Создание дигенных и гомозиготных доноров устойчивости к мучнистой росе

УДК 634. 723:631. 527
Авторы: Князев С.Д., доктор с.-х. наук*, Николаев А.В., канд. с.-х. наук**
*Орловский государственный аграрный университет. Орёл, 302019
**ГНУ ВНИИ селекции плодовых культур. Орёл, 302830, Россия

На основании анализа расщепления гибридного потомства показана возможность создания доноров, а на их основе сортов смородины чёрной с долговременной устойчивостью к мучнистой росе путём совмещения в одном генотипе различных олигогенов. Отбор гомозиготных по доминантным аллелям генов R и Sph3 доноров иммунитета к мучнистой росе позволит значительно интенсифицировать селекционный процесс и повысить его эффективность за счёт высокого выхода (до 100%) в гибридном потомстве устойчивых к мучнистой росе генотипов.

On the ground of analysis of hybrid progeny segregation, the possibility is shown of obtaining donors and then black currant varieties with long-term resistance to American powdery mildew by combination of different oligogenes in one genotype. The selection of homozygous according to dominant allele’s genes R and Sph3, which are donors of immunity to the powdery mildew, will allow intensifying significantly the breeding process and raising its efficiency at the cost of high output (up to 100%) of genotypes resistant to American powdery mildew in the hybrid progeny.

Несмотря на определённые успехи селекционеров по созданию сортов смородины чёрной устойчивых к мучнистой росе, данная болезнь является наиболее вредоносной в средней полосе европейской части России.

Так в 2004 году в условиях Орла наблюдалась сильнейшая эпифитотия за последние 15 лет. Большинство современных сортов находящихся в изучении, за исключением, полученных с участием производных смородины клейкой и сорта Сундербюн-II, в той или иной степени поражались мучнистой росой.

С другой стороны в результате сопряжённого развития паразита и растения хозяина и высокой мутационной изменчивости гриба появляются новые, более вредоносные расы, которые способны преодолеть существующий механизм устойчивости. Что и наблюдалось в 50-60 годы прошлого столетия, когда в качестве донора иммунитета в селекцию был привлечён скандинавский сорт Бредторп, механизм устойчивости которого был уже преодолён в конце 60-70 годов.

В связи, с чем нами проводятся исследования по созданию сортов совмещающих гены устойчивости к мучнистой росе имеющих различный механизм устойчивости (1), что позволит дольше сохранять невосприимчивость к патогену. При этом наиболее широко задействованы доноры генов Sph3 и R так как они проявляют наивысшую устойчивость к мучнистой росе. Если устойчивость у производных смородины клейкой связана с биохимическими процессами, то устойчивость производных сорта Сундербюн–II обеспечивается очень быстрым ростом и его окончанием и огрублением тканей листа и побега, что позволяет избежать поражения паразитом.

Необходимость проведения исследований по отбору растений смородины черной, совмещающих гены Sph3 и R связан с тем, что данные гены не имеют маркерных признаков, которые бы позволяли вести их отбор по фенотипу. Также растения, генотипы которых совмещают гены с различным механизмом устойчивости к какой либо болезни обладают более долговременной устойчивостью к патогенам, что позволит значительно увеличить срок их использования в производстве.

Исследования выполнены в гибридных насаждениях смородины чёрной ВНИИСПК. Объектами исследований были гибридные сеянцы, полученные при совмещении различных генов устойчивости. Наблюдения проводились согласно общепринятой методики селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур [2]. Для изучения наследования устойчивости к мучнистой росе в гибридной школке проводили искусственное заражение сеянцев конидиоспорами мучнистой росы путем стряхивания спор на влажную поверхность листьев в период активного роста сеянцев в возрасте 6-8 настоящих листьев. Через 15-20 дней после инокуляции проводилась 2-кратная браковка всех пораженных сеянцев независимо от степени развития болезни.

Соответствие фактического расщепления теоретически ожидаемому оценивалось по критерию χ2.

Отбор доноров, гомозиготных по доминантным аллелям генов R и Sph3, позволит значительно повысить эффективность селекционных исследований, так как в гибридных популяциях с их участием увеличивается выход устойчивых к мучнистой росе генотипов до 100 %, тогда как при использовании гетерозиготных доноров устойчивых генотипов выщепляется 25-50 %.

В изучении для определения генотипов нами был отобран 81 донор иммунитета к мучнистой росе, из которых 44 предположительно совмещают гены R и Sph3, 29 гомозиготны по доминантным аллелям генов Sph3 и 8 R. С целью повышения эффективности отбора в селекционном саду, для изучения отбирались доноры с высоким уровнем хозяйственных признаков.

Выявить доноры, совмещающие гены R и Sph3 при их самоопылении невозможно, так как в этом случае генотипы и с одним главным геном R или Sph3 также будут иметь расщепление инбредного потомства 3:1, что мы и наблюдали в своих исследованиях (таблица 1).

В качестве сортов анализаторов для идентификации растений, совмещающих гены R и Sph3, мы использовали восприимчивые к мучнистой росе сорта с высоким уровнем хозяйственных признаков, такие как Сокровище, Венера, Ядреная, Лентяй.

При анализе расщепления в таких комбинациях скрещивания мы исходили из того, что у анализируемых растений имеются два главных гена иммунитета к мучнистой росе R и Sph3. При чем действие главного гена Sph3 контролируется двумя генами супрессорами (2); Su3, который в доминантном состоянии подавляет действие доминантных аллелей гена Sph3, а Su4 – в гомозиготном рецессивном состоянии (su4 su4) блокирует работу супрессора Su3, то есть расщепление будет соответствовать тетрагибридной схеме. В таком случае расщепление по фенотипу на устойчивые и восприимчивые к мучнистой росе растения в зависимости от генотипа родительских форм будет соответствовать 15:49; 3:5; 13:19 и 7:9.

В силу различных причин (большие объемы гибридизации, плохая завязываемость, низкая всхожесть семян в селекционной школке и так далее) нам не удалось выполнить данные исследования в полном объеме. Также данные исследования осложнены невозможностью различить по фенотипу устойчивые к мучнистой росе растения, имеющие только один доминантный ген иммунитета R или Sph3, что и наблюдалось в наших исследованиях, когда расщепление по фенотипу у некоторых форм, таких как 3184-11-15, 3007-2-173 соответствовало 1:1.

Табл. 1. Расщепление по устойчивости к мучнистой росе доноров совмещающих гены R и Sph₃

В тоже время у многих доноров расщепление соответствовало предложенной выше схеме, что позволяет предположить у данных растений наличие генов R и Sph3. Так на основании данных расщепления с участием восприимчивого к мучнистой росе сорта Сокровище можно предположить, что его генотип r r sph3 sph3 su3 su3 su4 su4 или r r sph3 sph3 Su3 Su3 Su4 Su4. В таком случае генотип донора иммунитета 3007-3-199 R r Sph3 sph3 Su3 su3 Su4 Su4 или R r Sph3 sph3 Su3 Su3 Su4 su4. Для более точного определения генотипа необходимо проведение дополнительных анализирующих скрещиваний.

Также необходимо отметить, что выход устойчивых растений в таких комбинациях скрещивания не превышает 50 % и согласно приведенной выше схеме расщепления, соответственно, выщепляется 23,4; 37,5; 40,6 и 37,0 процента, что снижает эффективность селекционных исследований. Поэтому очень важным является поиск доноров совмещающих гомозиготные доминантные аллели генов R и Sph3. Возможно, одним из таких растений является донор 3007-2-154 при скрещивании, которого с сортами Сокровище и Экзотика и участия генов – супрессоров расщепление по фенотипу соответствовало 3:1 и выщеплялось 75 % устойчивых к мучнистой росе растений. С целью отбора доноров совмещающих гомозиготные доминантные аллели генов R и Sph3 проведено самоопыление ряда доноров.

Исследования по выявлению доноров, гомозиготных по доминантным аллелям генов Sph3 и R связано с такими же трудностями, как и при выявлении доноров с дигенной устойчивостью.

В результате анализа расщепления гибридного потомства (таблица 2) выделено два донора 3017-4-9 и 3190-44-72, их расщепление соответствовало 3:1, что позволяет предположить у них наличие гомозиготной доминантной аллели генов Sph3 Sph3, а выщепление 25 % неустойчивых растений обусловлено действием генов – супрессоров, исходные сорта по ним гетерозиготны.

При изучении расщепления гибридного потомства производных сорта Сундербюн – 2 не было выявлено растений, гомозиготных по доминантной аллели гена R и имеющих генотип R R.

Наиболее эффективными донорами иммунитета к мучнистой росе, обеспечивающие выщепление в гибридном потомстве 75 % устойчивых генотипов, являются растения смородины черной, гомозиготные по доминантным аллелям генов Sph3 или R, а также совмещающих в гомозиготном состоянии доминантном аллели этих генов.

Табл. 2. Расщепление по устойчивости к мучнистой росе доноров, гомозиготных по доминантным аллелям генов Sph₃ и R

В результате анализирующих скрещиваний для дальнейших селекционных исследований выделены доноры 3017-4-9, 3190-44-72, иммунитет к мучнистой росе которых контролируется доминантной аллелью гена Sph3 и 3007-2-154, гомозиготный по доминантным аллелям генов R и Sph3.

Выводы

1. Проведённые нами исследования показывают возможность отбора гомозиготных по генам R и Sph3 доноров иммунитета к мучнистой росе при проведении дополнительных анализирующих скрещиваний, а в перспективе создание банка таких доноров.
2. Наиболее эффективными донорами иммунитета к мучнистой росе, обеспечивающими выщепление в гибридном потомстве 75 % и более процентов устойчивых генотипов, являются растения смородины черной, гомозиготные по доминантным аллелям гена Sph3, а также совмещающие в гомозиготном состоянии доминантные аллели генов Sph3 и R.
3. В результате анализирующих скрещиваний для дальнейших селекционных исследований выделены доноры 3017-4-9, 3190-44-72, гомозиготные по доминантной аллели гена Sph3 и 3007-2-154, гомозиготный по доминантным аллелям генов R и Sph3.

Литература

1. Огольцова, Т. П. Наследование устойчивости к мучнистой росе в потомстве некоторых доноров с олигогенным контролем признака у черной смородины / Т. П. Огольцова, С. Д. Князев // Сорта и технологии для современного сада: сб. ст. – Тула, 1990. – С. 55-69.
2. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. – Орел: ВНИИСПК, 1995. – 520 с.