Генетический контроль устойчивости ячменя к головнёвым болезням (обзор)

Ячмень (Hordeum vulgare L.) является стратегически важной культурой для России, обеспечивая кормовую безопасность и валютные поступления. Одним из факторов, снижающих урожайность культуры, является поражение растений различными видами патогенов. Головня ячменя относится к числу самых опасных болезней этой культуры и широко распространена практически во всех земледельческих регионах России, особенно в Поволжcком, Сибирском и Центральном. Для создания новых сортов ячменя и вывода на рынок качественных семян ключевым шагом становится интеграция молекулярной генетики в классическую селекцию. Необходим поиск и картирование новых генов устойчивости к биотическим факторам и широкий скрининг существующих генетических коллекций и селекционного материала. В работе проведен анализ научных публикаций российских и иностранных исследователей преимущественно за последние 15 лет, посвященных применению молекулярно-генетических методов при создании устойчивых сортов ячменя к пыльной (Ustilago nuda), твердой (Ustilago hordei) и ложной пыльной (черной) (Ustilago avenae (Pers.) Rostr.) головне. Показаны возможности и опыт использования различных ПЦР-маркеров в маркер-вспомогательной селекции (MAS-селекции) устойчивых к болезни сортов. Представлен перечень известных в настоящее время генов, сортов-доноров и ДНК-маркеров, сцепленных с генами и локусами устойчивости ячменя к пыльной, твердой и ложной пыльной (черной) головне. Сформулированы перспективы, открывающиеся при внедрении молекулярных методов для современной селекции на устойчивость ячменя к головневым болезням.

1. Ерошенко Л. М., Ромахин М. М., Ерошенко Н. А., Дедушев И. А., Болдырев М. А., Ромахина В. В. История и перспективы селекции ярового ячменя в центральном районе Нечерноземной зоны. Международный научно-исследовательский журнал. 2023;11(137):25. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.137.88 EDN: YYYPZA

2. Плотникова Л. Я., Мешкова Л. В., Сабаева О. Б., Николаев П. Н. Резистентность к каменной головне сортов и коллекционных образцов двурядного ячменя в Западной Сибири. Вестник Омского государственного аграрного университета. 2020;(1(37)):50–60. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=42742066 EDN: UWMRVL

3. Malik R., Kumar P., Verma R. P. S., Sheoran S., Kumar D., Kumar L. et al. Molecular strategies for managing disease resistance in barley. In: Genomic designing for biotic stress resistant cereal crops. Kole C. (eds). Switzerland, Cham: Springer, 2021. pp 177–212. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-75879-0_4

4. Новикова А. А., Богданова О. В. Возможности маркер-ориентированной селекции для создания сортов ячменя, устойчивых к биотическим и абиотическим факторам (обзор). Животноводство и кормопроизводство. 2021;104(1);138–148. DOI: https://doi.org/10.33284/2658-3135-104-1-138 EDN: JOFQCE

5. Raj K. J., Sanghamitra N. Gene pyramiding-A broad spectrum technique for developing durable stress resistance in crops. Biotechnology and Molecular Biology Review. 2010;5(3);51–60. URL: http://www.academicjournals.org/BMBR

6. Mohite B. V., Koli S. H., Salunkhe J. D., Patil S. V. Ustilago. In: Compendium of Phytopathogenic Microbes in Agro-Ecology. Vol 1. Fungi. Amaresan N., Kumar K. (eds). Switzerland, Cham: Springer, 2025. pp. 909–925. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-81770-0

7. Дружинин А. Е., Крупнов В. А. Пшеница и пыльная головня. Саратов: Изд-во Саратовский университет, 2008. 164 с. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=19512762 EDN: QKZYIL

8. Menzies J. G., Thomas P. L., Woods S. Incidence and severity of loose smut and surface-borne smuts of barley on the Canadian prairies from 1972 to 2009. Canadian Journal of Plant Pathology. 2014;36(3):300–310. DOI: https://doi.org/10.1080/07060661.2014.927791

9. Кривченко В. И., Хохлова А. П. Головневые болезни зерновых культур. В кн.: Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. М.: Россельхозиздат, 2008. С. 32–52. Режим доступа: https://kosmais.narod.ru/downloads/cereal_crop_resist.pdf

10. Мешкова Л. В., Сабаева О. Б., Николаев П. Н. Пыльная головня ячменя в Омской области и источники устойчивости к ней. Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2024;4(73);70–78. DOI: https://doi.org/10.31677/2072-6724-2024-73-4-70-78 EDN: EVEKNK

11. Дорошенко Е. С., Шишкин Н. В. Поиск источников устойчивости к пыльной головне для селекции ярового ячменя. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2021;(174):106–112. DOI: https://doi.org/10.21515/1990-4665-174-011 EDN: KSOHYS

12. Усольцев Ю. А. Снижение потерь урожая ярового ячменя от головневых заболеваний. Вестник Курганской ГСХА. 2018;(3(27)):67–71. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=36933993 EDN: VTTSPI

13. Бехтольд H. П., Орлова Е. А. Мониторинг возбудителя каменной головни ячменя в условиях Лесостепи Приобья. Вестник КрасГАУ. 2024;(8(209)):51–56. DOI: https://doi.org/10.36718/1819-4036-2024-8-51-56 EDN: YDSHFT

14. Легкун И. Б. Создание и оценка сортов ячменя озимого на групповую устойчивость к головневым заболеваниям. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(2):41–46. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=23884395 EDN: UCRFLT

15. Зеленева Ю. В., Судникова В. П., Бокунова Л. В. Изучение популяций Ustilago nuda (Jens) Kell. EtSwing в Центрально-Черноземном регионе России. Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2021;3(66):10–14. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=46568645 EDN: TYUUIB

16. Кривченко В. И., Одинцова И. Г. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 453. Сорта зерновых культур с известными генами устойчивости к грибным болезням. Л.: ВИР, 1988. 78 с.

17. Eckstein P. E., Krasichynska N., Voth D., Duncan S., Rossnagel B. G., Scoles G. J. Development of PCR – markers for the gene (Un8), which provides true resistance of barley to smut. Canadian Journal of Plant Pathology. 2002;24(1):46–53. DOI: https://doi.org/10.1080/07060660109506970

18. Zang W., Eckstein P. E., Colin M., Voth D., Himmelbach A., Beier S. et al. Fine mapping and identification of a candidate gene for the barley Un8 true loose smut resistance gene. Theoretical and Applied Genetics. 2015;128:1343–1357. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-015-2510-4

19. Мешкова Л. В., Николаев П. Н., Васюкевич С. В., Сабаева О. Б., Пяткова О. В. Иммунологическая характеристика ячменя и овса по устойчивости к природным популяциям головнёвых заболеваний. Достижения науки и техники АПК. 2020;34(10):43–49. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-11006 EDN: YKKWLF

20. Menzies J. G., Steffenson B. J., Kleinhofs A. A resistance gene to Ustilago nuda in barley is located on chromosome 3H. Canadian Journal of Plant Pathology. 2010;32(2):247–251. DOI: https://doi.org/10.1080/07060661003739977

21. Зеленева Ю. В., Судникова В. П. Выявление источников и доноров для селекции яровых зерновых колосовых культур на устойчивость к возбудителям болезней в ЦЧР. Современное состояние садоводства Российской Федерации, проблемы отрасли и пути их решения: мат-лы научн.-практ. конф., в рамках 15-ой Всероссийской выставки «День садовода-2020», Мичуринск, 17–18 сентября 2020 года. Тамбов: ООО "Тамбовский полиграфический союз", 2020. С. 77–82. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=44644896 EDN: TWBFWE

22. Щуплецова О. Н., Щенникова И. Н. Генетические источники селекции ячменя (Hordeum vulgare) в Волго-Вятском регионе. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(1):82–88. DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2019-1-82-88 EDN: SUMQUM

23. Metcalfe D. R. Inheritance of resistance to loose smut, covered smut and false loose smut in the barley variety Jet. Canadian Journal of Plant Sciences. 1962;42:176–189. DOI: https://doi.org/10.4141/cjps62-022

24. Grewal T. S., Rossnagel B. G., Bakkeren G., Scoles G. J. Identification of resistance genes to barley covered smut and mapping of the Ruh1 gene using Ustilago hordei strains with defined avirulence genes. Canadian Journal of Plant Pathology. 2008;30(2):277–284. DOI: https://doi.org/10.1080/07060661.2008.10540543

25. Šķipars V., Sokolova E., Seile S., Ruņģis D., Legzdiņa L. Development of a marker within the candidate Un8 true loose smut resistance gene for use in barley breeding. The preprint server for biology “BioRxiv”. 2023. 17 p. DOI: https://doi.org/10.1101/2023.04.06.535815

26. Нижегородцева Л. С., Вильданова Г. В., Блохин В. И., Ланочкина М. А. ДНК-генотипирование ярового ячменя на устойчивость к пыльной головне методом ПЦР. Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2015;10(3(37)):98–101. DOI: https://doi.org/10.12737/14778 EDN: VJTLPJ

27. Pomprtsev A.A., Tereshchenko N.A., Ofitserov M.V., Pukhal`sky V.A. Chromosome localization of the loose smut resistance gene in barley. Russian Journal of Genetics. 1999;35(7):873-874. DOI: https://elibrary.ru/item.asp?id=13321569 EDN: LFNKQJ

28. Abo-Elyousr K. A. M., Mourad A. M. I., Baenziger P. S., Shehata A. H. A., Eckstein P. E., Beattie A. D., Sallam A. Identification of putative SNP markers associated with resistance to Egyptian loose smut race(s) in spring barley. Genes. 2022;13(6):1075. DOI: https://doi.org/10.3390/genes13061075

29. Sharma Poudel R., Al-Hashel A. F., Gross T., Gross P., Brueggeman R. Pyramiding rpg4- and Rpg1-mediated stem rust resistance in barley requires the gene for both to function. Frontiers in Plant Science. 2018;9:1789. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01789

30. Вильданова Г. В., Блохин В. И., Ганиева И. С., Ланочкина М. М. Молекулярно-генетическая оценка селекционного материала ячменя на устойчивость к каменной головне. Зерновое хозяйство России. 2015;(5):30–33. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=24833546 EDN: UXLGDV

31. Nohtani H., Solouki M., Fakheri B. A., Mahdinezhad N. Genome-wide association study reveals novel marker-trait associations for agronomic traits and covered smut resistance in barley (Hordeum vulgare L.). Euphytica. 2025;221:127. DOI: https://doi.org/10.1007/s10681-025-03560-1

32. Grewal T. S., Rossnagel B. G., Scoles G. J. Validation of molecular markers for covered smut resistance and marker-assisted introgression of loose and covered smut resistance into hulless barley. Molecular Breeding. 2008;21:37–48. DOI: https://doi.org/10.1007/s11032-007-9107-9

33. Ardiel G., Grewal T., Deberdt P., Rossnagel B. G., Scols G. J. Inheritance of resistance to covered smut in barley and development of a tightly linked SCAR marker. Theoretical and Applied Genetics. 2002;104:457–464. DOI: https://doi.org/10.1007/s001220100696