Динамика северокавказской популяции бурой ржавчины пшеницы (возбудитель Puccinia triticina) по вирулентности и ДНК-полиморфизму

Динамика северокавказской популяции бурой ржавчины пшеницы (возбудитель - РиооШа triticina) по вирулентности и ДНК-полиморфизму*

О.А. Кудинова, м.н.с, Всероссийский НИИ биологической защиты растений РАСХН

Бурая ржавчина пшеницы является одним из наиболее вредоносных заболеваний, которое приводит к значительной потере урожая. При благоприятных условиях для развития болезни урожай может снизиться до 45% [1]. Одним из методов защиты пшеницы от болезни является использование устойчивых сортов. Для успешной селекции в этом направлении необходимо знание гено- и фенотипической структуры популяции, её динамики.

Нами исследована динамика северокавказской популяции возбудителя бурой ржавчины

пшеницы в 2007—2009 гг. с помощью классического фитопатологического метода, а также RAPD-маркеров ДНК-полиморфизма.

Методика исследований. В период с конца мая — начала июня 2007—2009 гг. обследованы производственные посевы озимой пшеницы на территории Северного Кавказа. Были собраны образцы бурой ржавчины для изучения структуры северокавказской популяции гриба. Сбор, хранение, выделение монопустульных изолятов Р. Шкта проводили по методикам ВНИИФ [2] и ВНИИЗР [3]. Идентификацию монопустуль-ных изолятов гриба вели согласно Североамериканской номенклатуре по Ко1тег [4]. Типы реакции близкоизогенных линий оценивали

* Работа выполнена при поддержке гранта МНТЦ (проект № 3036).

63

Рис. - RAPD-спектры ДНК изолятов возбудителя бурой ржавчины северокавказской популяции 2009 г., полученные с праймером OPA 18. Изоляты имеют следующие фенотипы вирулентности: 1 - QGSS, 2 - PHHJ, 3 - NGGD, 4 -THBD, 5 - NGST, 6 - TCSD, 7 - FHSR, 8 - TSDL, 9 - SGCD, 10 - TGSS, 11 - DJQS, 12 - TGSS, 13 - NGSS, M - маркёр

Уровень различия популяции P. triticina по RAPD-фенотипам, RAPD-фрагментам и генам вирулентности в 2007—2009 гг.

Индекс Роджерса Индекс Роджерса Индекс Роджерса

Популяция по RAPD-фенотипам по RAPD-фрагментам по генам вирулентности

P. triticina Северный Кавказ Северный Кавказ Северный Кавказ

2008 г. 2009 г. 2008 г. 2009 г. 2008 г. 2009 г.

Северный Кавказ, 2007 г. 0,76 0,7 0,32 0,45 0,1 0,26

Северный Кавказ, 2008 г. - 0,81 - 0,246 - 0,26

по шкале Майнса и Джексона [5]. Наработку биоматериала для выделения ДНК вели на восприимчивом сорте Michigan amber. Выделение ДНК из урединиоспор проводили по методике Chen [6], а полимеразную цепную реакцию — по протоколу Kolmer [7]. В работе использовали три праймера, рекомендованные Kolmer [7] и отобранные после предварительного скрининга на информативность: UBS 450, UBS 517 и ОРА 18. Амплифицированные фрагменты разделяли электрофорезом в 1,5%-ном агарозном геле, в 0,5%-ном ТВЕ буфере, гели окрашивали бромистым этидием и фотографировали в ультрафиолетовом свете. Для оценки размера фрагментов использовали 50 bp маркёр от Gene Ruler. Полученные электрофореграммы фотографировали и обрабатывали на компьютере. Уровень различия между популяциями патогена определяли по индексу Роджерса, уровень разнообразия популяции — по индексу Шеннона [8].

Результаты исследований. В результате исследований структуры популяции гриба по вирулентности отмечено её высокое разнообразие: количество изолятов и фенотипов вирулентности во всех случаях практически совпадает. Это подтверждает индекс Шеннона, который во всех случаях больше единицы.

В результате анализа популяции гриба по ДНК-полиморфизму все изоляты показали полиморфизм фрагментов, часть из них разделилась на молекулярные фенотипы. Одна из электрофореграмм популяции патогена 2009 г. представлена на рисунке.

По результатам RAPD-анализа по трём праймерам каждому изоляту был присвоен трёхзначный молекулярный фенотип, в котором первая цифра отражает праймер UBS 450, вторая — UBS 517, последняя — ОРА 18. Цифры от 1 до 8 означают различные варианты сочетания фрагментов описываемых изолятов. В целом, все проанализированные изоляты разделились на

64 молекулярных фенотипа. Значение индекса разнообразия Шеннона по RAPD-фенотипам для всех групп изолятов стремится к единице, что говорит о значительном разнообразии изолятов изученных популяций по RAPD-полиморфизму.

Для установления сходства или различия данных популяций по молекулярным фенотипам и RAPD-фрагментам было проведено попарное сравнение всех популяций по индексу Роджерса (значения индекса Роджерса приведены в табл.). В результате установлено, что по RAPD-фрагментам все группы изолятов не показали значительных различий.

Что касается фенотипического состава, то различия очень выражены: во всех случаях индекс Роджерса близок к единице. Полученные данные согласуются с данными по вирулентности (табл.).

На основании проведённых исследований можно сделать вывод о том, что генетическая структура популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы на Северном Кавказе в целом остаётся неизменной, а меняются лишь сочетания генов вирулентности и фрагментов ДНК-полиморфизма, т.е. изменчивость имеет не мутационный, а комбинативный характер.

Литература

1. Лебедев В.Б., Васильев А.Н., Якубова Е.В. Расчёт возможных потерь яровой пшеницы от бурой ржавчины // Доклады ВАСХНИЛ. 1994. № 1. С. 14-16.

2. Методические рекомендации по изучению расового состава возбудителей ржавчины хлебных злаков / ВНИИФ, ВАСХНИЛ. М., 1977. 144 с.

3. Методы исследований структуры популяций возбудителя бурой ржавчины пшеницы Puccinia recóndita Rob.ex Desm. f.sp.tritici / ВНИИЗР, PACXH. СПб., 2000. 26 с.

4. Long D.L., and Kolmer J.A. 1989. A North America System of nomenclature for Puccinia triticina// Phytopathology 79:525-529.

5. Mains E.B., Jackson H.J. Physiological specialization the leaf rust wheat (P. triticina Erikss.) // Phytopathology 16. 1926. P. 89-120.

6. ChenX.M., Line R.F., Leung H. 1993. Relationship between virulence variation and DNA polymorphism in Puccinia striiformis //Phytopathology. 83:1489-1497.

7. Kolmer J.A., Liu J.Q., Sies M. Virulence and molecula-rpolymorphism in Puccinia recóndita f. sp. tritici in Canada // Phytopathology 85. 1995. P. 276-285.

8. Доспехов БА Методика полевого опыта. М.: Колос, 1973. 336 с.