Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние генотипа пшеницы и ржи на формирование количественных признаков первичных тритикале 7
1.1. Высота растения 10
1.1.1. Влияние Rht генов на высоту растения 12
1.1.2. Влияние гена короткостебельности Ddwl ржи на высоту растения 16
1.2. Признаки главного колоса 21
2. Устойчивость к грибным болезням 25
2.1. Устойчивость мягкой пшеницы .25
2.2. Устойчивость инбредных линий озимой ржи 30
2.3. Устойчивость тритикале .32
3. Метод изучения взаимодействия геномов пшеницы и ржи в гибридном геноме тритикале 41
Результаты исследований
4. Условия проведения эксперимента, материал и методы 44
4.1. Почвенно- климатические условия проведения полевого эксперимента.44
4.2. Материал и методы 46
4.2.1. Описание инбредных линий ржи 46
4.2.2. Получение межлинейных гибридов ржи F] и F2 для изучения генетического контроля устойчивости к Bipolar is sorokiniana 48
4.2.3. Получение первичных октоплоидных тритикале 48
4.2.4. Биометрический анализ признаков главного стебля и колоса первичных октоплоидных тритикале и мягкой пшеницы Chinese Spring 51
4.2.5. Изучение устойчивости к грибным болезням 52
4.2.6. Статистические методы обработки полученных результатов 57
5. Анализ влияния генотипа родительских инбредных линий ржи на формирование количественных признаков первичных октоплоидных тритикале 58
5.1. Высота растения 58
5.2. Признаки колоса главного побега 69
6. Устойчивость автофертильных линий ржи к грибным болезням 86
6.1. Характеристика инбредных линий ржи по устойчивости к грибным болезням 85
6.2. Генетический контроль устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости 85
7. Устойчивость линий первичных октоплоидных тритикале к грибным болезням 96
7.1. Устойчивость к бурой ржавчине пшеницы : 96
7.2. Наследование устойчивости к бурой ржавчине пшеницы 99
7.3. Устойчивость к бурой ржавчине ржи 101
7.4. Устойчивость к темно-бурой листовой пятнистости 103
7.5. Устойчивость к обыкновенной корневой гнили 105
7.6. Наследование устойчивости к обыкновенной корневой гнили 107
7.7. Устойчивость к мучнистой росе пшеницы 109
Заключение 118
Выводы 122
Практические рекомендации 124
Список литературы 125
Приложения 152
- Влияние гена короткостебельности Ddwl ржи на высоту растения
- Получение межлинейных гибридов ржи F] и F2 для изучения генетического контроля устойчивости к Bipolar is sorokiniana
- Статистические методы обработки полученных результатов
- Генетический контроль устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости
Введение к работе
Актуальность темы. Тритикале (х Triticosecale) - синтетический злак, полученный в результате гибридизации видов пшеницы {Triticum aestivum L., T.durum Desf. и др.) и ржи (Secale cereale L.). Тритикале стало экономически значимой сельскохозяйственной культурой во многих странах мира. Озимые тритикале успешно конкурируют с рожью. Продуктивность коммерческих сортов тритикале в ряде случаев превышает продуктивность районированных сортов пшеницы. Для создания сортов интенсивного типа необходимо одновременно с повышением зерновой продуктивности решать проблему полегания растения, которая напрямую связана с получением короткостебельных форм.
В селекции тритикале в настоящее время активно разрабатываются как краткосрочные, так и долгосрочные программы. Тритикале не имеет дикорастущих сородичей, которые могли бы вовлекаться в скрещивания с целью привнесения ценных генов. Поэтому для проведения успешной селекции необходимым её этапом является получение исходного материала в виде новых первичных тритикале. Низкоозерненные и обычно достаточно позднеспелые новые формы первичных тритикале в последующей селекции могут дать неожиданные положительные трансгрессии за счет рекомбинации и взаимодействия генов (Oettler , 1998; Darvey, 1998).
Изучение наследования признаков проводят на пшенично-ржаных амфидиплоидах, полученных преимущественно от скрещивания сортовых популяций пшеницы и ржи (Ригин, Орлова, 1977; Сечняк, Сулима, 1984; Гордей, 1992). Сорта пшеницы практически гомозиготны и часто представляют собой в генетическом отношении совокупность нескольких чистых линий. Рожь, напротив, является аллогамным видом, поэтому для сортовых популяций ржи характерны гетерозиготность особей и их
наследственная неоднородность - гетерогенность. Генетические различия между гаметами ржи в популяциях могут приводить к существенным различиям признаков тритикале (Wandelt, 1980). Инбридинг позволяет выявить в популяции ржи широкий спектр, скрытых в гетерозиготном состоянии рецессивных аллелей генов, контролирующих признаки стебля и колоса, в том числе озерненность. Получение первичных тритикале на основе инбредных линий ржи позволяет легко воспроизводить результат, в случае обнаружения положительных трансгрессий по количественным (высота растений, признаки колоса) и качественным (устойчивость к грибным болезням) признакам.
В основе данной работы лежит новый вариант гибридологического анализа, разработанный в лаборатории генетики и селекции растений кафедры генетики СПбГУ А.В. Войлоковым (Voylokov, Tikhenko, 1998). Этот метод позволяет изучить изменчивость генов ржи, отвечающих за все возможное разнообразие признаков у тритикале, полученных на основе одного и того же генотипа пшеницы, и картировать эти гены.
Цель работы - оценить влияние генотипа инбредных линий ржи на формирование количественных (высота растения, признаки колоса) и качественных признаков (устойчивость к грибным болезням) первичных октоплоидных тритикале.
В задачи наших исследований входило:
выявить характер изменчивости количественных признаков у линий первичных октоплоидных тритикале ранних поколений (СгСз);
изучить влияние ^/-мутаций в локусах ржи S, Z и Т на фертильность первичных октоплоидных тритикале;
оценить разнообразие инбредных автофертильных линий ржи по устойчивости к патогенным грибам {Puccinia recondita f.sp. tritici Rob. ex Desm., Puccinia disperse Erikss. Et Henn., Bipolaris sorokiniana, E.graminisS.sp.tritici) и изучить проявление этого разнообразия у пшенично-ржаных амфидиплоидов ранних поколений (С1-С2).
изучить генетический контроль устойчивости инбредных линий ржи к темно-бурой листовой пятнистости;
Научная новизна. Впервые на основе автофертильных линий ржи и районированного сорта мягкой пшеницы Chinese Spring получена уникальная коллекция линий первичных октоплоидных тритикале. Получены результаты, позволяющие оценить влияние sf-мутшщй в локусах ржи S, Z и Т на фертильность первичных октоплоидных тритикале в ранних поколениях. При оценке устойчивости линий тритикале к патогенным грибам показаны различные эффекты взаимодействия геномов исходных родительских форм: фенотипическое проявление или подавление устойчивости, проявление устойчивости в результате взаимодействия геномов восприимчивых форм.
Впервые проведена оценка устойчивости инбредных линий ржи к темно-бурой листовой пятнистости и обыкновенной корневой гнили, вызываемых патогенным грибом Bipolaris sorokiniana. Изучен генетический контроль устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости у трех инбредных линий ржи.
ОБЗОРЛИТЕРАТУРЫ
1. Влияние генотипа пшеницы и ржи на формирование количественных
признаков первичных тритикале
Тритикале (х Triticosecale) является синтетическим аллополиплоидным злаком, полученным в результате гибридизации между каким либо видом пшеницы (Т. aestivum, Т. durum и т.д.) и рожью (S. cereale). Впервые пшенично-ржаной спонтанный гибрид был описан Вильсоном в 1876 году. Однако он оказался бесплодным. Позднее немецким селекционером Римпау был искусственно получен пшенично-ржаной амфидиплоид. Он дал начало октоплоидной линии тритикале - тритикале Римпау. Амфидиплоид возник в потомстве пшенично-ржаного гибрида Fi (местная саксонская пшеница х рожь Шланштедская), по-видимому, в результате возвратного скрещивания с родительскими видами (Сечняк, Сулима, 1984). Впоследствии исследователи многих стран отмечали появление спонтанных пшенично-ржаных гибридов на селекционных станциях в посевах пшеницы (Leighty, 1916, 1920; Schad, Hugues,1938; Мейстер, 1918; и др). Такие гибриды были, как правило, стерильны. В редких случаях отмечали наличие фертильности. Несмотря на это, возможность скрещиваемости пшеницы с рожью привлекла внимание многих исследователей. Они рассматривали рожь в качестве потенциального донора генов морозостойкости, неприхотливости к почвенным условиям для пшеницы.
Открытие способности колхицина вызывать удвоение числа хромосом (Blakeslee, 1937) позволило селекционерам искусственно получать амфидиплоиды. Это дало возможность резко увеличить число синтезируемых линий первичных тритикале (Kattermann, 1939; Kiss, 1954; Махалин, 1963; Гордей, 1992 и др) и расширить их генетическое разнообразие .
Попытки систематизировать существующее многообразие
экспериментально полученных форм тритикале предпринимались многими авторами (Kattermann, 1939, Kiss, 1966, Шулындин, 1970, Muntzing, 1979, Сечняк, Сулима, 1984 и др.). Из многочисленных форм синтезированных амфидиплоидов наибольший интерес в селекционном плане представляют следующие типы: первичные тритикале, полученные в результате удвоения числа хромосом у пшенично-ржанных амфигаплоидов Ci (Fi), в частности от скрещивания мягкой пшеницы (2п=42) с диплоидной рожью (2п=14) получают октоплоидные формы (2п=56), твердой пшеницы (2п=28) с диплоидной рожью получают гексаплоидные формы тритикале (2п=42), и вторичные гексаплоидные, которые получают от скрещивания между октоплоидными и гексаплоидными формами, при этом в течение 3-4 поколений гибридов элиминирует геном D.
Передача желаемых признаков и свойств от ржи пшенице оказалась сложной задачей. Первичные тритикале (пшенично-ржаные амфидиплоиды) плохо скрещивались с пшеницей. Поэтому использование тритикале в качестве возможного донора желаемых признаков не получило широкого распространения в селекции пшеницы.
Как самостоятельная культура тритикале не могла конкурировать с районированными сортами пшеницы до 70-х годов XX в. Октоплоидные формы тритикале, получаемые от скрещивания мягкой пшеницы с рожью, оказались не конкурентно способными с исходными родительскими видами из-за пониженной фертильности, несмотря на наличие, хозяйственно ценных признаков (повышенное содержание белка в зерне, неприхотливость к почвенным условиям). Ни одна из форм тритикале (2п=56) до сих пор не используется в производстве.
Селекционеры долгий период времени не использовали гексаплоидные тритикале из-за плохой скрещиваемости тетраплоиднои пшеницы (T.turgidum) с рожью и высокой стерильности их гибридов. Тем не менее, с 1954 г. в Манитобском университете ведется обширная программа по гексаплоидным тритикале. Е. barter (1968) была разработана методика культивирования на искусственной среде 10 - 15 - дневных зародышей, использование которой позволило успешно получать гибридные зерновки гексаплоидных форм тритикале. В результате упорной работы ученых впервые в мире в 1969 году в Канаде был районирован сорт тритикале Рознер. Он был отобран из потомства двойного гибрида. Каждый из родительских гибридов получен от скрещивания пшеницы T.turgidum х S.cereale.
С момента создания тритикале до настоящего времени накоплено много сведений о характере проявления признаков в сравнении с родительскими формами. М. Karpenstein-Machan с соавторами (1994) считают, что тритикале первого поколения (Сі) в большинстве случаев занимают промежуточное положение между родительскими формами. Сведения о характере проявления у тритикале хозяйственно-ценных признаков разнообразны. Существенное влияние различных генотипов пшеницы и ржи на формирование количественных признаков у тритикале отмечают Oetller с соавторами (1991). Результаты ряда исследователей показывают, что особое значение в реализации этих признаков имеет взаимодействие геномов исходных видов (Jung, Lelley, 1985; Гордей, 1992).
Большинство исследований подтверждают, что у тритикале проявляются доминантные признаки родительских видов (обзор Сечняк, Сулима, 1984). По данным У.К.Куркиева (1983) у тритикале доминируют признаки пшеницы, особенно имеющей более высокое число хромосом, поэтому по
внешнему виду октоплоидные тритикале больше похожи на пшеницу, чем на рожь. И.А.Гордеем (1992) показано, что по признакам потенциальной продуктивности колоса (длина колоса и число колосков) наблюдается, как правило, доминирование и сверхдоминирование более продуктивного родителя. По признакам зерновой продуктивности (число зерен, масса зерна с колоса и растения) отмечена депрессия (hp =-0,85-5,39). По высоте растения наблюдали сверхдоминирование (hp=-0,02-2,45) (у короткостебельных форм - носителей аллели HI), либо частичное доминирование (hp=-0,10-0,58) у высокостебельных форм. Таким образом, степень фенотипического доминирования количественных признаков пшеницы и ржи у тритикале варьирует в зависимости от комбинации скрещивания: от промежуточного наследования (hp=0) и частичного доминирования (0
В настоящем обзоре литературы отражены результаты работ исследователей, полученные при изучении признаков: высота растения, длина колоса, число колосков, фертильность колоса, устойчивость к грибным болезням.
1.1. Высота растения По длине соломины пшенично-ржаные амфидиплоиды занимают промежуточное положение между родительскими формами (Мейстер, 1918; Kiss, Redei, 1953; Kiss, 1954; Vettel, 1961; Латыпов, Ходырев, 1970). Некоторые тритикале могут приближаться по значениям этого признака к исходным высокорослым формам ржи (Васильев 1932). Имеются сообщения о превышении по высоте растения пшенично-ржаными амифидиплоидами обоих родительских форм (Oehler, 1931; Muntzing, 1936; Фурсов, Шкуренко, 1968).
Существует мнение о влиянии полиплоидизации на выраженность признаков у тритикале. И. А. Гордеем (1992) было показано, что на реализацию признака высота растения оказывает влияние как комбинация скрещивания, так и последующая полиплоидизация гибридов Fi. При сравнении амфигаплоидов Fj и первичных тритикале Сі им было показано, что на выраженность этого признака у тритикале оказывает влияние эффект полиплоидной дозы, причем по сравнению с амфигаплоидами у тритикале первого поколения можно обнаружить как положительный, так и отрицательный эффект полиплоидии (Гордей, 1992).
В.Е. Шевченко с соавторами (1993) считают, что по признакам растения Fi можно с определенными допущениями прогнозировать фенотип Cj. Удвоение числа хромосом приводило к снижению высоты растений тритикале Сі по сравнению с амфигаплоидами (Fi) на 5,4 - 7,5%. Авторы наблюдали укорачивание второго снизу и верхнего междоузлий. В отношении размера и числа колосков колоса ими не обнаружено существенных различий.
Тритикале превосходит традиционные виды зерновых по урожайности при выращивании на малоплодородных почвах и в экстремальных климатических условиях (Baler, Gustafson, 1996; Mergoum at al., 1998). Хорошо известно, что у зерновых создание сортов интенсивного типа требует, прежде всего, решения проблемы полегаемости. Устойчивость к полеганию — сложный признак, который зависит от высоты растений и относительной длины междоузлий стебля, анатомического строения соломины, прочности на излом нижних междоузлий, мощности корневой системы, а также условий выращивания (Brady, 1934; Гладышева, Ростова, Смирнов, 1977). Создание короткостебельных сортов с участием доноров короткостебельности рассматривается как основной путь решения проблемы полегания зерновых культур, включая тритикале.
У тритикале гены короткостебельности могут наследоваться как от рода Triticum L., так и от рода Secale L.
1.1.1. Влияние Rht генов на высоту растения
Мутации короткостебельности пшеницы (Rht) можно разделить на две группы по их происхождению. Одни из них возникли как спонтанные мутации, другие в результате индуцированного мутагенеза. A.R. Mcintosh (1998) опубликовал данные об идентификации 20 генов короткостебельности Rht, рецессивные или доминантные аллели которых обусловливают снижение высоты растений у пшеницы (табл. 1.1).
Наиболее изученными являются гены Rhtl, Rht2 и Rht3. Рецессивные аллели генов Rhtl и Rht2, наиболее широко используемые в селекции пшеницы на короткостебельность, впервые выявлены у линии Norm 10/Brevor 14 (Allan, Vogel, 1963). Ген Rhtl локализован в длинном плече хромосомы 4А (Gale, Marshall, 1976; McVittie et al., 1978), ген Rht 2 в коротком плече хромосомы 4D (Gale, 1975). R.E. Allan и J.A. Pritchett (1973) наблюдали неполное доминирование у гетерозигот по генам Rhtl и Rht2. По данным S.K. Mishra и СМ. Kushwaha (1993), M.D. Gale и G.A.Marshall (1976), M.D. Gale и C.N. Law (1977) аллель Rhtl - полудоминантный, a аллель гена Rht2 доминантный. C.F. Konzak (1987) обозначил эти гены как полудоминантные, a R.A.Mcintosh (1988) - как полурецессивные. Гомозиготность по рецессивным аллелям этих генов обеспечивает снижение высоты растений пшеницы на 41-42% (Sip et al., 1995), 47% (Richards, 1992), 52% (Allan, 1986).
Третье место по изученности занимает ген Rth3, снижающий высоту значительно сильнее, чем гены Rhtl, Rht2. Ген Rht3 также локализован в хромосоме 4А (Morris et al., 1972).
,щ,
Таблица 1.1. Список Rht генов короткостебельности мягкой пшеницы
(по каталогу Mcintosh (1998))
продолжение табл. 1.1.
Примечание: *- нет данных
В селекции пшеницы ген Rht3 используется редко из-за отрицательного плейотропного эффекта на общую биомассу и урожай зерна (Вбгпег et al., 1987). Сведения о характере наследования высоты растений сорта пшеницы Tom Роисе, носителя гена Rth3 (Tom Thumb), неоднозначны. По данным одних исследователей наблюдается полное (Удачин, 1958; Орлюк, 1974) или неполное доминирование низкорослости (Fick, Qulset, 1973; Пушкина, 1973).
Попытки укоротить стебель растений тритикале введением в их генотипы генов Rht короткостебельности от пшеницы долгое время не имели успеха, так как сопровождались широким спектром как положительных, так и отрицательных, плейотропных и компенсационных эффектов (Gustafson et al., 1973; Kiss, 1962; Zellinsky, Borlaug, 1971; Allan, 1986). В США, Мексике, Канаде для создания неполегающих сортов линии первичных тритикале скрещивали с низкорослым сортом яровой пшеницы Norin 10 и его производным Inia 66. Вторичные тритикале с двумя генами короткостебельности получены путем гибридизации октоплоидов с гексаплоидами. В 1967 г. был отобран спонтанный гибрид между гексаплоидным тритикале Х308 и мексиканской карликовой пшеницей
(отборы Armadillo). В 1971 году селекционерам международного селекционного центра CYMMIT удалось получить высокофертильные линии гексаплоидных тритикале Cinnamon и N306. Они содержали рецессивные аллели генов Rhtl и Rht2 от мягкой пшеницы. Эти формы стали использовать в селекционных программах при создании сортов интенсивного типа (Zillinsky, 1974).
Венгерские селекционеры широко использовали ген доминантной короткостебельности Rht3 с привлечением в скрещивания мягкой пшеницы Tom Роисе. В результате длительных отборов были получены короткостебельные сорта тритикале Boccolo, Tomzsi и другие (Kiss, 1966). Наряду с повышенной озерненностью и неполегаемостью у этих-сортов все же отмечали ряд негативных свойств. Зерно имело сильные физические дефекты, предрасположенность к грибным заболеваниям, что сдерживало их производственное использование.
В СССР подобную работу проводили в украинском НИИРСиГ, где на основе пшеницы Безостая 1 были созданы сорта тритикале АД 196, АД 201 и АД 206. По мнению А.Ф. Шулындина (1971) укорочение стебля растений этих сортов произошло за счет генов пшеницы в результате замещения одной пары хромосом ржи на пшеничные.
В настоящее время активно продолжается изучение эффективности различных пшеничных генов Rht в отношении их способности снижать высоту растения тритикале. С. Tarkowski с соавторами (1996) проводили работу по переносу аллелей короткостебельности от изогенных линий (Rhtl, Rht2, RhtS) мягкой пшеницы сорта Maris Widgeon в тритикале сорта Presto. Исследователи отмечали снижение высоты у растений межлинейных гибридов F2 по сравнению с исходными линиями Presto. Так, высота растения у линий Presto составляла в среднем 90,8 см. У гибридных комбинаций с Rhtl этот признак у самого короткостебельного растения составил 75,0 см, с Rht2 — 60
см, с Rht3 - 45 см (Tarkowski et al.,1996). Позднее P. Kraska и С. Tarkowski (1998) изучали влияние генов Rht на высоту растения этих же комбинаций межлинейных гибридов тритикале более поздних поколений (F5). Средние значения высоты растений поколения F5 не превышали 53,3 см, 69,9 см и 74,5 см соответственно. Показано, что по степени снижения высоты растений у межлинейных гибридов тритикале F2 и F5 гены короткостебельности располагаются в следующем порядке: Rht3 > Rht2 >Rhtl.
A. Borner и J. Plaschke (1996) изучали влияние генов короткостебельности Rht2, Rht3 (от пшеницы) и карликовости ct2 (от ржи) на высоту растений тритикале. По эффекту влияния этих генов на изучаемый признак у октоплоидных тритикале эти гены располагались следующим образом: Rht3 > ct2 > Rht2. Комбинирование мутантных аллелей генов Rht2 с ct2, Rht3 с ct2 в одном геноме, привело к более значительному снижению высоты растений первичных тритикале по сравнению с формами тритикале, несущими мутантные аллели только одного гена - или ct2, или Rht2. (Borner, Plaschke, 1996). Таким образом, вполне эффективно сочетание мутантных аллелей генов обоих родителей в одном комплексном геноме, с целью снижения высоты растений первичных форм тритикале.
1.1.2. Влияние гена короткостебельности Ddwl ржи на высоту растения Среди генов, мутантные аллели которых снижают высоту стебля у растений ржи, можно выделить две группы:
гены карликовости {ctl, ct2, тп)
ген короткостебельности {Ddwl).
Формы ржи с мутантными аллелями генов карликовости обычно характеризуются изменением комплекса признаков, в том числе изменениями в строении колоса (плейотропным эффектом). J.N. De Vries и J. Sibenga (1984) описали и локализовали в хромосоме 7R ген рецессивной карликовости ctl. Неоднократно описаны карлики «пшеничного» типа, карликовость которых
обусловлена одним рецессивным геном с плейотропным эффектом. Формирование короткой соломины у форм ржи, несущих в хромосоме 5R ген ct2 (Федоров и др., 1967; Sturm, Muller, 1982; Смирнов, Соснихина, 1984), сопровождается развитием плотного безостого колоса, укороченными торчащими листьями, укороченными зерновками (в отечественной литературе такой тип обозначается как Московский карлик). Второй тип карликов, наряду с низкостебельностью, характеризуется увеличением числа узлов и листьев на стебле, повышенной кустистостью, ветвлением стебля из верхних узлов (многоколосость). Этот карлик обозначили как тип multinodosum (другое название - Башкирский карлик) (Смирнов, Соснихина, 1984). Такой тип растения определяется гомозиготностью по рецессивному аллелю одного гена- тп (multinodosum).
Особый интерес с точки зрения доноров генов короткостебельности для тритикале представляют формы ржи, сочетающие короткую соломину и нормально развитый колос. Короткостебельная форма ржи (70см), имеющая крупный продуктивный колос, была впервые обнаружена В.Д. Кобылянским в потомстве гибридных растений Вятка х KungsII и обозначена ЕМ-1 (естественный мутант-1). Позднее данный тип короткостебельности был описан у образца местной ржи из Болгарии (к-10028 по каталогу ВИР). Короткостебельность этого типа контролируется доминантным аллелем одного гена (Кобылянский, 1972; Смирнов, Соснихина, 1984). По данным В.Д.Кобылянского (1972, 1973) введение доминантного гена короткостебельности в генотипы различных по высоте сортов ржи показало уменьшение высоты стебля растений первого поколения на 33-39%. У короткостебельной ржи достоверно увеличивается продуктивная кустистость, длина колоса, число колосков в нем, вес зерна с растения, но остаются неизменными плотность колоса и вес зерна с колоса.
Еще более короткостебельная форма (40-60см) с коротким плотным колосом, названная Дюймовочка, выделена из гибридной комбинации Московской карликовой с сортами Петкус, Петкус короткостебельный, Вятка 2 и Гибрид 173 (Попов, Васько, 1979). Короткостебельность этой формы контролируется рецессивным аллелем одного гена.
В CYMMIT была разработана программа по введению в тритикале генов карликовости яровой ржи сорта Снупи (Snoopy) (Zillinsky, Borlaug, 1971). Однако вместе с геном карликовости от этого сорта формы тритикале наследовали нежелательные аллели генов, обусловливающие низкую устойчивость растений к болезням, и ряд других отрицательных признаков.
Значительный прогресс в селекции тритикале на устойчивость к полеганию достигнут благодаря использованию гена доминантной короткостебельности ржи Ddwl (HI). Почти одновременно рядом исследователей сделаны попытки использовать ген Ddwl для получения короткостебельных тритикале (Степочкин, Владимиров, 1978; Афанасьева, 1982; Ильичев, 1986; Гордей, 1988; Шевченко, Гончаров, 1990 и др.). При скрещивании среднерослой (до 100 см) и высокорослой (>120 см) форм пшеницы с сортами ржи, несущими доминантную аллель гена короткостебельности Ddwl у гибридов в первом поколении доминировала коротокостебельность (Афанасьева, 1982; Ильичев, 1986).
И.А. Гордей (1992) изучал степень фенотипического доминирования количественных признаков пшеницы и короткостебельной ржи у первичных октоплоидных тритикале первого поколения. Было показано, что у всех изученных комбинаций с участием сортов озимой ржи Чулпан и Харьковская 78 - носителей доминантного аллеля гена короткостебельности Ddwl по признаку «высота растений» наблюдается сверхдоминирование короткостебельности (hp=-0,02-2,45).
P.M. Рехметулин (1984) и Т.Н. Федорова (1985) сообщают, что при гибридизации между разными октоплоидными тритикале, где одна из родительских форм тритикале является носителем доминантной аллели гена короткостебельности, наблюдается неполное доминирование в Fb из чего следует, что короткостебельность обусловлена полудоминантным геном. В исследованиях P.M. Рехметулина (1984) фенотипическое проявление доминантного гена Ddwl в определенной степени зависело от высоты растений длинностебельной родительской формы, чем больше высота родительской формы тритикале, тем сильнее выражался эффект гена короткостебельности.
Исследования многих авторов свидетельствуют о том, что введение в геном тритикале гена Ddwl вызывает не только снижение высоты растения, но также сопровождается плейотропным эффектом на другие признаки. В частности, сообщается о негативном влиянии гена доминантной короткостебельности на выполненность зерна и продуктивность (Махалин, 1976; Могилева, 1979; Зилинский, 1978; Хотылева и др., 1977; Гордей и др., 1980; Федорова, 1985).
Вместе с этим, работы других исследователей указывают на то, что ген доминантной короткостебельности не вызывает эффектов, нежелательных в селекционном отношении. Т. Wolski и J. Gryka (1996) показали, что растения вторичных тритикале, несущие доминантный аллель этого гена, имели стебли в среднем на 20 см короче, чем у растений высокостебельных сортов. Характеризовались хорошей урожайностью.
Г.А.Ильичевым (1986) также показано, что признак доминантной короткостебельности ржи не сцеплен с другими признаками, отрицательно влияющими на продуктивность растений тритикале. В исследованиях И.А.Гордея (1992) амфигаплоиды и тритикале Fb полученные от скрещивания сортов пшеницы с короткостебельными сортами озимой ржи,
характеризовались высокими показателями признаков потенциальной продуктивности (длина колоса и число колосков).
В результате селекционной работы, направленной на создание короткостебельных и продуктивных форм тритикале, проводимой в ГБС РАН, были получены первичные октоплоидные тритикале от скрещивания озимой пшеницы Мироновская 808 с формой ржи ЕМ-1. Из них отобрали 12 короткостебельных растений высотой 40-90 см. Ген доминантной короткостебельности Ddwl снижал высоту растений на 35-40%, увеличил кустистость, длину колоса, число колосков и массу зерна с растения (Градсков, 2000).
На Дагестанской опытной станции ВИР путем использования форм ржи с доминантным геном короткостебельности получены образцы вторичного гексаплоидного озимого зернового тритикале (ПРАГ-104, ПРАГ-105, ПРАГ-107, ПРАГМ 09, ПРАГ-113 и др.). Эти формы тритикале сочетали устойчивость к полеганию с высокой продуктивностью и другими ценными качествами (Куркиев, 1983).
Имеются данные, которые указывают на то, что ген Ddwl у тритикале изменяет выраженность многих признаков. В работе В.Ч. Шевченко и СВ. Гончарова (1990) по интрогрессии доминантного аллеля гена короткостебельности ржи в геном тритикале изучено плейотропное влияние этого гена на количественные признаки первичных октоплоидных тритикале. Это влияние выражалось в уменьшении высоты растения на 38,4%, укорочении длины подколосового (на 50,3%), 3-го, 4-го (в среднем на 21,9%) и 2-го (на 17,3%)) междоузлий, уменьшении линейных размеров листьев, увеличении продуктивной кустистости (на 13%).
Итогом успешного использования гена доминантной короткостебельности ржи служат сорта тритикале с доминантным геном Ddwl, переданные в производство во многих странах мира.
1.2. Признаки колоса
Колос тритикале (первое поколение-Cj), наследуя многоколосковость ржи (Leighty, 1915) и многоцветковость пшеницы (Schad, Hugues, 1938; Kiss, Redei,1953; Колев, 1969), как правило, крупный и характеризуется большими потенциальными возможностями продуктивности. В обзоре Б.В.Ригина и И.Н. Орловой (1977) показатель «число колосков» был различным у октоплоидньгх и гексаплоидных форм тритикале. Так, у октоплоидных тритикале он составил 22-25, у гексаплоидных - 25-28 колосков. Вероятно, данные результаты являются усредненными для какой-то группы тритикале, т.к. авторы не приводят значений этого признака у исходных родительских форм пшеницы и ржи.
Многие исследователи отмечают, что по выраженности признаков колоса (длина, плотность, число колосков) тритикале занимают промежуточное положение между исходными родительскими видами пшеницы и ржи (Schad, Hugues, 1938; Колев, 1969; Латыпов, Ходырев, 1970; Гордей, 1992; Karpenstein-Machan et al.,1994). Некоторые авторы отмечали проявление гетерозиса либо доминирование по тому или иному признаку (Oehler, 1931; Kiss, Redei, 1953; Vettel, 1961; Tarkowski, 1968; Kiss, 1965; Гордей, 1992 и др.). Растения одной и той же гибридной комбинации в основном сходны между собой по этим признакам (Гордей, 1992).
Удвоение числа хромосом у стерильных пшенично-ржаных амфигаплоидов и получение первичных тритикале, как правило, не приводит к быстрому селекционному успеху и получению растений с высокой фертильностью. У первичных тритикале различных уровней плоидности завязываемость семян (фертильность) колеблется от нулевой (стерильность) до 50% и более (обзор Сечняк, Сулима, 1984).
На октоплоидном уровне непрерывный индивидуальный отбор по признаку озерненности, который применил в своей работе В.Е. Писарев (1957, 1959), и метод межамфидиплоидных скрещиваний с последующими отборами, использованный A. Miintzing (1944, 1955, 1961), не дали желаемых результатов. И.А. Гордей (1992) отмечал у первичных форм октоплоидных тритикале депрессию по признаку «число зерен в колосе» (hp=-0,85-5,39). Значения этого признака у тритикале Fi в зависимости от гибридной комбинации и условий года составляли от 5 до 20 зерен на колос.
Результаты изучения гексаплоидных первичных тритикале, полученные S.M.Rogalska с соавторами (1999), также свидетельствуют о низкой завязываемости зерен у растений первичных форм. Фертильность растений различных гибридных комбинаций варьировала от нулевой (стерильности) до 8 зерен в колосе. Lelley и Е.-М Gimbel (1989), сообщают о том, что у эуплоидных растений первичных гексаплоидных тритикале поздних поколений (С4-С5) завязываемость колеблется от 23 до 76% и в среднем составляет 59%.
Большая часть исследований, относящихся к проблеме частичной стерильности у тритикале, посвящена изучению причин и механизма цитологической нестабильности пшенично-ржаных амфидиплоидов -изучению мейоза. Г.А. Левитский и Г.К. Бенецкая (1929, 1931) впервые обратили внимание на нарушения мейоза в микроспороцитах и подробно описали характер нарушений. В дальнейшем многочисленными исследованиями было также установлено, что мейоз у тритикале проходит с цитогенетическими нарушениями, которые отмечали как в преймейотических митозах (Орлова, 1970), так и в последующих фазах мейоза и формировании гамет у тритикале (О'Мага, 1953; Tsuchija, 1970; Tsvetkov, 1974; Хвостова, Шкутина, 1975; Fedorova, Polenova, 1977; Горбань,
1977; и др). Таким образом, у всех тритикале выявляются нарушения в
мейозе, причем на октоплоидном уровне нарушений больше, чем на
гексаплоидном (Федорова, 1987). G.J. Scoles PJ.Koltsikes (1974) вьщеляют
три основные причины мейотической нестабильности тритикале:
несовместимость геномов исходных родительских видов;
цитоплазматический фактор; геномная аллоциклия, т.е. сдвиг фаз репликации ДНК и деления хромосом пшеницы и ржи, входящих в состав тритикале.
Имеется мнение, что хромосомы геномов А, В и D приспособились к совместному существованию в течение длительного периода эволюции, в то время как хромосомы ржи в тритикале не подвергались подобному естественному отбору (Шкутина, 1977). R. Riley и G. Bell (1958) также пришли к заключению, что наличие унивалентов в мейозе у тритикале являются результатом несогласованности между геномами пшеницы и ржи в геноме амфидиплоида в отношении контроля мейоза, на фоне отсутствия процесса эволюции на регулярный мейоз. Довольно часто генетическая несовместимость хромосом ржи и пшеницы у первичных тритикале приводит. к глубокому нарушению процессов мейоза. Эти нарушения вызывают утерю отдельных хромосом кариотипа тритикале (ржаных или пшеничных) и к возникновению анеуплоидов (Шкутина, Голубовская, Хвостова, 1967; Ригин, Орлова, 1977; Федорова, 1984; 1987; Jung, Lelley, Robbelen, 1985; Lelley, 1996; Hohmann, 1996 и др.).
A. Muntzing и S. Akdic (1948) связывали низкую плодовитость тритикале с депрессией генома ржи в результате инцухта, поскольку рожь - резко выраженный аллогам. Самоопыление тритикале после удвоения числа хромосом пшенинично-ржаных амфигаплоидов приводит к гомозиготизации рецессивных генов, как с положительными, так и с отрицательными
эффектами, вызывая инбредную дегенерацию ржаного компонента. Гипотезу об инцухт-депрессии ржаного генома разделял и A.Kiss (1965). В то же время К. Krolow (1966), сравнивая мейоз у амфидиплоидов, полученных от скрещивания пшеницы с S. vavilovi, и S. cereale, обнаружил больше нарушений в мейозе у гибридов, у которых в качестве отцовского компонента выступали различные виды самосовместимой ржи S. vavilovi.
R. Riley и V.Chapman (1957) изучая мейоз у пшенично-ржаных амфидиплоидов показали, что нарушения в мейозе у тритикале не аналогичны нарушениям у инбредной ржи.
J.R. Lacadena (1965) объяснял низкую плодовитость тритикале наличием у ржи генов несовместимости, однако с этим мнением можно было бы согласиться, если бы использование самофертильных линий ржи полностью восстанавливало плодовитость амфидиплоидов. По мнению В.Н. Лебедева (1933) в амфидиплоидах как новых системах явление инцухта ржаного генома не проявляется столь резко, хотя его вредное влияние не исключено (угнетение развития, стерильность и другие). Для того чтобы избавиться от этих нежелательных признаков у амфидиплоидов, он предлагал использовать в первичных скрещиваниях с пшеницей высокоплодовитые автофертильные линии ржи. У инбредных линий ржи изучены sf-мутащт в трех локусах несовместимости S, Zn Г (Егорова, Войлоков, 1998), поэтому особый интерес представляет изучение влияния этих мутаций на фертильность первичных тритикале.
Начиная с 70-х годов прошлого века исследователи, работающие с тритикале, не находят прямых связей между нарушениями в мейозе и фертильностью растений (Анисимова, 1979; Баева, 1975; Weimarck, 1973; Gustafson, Qualset, 1975; Федорова, Поленова, 1979). Изменчивость тритикале по фертильности и мейотической стабильности свидетельствуют о
независимом действии генетических факторов, контролирующих эти признаки (Schelegel, Bretschneider, Viehweger, 1977; Popesku, 1975; Федорова, 1982). По мнению Т.Н. Федоровой (1987) большего успеха можно добиться при отборах на продуктивность колоса. Отбор на высокую озерненность колоса одновременно приводит к повышению цитологической стабильности у тритикале (Горбань с соав., 1977; Федорова, 1982, 1984).
Таким образом, для повышения эффективности создания высокопродуктивных форм тритикале необходим целенаправленный подбор комбинаций скрещиваний пшеницы с рожью. Однако сведения о закономерностях наследования количественных признаков колоса пшеницы и ржи у тритикале пока весьма ограничены (Wandelt, 1980; Гордей, 1992).
2. Устойчивость к грибным болезням Геном тритикале - это уникальная модель для изучения взаимодействия генов устойчивости отдаленных видов и родов при их совмещении в комплексном геноме у аллополиплоидов. В этой главе обзора литературы представлены результаты изучения устойчивости к грибным болезням (бурой ржавчине, темно-бурой листовой пятнистости, обыкновенной корневой гнили, мучнистой росе) исходных родительских форм (мягкой пшеницы и ржи) и тритикале.
2.1. Устойчивость мягкой пшеницы Устойчивость к бурой ржавчине (Puccinia recondita Rob.ex Desm. f.sp. tritici). Бурая (листовая) ржавчина имеет неограниченно широкий ареал распространения во всех зонах возделывания пшеницы, что определяет особое внимание к созданию сортов устойчивых к данному заболеванию. В настоящее время в литературе описано и идентифицировано у мягкой пшеницы более 50 генов (Lr) устойчивости к листовой ржавчине (Mcintosh et al., 1998). Согласно обзору В.И. Кривченко (1994) из них эффективными являются только 20 генов. Большинство этих факторов устойчивости были
привнесены в мягкую пшеницу от других видов и родов: Lr9 от Aegilops umbellulata, Lr28, Lr35, Lr36 от Ae.speltoides, Lr37 от Ae.ventricosa, Lr41, Lr42, Lr43 от Ae.tauschii, Lrl8 от T.timopheevii, Lrl9, Lr24, Lr29 от Agropyron elongatum, Lr38 от A.intermedium, Lr25, Lr26, Lr45 от Secale cereale. В отделе иммунитета ВИР проводили исследования по изучению эффективности 41 гена устойчивости пшеницы к бурой ржавчине. Высоко устойчивыми к расам гриба из России были образцы мягкой пшеницы, имеющие в своем геноме гены Lr9, Lr24, Lr25, Lr45, Lr41, Lr42, Lr43, перенесенные от родов Aegilops, Agropyron, Secale (персональное сообщение Л.Г.Тырышкина). Таким образом, в настоящее время известные эффективные гены устойчивости мягкой пшеницы к бурой ржавчине имеют чужеродное происхождение. По-видимому, поиск новых доноров устойчивости среди близких родов и видов на данный момент является основным путем расширения генетического разнообразия устойчивости этой культуры.
Устойчивость к болезням, вызываемым возбудителем Bipolaris sorokiniana Sacc. in Sorok. (Cochliobolus sativus Drechs. ex Dasturj. Развитие патогенного гриба на восприимчивых генотипах мягкой пшеницы может вызывать поражение корневой системы (обыкновенная корневая гниль), листьев (темно-бурая пятнистость) и зерновок (чернота зародыша). Наиболее вредоносны эти заболевания для пшеницы в засушливых и теплых климатических условиях (Чулкина, 1985). Большинство сортов современной селекции являются восприимчивыми к темно-бурой листовой пятнистости и обыкновенной корневой гнили. Так, например, в Америке ни один из 10 сортов пшеницы, проходивших регистрацию в 1998 году, не обладал устойчивостью к болезням, вызываемым этим патогеном (Busch et al., 1998; Mark et al., 1998 и др.). Л.Г.Тырышкин с сотрудниками (1999, 2000), анализируя устойчивость к этим двум болезням в стадии 1-2 листьев более
чем у 600 коллекционных образцов ВИР, не выявили ни одной формы мягкой пшеницы с высоким уровнем устойчивости.
R. L. Conner (1990), изучая 17 сортов яровой мягкой пшеницы, показал отсутствие корреляции между устойчивостью к темно-бурой листовой пятнистости, обыкновенной корневой гнили и черноте зародыша. В результате своей работе он выделил сорта Owens, Sinton, Neepawa и 7825-J3D как устойчивые к корневой гнили, Fielder, Owens, Dirkwin как устойчивые к темно-бурой пятнистости.
Генетика устойчивости к обыкновенной корневой гнили и темно-бурой пятнистости мало изучена, сведения носят фрагментарный характер. Н. McKenzie и T.G. Atkinson (1968) показали, что низкий уровень устойчивости сортов Thatcher и Rembina к отдельным изолятам возбудителя обыкновенной корневой гнили контролируется одним главным рецессивным геном и одним или двумя генами со слабым эффектом. R.I. Larson и T.G.Atkinson (1970) сообщают о присутствии у сорта Апекс одного доминантного гена устойчивости к корневой гнили, локализованного в хромосоме 5В. Н.М.Савельева и О.И. Майстренко (1983), анализируя расщепления в 2 от скрещивания относительно устойчивого к корневой гнили сорта Скала с моносомными линиями Chinese Spring, показали, что устойчивость ярового сорта Скала является рецессивным признаком и контролируется, по меньшей мере, тремя генами, локализованными в хромосомах 2В, 2D и 6А.
K.L. Adlakha с коллегами (1984), изучая устойчивость к темно-бурой листовой пятнистости индийских сортов пшеницы, показали, что устойчивость контролируется одним или двумя доминантными генами. Л.Г.Тырышкин и Д.Н. Шевченко (1994) при изучении устойчивости коллекционных образцов ВИР к листовой пятнистости и корневой гнили показали, что все исследованные образцы восприимчивы к
высоковирулентному изоляту «Т» B.sorokiniana из России на ранних фазах онтогенеза. Л.Г. Тырышкин с коллегами (1993) выделили из коллекции ВИР несколько генотипов яровой мягкой пшеницы с различным уровнем устойчивости к листовой пятнистости: 181-5 с высоким уровнем устойчивости, IWWR, Mexico 120 со средним, Spica с низким уровнем устойчивости. При проведении гибридологического анализа было показано, что устойчивость образца 181-5 контролируется одним доминантным геном; при этом авторы не исключают присутствие дополнительного рецессивного гена устойчивости у части растений этого образца (Тырышкин, Михайлова,
,,, 1993). Образцы IWWR и Mexico 120 имели по одному гену устойчивости,
причем ген проявлялся как доминантный при низкой инфекционной нагрузке и как рецессивный при высокой инфекционной нагрузке (Тырышкин, Шевченко, 1994).
Результаты гибридологического анализа, полученные С.Г. Гоголевой и Л.А. Михайловой (2004) при изучении генетики устойчивости 4-х образцов из Китая, демонстрируют, что устойчивость пшеницы к темно-бурой пятнистости обусловлена небольшим (один-два) числом генов. В 3-х комбинациях скрещивания устойчивых образцов Long 98-4554, Long 98-4546, Long mai 24 с восприимчивым сортом Lusitano расщепление в F2
«. указывало на различия по 2-м рецессивным или двум комплементарным
доминантным генам. В другой комбинации Long mai 23 х Lusitano авторы наблюдали соотношение близкое к 3:1 или 13:3, таким образом, устойчивость Long mai 23 обусловлена одним доминантным или доминантным и рецессивным генами.
Болезни, вызываемые B.sorokiniana, широко распространены и имеют важное экономическое значение для пшеницы и других злаков (Wiese, 1987). Результаты исследователей показывают, что генетические мировые коллекции Triticum aestivum бедны образцами, обладающими высоким
уровнем устойчивости к болезням вызываемым B.sorokiniana. Вследствие ограниченного количества устойчивых образцов мягкой пшеницы к этим болезням большое внимание уделяется изучению близкородственных видов с целью дальнейшей интрогрессии генов устойчивости в геном Т. aestivum (Harding,1972; G.B. Wildermuth, 1974; Tyryshkin, Voronkova, 1997; Dhaliwal et al.,1986). H.S. Dhaliwal с соавторами (1986) показали, что гены устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости от Ае. squarrosa могут супрессироваться в присутствии генома мягкой пшеницы. Таким образом, требуется дальнейшее изучение экспрессии генетических факторов, обнаруженных у устойчивых образцов диких видов пшеницы (Harding, 1972; Wildermuth, 1974) и Aegilops (Tyryshkin, Voronkova, 1997; Dhaliwal et al. 1986), в геноме мягкой пшеницы. После этого устойчивые формы, в случае экспрессии генов устойчивости, можно будет рассматривать в качестве доноров устойчивости к обыкновенной корневой гнили и темно-бурой листовой пятнистости.
Устойчивость к мучнистой росе. Заболевание пшеницы мучнистой росой вызывает узкоспециализированный гриб Erysiphe graminis DC f.sp. tritici Marchal. Это заболевание особенно опасно для мягкой пшеницы во всех странах с умеренным климатом. В большинстве случаев контроль устойчивости к этой болезни осуществляется доминантными генами. В настоящее время у мягкой пшеницы известно более 20 генов устойчивости (Mcintosh at al, 1998) к мучнистой росе. Эффект этих генов различен при заражении растений мягкой пшеницы разными популяциями и биотипами гриба. Действие генов устойчивости тесно связано с фазой развития растения. На фенотипическое проявление генов устойчивости влияют условия внешней среды (Лебедева, 1986). Как правило, генетические факторы, обеспечивающие высокую устойчивость к этой болезни, привнесены в геном пшеницы от других видов и родов трибы Triticeae:
РтІЗ от Ae.longissima, Рт12 от , Ртб от T.timopheevii, Рт21 от Haynaldia villosa, Рт7, Рт8, Рт17, Рт20 от Secale cereale. F.J. Zeller и L.K.Hsam (1983) сообщают о быстрой потере устойчивости сортами с геном Рт8. По мнению данных авторов это может быть связано с тем, что факторы устойчивости от ржи функционально не отличаются от собственных генов устойчивости пшеницы.
В настоящее время у коммерческих сортов пшеницы, возделываемых в странах Европы, в селекции на устойчивость постоянно используются только 9 главных генов устойчивости (Heun, Fischbeck, 1987; Lutz et al., 1992; Zeller et al., 1993). Поскольку эффективность большей части известных генов устойчивости к мучнистой росе в значительной степени исчерпана, возникает необходимость в пополнении числа эффективных генов и поиске источников новых генов. Наиболее перспективным решением этой проблемы является интрогрессия генов устойчивости в геном мягкой пшеницы от других видов пшеницы и ее сородичей.
2.2. Устойчивость инбредных линий озимой ржи Устойчивость к бурой ржавчине ржи (Puccinia dispersa Erikss. et Henn.fP.rec.f.sp.secalis)). Бурая ржавчина относится к наиболее вредоносным болезням ржи. Показано, что расоспецифическую устойчивость ржи к популяции бурой ржавчины контролируют, как правило, независимые доминантные олигогены (Mains, Leighty, 1923; Солодухина, 1982; Шадуро, 1992; Шарахов, 1999; и др.). В настоящее время у ржи известно около 10 генов устойчивости (Lr) к этой болезни. Символы Lrl, Lr2, Lr3 присвоены S.G. Singh и R.A. Mcintosh (1990) генам замещенных линий пшеницы при изучении устойчивости к популяции бурой ржавчины пшеницы и ржи. О.В.Солодухиной (1986, 1994) было установлено, что устойчивость к популяции патогена у образцов озимой ржи Саним, Малыш 72-2, Чулпан 3 и Новозыбковская 4-2 контролируют доминантные независимые олигогены,
обозначенные, соответственно, Lr4, Lr5, Lr6 и Lr7. В Германии В. Ruge с коллегами (2001) проводил работу по локализации генов Lr-a и Lr-b, контролирующих устойчивость к популяции бурой ржавчины у образцов ржи местной селекции.
А.В. Войлоковым с соавторами (1998) был проведен анализ устойчивости 100 автофертильных линий генетической коллекции ржи к 51 монопустольному изоляту, которые были выделены из популяций гриба Германии, Тамбова, Дербента и Ленинградской области. Ни одна линия не обладала устойчивостью ко всем клонам гриба, большинство линий (80%) проявили устойчивость к 6 изолятам, 50% были устойчивы к 14 изолятам, 25 линий к 29 изолятам.
G.L.C. Musa с соавторами (1984, 1985), вовлекая в скрещивания несколько устойчивых и одну восприимчивую (к формам P.rec.f.sp.secalis и P.rec.f.sp.tritici) самофертильные линии ржи, показали монофакторный и двухфакторный контроль устойчивости к бурой ржавчине. Рецессивные и доминантные аллели генов, детерминирующих устойчивость к различным клонам гриба возбудителя бурой ржавчины, как правило, наследовались независимо друг от друга.
М. Scholz и P. Wehling (1996), изучая гибриды F2 и F3, полученные от скрещивания 14 инбредных линий ржи с различной расоспецифической устойчивостью к бурой ржавчине ржи из Германии, России и Чехии, показали, что генетическая детерминация устойчивости может быть неодинаковой на разных фазах развития растений. Так, устойчивость взрослых растений к немецкой популяции P.rec.f.sp.secalis у линий различного происхождения контролировали один или два доминантных гена. На стадии проростков устойчивость растений к разным монопустульным изолятам гриба обусловливали один или два доминантных гена, а также два рецессивных гена.
Устойчивость к Biyolaris sorokiniana. В доступной нам литературе мы не обнаружили сведений об изучении устойчивости автофертильных линий к обыкновенной корневой гнили и темно-бурой листовой пятнистости. Отсутствие подобных исследований можно объяснить тем, что в полевых условиях сорта ржи поражаются возбудителем этих болезней незначительно. Поэтому изучение генетики этого признака у ржи не является актуальным.
Устойчивость к возбудителю этих болезней, в отличие от пшеницы,, была обнаружена нами при тестировании небольшего количества автофертильных линий ржи (Тырышкин и др., 1998). Ранее мы обсуждали устойчивость мягкой пшеницы к этим болезням, и было показано отсутствие надежных доноров генов устойчивости к обыкновенной корневой гнили и темно-бурой пятнистости. Таким образом, устойчивые инбредные линии ржи можно рассматривать как перспективные для интрогрессии факторов устойчивости в геном мягкой пшеницы.
2.3. Устойчивость тритикале к грибным болезням
Тритикале различного уровня плоидности поражаются многими грибными болезнями: бурой ржавчиной, стеблевой ржавчиной, спорыньей, корневыми гнилями, мучнистой росой и др. (Ригин, Орлова, 1977). Грибы, поражающие тритикале, преимущественно, паразитируют на пшенице (Лартер, 1978). Грибные болезни, встречаемые на восприимчивых растениях, длительное время не являлись фактором, лимитирующим урожайность. Значительное расширение площадей возделывания этой зерновой культуры во многих странах привело к появлению вирулентных форм грибов.
Об этом косвенно свидетельствуют приведенные в обзоре Е. Arseniuk (1996) сведения о количестве публикаций, представленных в 1984-1993 г.г. и посвященных проблемам устойчивости мягкой и твердой пшеницы, ржи и тритикале к основным грибным болезням (табл. 2.1).
'* * Ч
Таблица 2.1. Список и приблизительная частота сообщений о встречаемости патогенных грибов у тритикале (Wheat,
Barley and Triticale Abstracts, приводится по обзору Arseniuk, 1996)
В связи с этим с 80-х годов прошлого столетия многие программы исследований предусматривают, прежде всего, селекцию тритикале на устойчивость к грибным болезням (Бережной, 1982).
Устойчивость к бурой ржавчине (Puccinia recondita, Puccinia dispersa). В зонах выращивания зерновых культур серьезным грибным заболеванием является бурая ржавчина (Puccinia recondita Kol, Puccinia dispersa Erins. Et Нет.) Поражение тритикале облигатными и высокомутабильными патогенами Puccinia отмечали исследователи всего мира (Bekele et al.,1984; Haesert et al.1987; Iliev et al.1990; Wilson, Shaner 1989 a,b; Zwer et al. 1992) и в списке болезней эти возбудители встречаются чаще других (табл.2Л). Ржавчинные грибы развивающиеся на листьях тритикале в полевых условиях, идентифицируются как Puccinia recondita f. sp. tritici (Mcintosh et al., 1995; Arseniuk, 1996). Многие исследователи отмечают, что тритикале легко поражается физиологической формой ржавчины пшеницы (Абдуллаев, 1983; Mcintosh, Singh, 1986; Saari et al., 1986; Singh, Saari, 1991). В литературе описаны случаи сильных эпифитотий ржавчины пшеницы на тритикале, особенно в Мексике, Канаде, Эфиопии и Индии (Rajaram et al., 1972; Pinto, 1974; Richardson, Waller,1974; Morrison et al., 1977; Singh et al., 1978; Kulkharni, 1980; Singh, Mcintosh, 1988; Singh, Saari, 1991). P.N. Thapliyal и А.Р. Sinha (1981) писали о проведении обработок фунгицидами посевов тритикале, чтобы ограничить активное развитие бурой ржавчины пшеницы. В последние годы происходит постепенное увеличение этой инфекции на посевах тритикале (Mcintosh, Singh,1986; Saari et al.,1986; Arseniuk, Czembor,1992; Kociuba,1994; Wos et al., 1994; Zamorski, Schollenberger, 1995; Arseniuk, 1996; Arzani, Darvey, 1998; Strzembicka et al., 1998). Это связывают с преобладанием пшеничного хроматина над ржаным в комплексном геноме (Arseniuk, 1996), а также с возделыванием пшеницы на значительных
площадях, как правило, по соседству с тритикале. Согласно данным K.D.Sayre (1998) поражение растений возбудителем бурой ржавчины снижает массу зерновки и количества зерна с м2 , что приводит к недобору урожая на 7,7-10,4%. Поражение листьев тритикале на 10% снижает урожай зерна на 3% (по Shevhcenko V.E., 1985). Таким образом, возбудитель Puccinia reconduct f.sp. tritici становится серьезной угрозой для тритикале (Wos et al., 1994,1995; Arseniuk, 1996; Strzembicka et al., 1998).
Тритикале, в основном, устойчивы к физиологической форме ржавчины Puccinia f.sp. secalis, поскольку она является авирулентной на пшенице (табл. 1.3). Исследования К.М. Абдуллаева (1983) также свидетельствуют, что образцы тритикале в фазе проростков в подавляющем большинстве (99,1%) устойчивы к возбудителю P.r.i.sp.secalis и восприимчивы к бурой ржавчине собранной как с тритикале, так и с пшеницы (P.r.f.sp.tritici).
Полученные данные согласуются с работами других авторов (Stuchlikova, Bartos, 1976; Комарова и др.,1987). Анализируемые образцы тритикале, как правило, сохраняли устойчивость к бурой ржавчине ржи и в фазу взрослого растения, вследствие этого поиск доноров устойчивости к этому заболеванию не актуален для селекционеров в настоящее время.
В 70-е годы многие исследователи предпринимали попытки установить природу устойчивости тритикале к бурой ржавчине пшеницы и характер её наследования. R.J. Morrison с коллегами (1977) сообщали о пяти различных генах устойчивости. Эти факторы устойчивости по одному или в комбинации обусловливали высокую устойчивость тритикале к бурой ржавчине пшеницы. Об одном гене резистентности к бурой ржавчине, действующем как доминантный, упоминал в своей работе S.F. Fuentes (1974). Е. Stuchlikova и P.Bartos (1980) методом генетического анализа показали присутствие у изучаемых ими форм гексаплоидных тритикале различных факторов, часть
которых обуславливала устойчивость растений в фазе проростков, а часть в фазу взрослого растения.
М.А. Quinones с соавторами (1972) отмечали, что устойчивость к бурой ржавчине пшеницы у каждой из пяти исследованных линий тритикале была обусловлена единственным доминантным геном. Во всех случаях устойчивость совпадала с таковой у пшеницы, использованной в качестве родительской формы. В результате проведенных исследований было показано, что рожь не передавала тритикале своей устойчивости ко всем использованным расам листовой ржавчины пшеницы.
J.R. Rodriguez (1974) предполагает, что устойчивость тритикале к бурой ржавчине (f.sp.tritici) обеспечивается генами, привнесенными в геном амфидиплоида от устойчивого пшеничного родителя. Подобные выводы сделали Н. Wos и S. Strzembiska (2002). Они показали, что в хромосомах ID, 4D и 5D присутствуют гены устойчивости к листовой ржавчине пшеницы. Исследователи отмечали и вклад хромосомы ржи 2R, при замещении которой наблюдалась потеря устойчивости к бурой ржавчине в 2D(2R) у замещенной линии тритикале сорта Presto. Очевидно, что у этой линии хромосома 2R является носителем главного локуса устойчивости.
С 90-х годов обнаруживают поражение тритикале возбудителями листовой ржавчины обоих родительских видов (Arseniuk, 1996 ,Schinkel 2002). По мнению этих авторов, возможность проникновения пшеничных и ржаных физиологических форм гриба в ткани тритикале стимулирует соматическую гибридизацию и может привести к появлению рекомбинантных форм и возникновению новых рас гриба, несущих гены (факторы вирулентности) ко всем трем культурам: тритикале, пшеница и рожь (Arseniuk, 1996).
Таблица 2.2. Тип реакции малых злаков к Puccinia spp. (по обзору Arseniuk, Czembor,1991)
(?)- forma specialis неизвестна. «++» - позитивная реакция, обильная споруляция, большие уредии; «+»- положительная реакция, средняя степень споруляции, уредии различного размера, присутствуют хлоротичные области; «+-»- реакция необычна, споруляция ограниченная, уредии маленького размера, обилие хлоротичных и некротичных областей; «-»-реакция отсутствует; «с»- только хлорозы; «п»- только некрозы.
Это предположение подтверждают данные таблицы 2.2, в которой представлены результаты анализа устойчивости различных зерновых культур к оригинальным изолятам возбудителя Puccinia. Изоляты патогенных грибов Puccinia recondita и P.graminis, собранные с растений тритикале в сильной степени поражают тритикале и пшеницу, и в меньшей степени - рожь.
К.М.Абдуллаевым (1983) отмечена четкая положительная корреляция по устойчивости к бурой ржавчине анализируемых образцов тритикале и пшеницы, а именно формы, не поражаемые ржавчиной, собранной с тритикале, были устойчивы также и к пшеничной форме ржавчины.
Структура генома тритикале необычна, поэтому очевидно, будут возникать формы ржавчины, специфичные для тритикале. Поиск новых доноров устойчивости к бурой листовой ржавчине различного происхождения и изучение механизма возникновение устойчивости и ее наследования представляется актуальным для селекции новых сортов тритикале.
Устойчивость к грибу Bipolaris sorokiniana. Факультативный гриб Bipolaris sorokiniana поражает многие виды зерновых культур, вызывая повреждение корневой системы (обыкновенная корневая гниль) и листьев (темно-бурая пятнистость). Большинство сообщений о поражении этим возбудитем промышленных сортов тритикале приходит из Индии и Бразилии, а также Мексики, Аргентины и Танзании (Chattannavar 1991a,b; Lawn, Sayre 1992; De Oliveira, Baier, 1993; Raghuchander, 1991; Kuwite, 1989; Rcis, 1991; Reis, Ambrosi, 1991; Sisterna, 1989). Развитие этого гриба на растениях вызывает поражение проростков, увядание листьев (Raghuchander и др. 1988, 1991а,Ь; Reis, Ambrosi, 1991), а также сильное поражение семян (Reis, 1991; Vargas et al., 1991).
Публикаций о генетическом контроле устойчивости к болезни, вызываемой В.sorokiniana, в настоящее время очень мало. Устойчивые
доноры у тритикале встречаются крайне редко (Wildermuth, McNamara, 1987; Chattannavar et al.,1991). Поэтому в качестве эффективного средства для ограничения развития этого возбудителя в настоящее время рекомендуется проводить химические обработки посевов тритикале (Lawn, Sayre, 1992; Reis, 1991; Reis, Ambrosi, 1991).
Устойчивость к мучнистой росе (Ervsiphe graminis f.sp. tritici, Erysiphe graminis f.sp. secalis). Мучнистая роса достаточно вредоносная болезнь для зерновых культур. Возбудитель этого заболевания является специализированным паразитом: пшеницу поражает форма tritici, а рожь -форма secalis. Форма гриба Е. grarminis f.sp. tritici не способна паразитировать с образованием спороношения на растениях ржи. Форма Е. graminis f.sp. secalis не поражает пшеницу. Данные, полученные Б.В.Ригиным и Т.В. Лебедевой (1990) показывают, что при инокуляции формой secalis у 58,4% сортов пшеницы отсутствовали видимые признаки внедрения гриба в растение, у остальных гаустории гриба проникали в эпидермальные клетки растения и вызывали реакцию сверхчувствительности.
В настоящее время возбудитель мучнистой росы ржи не наносит серьезного вреда возделываемым сортам тритикале, поэтому в ближайшее время ученые не прогнозируют эпифитотий этого заболевания (Scholze, 1991).
Сведения о поражении растений тритикале мучнистой росой пшеницы отражены в публикациях в меньшей степени по сравнению с мягкой пшеницей (табл.2.1). В последние три года отмечено появление восприимчивых генотипов тритикале к возбудителю Erysiphe graminis f.sp. tritici (Schinkel, 2002). В связи с этим необходимо изучение природы устойчивости к этой болезни у тритикале.
Некоторые исследователи (Szigat, Hagemeister, Frauenstein, 1980; Ригин, Лебедева, 1990; Forsstrom Р.-О. et al., 2002) объясняют устойчивость тритикале к грибу, паразитирующему на пшенице, присутствием хромосом ржаного родителя. R.Riley и C.F. Масег, (1966), В. Bogev и Z. Kunovski, 1976), изучая замещенные линии пшеницы сорта Holdfast, также показали, что устойчивость к мучнистой росе пшеницы обусловлена ржаными хромосомами. Одна из замещенных линий пшеницы, имеющая в геноме 7R хромосому от сорта ржи King II была устойчива к мучнистой росе ржи и пшеницы. Поэтому сравнительно частое появление среди тритикале образцов, восприимчивых к мучнистой росе пшеницы, может быть вызвано потерей отдельных хромосом ржи или их сегментов. Как правило, такие растения имели фенотип, близкий к пшеничному.
Согласно исследованиям Б.В. Ригина и Т.В. Лебедевой (1990) гены, контролирующие устойчивость ржи к грибу, паразитирующему на пшенице, локализованы в хромосомах 2R и 6R. В экспериментах V. Lind (1982) продемонстрировано влияние генов хромосом 1R, 2R, 3R и 6R на такие компоненты устойчивости, как снижение скорости инкубационного периода и споруляции, числа спор на пустулу. Каждая из этих хромосом ржи вносит свой вклад в устойчивость.
Р.-О. Forsstrom с коллегами (2002) показали влияние хромосом 1R, 2R и 4R на устойчивость пшенично-ржаных замещенных линий. Присутствие в генотипе простых замещенных линий хромосомы 1R, и в линиях с двойным замещением 1R и 4R, одинаково эффективно обеспечивало их устойчивость к трем агрессивным изолятам возбудителя мучнистой росы пшеницы.
РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ 41 Б1ШЛ1ЮТЕКА
3. Метод изучения взаимодействия геномов пшеницы и ржи в гибридном
геноме тритикале
Многочисленные исследования по наследованию признаков исходных родителей растениями тритикале, проводимые до настоящего времени, направлены на изучение влияния отдельных хромосом (генов) исходных родительских форм пшеницы и ржи. Нужно отметить, что не всегда те или иные генетические факторы, идентифицированные у исходных форм пшеницы и ржи, могут эффективно функционировать в геноме тритикале. В связи с этим, геном тритикале — это уникальная модель для изучения взаимодействия генов отдаленных видов и родов при их совмещении в комплексном геноме у аллополиплоидов.
Для идентификации и картирования генов, специфически проявляющихся в геноме тритикале, нами в работе был использован вариант гибридологического анализа, предложенный в лаборатории генетики растений А.В. Войлоковым (Voylokov, Tikhenko, 1998). Первым этапом такого анализа является получение гибридов и/или первичных тритикале на основе пшеницы, выбранной в качестве материнской формы, и возможно большим числом инбредных линий ржи. Целью этого этапа является выявление различий между гибридами и/или первичными тритикале в проявлении ранее установленных у ржи генов или различий в признаках тритикале, которые могут объясняться специфическим взаимодействием генов ржи и пшеницы в геноме гибрида (схема 3.1). А.V.Voylokov и N.D.Tikhenko (1998) описали многочисленные случаи аномалий морфогенеза - от образования зерновок с недифференцированными зародышами — до формирования растений со стерильными, морфологически измененными колосьями при изучении гибридов Fi, полученных от скрещивания мягкой пшеницы сорта Chinese Spring и серии инбредных линий ржи. Это указывает на генотипическое разнообразие инбредных линий ржи.
Генетический анализ Fi пшенично-ржаных гибридов (п) и первичных октоплоидных тритикале (2n) (Voylokov, Tikhenko, 1998)
Схема 3.1. Получение и изучение особенностей развития пшенично-
ржаных гибридов и первичных тритикале (2п)
Пшеница х Инбредные линии ржи
AABBDD [RR(1/1)*,RR(2/2)*,RR(1/1)....]
F^n) : ABDR(l), ABDR(2),
(2n) : AABBDDRR(1/1), AABBDDRR(2/2),.... *1 и 2 аллели генов ржи, ответственных за альтернативное проявление признаков у пшенично-ржаных гибридов и тритикале
Схема 3.2. Анализ расщепления по анализируемым признакам у Fi пшенично-ржаных гибридов (п) и первичных тритикале (2п)
Пшеница х Межлинейный гибрид ржи
AABBDD RR(l/2)
Ожидаемое расщепление
Fi(n) 1 [ABDR(l)]: 1 [ABDR(2)]
(2n) 1 [AABBDDRR(1/1)]: 1 [AABBDDRR(2/2)]
1 и 2 аллели генов ржи, ответственных за альтернативное проявление признаков у пшенично-ржаных гибридов и тритикале
Вторым этапом предлагаемого подхода является анализ расщепления для установления числа, эффектов действия, характера взаимодействия и картирования генов, полиморфизм которых был выявлен на первом этапе при сравнении Fi и/или амфидиплоидов.
Для проведения этого анализа линии ржи с различным проявлением установленных генов ржи у пшенично-ржаных гибридов Fi и/или тритикале скрещиваются между собой для получения межлинейных гибридов ржи. Пыльцой этих гибридов опыляется та же материнская форма пшеницы (схема 3.2). Необходимое число пшенично-ржаных амфигаплоидов и/или первичных тритикале, полученных на их основе, используется для проведения анализа расщепления по качественным и количественным признакам. В обоих случаях подразумевается использование молекулярных маркеров, полиморфных у ржи в такой степени, что две неродственные линии ржи различаются по маркерам, перекрывающим все хромосомы ржи (Korzun et al., 2001).
Таким образом, можно идентифицировать и картировать соответствующие гены ржи, а также оценить их взаимодействие с генами пшеницы при формировании анализируемого признака у пшенично-ржаных гибридов и первичных тритикале.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4. Условия проведения эксперимента, материал и методы
Экспериментальные исследования проводили в 1996-2002 г.г. на базе лаборатории генетики растений БиНИИ СПбГУ и Пушкинских лабораторий ВНИИ растениеводства им. Н.И.Вавилова (г. Санкт-Петербург). Питомник размножения первичных октоплоидных тритикале располагался на опытном поле лаборатории генетики растений БиНИИ СПбГУ, в окрестностях г. Петергофа. 4.1. Почвенно- климатические условия проведения полевого эксперимента
Почвы опытного поля дерново-подзолистые с содержанием гумуса 3-4%. По механическому составу среднесуглинистые. Реакция по всему профилю слабокислая (рН 5,5-6). В условиях избыточного увлажнения наблюдается вымокание. Рельеф ровный. Соблюдается трехпольный севооборот: зерновые - пропашные - чистый пар.
Для проведения полевого эксперимента линии первичных октоплоидных яровых тритикале и яровую мягкую пшеницу сорта Chinese Spring выращивали рассадным методом. Посев тритикале и пшеницы проводили 30 марта в рассадные ящики и культивировали в течение 1,5 месяцев в условиях теплицы. В первой декаде мая в фазе кущения растения высаживали в поле с площадью питания 10 х 5 см, располагая линии тритикале по длине гряды случайно. В качестве контроля через каждые 18 рядов растений тритикале высаживали 2 ряда растений пшеницы Chinese Spring. В фазу колошения растения тритикале и пшеницы индивидуально изолировали пергаментными изоляторами размером 5 х 17 см. Уборку тритикале проводили в фазе молочно-восковой спелости, пшеницы в фазе полной спелости в середине августа. Растения тритикале досушивали в теплице.
Климатические условия области характеризуются переходом морского климата в слабо континентальный. По средним многолетним данным сумма температур выше 10 С0 колеблется в пределах 1600-2000 . Среднегодовое количество осадков составляет 500-600 мм. Из них 65-75% приходится на теплое время года с максимумом в августе (15% годовой нормы). Лето умеренно теплое, влажное; зима умеренно теплая.
Полевые наблюдения проводили в 1998-2000 годы. Метеорологические условия за эти годы исследования были различны, что позволило выявить влияние абиотических факторов (температура, обеспеченность влагой) на формирование количественных признаков у линий тритикале и мягкой пшеницы.
1998 год. Среднедекадная температура воздуха и сумма осадков за декаду в
течение вегетационного периода отличались от средних значений этих
показателей по годам в сторону больших значений. В мае в момент высадки
растения испытывали недостаток влаги, этот дефицит был восполнен
поливом. В июне-августе отмечали избыток осадков. Температура воздуха в
июне-июле превышала среднемноголетние показатели (приложения, табл.1).
1999 год. За весь период вегетации наблюдали сильные колебания
показателей среднесуточной температуры по сравнению со средними
многолетними от 1,5 С0 в первой декаде мая, когда растения высаживали в
поле, до 22,0 С в конце июня, в фазу активного роста. В июле наблюдали
острый дефицит влаги на фоне среднесуточной температуры воздуха,
превышающей среднюю многолетнюю на 2-6 С (приложения, табл.1).
2000 год. Среднесуточная температура за весь период мало отличалась от
значений этого показателя по многолетним наблюдениям. В июле отмечали
избыток влаги в почве, вследствие превышения количества поступающих
осадков по сравнению со средними многолетними (приложения, табл. 1).
4.2. Материал и методы
4.2.1.. Описание инбредных линий ржи В работе использованы инбредные поколения 116 автофертильных линий ржи лаборатории генетики растений БиНИИ СПбГУ. В основу создания этих линий ржи положены различные источники автофертильности. Большая часть из них (81 линия из 116) получена путем фиксации мутаций автофертильности у отдельных растений сортовых популяций Вятка, Сталь, Волхова, Гейне, Петкус, образцов Белозерная без воскового налета, Черноколосая, а также линии из Германии (табл. 4.1).
Остальные 35 линий выделены из популяций F2 от самоопыления автофертильных растений Fi, полученных в результате скрещивания автофертильных линий и образцов, несущих доминантный или рецессивный аллель одного из генов, контролирующих морфологические признаки (табл.4.2). Взятые для изучения инбредные линии ржи имели от 5 до 30 поколений инбридинга.
В отдаленную гибридизацию нами была вовлечена 61 инбредная линия озимой ржи генетической коллекции лаборатории генетики растений БиНИИ СПбГУ, из которых 25 линий несут доминантный аллель гена короткостебельности Ddwl, локализованного в 5R хромосоме, а 36 линий различного происхождения рецессивный аллель этого гена. У двадцати семи из шестидесяти одной линии озимой ржи идентифицированы мутации автофертильности (^-мутации) в различных локусах несовместимости S(1R), Z(2R) и T(5R). У 17 линий мутации автофертильности были идентифицированы с помощью генетического анализа (Егорова, Войлоков, 1998), у остальных 10 - по родословным.
Таблица 4.1. Список автофертильных линий ржи, происходящих от
растений из сортовых популяций и коллекционных образцов
Таблица 4.2. Список инбредных линий ржи, происходящих от растений из F2 различных комбинаций скрещивания
4.2.2. Получение межлинейных гибридов ржи F\ и Р2для изучения генетического контроля устойчивости к Bipolaris sorokiniana
Для получения межлинейных гибридов Fi проводили индивидуальные скрещивания между отдельными растениями инбредных линий 453, 517, 518, Ф14, Т5. Потомства F2 получали путем контролируемого самоопыления гибридов первого поколения.
4.2.3. Получение первичных октоплоидных тритикале
Первичные яровые октоплоидные тритикале получали по стандартной методике (Сечняк, Сулима, 1984) путем скрещивания одного сорта гексаплоидной пшеницы Chinese Spring (CS), обладающего рецессивными аллелями krl, kr2 высокой скрещиваемости с рожью, с 61 автофертильной линией ржи. В 1994 году на основе 15, в 1996 году на основе 52 инбредных линий озимой ржи и мягкой пшеницы сорта Chinese Spring (CS) получены 67 комбинаций амфигаплоидов Fi (табл.4.3). Для удвоения числа хромосом из каждой комбинации случайно отбирали по 6-7 зерновок, после колхицинирования растения (Со) выращивали в условиях теплицы. Зерновки, собранные с озерненных растений (Со) одной комбинации, считали линией первичного октоплоидного тритикале с сохранением номера, присвоенного комбинации скрещивания в год гибридизации.
Линии тритикале (Ad), полученные в независимых экспериментах по скрещиванию CS с одной и той же линией ржи, обозначены одинаковым номером с буквенным индексом, например Ad7a и Ad7b. Таким образом, на основе 6 инбредных линий ржи получено 12 линий первичных октоплоидных тритикале (табл. 4.3.).
Таблица 4.3. Первичные яровые октоплоидные тритикале, полученные на основе инбредных линий ржи и мягкой пшеницы Chinese Spring
продолжение табл.4.3.
Примечание:* ? - ^/-мутация не идентифицирована; **- линии ржи, полученные из Германии
В 1998 году в поле были высажены растения 67 линий первичных октоплоидных тритикале, из них 52 линии поколения Сь полученные в 1996 году и 15 линий поколения Сг, полученные в 1994 году. Вследствие низкой озерненности колхицинированных растений Со у 41 линии тритикале поколения Сі, и четырех линий поколения Сг в поле в 1998 году высевали все зерновки от 1 до 19, в зависимости от линии. Остальные 22 линии тритикале (11 линий поколения Сі и 11 линий поколения С2), имеющие достаточное число зерновок, высаживали в течение двух лет проведения экспериментов по 3 рядка (24 растения).
Потомство каждого растения, выращенного в поле в 1998 году, считали семьёй.
Для полевого эксперимента в 1999 году в каждой линии отбирали одно наиболее озерненное растение по результатам полевого эксперимента 1998 года.
У 4 линий тритикале поколения С2 (Ad28, Ad31, Ad88, Ad30) и 3 линий поколения Сз (Ad50, Ad51, Ad2) для посева в 1999 году отбирали по две семьи, т.к. наряду с лучшими значениями зерновой продуктивности у исходных растений поколений Сі и С2, выращенных в 1998 году, отмечали статистически значимые различия по высоте.
4.2.4. Биометрический анализ признаков главного стебля и колоса
У растений тритикале после досушивания оценивали следующие количественные признаки: высота растения, длина первого, второго (снизу), верхнего (под колосом) междоузлий, признаки главного колоса: длина, число колосков, завязываемость (фертильность) в 1998 году у 67' линий тритикале, в 1999 - у 63 и в 2000 году у 10 наиболее озерненных линий тритикале. Среди 67 линий, изученных в 1998 году, четыре были стерильны, поэтому в анализе количественных признаков во втором году полевого эксперимента (1999 г.) эти линии отсутствовали.
Высотой растения считали расстояние от узла кущения до верхушки колоса главного побега. Для изучения структуры соломины проводили измерение длины первого, второго (снизу) и верхнего (под колосом) междоузлий. Долю междоузлий от общей длины стебля выражали в процентах.
Завязываемость (фертильность) определяли как отношение числа зерен, завязавшихся в I и II цветках колоса, к общему числу I и II цветков, выраженное в процентах.
Эффектом влияния ржаного компонента на формирование количественных признаков считали все достоверные отклонения по значениям изученных признаков от материнской формы мягкой пшеницы сорта Chinese Spring (CS). Сравнение первичных октоплоидных тритикале с исходными инбредными линиями ржи по хозяйственно - ценным признакам не проводили, так как большинство линий ржи являются озимыми, а пшеница и полученные на ее основе тритикале имеют яровой тип развития. Кроме того, проявление ряда генов ржи, контролирующих морфологические признаки, маскируется у линий инбредной депрессией, а у тритикале носит непредсказуемый, специфический характер.
4.2.5. Изучение устойчивости к грибным болезням
Изучали устойчивость 109 инбредных линий ржи к патогенным грибам, вызывающих развитие бурой ржавчины пшеницы (Puccinia recondita Rob. ex Desm. Lsp.tritici), бурой ржавчины ржи (Puccinia dispersa Erikss. Et Henn.), темно-бурой листовой пятнистости, обыкновенной корневой гнили (Bipolaris sorokiniana Shoen.). Для оценки устойчивости отбирали зерновки, полученные при групповом опылении (т.е. от переопыления родственных растений в пределах одной линии).
Линии первичных октоплоидных тритикале анализировали на устойчивость к вышеперечисленным болезням, а также к мучнистой росе
пшеницы (Erysiphe grarminis f.sp. tritici). Для изучения устойчивости тритикале отбирали зерновки из урожая 1998 года. Из 67 линий первичных октоплоидных тритикале было проанализировано 55. У тридцати восьми линий тритикале для анализа отбирали отдельные семьи, т.к. растения этих линий характеризовались достаточным для проведения испытания числом зерен. Для оценки устойчивости семнадцати плохо озерненных линий тритикале формировали смесь из зерновок нескольких семей (по 2 зерновки с растения объединяли в один пакет), считая образцом линии тритикале. Эти низкоозерненные линии являются потомством одного гомозиготного растения Со или С\г поэтому правомерно предположить, что каждый образец является генетически однородным.
Для анализа устойчивости к бурой ржавчине пшеницы у поколений С2-С4 линий тритикале Ad7a и Ad 17 были отобраны зерновки с каждого фертильного растения, выращенных в течение 1998, 1999 и 2000 годов. Для изучения наследования устойчивости к обыкновенной корневой гнили С2-С3 поколений линий Ad76 и Ad39 отбирали зерновки с каждого озерненного растения, выращенных в 1998 и 1999 годы.
Подготовка растительного материала. Для изучения устойчивости к листовым грибным болезням зерновки каждой линии ржи, тритикале и материнской формы пшеницы (CS) высевали в эмалированную кювету 33x26 см на вату смоченную водой. Кювету с семенами выдерживали двое суток в темноте (t =2С), а затем помещали в лабораторную светоустановку (освещенность 2500 лк/м2). Через 7-10 дней после посева растения в фазе первого листа использовали для инокуляции.
Интактные растения выращивали в поддонах с землей на светоустановке до фазы кущения. Затем проводили инокуляцию растений.
Оценка устойчивости к Bipolaris sorokiniana. Для заражения растений возбудителем темно-бурой листовой пятнистостью отрезки первого листа длиной 1-1,5см раскладывали последовательно в эмалированную кювету на вату, смоченную водой либо водным раствором бензимидазола (0,006%) (Тырышкин, Михайлова, 1991). В качестве «восприимчивого» контроля использовали материнскую форму мягкой пшеницы сорта Chinese Spring. Листья контрольного сорта помещали по возможности в центре кюветы. По периметру кюветы выкладывали валики из ваты, смоченные водой, для создания и сохранения повышенной влажности. После инокуляции кювету оборачивали полиэтиленовой пленкой, накрывали стеклом и выдерживали сутки в темноте, после этого помещали на светоустановку (2500 Лк, t 20-22С). Для анализа устойчивости использовали первый лист не менее чем от 10 проростков.
Поражение темно-бурой листовой пятнистостью оценивали на 3-4-й день после инокуляции по 7 балльной шкале: 0 - отсутствие симптомов поражения,
1- отдельные мелкие пятна,
2, 3, 4, 5, 6 - пятна среднего и крупного размера с хлорозом, занимающие соответственно 10,30, 50, 80 и 100% поверхности листа.
Линии тритикале с баллом 0, 1, 2 считали устойчивыми, 2-4 -среднеустойчивыми, 5,6 - восприимчивыми. Образцы, имеющие в пределах одной линии восприимчивые и устойчивые растения, считали гетерогенными.
Устойчивость к обыкновенной корневой гнили изучали рулонным методом. Полосы фильтровальной бумаги 14-15 см х 40-50 см увлажняли водой, сверху помещали узкую полоску 5x40-50 см кальки, на которую последовательно раскладывали семена каждой линии (не менее 10 штук).
Через 3-5 дней после прорастания семян рулоны разворачивали и корневую систему заражали споровой суспензией изолята «Т» B.sorokiniana.
Тип реакции на заражение обыкновенной корневой гнилью учитывали на 10 -15 день после инокуляции. Развитие болезни оценивали по шкале:
- отсутствие симптомов поражения,
- отдельные черные точки на колеоптиле и корнях, 2, 3 и 4 - побурение 10, 50 и 70% корневой системы,
- вся корневая система коричневого цвета,
- полная гибель растений.
Устойчивыми считали образцы с баллами 0, 1 и 2, среднеустойчивыми-с баллами 3 и 4, высоковосприимчивыми- с баллами 5 и 6. Линии, в пределах которых содержались растения разных групп по устойчивости, считали гетерогенными.
Оценка устойчивости к ржавчинным грибам и мучнистой росе. Для
заражения образцов бурой ржавчиной пшеницы и ржи, мучнистой росой пшеницы отрезки первого листа длиной 1-1,5см раскладывали последовательно в эмалированную кюветы на вату, смоченную водой и водным раствором бензимидазола (0,006%) (Тырышкин, Михайлова, 1991). В качестве «восприимчивого» контроля использовали материнскую форму мягкой пшеницы сорта Chinese Spring. Листья контрольного сорта помещали по возможности в центре кюветы. По периметру кюветы оставляли полосы до 3 см, чтобы не происходило подсыхания листьев.
Интактные растения и отрезки листьев инокулировали суспензией спор возбудителя бурой ржавчины пшеницы из пульверизатора, заражение мучнистой росой проводили путем стряхивания конидий гриба с пораженных восприимчивых растений.
На отрезках листьев и интактных растениях тип реакции на заражение бурой ржавчиной и мучнистой росой учитывали на 7 - 8 - й день после инокуляции по 5 балльной шкале:
0 - отсутствие симптомов поражения,
- очень мелкие пустулы, окруженные некрозом,
- пустулы среднего размера, окруженные некрозом или хлорозом,
- пустулы среднего размера без некроза, 4- крупные пустулы без некроза.
Баллы 0-2 соответствали реакции устойчивости, 3-4 восприимчивости.
Работа с инфекционным материалом, контроль инфекционной нагрузки.
Для заражения темно-бурой листовой пятнистостью и обыкновенной корневой гнилью использовали штамм «Т» фитопатогенного гриба Bipolaris sorokiniana с титром 30000 конидий/мл и 60000 конидий/мл. Культуру гриба культивировали на искусственной питательной среде (модифицированная среда Чапека) в течение 14 дней в термостате при 120-22С, что обеспечивает сильное конидиальное спороношение. Оптимально использование 15-20-дневной культуры. Конидии с поверхности агара собирали лопаткой и суспензировали, в отстоявшейся водопроводной воде. Полученную суспензию фильтровали через двойной слой марли. В готовой суспензии определяли инфекционную нагрузку.
Для инокуляции бурой ржавчиной пшеницы (Puccinia recondita Rob. ex Desm. f.sp.tritici), ржи (Puccinia dispersa Erikss. Et Henn.) использовали природные популяции патогенных грибов, собранные, соответственно, с пораженных восприимчивых растений сортовых участков пшеницы и ржи на опытном поле ВИР (г. Пушкин). В лабораторных условиях P.recondita и P.dispersa культивировали на отрезках листьев восприимчивых сортов соответственно пшеницы (сорт Ленинградка) и ржи (сорт Ильмень). Для
этого листья восприимчивых сортов длиной 3 см раскладывали в 2 ряда на увлажненную вату в чашках Петри, с одного конца на листья помещали валик из ваты, смоченный водным раствором бензимидазола. После инокуляции чашки Петри выдерживали сутки в темноте, потом помещали на светоустановку. Для приготовления суспензии спор, пораженные листья помещали в колбу с водой и встряхивали в течение 2-3 минут. Инфекционную нагрузку не определяли.
Для оценки устойчивости к мучнистой росе использовали природную популяцию возбудителя Е. grarminis f.sp. tritici, собранную с растений восприимчивого сорта пшеницы Ленинградка (г.Пушкин). В лабораторных условиях возбудитель мучнистой росы пшеницы культивировали на растениях восприимчивого сорта пшеницы. Для этого в кювету высевали семена, в фазе 2-листьев растения заражали конидиями гриба и в дальнейшем культивировали на светоустановке. Инфекционную нагрузку не определяляли.
4.2.6. Статистические методы обработки полученных результатов
Для анализа количественных признаков использовали методы стандартной статистики, дисперсионный анализ, входящих в пакет программ STATISTICA for WINDOWS (версия 5.0).
Фактически полученные соотношения устойчивых и восприимчивых фенотипов сопоставляли с теоретически ожидаемыми менделевскими соотношениями с помощью критерия хи-квадрат (% ) (Рокицкий, 1964).
Доверительные интервалы для средних значений завязываемости семян у первичных тритикале, полученных на основе инбредных линий ржи с идентифицированными ^мутациями, рассчитаны с помощью ф преобразования Фишера (Урбах, 1963).
Влияние гена короткостебельности Ddwl ржи на высоту растения
В настоящее время активно продолжается изучение эффективности различных пшеничных генов Rht в отношении их способности снижать высоту растения тритикале. С. Tarkowski с соавторами (1996) проводили работу по переносу аллелей короткостебельности от изогенных линий (Rhtl, Rht2, RhtS) мягкой пшеницы сорта Maris Widgeon в тритикале сорта Presto. Исследователи отмечали снижение высоты у растений межлинейных гибридов F2 по сравнению с исходными линиями Presto. Так, высота растения у линий Presto составляла в среднем 90,8 см. У гибридных комбинаций с Rhtl этот признак у самого короткостебельного растения составил 75,0 см, с Rht2 — 60 см, с Rht3 - 45 см (Tarkowski et al.,1996). Позднее P. Kraska и С. Tarkowski (1998) изучали влияние генов Rht на высоту растения этих же комбинаций межлинейных гибридов тритикале более поздних поколений (F5). Средние значения высоты растений поколения F5 не превышали 53,3 см, 69,9 см и 74,5 см соответственно. Показано, что по степени снижения высоты растений у межлинейных гибридов тритикале F2 и F5 гены короткостебельности располагаются в следующем порядке: Rht3 Rht2 Rhtl. A. Borner и J. Plaschke (1996) изучали влияние генов короткостебельности Rht2, Rht3 (от пшеницы) и карликовости ct2 (от ржи) на высоту растений тритикале. По эффекту влияния этих генов на изучаемый признак у октоплоидных тритикале эти гены располагались следующим образом: Rht3 ct2 Rht2. Комбинирование мутантных аллелей генов Rht2 с ct2, Rht3 с ct2 в одном геноме, привело к более значительному снижению высоты растений первичных тритикале по сравнению с формами тритикале, несущими мутантные аллели только одного гена - или ct2, или Rht2. (Borner, Plaschke, 1996). Таким образом, вполне эффективно сочетание мутантных аллелей генов обоих родителей в одном комплексном геноме, с целью снижения высоты растений первичных форм тритикале. Влияние гена короткостебельности Ddwl ржи на высоту растения Среди генов, мутантные аллели которых снижают высоту стебля у растений ржи, можно выделить две группы: 1) гены карликовости {ctl, ct2, тп) 2) ген короткостебельности {Ddwl).
Формы ржи с мутантными аллелями генов карликовости обычно характеризуются изменением комплекса признаков, в том числе изменениями в строении колоса (плейотропным эффектом). J.N. De Vries и J. Sibenga (1984) описали и локализовали в хромосоме 7R ген рецессивной карликовости ctl. Неоднократно описаны карлики «пшеничного» типа, карликовость которых обусловлена одним рецессивным геном с плейотропным эффектом. Формирование короткой соломины у форм ржи, несущих в хромосоме 5R ген ct2 (Федоров и др., 1967; Sturm, Muller, 1982; Смирнов, Соснихина, 1984), сопровождается развитием плотного безостого колоса, укороченными торчащими листьями, укороченными зерновками (в отечественной литературе такой тип обозначается как Московский карлик). Второй тип карликов, наряду с низкостебельностью, характеризуется увеличением числа узлов и листьев на стебле, повышенной кустистостью, ветвлением стебля из верхних узлов (многоколосость). Этот карлик обозначили как тип multinodosum (другое название - Башкирский карлик) (Смирнов, Соснихина, 1984). Такой тип растения определяется гомозиготностью по рецессивному аллелю одного гена- тп (multinodosum).
Особый интерес с точки зрения доноров генов короткостебельности для тритикале представляют формы ржи, сочетающие короткую соломину и нормально развитый колос. Короткостебельная форма ржи (70см), имеющая крупный продуктивный колос, была впервые обнаружена В.Д. Кобылянским в потомстве гибридных растений Вятка х KungsII и обозначена ЕМ-1 (естественный мутант-1). Позднее данный тип короткостебельности был описан у образца местной ржи из Болгарии (к-10028 по каталогу ВИР). Короткостебельность этого типа контролируется доминантным аллелем одного гена (Кобылянский, 1972; Смирнов, Соснихина, 1984). По данным В.Д.Кобылянского (1972, 1973) введение доминантного гена короткостебельности в генотипы различных по высоте сортов ржи показало уменьшение высоты стебля растений первого поколения на 33-39%. У короткостебельной ржи достоверно увеличивается продуктивная кустистость, длина колоса, число колосков в нем, вес зерна с растения, но остаются неизменными плотность колоса и вес зерна с колоса. Еще более короткостебельная форма (40-60см) с коротким плотным колосом, названная Дюймовочка, выделена из гибридной комбинации Московской карликовой с сортами Петкус, Петкус короткостебельный, Вятка 2 и Гибрид 173 (Попов, Васько, 1979). Короткостебельность этой формы контролируется рецессивным аллелем одного гена.
В CYMMIT была разработана программа по введению в тритикале генов карликовости яровой ржи сорта Снупи (Snoopy) (Zillinsky, Borlaug, 1971). Однако вместе с геном карликовости от этого сорта формы тритикале наследовали нежелательные аллели генов, обусловливающие низкую устойчивость растений к болезням, и ряд других отрицательных признаков.
Значительный прогресс в селекции тритикале на устойчивость к полеганию достигнут благодаря использованию гена доминантной короткостебельности ржи Ddwl (HI). Почти одновременно рядом исследователей сделаны попытки использовать ген Ddwl для получения короткостебельных тритикале (Степочкин, Владимиров, 1978; Афанасьева, 1982; Ильичев, 1986; Гордей, 1988; Шевченко, Гончаров, 1990 и др.). При скрещивании среднерослой (до 100 см) и высокорослой ( 120 см) форм пшеницы с сортами ржи, несущими доминантную аллель гена короткостебельности Ddwl у гибридов в первом поколении доминировала коротокостебельность (Афанасьева, 1982; Ильичев, 1986).
Получение межлинейных гибридов ржи F] и F2 для изучения генетического контроля устойчивости к Bipolar is sorokiniana
В 1998 году в поле были высажены растения 67 линий первичных октоплоидных тритикале, из них 52 линии поколения Сь полученные в 1996 году и 15 линий поколения Сг, полученные в 1994 году. Вследствие низкой озерненности колхицинированных растений Со у 41 линии тритикале поколения Сі, и четырех линий поколения Сг в поле в 1998 году высевали все зерновки от 1 до 19, в зависимости от линии. Остальные 22 линии тритикале (11 линий поколения Сі и 11 линий поколения С2), имеющие достаточное число зерновок, высаживали в течение двух лет проведения экспериментов по 3 рядка (24 растения). Потомство каждого растения, выращенного в поле в 1998 году, считали семьёй. Для полевого эксперимента в 1999 году в каждой линии отбирали одно наиболее озерненное растение по результатам полевого эксперимента 1998 года. У 4 линий тритикале поколения С2 (Ad28, Ad31, Ad88, Ad30) и 3 линий поколения Сз (Ad50, Ad51, Ad2) для посева в 1999 году отбирали по две семьи, т.к. наряду с лучшими значениями зерновой продуктивности у исходных растений поколений Сі и С2, выращенных в 1998 году, отмечали статистически значимые различия по высоте. У растений тритикале после досушивания оценивали следующие количественные признаки: высота растения, длина первого, второго (снизу), верхнего (под колосом) междоузлий, признаки главного колоса: длина, число колосков, завязываемость (фертильность) в 1998 году у 67 линий тритикале, в 1999 - у 63 и в 2000 году у 10 наиболее озерненных линий тритикале. Среди 67 линий, изученных в 1998 году, четыре были стерильны, поэтому в анализе количественных признаков во втором году полевого эксперимента (1999 г.) эти линии отсутствовали. Высотой растения считали расстояние от узла кущения до верхушки колоса главного побега. Для изучения структуры соломины проводили измерение длины первого, второго (снизу) и верхнего (под колосом) междоузлий. Долю междоузлий от общей длины стебля выражали в процентах.
Завязываемость (фертильность) определяли как отношение числа зерен, завязавшихся в I и II цветках колоса, к общему числу I и II цветков, выраженное в процентах. Эффектом влияния ржаного компонента на формирование количественных признаков считали все достоверные отклонения по значениям изученных признаков от материнской формы мягкой пшеницы сорта Chinese Spring (CS). Сравнение первичных октоплоидных тритикале с исходными инбредными линиями ржи по хозяйственно - ценным признакам не проводили, так как большинство линий ржи являются озимыми, а пшеница и полученные на ее основе тритикале имеют яровой тип развития. Кроме того, проявление ряда генов ржи, контролирующих морфологические признаки, маскируется у линий инбредной депрессией, а у тритикале носит непредсказуемый, специфический характер. Изучали устойчивость 109 инбредных линий ржи к патогенным грибам, вызывающих развитие бурой ржавчины пшеницы (Puccinia recondita Rob. ex Desm. Lsp.tritici), бурой ржавчины ржи (Puccinia dispersa Erikss. Et Henn.), темно-бурой листовой пятнистости, обыкновенной корневой гнили (Bipolaris sorokiniana Shoen.). Для оценки устойчивости отбирали зерновки, полученные при групповом опылении (т.е. от переопыления родственных растений в пределах одной линии).
Линии первичных октоплоидных тритикале анализировали на устойчивость к вышеперечисленным болезням, а также к мучнистой росе пшеницы (Erysiphe grarminis f.sp. tritici). Для изучения устойчивости тритикале отбирали зерновки из урожая 1998 года. Из 67 линий первичных октоплоидных тритикале было проанализировано 55. У тридцати восьми линий тритикале для анализа отбирали отдельные семьи, т.к. растения этих линий характеризовались достаточным для проведения испытания числом зерен. Для оценки устойчивости семнадцати плохо озерненных линий тритикале формировали смесь из зерновок нескольких семей (по 2 зерновки с растения объединяли в один пакет), считая образцом линии тритикале. Эти низкоозерненные линии являются потомством одного гомозиготного растения Со или С\г поэтому правомерно предположить, что каждый образец является генетически однородным. Для анализа устойчивости к бурой ржавчине пшеницы у поколений С2-С4 линий тритикале Ad7a и Ad 17 были отобраны зерновки с каждого фертильного растения, выращенных в течение 1998, 1999 и 2000 годов. Для изучения наследования устойчивости к обыкновенной корневой гнили С2-С3 поколений линий Ad76 и Ad39 отбирали зерновки с каждого озерненного растения, выращенных в 1998 и 1999 годы. Подготовка растительного материала. Для изучения устойчивости к листовым грибным болезням зерновки каждой линии ржи, тритикале и материнской формы пшеницы (CS) высевали в эмалированную кювету 33x26 см на вату смоченную водой. Кювету с семенами выдерживали двое суток в темноте (t =2С), а затем помещали в лабораторную светоустановку (освещенность 2500 лк/м2). Через 7-10 дней после посева растения в фазе первого листа использовали для инокуляции.
Статистические методы обработки полученных результатов
Для заражения темно-бурой листовой пятнистостью и обыкновенной корневой гнилью использовали штамм «Т» фитопатогенного гриба Bipolaris sorokiniana с титром 30000 конидий/мл и 60000 конидий/мл. Культуру гриба культивировали на искусственной питательной среде (модифицированная среда Чапека) в течение 14 дней в термостате при 120-22С, что обеспечивает сильное конидиальное спороношение. Оптимально использование 15-20-дневной культуры. Конидии с поверхности агара собирали лопаткой и суспензировали, в отстоявшейся водопроводной воде. Полученную суспензию фильтровали через двойной слой марли. В готовой суспензии определяли инфекционную нагрузку.
Для инокуляции бурой ржавчиной пшеницы (Puccinia recondita Rob. ex Desm. f.sp.tritici), ржи (Puccinia dispersa Erikss. Et Henn.) использовали природные популяции патогенных грибов, собранные, соответственно, с пораженных восприимчивых растений сортовых участков пшеницы и ржи на опытном поле ВИР (г. Пушкин). В лабораторных условиях P.recondita и P.dispersa культивировали на отрезках листьев восприимчивых сортов соответственно пшеницы (сорт Ленинградка) и ржи (сорт Ильмень). Для этого листья восприимчивых сортов длиной 3 см раскладывали в 2 ряда на увлажненную вату в чашках Петри, с одного конца на листья помещали валик из ваты, смоченный водным раствором бензимидазола. После инокуляции чашки Петри выдерживали сутки в темноте, потом помещали на светоустановку. Для приготовления суспензии спор, пораженные листья помещали в колбу с водой и встряхивали в течение 2-3 минут. Инфекционную нагрузку не определяли.
Для оценки устойчивости к мучнистой росе использовали природную популяцию возбудителя Е. grarminis f.sp. tritici, собранную с растений восприимчивого сорта пшеницы Ленинградка (г.Пушкин). В лабораторных условиях возбудитель мучнистой росы пшеницы культивировали на растениях восприимчивого сорта пшеницы. Для этого в кювету высевали семена, в фазе 2-листьев растения заражали конидиями гриба и в дальнейшем культивировали на светоустановке. Инфекционную нагрузку не определяляли.
Для анализа количественных признаков использовали методы стандартной статистики, дисперсионный анализ, входящих в пакет программ STATISTICA for WINDOWS (версия 5.0).
Фактически полученные соотношения устойчивых и восприимчивых фенотипов сопоставляли с теоретически ожидаемыми менделевскими соотношениями с помощью критерия хи-квадрат (% ) (Рокицкий, 1964).
Доверительные интервалы для средних значений завязываемости семян у первичных тритикале, полученных на основе инбредных линий ржи с идентифицированными мутациями, рассчитаны с помощью ф преобразования Фишера (Урбах, 1963). Результаты За годы изучения средние значения высоты растений у полученных первичных октоплоидных тритикале варьировали от 60,0 до 125,1 см в 1998 году и от 33,5 до 104,0 см в 1999 году (табл. 5.1.; приложения, табл.2), тогда как у материнской формы пшеницы Chinese Spring она составила в среднем 99,0 см и 98,5 см соответственно (табл.5.1.).
При разбивке линий тритикале на две группы - имеющих рецессивный или доминантный аллель гена Ddwl - полученные распределения в значительной степени перекрываются. В пределах обеих групп имеются линии с достоверными различиями по высоте растений. Можно заключить, что у родительских линий ржи присутствуют гены-модификаторы, аллели которых действуют как в направлении снижения, так и увеличения высоты растений тритикале на фоне гомозиготности по рецессивному или доминантному аллелям гена Ddwl. Очевидно, что эти гены-модификаторы могут быть использованы для селекции тритикале на высоту растений в обоих направлениях. В течение двух лет изучения тритикале с геном доминантной короткостебельности были короче, чем тритикале, несущие рецессивный аллель этого гена, в среднем на 23,5 см (табл. 5.1.).
Высота растения — сложный количественный признак, контролируемый несколькими генетическими системами. На реализацию данного признака значительное влияние оказывают погодные условия.
Генетический контроль устойчивости к темно-бурой листовой пятнистости
Возделываемые сорта ржи, как правило, не поражаются бурой ржавчиной пшеницы. В литературе имеются единичные сообщения о восприимчивых генотипах, обнаруженных при изучении сортовых популяций (Bocsa, Kiss,1966; Rubliales et al.,1993). Musa G.L.C. с коллегами (1984) для изучения генетического контроля устойчивости инбредных линий ржи к Puccinia recondita sp.f.tritici использовали восприимчивую автофертильную линию ржи. Это позволило им установить, что устойчивость к бурой ржавчине пшеницы контролируется у шести устойчивых линий ржи различным числом генов от одного до трех (Musa et al. 1984).
Полученные нами результаты также свидетельствуют о том, что среди линий ржи имеются восприимчивые генотипы. При анализе устойчивости к бурой ржавчине пшеницы из 96 инбредных линий ржи только 41 линия были устойчивы к этой болезни, а у растений шестнадцати линий ржи отрезки листьев сильно поражались ржавчиной (табл. 6.1). Полученные нами результаты дают основания предположить, что в генотипе ржи могут присутствовать генетические факторы восприимчивости к болезни неспецифичной для этого рода, которые не проявляются у сортовых популяций вследствие высокого уровня гетерогенности и гетерозиготности отдельных растений.
Изучение устойчивости инбредных линий ржи к бурой ржавчине ржи ранее проводил А.В. Войлоков с коллегами (1998). Ни одна автофертильная линия ржи (из 100 проанализированных) не обладала устойчивостью ко всем клонам гриба, большинство линий (80%) проявили устойчивость к 6 изолятам, 50% были устойчивы к 14 изолятам, 25 линий к 29 изолятам (Войлоков и др., 1998). Проведенное нами исследование устойчивости инбредных линий ржи к природной популяции бурой ржавчины ржи также показало, что изучаемые формы бедны устойчивыми генотипами, выделились четыре устойчивые не родственные друг другу линии (572, Н9, Н8, Н6) (приложения, табл. 3).
Использование инбредных линий ржи позволяет полнее раскрыть генетический потенциал исходных сортовых популяций. В наших исследованиях из 12 линий, происходящих от сорта Вятка (восприимчивого к ржавчине ржи) одна линия была устойчива к этой болезни. Сходные результаты получены В.Д. Кобылянским и О.В. Солодухиной. При изучении устойчивости растений сортовой популяции Вятка были выделены отдельные формы, несущие генетические факторы устойчивости к этой болезни (устное сообщение). Таким образом, изучение устойчивости инбредных автофертильных линий ржи позволяет не только выделять новые устойчивые формы, но и получать информацию о генетическом разнообразии Secale cereale.
Устойчивость инбредных линий ржи к возбудителю темно-бурой листовой пятнистости и обыкновенной корневой гнили {Bipolaris sorokiniana) была предварительно обнаружена нами при тестировании небольшего числа автофертильных линий ржи (Тырышкин и др., 1998).
В настоящей работе при анализе устойчивости к этим болезням 97 инбредных линий ржи мы выделили б (Л6, 515, 516, 474, Ф14, Н2) устойчивых к обыкновенной корневой гнили и 16 линий (Т5, Ф6, Ф21, Ф32, Ф40, 490, 489, 517, 479, 559, 401, 423, 384, 410, 541, 543) устойчивых к темно-бурой листовой пятнистости (приложения, табл.3). Из проанализированных линий ржи не выделено форм с комплексной устойчивостью одновременно к двум болезням, вызываемым грибом B.sorokiniana. Это может свидетельствовать о том, что устойчивость к каждой из этих болезней контролируется у ржи различными генетическими системами. На отсутствие корреляции между устойчивостью к темно-бурой листовой пятнистости и обыкновенной корневой гнили у 17 сортов яровой пшеницы указывал R. L. Conner (1990). В результате своей работе он выделил сорта Owens, Sinton, Neepawa и 7825- J3D как устойчивые к корневой гнили, Fielder, Owens, Dirkwin как устойчивые к темно-бурой пятнистости (Conner, 1990).
Для всех болезней у ряда линий идентифицирована гетерогенность. Нами вьщвинуто несколько предположений о возможной природе гетерогенности инбредных линий ржи: 1) переопыление между родственными инбредными растениями в начале процесса создания инбредных линий и отсутствие отбора по устойчивости, в результате чего ряд растений в пределах линии могут сохранять гетерозиготность по аллелям гена (генов), определяющих реакцию на заражение грибом. 2) полигенное наследование устойчивости с аддитивным действием «малых» генов. 3) неполная пенетрантность и вариабильность экспрессивности генов, контролирующих реакцию на заражение грибом. Результаты проведенного нами гибридологического анализа показывают, что устойчивость к темно-бурой листовой пятнистости у трех линий ржи контролируется взаимодействием двух рецессивных генов. Расщепления в семьях F2 комбинаций (453р.6х518р.З, 453р.7х518р.З, 518р5хТ5р.1) указывают на то, что восприимчивая инбредная линия ржи 518 содержит растения гомозиготные (р.З) и гетерозиготные (р.5) по рецессивным аллелям одного из генов устойчивости. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что у инбредных автофертильных линий ржи может сохраняться гетерогенность по генам устойчивости.
