Для эффективной селекции пшеницы на устойчивость к стеблевой ржавчине необходимо исследование популяций гриба, циркулирующих на посевах в конкретном регионе. Выявление вероятных источников инфекции возможно в результате отслеживания основных путей миграции спор патогена по всей территории возделывания пшеницы в пределах одной климатической зоны. Для ускоренного анализа и охвата большей выборки образцов предложено использовать микросателлитные маркеры, представляющие альтернативу традиционному фитопатологическому анализу состава генов вирулентности популяции. С их помощью проведено генотипирование монопустульных изолятов Puccinia graminis f. sp. tritici, собранных в Центральном регионе России и Поволжье на мягкой яровой пшенице, установлена высокая степень дифференциации между популяциями патогена. Предложена схема диагностики происхождения инфекции с помощью шкалы размеров аллелей микросателлитных маркеров.
Идентификаторы и классификаторы
Стеблевая ржавчина пшеницы, возбудителем которой служит гриб Puccinia graminis f. sp. tritici, за последние два десятилетия вошла в десятку заболеваний, отличающихся экономической значимостью. Исследование причин повсеместного повышения интенсивности болезни представляет теоретический и практический интерес (Dean et al., 2012; Rsaliyev A. S., Rsaliyev S. S., 2018). В отдельных регионах Российской Федерации отмечено регулярное проявление стеблевой ржавчины на мягкой пшенице, имеющей местный источник происхождения инфекции. Так, в 2010 г. значительное поражение посевов культуры наблюдалось в Северо-Кавказском и Поволжском регионах (Синяк, Волкова, 2015). Также в 2010 г. выявлена вспышка заболевания в Центральном регионе Российской Федерации, которая повторилась в 2013 и 2016 гг. (Lapochkina et al., 2017). В 2016 г. на посевах яровой мягкой пшеницы в период колошения на всей территории Республики Татарстан отмечено сильнейшее распространение стеблевой ржавчины. Все сорта пшеницы, рекомендованные для возделывания в Татарстане, были восприимчивы, кроме сортов Тулайковская 5 и Белка (Василова и др., 2017).
Список литературы
1. Василова Н.З., Асхадуллин Дам.Ф., Асхадуллин Дан.Ф. Эпифитотия стеблевой ржавчины на яровой пшенице в Татарстане. Защита и карантин растений. 2017;(2):27-28. DOI: 10.28983/asj.y2021i8pp23-27 EDN: XWPXQF
Vasilova N.Z., Askhadullin Dam.F., Askhadullin Dan.F. Stem rust epiphytotic on soft spring wheat in Tatarstan. Zashchita i Karantin Rastenij = Plant Protection and Quarantine. 2017;(2):27-28. 10.28983/asj.y2021i8pp23-27 (in Russian). DOI: 10.28983/asj.y2021i8pp23-27(inRussian)
2. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Казарцев И.А., Аристова М.К. Cтруктура российских популяций гриба Puccinia triticina Eriks. Вестник защиты растений. 2015;(3(85)):5-10. EDN: VQABNN
Gultyaeva E.I., Shaidayuk E.L., Kazartsev I.A., Aristova M.K. Structure of russian populations of Puccinia triticina. Vestnik Zashchity Rastenij = Plant Protection News. 2015;(3(85)):5-10 (in Russian).
3. Синяк Е.В., Волкова Г.В. Распространение и вирулентность популяции возбудителя Puccinia graminis pers. f.sp. Tritici erikss. et henn. на юге России. Молодой ученый. 2015;(9(89)):70-71. EDN: TSEYTZ
Sinyak Е.V., Volkova G. V. Spreading and virulence of Puccinia graminis pers. f. sp. Tritici erikss. et henn. in Southern Russia. Molodoj Uchenyj = Young Scientist. 2015;(9(89)):70-71 (in Russian). EDN: TSEYTZ
4. Сколотнева Е.С., Кельбин В.Н., Моргунов А.И., Бойко Н.И., Шаманин В.П., Салина Е.А. Расовый состав новосибирской популяции Puccinia graminis f. sp. tritici. Микология и фитопатология. 2020;54(1):49-58. DOI: 10.31857/S0026364820010092 EDN: EOCRPN
Skolotneva E.S., Kelbin V.N., Morgunov A.I., Boiko N.I., Shamanin V.P., Salina Е.А. Races Composition of the Novosibirsk Population of Puccinia graminis f. sp. tritici. Mikologiya i fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2020;54(1):49-58. 10.31857/S0026364820010092 (in Russian). DOI: 10.31857/S0026364820010092(inRussian) EDN: EOCRPN
5. Шаманин В.П., Моргунов А.И., Петуховский С.Л., Лихенко И.Е., Левшунов М.А., Салина Е.А., Потоцкая И.В., Трущенко А.Ю. Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к стеблевой ржавчине в Западной Сибири. Под ред. В.П. Шаманина. Омск: ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2015.
Shamanin V.P., Morgunov A.I., Petukhovskiy S.L., Likhenko I.E., Levshunov M.A., Salina E.A., Pototskaya I.V., Trushchenko A.Y. Breeding spring bread wheat for resistance to stem rust in Africa. Shamanin V.P. (Ed.). Omsk: P.A. Stolypin Education Omsk State Agrarian University Publ., 2015 (in Russian).
6. Anderson C., Khan M.A., Catanzariti A.M., Jack C.A., Nemri A., Lawrence G.J., Upadhyaya N.M., Hardham A.R., Ellis J.G., Dodds P.N., Jones D.A. Genome analysis and avirulence gene cloning using a highdensity RADseq linkage map of the flax rust fungus, Melampsora lini. BMC Genomics. 2016;17(1):667. DOI: 10.1186/s12864-016-3011-9 EDN: WTBWHN
7. Asad M.A., Xia X., Wang C., He Z. Molecular mapping of stripe rust resistance gene YrSN104 in Chinese wheat line Shaannong 104. Hereditas. 2012;149(4):146-152. DOI: 10.1111/j.1601-5223.2012.02261.x
8. Baranova O.A., Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Sozina I.D. Loss of effectiveness of stem rust resistance genes Sr25 and Sr6Agi in the Lower Volga region. PLANT Prot. NEWS. 2021;104(2):105-112. DOI: 10.31993/2308-6459-2021-104-2-14994 EDN: VUBKME
9. Berlin A., Samils B., Andersson B. Multiple genotypes within aecial clusters in Puccinia graminis and Puccinia coronata: improved understanding of the biology of cereal rust fungi. Fungal Biol. Biotechnol. 2017;4(1):1-7. DOI: 10.1186/S40694-017-0032-3 EDN: PVOFCI
10. Chung S.M., Staub J.E., Chen J.F. Molecular phylogeny of Cucumis species as revealed by consensus chloroplast SSR marker length and sequence variation. Genome. 2006;49(3):219-29. DOI: 10.1139/g05-101
11. Dean R., Van Kan J.A.L., Pretorius Z.A., Hammond-Kosack K.E., Di Pietro A., Spanu P.D., Rudd J.J., Dickman M., Kahmann R., Ellis J., Foster G.D. The Top 10 fungal pathogens in molecular plant pathology. Mol. Plant Pathol. 2012;13(4):414-30. DOI: 10.1111/j.1364-3703.2011.00783.x EDN: YCXIBV
12. Earl D.A., vonHoldt B.M. STRUCTURE HARVESTER: A website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conserv. Genet. Resour. 2012;4(2):359-361. DOI: 10.1007/s12686-011-9548-7
13. Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software structure: a simulation study. Mol. Ecol. 2005;14(8):2611-2620. DOI: 10.1111/J.1365-294X.2005.02553.X EDN: MEKJRR
14. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. Past: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):9. Available at: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htm.
15. Herrman A., Dinoor A., Schachte G., Kosman E. Virulence Analysis Tool (VAT). 2008.
16. Kalia R.K., Rai M.K., Kalia S., Singh R., Dhawan A.K. Microsatellite markers: An overview of the recent progress in plants. Euphytica. 2011;177:309-344. DOI: 10.1007/s10681-010-0286-9 EDN: OAOSGR
17. Karaoglu H., Lee C.M.Y., Park R. Simple sequence repeats in Puccinia graminis: Abundance, cross-formae speciales and intra-species utility, and development of novel markers. Australas. Plant Pathol. 2013;42(3):271-281. DOI: 10.1007/s13313-013-0199-x EDN: MLYREI
18. Lapochkina I.F., Baranova O.A., Shamanin V.P., Volkova G. V., Gainullin N.R., Anisimova A. V., Galinger D.N., Lazareva E.N., Gladkova E. V., Vaganova O.F. The development of the initial material of spring common wheat for breeding for resistance to stem rust (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici), including the Ug99 race, in Russia. Russ. J. Genet. Appl. Res. 2017;7(3):308-317. DOI: 10.1134/S207905971703008X EDN: XMYGRA
19. Michiels A., Van Den Ende W., Tucker M., Van Riet L., Van Laere A. Extraction of high-quality genomic DNA from latex-containing plants. Anal. Biochem. 2003;315(1):85-89. DOI: 10.1016/S0003-2697(02)00665-6 EDN: KDXLHZ
20. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update. Bioinformatics. 2012;28(19):2537. DOI: 10.1093/BIOINFORMATICS/BTS460
21. Powell W., Machray G., Provan J. Polymorphism revealed by simple sequence repeats. Trends Plant Sci. 1996;1:215-222. DOI: 10.1016/s1360-1385(96)86898-0 EDN: AOFRWV
22. Rsaliyev A.S., Rsaliyev S.S. Principal approaches and achievements in studying race composition of wheat stem rust. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(8):967-977. DOI: 10.18699/VJ18.439 EDN: YQNNRJ
23. Selkoe K.A., Toonen R.J. Microsatellites for ecologists: A practical guide to using and evaluating microsatellite markers. Ecol. Lett. 2006;9(5):615-29. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2006.00889.x
24. Skolotneva E.S., Lekomtseva S.N., Kosman E. The wheat stem rust pathogen in the central region of the Russian Federation. Plant Pathol. 2013;62(5):1003-1010. DOI: 10.1111/PPA.12019 EDN: RFNPOZ
25. Szabo L.J. Development of simple sequence repeat markers for the plant pathogenic rust fungus, Puccinia graminis. Mol. Ecol. Notes. 2007;7(1):92-94. DOI: 10.1111/j.1471-8286.2006.01540.x
26. Visser B., Herselman L., Pretorius Z.A. Genetic comparison of Ug99 with selected South African races of Puccinia graminis f.sp. tritici. Mol. Plant Pathol. 2009;10(2):213-222. DOI: 10.1111/j.1364-3703.2008.00525.x
27. Zhong S., Leng Y., Friesen T.L., Faris J.D., Szabo L.J. Development and characterization of expressed sequence tag-derived microsatellite markers for the wheat stem rust fungus Puccinia graminis f. sp. tritici. Phytopathology. 2009;99(3):282-289. DOI: 10.1094/PHYTO-99-3-0282
Выпуск
Другие статьи выпуска
В настоящее время в селекционном процессе, связанном с получением отдаленных гибридов, широко применяют биотехнологические подходы. Проблему неразвития эндосперма и гибели зародыша на ранних стадиях эмбриогенеза у гибридных зерновок можно решить с помощью метода культуры ткани. В данной работе представлены результаты получения гибридов в прямых и обратных скрещиваниях гексаплоидной тритикале (сортов Орден, Садко, линии ДТ-43 и селекционной линии Сиарс), мягкой пшеницы-донора фиолетовой окраски зерна (линия i: S29PF ) и фиолетовозерной полбы (линии 27-3/17 и31/16) с использованием метода эмбриокультуры in vitro. Этот способ позволил получить в общей сложности 41 растение F1 из 114 выделенных эксплантов. Получены фертильные растения F2 из комбинаций с донорами фиолетовой окраски зерна Орден × i: S29PF, i: S29PF × Орден и Садко × 27-3/17, которые в дальнейшем будут включены в селекционный процесс. Таким образом, биотехнологические подходы играют важную роль в создании исходного селекционного материала и преодолении несовместимости родительских форм в отдаленных скрещиваниях пшеницы с тритикале.
Необходимость уборки урожая до наступления неблагоприятных погодных условий определяет оптимальные сроки цветения и созревания культурных растений для каждой географической зоны. Продолжительность вегетационного периода у подсолнечника Helianthus annuus L. зависит от генотипа сорта, природно-климатических условий выращивания и контролируется сложной регуляторной системой, включающей множество генов. Важную роль в этой системе играют гены-интеграторы, которые объединяют различные сигналы и в зависимости от уровня своей экспрессии влияют на активность генов-мишеней, детерминирующих процессы дифференцировки тех или иных органов и тканей. Один из таких генов-интеграторов - флориген FT, или активатор цветения. Ортологи гена FT обнаружены у многих культурных растений, в том числе у подсолнечника. Кроме этого гена в геноме подсолнечника идентифицирован ряд генов фотопериодической регуляции, включая CONSTANS, а также другие гены и QTL, влияющие на время цветения. Данный обзор посвящен обсуждению роли различных генетических локусов в детерминации указанного признака у подсолнечника, а также поиску генов-мишеней для маркер-ориентированной селекции сортов этой культуры, приспособленных к различным климатическим условиям.
Сергей Иванович Бажан начал работать в «Векторе» в 1975 г. по личному приглашению академика Л. С. Сандахчиева и стал одним из основоположников новых научных направлений организации. Все без исключения, кому посчастливилось учиться у него, работать с ним и даже просто встречаться на научных форумах, признавали, каким неординарным и разносторонним человеком был Сергей Иванович. Талантливый ученый, автор более 300 статей, 20 патентов и ряда научных монографий, изданных в России и за рубежом. Его научные интересы простирались от разработки математических моделей для систем «вирус - хозяин» до исследования механизмов действия интерферона и противовирусного иммунитета. С. И. Бажан был одним из первых ученых в мире, начавшим работы по дизайну искусственных поли-CTL-эпитопных Т-клеточных иммуногенов для создания профилактических вакцин против вирусных инфекций и терапевтических - против онкологических заболеваний. В данной статье мы хотим рассказать об этих исследованиях Сергея Ивановича, над которыми нам посчастливилось трудиться вместе с ним.
В статье описан вклад Сергея Ивановича Бажана в развитие методов компьютерного моделирования сложных биологических систем. Химико-кинетический метод моделирования, предложенный С. И. Бажаном и его коллегой В. А. Лихошваем во время работы в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» в 1970-х гг., оказался исключительно удачным и эффективным инструментом исследования динамики сложных, иерархически организованных биологических систем. Данный способ представляет собой одно из важнейших достижений сибирской школы математической/системной биологии и биоинформатики. Концепции, почти полвека назад ставшие основой этого подхода, до сих пор соответствуют тенденциям современной системной биологии.
В статье описан вклад Сергея Ивановича Бажана в развитие методов компьютерного моделирования сложных биологических систем. Химико-кинетический метод моделирования, предложенный С. И. Бажаном и его коллегой В. А. Лихошваем во время работы в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» в 1970-х гг., оказался исключительно удачным и эффективным инструментом исследования динамики сложных, иерархически организованных биологических систем. Данный способ представляет собой одно из важнейших достижений сибирской школы математической/системной биологии и биоинформатики. Концепции, почти полвека назад ставшие основой этого подхода, до сих пор соответствуют тенденциям современной системной биологии.
Текущий спецвыпуск журнала посвящен памяти Сергея Ивановича Бажана (1949–2022). С. И. Бажан родился в 1949 г. в станице Владимировская Зверевского района Ростовской области. Его отец, Иван Никонович, был украинцем, после войны окончил Черниговский политехнический институт и получил распределение на работу в Кузнецкий угольный бассейн. Так семья Бажанов оказалась в Сибири. Его мама, Тамара Ивановна, была донской казачкой, всю жизнь проработала учителем математики в средней школе. У Сергея есть два младших брата – Анатолий и Александр. Любовь и уважение царили в этой семье. Сергей имел математический склад ума и побеждал на всех школьных олимпиадах по математике. Когда ему исполнилось 14 лет, он был приглашен в Физико-математическую школу в Академгородок. После окончания школы в 1966 г. он поступил на биологическое отделение факультета естественных наук Новосибирского государственного университета (НГУ). После третьего курса в 1969 г. Сергей поступил на кафедру физиологии в лабораторию эндокринологии, которой руководил доктор медицинских наук, профессор Михаил Григорьевич Колпаков (https://museum. icgbio. ru/lichnosti/pervie).
Издательство
- Издательство
- НИИТПМ
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1, Метро "Золотая нива", Автобус "Молодежная, Кошурникова"
- Юр. адрес
- 630090, г. Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 10
- ФИО
- Рагино Юлия Игоревна (Руководитель)
- Контактный телефон
- +7 (383) 3730981
- Сайт
- https://iimed.ru/