Селекция и генетика гороха:
Направления и методы селекции гороха

автор:

Слід вважати ймовірним, що найближчим часом раціон людства буде поповнюватися за рахунок більш широкого використання продуктів, збагачених рослинним білком. Залучення зернових бобових до дієти може відбуватися за рахунок вмісту білку, теплової обробки під тиском тощо, з метою отримання нових продуктів харчування. Зважаючи на нові технологічні тенденції, одно з перших місць в селекції бобових займає якість зерна: високий вміст білку та покращення його якісного складу, низький вміст антипоживних речовин, покращені смакові якості, високі технологічні властивості.

За площами посівів зернобобових культур (окрім сої) в світі, горох займає третє місце після квасолі та нуту (6084 тис. га), у т.ч. в Європі — перше місце, а за врожайністю чітко переважає усі інші бобові культури. Виробництво гороху в світі постійно зростає. „Горохова революція”, яка відбулася в ряді країн Європейського Союзу, в першу чергу у Франції, за останні 20 років в більшій мірі зобов’язана досягненням селекції високоврожайних сортів із новими морфотипами — безлисточкових, з детермінантним типом росту та ін., що забезпечують використання високих технологій при їх вирощуванні. Так, безлисточкові сорти в країнах ЄС займають 80% усієї площі вирощування зернового гороху.

Слід відзначити, що у зв’язку з глобальним потеплінням клімату, зони Степу та Лівобережного Лісостепу України постають більш аридними (сухими) та несприятливими для вирощування гороху, площі і виробництво якого в останні декілька років у цих регіонах різко скоротились.

Генотипи зі зміненим морфотипом листка

У звичайних форм гороху листок складнопірчастий, складається з двох широких прилистків, які обрамляють вузел стебла та вісь листка, на якій розташовані супротивно 2—3 пари проксимальних листочків, 4—6 дистальних та 1 термінального вусиків.

Що стосується морфотипів листка, то ідентифіковано декілька десятків мутантних генів, що контролюють форму, структуру, восковий наліт листка гороху. Деякі форми гороху з мутантним типом листка набули в останній час великого селекційного значення. Cеред них на перше місце варто поставити мутанти із так званою вусатою формой листка, або безлисточкові (semi-leafless). Існують також безлисті форми (leafless) з вусатою формою листка та редукованими прилистками.

Вперше феномен безлисточковості був відкритий у Росії В.К.Соловьйовою у 1949 р. як спонтанна мутація в сорті Свобода. На основі цього мутанту був виведений безлисточковий сорт гороху Вусатий 5, який вирощувався з 1962 року протягом десятиліття. Kujala незалежно від Соловьйової виділив аналогічну мутацію та назвав її afila. Потім було з’ясовано, що безлисточковість контролюється рецесивним геном af, що локалізований в 1-ої хромосомі. Під впливом цього гена всі листочки перетворюються на вусики, причому ступінь їх розгалудження суттєво підвищується.

Безлисточкові короткостеблові форми гороху мають ряд переваг перед листочковими сортами: висока стійкість масиву рослин до вилягання за рахунок сильного розвитку вусиків та зчеплення їх між собою; краща аерація рослин, що менше створює сприятливих умов для розвитку хвороб, шкідників, гниття листостеблової маси. В країнах ЄС та Канаді масове вирощування вусатих форм гороху почалося з 80-х років. Так, сорт Solara, районований у Франції, Німеччині та Англії з 1986 року, був першим широко розповсюдженим комерційним сортом, який поєднав безлисточковість та високу врожайність.

Однак треба відмітити, що сучасні сорти безлисточкового типу демонструють свої переваги перед листочковими в основному в сприятливих кліматичних умовах і є менш стабільними за врожайністю при відхиленні факторів зовнішнього середовища від оптимальних значень як у бік сильної посухи, так і надмірного зволоження, особливо у критичних фазах розвитку з періодами екстремально високих температур та сильної посухи. Так, за 8-річними спостереженнями авторів, сорти як листочкового (Орловчанин, Труженик) так і вусатого (Норд, Орлус) морфотипів були найбільш врожайними в роки слабкої та середньої посухи — 5,0—5,4 т/га.

Спостерігається тісна кореляція між площею прилистків у безлисточкових сортів гороху з площею діяльної поглинаючої поверхні коренів, r = 0,78…0,98. Показники розвитку кореневої системи у сучасних звичайних сортів (AfAfStSt) значно вищі, ніж у безлисточкових. У безлисточкових сортів гороху (генотип afaf) основними фотосинтезуючими органами є прилистки та вусики. Стримуючими факторами у формуванні врожайності у цих морфотипів є низький вміст хлорофілу у вусиках та нетривалість їх високої фотохімічої активності. Тому моделлю безлисточкового сорту передбачається збільшення площі прилистків до 350 см2 на рослину та їх долі у біомасі не менше 20%, а вміст хлорофілу у вусиках більше 4,5 мг/г сухої речовини.

У безлисточкових сортів сучасної селекції редукція листочків у вусики компенсується не тільки збільшеним розміром прилистків та вусиків, але і підвищенням фотосинтетичної функції неспеціалізованих органів рослин. Такі сорти за ФВАХ (фотовідновлювальна активність хлоропластів) стебла, черешків та створок бобів в середньому на 27% переважають кращі листочкові. Це дозволяє їм бути конкурентоздатними не тільки в сприятливих, але і в екстремальних погодних умовах надмірного зволоження. Вони зіграли важливу роль як у збільшенні насіннєвої продуктивності рослин, так і в підвищенні стійкості до вилягання стебла та осипання насіння.

У першу чергу слід згадати сорти з підвищеною стійкістю до осипання насіння за рахунок інтродукції в геном гороху гену def (development funiculus), вперше використаного на Україні академіком А.М. Шевченко наприкінці 70-х рр. ХХ ст. З часом в різних селекційних установах України і Росії був створений цілий ряд сортів гороху з використанням гена def: Неосипаючий-1, Труженик, Орловчанин, Орловчанин-2, Харківський-302, Харківський-325, Харківський янтарний та інші.

Першим сортом в колишньому СРСР (Росія і Україна), який поєднав стійкість до осипання насіння та вилягання стебла (генотип afafdefdef) був сорт Норд, створений сумісними зусиллями Всеросійського науково-дослідного інституту зернобобових та круп’яних культур (Росія) та Полтавською державною аграрною академією (Україна) в 1992 році (автори Чекалін М.М, Яковлев В.Л., Варлахов М.Д.). Згодом у виробництво надійшли й інші сорти подібного морфотипу: Полтавець 2, Харківський еталонний, Беркут та інші.

Генотипи зі зміненим морфотипом стебла

Стебло гороху округле, нечітко чотирьохгранне, всередині порожнисте, легко вилягає. Довжина стебла в залежності від сорту та умов вирощування вар’ює від 25 до 250—300 см. За формою стебло може бути просте, коли в межах його продуктивної частини вузли розташовані більш менш рівномірно, та фасційоване, коли стебло у верхній продуктивній частині плоско розширене, вузли зближені, квітки та боби розташовані зкучено, що нагадує суцвіття зонтик. Завдяки компактному розташуванню квіток і бобів, подальше цвітіння та дозрівання фасційованих рослин гороху проходить майже одночасно, але дещо пізніше, ніж у звичайних сортів.

Генотипи із детермінантним типом росту (ДТР)

ДТР сприяє формуванню генеративних органів тільки у верхній частині стебла та характеризується тим, що точка росту закінчується генеративною брунькою, на відміну від звичайних сортів, у яких ріст стебла продовжується навіть при формуванні на ньому бобів, що знижує можливість використання фотоасимилятів на утворення бобів, тим самим знижуючи насіннєву продуктивність рослини. В умовах достатнього, а особливо надмірного зволоження, необмежений ріст призводить до стовбуріння стебла. Надмірне нарощування вегетативної маси викликає вилягання рослин у порівняно ранніх фазах розвитку (до завершення наливу бобів). На нижніх плодоносах боби виявляються недостатньо виповненими, з сильною череззерницею, що різко знижує насіннєву продуктивність рослин, а в підсумку — врожай насіння. Ці недоліки в основному відсутні у рослин, які мають детермінантний (обмежений) ріст стебла.

Вперше форма гороху з обмеженим типом росту та термінальним розташуванням бобів (детер) була отримана Поповою І.А. в 1972 році в результаті обробки насіння сорту Свобода 10 нитрозоетилсечовиною (НЕС) в концентрації 0,012%, на основі якої був виведений сорт Атол з обмеженим типом росту. W.K. Swiecicki в 1987 році описав одержану ним лінію гороху з обмеженим ростом, WT 16100, констатував ідентичність її з лінією JI 1238 з інституту Джона Інеса, ввів термін det (determinate) для позначення гена, який контролює ознаку „обмежений ріст“ та локалізував його в VII хромосомі: tl-det = 18.68; det-r = 18.7. Коротко цей тип можна описати наступним чином: на рослині утворюється один-два плодючі вузли, з останнього вузла виходять два плодоноси, точка росту закінчується генеративною брунькою.

Детери були залучені в селекційні програми в якості батьківських форм. А.М. Шевченко створів перший сорт Детермінантний ВСГІ, який поєднав гени def (неосипання насіння), af (безлисточковість) і det (детермінантний тип росту).

У Всеросійському науково-дослідному інституті зернобобових та круп’яних культур (Росія) в селекційний процес були залучені й інші нові морфотипи: „хамелеони”, які характеризуються ярусною гетерофілією та люпиноїди, які характеризуються детермінантним типом росту із формуванням апікального суцвіття. З селекційної точки зору „хамелеони” привертають увагу тим, що не зменшуючи стійкості до вилягання, вони мають більшу асиміляційну поверхню листків у порівнянні з безлисточковими формами. У 2006 р. У Державне сортовипробування в Україні були включени перші сорти типу ”хамелеон”. Люпиноїди, в свою чергу, привертають увагу обмеженим типом росту та багатоплідністю, в останньому вузлі немає ні вегетативної бруньки, ні листка, рослина повністю закінчує свій ріст після формування одного-двох плодючих вузлів.

Короткостеблові генотипи гороху

Короткостеблові сорти гороху, в порівнянні із звичайними сортами, характеризуються вищим рівнем стійкості до вилягання. Так, у низькорослих сортів із міцним стеблом рослини починають вилягати лише під час цвітіння, тоді як у високорослих сортів із довгим стеблом — ще до початку бутонізації (у фазу 8—10 листків). Короткостеблові сорти гороху характеризуються добре розвиненою механічною тканиною, мають розвинену транспортну систему стебла та краще забезпечення асимилятами генеративних органів. У короткостеблових сортів доля бобів в сухій масі рослин у фазі воскової стиглості насіння складає 40—50%, стебло — 30—40%, тоді як у довгостеблових сортів більша частина біомаси припадає на стебло (50—60%), а менша — на боби (12—20%).

Архітектоніка рослини сучасних сортів гороху

Слід зазначити, що архітектоніка рослин гороху, починаючи з 60—70 років ХХ ст., зазнала суттєвих змін. Так, за літературними джерелами, за період штучного добору від примітивних форм до кращих сучасних сортів у рослин гороху скоротилась: гіллястість — у 1,7 рази; довжина стебла — на 74,9 см; кількість листків продуктивних та непродуктивних вузлів — на 5,2; 3,6 і 1,7 шт.; довжина міжвузлів та черешків — на 2,6 та 1,4 см. При цьому збільшилась: товщина та лінійна щільність стебла — на 29 та 33%; товщина та питома поверхнева щільність листочків — на 17 та 23%. Причому найбільш суттєві зміни ознак відбулися в генеративній частині рослин, яка стала більш компактною та доступною для інсоляції. Освітленість листків збільшилась у нижніх ярусах — на 57%, а в середніх та верхніх — на 86%. Звісно, така реконструкція вплинула і на функціональний стан рослин. Так, у них різко обмежилась здатність до вегетативного росту в період утворення бобів та зросла ефективність використання асимілятів насінням.

У результаті доля бобів у сухій масі рослин у сучасних сортів гороху стала складати 40—50%, тоді як у примітивних форм та стародавніх сортів з індетермінантним типом розвитку більша частина біомаси припадає на стебло та листки (68—88%) та менше всього на боби (12—13%). В сукупності дані зміни рослин і забезпечили в 80-ті роки ХХ ст. листочковим полукарликовим сортам домінуюче положення у виробництві культури в ході її історічного розвитку, до появ у виробництві безлисточкових сортів.

Однак, селекція на короткостебловість не спроможна повністю виключити вилягання рослин. Вилягання рослин короткостеблових форм не дозволяє їм у повній мірі реалізувати свій біологічний потенціал продуктивності. Тому в останній час при створенні напівкарликових сортів гороху перевага віддається безлисточковому морфотипу рослин. Поєднання в одному генотипі ознак вусатості та короткостебловості дозоляє підвищити стійкість до вилягання до 100%. Сорти сучасної селекції, такі як Харківський еталонний, Полтавець 2, Мадонна, Дамір, Орлус, Спрут 2 та ін., характеризуються саме таким морфотипом.

На сьогоднішній день пріоритетними напрямами в селекції на технологічність рослин гороху визнані: створення листкових та безлисточкових (вусатих) сортів гороху; з маленькими та середніми, але товстими листковими пластинками та крупними прилистками; з висотою рослин від 60 до 90 см та лінійною щільністю стебла більше 18 мг/см; з 11—12 вузлами у вегетативній частині росли та 3—5 — у генеративній; із фізіологічно обмеженим або генетично детермінантним типом розвитку.

У каталог сортів гороху, придатних для поширення в Україні у 2005—2007 рр. війшли сорти різних морфотипів — здебільшого, вітчизняних селекційних установ, а також сорти іноземної селекції. Сорти районуються за грунтово-кліматичними зонами: Степ (С), Лісостеп (Л) і Полісся (П).

Серед листочкових сортів на сьогоднішній день в Україні віддають перевагу наступним сортам: Акціонер, Аграрій, Ароніс, Вінничанин, Вінець, Ефектний, Елегант, Намисто, Інтенсивний 92, Надійний, Орендатор, Таловець 60, Луганський, Рапорт, Схід, Уладовський 10, Харківський 302, Харків’янин, Харківський 320. Серед безлисточкових сортів найбільшу увагу заслуговують: Готівський, Камертон, Мадонна, Норд, Олеко, Полтавець 2, Степовик, Сантана, Харді, Харківський еталонний (високий вміст білку). Залучення нових мутантних генів у створення нових сортів є перспективним напрямком в селекції рослин, і зокрема гороху, на підвищення продуктивності та покращання технологічності його вирощування.

Селекція гороху на стійкість до хвороб і шкідників

У гороху є реальним використання наступних способів підвищення і збільшення тривалості стійкості до патогенів:

  • разове використання генів стійкості;
  • створення багатолінійних сортів;
  • інтеграція різних олігогенів стійкості в одному генотипі;
  • посилення горизонтальної стійкості при трансгресивній селекції;
  • посилення толерантності до патогенів;
  • створення сортів із груповою стійкістю до різних патогенів;
  • використання генної інженерії для інтрогресії чужорідних генів стійкості.

Разове використання генів стійкості (РВГС)

Для реалізації селекційної програми РВГС потрібна наявність чітко позначених донорів моногенної стійкості до патогену, тобто потрібен сильний ген або блок генів, що стабільно виявляє свою дію в різних грунтово-кліматичних умовах і забезпечує стійкість до декількох найбільш вірулентних рас паразита.

Найбільш швидкий і простий шлях інтрогресії гена стійкості в сприйнятливий сорт — створення стійких ізоліній даного сорту шляхом схрещувань, що насичують, тобто беккроссів. Для здійснення схеми беккросової селекції гороху при домінантному контролі стійкості потрібно 7 поколінь, при рецесивному — 8 поколінь.

Схема схрещування виглядає в такий спосіб:
A(rr) — сприйнятливий сорт-реципієнт;
B(RR) — сорт-донор стійкого гена R;
1-e покоління (F1) - A(rr) x B(RR) = AB(Rr);
2-e покоління (F2B1)- AB(Rr) x A(rr) = 2AB(R-);
3-e покоління 2AB(R-) x A(rr) = 3АВ(R-);
4-e покоління 3AB(R-) x A(rr) = 4АВ(RR, Rr)
5—6-e покоління 4AB(RR, Rr) — самозапилення і добір стабільно стійкіх рослин із генотипом A(RR);
7-е покоління — розмноження і сортовипробування стійких ізоліній сорту А.

При використанні приміщень штучного клімату програма беккроссової селекції гороху по інтрогресії гена стійкості здійснюється за 2—3 роки при вирощуванні 3—4-х поколінь у рік. Метод РВГС у селекції гороху — найбільш ефективний по створенню сортів, стійких до факультативних сапрофітів, наприклад, до видів Fusarium.

Багатолінійна селекція

Для хвороб, які викликаються облігатними паразитами (пероноспороз, борошниста роса, іржа, вірусні хвороби), метод РВГС може бути недостатнім для підтримки тривалої специфічної стійкості — для них більше підходить варіант багатолінійної селекції. Для цього підбирають серію донорів стійкості до різних рас патогену і шляхом беккроссів створюють серію ізоліній високоврожайного сорту, що відрізняються друг за стійкістю до різних рас. Дослідження ряду авторів показують, що сорт, складений з декількох таких ліній, має досить високу і стабільну стійкість за рахунок стабілізації расового складу патогена шляхом зведення до мінімуму розвитку рас із множинним набором генів вірулентності. Слід зазначити, що стосовно облигатних паразитів неприпустимо тривале оброблення в одному регіоні одного або декількох сортів, специфічна стійкість яких контролюється тим самим олигогеном. Уповільнення розвитку нематоди і ґрунтові грибні паразити спостерігалися при використанні в посівах сумішей ліній.

Пірамідування різних генів стійкості

Вавилов особливу увагу звертав на створення сортів із груповим імунітетом, тобто стійкістю одночасно до комплексу фізіологічних рас або різних хвороб. Найкращим методом він вважав схрещування географічно віддалених форм культурних рослин і їхніх диких родичів, що відрізняються великою розмаїтістю генів стійкості.

      Може бути три різних випадки об’єднання генів в один генотип:
  • інтеграція (пірамідування) олигогенів, що контролюють специфічну стійкість до різних фізіологічних рас визначеного паразита;
  • інтеграція в одному сорті генів неспецифічної стійкості різного географічного походження до даної хвороби;
  • інтеграція в одному сорті генів специфічної і неспецифічної стійкості до різних хвороб гороху або іншої культури.

В усіх трьох випадках щонайкраще поставленому завдвнню відповідають різні схеми конвергентної селекції в сполученні з беккроссами. Найкращими донорами генів стійкості є дикорослі і примітивні родичі культурного гороху із центрів їхнього походження. Для найбільш шкідливих хвороб потрібен запасний фонд генів стійкості, що може поповнюватися тільки при постійному пошуку все нових і нових донорів і джерел.

У ICARDA — Міжнародному центрі сільськогосподарських досліджень для посушливих Регіонів Західної Азії і Північної Африки селекцію зернових бобових культур на фітостійкість ведуть шляхом скрінінгу на штучних інфекційних фонах і випробування селекційного матеріалу в можливо більшій кількості географічних місць (8…20), що розрізняються по природнім расовим складом популяцій патогенів.

Донори і джерела стійкості гороху до патогенів

Термін „донор” стосовно рослин має два значення. У селекційних програмах класичного типу (гібридізація і добір) повинна бути відома генетична природа донорської ознаки з наступними обмеженнями: 1) легко схрещуватися із сортами, що поліпшуються, і давати при цьому фертильне потомство; 2) бути досить універсальним, тобто забезпечувати бажаний ефект у можливо більшій кількості  гібридних комбінацій; 3) не мати негативних ознак, тісно зчеплених із донорським.

При використанні методів генної інженерної селекції термін „донор” здобуває інший, більш конкретний зміст — це чужорідний ген для рекомбінантної молекули, що вводиться в геном рослини-реципієнта, при цьому як донор може слугувати організм із будь-якого царства або підцарства — прокаріот (архебактерії і бактерії) і еукаріот (тварини, рослини і гриби).

Джерела — виділені зі світової колекції дикі і культурні зразки, що мають високий рівень стійкості або іншої корисної ознаки з невідомою генетичною природою.

Види Fusarium.

Найбільшу шкоду повсюдно в Україні наносить гороху фузаріозне в’янення, що викликається F.oxysporum f. pisi. Донори гена стійкості Fw до найбільш поширеної раси 1 цього виду: L.2191 з Швеції — Північний генбанк (NGB); група інтенсивних безлисточкових сортів — Consort, Countess, Princess з Великобританії, Solara з Голландії. Донор гена стійкості Fwn до раси 2 — L.1741 з NGB.

У результаті багаторічних випробувань світової колекції ВІР на інфекційних фузаріозних фонах і при природному зараженні в умовах Центральної Чорноземної зони Росії, Східного Степу і Лісостепу України і інших регіонів цих країн високу стійкість до фузаріозного в’янення при зараженні місцевими популяціями F.oxys. проявили наступні зразки: Malaga (V1R244), Princ (VIR413214) з Іспанії, Ргосо (VIR7228), Proteus (VIR(6978) Pr0-grela, Maro, Bunting, Belinda, Miranda, Finale, Maxi, Blaugnaie (VIR120) з Великобританії; Orus (VIR7243), Preclamex (VIR 7374) з Франції; Neuga(VlR7794), Action(VTR7246), Anuta (7249), Celsior (7251), Brilliant (5922) з Німеччини; Spiket (V1R7688), Mericato (VIR7363), Pontirou (7698), Flavanda, Lada (VIR6364) з Нідерандів — Florix (7361), L.5974 (VIR8162) з Швеції, Hja (VIR7845), Нетто (VIR7680) з Фінляндії; Osu 1—434 (7496), Osu 1^441 (VIR7495) із США; Paloma (7675), Helka (8464) з Польщі; Bogatyr (VIR7555), Nike ((VIR7846), Inter (6999) з Чехії; Вільшанка (VIR7820), місцеві сорти з колекції ВІР 1667,1668, 3671 з Росії.

Високу стійкість до фузаріозу показали поширений в Росії і Україні сорт гороху Трудівник і ранньостиглий сорт Белковая гроздь української селекції. Серед 1120 зразків гороху, вивчених у Національному центрі генетичних ресурсів України, в умовах східного Лісостепу на інфекційному і природному фоні, було виділено 29 високостійких до фузаріозу зразків (ураження склало не більше 10%), у т.ч. 5 зразків проявили повну імунність: Earlyrv, Echte з Нідерландів; Л1698, Л1396 з Англії і WL97 з Швеції.

Починаючи з 1978 р., була розроблена і здійснена селекційна програма „Конвергенція”, в якій в схрещування по конвергентній схемі були залучені 16 кращих на той час сортів світової селекції гороху, у т.ч. донори стійкості до фузаріозу. Потомства F4-F7 випробовували на жорсткому інфекційному фоні на Єкатерининській дослідній станції ВІР у Тамбовській області (ЦЧП), де провели добір за стійкістю до фузаріозного в’янення та іншим господарсько корисним ознакам. У подальших випробуваннях на дослідному полі Полтавської державної аграрної академії були відібрані лінії F10—F11, що поєднують високу стійкість до фузаріозу, вилягання і високу врожайність: Л2320/20, Л2320/34 і Л2321/38, які широко використовуються в різних селекційних програмах.

Афаномікоз (Aphanomyces euteiches).

За відомостями ВІР, в умовах середнього інфекційного фону відносну стійкість до афаномікозу проявили зразки: Mercato (VIR7663) VIR7414, Crista (V1R5440), Porta (VIR6365), Zelka (4916), Lurigo (7429), Cronal (7400), Big Ben (5498), Gloriosa (6113). Стійкість гороху до афаномікозу, очевидно, контролюється більш, ніж одним геном. Великий вплив на рівень стійкості надає взаємодія „генотип-середовище” і рівень інокулюма; високовірулентні раси здатні вражати стійкі сорти. Найбільш раціональний і ефективний шлях створення стійких (толерантних) сортів і ліній гороху йде через використання QTL-аналізу і добору маркерної ознаки стійкості, оскільки класичний рекурентний добір у гібридних потомствах для інтеграції різних малих генів стійкості є тривалим і трудомістким. Достатньо перспективним є добір на підвищення толерантності — були виділені три лінії гороху, толерантні до афаномікозу: 86—2236, MN108 і WI 8902.

Блідоплямистий аскохітоз (A. pisі) (БПА)

Донори стійкості гороху до БПА: Rondo (VIR5073), Servo (5072), Л 1097 (P. arvense), Dik Trom (Л423), Dwarf Suger (Л461), Wyola (Л320). Bисокостійкими джерелами до БПА можуть служити зразки гороху: Грейтукай (V1R4604), Град Амурський (VIR4744), Комбайновий 58 (VIR4892), Комсомолець (VTR15O2), Flavanda JI181, Century (49).

БПА широко поширений на всіх континентах земної кулі. Расовий склад популяції паразита значно варіює залежно від кліматичних умов регіону і географічної віддаленості. Одержані дані дозволяють стверджувати, що популяції A. pisi і роду Pisum властиво наявність специфічного і неспецифічного компонентів стійкості. Недиференційована мінливість, властива таким лініям гороху як Л181 або П1097, які відповідно показують помірну або високу стійкість до всіх ізолятів і є джерелом бажаної селекції тривалої стійкості.

Темноплямистий аскохітоз (М. pinodes) (ТПА)

Високу стійкість в умовах Центральної Росії до ТПА показали наступні зразки з генбанка ВІР: Allround (V1R6777), Anik (6668), А6020, В6024 (27), А6016 (81), Florido McNeil (688), місцевий (1491) з Тамбовської області, місцевий (1494) з Воронезької області, Селекційний зелений (1675) з Московської області, VIR1770 з Німеччини, V1R1775 з Палестини, Московський 555, Вікторія дрібнонасінна (1961), Уладівський 303 (4042), Чишмінській 39 (4751).

При випробуванні в різних грунтово-кліматичних умовах на північному Заході, ЦЧП і Північному Кавказі Росії ряд зразків проявили стабільну стійкість до обох видів аскохітозу: VIT (VIR5647), Redcovert (VIR5431) VIR4422, Servo (VIR5072), Грейтукай (4604), Іигева Кирью (4654).

Стійкість стебла, так само, як і листя гороху до ТПА контролюється кожна одиничним домінантним геном у більшості ліній і ці гени неалельні. Лінія JI-97 (NGB1420) має ген Rmp1, який контролює стійкість стебла, і ген Rmp3, який контролює стійкість листя. Гени локалізовані в різних хромосомах і успадковуються незалежно один від одного. Лінія JI1089 (P.s, ssp.syriacum) має ген Rmp2 (стійкість стебла) і ген Rmp4 (стійкість листя). Гени Rmp2 і Rmp4 також локалізовані в різних хромосомах і успадковуються незалежно один від одного. Стебло лінії Л1089 було стійке до 8 патотипів M.pinodes з 9, листя, відповідно, до 14 з 16 патотипів.

У процесі гібридизації цілком можливо підсилити стійкість до ТПА за рахунок акумуляції декількох таких генів в одному генотипі. Прийнято вважати, що стійкість гороху до ТПА є полігенною — тому розвиток QTL-картування представлятиме великий інтерес для оцінки числа залучених генів, їх відносної дії на ознаку, ефектів взаємодії між генами або генами і середовищем.

Пероноспороз (P. pisi)

Джерела високої стійкості: Green sas (VIR897) із США, місцевий (VIR1994), VIR5622 з Росії, місцевий (VIR2157) з України, місцевий (VIR2437) з Куби, Балтукай (V1R4271) з Литви, Chatenay (VIR2786) з Німеччини, місцевий (VIR6684) з Болівії (54,138).

Борошниста роса (Е. communis f.pisi)

Джерела стійкості — сорти овочевого напряму: Spitfore (VIR5470) з Англії, Riesen Mai (V1R6218) з Німеччини, Jade (VIR5683), Alaska Sweet (VIR5770) із США. У 1997 р. в Полтаві з комбінації схрещування Орловчанин х Consord в F4 були виділені лінії 312, 318, 326 і 241, що володіють груповою стійкістю до комплексу хвороб, у т.ч. високою стійкістю до борошнистої роси. Ці лінії володіють цілим рядом інших господарсько корисних ознак — безлисточковістю (ген af), стійкістю до осипання насіння (ген def), низькостебловістю і високою насінною продуктивністю в умовах достатнього зволоження.

Tiwari et al. (1995) у Канаді при вивченні колекції сортів гороху виявили стійкі до борошнистої роси сорти і лінії, у яких стійкість контролюється геном er-1: Mexico 4, Stratagem, Л210, JH210, Highlight, AS-Tamor, Таrа і стійку лінію J124S0 з геном еr-2. Стійкість сорту Mexico 4 не була подолана жодним з 31 ізоляту Er. pisi ні на окремому листі в лабораторії, ні в польових умовах Північної Америки, Європи і Непалу.

Бактеріози

Джерела стійкості: VIR1680, VIR3268, VIR3277, VIR3302, VIR3329, VIR4363. Сучасні сорти ярого і озимого гороху оцінювали на стійкість до бактеріальної гнилі (Ps. syringae pv. pisi) в умовах клімокамери за інокуляції расами 1, 2, 3, 4, 5 і 6. Потім рослини вирощували за температури 23°С вдень і 18°С вночі за 14-годинної довжини дня. Сорт Solara, що складав у 1993 р. 50% всіх посівів ярого гороху у Франції, показав стійкість тільки до рас 1 і 3. Ще 8 сортів (92%) були стійкі до рас 1 і 3, але всі 9 сортів були сприйнятливі до решти чотирьох рас. Тільки один новий сорт Messire виявився стійким до рас 1, 2, 3 і 5.

Вірусні хвороби

У BYMV ідентифіковано два мозаїчних (типовий і власне мозаїчний вірус мозаїки гороху) і один некротичний штам. Основної шкоди завдають мозаїчні штами. В результаті багаторічних випробувань генофонду ВІР були виділені високостійкі зразки гороху до мозаїчних штамів BYMV: Nike (VIR7408), ST80 (VIR7974), Рапорт (VIR7816), Агідель (VIR7971), Marzia (VIR7838), Primeroy (VIR7835), Sapfir (VIR7824), Ampositra (VIR7685), Imperial (VIR7437).

Шкідники гороху

До найбільш шкідливих комах — шкідників гороху відносяться горохова зернівка (Bruchus pisarum), горохова тля (Acyrthosiphon pisi) і плодожерка (Laspeyresia nigricana). До теперішнього часу у гороху не ідентифіковано генів, відповідальних за стійкість до певного шкідника або його штаму і, очевидно, ступінь стійкості того або іншого зразка залежить побічно від інших ознак рослини, що роблять його непривабливим для того або іншого шкідника. Тому, йдеться про відносну стійкість зразків гороху до комах-шкідників.

Стійкість до горохової зернівки (брухусу) може виявлятися в зниженні плодючості самок при живленні приймочкою, утворенні бородавок у відповідь на прогризи стулок бобів, низьку ураженість зерна. Була відмічена відносно висока стійкість до горохової тлі у наступних сортів і зразків ВІР: Горьковський 186, Превосходний 240, Торсдаг VIR5832, 6001, 4231, 4448, 4481, 6289, 6292 і 6326, Dypplex (VIR7427), Харківський 131 (VIR8023). Сорт Миронівський 28 показав високу стійкість до тлі і зернівки, Vervil (VIR-6392) — до тлі і плодожерки.

Відносно високу стійкість до плодожерки показали наступні зразки з світової колекції ВІР: Express (VTR-41), De Grace (VIR-77) VTR-104, Blaugrune A 574 (VIR-120), Smyrnense E 577 (V1R-197), Black eyed Marrowfat (VIR-352, -358, -633, -822) VIR-425, Victoria (VTR-1029), Riesen Schnabel (VIR-1033), VIR-1459, 1479, 1507, 1636, 1687, 1770, 1830, 2009, 2018, 2080 тощо.

Групова стійкість гороху до різних хвороб і шкідників

Найбільшу цінність для селекції представляють сорти, лінії, зразки гороху з генбанків світу, що володіють груповою (комплексною) стійкістю до найбільш шкідливих хвороб і деяких шкідників. У табл. 1. наведений перелік зразків із світової колекції ВІР, що показали групову стійкість при випробуванні на природному і інфекційному фонах у мережі дослідних станцій ВІР у 70—90 роках XX століття.

Таблиця №1
Зразки гороху, стійкі до комплексу хвороб і шкідників
№ ка-талогу ВІР Назва Походження Найменування хвороб і шкідників
3055МісцевийРосіяБПА, ТПА, РЖ, БР, ВЗМГ, ВДМГ
4400Ангорський жовтийАвстріяБПА, РЖ, БР. ВЗМГ, ВДМГ
4426МісцевийЮгославія-„-
4449-„--„--„-
4476Гібрид 3Росія-„-
5009АртурКанада-„-
5270НосовськийУкраїна-„-
1491МісцевийРосіяФ-У, ТПА-У
1494-„--„-ТПА-У, ПС-УУ, ПЛЖ-У
1600-„--„-Фомоз, Ф, ТПА, ПС, РЖ, ПЛЖ
1519-„--„-Фомоз-У, ПС-У,РЖ-У, ПЛЖ-У
1666-„--„-Ф-У, ПС-У
1667-„--„-Ф-У, ТПА-семена-У, Фомоз-У
4481Фаленська 42 Ф-УУ, АФ-У, ТПА-УУ, БПА-У,горохова тля-У
1635МісцевийУзбекистанФ-УУ, ТПА-насіння-У, РЖ-У
120Blaugrune(А 574)ВеликобританіяФ-УУ, ТПА-насіння-УУ, РЖ-У,ПЛЖ-У
7228Ргосо-„-Ф-УУ, АФ-У, ТПА-УУ, БПА-У
6978Proteus-„--„-
1770МісцевийНімеччинаФ-У, ТПА-У, РЖ-У, ПЛЖ-УУ
5965FlavandaНідерландиФ-УУ, АФ-У, БПА-У, ПС-У
2405GameФінляндіяФ-У, ТПА-У, фомоз-У, ПС-У

Примітка: БПА — блідоплямистий аскохітоз, ТПА — темноплямистий аскохітоз, Ф — фузаріоз, АФ — афаномікоз, БР — борошниста роса, ПС — пероноспороз, ІЖ — іржа, ВЗМГ — вірус звичайної мозаїки гороху, ВДМГ — вірус деформуючої мозаїки гороху, ПЛЖ — плодожерка.

Трансгенна селекція гороху

Shade et al. (1994), Schroeder et al. (1995) вперше здійснили процедуру інтродукції чужорідного гена, що кодує стійкість до комах-шкідників, в геном гороху. 4-генна конструкція рМСРЗ, заснована на агробактеріальній плазміді, включала: химерний ген, що кодує α-амілаза інгібітор (αAI), виділений з квасолі (Ph. vulgaris), і володіє сильними інсектицидними властивостями; ген bar, використаний як селективний маркер у вивченні характеру успадкування; репортерний ген GUS, що забезпечує фарбування в специфічному середовищі трансгенних кліток в блакитний колір і селективний ген prtll, що забезпечує стійкість до канаміцину. Як реципієнт був використаний сорт гороху Greenfeast.

У цьому експерименті були вивчені експресія, успадкування і стабільність інтродукованих генів αAI-конструкції у 6-ті трансгенних (Т6) поколіннях. У результаті було одержано 18 незалежних трансформованих фертильних рослин гороху рМСРЗ. У кожному поколінні кожна насінина була випробувана на присутність генів αAI, bar і GUS — активність і трансгенна природа їх була підтверджена.

Потомства 5 трансгенних рослин були використані для скринінгу експресії і характеру успадкування генів aai, bar і uidA, що кодує GUS в Т0, Т1 і Т2 поколіннях, а гена aai і в подальших Т3-Т6 поколіннях. Рослини Т10 („трансгеніки”) відрізнялися високою експресією білка αAI, що складав 3—3,5% від загального вмісту розчинного білка насіння, і сильною інсектицидною активністю.

У результаті проведеної роботи були одержані трансгенні лінії гороху з новими, раніше не властивими цьому виду, ознаками — стійкістю до брухусу і толерантністю до гербіциду BASTA. Подальші випробування показали повну стійкість одержаних трансгенних ліній до трьох видів жука — брухуса: зерноїд вігновий і зерноїд квасолевий Адзуки, які сильно ушкоджують зерно при зберіганні, і гороховий зерноїд Bruchus pisorum — головному шкіднику гороху на полі в Україні, Молдові і південних регіонах Росії. До теперішнього часу в Австралії ген aai, що кодує стійкість гороху до брухусу, шляхом звичайного схрещування з трансгениками F10T5 був інтродукований в 5 комерційних сортів. Проводиться робота із створення трансгеників гороху, стійких до вірусів і грибкових хвороб, особливо до аскохітозу.

Vivian висловлює два молекулярні підходи до вивчення базису стійкості гороху до різних хвороб. Один з них полягає в приготуванні бібліотек сДНК з тканини інфікованого господаря і доборі клонів з тРНК транскриптів, які специфічно експресують в інфікованій тканині.

Інший підхід використовується для вирішення проблем, пов’язаних із загальним великим розміром рослинних геномів, в т.ч. і гороху. Звичайний садовий бур’ян арабідопсис (Arabidopsis thaliana) має тільки 1/10 геному гороху. Слід підкреслити, що до теперішнього часу геном арабідопсиса повністю розшифрований. Недавно відкрито, що авірулентний ген, клонований з раси 2 бактеріального патогену Pseudomonas syringae pv. Pisi, викликає екотип-специфічну реакцію у A. thaliana, коли інтродукується в Ps. syringae pv. maculicola (патоген, що вражає арабідопсис). Це відкриває можливість нового шляху клонування R2 — гена стійкості гороху.

Гіпотеза Флора про змагання генів господаря і патогена підтверджується вивченням гена стійкості гороху R2 і гена стійкості арабідопсиса RPM1. Продукти стійкості у обох видів можуть бути частково або повністю гомологічними. У такому разі є можливість ідентифікувати 270kb області хромосоми III арабідопсиса, в якій локалізований ген RPM1, і ізолювати останній. Таким чином гомологія генів стійкості на рівні ДНК або пептиду може бути використана для ідентифікації відповідного гена гороху.

Для підвищення стійкості гороху до темноплямистого аскохітозу (M.pinodes) розробляються і альтернативні стратегії. Weimer повідомив про імунітет до M. pinodes виду чини L. hirsutus, а Croft et al. встановили, що стійкість L. sativus по надчутливій реакції навіть у сильно сприйнятливих зразків була значно вища, ніж у гороху. Це приводить до думки про використання генів чини для підвищення стійкості гороху в процесі трансгеноза.

Генетична трансформація гороху відкриває шляхи до інтродукції в його геном різних касет, що несуть гени, що кодують синтез антифітопатогенних речовин, які можуть додати певну стійкість до патогенів, в т.ч. і до темноплямистого аскохітозу. Європейський проект Preleg (Pathogen Resistant Grain Legumes), розпочатий у 1997 р. переслідує мету отримання трансгенних хворобостійких ліній гороху. Ці альтернативні стратегії є доповненням до внутрішньовидового підходу, що полягає в розкладанні часткової стійкості на компоненти. Міжвидові джерела генів від Lathyrus й інших видів можуть бути використані в комбінації з внутрішньовидовими генами часткової стійкості для гарантії високого рівня бажаної тривалої стійкості.

Значна кількість трансгенних рослин була одержано у сорту гороху Puget, як при використанні конструкції з використанням гена білка оболонки вірусу патотипу Р1 (метод 1), так і Nib послідовностей, що повторюються (метод 2). У трансгенних ліній, одержаних методом 1, стійкості до хвороби не спостерігалося. На трансгенних рослинах, одержаних методом 2, ураження вірусом з’явилося через 10 днів після інокуляції. Проте, у трьох ліній частина рослин була повністю вільною від інфекції верхнього листя на 30-й день після інокуляції. Вірусна інфекція виявлялася при ін’єкції патотипом Р1. Вірусна інфекція спостерігалася з ізолятами Р1, але не завжди з ізолятами Р4.