Структура российских популяций возбудителя желтой ржавчины пшеницы по вирулентности и SSR маркерам в 2023 году

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В последние десятилетия во всем мире отмечается нарастание вредоносности желтой ржавчины пшеницы (возбудитель – Puccinia striiformis f. sp. tritici). Цель данной работы – характеристика вирулентности и молекулярного полиморфизма российских популяций P. striiformis f. sp. tritici в 2023 г. Листья с урединиопустулами Pst собраны в Северо-Западном (Ленинградская обл.), Северокавказском (Дагестан, Краснодарский край) и Нижневолжском регионах (Саратовская обл.). Тестерами вирулентности служили 14 изогенных линий (AvocetNIL) и 15 сортов-дифференциаторов. В микросателлитном анализе использовали 20 маркеров, подобранных в Global Rust Research Center. Поиск инвазивных рас PstS1 и PstS2 проводили с помощью SCAR маркеров (SCP19M: 24a1, 24a2, 26a1, 26a2). Анализ вирулентности включал 70 изолятов: 34 дагестанских, 12 краснодарских, 6 саратовских и 18 ленинградских. Высокой эффективностью характеризовались гены Yr5, Yr10, Yr15, Yr24 и Yr26. Отмечено нарастание вирулентности к ранее эффективному в России гену Yr17. Для остальных Yr-генов не выявлено существенных изменений в частотах вирулентности. Региональные популяции Pst в 2023 г., как и в 2019–2022 гг., характеризовались высоким фенотипическим разнообразием. В них обнаружено 43 фенотипа (расы) (23 в дагестанской, 3 в краснодарской, 2 в саратовской и 17 в ленинградской). Два общих фенотипа вирулентности отмечены в краснодарской и ленинградской Pst коллекциях. Согласно индексу Fst высоким сходством характеризовались дагестанская, краснодарская и ленинградская популяция; саратовская дифференцировались от них умеренно. Микросателлитный анализ выполнен для 55 изолятов (28 дагестанских, 18 ленинградских, 6 краснодарских, 3 саратовских). Полиморфизм отмечен для 10 из 20 изученных локусов, в которых выявлено по два аллеля. Значительные отклонения от равновесия Харди–Вайнберга отмечены для 11 локусов. Генотипическое разнообразие географических популяций по микросателитным локусам было ниже, чем по признаку вирулентности. Изученная коллекция представлена 20 мультилокусными генотипами (MGs) (дагестанская – 14, ленинградская – 7, краснодарская 2, саратовская – 1). Общие MGs обнаружены в дагестанской, краснодарской и ленинградской Pst коллекциях (MG_1); в дагестанской и ленинградской (MG_2); в дагестанской и саратовской (MG_3) изолятах. Три MGs (№ 4–6) были представлены двумя и более изолятами, остальные – одним изолятом. Как и при анализе вирулентности, высоким сходством по SSR маркерам (индекс Fst) характеризовались дагестанская, краснодарская и ленинградская популяции; саратовская отличалась от них умеренно. Согласно тесту Мантеля, отмечается высокая корреляция результатов изучения структуры популяций по вирулентности и микросателлитам (r = 0.93). С использованием SCAR-маркеров, как и в предыдущие годы, определены единичные изоляты PstS2 в ленинградской и дагестанской популяциях. Проведенный комплексный анализ указывает на высокую изменчивость популяций возбудителя желтой ржавчины в России, что обуславливает необходимость проведения ежегодного анализа их полиморфизма по вирулентности и SSR локусам. Доноры высокоэффективных Yr-генов могут быть рекомендованы для использования в селекции на устойчивость к желтой ржавчине. Отсутствие дифференциации между северокавказскими и северо-западными образцами Pst указывает на существование единой популяции на данных территориях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. И. Гультяева

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Автор, ответственный за переписку.
Email: eigultyaeva@gmail.com
Россия, 196608 Санкт-Петербург

Е. Л. Шайдаюк

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Email: eshaydayuk@bk.ru
Россия, 196608 Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Ali S., Gautier A., Leconte M. et al. A rapid genotyping method for an obligate fungal pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici, based on DNA extraction from infected leaf and Multiplex PCR genotyping. BMC Research Notes. 2011. V. 4. P. 240. https://doi.org/10.1186/1756-0500-4-240
  2. Ali S., Khan M.R., Gautier A. et al. Microsatellite genotyping of the wheat yellow rust pathogen Puccinia striiformis. In: Sambasivam Periyannan (ed.). Wheat rust diseases: methods and protocols, methods in molecular biology. V. 1659. N.Y., 2017, pp. 59–70.
  3. Awais M., Ma J., Chen W. et al. Molecular genotyping revealed the gene flow of Puccinia striiformis f. sp. tritici clonal lineage from Uzbekistan of Central Asia to Xinjiang of China. Phytopathol. Res. 2025. https://doi.org/10.1186/s42483-024-00290-5
  4. Bankina B., Jakobija I., Bimšteine G. Peculiarities of wheat leaf disease distribution in Latvia. Acta Biol. Univ. Daugavp. 2011. V. 11 (1). P. 47–54.
  5. Chugunkova T.V., Pastukhova N.L., Topchii T.V. et al. Harmfulness of wheat yellow rust and identification of resistance genes to its highly virulent races. Sci. Innov. 2023. V. 19 (4). P. 66–78. https://doi.org/10.15407/scine19.04.066
  6. Feodorova-Fedotova L., Bankina B. Occurrence of genetic lineages of Puccinia striiformis in Latvia agricultural sciences. Research for rural development. 2020. V. 35. P. 27–32. https://doi.org/10.22616/rrd.26.2020.004
  7. Gassner G., Straib W. Untersuchungen Über die Infektionsbedingungen von Puccinia glumarum und Puccinia graminis. Arb. Biol. Reichsanst. Land-Forst- wirtsch Berlin-Dahlem. 1929. V. 16 (4). P. 609–629.
  8. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L. Diversity of Northwestern and North Caucasian populations of Puccinia striiformis f. sp. tritici by virulence and microsatellite loci in 2022. Mikologiya i fitopatologiya. 2024. V. 58 (4). P. 327–338. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0026364824040062
  9. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Kosman E.G. SSR‐based analysis of structural variation of the Russian population of Puccinia striiformis f. sp. tritici in 2019–2021. Plant Pathol. 2024. V. 73 (7). P. 1761–1774. https://doi.org/10.1111/ppa.13919
  10. Gultyaeva Е., Shaydayuk E., Kosman E. Virulence diversity of Puccinia striiformis f. sp. tritici in common wheat in Russian regions in 2019–2021. Agriculture. 2022. V. 12 (11). P. 1957. https://doi.org/10.3390/agriculture12111957
  11. Gultyaeva E.I, Solodukhina O.V. Rusts diseases in cereals. Izuchenie geneticheskikh resursov zernovyh kultur po ustojchivosti k vrednym organizmam. 2008. P. 5–11. (In Russ.).
  12. Hovmøller M.S., Patpour M., Rodriguez-Algaba J. et al. GRRC report of yellow and stem rust races 2022: GRRC, Aarhus University, Denmark. https://agro.au.dk/fileadmin/www.grcc.au.dk/International_Services/Pathotype_YR_results/GRRC_annual_report_2022.pdf. Accessed 14.01.2025
  13. Hovmøller M.S., Patpour M., Rodriguez-Algaba J. et al. Stem- and yellow rust genotyping and race analyses. 2020. GRRC, Aarhus University, Denmark. https://agro.au.dk/fileadmin/www.grcc.au.dk/International_Services/Pathotype_YR_results/Summary_ of_Puccinia_striiformis_molecular_genotyping_2018.pdf. Accessed 14.01.2025
  14. Hovmøller M.S., Rodriguez-Algaba J., Thach T. et al. Race typing of Puccinia striiformis on wheat. In: Sambasivam Periyannan (ed.). Wheat rust diseases: methods and protocols, methods in molecular biology. V. 1659. N.Y., 2017, pp. 29–40.
  15. Hovmøller M.S., Rodriguez-Algaba J., Thach T. et al. Report for Puccinia striiformis race analyses and molecular genotyping 2017. 2018. GRRC, Aarhus University, Denmark. https://agro.au.dk/fileadmin/Summary_of_Puccinia_striiformis_race_analysis_2017.pdf. Accessed 14.01.2025
  16. Hovmøller M.S., Sørensen C.K., Walter S., Justesen A.F. Diversity of Puccinia striiformis on cereals and grasses. Annu. Rev. Phytopathol. 2011. V. 49 (1). P. 197–217. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-072910-095230
  17. Ivanova Yu.N., Rosenfread K.K., Stasyuk A.I. et al. Raise and characterization of a bread wheat hybrid line (Tulaykovskaya 10 × Saratovskaya 29) with chromosome 6Agi2 introgressed from Thinopyrum intermedium. Vavilov J. Genet. Breed. 2021. V. 25 (7). P. 701–712 (in Russ.). https://doi.org/10.18699/VJ21.080
  18. Karimova А.М. Phytopathological assessment of Azerbaijan origin bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes against yellow rust. Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2023. N5. P. 16–23. (In Russ.). https://doi.org/10.28983/asj.y2023i5pp16–23
  19. Keishilov Zh.S., Kokhmetova A.M., Urozaliev R.A. et al. Phytosanitary monitoring of wheat yellow rust (Puccinia striiformis) in Zhаmbyl and Turkestan regions. Izdenister Natigeler. 2023. V. 3 (99). P. 118–128. https://doi.org/10.37884/3-2023/12
  20. Kokhmetova A., Rathan N.D., Sehgal D. et al. QTL mapping for seedling and adult plant resistance to stripe and leaf rust in two winter wheat populations. Front. Genet. 2023. V. 14. P. 1265859. https://doi: 10.3389/fgene.2023.126585
  21. Kokhmetova A., Sharma R., Rsaliyev S. et al. Evaluation of Central Asian wheat germplasm for stripe rust resistance. Plant genetic resources-characterization and utilization. 2018. V. 16. P. 178–184. https://doi: 10.1017/S1479262117000132
  22. Kosman E., Dinoor A., Herrmann A. et al. Virulence Analysis Tool (VAT). User Manual. 2008. https://en-lifesci.tau.ac.il/profile/kosman. Accessed 22.01.2024.
  23. Pavlyushin V.A., Dolzhenko V.I., Shpanev A.M., et al. Integrated protection of winter wheat. Plant protection and quarantine. 2015. N5. P. 38–71. (In Russ.).
  24. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012. V. 28. P. 2537–2539. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460
  25. Sanin S.S. Agricultural plant disease control – the main factor of the crop production intensification. Novosti zashchity rasteniy. 2010. N1. P. 3–14. (in Russ.).
  26. Schachtel G.A., Dinoor A., Herrmann A. et al. Comprehensive evaluation of virulence and resistance data: a new analysis tool. Plant Dis. 2012. V. 96 (7). P. 1060–1063. https://doi.org/10.1094/PDIS-02-12-0114-SR
  27. Sharma-Poudyal D., Chen X.M., Wan A.M. et al. Virulence characterization of international collections of the wheat stripe rust pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Dis. 2013. V. 97 (3). P. 379–386. https://doi.org/10.1094/pdis-01-12-0078-re
  28. Shaydayuk E.L., Gultyaeva E.I. Characterization of the Northwestern population of Puccinia striiformis f. sp. tritici on the basis of virulence and representation of invasive PstS1 and PstS2 races. Mikologiya i fitopatologiya. 2023. V. 57 (6). P. 435–446. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0026364823060
  29. Sheshegova T.K., Volkova L.V., Shchekleina L.M. Sources of complex resistance of spring soft wheat from the collection of the N.I. Vavilov All-Russian Research Institute of Plant Industry (VIR). Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023. V. 16 (2). P. 49–58. (In Russ.). https//: doi.org/10.53914/issn2071-2243_2023_2_49–58
  30. Volkova G.V., Kudinova O.A., Matveeva I.P. Virulence and diversity of Puccinia striiformis in South Russia. Phytopathol. Mediterr. 2021. V. 60 (1). P. 119–127. https://doi.org/10.36253/phyto-12396
  31. Walter S., Ali S., Kemen E. et al. Molecular markers for tracking the origin and worldwide distribution of invasive strains of Puccinia striiformis. Ecol. Evol. 2016. V. 6 (9). P. 2790–2804. https://doi.org/10.1002/ece3.2069
  32. Zeleneva Y.V., Sudnikova V.P., Buchneva G.N. Immunological characteristics of soft winter wheat varieties in conditions of the CBR. Trudy Kubanskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta. 2022. N96. P. 95–99. (In Russ.). https://doi.org/10.21515/1999-1703-96-95-99
  33. Zhukovsky A.G., Buga S.F., Krupenko N.A. et al. Phytopathological situation in grain crops on the territory of the Republic of Belarus. Сrop Farming and Plant Growing. 2017. N2. P. 9–12. (In Russ.).
  34. Гультяева Е.И., Солодухина О.В. (Gultyaeva, Solodukhina) Ржавчинные болезни зерновых культур // Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. 2008. С. 5–11.
  35. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л. (Gultyaeva, Shaydayuk) Характеристика северо-западной и северокавказской популяций Puccinia striiformis f. sp. tritici по вирулентности и микросателлитным локусам в 2022 году // Микология и фитопатология. 2024. Т. 58. № 4. C. 327–338.
  36. Жуковский А.Г., Буга С.Ф., Крупенько Н.А., и др. (Zhu-kovsky et al.) Фитопатологическая ситуация в посевах зерновых культур на территории Республики Беларусь // Земледелие и растениеводство. 2017. № 2. С. 9–12.
  37. Зеленева Ю.В., Судникова В.П., Бучнева Г.Н. (Zeleneva et al.) Иммунологическая характеристика сортов озимой мягкой пшеницы в условиях ЦЧР // Тр. Кубанского гос. аграрного ун-та. 2022. № 96. С. 95–99. https://doi.org/10.21515/1999-1703-96-95-99
  38. Иванова Ю.Н., Розенфрид К.К., Стасюк А.И. и др. (Ivanova et al.) Получение и характеристика линии мягкой пшеницы (Тулайковская 10 × Саратовская 29) с интрогрессией хромосомы пырея Thinopyrum intermedium 6Agi2 // Вавиловский журн. генет. и сел. 2021. Т. 25. № 7. C. 701–712. https://doi.org/10.18699/VJ21.080
  39. Каримова А.М. Фитопатологическая оценка влияния желтой ржавчины на генотипы мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) азербайджанского происхождения // Аграрный научный журнал. 2023. № 5. С. 16–23.
  40. Кеишилов Ж., Кохметова А., Урозалиев Р. и др. (Keishilov et al.) Фитосанитарный мониторинг желтой ржавчины пшеницы (Puccinia striiformis) в Жамбылской и Туркестанской областях // Исследования, результаты. 2023. Т. 3. № 99. С. 118–128.
  41. Павлюшин В.А., Долженко В.И., Шпанев А.М. и др. (Pavlyushin et al.) Интегрированная защита озимой пшеницы // Защита и карантин растений. 2015. № 5. С. 38–71.
  42. Санин C.C. (Sanin) Контроль болезней сельскохозяйственных растений – важнейший фактор интенсификации растениеводства // Вестник защиты растений. 2010. № 1. С. 3–14.
  43. Шайдаюк Е.Л., Гультяева Е.И. (Shaydayuk, Gultyaeva) Характеристика северо-западной популяции Puccinia striiformis f. sp. tritici по признаку вирулентности и представленности инвазивных рас PstS1 и PstS2 // Микология и фитопатология. 2023. Т. 57. № 6. С. 435–446.
  44. Шешегова Т.К., Волкова Л.В., Щеклеина Л.М. (Sheshegova et al.) Источники комплексной устойчивости яровой мягкой пшеницы из коллекции ВИР // Вестн. Воронеж. гос. агр. ун-та. 2023. Т. 16. № 2 (77). С. 49–58.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Генетические расстояния между фенотипами вирулентности Puccinia striiformis в 2023 г. (Genetic distance, GenAlex): D – Дагестан; К – Краснодарский край; L – Ленинградская обл., S – Саратовская обл. Жирным шрифтом выделены фенотипы, отмеченные в нескольких популяциях.

Скачать (10KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Генетические расстояния между SSR генотипами Puccinia striiformis в 2023 г. (Genetic distance, GenAlex). MG – молекулярный генотип: D – Дагестан; К – Краснодар; L – Ленинградская обл.; S – Саратовская обл. Жирным шрифтом выделены общие MGs.

Скачать (11KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025