CC BY
142
© о. С. Афанасенко, к. В. Новожилов
ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» Россельхозакадемии, Пушкин, Санкт-Петербург
' Решение комплексной проблемы рационального использования генетических ресурсов устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням базируется на принципах поддержания генетического разнообразия устойчивости. Разработка методологии создания сортов зерновых культур с длительной устойчивостью к болезням основана на знании эволюционного потенциала наиболее вредоносных видов и межорганизменной генетики патосистем. Созданы дигаплоидные популяции ячменя, позволяющие провести молекулярное картирование генов устойчивости ячменя к возбудителям сетчатой, темно-бурой пятнистостям и ринхоспориозу. молекулярное картирование геномов как растений, так и патогенов будет способствовать развитию ДНк-технологий в селекции растений.
' ключевые слова: генетическое разнообразие устойчивости растений к болезням;длительная устойчивость; фитность патогенов; эволюционный потенциал паразитов.
Поступила в редакцию 24.02.2009 Принята к публикации 25.05.2009
УДК 633.31:576.851.155
ПРОБЛЕМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К БОЛЕЗНЯМ
В нашей стране и за рубежом остро стоит проблема расширения возделывания устойчивых к болезням и вредителям сортов сельскохозяйственных культур. В развитых странах это, по понятным причинам, в основном связано с развитием ресурсосберегающих технологий и со все возрастающими потребностями рынка в экологически чистой продукции, развитием так называемого органического растениеводства. В нашей стране, кроме этих причин, существенным аргументом является продолжающаяся дестабилизация фитосанитарного состояния сельскохозяйственных угодий.
Накопление фундаментальных знаний по микроэволюции популяций фитопатогенов, генетике и физиологии растений, молекулярно-генетическим аспектам взаимоотношений в системе растение—хозяин—паразит позволило на рубеже 21-го века перейти на качественно новый уровень защиты растений — генетический менеджмент болезней, предполагающий рациональное использование генетических ресурсов устойчивости.
За последние 10—15 лет сформировались некоторые новые представления о генетических детерминантах устойчивости и путях рационального использования генетических ресурсов устойчивости.
Секвенирование генов устойчивости растений к болезням (R-генов) показало значительную генетическую вариабельность, выражающуюся в кластеризации генов, множественном аллелизме и полимерии (аддитивных генов), что свидетельствует о длительной адаптивной коэволюции хозяина и патогена. Доказательства, поддерживающие теорию адаптивной эволюции, были получены при сравнении последовательностей паралогичных генов томата (Cf-4/9, детерминирующего устойчивость к Cladosporium fulvum) и арабидопсиса (RPP5, детерминирующего устойчивость к Peronospora parasitica) на одной и той же хромосоме в лейцин богатых повторах (NBS-LRR nucleotid binding site — leucine-rich repeat), функции которых состоят в детерминации устойчивости растений к болезням и, в частности, в специфичности узнавания продуктов генов авирулентности паразитов (Parniske et al., 1997; Noel et al., 1999). Известно, что адаптивная эволюция оценивается с точки зрения соотношения смысловой замены нуклеотида в кодоне и не смысловой в одном и том же гене при допущении, что показателем позитивного селекционного прессинга является смысловая замена. Было показано, что смысловая замена происходит в 2 раза чаще, чем не смысловая, что и согласуется с концепцией адаптивной эволюции. Теория, остроумно названная в зарубежной литературе «гонкой вооружений», предполагает, что при сильном и постоянном давлении инфекции старые R-гены будут заменяться довольно быстро новыми мономорфными R-локусами. Однако в настоящее время существуют доказательства полиморфизма R-генов, обнаруженного, например, для гена Cf-2 (устойчивость к C. fulvum) в дикой популяции томатов (Caicedo, Schaal, 2004), и гена RPP13, детерминирующего устойчивость к Peronospora parasitica у арабидопсиса (Rose et al., 2004). По мнению Леонарда (Leonard, 1997), наибольший уровень полиморфизма R-генов существует в географических регионах с наибольшим прессингом болезней, т. е. поддерживается в популяции стабилизирующим отбором. Их частота в популяции зависит от селективного преимущества: при слабой инфекционной нагрузке она падает, при высокой увеличивается.
То же касается и патогенов. По данным Dodds et al. (2004), у двух клонированных различных аллелей гена авирулентности Avr567 Melampsora lini обнаружено 30 нуклеотидных изменений на участке всего в 450 пар нуклеотидов, тогда как только 25 нуклеотидных изменений было зафиксировано во фланкирующей последовательности размером в 7000 пар нуклеотидов. При этом 27 из 30 изменений относились к смысловой замене нуклеотидов.
К настоящему времени усилия селекционеров сфокусировались на создании сортов сельскохозяйственных культур с групповой и длительной устойчивостью к болезням. В основу методологии создания таких сортов положены принципы как общие, применительно к любой сельскохозяйственной культуре, так и специфические, определяемые для конкретной патосистемы.
Несмотря на то, что на проблему создания сортов с длительной устойчивостью направлены усилия специалистов уже более 60 лет, до настоящего времени нет однозначного объяснения этого явления. Известно, что некоторые гены обеспечивают длительную устойчивость против определенных патогенов. Например, ген Rpg1 остается эффективным в контроле стеблевой ржавчины более 60 лет (Brueggeman et al., 2002), гены, детерминирующие устойчивость ячменя к C. sativus, переданные от линии NDB112 — более 40 лет (Steffenson, 2000), ген устойчивости ячменя к мучнистой росе mlo — более 20 лет (Jorgensen, 1992) и ген устойчивости ячменя к мучнистой росе в сорте Minerva — 20 лет (Parlevliet, 1997), ген устойчивости пшеницы к бурой ржавчине Lr34 — более 30 лет (Kolmer, 1996), Xa4 против X. oryzae — около 10 лет (Mew, 1987), Xa3 — более 15 лет (Bonman et al., 1992). По предположению Vera Cruz с соавторами (2000), длительность жизни R-гена напрямую связана со значением, какое ген авирулент-ности оказывает на фитность. Известно много случаев, когда функции генов авирулентности ассоциированы с фитностью, но есть и обратные примеры, например для генов AVR-Pita у Magnaporthe grisea и avrXa10 у Xantamonas oryzae (цит. по A. D. Beattie, 2006). Остается открытым вопрос, почему такие гены не элиминируются из генетического пула в процессе отбора?
В конечном счете, определение стабильности фит-ностной функции гена авирулентности будет являться одним из показателей длительности жизни комплементарного ему гена устойчивости.
Кроме использования генов длительной устойчивости, одним из путей создания сортов с долговременной устойчивостью является использование доноров неспецифической устойчивости и пирамидирование генов специфической устойчивости. При этом успех конвергентной селекции зависит от наличия генетически разнообразных доноров устойчивости. Имеются примеры, когда пирамидирование нескольких генов в один генотип обеспечивало защиту против более широкого спек-
тра рас, чем каждый ген в отдельности. В частности, такое явление наблюдал Singh et al. (2001) при объединении трех генов (xa5, xa13, Xa21) , детерминирующих устойчивость к бактериальной пятнистости риса.
Комбинации в одном генотипе определенных генов устойчивости могут обеспечить длительную защиту от болезни, так как комбинации комплементарных им генов вирулентности отсутствуют в природных популяциях паразита. Анализ данных изменчивости популяций возбудителя сетчатой пятнистости ячменя за 2000 — 2008 гг. показал, что в природных популяциях возбудителя существуют запретные комбинации генов вирулентности. Из 186 сравниваемых пар сортов отсутствие вирулентных изолятов к обоим сортам отмечено в 38 случаях, при этом выборка изучаемых изолятов к каждой сравниваемой паре колебалась от 81 до 1577 изолятов. Выявлено отсутствие вирулентных изолятов одновременно к образцам ячменя к-15812 и Prior, при том, что по отдельности к образцу к-15812 и сорту Prior было обнаружено 11,1 и 14,8 % вирулентных изолятов соответственно. Также отсутствовали изоляты, одновременно вирулентные к таким образцам ячменя, как к-15812 и Beecher, при том, что число вирулентных изолятов к каждому образцу составляло 11,1 и 8,6 % соответственно. Отсутствовали изоляты, вирулентные одновременно к двум сортам в парах: к-15812 — CI 9214 (число вирулентных изолятов к каждому образцу составляло 11,1 и 3,7 % соответственно); к-15812 и Harbin — 11,1 и 5,9 %; к-15812 — к-19979 — 8,2 и 3,9 %; к-19979 и Harbin — 3,7 и 5,9 %; к-19979 и Prior — 3,7 и 14,8 % соответственно. Эти данные свидетельствуют об отсутствии или редкой ассоциации генов вирулентности в изучаемой группе изолятов к данным образцам. Последний факт может быть обусловлен рядом причин: нарушением мейоза, летальностью либо пониженной фертильностью аскоспор, рекомбинантных по определенным генам вирулентности, пониженной фитностью аскоспор и конидий с «лишними» генами вирулентности. Ранее была показана различная выживаемость аскоспор P. teres от прямых скрещиваний, а также бэккроссов и сибкроссов (от 20,9 до 100 %) и частое высщепление аскоспор, продуцирующих авиру-лентные, не способные к прорастанию на растении — хозяине конидии с измененной морфологией (Миронен-ко, 2005). Эти процессы могут оказывать существенное влияние на изменение соотношений рекомбинантных аскоспор и конидий в природных популяциях паразита. По-видимому, выявленные комбинации генов устойчивости могут обеспечить длительную защиту от болезни.
Очень важным моментом при создании конвергентных сортов является наличие эффективных методов отбора в гибридных популяциях растений не только по фенотипу, но и по генотипу. Наличие таких методов позволит объединить в одном генотипе как различные гены устойчивости к отдельным видам вредных организмов,
так и к их комплексу. Создание конвергентных сортов традиционными методами требует неоднократного проведения анализирующих скрещиваний для определения числа генов, переданных после каждого скрещивания. Этот процесс может растянуться на десятилетия, поэтому данный метод не нашел широкого применения, хотя теоретически обеспечивает длительную устойчивость к патогенам. Данную проблему в настоящее время можно решить в рамках так называемой комбинационной селекции, включающей спектр новых ДНК-технологий, в т. ч. использование молекулярных маркеров (ММ), которые позволяют ускорить процесс селекции и снизить затраты на многолетние испытания. В последние несколько лет исследования по использованию ММ для выявления генетического разнообразия устойчивости пшеницы к бурой ржавчине успешно проводят в ВИЗР, ВИР, НИИСХЦРНЗ, институте цитологии и генетики СО РАН. Однако для развития ДНК-технологий в России необходимо картировать известные эффективные гены устойчивости сельскохозяйственных культур для последующего использования их в селекции и обеспечить селекционные учреждения квалифицированными кадрами и необходимым оборудованием. Совместно с финскими коллегами нам удалось картировать гены, детерминирующие устойчивость к возбудителю сетчатой пятнистости у эфиопского образца ячменя CI 9819. Анализ дигаплоидов с использованием 6 типов ДНК-маркеров позволил выявить один доминантный ген, эффективный против восьми изолятов гриба различного происхождения (из США, Великобритании, Финляндии и Канады), в хромосоме 6Н и гены, эффективные против отдельных изолятов, распределенные по всему геному (на хромосомах 1Н, 2Н, 3Н, 5Н и 7Н) (Manninen et al., 2006).
Мы продолжаем эту работу с целью картирования всех эффективных генов устойчивости ячменя к возбудителям сетчатой и темно-бурой пятнистостей. Материалом для картирования генов устойчивости ячменя являются дигаплоидные линии, которые позволяют создавать пулы устойчивых и восприимчивых растений с одинаковым генотипом, то есть различающиеся только по аллелям устойчивости. Известны 2 основных метода получения дигаплоидных растений ячменя: при использовании гаплопродюсера — луковичного ячменя Hordeum bulbosum L. (Jensen, 1983; Choo et al., 1985), либо культуры пыльников (Dunwell, 1985).
При получении дигаплоидных линий в культуре пыльников ячменя происходит спонтанное удвоение хромосом, что позволяет избежать негативного воздействия колхицина, который необходим для диплоидизации растений при использовании гаплопродюсера. В лаборатории иммунитета растений к болезням ВИЗР начаты исследования по созданию дигаплоидных популяций ячменя для молекулярного картирования эффективных против различных патогенов генов устойчивости. От
гибридов F1, полученных при скрещивании устойчивых и восприимчивых образцов ячменя, была инициирована культура пыльников и получены растения-регенеранты (Лашина и др., 2009). В четырех комбинациях скрещиваний к-30453 (устойчив к темно-бурой пятнистости) х к-27737 (устойчив к сетчатой пятнистости и рин-хоспориозу), Пиркка (универсально восприимчивый сорт) х к-29636 (устойчив к темно-бурой пятнистости), к-30453 (устойчив к темно-бурой пятнистости) х Пиркка и Пиркка х к-23874 (устойчив к сетчатой пятнистости) количество полученных зеленых растений-регенерантов достаточно (181, 43, 50, 44 штуки соответственно) для проведения молекулярного картирования генов устойчивости. В одной дигаплоидной популяции от скрещивания образцов к-30453 х к-27737 возможно будет провести картирование генов устойчивости сразу к трем болезням: темно-бурой, сетчатой пятнистостям и рин-хоспориозу. Образец к-23874 отличался устойчивостью к пыльной головне (балл поражения « 1 » по 4-балльной шкале), что открывает перспективу картирования генов устойчивости в дигаплоидной популяции, полученной от скрещивания Пиркка х к-23874 сразу к двум болезням: сетчатой пятнистости и пыльной головне.
Другой возможностью ускорить процесс пирамидирования генов является разработанный нами для патосистемы ячмень — возбудитель сетчатой пятнистости метод определения числа генов устойчивости в гибридных линиях с использованием мейотического потомства. Метод основан на доказанных ранее взаимодействиях в патосистеме ячмень — возбудитель сетчатой пятнистости по типу «ген-на-ген» (Afanasenko et al., 2007). Число генов устойчивости в гибридных линиях ячменя определяли по характеру расщепления по признаку вирулентности в мейотическом потомстве возбудителя сетчатой пятнистости гриба Pyrenophora teres (Новожилов и др., 2008). Использование этого метода позволяет судить о количестве генов устойчивости в анализируемых сортах или гибридных линиях, комплементарных генам авирулентности. Данный подход принципиально отличается от традиционного и позволяет в 3 раза сократить время на отбор линий, содержащих 2 и более генов устойчивости.
В последнее время появились работы, свидетельствующие что R-гены могут уменьшать фитность растений при отсутствии прессинга болезни. Tao et al. (2000) показал, что сверхэкспрессия гена Rps2, детерминирующего устойчивость к Pseudomonas syringae у арабидопсиса, является летальной. Рецессивный ген mlo детерминирует длительную устойчивость ячменя к мучнистой росе и широко используется в селекции. Изучение дигаплоидного потомства, полученного от скрещивания 3-х мутантных линий ячменя по гену mlo и восприимчивых сортов, при контроле всех листовых болезней фунгицидами показало снижение урожая у растений с рецессивной аллелью гена mlo на 4,2 % по
сравнению с линиями, у которых этот ген находился в другом аллельном состоянии (Mlo) (Kolster et al., 1986). Есть и другие подобные примеры, которые дают основание пересмотреть стратегию пирамидирования генов для достижения длительной и групповой устойчивости, так как несколько генов в генотипе устойчивого сорта могут значительно влиять на показатели продуктивности. Однако пока недостаточно экспериментальных данных для того, чтобы возвести такой подход в принцип, вполне вероятно, что такие случаи являются частными.
Другой известной стратегией продления жизни генов расоспецифической устойчивости является создание многолинейных сортов или использование смеси сортов с подходящими агрономическими характеристиками, но защищенных разными генами устойчивости. В качестве примера можно привести данные Zhu et al. (2000), свидетельствующие, что при выращивании смеси восприимчивых и устойчивых к перикуляриозу линий риса развитие болезни на восприимчивом сорте было в 25 раз меньше, чем в чистом посеве. Потеря эффективности любого гена устойчивости в такой смеси уменьшает возможность быстрого распространения новой расы, так как она лимитирована лишь небольшим числом растений в популяции. Также наличие и поддержание в смешанном посеве широкого спектра рас, часть из которых авирулентна к различным линиям, может обеспечивать индукцию устойчивости и снижать восприимчивость к вирулентным расам. Известны положительные примеры практического использования смесей сортов зерновых культур в Европе: Германии, Дании, Швейцарии, Польше (Wolfe, Finckh, 1997).
Использование мозаики сортов с различным уровнем устойчивости основано практически на тех же принципах поддержания генетической разнородности посевов. Этот принцип реализован в Краснодарском крае коллективом сотрудников КНИИСХ под руководством акад. Л. А. Беспаловой. Им удалось при использовании мозаики из 24 сортов пшеницы с различным уровнем устойчивости к бурой ржавчине значительно снизить проявление заболевания.
Эволюционный потенциал фитопатогенных микроорганизмов обусловлен рядом факторов, важнейшими из которых являются уровень гетерогенности популяций по признакам, обуславливающим их фитность, миграционные возможности, наличие половой рекомбинации.
Для большинства как облигатных, так и гемибио-трофных патогенов известна высокая гетерогенность признака вирулентности. Например, у возбудителя сетчатой пятнистости ячменя с использованием 17 сортов-дифференциаторов выявлено 103 фенотипа вирулентности, у возбудителя ринхоспориоза ячменя на 15 дифференциаторах — 96. В то же время для широко
специализированного вида Cochliobolus sativus — возбудителя пятнистостей, корневой гнили и черного зародыша ячменя и пшеницы выявлено всего 4 фенотипа вирулентности.
Распределение популяций в пространстве, степень их изоляции имеют значение для выбора стратегии использования генов устойчивости в селекции. Широкий ареал популяций фитопатогенных грибов, таких как ржавчина, мучнистая роса, обусловлен высокими миграционными способностями этих паразитов. Известны направления споровых потоков — на Европейском континенте чаще всего с юга на запад и с запада на восток, и в соответствии с этим разработаны программы размещения сортов с определенными генами устойчивости (Limpert, Bartos, 1997). Цель таких исследований — обеспечить максимальную защиту культуры от болезней при использовании небольшого числа генов устойчивости, которые включены в текущий селекционный процесс.
В то же время для определенной группы фитопатогенов характерно узколокальное распределение популяций. К ним относятся почвенные патогены, миграция которых обусловлена только хозяйственной деятельностью человека, а также некоторые гемибиотрофные патогены.
В результате широкого исследования географических популяций возбудителя сетчатой пятнистости ячменя, гриба Pyrenophora teres f. teres, были выявлены существенные различия в их структуре, что позволило сделать вывод об их мозаичном распределении (Afanasenko, 2001). Существенное влияние на формирование популяций P. teres оказывает сортимент ячменей. Наименьшее сходство по числу общих фенотипов вирулентности имеют популяции из различных стран Европы по сравнению с популяциями из одной агроклиматической зоны России (Афанасенко и др., 2007). Это связано с различным сортиментом ячменей, обусловленным особенностями местных селекционных программ.
Значительные различия в структуре географических популяций P. teres определяют и различную эффективность источников устойчивости в разных агроклиматических условиях. Например, к образцу к-15812 в популяциях P. teres из Центрального и Уральского регионов России в 2001—2002 гг. вирулентные изоляты не были обнаружены, тогда как в популяциях Северо-Запада РФ их было более 12 %, а в популяции из Финляндии — 5 %. Такие же данные получены и для других источников устойчивости ячменя к P. teres (Афанасенко, 1995).
Только 2 комбинации генов устойчивости к ринхо-спориозу (Rh4, Rh10 и Rh2, Rh3) из 15 изученных оказались эффективными против популяций возбудителя ринхоспориоза ячменя гриба Rhynchosporium secalis из Северо-Западной зоны РФ, Краснодарского края и Чехии. В то же время линии с генами устойчивости Rh3,
rh6; Rh5, rh6; Rh1, rh6 и Rh9 были эффективны против популяций Северо-Запада и Чехии (отсутствовали вирулентные изоляты) и неэффективны против популяции из Краснодарского края (81,8, 72,7, 63,6 и 9,1 % вирулентных изолятов соответственно).
Таким образом, решение комплексной проблемы рационального использования генетических ресурсов устойчивости зерновых культур к болезням базируется на принципах поддержания генетического разнообразия устойчивости. Разработка методологии создания сортов зерновых культур с длительной устойчивостью к болезням напрямую зависит от знания эволюционного потенциала наиболее вредоносных видов, межорганиз-менной генетики патосистем, картирования геномов как растений, так и патогенов. Молекулярные маркеры устойчивости, безусловно, будут широко использоваться в отечественной селекции, так как позволяют значительно повысить эффективность и сократить время селекции. Исследования по молекулярному картированию генов устойчивости ячменя к возбудителям наиболее вредоносных болезней в ВИЗР будут способствовать развитию ДНК-технологий в селекции ячменя на устойчивость к болезням.
Работа поддержана грантами РФФИ No. 08-04-00303а и No. 08-04-13612 офи-ц.
Литература
1. Афанасенко О. С., 1995. Характеристика устойчивости некоторых сортообразцов ячменя к различным популяциям возбудителя сетчатой пятнистости Pyrenophora teres (Died.) Drechsler f. sp. teres // Микол. и фитопатол. Т. 29. Вып. 4. С. 27—32.
2. Афанасенко О. С., Мироненко Н. В., Филатова О. А., Серениус М., 2007. Структура популяций Pyrenophora teres f. teres в Ленинградской области и Финляндии по признаку вирулентности // Микол. и фитопатол. Т. 41. Вып. 3. С. 261—268.
3. Лашина Н. М.., Анисимова А. В., Афанасенко О. С., Маннинен О., 2009. Определение эффективности регенерации в культуре пыльников у образцов ячменя, устойчивых к пятнистостям листьев // Вестник защиты растений. № 1. С. 48—51.
4. Мироненко Н. В., 2005. Молекулярно-генетические механизмы специализации возбудителей «гельмин-тоспориозных» пятнистостей зерновых культур. Автореферат докт. дис. СПб, 42 с.
5. Новожилов К. В., Афанасенко О. С., Мироненко Н. В. и др., 2008. Создание генетически разнородного исходного материала для селекции ячменя и пшеницы на устойчивость к листовым пятнистостям // Материалы второй международной конференции «Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам», 29 сентября — 2 октября 2008, г. Санкт-Петербург, Россия. С. 165—167.
6. Afanasenko O, 2001. Investigations on populations of Pyrenophora teres f. tees, the cause of net blotch of barley// J. Russian Phytopathol. Soc. Vol. 2. P. 9-18.
7. Afanasenko O., Mironenko N., Filatova O. et al., 2007. Genetics of host-pathogen interactions in the Pyrenophora teres f. teres (net form) — barley (Hor-deum vulgare) pathosystem // Eur. J. Plant Pathol. Vol. 117. P. 267-280.
8. Beattie A. D. 2006. Genomic analysis of Pyrenophora teres: avirulence gene mapping, karyotyping and genetic map construction. Dr. Philosophy Thesis. University of Saskatchewan Saskatoon, Canada. 144 p.
9. Bonman J. M, Khush G. S., Nelson R. J. 1992. Breeding rice for resistance to pests // Ann. Rev. Phytopathol. Vol. 30. P. 507-528.
10. BrueggemanR., RostoksN, KudmaD. et al., 2002. The barley stem rust-resistance gene Rpg1 is a novel disease-resistance gene with homology to receptor kinases // Proc Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 99. P. 9328-9333.
11. Caicedo A. L., Schaal B. A., 2004. Heterogeneous evolutionary processes affect R gene diversity in natural populations of Solanum pimpinellifolium // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 101. P. 17444-17449.
12. Choo T. M, Reinbergs E., Kasha K. J., 1985. Use of haploids in breeding barley //Plant breeding Rev. Vol. 3. P. 219-252.
13. Dodds P. N, Lawrence G. J., Catanzariti A. M. et al., 2004. The Melampsora lini AvrL567 avirulence genes are expressed in haustoria and their products are recognized inside plant cells // Plant Cell. Vol. 16. P. 755-768.
14. Dunwell J. M, Bright S. W., Jones M. K, 1985. Anther and ovary culture // Cereal Tissue and Cell Culture. Martinus Nijhoff / Dr. W. Junk, Dordrecht. — P. 1-44.
15. Jensen C. J., Pollard L, Lee X. W, 1983. Produsing haploid plants by chromosome elimination //Cell and tissue techniques for cereal crop improvement. Science Press. P. 55-79.
16. Jorgensen J. H., 1992. Sources and genetics of resistance to fungal pathogens // In: Barley: Genetics, Bio-cemistry Molecular Biology and Biotechnology. Ed. Shevry P. R. Alden Press, Oxford., P. 442-457.
17. Kolmer J. A., 1996. Genetics of resistance to wheat leaf rust // Ann. Rev. Phytopathol., Vol. 34. P. 435-455.
18. Kolster P., Munk L., Stolen O., Lohde J., 1986. Near-isogenic barley lines with genes for resistance to powdery mildew // Crop Sci.. Vol. 26. P. 903-907.
19. Leonard K. J., 1997. Modelling gene frequency dynamics. The gene-for-gene relationship in plant-parasite interaction. Wallingford UK. P. 211-231.
20. Limpert B., Bartos B., 1997. Analysis of pathogen virulence as decision support for breeding and cultivar choice // Resistance of Crop Plants against Fungi / Eds. H. Hartleb, R. Heitefuss, H.-H. Hoppe. Gustav Fisher Verlag-Jena-Stuttgart-Lubeck-Ulm. P. 401-424.
21. Manninen O., Jalli M., Kalendar R. et al., 2006. Mapping of major spot-type and net-type net blotch resistance genes in the Ethiopian barley line CI 9819 // Genome. Vol. 49. P. 1564-1571.
22. Mew T. W., 1987. Current status and future prospects of research on bacterial blight of rice // Ann. Rev. Phytopathol. Vol. 25. P. 359-382.
23. NoelL., Moores T. L., van DerBiezen E. A. et al., 1999. Pronounced intraspecific haplotype divergence at the RPP5 complex disease resistance locus of Arabidop-sis // Plant Cell. Vol. 11. P. 2099-2112.
24. Parlevliet J. E., 1997. Durable resistance // Resistance of Crop Plants against Fungi. Ed. H. Hartleb, R. Heitefuss, H.-H. Hoppe. Gustav Fisher Verlag-Jena-Stuttgart-Lubeck-Ulm. P. 238-253.
25. Parniske M., Hammond-Kosack K. E., Golstein C. et al., 1997. Novel disease resistance specificities result from sequence exchange between tandemly repeated genes at the Cf-4/9 locus of tomato // Cell. Vol. 91. P. 821-832.
26. Rose L. E., Bittner-Eddy P. D, Langley C. H. et al., 2004. The maintenance of extreme amino acid diversity at the disease resistance gene, RPP13, in Arabidopsis thaliana // Genetics. Vol. 166. P. 1517-1527.
27. Singh S., Sidhu J. S., Huang N. et al., 2001. Pyramiding three bacterial blight resistance genes (xa5, xa13 and Xa21) using marker-assisted selection into indica rice cultivar PR106 // Theor. Appl. Genet. Vol. 102. P. 1011-1015.
28. Steffenson B. J., 2000. Durable resistance to spot blotch and stem rust in Barley // Proc. of the 8th International Barley Genetics Symposium. 22-27 October. P. 39-44.
29. Tao Y., Yuan F. H, Leister R. T. et al., 2000. Mutational analysis of the Arabidopsis nucliotide binding site-leu-
cine-rich repeat resistance gene RPS2 // Plant Cell. Vol. 12. P. 2541-2554.
30. Vera Cruz C. M., Bai J., Ona I. et al., 2000. Predicting durability of a disease resistance gene based on an assessment of the fitness loss and epidemiological consequences of avirulence gene mutation // Proc Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 97. P. 13500-13505.
31. Wolfe M. S., Finckh M. R., 1997. Diversity of host resistance within the crop: effects on host, pathogen and disease // Resistance of Crop Plants against Fungi / Ed. H. Hartleb, R. Heitefuss, H.-H. Hoppe. Gustav Fisher Verlag-Jena-Stuttgart-Lubeck-Ulm. P. 378-400.
32. Zhu Y., Chen H., Fan J. et al., 2000. Genetic diversity and disease control in rice // Nature. Vol. 406. P. 718-722.
Problems of rational use of genetic resources of plants resistance to diseases
O. S. Afanasenko, K. V. Novozhilov
' SuMMARY: The decision of a complex problem of rational use of plants genetic resources of resistance to diseases is based on principles of maintenance of a genetic diversity of resistance. The development of methodology of grain crops breeding with durable resistance to diseases is based on knowledge of evolutionary potential of most harmful pathogens and genetics of host-pathogen interactions. For molecular mapping of genes determined barley resistance to net blotch, spot blotch and scald double haploid barley populations were developed. molecular mapping of genomes both plants and pathogens will promote the development of DNA- technologies in plant breeding.
' Key woRDS: genetic diversity of resistance to diseases; durable resistance; pathogen fitness; evolutionary potential of pathogens.
' Информация об авторах
Афанасенко Ольга Сильвестровна — руководитель лаборатории иммунитета растений к болезням.
Государственное научное учреждение Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии Россельхозакадемии.
Шоссе Подбельского, д. 3, Санкт-Петербург, Пушкин-8, 196608. E-mail: [email protected].
Новожилов Капитон Васильевич — академик РАСХН, главный научный сотрудник. Государственное научное учреждение Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии Россельхозакадемии. Шоссе Подбельского, д. 3, Санкт-Петербург, Пушкин-8, 196608 E-mail: [email protected].
Afanasenko Olga Silvestrovna — Head of the Laboratory. All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology.
Podbelsky Chaussee 3, St. Petersburg, Pushkin 8, 196608, Russia Russia E-mail: [email protected].
Novozhilov Kapiton Vasilevich — member of RAAS.
Russia Research Institute for Agricultural Microbiology.
Podbelsky Chaussee 3, St. Petersburg, Pushkin 8, 196608, Russia E-mail: [email protected].
