):199–210. DOI: https://doi.org/10.1023/a:1017573726512

13. Lagudah E. S., McFadden H., Singh R. P., Huerta-Espino J., Bariana H. S., Spielmeyer W. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2006;114:21–30. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-006-0406-z

14. Bansal U. K., Hayden M. J., Keller B., Wellings C. R., Park R. F., Bariana H. S. Relationship between wheat rust resistance genes Yr1 and Sr48 and a microsatellite marker. Plant Pathology. 2009;58(6):1039–1043. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2009.02144.x

15. Macer R. C. F. The formal and monosomic genetic analysis of stripe rust (Puccinia striiformis) resistance in wheat. Proceedings of the 2nd international wheat genetics symposium, Lund, Sweden. 1966;(2):127–142.

16. Sharma-Poudyal D., Chen X. M., Wan A. M., Zhan G. M., Kang Z. S., Cao S. Q., et al. Virulence Characterization of International Collections of the Wheat Stripe Rust Pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Disease. 2013;97(3):379–386. DOI: https://doi.org/10.1094/PDIS-01-12-0078-RE

17. Kemma G. H. J., Lange W. Resistance in spelt wheat to yellow rust. II: Monosomic analysis of the Iranian accession 415. Euphytica. 1992;63:219–224. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00024547

18. Bariana H. S., Brown G. N., Ahmed N. U., Khatkar S., Conner R. L., Wellings C. R., et al. Characterisation of Triticum vavilovii-derived stripe rust resistance using genetic, cytogenetic and molecular analyses and its marker-assisted selection. Theoretical and Applied Genetics. 2002;104:315–320. DOI: https://doi.org/10.1007/s001220100767

19. Ul Islam B., Mir S., Dar M. S., Khan G. H., Shikari A. B., Sofi N. U. R., et al. Characterization of pre-breeding wheat (Triticum aestivum L.) germplasm for stripe rust resistance using field phenotyping and genotyping. Plants (Basel). 2023;12(18):3239. DOI: https://doi.org/10.3390/plants12183239

20. Gerechter-Amitai Z. K., Van Silfhout C. H., Grama A., Kleitman F. Yr 15 - a new gene for resistance to Puccinia striiformis in Triticum dicoccoides sel. G-25. Euphytica. 1989;43:187–190. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00037912

21. Yaniv E., Raats D., Ronin Y., Korol A. B., Grama A., Bariana H., Dubcovsky J., Schulman A. H. Evaluation of marker-assisted selection for the stripe rust resistance gene Yr15, introgressed from wild emmer wheat. Molecular Breeding. 2015;35:43. DOI: https://doi.org/10.1007/s11032-015-0238-0

22. Klymiuk V., Yaniv E., Huang L., Raats D., Fatiukha A., Chen S., et al. Cloning of the wheat Yr15 resistance gene sheds light on the plant tandem kinase-pseudokinase family. Nature Communications. 2018;9:3735. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-06138-9

23. Agarwal P., Jha S. K., Sharma N. K., Raghunanadan K., Mallick N., Niranjana M., Saharan M.S., Singh J.B., Vinod. Identification of the improved genotypes with 2NS/2AS translocation through molecular markers for imparting resistance to multiple biotic stresses in wheat. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 2021;81(04):522–528. DOI: https://doi.org/10.31742/IJGPB.81.4.4

24. Василова Н. З., Асхадуллин Д-л Ф., Асхадуллин Д-р Ф., Багавиева Э. З., Тазутдинова М. Р., Хусаинова И. И. Достижения селекции яровой мягкой пшеницы в Татарстане. Зернобобовые и крупяные культуры. 2019;(2(30)):124–131. DOI: https://doi.org/10.24411/2309-348X-2019-11102 EDN: KZXAFM.