Труды Кубанского государственного аграрного университета
    

    <<<  Back

    2023, № 106

    UDC: 631.527.21:633.111
    GSNTI: 68.35.03

    Creation of wheat leaf rust resistance donors by pyramiding genes for CRNZ conditions

    The development of wheat varieties with polygenic resistance has been called "gene pyramiding". This labor-intensive and time-consuming process is now greatly simplified by the development of molecular markers that allow relatively rapid identification of the presence of the target gene. This article presents the stage of work on obtaining digenic donors of resistance to brown rust at the Department of Genetics, Breeding and Seed Production of the K.A. Timiryazev Russian State Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev. Identification of the desired genotypes was carried out using molecular markers at the All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology. The aim of this work was to obtain genotypes of spring wheat based on the variety Ivolga, containing 2 genes of resistance to brown wheat rust each, in the conditions of the Central region of the Non-Chernozem zone. Genes relevant for the zone were identified from literature sources (Lr 9, Lr 11, Lr 12, Lr 13, Lr 15, Lr 19, Lr 24, Lr 25, Lr 28, Lr 29, Lr 37, Lr 38, Lr 44, Lr 45). The gene donors were isogenic lines of Thatcher cultivar with different Lr genes. The condition for gene matching was their independent inheritance. Evaluation of line resistance to the disease was carried out according to the methodology of the state variety trial. DNA was isolated by STAB method. Gene identification was carried out using polymerase chain reaction. As a result, lines with dominant Lr genes in homozygous (Lr9, Lr12, Lr13, Lr15, Lr37, Lr38) and partially heterozygous state (Lr 19, Lr25 and Lr45) were isolated. Most lines are highly resistant on natural infection background, two are immune (Lr29 and Lr44). Fourteen F hybrids were obtained from crosses with the variety Ivolga. On their basis, 10 hybrid combinations with two different combinations of dominant resistance genes were obtained (Lr11+Lr13; Lr9+Lr12; Lr19+Lr37; Lr24+Lr9; Lr25+Lr29; Lr28+Lr38; Lr29+Lr44; Lr37+Lr44; Lr13+Lr15; Lr13+Lr38). Work in progress.
    Keywords: Wheat leaf rust, dominant Lr genes, resistance donors, molecular markers, gene pyramiding, wheat varieties.
    DOI: 10.21515/1999-1703-106-304-313

    References:

    1. Гультяева, Е. И. Расширение генетического разнообразия сортов яровой мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине (Puccinia triticina Eriks.) в Нижнем Поволжье / Е. И. Гультяева // Сельскохозяйственная биология. - 2020. - Т. 55. - №. 1. - С. 27-44.
    2. Гультяева, Е. И. Генетическое разнообразие российских сортов мягкой пшеницы по устойчивости к возбудителю бурой ржавчины / / Е. И. Гультяева // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2012. - № 2. - С. 29-32.
    3. Доноры устойчивости яровой мягкой пшеницы к бурой ржавчине и мучнистой росе с генетическим материалом видов Aegilops speltoides L., Ae. triuncialis L., Triticum kiharae Dorof. et Migusch. / С. В. Дженин [и др.] // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2009. - Вып. 5. - С. 3-7.
    4. Лапочкина, И. Ф. Разнообразие коллекции мягкой пшеницы «Арсенал» и его использование в селекционно-генетических исследованиях / И. Ф. Лапочкина // Иммунологическая защита сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей: материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 125-летию со дня рожд. Н. И. Вавилова, Большие Вяземы Московской обл. 17-21 июля 2012 г. - Большие Вяземы, 2012. - С. 401-408.
    5. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск первый. Общая часть / под общей ред. М. А. Федина. - М., 1985. - 270 с.
    6. Молекулярные подходы в идентификации генов устойчивости к бурой ржавчине у российских сортов пшеницы // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2009. - Вып. 5. - С. 23-26.
    7. Мочалова, Л. Вредоносность бурой ржавчины пшеницы / Л. Мочалова// Сборник науч. тр. Мироновского НИИСХ. - 1978. - Вып. 2. - С. 136-141.
    8. Оценка и характеристика образцов коллекции синтетической пшеницы (2n=42) как новых источников устойчивости к бурой ржавчине и мучнистой росе в условиях Нечерноземной зоны РФ // Известия ТСХА. - 2011. - Вып. 6. - С. 39-48.
    9. Плотникова, Л. Я. Тенденция преодоления устойчивости к бурой ржавчине интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Aegilops speltoides Tausch. / Л. Я. Плотникова, Л. В. Мешкова, Е. И. Гультяева, О. П. Митрофанова, И. Ф. Лапочкина // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2018. - Вып. 22(5). - С. 560-567.
    10. Практикум по селекции и семеноводству полевых культур: Учебное пособие / В. В. Пыльнев, Ю. Б. Коновалов, А. Н. Березкин и др.; под ред. профессора В. В. Пыльнева. - СПб.: Изд-во «Лань», 2014. - 448 с.
    11. Сорокина, Г. К. Использование эффективных Lr-генов в селекции пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине: методические рекомендации / Г. К. Сорокина. - М., 1990. - 32 с.
    12. Урбанович, О. Ю. Определение генов устойчивости к бурой ржавчине в сортах пшеницы (Triticum aestivum L.) с использованием молекулярных маркеров / О. Ю. Урбанович, С. В. Малышев, Т. В. Долматович, Н. А. Картель // Генетика. - 2006. - Т. 42. - № 5. - С. 675-683.
    13. Bolton, M. D. Wheat leaf rust caused by Puccinia triticina / M. D. Bolton, J. A. Kolmer, D. F. Garvin //Molecular plant pathology. - 2008. - Vol. 9. - No. 5. - P. 563-575.
    14. Chhetri, M. Development Of Robust Molecular Markers For Marker-Assisted Selection Of Leaf Rust Resistance Gene Lr23 In Common And Durum Wheat Breeding Programs / M. Chhetri, H. Bariana, D. Wong, Y. Sohail, M. Hayden, U. Bansal. - Molecular Breeding, 2017. - 37 p.
    15. Davoyan, E. R. Use of molecular markers in wheat breeding for resistance to leaf rust at the Lukyanenko Research Institute of Agriculture / E. R. Davoyan // Russian Journal of Genetics: Applied Research. - 2015. - Vol. 5. - No. 3. - P. 227-232.
    16. Dholakia, B. Molecular Mapping Of Leaf Rust Resistance Gene Lr15 In Hexaploid Wheat / B. Dholakia, A. Rajwade, P. Hosmani, R. Khan, S. Chavan, D. Reddy, M. Lagu, U. Bansal, R. Saini, V. Gupta // Molecular Breeding. - 2012. - Р. 743-747.
    17. Doyle, J. J. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue /j. J. Doyle // Phytochem. Bull., 1987. - Vol. 19. - P. 11-15.
    18. Flor, Н. H. The complementary genetic system in flax and flax rusts / Н. H. Flor // Adv. Genet., 1956. - Vol. 8. - P. 29-54.
    19. Gennaro, A. candidate for Lr19, an exotic gene conditioning leaf rust resistance in wheat / A. Gennaro // Functional and Integrative Genomic, 2009. - Vol. 9. - P. 325-334.
    20. Gupta, S. K. Development and validation of molecular markers linked to an Aegilops umbellulata-derived leaf-rust-resistance gene, Lr9, for marker-assisted selection in bread wheat / S. K. Gupta // Genome, 2005. - Vol. 48. - P. 823-830.
    21. Helguera, M. PCR assays for the Lr37-Yr17-Sr38 cluster of rust resistance genes and their use to develop isogenic hard red spring wheat lines / M. Helguera, I. A. Khan, J. Kolmer, D. Lijavetzky, L. Zhong-Gi, J. Dubcovsky // Crop Science, 2003. - Vol. 43. - P. 1839-1847.
    22. Kloppers, F. J. Effects of combinations amongst genes Lr13, Lr34 and Lr37 on components of resistance in wheat to leaf rust / F. J. Kloppers // Plant Pathology. - 1997. - Vol. 46. - No. 5. - P. 737-750.
    23. McIntosh, R. A. Catalogue of gene symbols for wheat / R. A. McIntosh // Proceedings of the 12th international wheat genetics symposium. - Yokohama Japan. - 2013. - P. 8-13.
    24. Ren, X. Genetics of resistance to leaf rust in wheat: an overview in a genome-wide level / X. Ren // Sustainability. - 2023. - Vol. 15. - No. 4. - P. 3247.
    25. Seyfarth, R. Molecular mapping of the adult-plant leaf rust resistance gene Lr13 in wheat (Triticum aestivum L.) / R. Seyfarth, C. Feuillet, G. Schachermayr, M. Messmer, M. Winzeler, and B. Keller // Journal of Genetics and Breeding. - 2000. - Vol. 54, No. 3. - Р. 193-198.
    26. Singh, S. Molecular mapping of adult plant race-specific leaf rust resistance gene Lr12 in bread wheat / S. Singh // Mol. Breeding. - 2011. - Vol. 28 (2). - P. 137-142.
    27. Sumíková, T. Multiplex PCR assay to detect rust resistance genes Lr26 and Lr37 in wheat / T Sumíková // Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. - 2010. - Vol. 46. - No. 2. - P. 85-89.
    28. Tamari, F. A Comparison of DNA Extraction Methods using Petunia hybrida Tissues / F. Tamari, C. S. Hinkley, N. Ramprashad // J Biomol Tech. - 2013. - Vol. 24. - No. 3. - P. 113-118.

    Authors:

    1. Rubets Valentina Sergeevna, DSc in Biology, professor, FSBEI HE “Russian State Agrarian University - K.A. Timiryazev MAA”.
    2. Lappo Anastasia Andreevna, master student, FSBEI HE “Russian State Agrarian University - K.A. Timiryazev MAA”.
    3. Shilova Ksenia Olegovna, master student, FSBEI HE “Russian State Agrarian University - K.A. Timiryazev MAA”.
    4. Divashuk Mikhail Georgievich, PhD in Biology, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology.
    5. Chernook Anastasia Gennadievna, Junior Researcher, postgraduate student, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology.

    © 2010-2021 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина»

    Телефон: +7(861)244-32-47.

    Зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия, свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-21434 от 30 июня 2005 г.