CC BY
1316
УДК 633.11:632.938.1
СОМАКЛОНАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПШЕНИЦЫ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ВРЕДНЫМ ОРГАНИЗМАМ
Л.Г.Тырышкин, О.Е.Локтионова, О.В.Салимжанова
Всероссийский НИИ растениеводства им.Н.И.Вавилова, Санкт-Петербург
В результате полинейного отбора в 7 поколениях растений-регенерантов пшеницы выделены линии с различным уровнем устойчивости к 4 болезням и одному вредителю. Частота сомаклональной изменчивости зависела от уровня устойчивости донора первичного экс-планта. Уровень проростковой устойчивости к обыкновенной корневой гнили и темно-бурой листовой пятнистости у устойчивых линий превышает таковой лучших коллекционных образцов.
Наличие надежных источников устойчивости к болезням и вредителям - одна из главных предпосылок успеха селекции на данный признак. Возможность быстрого приспособления вредных организмов к паразитированию на устойчивых сортах в совокупности со способностью большинства возбудителей болезней и насекомых-вредителей к миграции на большие расстояния приводит к необходимости постоянного поиска новых эффективных генов устойчивости. В случае, когда генотипы с высоким уровнем устойчивости редко обнаруживаются в коллекциях культурных растений, перспективным для решения этой задачи может быть использование методов экспериментального мутагенеза и, в частности, индукции сомаклональной изменчивости (Larkm,Scowcroft,1981).
В поколении R2 изучали проростко-вую устойчивость к обыкновенной корневой гнили, темно-бурой листовой пятнистости (Bipolaris sorokiniana), бурой ржавчине (Puccinia recond.Ua), септорио-зу (Septoria nodorum) и обыкновенной злаковой тле (Schizaphis graminum) у 1200 семей растений-регенерантов 7 сортов яровой мягкой пшеницы. Исходные генотипы различались по устойчивости к этим вредным организмам (табл.1); сорт Spica восприимчив к бурой ржавчине, но обладает неэффективным геном устойчивости Lr 14а; образец 181-5 восприимчив к бурой ржавчине в стадии проростков, но обладает средним уровнем полевой устойчивости.
Регенеранты были получены в кал-лусных культурах, инициированных из незрелых зародышей и незрелых соцветий по оригинальной методике (Tyrysh-кт,1987).
Оценку устойчивости к листовым болезням проводили с использованием отрезков листьев, помещенных на вату, смоченную водным раствором бензими-дазола (Михайлова,Тырышкин,1988) в 35 независимых экспериментах (2-3 по-вторности в каждом). Для инокуляции использовали высоко агрессивные изоля-ты B.sorokiniana, S.nodorum и сборную популяцию P.recondita.
Оценку устойчивости к обыкновенной корневой гнили проводили с использованием "рулонной" методики, окончательно устойчивость проверяли при выращивании растений в песке, инфицированном конидиями высоко агрессивного изолята возбудителя.
Устойчивость к бурой ржавчине оценивали также в полевых условиях на естественном инфекционном фоне.
Для регенерантов каждого образца устойчивыми или расщепляющимися по устойчивости считали те семьи, в которых хотя бы одно растение было поражено слабее, чем растения исходного образца. В последующих поколениях ^3^8) проводили полинейный анализ только тех семей, которые в предыдущем поколении проявили себя как устойчивые, либо расщепляющиеся по устойчивости.
Таблица 1. Характеристика исходных образцов пшеницы _по проростковой устойчивости к болезням и злаковой тле_
Уровень устойчивости к
Номера
Образец каталога ВИР обыкновенной корневой гнили темно-бурой листовой пятнистости листовой ржавчине септо-риозу колоса обыкновенной злаковой тле линий-регене-рантов
Orofen 44449 0 0 0 0 0 1-369
Zaragoza 60811 0 0 0 0 0 370-515
Lusitano 45674 0 0 0 0 0 516-595
Вера 53578 + 0 0 0 0 596-809
181-5 45401 ++ ++ 0 0 0 810-909
Spica 44607 0 + + + 0 910-998
Вега 52777 0 0 0 0 0 999-1200
Результаты исследований
При однократной оценке устойчивости семей R2 частота измененных форм была крайне высока (до 79.8%), но при этом устойчивость большинства семей была нестабильна, то есть проявлялась не во всех независимых опытах (табл.2). Частота стабильно устойчивых сомаклонов в этом
поколении была значительно выше для тех исходных генотипов, которые обладали каким-либо уровнем устойчивости к конкретной болезни (к обыкновенной корневой гнили - у образцов Вера и 181-5; к темно-бурой листовой пятнистости - у 181-5; к бурой ржавчине - у сорта Spica).
Исходный
Таблица 2. Характеристика поколения И2 растений-регенерантов пшеницы _по устойчивости к вредным организмам_
Количество семей (экз. и %), устойчивых либо расщепляющихся по устойчивости к
обыкновенной
темно-бурой
листовой
септориозу
обыкновенной
образец корневои гнили лист. пятнистости ржавчине колоса злаковой тле
I* II I II I II I II I II
Orofen 90/24.4 3/0.8 77/20.9 4/1.1 64/17.5 3/0.8 102/27.6 0 178/48.2 4/1.1
Zaragoza 17/12.6 1/0.7 38/26.2 3/2.1 15/11.0 0 6/4.1 0 45/24.3 0
Lusitano 16/11.0 0 24/16.6 0 27/34.0 2/2.5 14/17.7 0 44/55.7 0
Вера 61/28.7 3/1.4 39/18.3 3/1.4 23/10.8 0 29/13.5 0 30/14.1 2/0.9
181-5 78/79.8 6/6.1 50/50.5 15/15.2 26/26.3 0 3/3.0 0 30/30.3 4/4.0
Spica 18/18.2 2/2.3 27/30.7 6/6.8 39/44.3 5/5.9 22/25.0 3/3.4 8/9.1 0
Вега 3/1.5 0 1/0.5 0 6/2.9 1/0.5 5/2.4 0 30/14.9 0
I - количество линий, устойчивых либо расщепляющихся по устойчивости по крайней мере в одном независимом эксперименте; II - количество линий, устойчивых либо расщепляющихся по устойчивости в каждом из 3-5 независимых экспериментов.
В последующих поколениях Rз-R7 часть устойчивых семей теряла устойчивость, а в потомстве большинства устойчивых семей были выявлены как устойчивые, так и расщепляющиеся и восприимчивые линии. Постоянный отбор только устойчивых растений позволил выделить в поколении R7 линии, которые в поколении R8 полностью подтвердили свою устойчивость (табл.3). Ни одна из выделенных стабильно устойчивых линий R7 и R8 не была высоко устойчива по сравнению с исходным образцом к двум или более болезням. Только линии
615,1,3,6 и 892,2,2,2 были устойчивы к обыкновенной корневой гнили и слабо устойчивы к обыкновенной злаковой тле (исходные образцы Вера и 181-5 обладают устойчивостью к корневой гнили и восприимчивы к тле).
В то же время ни одна из выделенных линий R8 регенерантов не потеряла того уровня устойчивости, который был характерен для генотипа образца, взятого в качестве донора первичного экспланта. Все линии образца 181-5 с повышенной устойчивостью к темно-бурой листовой пятнистости сохранили средний уровень
устойчивости к обыкновенной корневой гнили; линии 181-5, высоко устойчивые к обыкновенной корневой гнили средне устойчивы к темно-бурой листовой пятнистости; все линии 181-5 обладают средним уровнем полевой устойчивости к бурой ржавчине в стадии флаг-листа; все линии сорта Spica слабо устойчивы к темно-бурой листовой пятнистости.
Таблица 3. Характеристика выделенных линий-регенерантов И8 пшеницы по проростковой устойчивости
К «
л §
е
О
К
й и н и л о л с и
&
Уровень устойчивости к
й
о
нй
н
е в о н к ы б о
и л ни рн ог
к
т
«
п
й о в о т с и л
К
он
ви
оч тов
са ¡1
у
га
оа
ро ол то К И
е
йе ол
в ^
ей во
§ 8 кк ыа
>8 «
615 1 + 0 0 0 +
709 4 +++ 0 0 0 0
817 1 ++ +++ 0 0 0
818 1 ++ +++ 0 0 0
819 24 ++ +++ 0 0 0
871 3 ++ +++ 0 0 0
873 9 ++ +++ 0 0 0
883 8 ++ +++ 0 0 0
892 1 +++ ++ 0 0 0
892 1 +++ ++ 0 0 +
894 4 +++ ++ 0 0 0
900 10 +++ ++ 0 0 0
904 4 ++ +++ 0 0 0
910 4 0 + 0 ++ 0
937 15 0 + +++ 0 0
942 6 0 + +++ 0 0
956 26 0 + +++ 0 0
1001 4 0 0 +++ 0 0
скрещивания высоко устойчивых линий с восприимчивыми сортами удается выделять устойчивые линии, что свидетельствует о контроле признака небольшим количеством генов.
Таблица 4. Средний балл поражения темно-бурой листовой пятнистостью листьев сортов,
линий сомаклональных вариантов _и беккроссных линий пшеницы_
Образец
Инокулюм
популяция штамм Т
Л х 883,б х С х С,6* 0.90а** 3.25а
873у,10 0.90а 4.0Ь
819,3,6 0.90а 4.65с
873у 0.95а 3.50а
819,12у 1.10а 3.30а
854 х С х М 35,4"* 1.15а 4.0Ь
819,3,6,4 1.70Ь 4.25Ь
181-5 3.0с 5.0с
Ре^ато 5.0е 6.0е
0 -нет, + -низкая, ++ -средняя, +++ -высокая.
Уровень устойчивости лучших линий образца 181-5 к обыкновенной корневой гнили значительно превышал таковой этого образца (балл 0-1 при поражении 181-5 на балл 3, восприимчивого контроля - на балл 6).
Пораженность лучших линий темно-бурой листовой пятнистостью была значимо ниже, чем у 181-5, выделенного из коллекции как наиболее устойчивого образца (Тырышкин,Михайлова,1983). Эта устойчивость проявлялась как против используемого при отборах штамма Т, так и сборной популяции патогена (табл.4). В беккроссных популяциях от
Линия, отобранная в Е2 от скрещивания (Ленинградка х 883,6) х Саратовская 29 х Саратовская 29. "Образцы, обозначенные одинаковыми буквами, статистически не отличаются по многоранговому критерию Дункана (р<0.05). ""Линия, отобранная в Е2 от скрещивания (854 х Саратовская 29) х Московская 35.
По устойчивости к бурой ржавчине были выделены линии без симптомов поражения в стадии флаг-листа при выращивании на опытном поле ВИР (Ленинградская область) и ДОС ВИР (Дагестан), а также линии с высоким уровнем частичной устойчивости (1-5% пораженной листовой поверхности при поражении восприимчивого тестера на 100%).
Уровень устойчивости к септориозу и обыкновенной злаковой тле был низким, но степень поражения и повреждения растений, соответственно, достоверно отличалась от таковых у исходных генотипов Обсуждая результаты можно отметить следующее. У мягкой пшеницы известны сомаклональные мутанты по морфологическим и биохимическим признакам (Larkin,Scowcroft,1984). По устойчивости к болезням сведения о возможности использования сомаклональной изменчивости для создания новых форм противоречивы. Так, были получены устойчивые растения пшеницы к темно-бурой листовой пятнистости (Chawla, ^еме1,1987), но попытка повторить эти результаты оказалась безуспешной
(Wenzel, Foroughi-Wehr,1990).
Большинство выделенных в одном эксперименте в поколении R2 устойчивых линий не подтвердили устойчивость при последующих проверках; вероятно, это связано с зависимостью экспрессии "слабых" генов устойчивости от неконтролируемых условий внешней среды. Потеря устойчивости ряда линий в последующих поколениях скорее всего связана с эпигенетической природой признаков. Постоянное выщепление восприимчивых растений в потомстве устойчивых семей и линий может быть объяснено полигенным контролем устойчивости с кумулятивным действием малых генов. Это подтверждается нашими предварительными данными о характере расщепления в F2 от скрещивания устойчивых линий с восприимчивым тестером. В то же время возможность отбора высоко устойчивых форм в беккроссных популяциях от скрещивания высоко устойчивых линий с восприимчивыми сортами указывает на относительно небольшое количество этих генов. Поскольку большинство мутантов с высоким уровнем устойчивости получено у исходных образцов, имеющих слабо или средне
эффективные гены устойчивости (например, мутанты, высоко устойчивые к темно-бурой листовой пятнистости и корневой гнили выделены среди потомства ре-генерантов образца 181-5, имеющего один или 2 средне эффективных гена устойчивости к этим болезням, соответственно) (Тырышкин, Михайлова, 1993)), мы предполагаем, что малые гены устойчивости выступают в роли модификаторов, повышающих фенотипический эффект экспрессии главного гена(ов).
В заключение отметим, что большинство сомаклональных вариантов пшеницы нестабильны по устойчивости к вредным организмам как в одном поколении, так и при семенном размножении. Стабильные линии с повышенной устойчивостью выделяются в основном среди потомства регенерантов образцов, имеющих какой-либо уровень устойчивости к конкретной болезни. Для создания генотипов с комплексной или групповой устойчивостью необходимо в качестве исходных для индукции каллусогенеза использовать образцы, устойчивые к вредным организмам.
Тырышкин Л.Г., Михайлова Л.А. Наследование устойчивости к листовой пятнистости, вызванной Bipolaris sorokiniana, сорта мягкой пшеницы 181-5. /Сб. научн. трудов ВИР по прикл. бот., ген. и сел., 147, 1993, с.35-39.
Тырышкин Л.Г., Михайлова Л.А. Методические указания по изучению популяций возбудителя бурой ржавчины пшеницы и генетика устойчивости. Ленинград, ВИЗР, 1988, 18 с.
Chawla H.S., Wenzel G. In vitro selection of barley and wheat for resistance against Helminthosporium sativum. /TAG, 74, 1987, р.841-845
Larkin P., Scowcroft W.R.Somaclonal variation - a novel source of variability from cell cultures for plant improvement. /TAG, 60,
1981, p.197-214.
Larkin P., Ryan S.A., Brettell R.I.S. Scowcroft W.R. Heritable somaclonal variation in wheat. /TAG, 67, 1984, р.443-455.
Tyryshkin L.G. Genetics of resistance to diseases in wheat somaclonal variants. /J. Appl. Genet., 38B, 1997, р.29-37.
Wenzel G., Foroughi-Wehr B. Progeny tests of barley, wheat, and potato regenerated from cell cultures after in vitro selection for disease resistance. /TAG, 80, 1990, р.359-365.
Работа частично финансировалась Российским фондом фундаментальных исследований (№99-0448053).
SOMACLONAL VARIABILITY IN WHEAT RESISTANCE TO PEST ORGANISMS L.Tyryshkin, O.Loktionova, O.Salimjanova In R2 generation, about 1200 regenerants were obtained from callus cultures of 7 spring wheat varieties. Their resistance to common root rot, dark brown leaf spot blotch, leaf rust, Septoria glume blotch and green bug was evaluated in 3-5 independent experiments. Most families were unstable for resistance; frequency of stable families was higher for samples initially resistant to a certain harmful organism. In R3_7 generations, lines with stably high level of resistance were selected. No one line was highly resistant to more than one disease but all selected lines retained resistance of initial samples.
