Способы селекции на устойчивость к болезням и вредителям:
Национальные коллекции растений - источники генов устойчивости

автор:

Национальные коллекции мировых растительных ресурсов играют огромную и незаменимую роль в непрерывном процессе улучшения культурных растений. С каждым годом увеличивается объем взаимного обмена генресурсами между странами и континентами. В настоящее время в мировых генбанках продовольственных зерновых бобовых культур сохраняется более 900 тыс. образцов или 15% от общего числа образцов по всем культурным растениям и их диким сородичам. В Европейских генбанках хранится следующее количество образцов: гороха — 47450; фасоли — 47450; сои — 27380; люпина — 22430; кормовых бобов — 18030; нута — 11150; чечевицы — 7780; всего зерновых бобовых — 181670 образцов.

Принципиальная роль коллекций генресурсов заключается в кон-сервации генетического разнообразия внутри культивируемых видов и их диких сородичей и поддержании исследований и селекционных программ, обеспечивая их гермплазмой и ассоциативной информацией самый широкий круг пользователей.

Зерновые бобовые растения имеют толстую семенную кожуру, что препятствует излишней потере влаги и поддерживает хорошую жизнеспособность во время хранения и транспортировки. Семена бобовых хорошо хранятся при низких температурах и низкой влажности и их жизнеспособность может сохраняться в течение многих столетий при идеальных условиях хранения.

Различают 3 типа коллекций культурных растений и их диких сородичей,

Базовые коллекции - стратегические, длительно хранящиеся обычно при температуре > -18°С при предварительном высушивании до установленной влажности. Эти коллекции служат страховочным материалом для активной и рабочей коллекций.

Активные коллекциив целом поддерживаются при умеренных сроках хранения при температуре < 4°С и относительной влажности 15%. Их принципиальная роль — удовлетворение спроса на материал, поступающий из базовой коллекции. Здесь проводится работа по характеристике образцов для удовлетворения требований селекционеров или научно-исследовательских групп. Эта работа требует междисцип-линарного подхода; она охватывает изучение коллекции, интегрированную в фундаментальные и прикладные научные программы.

Рабочие коллекции являются краткосрочными и создаются для специфических групп пользователей (селекционеры и специализированные исследовательские группы). Неспециализированный обычный спрос из нее не удовлетворяется.

Ко-коллекции (core collections) созданы для улучшенной оценки пользовательных коллекций, которые включают только ограниченное число образцов. В ко-коллекции инкорпорирован самый широкий круг генетического разнообразия внутри вида в ограниченном числе линий. В частности, в институте Джона Иннеса в Великобритании создана ко-коллекция образцов гороха — доноров генов устойчивости к различным болезням.

Число образцов, входящих в специализированную группу ко-коллекции, зависит от их характеристик. Например, специализированная генетическая коллекция гороха в этом институте поддерживается внутри главной коллекции и включает в себя всего 330 генетических линий, регистрируемых в качестве доноров определенных аллелей с перечнем генов гороха. Таким образом, ко-коллекции являются надежным источником специфических аллелей для генетического анализа сцепления генов, тестов на аллелизм и других исследований.

Всего в Европе насчитывается 236 генбанков, в которых хранятся коллекции зерновых бобовых культур. Огромное количество работ по изучению коллекций проводится в рамках ЕСР|ОЯ (Европейская Кооперативная Программа по Генетическим Ресурсам).

Генетические источники исторически коллекционировались и использовались:

  • в селекции растений уже в первой половине XX века (Вавилов, Харлан);
  • в систематике и эволюции (Вавилов);
  • для консервации старых сортов (местные сорта и примитивные материалы);
  • для консервации диких видов.

П. п. 1 и 2 осуществлялись еще до второй мировой войны, п. 3 широко выполнялся в 60-е и п. 4 - в 80-е гг. XX столетия. После второй мировой войны сложилась новая система обмена генетическим материалом в огромных масштабах планеты. Благодаря этому современные селекционные сорта быстро сменили старые местные сорта — последние широко были использованы в качестве родительских форм для гибридизации, а многие из них безнадежно утеряны. Эта потеря местных сортов и популяций, являющихся бесценным резервом полезных генов и основой новых сортов обусловила сужение генетического фундамента современного растениеводства.

Новые современные сорта обладают большой пластичностью, в силу чего они адаптированы ко многим условиям среды в отличие от эндемичных местных сортов с их узкой адаптивностью. Новые сорта стали занимать огромные площади посева, но при этом платить высокую цену: появились новые расы патогенов или даже новые болезни для данного ареала, защита от которых требует новых генов устойчивости, которые находятся в дефиците. Эта ситуация заставляет уделять особое внимание сохранению хорошо испытанных генов устойчивости и проводить поиски новых .

Какие проблемы нужно решить для более полного удовлетворения требований селекционеров к генетическим ресурсам? Например, для гороха это повышение урожая, его стабильности, устойчивости к болезням и качества. С точки зрения селекционера генетические ресурсы можно разбить на 3 типа:

а) Ресурсы генбанков. Этот тип коллекции имеет самое большое генетическое разнообразие, но большинство гермплазмы, особенно, дикие образцы, очень далеки от возделываемых сортов. В силу этого, селекционные программы по интрогрессии такого материала в новые сорта слишком долговременные и неохотно финансируются, однако сроки могут быть сокращены за счет углубления и расширения информации об образцах генбанков.

б) Коллекции селекционные включают все материалы, созданные селекционером путем гибридизации и полученные из генбанков. Они хорошо изучены, включают специфические признаки и более приближены к культурному типу. Этот тип коллекции в наибольшей степени используется селекционером и требует большой работы по ее созданию и поддержанию.

в) Культурные сорта очень легко интегрировать в селекционные программы и на их основе в короткие сроки создавать сорта с улучшенными признаками, хотя при этом в сильной степени сужается генетическое разнообразие. Этот тип материала чаще всего используется селекционерами по экономическим причинам, т. к. краткосрочные селекционные программы финансируются в первую очередь.

Но, несмотря на трудности и долговременность, гермплазма диких сородичей широко используется в селекции, особенно для передачи культурным формам генов устойчивости к болезням. Поэтому, оценка коллекции по генетической вариабильности имеет большое значение для селекции. Важны следующие аспекты: оценка и использование образцов коллекции; паспортные данные — происхождение, страна, данные идентификации и название; основные генетические признаки (форма листа, окраска цветка, тип роста и др.); уровень экспрессии количественных признаков (толерантность к болезням, высота и т. д.).

На схеме приведен пример организации помощи селекционерам по использованию генетической коллекции гороха во Франции, которая в насоящее время занимает в Европе и мире ведущее место по производству и экспорту зерна гороха.


Схема передачи селекционерам исходного материала гороха во Франции

На схеме показана роль группы селекционеров гороха (GSP), цель которой заключается в передаче научных знаний практическим селекционерам. Для этого материал берут из генбанков, изучают в течение 1—2 лет и затем выдают селекционерам достоверную информацию.

Ежегодно пополняется генофонд Национального центра генетических ресурсов растений Украины, созданный в 1995 году при институте растениеводства им. В. Я. Юрьева в г. Харькове. В контрастных погодных условиях 1997—1999 гг. предпринят системный подход к поиску исходного материала для селекции зерновых бобовых культур на устойчивость к массовым вредителям и болезням. Изучение и оценка новых образцов из генбанка осуществляется на жестком инвазионном фоне, состоящем из 7 вредителей (гороховая тля, гороховая и фасолевая зерновка, 2 вида клубеньковых долгоносиков, гороховая плодожорка, бобовая огневка и клещ) и 8 болезней (фузариоз — 5 видов, аскохитоз и бактериоз — 2 вида). Всего оценено на устойчивость к комплексу болезней и вредителей 16000 сортов и линий гороха, сои, фасоли, чечевицы и нута из 30 стран мира.