Создание исходного материала для селекции устойчивых сортов ячменя

УДК 633.15:632.26/938.1

Создание исходного материала для селекции устойчивых сортов ячменя

de Sanidad Vegetal, Plagas, 2006, vol. 32, N 3, p. 297-311.

4. Devi P.K., YadavD.N., Anand Jh. Role of Nesidiocoris tenuis Reuter (Hemiptera: Miridae) in natural suppression of tomato fruit borer, Helicoverpa armigera (Hbner) (Lepidoptera: Noctuidae). //Pest Management in Horticultural Ecosystems, 2002, vol. 8, N 2, p. 109-113.

5. El-Dessouki S.A., El-Kifl A.H., Helala H.A. Life circle, host plant and symptoms of damage of the tomato bug, Nesidiocoris tenuis Reuter. (Hemiptera:Miridae) in Egypt. //Journal of plant diseases and protection, 1976, vol. 4, N 83, p. 204-220.

6. Romeis J., Shanower T.G. Arthropod natural enemies of Helicoverpa armigera Hubner (Lepidoptera: Noctuidae) in India. / /Biocontrol Science and Technology, 1996, vol. 6, N 4, p. 481-508.

7. Schuh R.T. Plant Bugs of the World. -New York Entomological Society, 1995, 1329 p.

8. Urbaneja A., Tapia G., Fernendez E., SanchezE., Contreras J., GallegoA., Bielza P. Influence of the prey on the biology of Nesidiocoris tenuis (Hemiptera: Miridae). / Bul. OILB/SROP, 2003, vol. 26, N 10, p. 159.

9. WhellerA.J. Biology of the plant bugs (Hemiptera, Miridae): pests, predators, opportunists. - Cornell Univ. Press, 2001, 507 p.

Аннотация. Проведены вегетационные эксперименты по оценке эффективности клопа-слепняка Nesidiocoris tenuis против оранжерейной белокрылки и западного цветочного трипса. На томате через 80 дней после выпуска незидиокориса биологическая эффективность в отношении тепличной белокрылки составила 97 %. На огурце снижение численности западного цветочного трипса составило 60 % на листьях и 52 % на цветках.

Ключевые слова: клоп-слепняк Nesidiocoris tenuis Reuter, оранжерейная белокрылка, западный цветочный трипс, биологическая защита.

Abstract. In the semi-field experiments were conducted the release of the mirid bug Nesidiocoris tenuis against Trialeurodes vaporariorum and Frankliniella occidentalis on tomato and cucumber crops. In 80 days of treatment N. tenuis against whitefly on tomato the effectiveness of bug was consist 97 %. The west flower thrips number were decline on 60 % per leaf and 52 % per flower of cucumber at treatment of mirid bug.

Keywords: mirid bug Nesidiocoris tenuis, Trialeurodes vaporariorum, Frankliniella occidentalis, biological control.

Н.М. ЛАШИНА, аспирант ВИЗР

К настоящему времени усилия селекционеров сфокусировались на создании сортов сельскохозяйственных культур с групповой и длительной устойчивостью к болезням. Основными патогенами ячменя практически во всех регионах его возделывания являются возбудители сетчатой (Pyrenophora teres) и темно-бурой (Cochliobolus sativus) пятнистостей. Использование эффективных доноров устойчивости в селекции сопряжено с определенными трудностями. Чаще всего их источниками являются аборигенные образцы ячменя из центров происхождения культуры, которые значительно уступают по урожайности и другим селекционным признакам продуктивным сортам. Вследствие этого при создании исходного материала для селекции необходимо проведение серии беккроссов с использованием в качестве рекуррентного родителя восприимчивого высокоурожайного сорта. Однако после каждого беккросса экспрессия признака устойчивости к возбудителю сетчатой пятнистости ослабевает, так как в генотипе устойчивых образцов кроме «главного» обнаружены гены, специфичные по отношению к определенным изолятам [1, 2], локализованные в различных хромосомах [4].

Одним из способов ускорения процесса создания устойчивых сортов ячменя является гаплоидная селекция, позволяющая на ранних этапах добиться гомозиготности селекционного материала по генам устойчивости к различным болезням. Известны 2 основных метода

получения дигаплоидных растений ячменя: при использовании гапло-продюсера - луковичного ячменя Иогдеит Ьи!Ьовит либо культуры пыльников. При получении дигаплоидных линий в культуре пыльников ячменя происходит спонтанное удвоение хромосом, что позволяет избежать негативного воздействия колхицина, который необходим для диплоидизации растений при использовании гаплопродюсера.

Одним из путей «продления жизни» генов устойчивости является конвергентная селекция, то есть объединение в одном генотипе нескольких генов устойчивости. Создание конвергентных сортов традиционными методами требует неоднократного проведения анализирующих скрещиваний для определения числа генов, переданных после каждого скрещивания. Этот процесс может растянуться на десятилетия, поэтому данный метод не нашел широкого применения, хотя теоретически обеспечивает длительную устойчивость к патогенам. Данную проблему в настоящее время можно решить с использованием молекулярных маркеров. Материалом для картирования генов устойчивости ячменя являются ди-гаплоидные линии, которые позволяют создавать пулы устойчивых и восприимчивых растений с одинаковым генотипом, то есть различающиеся только по аллелям устойчивости.

Таким образом, создание материала для молекулярного картирования генов устойчивости и гомозиготного по устойчивости к болезням исходного материала для селекции определяет актуальность исследо-

Источники устойчивости ячменя к болезням, включенные в программу получения дигаплоидов ячменя

№ образца по каталогу ВИР Сетчатая пятнистость Темно-бурая пятнистость Ринхо-спориоз

к-20019 У В В

С1 739 У В -

к-29636 В У В

к-23874 У В В

к-27737 У В У

к-30453 В У В

С1 4207 У В -

Пиркка В В В

У — устойчивость, В - восприимчивость к болезни.

ваний по созданию дигаплоидных популяций растений с генетическими детерминантами устойчивости к различным расам одного возбудителя и группе патогенов.

Многолетнее изучение устойчивости к листовым болезням образцов ячменя, проведенное в лаборатории иммунитета растений к болезням ВИЗР, позволило планировать схемы скрещиваний для объединения в одном генотипе нескольких генов, детерминирующих устойчивость как к одной, так и к разным болезням. В течение 20072008 гг. были проведены скрещивания источников устойчивости ячменя к различным видам пятнистостей между собой и с восприимчивыми сортами. Характеристика устойчивости образцов ячменя, использованных для инициации культуры пыльников, приведена в таблице.

Гибридные семена ^0) высевали в вегетационные сосуды в теплицах ВИЗР (апрель 2008 г.) и Центра сельскохозяйственных исследований Финляндии (Йокиоинен, январь 2008 г.). В соответствии с методикой [4] колосья гибридных растений отбирали в период, когда пыльцевые зерна находились на стадии «средних» или «поздних» одноядерных вакуолизированных микроспор, на которой микроспоры высвобождаются из тетрад и готовятся к первому митозу. По срокам это

соответствует началу выхода растений в трубку. Для определения фазы развития пыльцевых зерен использовали окрашивание пыльцы ацетокармином. Для увеличения эффективности каллусогенеза первый пассаж пыльников проводили на среде МБ Мурасиге-Скуга [6] с добавлением 32 г маннитола [5]. Пыльники раскладывали на поверхность агаризованной среды на нейлоновую сетку, примерно по 4050 штук на чашку Петри (б = 6 см). В среднем для каждой комбинации скрещивания использовали 1260 пыльников (180-2340). Через 3-4 суток нейлоновую сетку переносили на среду для индукции каллусогенеза и регенерации,переворачи-вали так, чтобы пыльники остались на поверхности среды, после чего сетку убирали. Использовали модифицированную среду МБ, в которой

нитрат аммония был частично замещен глутамином. Кроме солей, микроэлементов, витаминов и Fe-EDTA в состав среды входили мальтоза (63 г/л), 6-бензиламинопурин (1 мг/л), ИУК (1 мг/л); рН среды 5,8 [5]. Чашки Петри с пыльниками находились в термостате в темноте при 25 °С. Спустя четыре недели их переносили в светоустановку с постоянным освещением лампами дневного света при 22 °С. Через 14 суток появлялись первые расте-ния-регенеранты. Каллусы с реге-нерантами переносили на среду, индуцирующую рост и развитие корней, в состав которой входили соли, микроэлементы, витамины и Fe-EDTA по прописи среды МБ и сахароза 30 г/л (рН 5,8).

Укоренившиеся растения пересаживали в горшки с почвой. Дальнейший рост растений проходил в тер-

Эффективность регенерации в культуре пыльников ячменя в различных комбинациях скрещиваний. Условные обозначения: 1 - Пиркка х к-29636; 2 - к-27737 х Пиркка; 3 - к-20019 х С1 4207; 4 - к-20019 х С1 739; 5 - к-30453 х Пиркка; 6 - Пиркка х к-30453; 7 - к-30453 х к-27737; 8 - Пиркка х к-23874

мостатированной комнате при 2123 °С, с освещением лампами У1а!ох ЫАУ-Т (БОЫ-Т) 400 W 16 ч в сутки.

Наибольшее количество каллусов на 100 пыльников отмечено для комбинаций к-27737 х Пиркка, к-30453 х к-27737 и Пиркка х к-30453, соответственно 20,2; 19,7 и 16,8 %. Количество альбиносов во всех случаях, за исключением комбинации к-20019 х С1 739, превышало количество зеленых растений-регене-рантов. Наибольшее количество зеленых растений в пересчете на 100 пыльников было получено в комбинации к-30453 (устойчив к темно-бурой пятнистости) х к-27737 (устойчив к сетчатой пятнистости и ринхоспориозу) (см. рисунок). Высокая относительная частота регенерации отмечена также в комбинации Пиркка х к-23874 (5.04) и к-20019 х С1 739 (4,17). Частота зеленых растений-регенерантов в пересчете на 100 пыльников в комбинации к-30453 х Пиркка (2.88) была достоверно выше, чем в комбинации Пиркка х к-30453 (1.29).

Такой же реципрокный эффект, свидетельствующий о влиянии цитоплазмы на эффективность регенерации в культуре пыльников, был показан ранее (7).

Таким образом, в четырех комбинациях - к-30453 (устойчив к темно-бурой пятнистости) х к-27737 (устойчив к сетчатой пятнистости и ринхоспориозу), Пиркка (восприимчивый сорт) х к-29636 (устойчив к темно-бурой пятнистости), к-30453 х Пиркка и Пиркка х к-23874 (устойчив к сетчатой пятнистости) -количество полученных зеленых ра-стений-регенерантов достаточно для проведения генетического анализа устойчивости и молекулярного картирования генов устойчивости.

Проведен анализ устойчивости дигаплоидных растений в комбинации к-30453 х к-27737 к четырем изолятам возбудителя сетчатой пятнистости различного происхождения (Ленинградская область, Канада, Швеция, Белоруссия). Среди

130 изученныхлиний выявлено преобладание класса восприимчивых растений, что свидетельствует о рецессивном характере наследования. Фактическое расщепление по устойчивости ко всем 4 изолятам с высоким уровнем достоверности соответствовало гипотезе наличия 3 рецессивных генов устойчивости к P. teres (теоретически ожидаемое расщепление 1:7).

Примерно равное количество растений, устойчивых (58) и восприимчивых (53) к возбудителю темно-бурой пятнистости, свидетельствует о моногенном наследовании ус-

тойчивости к этому заболеванию (теоретически ожидаемое расщепление 1:1).

Только 7 из 182 изученных линий были устойчивы одновременно ко всем изолятам возбудителя сетчатой пятнистости и к изоляту возбудителя темно-бурой пятнистости. Эти линии, гомозиготные по генам устойчивости к изученным возбудителям, могут быть использованы при создании сортов ячменя с групповой устойчивостью к пятнистос-тям листьев.

Исследования поддержаны грантом РФФИ № 08-04-13612 офи-ц.

ЛИТЕРАТУРА

1. Афанасенко О.С., Макарова И.Г., Зубкович А.А. Число генов у ячменя, детерминирующих устойчивость к штаммам Pyrenophora teres Drechs. // Генетика, 1999, т. 35, № 3, с. 341-351.

2. Каталог мировой коллекции ВИР - СПб, 1996, Вып. 684, с. 47.

3. Gupta S., Loughman R., Lance R., Jones M. G.K. Genetics of seedling and adult plant resistance in barley against Pyrenophora teres f. teres/ Abstracts of the 2nd Intern. Workshop on Barley Leaf Blights. - ICARDA, 2002, p. 32.

4. Manninen O., Jalli M., Kalendar R., Schulman A., Afanasenko O., Robinson J. Genetic mapping of major and minor resistance genes in barley against an array of Pyrenophora teres Drechs. f. teres Smedeg. isolates / Abstracts of Symposium, Netherlands, 2000, p. 83.

5. Manninen О. Optimizing anther culture for barley breeding // Agricultural and food science in Finland, 1997, Vol. 6, p. 389-398.

6. Murashige T., Skoog F. Revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum, 1962, v. 15, p. 473-497.

7. Powell W. Diallel analysis of barley anther culture response // Genome, 1988, v. 30, p. 152-157.

Аннотация. Определена эффективность регенерации в культуре пыльников ячменя в 8 гибридных комбинациях от скрещивания устойчивых к возбудителям сетчатой, темно-бурой пятнистостей и ринхоспориоза образцов ячменя между собой и с восприимчивым к этим болезням сортом Пиркка. Созданы 4 дигаплоидных популяции, количество растений в которых достаточно для молекулярного картирования генов устойчивости. Из 182 изученных дигаплоидных линий одной гибридной комбинации 7 были устойчивы одновременно к четырем изолятам возбудителя сетчатой пятнистости различного происхождения и к изоляту возбудителя темно-бурой пятнистости. Эти линии могут быть использованы при создании сортов ячменя с групповой устойчивостью.

Ключевые слова: ячмень, культура пыльников, дигаплоидные линии, устойчивость, сетчатая пятнистость, темно-бурая пятнистость.

Abstract. Development of initial material for barley breeding on resistance to leaf blights by biotechnology method.

The effectiveness of barley regeneration in anther culture in 8 hybrid combinations from crosses between resistant to net, spot blotches and scald accessions and susceptible cultivar Pirkka is determined. Four double haploid populations, amount of plants in which is enough for molecular mapping of resistance genes is developed. From 182 investigated lines from one cross combination, seven lines were resistant to four Pyrenophora teres isolates of a various origin, and to Cochliobolus sativus isolate. These lines can be used as a sources of resistance for barley breeding on resistance to both pathogens.

Keywords: barley, anther culture, double haploid lines, resistance, net blotch, spot blotch.