Abstract
The evaluation of the donor abilities of stem rust resistant durum wheat lines created by hybridization of Triticum durum Desf. with T. timopheevii Zhuk. has been carried out. Two introgressive immune lines (HT-7, HT-10) were studied. They have been tested in the experimental field under artificial inoculation of plants at tillering stage with a set of the most aggressive stem rust races from the local populations in Western Siberia for many years. To determine their donor abilities, the lines were crossed with four durum wheat varieties. F1BC1 – F3BC1, F1BC2 – F3BC2 as well as F2 progenies were investigated. Resistance to stem rust of introgressive tetraploid lines derived from T. timopheevii can be transferred to the offspring both in self-pollination hybrids and in backcrossing programmes. Each additional backcrossing requires increasing several times a sample size due to polygenic control of resistance to stem rust. The observed and expected frequencies of immune recombinants were approximately equal when they were infected with one race and a set of pathogen races. This fact gives reason to use the results of genetic analysis in a breeding programme to create immune wheat varieties. The introgressive lines could be considered as donors of stem rust resistance in breeding for immunity.
References
Бриггс Ф., Ноулз П. Научные основы селекции растений. – М.: Колос, 1972. – 399 с.
Будашкина Е.Б., Гордеева Е.И., Калинина Н.П., Россеева Л.П., Леонова И.Н. Создание вторичных генофондов – источник генов устойчивости к болезням мягкой пшеницы и их использование в селекции // Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: Материалы II Вавиловской международной конференции. – С-Петербург: ВИР, 2008. – С. 247–249.
Воронкова А.А. Применение метода возвратных скрещиваний для анализа генов устойчивости и использование многократных беккроссов в селекции на иммунитет // Генетические основы устойчивости растений к болезням. – Л.: Колос, 1977. – С. 149–166.
Григорьева Л.П. Роль генотипической и модификационной изменчивости в интрогрессивной гибридизации Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Новосибирск, 1988. – 16 с.
Добротворская Т.В., Мартынов С.П., Пухальский В.А. Тенденции изменения генетического разнообразия сортов яровой мягкой пшеницы, реализованных на территории России в 1929-2003 гг. // Генетика. – 2004. – Т. 40. – № 11. – С. 1509–1522.
Инфекционные фоны в фитопатологии / Под ред. Фадеева Ю.Н. – М.: Колос, 1979. – 208 с.
Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Фертильность потомства первого беккросса (T. durum Desf. × T. timopheevii Zhuk.) в зависимости от генотипического разнообразия видов и условий выращивания // Сельскохозяйственная биология. – 1985. – № 3. – С. 77–79.
Козловская В.Ф., Григорьева Л.П. Особенности реализации женских гамет F1 межвидовых гибридов Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. // Гаметная и зиготная селекция растений: Материалы респ. конф. 23 июня 1986 г. – Кишинев: Штиинца, 1987. – С. 63–66.
Козловская В.Ф., Григорьева Л.П., Шатилова Н.В. Возможность отбора устойчивых к стеблевой ржавчине форм в первых поколениях межвидовых гибридов // Селекция сельскохозяйственных культур в Алтайском крае. – Новосибирск, 1988. – С. 49–59.
Козловская В.Ф., Григорьева Л.П., Шатилова Н.В. Использование межвидовой гибридизации для создания новых источников устойчивости пшеницы к стеблевой ржавчине // Сельскохозяйственная биология. – 1990. – № 1. – 65–71.
Кохметова А.М., Атишова М.Н. Идентификация источников устойчивости к стеблевой ржавчине пшеницы с использованием молекулярных маркеров // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2012. – Т. 16. – № 1. – С. 132–141.
Лайкова Л.И., Арбузова В.С., Ефремова Т.Т., Попова О.М. Создание иммунных линий сорта Саратовская 29 с комплексной устойчивостью к грибам ржавчины и мучнистой росы // Генетика. – 2004. – Т. 40. – С. 631–635.
Леонова И.Н. Генетический контроль устойчивости к грибным болезням у мягкой пшеницы с интрогрессиями от Triticum timopheevii Zhuk.: Автореф. дис. … д.б.н. – Новосибирск, 2015. – 32 с.
Мартынов С.П., Добротворская Т.В., Пухальский В.А. Динамика генетического разнообразия сортов озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), районированных на территории России в 1929–2005 гг. // Генетика. – 2006. – Т. 42. – № 10. – С. 1359–1371.
Мережко А.Ф. Проблема доноров в селекции растений. – СПб.: ВНИИР, 1994. – 125 с.
Неттевич Э.Д. Проблема исходного материала на современном этапе селекции зерновых культур // С.-х. биология. – 1982. – № 6. – С. 20–24.
Скурыгина Н.А. Высокоэффективные гены устойчивости к популяции бурой ржавчины и мучнистой росы у линий мягкой пшеницы, производных Т. timopheevii Zhuk., и их идентификация // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. –1984. – Т. 85. – С. 5–13.
Хлебова Л.П. Межвидовая совместимость тетраплоидных пшениц Triticum durum Desf. и Triticum timopheevii Zhuk. // Известия Алтайского государственного университета. – 2009. – № 3. – С. 33–37.
Хлебова Л.П. Результативность возвратного скрещивания межвидовых гибридов пшеницы Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. // Известия Алтайского государственного университета. – 2010. – № 3-1. – С. 60–63.
Хлебова Л.П., Барышева Н.В. Цитогенетические особенности интрогрессивных линий твердой пшеницы // Acta Biologiсa Sibirica. – 2015. –Т. 1. – № 3-4. – С. 160–170.
Хлебова Л.П., Барышева Н.В. Рекомбиногенез и продуктивные свойства пентаплоидных гибридов пшеницы // Acta Biologiсa Sibirica. – 2016а. – Т. 2. – № 3. – С. 61–72.
Хлебова Л.П., Барышева Н.В. Генетический контроль устойчивости к стеблевой ржавчине у интрогрессивных линий твердой пшеницы, производных Triticum timopheevii Zhuk. // Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University. – 2016б. – Т. 6 (3). – С. 121-131.
Шаманин В.П., Моргунов А.И., Манес Я., Зеленский Ю.И., Чурсин А.С., Левшунов М.А. Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к местной популяции и к вирулентной расе Ug99 стеблевой ржавчины в условиях Западной Сибири // Вестник ВОГиС. – 2010. – Т. 14. – № 2. – С. 223–231.
Allard R.W., Shands R.G. Inheritance of resistance to stem rust and powdery mildew in cytologically stable spring wheats derived from
Triticum timopheevii // Phytopathology. – 1954. – V. 44. – P. 266–274.
Jin Y., Singh R.P., Ward R.W. et al. Characterization of seedling infection types and adult plant infection responses of monogenic Sr gene lines to race TTKS of Puccinia graminis f. sp. tritici // Plant Disease. – 2007. – N 91. – P. 1096–1099. DOI:10.1094/PDIS-91-9-1096.
Kielsmeier-Cook J., Danilova T.V., Friebe B., Rouse M.N. Resistance to the Ug99 lineage of Puccinia graminis f. sp. tritici in wheat–inter/intrageneric derivatives // Plant Dis. – 2015. – V. 99. – P. 1317–1325.
Laidò G., Panio G., Marone D. et al. Identification of new resistance loci to African stem rust race TTKSK in tetraploid wheats based on linkage and genome-wide association mapping // Frontiers in Plant Science. – 2015. – V. 6. doi: 10.3389/fpls.2015.01033. – Retrieved from:
www.frontiersin.org
Letta T., Maccaferri M., Badebo A. et al. Searching for novel sources of field resistance to Ug99 and Ethiopian stem rust races in durum wheat via association mapping // Theor Appl Genet. – 2013. – V. 126. – N 5. – P. 1237–1256. doi:10.1007/s00122-013-2050-8
Mago R., Verlin D., Zhang P. et al. Development of wheat–Aegilops speltoides recombinants and simple PCR-based markers for Sr32 and a new stem rust resistance gene on the 2S#1 chromosome // Theor Appl Genet. – 2013. – V. 126. – N 12. – P. 2943–2955. doi:10.1007/s00122-013-2184-8
Martynov S.P., Dobrotvorskaya T.V., Pukhalskiy V.F. Analysis of genetic diversity of spring durum wheat (Triticum durum Desf.) cultivars released in Russia in 1929-2004 // Rus. J. Genetics. – 2005. – V. 41. – N 10. – P. 1113–1122.
Mujeeb-Kazi A., Kazi A.G., Dundas I. et al. Genetic diversity for wheat improvement as a conduit to food security // Advances in Agronomy. – 2013. – V. 122. – P. 179–257. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-417187-9.00004-8
Newcomb M., Olivera P.D., Rouse M.N. et al. Kenyan isolates of Puccinia graminis f. sp. tritici from 2008 to 2014: virulence to SrTmp in the Ug99 race group and implications for breeding programs // Phytopathology. – 2016. – V. 106. – N 7. – P. 729–736. doi: http://dx.doi.org/10.1094/PHYTO-12-15-0337-R
Olivera P.D., Badebo A., Xu S.S., Klindworth D.L., Jin Y. Resistance to race TTKSK of Puccinia graminis f. sp. tritici in emmer wheat // Crop Sci. – 2012. – V. 52. – P. 2234–2242. doi: 10.2135/cropsci2011.12.0645
Olson E.L., Rouse M.N., Pumphrey M.O. et al. Simultaneous transfer, introgression, and genomic localization of genes for resistance to stem rust race TTKSK (Ug99) from Aegilops tauschii to wheat // Theor Appl Genet. – 2013. – V. 126. – N 5. – P. 1179–1188. doi:10.1007/s00122-013-2045-5
Pretorius Z.A., Jin Y., Bender C.M., Herselman L., Prins R. Seedling resistance to stem rust race Ug99 and marker analysis for Sr2, Sr24 and Sr31 in South African wheat cultivars and lines // Euphytica. – 2012. – V. 186. – N 1. – P. 15–23. doi:10.1007/s10681-011-0476-0
Pretorius Z.A., Singh R.P., Wagoire W.W., Payne T.S. Detection of virulence to wheat stem rust resistance gene Sr31 in Puccinia graminis f. sp. tritici in Uganda // Plant Dis. – 2000. – V. 84. – P. 203.
Rouse M.N., Wanyera R., Njau P., Jin Y. Sources of resistance to stem rust race Ug99 in spring wheat germplasm // Plant Dis. – 2011. – V. 95. – P. 762–766.
Shamanin V., Salina E., Wanyera R., Zelenskiy Yu., Olivera P., Morgounov A. Genetic diversity of spring wheat from Kazakhstan and Russia for resistance to stem rust Ug99 // Euphytica. – 2016. doi:10.1007/s10681-016-1769-0
Singh R.P., Hodson D.P., Huerta-Espino J., Jin Y., Njau P. et al. Will stem rust destroy the world’s wheat crop? // Adv. Agron. – 2008. – V. 98. – P. 271–309.
Singh R.P., Hodson D.P., Huerta-Espino J., Jin Y., Bhavani S. et al. The emergence of Ug99 races of the stem rust fungus is a threat to world wheat production // Annual Review of Phytopathology. – 2011. – V. 49. –
P. 465–481. DOI: 10.1146/annurev-phyto-072910-095423
Singh R.P., Hodson D.P., Jin Y. et al. Emergence and spread of new races of wheat stem rust fungus: Continued threat to food security and prospect of genetic control // Phytopathology. – 2015. – V. 105. – N 7. – P. 872–884.
Tomar S.M.S., Joshi B.C., Kochumadhavan M., Shrivastava K.D. Transfer of leaf rust resistance into bread wheat from Triticum timopheevii Zhuk. // Current Sci. – 1988. – V. 57. – P. 17–19.
REFERENCES
Allard, R.W., Shands, R.G. (1954). Inheritance of resistance to stem rust and powdery mildew in cytologically stable spring wheats derived from Triticum timopheevii. Phytopathology, 44, 266–274.
Briggs, F., Noulz, P. (1972). Nauchnye osnovy selekcii rastenij. Moskva: Kolos (in Russian).
Budashkina, E.B., Gordeeva, E.I., Kalinina, N.P., Rosseeva, L.P., Leonova, I.N. (2008). Sozdanie vtorichnyh genofondov – istochnik genov ustojchivosti k boleznyam myagkoj pshenicy i ih ispol'zovanie v selekcii. Geneticheskie resursy kul'turnyh rastenij v XXI veke: Materialy II Vavilovskoj mezhdunarodnoj konferencii. S-Peterburg: VIR (in Russian).
Dobrotvorskaya, T.V., Martynov, S.P., Puhal'skij, V.A. (2004). Tendencii izmeneniya geneticheskogo raznoobraziya sortov yarovoj myagkoj pshenicy, realizovannyh na territorii Rossii v 1929-2003 gg. Genetika, 40 (11), 1509–1522 (in Russian).
Grigor'eva, L.P. (1988). Rol' genotipicheskoj i modifikacionnoj izmenchivosti v introgressivnoj gibridizacii Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. Thesis of Doctoral Dissertation. Novosibirsk (in Russian).
Hlebova, L.P. (2009). Mezhvidovaya sovmestimost' tetraploidnyh pshenic Triticum durum Desf. i Triticum timopheevii Zhuk. Izvestiya Altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3, 33–37 (in Russian).
Hlebova, L.P. (2010). Rezul'tativnost' vozvratnogo skreshchivaniya mezhvidovyh gibridov pshenicy Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. Izvestiya Altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-1, 60–63 (in Russian).
Hlebova, L.P., Barysheva, N.V. (2015). Citogeneticheskie osobennosti introgressivnyh linij tverdoj pshenicy. Acta Biologica Sibirica, 1 (3-4), 160–170 (in Russian).
Hlebova, L.P., Barysheva, N.V. (2016a). Rekombinogenez i produktivnye svojstva pentaploidnyh gibridov pshenicy. Acta Biologica Sibirica, 2 (3), 61–72 (in Russian).
Hlebova, L.P., Barysheva, N.V. (2016b). Geneticheskij kontrol' ustojchivosti k steblevoj rzhavchine u introgressivnyh linij tverdoj pshenicy, proizvodnyh Triticum timopheevii Zhuk. Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University, 6 (3), 121–131 (in Russian).
Infekcionnye fony v fitopatologii (1979). Pod red. Fadeeva Yu.N. Moskva: Kolos (in Russian).
Jin, Y., Singh, R.P., Ward, R.W. et al. (2007). Characterization of seedling infection types an adult plant infection responses of monogenic Sr gene lines to race TTKS of Puccinia graminis f. sp. tritici. Plant Disease, 91, 1096–1099. DOI:10.1094/PDIS-91-9-1096.
Kielsmeier-Cook, J., Danilova, T.V., Friebe, B., Rouse, M.N. (2015). Resistance to the Ug99 lineage of Puccinia graminis f. sp. tritici in wheat–inter/intrageneric derivatives. Plant Dis, 99, 1317–1325.
Mago, R., Verlin, D., Zhang, P. et al. (2013). Development of wheat–Aegilops speltoides recombinants and simple PCR-based markers for Sr32 and a new stem rust resistance gene on the 2S#1 chromosome. Theor Appl Genet, 126(12), 2943–2955. doi:10.1007/s00122-013-2184-8
Kohmetova, A.M., Atishova, M.N. (2012). Identifikaciya istochnikov ustojchivosti k steblevoj rzhavchine pshenicy s ispol'zovaniem molekulyarnyh markerov. Vavilovskij zhurnal genetiki i selekcii, 16 (1), 132–141 (in Russian).
Kozlovskaya, V.F., Grigor'eva, L.P. (1985). Fertil'nost' potomstva pervogo bekkrossa (T. durum Desf. × T. timopheevii Zhuk.) v zavisimosti ot genotipicheskogo raznoobraziya vidov i uslovij vyrashchivaniya. Sel'skohozyajstvennaya biologiya, 3, 77–79 (in Russian).
Kozlovskaya, V.F., Grigor'eva, L.P. (1987). Osobennosti realizacii zhenskih gamet F1 mezhvidovyh gibridov Triticum durum Desf. × Triticum timopheevii Zhuk. Gametnaya i zigotnaya selekciya rastenij: Materialy resp. konf. 23 iyunya 1986 g. Kishinev: Shtiinca (in Russian).
Kozlovskaya, V.F., Grigor'eva, L.P., Shatilova, N.V. (1988). Vozmozhnost' otbora ustojchivyh k steblevoj rzhavchine form v pervyh pokoleniyah mezhvidovyh gibridov. Selekciya sel'skohozyajstvennyh kul'tur v Altajskom krae. Novosibirsk (in Russian).
Kozlovskaya, V.F., Grigor'eva, L.P., Shatilova, N.V. (1990). Ispol'zovanie mezhvidovoj gibridizacii dlya sozdaniya novyh istochnikov ustojchivosti pshenicy k steblevoj rzhavchine. Sel'skohozyajstvennaya biologiya, 1, 65–71 (in Russian).
Laidò, G., Panio, G., Marone, D. et al. (2015). Identification of new resistance loci to African stem rust race TTKSK in tetraploid wheats based on linkage and genome-wide association mapping. Frontiers in Plant Science, 6. doi: 10.3389/fpls.2015.01033. Retrieved from: www.frontiersin.org
Lajkova, L.I., Arbuzova, V.S., Efremova, T.T., Popova, O.M. (2004). Sozdanie immunnyh linij sorta Saratovskaya 29 s kompleksnoj ustojchivost'yu k gribam rzhavchiny i muchnistoj rosy. Genetika, 40, 631–635 (in Russian).
Leonova, I.N. (2015). Geneticheskij kontrol' ustojchivosti k gribnym boleznyam u myagkoj pshenicy s introgressiyami ot Triticum timopheevii Zhuk. Thesis of Doctoral Dissertation. Novosibirsk (in Russian).
Letta, T., Maccaferri, M., Badebo, A. et al. (2013). Searching for novel sources of field resistance to Ug99 and Ethiopian stem rust races in durum wheat via association mapping. Theor Appl Genet, 126 (5), 1237–1256. doi:10.1007/s00122-013-2050-8
Martynov, S.P., Dobrotvorskaya, T.V., Pukhalskiy, V.F. (2005). Analysis of genetic diversity of spring durum wheat (Triticum durum Desf.) cultivars released in Russia in 1929-2004. Rus. J. Genetics, 41 (10), 1113–1122.
Martynov, S.P., Dobrotvorskaya, T.V., Puhal'skij, V.A. (2006). Dinamika geneticheskogo raznoobraziya sortov ozimoj myagkoj pshenicy (Triticum aestivum L.), rajonirovannyh na territorii Rossii v 1929–2005 gg. Genetika, 42, (10), 1359–1371 (in Russian).
Merezhko, A.F. (1994). Problema donorov v selekcii rastenij. Sankt-Peterburg: VNIIR (in Russian).
Mujeeb-Kazi, A., Kazi, A.G., Dundas, I. et al. (2013). Genetic diversity for wheat improvement as a conduit to food security. Advances in Agronomy, 122, 179–257. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-417187-9.00004-8
Nettevich, E.D. (1982). Problema iskhodnogo materiala na sovremennom ehtape selekcii zernovyh kul'tur. Sel'skohozyajstvennaya biologiya, 6, 20–24 (in Russian).
Newcomb, M., Olivera, P. D., Rouse, M.N. et al. (2016). Kenyan isolates of Puccinia graminis f. sp. tritici from 2008 to 2014: virulence to SrTmp in the Ug99 race group and implications for breeding programs. Phytopathology, 106 (7), 729–736. doi:
http://dx.doi.org/10.1094/PHYTO-12-15-0337-R
Olivera, P.D., Badebo, A., Xu, S.S., Klindworth, D.L., Jin, Y. (2012). Resistance to race TTKSK of Puccinia graminis f. sp. tritici in emmer wheat. Crop Sci, 52, 2234–2242. doi: 10.2135/cropsci2011.12.0645
Olson, E.L., Rouse, M.N., Pumphrey, M.O. et al. (2013). Simultaneous transfer, introgression, and genomic localization of genes for resistance to stem rust race TTKSK (Ug99) from Aegilops tauschii to wheat. Theor Appl Genet, 126 (5), 1179–1188. doi:10.1007/s00122-013-2045-5
Pretorius, Z.A., Jin, Y., Bender, C.M., Herselman, L., Prins, R. (2012). Seedling resistance to stem rust race Ug99 and marker analysis for Sr2, Sr24 and Sr31 in South African wheat cultivars and lines. Euphytica, 186 (10), 15–23. doi:10.1007/s10681-011-0476-0
Pretorius, Z.A., Singh, R.P., Wagoire, W.W., Payne, T.S. (2000). Detection of virulence to wheat stem rust resistance gene Sr31 in Puccinia graminis f. sp. tritici in Uganda. Plant Dis., 84, 203.
Rouse, M.N., Wanyera, R., Njau, P., Jin, Y. (2011). Sources of resistance to stem rust race Ug99 in spring wheat germplasm. Plant Dis, 95, 762–766.
Shamanin, V.P, Morgunov, A.I., Manes, Ya., Zelenskij, Yu.I., Chursin, A.S., Levshunov, M.A. (2010). Selekciya yarovoj myagkoj pshenicy na ustojchivost' k mestnoj populyacii i k virulentnoj rase Ug 99 steblevoj rzhavchiny v usloviyah Zapadnoj Sibiri. Vestnik VOGiS, 14 (2), 223–231 (in Russian).
Shamanin, V., Salina, E., Wanyera, R., Zelenskiy, Yu., Olivera, P., Morgounov, A. (2016). Genetic diversity of spring wheat from Kazakhstan and Russia for resistance to stem rust Ug99. Euphytica. doi:10.1007/s10681-016-1769-0
Singh, R.P., Hodson, D.P., Huerta-Espino, J., Jin, Y., Njau, P. et al. (2008). Will stem rust destroy the world’s wheat crop? Adv. Agron., 98, 271–309.
Singh, R.P., Hodson, D.P., Huerta-Espino, J., Jin, Y., Bhavani, S. et al. (2011). The emergence of Ug99 races of the stem rust fungus is a threat to world wheat production. Annual Review of Phytopathology, 49, 465–481. DOI: 10.1146/annurev-phyto-072910-095423
Singh, R.P., Hodson, D.P., Jin, Y. et al. (2015). Emergence and spread of new races of wheat stem rust fungus: Continued threat to food security and prospect of genetic control. Phytopathology, 105 (7), 872–884.
Skurygina, N.A. (1984). Vysokoehffektivnye geny ustojchivosti k populyacii buroj rzhavchiny i muchnistoj rosy u linij myagkoj pshenicy, proizvodnyh T. timopheevii Zhuk., i ih identifikaciya. Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii, 85, 5–13 (in Russian).
Tomar, S.M.S., Joshi, B.C., Kochumadhavan, M., Shrivastava, K.D. (1988). Transfer of leaf rust resistance into bread wheat from Triticum timopheevii Zhuk. Current Sci., 57, 17–19.
Voronkova, A.A. (1977). Primenenie metoda vozvratnyh skreshchivanij dlya analiza genov ustojchivosti i ispol'zovanie mnogokratnyh bekkrossov v selekcii na immunitet. Geneticheskie osnovy ustojchivosti rastenij k boleznyam. Leningrad: Kolos (in Russian).
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.