Генетичні основи взаємодії у системі Triticum aestivum L. - Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. ex Henn та пошук маркерів генів стійкості до збудника бурої іржі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут фізіології рослин і генетики

УДК 575.7: 633.1+632.9

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Генетичні основи взаємодії у системі Triticum aestivum L. - Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. ex Henn та пошук маркерів генів стійкості до збудника бурої іржі

03.00.15. - генетика

Лісова Галина Михайлівна

Київ 2000

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В останні роки в усьому світі відбувається активізація селекційних робіт, пов'язаних з створенням стійких до дії фітопатогенних факторів форм культурних рослин, іде розвиток фундаментальних досліджень з питань імунітету рослин. На думку багатьох вчених, особлива увага повинна приділятися організації біотехнологічних досліджень та фундаментальним працям з генетики імунітету (Соколов, Монастырский, Пикушова, 1994).

Накопичений на цей час експериментальний матеріал свідчить, що алелі генів, які детермінують синтез певних білків, близько зчеплені з генами стійкості до збудників грибних хвороб (McIntosh, 1988, 1992; McIntosh, Hart, Gale, 1991, 1992) . Це дає можливість використовувати окремі компоненти білків, що синтезуються під контролем цих генів, в якості маркерів в селекції на стійкість.

Селекціонеру, для вдалого проведення робіт, пов'язаних з створенням стійких сортів до дії різних фітопатогенних факторів, важливо мати у розпорядженні дані про маркери генів стійкості. Володіння цією інформацією дозволяє оперативно знайти і вилучити потрібні гени стійкості і їх комбінації у диких і культурних форм пшениці, а також провести контроль за наявністю цієї ознаки у нових сортах або лініях.

Проблема селекції на стійкість, а особливо проблема тривалого збереження стійкості сорту, не може бути вирішена без врахування дії генів, що контролюють стійкість рослини до різних хвороб. На прикладі системи Triticum aestivum - Puccinia recondita f. sp. tritici можна дослідити генетичні основи взаємодії рослини-господаря і патогена. Насамперед це зміни генетичної структури популяції збудника P. recondita, що ведуть до втрати ефективності одних генів стійкості і експресії інших. Подібні дослідження широко проводяться у світовій практиці і актуальність їх не втрачається і сьогодні.

Знання всіх цих аспектів допоможе в створенні стійких до збудника бурої іржі сортів пшениці і швидко враховувати зміни епіфітотичного стану популяції збудника. Використання методу білкових маркерів надасть змогу оперативно проводити селекційні роботи за ознакою стійкості, виключить необхідність багаторазового пересіву на провокаційних інфекційних фонах з наступним відбором стійких до дії патогена форм пшениці. Це значно скоротить затрати часу і об'єм роботи, а також обмежить використання хімічних препаратів для захисту проти збудника бурої іржі, що важливо з точки зору екології та економіки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводили за програмою Інституту агроекології та біотехнології УААН “Використання локусів запасних білків і ізоферментів в генетичному аналізі прояву деяких господарсько-цінних ознак пшениці, вівса, ячменя” (номер державної реєстрації 0196U012975).

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень було вивчення генетичних основ взаємодії у системі Triticum aestivum - Puccinia recondita f. sp. tritici і пошук молекулярно-генетичних маркерів генів стійкості до збудника бурої іржі. Основна увага приділялась визначенню ефективних генів стійкості пшениці до ендемічних рас збудника бурої іржі, виявленню змін в популяції патогена, пошуку молекулярно-генетичних і біохімічних маркерів генів стійкості пшениці. Виходячи з цього, ми визначили основні завдання наших досліджень:

1. Вивчити взаємодію між генами стійкості, що транслоковані в ізогенні лінії T. aestivum, і генами вірулентності P. recondita f. sp. tritici, які є типовими для популяції патогена на території України.

Виявити ефективні гени стійкості пшениці до розповсюджених на території України рас збудника P. recondita.

Вивчити расовий склад і генетику вірулентності популяції патогена.

Виявити маркери генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі, використовуючи запасні білки та ізоферменти зерна пшениці.

Провести пошук біохімічних маркерів ознаки стійкості до дії різних за ступенем вірулентності рас збудника бурої іржі.

Наукова новизна одержаних результатів. Вивчена генетична взаємодія між генами стійкості і генами вірулентності у системі T. аestivum - P. recondita f. sp. tritici.

Ідентифіковано расовий склад популяції збудника P. recondita f. sp. tritici станом на 1996-1998 роки на території України і визначено генотипи вірулентності кожної з вивчених рас.

Вперше виявлено нові раси збудника бурої іржі, що раніше не зустрічались на території України, і визначено їх вірулентність.

Вперше проведено системний пошук маркерів генів стійкості T. аestivum серед запасних білків та ізоферментів зерна ізогенних ліній пшениці.

Вперше ідентифіковано алельні варіанти гліадинкодуючих локусів, а також локуси генів, що здійснюють генетичний контроль - і -амілаз, які можуть бути маркерами генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі.

Показана можливість використання cпецифічних білків вегетативної частини рослини як біохімічних маркерів стійкості пшениці до дії рас збудника P. recondita f. sp. tritici з різним ступенем вірулентності.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дають можливість чітко спланувати селекційні роботи, пов'язані з створенням стійких до збудника бурої іржі сортів пшениці: дані про генетику вірулентності збудника P. recondita f. sp. tritici дадуть змогу враховувати зміни вірулентності патогена при селекції на стійкість; виявлені маркери генів стійкості дозволять оперативно провести пошук ефективних генів стійкості і їх комбінацій у диких і культурних форм пшениці, які можна використовувати у подальшій селекційній роботі, а також проводити контроль за цією ознакою в нових сортах пшениці.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом проаналізована відповідна література; проведені лабораторні, польові і вегетаційні дослідження; отримані результати узагальнені і математично оброблені; зроблено відповідні висновки і підготовлена дисертація.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на міжнародному симпозіумі “Ecological Problems of Plant Protection and Contemporary Agriculture” (Словакія, 25-29 вересня 1995 р.); на науково-практичному семінарі “Екологічні та економічні проблеми застосування засобів хімізації в АПК” (с.м.т. Чабани, 17 березня 1998 року); на засіданнях відділу генетики і селекції кормових культур Інституту землеробства УААН в 1996 і 1997 рр.; на засіданнях Вченої ради Інституту землеробства УААН 1996, 1997 рр.; на засіданнях методичної ради Інституту землеробства УААН в 1998 і 1999 рр.; на науковому семінарі Інституту фізіології і генетики НАНУ в 1999 р.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 9 статей і 2 тези, з них 4 статті у провідних фахових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація викладена на 150 сторінках машинописного тексту і складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел та містить 14 таблиць і 18 рисунків. Список використаних джерел нараховує 205 найменувань, в тому числі іноземних авторів 102.

Огляд літератури

бура іржа пшениця ген

Аналіз літератури показує, що вивчення генетичних основ взаємодії у системі T. aestivum - P. recondita f. sp. tritici ускладнюється специфічністю циклу розмноження збудника. Обгрунтовується важливість вивчення генетики імунітету пшениці і дослідження структури популяції збудника бурої іржі, створення банків ефективних генів стійкості пшениці і банків генів вірулентності патогена. Доводиться необхідність виявлення зчеплення локусів, що контролюють синтез запасних білків та ізоферментів пшениці з генами, що обумовлюють стійкість до патогена. Огляд літератури показує, що не дивлячись на певні досягнення у використанні біохімічних маркерів в маркеруванні генів стійкості, це питання вивчено фрагментарно і потребує уточнень. Також недостатньо вивчено синтез патоген-залежних білків (PR-білків) у відповідь на ураження рослини пшениці збудником бурої іржі і використання цих білків як маркерів ознаки стійкості.

Матеріали і методи досліджень

Дослідження проводилися у відділі біотехнології Інституту землеробства УААН в 1996 р., у відділі біотехнології та генетики Інституту агроекології та біотехнології УААН в 1997-1998 рр., в теплиці, кліматичних камерах і на дослідній ділянці Інституту захисту рослин УААН.

Матеріалом досліджень були ізогенні за генами стійкості лінії, які створені на базі сорту Thatcher, та сорти Manitou (Lr13), Thew (Lr20), Gatcher (Lr27+31), що відносяться до “тетчерівського типу” (37 ліній). Вони одержані у Міжнародному центрі покращення кукурудзи та пшениці в Мексиці (CIMMYT). Матеріалом досліджень була і серія майже ізогенних ліній сорту Миронівська 808, що була створена в Інституті захисту рослин УААН (5 ліній). Їх використовували для вивчення генетичних основ взаємодії між T. aestivum - P. recondita f. sp. tritici, для маркерування генів стійкості за допомогою алельних варіантів запасних білків пшениці (гліадинів і глютенинів) та ізоферментів ( і амілази), для визначення біохімічних маркерів стійкості рослин (PR-білків) до збудника бурої іржі. При визначенні ефективності алельних варіантів гліадинкодуючих локусів як маркерів ознаки стійкості рослин пшениці до збудника бурої іржі використовували набір майже ізогенних ліній пшениці за гліадиновими алелями озимої м'якої пшениці (18 ліній), створених на основі сорту Безоста 1 М.М.Копусем. Для виявлення причин змін в расовому складі популяції збудника бурої іржі використовували районовані сорти озимої пшениці Спартанка, Донецька 46, Донецька 48, Лютесценс 7, Поліська 87, Миронівська 61, Альбатрос одеський, Вимпел одеський, Одеська 133.

Оцінку ступеня стійкості ізогенних ліній пшениці до збудника бурої іржі в польових умовах вели за Інтегрованою шкалою оцінок стійкості зернових колосових культур до Puccinia recondita (Методы селекции и оценки устойчивости пшеницы и ячменя к болезням в странах членах СЭВ, 1988). Оцінку типу імунності майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній сорту Безоста 1, оцінку стійкості сорту Thatcher та його ізогенних ліній і набору ізогенних ліній сорту Миронівська 808 проводили за шкалою Mains E.B. і Jackson H.S. (1926), а їх ступінь ураження визначили за шкалою Страхова Т.Д. (1951).

Відбір інфекційного матеріалу в польових умовах, диференціацію уредініопопуляції збудника бурої іржі на раси, зараження рослин майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній пшениці, інокуляцію ізогенних ліній сортів Thatcher і Миронівська 808 здійснювали згідно загально прийнятій методиці з врахуванням рекомендацій Методів селекції і оцінки стійкості пшениці і ячменю до хвороб в державах членах РЕВ (Прага,1988). Визначення фізіологічних рас патогена проводили за Міжнародним ключем визначення рас (Методические рекомендации по изучению расового состава возбудителей ржавчины хлебных злаков, 1977).

Електрофорез глютенинів проводили за методикою Laemmli (1970) в 12,5% акриламідному гелі (співвідношення акриламід/бісакриламід 30:1), гліадинів - в модифікованій системі Brzrezinski i Mendelewski (1989), електрофорез -амілази пшениці - за методикою Іллічівського, Метаковського, Созінова (1989), -амілази - за методом Devis (1964) з врахуванням модифікацій Антонюка і Терновської (1995). Електрофорез білків листків пшениці проводили за методикою Laemmli (1970) з модифікаціями Козуб і Созінова на 15% гелях.

Відсотковий склад рас в популяції збудника бурої іржі розраховували за формулою:

(1)

де А - відсотковий склад рас в популяції збудника;

n - кількість ізолятів, що уражалися даною расою;

N - загальна кількість проаналізованих ізолятів.

Частоту зустрічі кожного гена вірулентності розраховували згідно визначеної відсоткової частки кожного гена вірулентності в окремій расі за формулою:

(2)

де Р - частота зустрічі окремого гена вірулентності в популяції;

А₁, А₂,..., А_i - відсотковий вміст кожної окремої раси в популяції збудника;

n₁, n₂,..., n_i - кількість генів вірулентності в кожній окремій расі.

Встановлення достовірності вмісту рас в популяції збудника бурої іржі і порівняння частот генів вірулентності в кожен рік досліджень проводили за критерієм (Рокитский, 1967).

Вивчення взаємодії між генами стійкості ізогенних ліній пшениці і генами вірулентності збудника PUCCINIA RECONDITA F. SP. TRITICI

Вивчення взаємодії між генами стійкості пшениці і генами вірулентності збудника бурої іржі вели за такими етапами: 1) оцінка стійкості рослин ізогенних ліній пшениці до дії місцевої популяції збудника бурої іржі; 2) відбір зразків листя, ураженого збудником бурої іржі, з кожної ізогенної лінії; 3) виділення та розмноження монопустульних ізолятів; 4) ідентифікація рас за допомогою тест-сортів пшениці; 5) аналіз взаємодії генів стійкості з генами вірулентності; 6) визначення генів вірулентності і їх частоти в популяції збудника на підставі даних про спеціалізацію рас на Lr-лініях.

Ефективні гени стійкості пшениці до збудника бурої іржі. Расовий склад популяції патогена. Оцінка ступеня стійкості ізогенних ліній сорту Thatcher до збудника P. recondita f. sp. tritici в польових умовах в 1996-1998 рр. дозволила визначити рівень ефективності генів стійкості до місцевих рас патогена. Найвищу ступінь стійкості до дії збудника проявили ізогенні лінії з генами стійкості Lr1, Lr2a, Lr9, Lr10, Lr12, Lr13, Lr15, Lr19, Lr22a, Lr24, Lr25, Lr26, Lr27+31, Lr28, Lr29, Lr36 (дуже висока і висока стійкість - бали 9, 8; стійкість - бали 6, 7). Сорт-реципієнт Thatcher на протязі всіх років досліджень був сприйнятливим до дії патогена (бали 4 - сприйнятливість; 5 - слабка сприйнятливість). Ми поділити всі визначені ефективні гени стійкості згідно рівня їх експресії на декілька груп: 1) Lr9, Lr24, Lr25, Lr28 - гени, що можуть обумовити дуже високий рівень стійкості до всіх місцевих рас збудника бурої іржі (бал 9 - ознаки хвороби відсутні і бал 8 - поодинокі некротичні плями); 2) Lr13, Lr15, Lr19, Lr22a, Lr26, Lr27+31, Lr29, Lr36 - гени, що обумовлюють високий рівень стійкості до багатьох рас збудника бурої іржі (бали 9, 8, а в окремі роки бал 7 - дрібні уредініопустули з інтенсивністю до 10%); 3) Lr1, Lr2a, Lr10, Lr12 - гени, що обумовлюють стійкість (рослини незначно уражаються патогеном - бали 8, 7 і бал 6 - дрібні і середні уредініопустули інтенсивністю до 15%); 4) Lr17, Lr18, Lr20, Lr21, Lr23, Lr33, Lr35 - гени, рівень експресії яких визначається як лабільний. Остання група генів має мінливий характер і залежить від дії зовнішніх факторів. Інші ізогенні лінії з генами стійкості Lr2b, Lr2c, Lr3, Lr3ka, Lr3bg, Lr11, Lr14a, Lr14b, Lr16, Lr30, Lr32, Lr34, Lr37 були сприйнятливими до дії збудника бурої іржі на протязі всіх років досліджень (бали 3, 4 - сприйнятливість і бал 5 - слабка сприйнятливість).

З ізогенних ліній, на яких помічено уредініопустули, було відібрано інфекційний матеріал, розмножено його в умовах теплиці, виділено монопустульні ізоляти та ідентифіковано їх як раси за допомогою тест-сортів. В таблиці 1 наведено результати вивчення спеціалізації рас збудника бурої іржі на ізогенних лініях з ефективними генами стійкості.

Таблиця 1 - Спеціалізація рас P. recondita f. sp. tritici на ізогенних лініях

Ізогенна	Склад виявлених рас збудника за
лінія	1996 рік	1997 рік	1998 рік
Lr1	57, 162. 221	1, 47, 93, X-27	1, 122, 192, X-22
Lr2a	1, 77, 98, 135, X-5	1, 47, 93, 77, X-28	1, 192
Lr10	-*	1, 53, 92, 177	1, 25, 77, X-8
Lr12	-	15, 62, 77, X-4	28, 77, 218
Lr13	-	1, 38, 77, X-32	1, X-14, X-37
Lr15	1, 2, 77, 153	1, 53, 124	1, 192, X-7, X-32
Lr17	15	1, 93, 123, 124	21, 92, 192, X-6
Lr18	77	-	-
Lr19	-	-	77, 192, 156
Lr20	6, 77	1, 123, 124	16, 77, 192, X-35, X-40
Lr21	1, 2, 77	-	77, 92, 123, X-8
Lr22a	1, 204	-	77
Lr23	1, 2, 52	-	1, 8, 77, 92
Lr26	1, 52, 144, 192	1, 53	1, 58, 123, X-8, X-41
Lr27+31	-	-	77, X-20, X-37
Lr29	1, X-4, X-10	-	-
Lr35	1, 57, 77, 130	1, 53, 177, X-3	-

* - ізогенна лінія проявила стійкість до всіх рас збудника бурої іржі.

Відомо, що в більшості країн і на Україні (Лісовий, Лоханська, 1994) ген стійкості Lr19 вважається ефективним геном стійкості, і має високий рівень експресії. В 1998 р. на ізогенній лінії Lr19 нами було виділено ізоляти збудника, які ідентифіковано як раси 77, 192 і 156. Причиною ураження ізогенної лінії з раніше ефективним геном стійкості може бути як процеси мутацій в геномах цих рас, так і розмноження вірулентних клонів, які раніше були присутні в популяції збудника в недостатній кількості щоб викликати ураження.

Вивчено склад української популяції збудника P. recondita f. sp. tritici в 1996-1998 рр.. Ідентифіковано в 1996 р. 36 рас; в 1997 р. - 30 рас; в 1998 р. - 44 раси. Розраховано достовірність збільшення чи зменшення вмісту кожної раси в роки досліджень (табл. 2). Показано приблизно однаковий рівень часток домінуючих вірулентних рас збудника бурої іржі в кожний рік досліджень: 1996 р. - 60,71%; 1997 р. - 62,4%; 1998 р. - 62,07%. Робиться висновок, що зміна расового складу в популяції в 1996-1998 рр. не знижує рівня її вірулентності.

Таблиця 2 - Склад домінуючих в популяції збудника рас P. recondita f. sp. tritici в 1996-1998 роках

Номер доміную-	Вміст в популяції %, в
чої раси	1996 рік (1)	1997 рік (2)	1998 рік (3)
1	30,71*(2)	48*(3)	23,45
15	3,57	2,4	-**
52	4,29*(3)	-	0,69
53	0,71*(2)	5,6*(3)	1,38
77	22,14*(2)	3,2*(3)	15,86
92	0,71*(2,3)	3,2	4,14
123	0,71*(2)	4,8	2,07
192	2,14*(3)	-	12,41
X-4	2,86*(3)	0,8*(3)	6,21

* - помічено рівень достовірності між даними вмісту раси в різні роки, що позначені цифрами 1, 2 і 3, при Р<0,01.

** - раси, що не було ідентифіковано у відповідні роки.

Доведено, що в середині 90-х років в українській популяції збудника бурої іржі відбулась зміна расового складу патогена. До 90-х років в популяції домінувала раса 77 (Суворова, 1991). Зараз домінує раса 1, яка на території України в 1991-1994 рр. була зафіксована лише в Львівській області (Лесовой, 1998), а зараз має значну частку на території Київської області. Відмічено коливання чисельності деяких рас в кожен рік досліджень. Відомо, що расовий склад популяції патогена може різко змінюватися в залежності від кліматичних умов, але вирішальну роль в домінуванні рас відіграє їх життєздатність і імунологічні особливості сорту (Воронкова, 1980). В зв'язку з цим в 1998 р. провели оцінку стійкості районованих сортів озимої пшениці, що зараз займають значні посівні площі в виробництві (табл. 3). Всі сорти виявилися сприйнятливими до раси 1, лише Поліська 87 і Альбатрос одеський були стійкими до дії патогена і незначно уражалися расами 1, 92, 77 і 192. Встановлено, що сорти районовані в 1995 і 1997 рр. уражуються цими расами. Можна прогнозувати, що при збільшенні посівних площ зазначених сортів, буде рости частка цих рас в популяції збудника.

Виявлено декілька нових “іксових” (раніше не зафіксованих) рас збудника бурої іржі на території України: 1996 р. - раси Х-20, Х-21, Х-22; 1997 р. - Х-23, Х-24, Х-25, Х-26, Х-27, Х-28, Х-29, Х-30, Х-31, Х-32, Х-33, Х-34; 1998 р. - Х-35, Х-36, Х-37, Х-38, Х-39, Х-40, Х-41. Більшість цих рас виявлена в окремих ізолятах. Їх вміст не перевищує 2,4%. Аналіз наукових робіт дозволив встановити відповідність реакції на стандартному наборі тест-сортів деяких рас кавказької і далекосхідної популяції (Берлянд-Кожевников и др., 1978) з реакцією нових рас для території України. Північнокавказькій популяції збудника бурої іржі (м. Дербент, Дагестан) відповідали раси Х-22( Д-23), Х-28 (Д-18), Х-32 (Д-8), Х-35 (Д-3), Х-36 (Д-13). Популяції Західного Сибіру (Омська область) відповідала раса Х-38 (О-1). Перенесення інфекційного матеріалу забезпечують повітряні потоки з цих регіонів, що є однією з причин зміни расового складу. Отже, причиною змін в популяції збудника бурої іржі на території України стала зміна сортового складу (вплив генотипу рослини-господаря) і міграція спор.

Таблиця 3 - Спеціалізація рас P. recondita f. sp. tritici на сортах вітчизняної селекції

Сорт	Рік введення в виробництво	Номер раси, що викликала ураження	Бал стійкості*
Спартанка	1990	1	5
Донецька 46	1990	1	6-5
Лютесценс 7	1991	1	5
Поліська 87	1990	1, 92	6-7
Миронівська 61	1989	1, 192	5-4
Донецька 48	1997	1, 192	5
Альбатрос одеський	1990	1, 77, 192	6
Вимпел одеський	1995	1, 77, 192	5-4
Одеська 133	1993	1, 77, 92, 52	5

* - бали 6, 7 - сорт стійкий до дії патогена; бал 5 - сорт помірно сприйнятливий; бал 4 - сорт сприйнятливий.

2. Генетика вірулентності популяції збудника бурої іржі. Враховуючи гіпотезу Флора Х.Г. (1955) “ген на ген”, встановлено генотипи вірулентності кожної ідентифікованої раси патогена (табл. 4). Тим самим виявлена здатність рас уражати лінії чи сорти пшениці, які мають відповідні їм гени стійкості. Генотипи збудника мали від 1 до 23 генів вірулентності. Найбільшу кількість генів вірулентності мала раса 1 в усі роки досліджень. Раси, що виявлені в 1997 р. мали більше генів вірулентності, ніж раси ідентифіковані в 1996 і 1998 рр.. Домінування рас 1, 77, 92, 192, Х-4 в популяції патогена забезпечує їх високий рівень вірулентності і здатність уражати найбільше сортового матеріалу. Визначено вміст кожного гена вірулентності в популяції збудника бурої іржі (табл. 5). Встановлено достовірність різниці частот домінуючих алелей для кожного року досліджень. Коливання вмісту відбувається внаслідок впливу зовнішніх факторів, які сприяли розвитку тієї чи іншої раси з відповідними генами вірулентності. В усі роки досліджень зареєстровано ген вірулентності р16, що свідчить про малу ефективність відповідного гена стійкості Lr16. Відомо, що перевага тієї чи іншої раси в популяції патогена визначається генотипом сорту (Воронкова, 1980). При цьому сорт сприяє селекції тих рас, що несуть гени вірулентності, які забезпечують виживання, розмноження і конкурентну здатність їх в конкретних умовах. Тому, значні зміни в частотах деяких генів вірулентності можуть бути пов'язані з відбором рослиною пшениці найбільш пристосованих генотипів патогена. Отже, рослина-господарь приймає безпосередню участь в формуванні структури популяції збудника бурої іржі. Таким чином, значні коливання в геномному складі популяції збудника бурої іржі відбуваються під впливом ряду зовнішніх факторів: особливості генотипу сорту, зовнішні кліматичні умови, природній добір і міграція спор.

Таблиця 4 - Гени вірулентності, що відповідають ідентифікованим домінантним расам збудника P. recondita f. sp. tritici

Номер	Відповідні гени вірулентності за
раси	1996 рік	1997 рік	1998 рік
1	2a, 2b, 2c, 3, 15, 14a, 14b, 21, 22a, 23, 26, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 36, 37	1, 2a, 2b, 2c, 3, 3ka, 3bg, 10, 13, 14b, 15, 16, 17, 20, 26, 30, 32, 33, 34, 35, 37, 22b	1, 2a, 2c, 3, 3ka, 3bg, 10, 13, 14a, 14d, 15, 16, 22b, 23, 26, 32, 37
53	14b	3, 3bg, 10, 15, 26, 33, 35	11, 66
77	22b, 2a, 2b, 2c, 15, 3ka, 16, 18, 20, 21, 32, 34, 35, 36	22b, 2a, 13, 12	2c, 10, 12, 19, 20, 21, 22a, 23, 27+31, 34
92	3	10, 11, 14a, 16	14a, 14b, 17, 21, 23, 37
123	16	3bg, 11, 14b, 17, 20, 34	3bg, 21, 26
192	22b, 26, 32	-*	1, 2a, 2b, 15, 16, 17, 19, 20, 33, 34, 37
X-4	29, 33	12	11, 14a, 30, 33, 34

* - раса в популяції патогена не виявлена.

Таблиця 5 - Частота домінуючих генів вірулентності в популяції збудника P. recondita f. sp. tritici

Гени	Частота в популяції, %
вірулентності	1996 рік (1)	1997 рік (2)	1998 рік (3)
p2a	5,33**(3)	5,28**(3)	2,51
p10	-1	4,48	5,036
p14a	1,62**(2,3)	4,48	4,692
p16	3,71**(2,3)	5,28*(1)	4,58
p20	4,44	3,68**(3)	4,786
p22b	2,29**(2),*(3)	5,28	4,14
p26	4,47*(3)	2,88**(1,3)	4,14
p32	5,34	2,08**(1,3)	4,14
p33	4,47	2,88**(1)*(3)	3,752
p35	5,35	4,48*(1)	-

¹ - ізогенна лінія була стійкою і генів вірулентності до відповідного гена стійкості не виявлено.

Примітка. Відмінності між частотами ідентичних генів вірулентності достовірні при P<0,05 (*) і при P<0,01 (**); в дужках наведено номер року, з яким встановлено відмінність.

Маркерування ознаки стійкості до збудника бурої іржі з використанням майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній озимої м'якої пшениці

Для інокуляції використовували раси 1, 77 біотип 1, 77 біотип 36, 149 і 184 з різним рівнем вірулентності і серію ізогенних за гліадиновими алелями ліній озимої м'якої пшениці, створених на основі сорту Безоста 1 (18 ліній). Встановлено, що ізогенна лінія з блоком компонентів Gli-B1m (9) була стійкою до всіх рас збудника бурої іржі (табл. 6). До раси 77 біотип 36 стійкість проявили лінії з алельними варіантами Gli-B1d(2), Gli-B1m(9), Gli-D1j(4), Gli-B1b(1), Gli-B1k(8) (сорт-донор Бельцька 32). До рас 77 біотип 1, 149 і 184 стійкі ізогенні лінії з алелями Gli-A1c(5), Gli-B1н, Gli-B1e(4), Gli-A1m(1). До раси 1 стійкими були ізогенні лінії з алелями Gli-B1b(1), Gli-B1m(9), Gli-D1i(6), Gli-A1m(1), Gli-B1k(8). Раси 1 і 77 домінують останнім часом в популяції збудника бурої іржі, тому отримані результати мають особливу актуальність. Решта ліній були сприйнятливими до дії патогена. Отже, при виведенні сортів пшениці стійких до збудника бурої іржі на сучасному етапі слід звернути увагу саме на названі блоки компонентів.

Таблиця 6 - Оцінка стійкості майже ізогенних за гліадиновими алелями ліній озимої м'якої пшениці до різних за вірулентністю рас збудника бурої іржі

Алель гліадину	Раса 1	Раса 149	Раса 184	Раса 77 біотип 1	Раса 77 біотип 36
Gli-A1m (1)	1*/1**	1/2	5/2	5/2	45/4
Gli-A1f (3)	5/2	0	1/1	-***	45/3
Gli-A1c (5)	5/2	1/2	5/2	1/1	45/2
Gli-B1b (1)	0	1/2	5/3	1/2	25/2
Gli-B1d (2)	1/2	1/3	15/3	15/3	15/2
Gli-B1e (4)	-	0	5/2	1/1	-
Gli-B1k (8)	1/1	1/3	5/2	15/2	25/2
Gli-B1m (9)	0	0	5/2	1/2	15/2
Gli-B1н	5/2	0	15/2	15/2	25/4
Gli-D1j (4)	1/1	1/3	15/3	5/3	15/1
Gli-D1g (5)	15/3	1/3	15/3	15/3	45/1
Gli-D1i (6)	0	1/2	5/2	5/3	45/1
Gli-B2o (2)	1/1	0	15/3	5/3	25/3

* - в чисельнику показник ступеня ураження в % за шкалою Страхова (1951), де 1% - поодинокі пустули, а 5%...65% показники ураженої площі листка;

** - в знаменнику показник типу імунності за Mains і Jackson (1926), де 0 - ознаки хвороби відсутні; 1-2 - стійкість; 3-4 - сприйнятливість;

*** - лінії, які були втрачені під час проведення дослідів.

Примітка. Латинськими літерами позначено алельний варіант за каталогом Metacovsky E.V. (1991), цифрами позначено той же алельний варіант за каталогом Созінова О.О. (1985).

Ізогенна лінія з блоком компонентів Gli-D1g(5) була стійкою до раси 77 біотип 36, але сприйнятливою до раси 1. Більшість вітчизняних сортів містять саме цей блок, що можливо обумовлює їх сприйнятливість до раси 1 і домінування її останнім часом в популяції збудника бурої іржі. Однозначно говорити, що саме блок Gli-D1g(5) обумовлює сприйнятливість до раси 1 не можна. Необхідно враховувати вплив інших компонентів гліадинів і їх взаємодію.

Маркерування генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі за допомогою молекулярно-генетичних маркерів

1. Маркерування генів стійкості за допомогою алельних варіантів глютенінкодуючих локусів. Вивчення електрофоретичних спектрів глютенинів, виділених з зерен ізогенних ліній, які створені на базі сорту Thatcher, показало, що змін в спектрах цих ліній відносно сорту-реципієнта Thatcher не виявлено. Сортова формула сорту Thatcher за глютенінкодуючими локусами Glu-1Ab, Glu-1Bc, Glu-1Dd. Провели електрофоретичний аналіз спектрів глютенінкодуючих локусів майже ізогенних ліній Lr9, Lr19, Lr23 i Lr26, створених на базі сорту Миронів-ська 808. Всі лінії мали спектр ідентичний сорту-реципієнта. Сортова формула сорту Миронівська 808: Glu-1Aa, Glu-1Bc, Glu-1Dd.

Маркерування генів стійкості пшениці за допомогою алельних варіантів гліадинкодуючих локусів. Електрофоретичний аналіз сорту Thatcher і його ізогенних ліній показав, що сорт має специфічний комплекс компонентів в зонах локусів Gli-A1, Gli-B1, Gli-D1. Ізогенні лінії Lr26, Lr24, Lr29, Lr34 мали спектр, який за гліадинкодуючими локусами відрізнявся від сорту Thatcher.

В спектрі ізогенної лінії Lr26 відмічено специфічні комплекси компонентів в зонах локусів Gli-B1 і Gli-D1. Один з них ідентифіковано як Gli-B1l(3). В зоні локусу Gli-D1 виявлено чотири компоненти з різною рухливістю. Ген стійкості Lr26 за каталогом McIntosh (1988) знаходиться в хромосомі 1B/1R, донор гена Imperial rye. Отже, блок Gli-B1l(3) є маркером гена стійкості Lr26.

Ізогенна лінія Lr24 має в спектрі специфічний комплекс компонентів Gli-D1Lr24, який складається з двох малорухомих і одного більш рухомого. Ген стійкості Lr24 за каталогом McIntosh (1988) знаходиться в хромосомі 3DS, донором є Agropyron elongatum. Ізогенна лінія Lr29 в своєму спектрі мала нуль алель Gli-D1Lr29. За каталогом McIntosh (1988) ген стійкості Lr29 знаходиться в хромосомі 7DS, а донором гена є Agropyron elongatum. Лінія Lr34 мала в зоні локусу Gli-D1 два специфічні компоненти. Сорт-донор гена стійкості Terenzio, а сам ген знаходиться за каталогом McIntosh (1988) в хромосомі 7D. Можливо, що заміщення в ізогенних лініях торкнулося не лише хромосом, де знаходяться ці гени стійкості. Воно відбулося і за хромосомою 1D, в якій знаходяться гени, що контролюють синтез гліадинів. В будь-якому випадку використання перелічених блоків компонентів гліадинів в якості маркерів відповідних генів стійкості потребує уточнень.

Маркерування генів стійкості пшениці за локусами -амілази (рис. 3). Електрофоретичний спектр -амілази сорту Thatcher виявив наявність компонентів 3 і 4 в зоні “malt”-амілази, а також незмінний триплет компонентів 5, 7, 8. Всі ізогенні лінії, за винятком лінії з геном стійкості Lr3ka, відмінностей від сорту Thatcher не мали. Можливо, що не має відповідних генів стійкості в хромосомах, де знаходяться гени, які контролюють синтез -амілази, або не має зчеплення між відповідним геном стійкості і локусом -Amy. В спектрі ізогенної лінії Lr3ka відсутній компонент 3 (ген -Amy-B1, хромосома 6В), характерний для сорту Thatcher. Відмічено появу нового компонента 10 (ген -Amy-B1 хромосома 6В). Джерелом гена стійкості Lr3ka є сорт Klein Aniversario. Сам ген стійкості за каталогом McIntosh (1988) знаходиться в хромосомі 6ВL. Тому компонент 10 можна вважати маркером гена стійкості Lr3ka.

Електрофоретичний аналіз майже ізогенних ліній сорту Миронівська 808 за локусами -амілази змін відносно батьківського сорту не виявив. Сорт Миронівська 808 і всі лінії мали ідентичні зони активності в мінливій частині спектру.

4. Маркерування генів стійкості пшениці за локусами -амілази (рис. 4). Оцінка розташування окремих зон активності в електрофоретичному спектрі сорту Thatcher показала наявність чотирьох компонентів 1, 2, 3, 4. Всі ізогенні лінії не мали змін у своєму спектрі відносно сорту-рецепієнта, за винятком ліній Lr11, Lr27+31, Lr28, Lr35. Це можна пояснити тим, що гени стійкості не зчеплені з генами, які контролюють синтез -амілази. Встановлено, що ізогенна лінія Lr28 має дві зони активності, яких не має у батьківського сорту: 6 і 1а. За даними Антонюка, Терновської (1995) наявність зони 6 в спектрі свідчить про транслокацію від Ae. speltoides. Цей локус вони позначили як -Amy-S1. В спектрі лінії відсутні компоненти 1 і 2, що контролюються хромосомою 4А. За даними каталога McIntosh (1988) ген стійкості Lr28 знаходиться в хромосомі 4В. За даними літератури донором гена стійкості Lr28 є саме Ae. speltoides. Можливо, що транслокація від Ae. speltoides відбулась саме за хромосомою 4А. Ізогенна лінія Lr27+31, донором генів якої є сорт Gatcher, за каталогом McIntosh (1988) має два комплементарні гени: ген Lr27 - хромосома 3ВS, ген Lr31 - хромосома 4A. Вище зони активності 1-го компонента зареєстровано комплекс малорухомих компонентів, які нами позначено як 1a, 1b, 1c, 1d і -Amy-Lr27+31. Розташування зони активності 1а співпадає з розташуванням такої ж зони в спектрі ізогенної лінії Lr28. Можливо, що саме виділений специфічний комплекс компонентів можна вважати за маркер наявності в геномі пшениці генів стійкості Lr27+31. Донором гена стійкості Lr11 є сорт пшениці Hussar. Згідно каталога McIntosh (1988) цей ген знаходиться в хромосомі 2А. В спектрі ізогенної лінії Lr11 виявлено нову зону активності 5 з більшою електрофоретичною рухливістю. Ця зона є характерною для Ae. sharonensis (Антонюк, Терновська, 1995) і позначена як -Amy-S^l1 (Ainsworth et al., 1987). Наявність цього локусу в геномі ізогенної лінії свідчить про те, що саме егілопс може бути донором гена стійкості сорту Hussar. В спектрі лінії Lr11 відсутня зона 2 (локус -Amy-A1) хромосома 4А. Можливо, що саме вона була замінена в результаті схрещування на гомеологічну хромосому Ae. sharonensis і локус -Amy-S^l1 є маркером гена стійкості Lr11. Отже, наявність перелічених локусів і компонентів в геномі сортів пшениці може свідчити про знаходження відповідних їм генів стійкості, а також розкрити походження цих генів.

Електрофоретичний аналіз зон активності -амілази майже ізогенних ліній сорту Миронівська 808 виявив, що в спектрі ліній Lr9 і Lr23 була відсутня зона активності 3 (хромосома 4А). Виявлено новий компонент 5, що є характерним для Ae. sharonensis. Не встановлено відповідності між локалізацією генів стійкості в геномі пшениці і присутністю цього компонента. Можливо, що відмінності в спектрі ізогенних ліній Lr9 i Lr23 пов'язані з порушенням схеми схрещувань чи використанням нечистого селекційного матеріалу, що призвело до подібних змін.

PR-білки проростків пшениці як біохімічні маркери стійкості рослин до збудника бурої іржі

Проростки пшениці інокулювали расами збудника бурої іржі з різним ступенем вірулентності: вірулентна до майже всіх генів стійкості раса 77 біотип 36 і авірулентна раса 52. Вивчили електрофоретичні спектри загального білка проростків ярої пшениці сорту Thatcher і його ізогенних ліній Lr2b (малоефективний ген стійкості), Lr28 (високоефективний ген стійкості) і Lr35 (ген, що забезпечує середню стійкість). Змін в білковому спектрі цих ізогенних ліній і сорту Thatcher на протязі чотирьох діб після інокуляції не відбулося. На 5-й день після інокуляції в спектрі лінії Lr35, що була уражена вірулентною расою 77 біотип 36, відмічено появу нового компонента з R_f0,42, який спостерігався з 5-ї по 8-му добу досліджень. Наявність цього компонента є результат індукції синтезу PR-білків внаслідок експресії гена Lr35 у відповідь на перехід патогена до стадії спороношення і є біохімічним маркером ознаки стійкості. Лінія з цим геном проявила стійкість до обох рас збудника бурої іржі. В спектрі ізогенної лінії Lr28 змін протягом 8-ми діб після інокуляції не виявлено. Ген стійкості Lr28 забезпечив високий рівень стійкості рослин до всіх рас патогена. Ізогенна лінія Lr2b була сприйнятливою до обох рас патогена як і сорт Thatcher.

Електрофоретичний аналіз загального білка проростків озимої пшениці виявив зміни в спектрі деяких зразків з 1-ї по 3-ю добу після ураження. Всі вони є наслідком експресії відповідних генів стійкості рослини на проникнення патогена. В спектрі ізогенної лінії з високоефективним геном стійкості Lr9, інокульованої расою 77 біотип 36, на 3-й день після інокуляції виявлено компонент білка з R_f0,53. Цей же компонент з більшою інтенсивністю виявлено в спектрі ізогенної лінії Lr26 інокульованої цією ж расою. Оцінка стійкості показала, що всі ізогенні лінії були стійкими до дії патогена. Сорт Миронівська 808 теж проявив стійкість, але на листках виявлено поодинокі пустули. Отже, саме білковий компонент з R_f0,53 є біохімічним маркером ознаки стійкості. З 4-ї по 6-ту добу після інокуляції змін в спектрах не виявлено. На 7-й день після інокуляції в спектрі ізогенної лінії Lr9 знову синтезується компонент з R_f0,53. На 9-й день після ураження в спектрі лінії Lr26 виявлено цей же білковий компонент. Саме синтез білкового компонента з R_f0,53 є наслідком експресії генів стійкості у відповідь на перехід патогена до стадії спороношення. Цей білок можна вважати маркером ознаки стійкості рослин озимої пшениці до збудника бурої іржі.

Висновки

Вивчено генетичні особливості взаємодії в системі Triticum aestivum - Puccinia recondita f. sp. tritici. Встановлено найбільш ефективні гени стійкості до ендемічних рас збудника бурої іржі. За рівнем ефективності їх поділено на декілька груп: 1) Lr9, Lr24, Lr25, Lr28 - гени, що можуть обумовити дуже високий рівень стійкості до всіх рас патогена; 2) Lr13, Lr15, Lr19, Lr22a, Lr26, Lr27+31, Lr29, Lr36 - гени, що обумовлюють високий рівень стійкості; 3) Lr1, Lr2a, Lr10, Lr12 - гени, що обумовлюють стійкість; 4) Lr17, Lr18, Lr20, Lr21, Lr23, Lr33, Lr35 - гени, рівень експресії яких визначається як лабільний.

Встановлено, що в останні роки в складі популяції збудника Puccinia recondita f. sp. tritici відбулися значні зміни. Домінують раси 1, 77, 92, 192 і Х-4, які є високо патогенними формами і здатні долати дію більшості генів стійкості. Доведено, що подібні зміни в популяції збудника відбулися внаслідок введення у виробництво нових сортів з генами стійкості, до яких у названих рас вже були відповідні гени вірулентності, що сприяло їх відбору і розмноженню.

Популяція збудника Puccinia recondita f. sp. tritici не являє собою сталу асоціацію рас. В ній відбувається постійне коливання їх кількості, що викликано процесами природного добору і міграції спор з інших регіонів. Про це свідчить факт реєстрації в популяції патогена рас, які є типовими для Північного Кавказу і Західного Сибіру.

Ідентифіковано 22 нові раси збудника бурої іржі, що раніше не зустрічались на території України. Визначено їх типи реакцій на стандартному наборі тест-сортів, а також встановлено генотипи вірулентності.

Вивчено генотипи вірулентності кожної з виявлених рас, визначена частота генів вірулентності в популяції збудника бурої іржі. Зафіксовано різницю частот домінантних алелей генів вірулентності в окремі роки, що є наслідком відбору рослиною-господарем найбільш пристосованих генотипів патогена. Встановлено, що найбільшу концентрацію мають гени вірулентності р2а, р16. р22b, р14а, p20, р23, р26, р32, р35.

Блоки компонентів локусів гліадинів Gli-B1m(9), Gli-B1d(2), Gli-D1j(4), Gli-B1н, Gli-A1c(5) i Gli-A1m(1) можуть бути зчеплені з генами стійкості і є маркерами ознаки стійкості до рас 1, 77/1, 77/36, 149, 184. Лінія з блоком компонентів Gli-D1g(5) сприйнятлива до раси 1, що домінує в популяції збудника бурої іржі. Названі особливості необхідно враховувати при проведенні селекційних робіт, так як більшість вітчизняного сортового матеріалу містить саме цей блок.

За допомогою електрофоретичного аналізу алельних варіантів глютенінкодуючих локусів вивчено набір ізогенних ліній, створених на базі сорту Thatcher селекції CIMMYT і ізогенних ліній створених на базі сорту Миронівська 808. Не встановлено відмінностей в спектрах ізогенних ліній відносно сортів-реципієнтів.

Аналіз електрофоретичних спектрів гліадинкодуючих локусів ізогенних ліній дозволив встановити, що маркером гена стійкості Lr26 може бути алельний варіант Gli-В1l (3).

Проведено електрофоретичне вивчення зон активності ферменту -амілази всіх ізогенних ліній. Маркером гена стійкості Lr3ka є локус -Amy-B1 хромосоми 6В геному пшениці (синтез компонента 10).

Вивчено розташування зон активності в електрофоретичному спектрі -амілази всіх ізогенних ліній з селекційного центру CIMMYT і з Інституту захисту рослин, що дозволило виявити локуси -амілази, які можуть бути маркерами наступних генів стійкості: Lr27+31 - маркером гена стійкості Lr31 може бути специфічні блоки компонентів 1а, 1b, 1c, 1d і -Amy-Lr27+31; Lr28 - специфічний компонент 1а і локус -Amy-S1, який підтверджує, що донором цього гена є Ae. speltoides; Lr11 - локус -Amy-S^l1, припущено, що донором цього гена може бути Ae. sharonensis.

Електрофоретичне вивчення білків проростків пшениці в спеціально створеній моделі дозволило встановити, що від рівня експресії гена стійкості залежить рівень стійкості рослини до збудника бурої іржі. Внаслідок цього відбувається синтез PR-білків, які можуть бути біохімічними маркерами ознаки стійкості. Встановлено, що таким маркером для серії ізогенних ліній сорту Thatcher є білок з R_f0,42, а для серії ізогенних ліній сорту Миронівська 808 білковий компонент з R_f0,53.

Опубліковані праці, що відбивають основні положення дисертації

1) Г.М. Лесовая, И.А. Созинов. Устойчивость почти изогенных линий озимой мягкой пшеницы к разным по вирулентности расам возбудителя Puccinia recondita f. sp. tritici // Цитология и генетика - 1999. - Т.33, №5. - С.52-57.

Г.М. Лісова, О.О. Созінов. Ефективні гени стійкості пшениці до збудника бурої іржі і расовий склад популяції патогена станом на 1998 рік // Агроекологія і біотехнологія. Зб. наук. праць. - К.,1998. - Вип. 2. - С. 245-253.

Лісова Г.М. Маркери генів стійкості пшениці проти збудника бурої іржі і їх використання при створенні сортів, стійких проти хвороби // Захист рослин. - 1999. - №11. - С.10-11.

О.О. Созінов, Г.М. Лісова. Маркери ознаки стійкості проти збудника бурої іржі і шляхи використання їх у селекції // Захист і карантин рослин. Міжвідомчий тематичний науковий збірник. К.: Урожай, 1999. - Вип.45. - С.124-127.

Лісова Г.М. Генетична характеристика взаємодії збудника Puccinia recondita f. sp. tritici з майже ізогенними за стійкістю лініями пшениці // Зб. наук. праць Інституту землеробства УААН. - К., 1996. - Вип.2. - С.132-139.

Лісова Г.М. Вивчення частот генів вірулентності в популяції Puccinia recondita f. sp. tritici в Україні // Зб. наук. праць Інституту землеробства УААН. К., 1997. - Вип.2. - С.118-120.

Лісова Г.М. Використання ізоферментних локусів в маркеруванні генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі як екологічний напрямок боротьби з цим захворюванням // Зб. наукових праць Інституту землеробства УААН. - К., 1998. - Вип.2. - С.215-218.

Гошлиєв А., Лісова Г. Зміни у білковому спектрі проростків пшениці при ураженні їх збудником бурої іржі та подальше застосування цих білків як біохімічних маркерів в селекції рослин // Натураліум. - 1995. - №4. - С.9-10.

И.А. Созинов, А.Н. Гошлыев, Г.М. Лесовая. Использование молекулярно-генетических маркеров для создания устойчивых сортов как основа экологического направления защиты растений // Proc. of Symp. “Ecological Problems of Plant Protection and Contemporary Agriculture”, The High Tatras, Stara Lesna, September 25-29, 1995. Slovakia, Bratislava, 1996. - S.119-121.

Лісова Г.М., Гошлиєв А.Н., Созінов І.О., Колєба О.Ю., Фокін А.В. Зв'язок алельного варіанту гліадинкодуючого локусу Gli-1B3 з ознакою стійкості озимої пшениці до збудника бурої іржі // Тези допов. Міжнар. науково-парктич. конф. молодих вчених та спеціалістів “Наслідки наукових пошуків молодих вчених-аграрників в умовах реформування АПК”, Чабани, 1996. - 1996. - С.27.

Лесовая Г.М., Созинов И.А., Гошлыев А.Н. Оценка устойчивости пшеницы к болезням с помощью молекулярно-генетических маркеров как экологически безопасный метод защиты растений // Тез. докл. научн.-производ. конф. посвящ. 25-летию БЕЛНИИЗР “Эколого-экономические основы усовершенствования интегрированных систем защиты растений от вредителей, болезней и сорняков”, Минск, Прилуки 14-16 февр. 1996 г., Ч.II, Минск., 1996. - С.28.

Анотації

Лісова Г.М. Генетичні основи взаємодії у системі Triticum aestivum L. - Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. ex Henn та пошук маркерів генів стійкості до збудника бурої іржі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 - генетика. - Інститут фізіології рослин та генетики АН України, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено питанням генетичних особливостей взаємодії між генами стійкості і генами вірулентності у системі T. aestivum - P. recondita f. sp. tritici. Ідентифіковано расовий склад популяції збудника бурої іржі станом на 1996-1998 рр. на території України і визначено генотипи вірулентності кожної з вивчених рас. Виявлено нові раси збудника бурої іржі, що раніше не зустрічались на території України і визначено їх вірулентність. Встановлено алельні варіанти гліадинкодуючих локусів, а також локуси генів, що здійснюють генетичний контроль - і -амілаз, які можуть бути маркерами певних генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі. Показана можливість використання cпецифічних білків вегетативної частини рослини як біохімічних маркерів стійкості пшениці до дії патогена.

Ключові слова: збудник бурої іржі пшениці, гени стійкості, гени вірулентності, расовий склад популяції патогена, маркери генів стійкості, гліадини, глютеніни, амілаза, біохімічні маркери ознаки стійкості, PR-білки.

Лесовая Г.М. Генетические основы взаимодействия в системе Triticum aestivum L. - Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. ex Henn и поиск маркеров генов устойчивости к возбудителю бурой ржавчины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 1999.

Диссертация посвящена вопросам генетических особенностей взаимодействия между генами устойчивости и генами вирулентности в системе T. aestivum - P. recondita f. sp. tritici. Идентифицирован расовый состав популяции возбудителя бурой ржавчины состоянием на 1996-1998 гг. на территории Украины и определены генотипы вирулентности каждой изученной расы. Установлены новые расы возбудителя бурой ржавчины, которые раньше не встречались на территории Украины и определена их вирулентность. Определены аллельные варианты глиадинкодирующих локусов, а также локусы генов, которые осуществляют генетический контроль - и -амилаз, которые могут быть маркерами определенных генов устойчивости пшеницы к возбудителю бурой ржавчины. Показана возможность использования специфических белков вегетативной части растения как биохимических маркеров устойчивости пшеницы к действию патогена.

Ключевые слова: возбудитель бурой ржавчины пшеницы, гены устойчивости, гены вирулентности, расовый состав популяции патогена, маркеры генов устойчивости, глиадины, глютенины, амилаза, биохимические маркеры признака устойчивости, PR-белки.

Lisova G.M. Genetic basics of interaction in the system Triticum aestivum L. - Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. ex Henn and the search of markers of resistance to the leaf rust pathogen. - Manuscript.

Thesis for a Ph. D. (Biology) by speciality 03.00.15 - genetics. Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.

The dissertation concerns investigation of genetic basics of interaction in the system Triticum aestivum L. - Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici Erikss. ex Henn and the search of markers of markers of resistance to the rust pathogen. The analysis of the literary sources was done. It reflects actuality of the investigations and the state of the investigated problem. The detailed description f the model of the plant material, methods of differentiation of pathogen populations among different races, methods of infection of plants with the rust pathogen, methods of electrophoresis of wheat storage proteins (gliadins and glutenins), electrophoresis of and amylases, and the methods of investigation of molecular-genetic basics of immunity (PR-proteins) of wheat plants under infection with the rust.

Interaction between the resistance genes of 37 isogenic wheat lines (the Thatcher cultivar) on the one hand and the genes of virulence of the pathogen was investigated. Resistance of isogenic lines under field conditions was investigated for 1996-1998. The effective genes of wheat resistance to the races of the pathogen that are characteristic of the populations on the territory of Ukraine were isolated. The following groups were classified regarding the degree of efficacy: 1) genes that determine the highest level of resistance, Lr9, Lr24, Lr25, Lr28; 2) genes that determine the high level of resistance Lrl3, Lrl5, Lrl9, Lr22a, Lr26, Lr27+31, Lr29, Lr36; 3) genes that determine resistance Lrl, Lr2a, Lrl0, Lrl2; 4) genes whose level of expression is considered as liable one Lrl7, Lrl8, Lr20, Lr21, Lr23, Lr35. The pathogen populations were classified among races. It was detected that the following races of the pathogen dominated in 1996-1998: 1, 77, 92, 192, and X-4. These races are pathogenic forms and are capable of tolerating most resistance genes. It was detected also that recent years were characterized by significant changes in composition of rust populations. It was demonstrated that such changes in the pathogen populations were induced by introduction of new cultivars into agricultural practice. These cultivars are carriers of new genes of resistance and the races of the pathogen had the corresponding virulence genes already. This favored to the pathogen propagation and selection. It was noted that rust populations are not a constant association of races. These populations are characterized by continuous quantitative variations. These variations are induced by the natural selection and migration of spores from other regions. This was proved by registration of races in the pathogen populations that are typical for populations of the North Caucuses and Western Siberia. New 22 races of the rust that were never registered in Ukraine were identified. The type of their response to the standard set of test-cultivars was assessed. Virulent genotypes were detected.