CC BY
45
УДК 632.4:633.13:631.527
оценка устойчивости генотипов avena l.
к заражению грибами fusarium и накоплению микотоксинов*
О.П. ГАВРИЛОВА1, кандидат биологических наук, научный сотрудник (e-mail: [email protected])
A.C. ОРИНА1, кандидат биологических наук, научный сотрудник
Т.Ю. ГАГКАЕВА1, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
И.Г. ЛОСКУТОВ2 3, доктор биологических наук, зав. отделом, профессор
всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, ш. Подбельского, 3, Санкт-Петербург - Пушкин, 196608, Российская Федерация
2 Всероссийский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова, ул. Большая Морская, 42-44, Санкт-Петербург,190000, Российская Федерация
3 Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб., 7-9, Санкт-Петербург, 199034, Российская Федерация
Резюме. В 2014 г. проведена оценка 49 генотипов трех культурных видов Avena, выращенных на фоне высокой фу-зариозной инфекции, в условиях Кубанской опытной станции ВИР. Среди выделенных из поверхностно стерилизованного зерна грибов рода Fusarium 54% изолятов были способны образовывать трихотеценовые микотоксины - дезоксини-валенол (ДОН) и Т-2 токсин. Методом количественной ПЦР установили, что все образцы овса содержали ДНК грибов рода Fusarium, но значительно различались по его количеству - от 0,2 до 26,3 пкг/100 мг муки. На основании количественного содержания все генотипы распределили на четыре группы, характеризующиеся различной устойчивостью к заражению. С помощью ИФА выявили, что 55% генотипов Avena накапливали Т-2 токсин в пределах 4-56 мкг/кг, 96% образцов - ДОН в пределах 21 -960 мкг/кг. Только два образца овса (к-15305 и к-15326) не содержали фузариотоксины и могут быть охарактеризованы, как устойчивые по этому параметру. Корреляционный анализ выявил высокую положительную взаимосвязь между количеством ДНК трихотеценпродуцирующих грибов Fusarium и суммой трихотеценовых микотоксинов (r=+0,54, при p<0,05). Зависимости между видовой принадлежностью генотипов овса и их устойчивостью по зараженности зерна грибами и накоплению микотоксинов не выявлено. На основании оценки по совокупности параметров (содержание ДНК грибов Fusarium и накопление микотоксинов) 14% проанализированных генотипов могут быть отнесены к устойчивым, 10% к высоко восприимчивым.
Ключевые слова: Avena, генотипы, Fusarium, грибы, устойчивость, зараженность, микотоксины
Для цитирования: Оценка устойчивости генотипов Avena L. к заражению грибами Fusarium и накоплению микотоксинов/О.П. Гаврилова, А.С. Орина, Т.Ю. Гагкаева, И.Г. Лоскутов //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. №. 1. С. 25-29.
Овес - важнейшая зернофуражная культура России. Его основную продукцию, благодаря хорошей усвояемости, используют при изготовлении кормов и продовольственных товаров. Один из важных факторов, определяющих качество зерна овса - инфицирован-ность патогенной микрофлорой. Семена, зараженные грибами рода Fusarium, имеют низкую всхожесть. Кроме того, в таком зерне накапливаются различные микотоксины, которые, сохраняясь в продуктах переработки, при попадании в организм человека и живот-
ных приводят к снижению иммунитета и различным патологическим изменениям. Ежегодный мониторинг зараженности овса и контаминации его микотоксинами показывает повсеместное распространение и высокую вредоносность заболевания. Так, в результате анализа 56 образцов овса, выращенного на территории Северо-Запада России в 2014 г., мы установили присутствие грибов Fusarium в 84% проб. Средняя зараженность зерна составила 13,1% (диапазон значений варьировал от 1 до 64%). Т-2 токсин обнаружен в 60,7% образцов (пределы накопления в зерне колебались от 4 до 186 мкг/кг). Микотоксин дезоксиниваленол (ДОН) выявлен в 62,5% образцов (от 49 до 1990 мкг/кг).
Выведение устойчивых сортов - наиболее экономичный и экологичный способ уменьшения накопления микотоксинов в зерне, однако для овса этот процесс осложнён проблемой адекватной характеристики генотипов по устойчивости к заболеванию. Признаки фузариоза на метелках в поле, как правило, малозаметны [1], а заболевание вызывает не один патоген, что характерно для большинства болезней сельскохозяйственных растений, а комплекс нескольких видов, различающихся по своим биоэкологическим особенностям [2]. Зараженность зерна оценивают обычно после уборки при микотоксикологической экспертизе, которая требует больших затрат времени и средств.
В связи с появлением возможности использования методов молекулярной генетики в селекции растений [3, 4], выявление устойчивых генотипов овса, а в дальнейшем и картирование генов, контролирующих устойчивость к проникновению и распространению патогенов, а также накоплению микотоксинов становится более реальным. Ранее мы продемонстрировали, что содержание ДНК грибов, определяемое метода количественной ПЦР, - параметр, корректно характеризующий зараженность зерна грибами Fusarium и степень повреждения зерновки [5, 6]. Поскольку зерно инфицировано несколькими видами одновременно, то целесообразнее определять содержание ДНК не одного конкретного патогена, а суммы видов, например, комплекса видов грибов, имеющих Tri5 ген и продуцирующих трихотеценовые микотоксины. К трихотеценпродуцирующим грибам относятся виды F. culmorum (W. G. Smith) Sacc, F. graminearum Schwabe, F. langsethiaeTorp et Nirenberg, F. poae (Peck.) Wollenw., F. sporotrichioides Sherb.
В последние десять лет выявление генотипов овса устойчивых к фузариозу становится одним из важнейших направлений исследований во всём мире [7-12].
Цель исследования - оценка генетического разнообразия Avena L. из коллекции ВИР по устойчивости к заражению грибами Fusarium и накоплению мико-токсинов.
Условия, материалы и методы. В 2014 г. проведена оценка генотипов овса, выращенных в условиях Кубанской опытной станции ВИР. Регион, в котором
* Исследования финансированы грантом Российского научного фонда (проект № 14-16-00072). Авторы выражают признательность сотрудникам Кубанской опытной станции ВИР за предоставленные для исследования образцы овса.
Таблица 1. образцы овса, полученные с кубанской опытной станции вир, 2014 г.
Номер в каталоге ВИР Вид, разновидность Сорт Происхождение
к- 5171 A. sativa, A. byzantina Kangaroo Австралия
к- 5173 A. byzantina Mitica Австралия
к- 5186 A. sativa, var. mutica Фратя Россия, Кировская обл.
к- 5187 A. sativa, var. aurea Эклипс Россия, Кировская обл.
к- 5211 A. sativa, var. mutica A3 BM 0582 Болгария
к- 5214 A. byzantina Арак Турция
к- 5215 A. byzantina К-389/5-44-15 Южная Африка
к- 5231 A. sativa, var. mutica Лидия Беларусь
к- 5217 A. sativa, var inermis MF 9116-31 США
к- 5232 A. sativa, var. mutica Дебют Беларусь
к- 5289 A. strigosa местный Польша
к- 5297 A. sativa, var. aurea Geszty Венгрия
к- 5238 A. byzantina Премьер Россия, Хабаровский край
к- 5247 A. byzantina Corum 1 Турция
к- 5248 A. sativa, var inermis местный Польша
к- 5250 A. sativa, A. byzantina местный Тунис
к- 5257 A. sativa, A. byzantina РА 7836-416 США
к- 5262 A. sativa, A. byzantina PA 7967-3145 США
к- 5267 A. sativa, var. krause INO 9210 Тунис
к- 5270 A. byzantina Ката Мексика
к- 5284 A. sativa, var. mutica Альф Украина
к- 5285 A. sativa, A. byzantina Соло Украина
к- 5300 A. sativa, A. byzantina OAC Paisley Канада
к- 5301 A. sativa, A. byzantina CDC Dancer Канада
к- 5302 A. sativa, A. byzantina AC Fransis Канада
к- 5303 A. sativa, A. byzantina AC Goslin Канада
к- 5304 A. sativa, var. inermis AC Ernie Канада
к- 5305 A. sativa, var. chinensis Gehl Канада
к- 5308 A. sativa, var. aristata Bidi Уругвай
к- 5314 A. sativa, var. aurea Астад Россия, Ленинградская обл.
к- 5317 A. sativa, A. byzantina Асот Россия, Ленинградская обл.
к- 5320 A. sativa, A. byzantina Vipen Россия, Ленинградская обл.
к- 5321 A. sativa, var. aristata Скроколик Россия, Ленинградская обл.
к- 5322 A. sativa, A. byzantina Пеленг Россия, Ленинградская обл.
к- 5323 A. byzantina местный Тунис
к- 5324 A. byzantina местный Тунис
к- 5325 A. strigosa P.I. 194201 Уругвай
к- 5326 A. sativa, var. mutica КСИ 432/08 Россия, Ульяновская обл.
к- 5327 A. sativa, var. mutica КСИ 731/01 Россия, Ульяновская обл.
к- 5328 A. sativa, var. aurea КСИ 466/01 Россия, Ульяновская обл.
к- 5329 A. sativa, var. mutica КСИ 639/05 Россия, Ульяновская обл.
к- 5330 A. sativa, var. mutica КСИ 590/05 Россия, Ульяновская обл.
к- 5331 A. sativa, var. mutica КСИ 2767/03 Россия, Ульяновская обл.
к- 5333 A. sativa, var. mutica КСИ 542/05 Россия, Ульяновская обл.
к- 5332 A. sativa, var. aristata КСИ 411/04 Россия, Ульяновская обл.
к- 5335 A. sativa, var. mutica Сиг Россия, Новосибирская обл.
к- 5336 A. sativa, var. mutica Мутика 713 Россия, Алтайский край
к- 5337 A. sativa, A. byzantina Половец Россия, Алтайский край
к- 5260 A. sativa, A. byzantina РА 7836-9910 США
она располагается, отличается высоким естественным инфекционным фоном фузариозной инфекции, позволяющий проводить сравнительную характеристику сортов по устойчивости к заражению грибами Fusarium и накоплению микотоксинов.
Материалом для исследования послужили 49 образцов, относящихся к трём культурным видам Avena -A. byzantina, A. sativa, A. strigosa и представляющих собой, как местные образцы и сорта, так и перспективные селекционные линии (табл. 1). Опытный материал имеет разнообразное географическое происхождение - Австралия, Беларусь, Болгария, Венгрия, Канада, Мексика, Польша, Россия, США, Тунис, Турция, Украина, Уругвай и Южная Африка. К овсам голозёрной формы относились только четыре образца (к-15217, к-15248, к-15304 и к-15305).
Для установления доминирующего видового состава грибов Fusarium, оценивали зараженность 11 образцов зерна, случайно отобранных из всей выборки. Поверхностно стерилизованное 70%-ным раство-
ром этанола зерно раскладывали в чашки Петри на картофельно-сахарозную агаризованную среду (КСА). В КСА предварительно добавляли сульфат стрептомицина (300 мкг/л) для подавления роста бактерий и раствора Triton X-100 (4 мкл/л) для снижения линейного роста мицелиальных грибов. Через 7-10 сут. инкубации при 23°С учитывали количество зерен, на поверхности которых образовались колонии фузариевых грибов. Выросшие грибы рода Fusarium отсевали для дальнейшей видовой идентификации, которую проводили с использованием определителей [13, 14]. Общую зараженность образца зерна грибами (%) определяли, как отношение числа зерен, зараженных грибами к общему числу проанализированных зерен. Зараженность определенным видом Fusarium (%) выявляли по отношению числа зерен, зараженных этим видом, к общему числу анализируемых зерен.
Содержание ДНК грибов Fusarium и определение количества образуемых ими микотоксинов определяли в пробе муки, полученной в результате размола 10 г
Таблица 2. Зараженность грибами Fusarium, удержание днк трихоте-ценпродуцирующих грибов Fusarium и количество микотоксинов в зерне образцов овса
Номер в каталоге ВИР Зараженность зерна грибами Fusarium, % Количество ДНК грибов Fusarium в зерне, пкг/100 мг муки Количество микотоксинов в зерне, мкг/кг
Т-2 токсин ДОН
к- 5171 16 6,8 4 45
к- 5173 7 3,5 6 49
к- 5186 16 17,7 4 26
к- 5187 * 5,5 7 77
к- 5211 * 12,5 7 214
к- 5214 28 14,0 5 960
к- 5215 * 5,1 7 230
к- 5231 * 26,3 0 50
к- 5217 * 1,5 8 21
к- 5232 * 9,2 4 67
к- 5289 * 5,2 7 49
к- 5297 15 16,0 5 665
к- 5238 21 3,4 5 43
к- 5247 0 3,5 5 120
к- 5248 * 0,2 0 25
к- 5250 24 2,9 0 36
к- 5257 * 2,1 0 129
к- 5262 * 0,2 0 44
к- 5267 * 0,9 0 46
к- 5270 * 4,9 0 166
к- 5284 1 3,7 4 141
к- 5285 * 3,3 5 94
к- 5300 * 1,8 0 51
к- 5301 * 0,7 0 34
к- 5302 * 1,6 0 33
к- 5303 * 2,0 5 53
к- 5304 * 0,6 0 35
к- 5305 * 0,4 0 0
к- 5308 22 6,4 56 165
к- 5314 0 3,1 0 300
к- 5317 * 1,0 0 165
к- 5320 * 3,1 4 265
к- 5321 * 3,3 0 126
к- 5322 * 2,8 6 58
к- 5323 * 1,6 6 45
к- 5324 * 1,6 5 117
к- 5325 * 2,2 0 170
к- 5326 * 2,8 0 0
к- 5327 * 2,5 0 33
к- 5328 * 3,3 4 93
к- 5329 * 5,2 4 78
к- 5330 * 1,4 5 39
к- 5331 * 14,9 4 33
к- 5333 * 2,0 0 78
к- 5332 * 1,0 0 102
к- 5335 * 3,6 0 62
к- 5336 * 3,0 4 56
к- 5337 * 2,6 0 110
к- 5260 * 1,9 4 49
*- не анализировали.
зерна овса с помощью лабораторной мельницы Tube Mill control «IKA» (скорость 25000 об/мин в течение 25 с для плёнчатых овсов и 20 с для голозёрных).
ДНК экстрагировали из 100 мг муки, используя модифицированный протокол к набору реагентов Genomic DNA Purification Kit «Thermo Scientific» для выделения геномной ДНК из различных источников.
Количественное содержание ДНК грибов определяли методом TaqMan-ПЦР с праймерами TMTri,f (CAGCAGMTRCTCAAGGTAGACCC), TMTri,r (AACTG-TAYACRACCATGCCAAC) и флуоресцентными пробами TMTri,p (Cy5-AGCTTGGTGTTGGGATCTGTCCTTACCGB-HQ2), которые активно используют при работе с грибами рода Fusarium [15, 16].
Амплификацию ДНК проводили с помощью термо-циклера CFX96 «BioRad» в 20 мкл реакционного объема, протокол амплификации включал следующие стадии
(40 циклов): 95°C - 3 мин, 95°С - 15 с, 60 °С - 1 мин. Для калибровочной кривой использовали ДНК штамма F. graminearum Б.45 (зерно пшеницы, Германия, 2011 ) в концентрации 1 нг/мкл.
Все изучаемые генотипы овса на основании количественного содержания ДНК грибов Fusarium в зерне были распределены на четыре группы, характеризующиеся различной устойчивостью к заражению: устойчивые - содержание ДНК грибов 0,2-1 пкг/100 мг муки; среднеустойчивые -более 1-5 пкг/100 мг муки; восприимчивые - более 5-10 пкг/100 мг муки; высоковосприимчивые - более 10 пкг/100 мг муки.
Содержание микоток-синов в размолотой пробе зерна определяли имму-ноферментным методом (ИФА). Экстракцию токсинов проводили из 1 г муки, добавляя к навеске 5 мл водного раствора ацето-нитрила (84:16) и оставляя на 14-16 ч в условиях постоянного перемешивания на орбитальном шейкере S-3 M «ELMI» при 150 об/ мин. Полученные экстракты хранили при температуре -20°С. Для ИФА использовали тест-системы российского производства «Фарматех». Оценивали содержание двух микоток-синов: Т-2 токсина и ДОН с пределом определения 4 и 20 мкг/кг. ИФА выполняли на 96-ячеечных наборных полистироловых планшетах производства фирмы «Мед-полимер» с последующим измерением оптической плотности растворов на спектрофотометре Multiskan EX «Thermo Fisher Scientific» (длина волны - 492 нм).
Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием программы Microsoft Excel 2010.
результаты и обсуждение. Анализ зараженности зерна различных генотипов овса на питательной среде выявил варьирование величины этого показателя от 1 до 28% (табл. 2). Видовой состав патогенов поверхностно стерилизованного зерна включал более 8 видов грибов рода Fusarium: F. graminearum, F. sporo-trichioides, F. poae, F. langsethiae, F. verticillioides (Sacc.) Nirenberg, F. proliferatum (Matsushima) Nirenberg и др. Виды, способные образовывать трихотеценовые микотоксины, в сумме составляли 54% от всех выявленных на зерне грибов рода Fusarium.
Результаты количественной ПЦР показали, что все образцы овса содержали ДНК грибов Fusarium, но значительно различались по величине этого показателя -от 0,2 до 26,3 пкг/100 мг муки.
Согласно градации по содержанию ДНК грибов в зерне к группе устойчивых сортов и линий отнесено 16% проанализированных образцов. Среди них образцы голозёрной формы к-15248, к-15305 и к-15304. Факт относительной устойчивости генотипов овса, не имеющих цветковых плёнок, по сравнению с плёнчатыми, был установлен ранее [6, 7, 17]. Среди устойчивых к фузариозной инфекции оказались сорта Gehl, AC Ernie и CDC Dancer канадской селекции. При этом известно, что в Канаде проблеме фузариоза зерна уделяют повышенное внимание и в ходе селекционного процесса оценивают будущие сорта по такому признаку.
К среднеустойчивым относились 57% образцов, восприимчивым - 14%. В группу высоковосприимчивых были включены 13% генотипов, среди которых максимальные в опыте количества ДНК грибов выявлены в зерне сортов Арак, Лидия, Фратя, Geszty, а также двух селекционных линий A3 BM 0582 (Болгария) и КСИ 2767/03 (Ульяновская обл., Россия).
Установлено, что 55% изученных генотипов накапливали Т-2 токсин в пределах 4-56 мкг/кг, а 96% образцов - ДОН в концентрации 21-960 мкг/кг (табл. 2). Только два образца овса (к-15305 и к-15326) не содержали фузариотоксины и могут быть охарактеризованы, как устойчивые по этому параметру. Количество ДОН в образцах Арак (Турция), Geszty (Венгрия) превышало минимальную предельно-допустимую концентрацию ДОН в зерне, установленную в России (600 мкг/кг).
Характеристика генетического разнообразия овса по устойчивости к фузариозу на сегодняшний день - чрезвычайно востребованная селекционерами и мировым научным сообществом информация. В проводимых исследованиях мы оценивали устойчивость генотипов к фузариозу зерна по сумме показателей, эффективность которых была продемонстрирована ранее: зараженность зерна грибами, содержание ДНК трихотеценпродуцирующих грибов и сумма микотоксинов в зерне [6, 18].
С помощью корреляционного анализа выявлена положительная взаимосвязь между оцениваемыми параметрами устойчивости к фузариозу зерна. Наиболее высокой оказалась зависимость между количеством ДНК трихотеценпродуцирующих грибов Fusarium и суммой трихотеценовых микотоксинов (r=+0,54, при p<0,05). Следует отметить, что на инфекционном фоне, когда в заражении растений превалирует один вид патогена и, впоследствии, анализируют определенный продуцируемый им микотоксин, корреляция между содержанием ДНК этого патогена и микотоксина еще теснее [6, 10]. В нашем случае, на естественном фоне инфекции присутствие различных видов фузариевых грибов привело к меньшей корреляции между показателями инфицированности зерна, количеством трихотеценовых микотоксинов и ДНК видов грибов, продуцирующих эту группу метаболитов. По нашему мнению, зараженность зерна - малоинформативный параметр для оценки устойчивости генотипов овса, поскольку он не отражает глубину проникновения патогена в зерновку. Генотипы с выявляемой высокой зараженностью зерна, могут характеризоваться низкими величинами количества ДНК грибов и микотоксинов, поскольку, например, могут отличаться устойчивостью к проникновению гриба внутрь зерновки и в связи с этим
представлять значительный интерес для селекции. В то же время в некоторых образцах овса, из зерна которых не были выделены грибы Fusarium, обнаружены фузариотоксины и значительное содержание ДНК грибов Fusarium. Известно, что жизнеспособность грибов снижается в течение хранения и под влиянием других факторов, тогда как ДНК и микотоксины более стабильны и могут быть выявлены спустя продолжительный период времени [19]. Поэтому содержание ДНК гриба следует рассматривать как более точный показатель генетической устойчивости растений к поражению фузариевыми грибами и накоплению микотоксинов.
В то же время известно, что растения имеют разные механизмы устойчивости и существуют генотипы, которые могут препятствовать образованию микотоксинов (или же способны их деградировать до менее токсичных соединений), даже в случае значительного заражения грибами [20]. Их выявление и использование для создания новых сортов и селекционных линий могло бы помочь в решении проблемы производства безопасных продуктов на основе зерна овса. В нашем исследовании, при распределении образцов на группы по содержанию ДНК грибов в зерне, также показано, что они значительно различаются по количеству накапливаемых микотоксинов (см. рисунок).
100%-|—
4M
И 80%
О S
W
я
VQ 60% О
о m ь
а> 40% х s е;
£
20%
0%
56
11
60
71
50
СУ
В
ВВ
рисунок. Распределение генотипов Avena по накоплению трихотеценовых микотоксинов в зерне групп образцов, выделенных по содержани% ДНК трихотеценпрюдуцирующих грибов Fusarium: У - устойчивые; СУ - среднеустойчивые; В - восприимчивые; ВВ - высоковосприимчивые: Щ - 100 и более, мкг/кг; □ - 20-100, мкг/кг; □ - 0-20, мкг/кг.
Так, в группе устойчивых образцов, характеризующихся низким содержанием ДНК грибов, только 11% накапливали микотоксины в количествах, не превышающих 20 мкг/кг, среди среднеустойчивых - 4%, а в группах образцов, восприимчивых по зараженности зерна фузариевыми грибами, накапливающих микотоксины в низких количествах не выявлено. В целом в зерне групп устойчивых или средне устойчивых образцов по содержанию ДНК фузариевых грибов количество микотоксинов было меньше (56 и 93 мкг/кг соответственно), чем в зерне образцов, восприимчивых к заражению грибами (114-329 мкг/кг). Однако даже среди устойчивых выявлены генотипы, накапливающие много микотоксинов.
выводы. Выделены устойчивые к накоплению ДНК грибов и микотоксинов генотипы овса: к-15248,
4
к-15262, к-15305, к-15304, к-15301, к-15267, к-15326. По тем же показателям к высоковосприимчивым можно отнести к-15211, к-15214, к-15297, к-15314 и к-15320. Взаимосвязи между видовой принадлежностью генотипов овса и устойчивостью к заражению зерна грибами, а также накоплением микотоксинов не выявлено. Однако можно предположить, что более широкий скрининг образцов не только культурных, но и диких видов Avena позволит выявить новые источники устойчивости к фузариозу.
Многокомпонентный характер устойчивости овса к фузариозу зерна (к проникновению патогенов, их распространению и накоплению микотоксинов) требует использования совокупности количественных параметров оценки, которые более точно отражают взаимодействие между генотипом овса и патогеном (содержание ДНК грибов Fusarium и фузариотоксинов в зерне). Информация по устойчивости образцов овса к фузариозу, крайне необходима селекционерам при создании новых сортов с высоким качеством зерна.
Литература.
1. Fusarium head blight of oat - current status in western Canada /A. Tekauz, B. McCallum, N. Ames, J. Mitchell Fetch // Can. J. Plant Pathol. 2004. V. 26. P. 473-479.
2. Фузариоз зерновых культур / Т.Ю. Гагкаева, О.П. Гаврилова, М.М. Левитин, К.В. Новожилов // Приложение к журналу "Защита и карантин растений". 2011. №5. C. 1-52.
3. Применение молекулярных маркеров в селекции пшеницы в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко / Л.А. Беспалова, А.В. Васильев, И.Б. Аблова, В.А. Филобок, Ж.Н. Худокормова, P.O. Давоян, Э.Р. Давоян, Г.И. Карлов, А.А. Соловьев, М.Г. Дивашук, Н.К. Майер, М.В. Дудников, Н.В. Мироненко, О.А. Баранова //Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012. Т.16. № 1. С. 37-43.
4. Леонова И.Н. Молекулярные маркеры: использование в селекции зерновых культур для идентификации, интрогрессии и пирамидирования генов //Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17 (2). С. 314-325.
5. Гаврилова О.П., Гагкаева Т. Ю., Лоскутов И.Г. Выделение исходного материала для селекции сортов овса, устойчивых к фузариозу и накоплению микотоксинов в зерне //Доклады Россельхозакадемии. 2012. № 1. С. 21-23.
6. The sources of resistance to Fusarium head blight in VIR oat collection / T.Yu. Gagkaeva, O.P. Gavrilova, T. Yli-Mattila, I.G. Loskutov// Euphytica. 2013. Vol. 191 (3). P. 355-364.
7. Progress in assessing the impact of Fusarium head blight on oat in western Canada and screening of Avena germplasm for resistance/A. Tekauz, J.M. Fetch, B.G. Rossnagel, M.E. Savard// Cereal Res. Comm. 36. Suppl. B. 2008. № 8. P. 49-56.
8. Placinta D.D., Murariu D., Giurca D.M. Incidence of some Fusarium species artificial inoculated of different oat cultivars // Lucrari tiinpfice. Seria Agronomie. 2010. V. 53 (1). P. 266-269.
9. Tamburic-Ilincic L. Fusarium species and mycotoxins associated with oat in southwestern Ontario, Canada // Can. J. of Plant Science. 2010. V. 90(2). P. 211-216.
10. Deoxynivalenol and other selected Fusarium toxins in Swedish oats - Occurrence and correlation to specific Fusarium species / E. Fredlund, A. Gidlund, M. Sulyok, T. Borjesson, R. Krska, M. Olsen, M. Lindblad// Int. J. of Food Microbiology. 2013. V. 167. P. 276-283.
11. Linkage mapping and identification of QTL affecting deoxynivalenol (DON) content (Fusarium resistance) in oats (Avena sativa L.)/X. He, H. Skinnes, R.E. Oliver, E.W. Jackson, A. Bj0rnstad // Theor. Appl. Genet. 2013. V. 126(10). P. 2655-2670.
12. Tekle S., Skinnes H., Bjornstad A. The germination problem of oat seed lots affected by Fusarium head blight//Eur. J. Plant Pathol. 2013. V. 135. P. 147-158.
13. Booth C. The genus Fusarium. Mycol. Inst. England: Common., 1971. 237p.
14. Gerlach W., Nirenberg H. The genus Fusarium - a Pictorial Atlas. Mitt. Biol. Bundesanst. Ld. Berlin. 1982. 406 p.
15. Real-time PCR for quantification of toxigenic Fusarium species in barley and malt / T. Sarlin, T. Tapani Yli-Mattila, M. Jestoi, A. Rizzo, S. Paavanen-Huhtala, A. Haikara // Eur. J. of Plant Pathology. 2006. V. 114. P. 371-380.
16. Real-time PCR detection and quantification of Fusarium poae, F. graminearum, F. sporotrichioides and F. langsethiae as compared to mycotoxin production in grains in Finland and Russia / T. Yli-Mattila, S. Paavanen-Huhtala, M. Jestoi, P. Parikka, V. Hietaniemi, T. Gagkaeva, T. Sarlin, A. Haikara, S. Laaksonen, A. Rizzo //Archives of Phytopathol. and Plant Protect. 2008. V. 41(4). P. 243-260.
17. Response of oat genotypes to Fusarium head blight in Eastern Canada / W. Yan, J. Fregeau-Reid, S. Rioux, D. Pageau, A. Xue, R. Martin, G. Fedak, B. de Haan, J. Lajeunesse, M. Savard// Crop Sci. 2010. V. 50. P. 134-142.
18. Evaluation of oat germplasm for resistance to Fusarium Head Blight/ T. Gagkaeva, O. Gavrilova, T. Yli-Mattila, I. Loskutov// Plant Breeding and Seed Science. 2011. V. 64. P. 15-22.
19. Шипилова Н.П., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Влияние зараженности грибами Fusarium рода на качественные характеристики зерна озимой пшеницы // Вестник защиты растений. 2014. №4. C. 27-31.
20. Boutigny A.-L., Richard-Forget F., Barreau, C. Natural mechanisms for cereal resistance to the accumulation of Fusarium trichothecenes // Eur. J. of Plant Pathol. 2008. V. 121. P. 411-423.
evaluation of resistance of AVENA l. genotypes to FUSARIUM infection and
accumulation of mycotoxins
O.P. Gavrilova1, A.S. Orina1, T.Yu. Gagkaeva1, I.G. Loskutov 23
'All-Russian Institute of Plant Protection (VIZR), sh. Podbelskogo, 3, St.-Petersburg - Pushkin, 196608, Russian Federation
2 N.I. Vavilov All-Russian Research Institute of Plant Industry (VIR), ul. B. Morskaya, 42-44, St.-Petersburg, 190000, Russian Federation
3 Saint-Petersburg State University, Universitetskaya nab., 7-9, St.-Petersburg, 199034, Russian Federation
Summary. In 2014 under conditions of VIR Kuban Experimental Station 49 genotypes belonging to three Avena spp. grown against the background of high fusarium infection were estimated. It was detected that among isolates of Fusarium fungi from surface-sterilized grain 54% were able to produce trichothecene mycotoxins desoxynivalenol (DON) and T-2 toxin. By real-time PCR it was found that the grain of all analyzed oat samples contained DNA of these Fusarium fungi, but they considerably varied in its amount-from 0.2 to 26.3 pg/100 mg flour. Based on the quantity of DNA of Fusarium fungi all oat genotypes were divided into four groups characterized by the level of the resistance to the infection. Using ELISA it was found that 55% of Avena genotypes accumulated T-2 toxin within 4-56 microg/kg, and 96% of the samples accumulated DON within 21-960 microg/kg. Only two oat samples (K-15305 and K-15326) did not contain Fusarium toxins and can be characterized as resistant by this parameter. The positive correlation between the amount of DNA of trichothecene-producing Fusarium fungi and the amount of trichothecene mycotoxins (r = +0.54) was showed. There was not determined a relationship between Avena spp. and their resistance to the infection and accumulation of mycotoxins. Based on the estimates of the complex of parameters (DNA quantity of Fusarium fungi and mycotoxin accumulation) 14% of the analyzed genotypes can be classified as resistant, and 10% as high susceptible ones. Keywords: Avena, genotypes, Fusarium, fungi, resistance, infectiousness, mycotoxins.
Author Details: O.P. Gavrilova, Cand. Sc. (Biol.), research fellow (e-mail: [email protected]); A.S. Orina, Cand. Sc. (Biol.), research fellow; T.Yu. Gagkaeva, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; I.G. Loskutov, D. Sc. (Biol.), head of division, prof.. For citation: Gavrilova O.P., Orina A.S, Gagkaeva T.Yu., Loskutov I.G. Evaluation of Resistance of Avena L. Genotypes to Fusarium Infection and Accumulation of Mycotoxins. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. Vol. 30. No 1. Pp. 25-29 (In Russ.).
