Доноры и источники устойчивости к патогенам:
Горох (Pisum Sativum L.)

автор:

Виды Fusarium. Как уже отмечалось выше, наибольший вред повсеместно наносит гороху фузариозное увядание, вызываемое F.oxysporum f.pisi. Доноры гена устойчивости Fw к наиболее распространенной расе 1 этого вида: L.2191 из Швеции — Северный генбанк (NGB); группа интенсивных безлисточковых сортов — Consort, Countess, Princess из Великобритании, Solara из Голландии. Донор гена ус-тойчивости Fwn к расе 2 - L. 1741 из NGB.

В результате многолетних испытаний мировой коллекции ВИР на инфекционных фузариозных фонах и при естественном заражении в условиях Центральной Черноземной зоны России, Восточной Степи и

Лесостепи Украины и других регионах этих стран высокую устойчивость к фузариозному увяданию при заражении местными популяциями F.oxys. проявили следующие образцы: Malaga (VIR244), Princ (VIR413214) из Испании, Proco (VIR7228), Proteus (VIR6978), Progreta, Maro, Bunting, Belinda, Miranda, Finale, Maxi, Blaugrane (VIR120) из Великобритании; Oras (VIR7243), Preclamex (VIR 7374) из Франции; Neuga (VIR7794), Action (VIR7246), Anuta (7249), Celsior (7251), Brilliant (5922) из Германии; Spiket (VIR7688), Mericato (VIR7363), Pontirou (7698), Flavanda, Lada (VIR6364) из Нидерандов; Florix (7361), L.5974 (VIR8162) из Швеции, Hja (VIR7845), Hemmo (VIR7680) из Финляндии; Osu 1—434 (7496), Osu 1—441 (VIR7495) из США; Paloma (7675), Helka (8464) из Польши; Bogatyr (VIR7555), Nike (VIR7846), Inter (6999) из Чехии; Малиновка (VIR7820), местные сорта из коллекции ВИР 1667, 1668, 3671 из России.

Высокую устойчивость к фузариозу показали широко возделываемый в России и Украине сорт гороха Труженик и раннеспелый сорт Белковая гроздь украинской селекции.

В Польше трехлетние испытания в поле и теплице 60 сортов гороха на устойчивость к трем видам Fusarium - F. oxysporum, F. solani, F. culmorum при инокуляции смесью из 10—12 изолятов позволили выделить наиболее устойчивые 5 сортов и линий: Grapis, Kormoran, WTD1891, SOD1892 и WTD1791.

Среди 1120 образцов гороха, изученных в Национальном центре генетических ресурсов Украины в условиях восточной Лесостепи в 1994—1996 гг. на инфекционном и естественном фоне, было выделено 29 высокоустойчивых к фузариозу образцов (поражение не более 10%) в т. ч. 5 образцов проявили полную иммунность: Earlyrv, Echte из Нидерландов; JI1698, JI1396 из Англии и WL971 H1XD из Швеции (39).

Начиная с 1978 года нами была разработана и осуществлена селекционная программа «Конвергенция», в которой в скрещивания были вовлечены 16 лучших на то время сортов мировой селекции гороха, в т. ч. доноры устойчивости к фузариозу. Потомства F4 — F7 испытывали на жестком инфекционном фоне на Екатерининской опытной станции ВИР в Тамбовской области (ЦЧП), где провели отбор по устойчивости к фузариозному увяданию и другим хозяйственно-полезным признакам. В последующих испытаниях на опытном поле Полтавского с.-х. института были отобраны линии F10 — F11, сочетающие высокую устойчивость к фузариозу, полеганию и высокую урожайность: л. 2320/20, л. 2320/34 и л. 2321/38, которые широко используются нами в различных селекционных программах.

Афаномикоз (A. euteiches Drechsl.). По сведениям ВИР, в условиях среднего инфекционного фона относительную устойчивость к афаномикозу проявили образцы: Mercato (VIR7663), VIR7414, Crista (VIR5440), Porta (VIR6365), Zelka (4916), Lurigo (7429), Cronal (7400), Big Ben (5498), Gloriosa (6113) (33). В условиях Франции наибольшую устойчивость к афаномикозу показали образцы гороха PI 174922, PI 180693 и селекционная линия 90—2131. Однако, эта устойчивость недостаточна, чтобы противостоять увеличению уровня инокулюма или вирулентности патогена. Наиболее восприимчивы к болезни сорта Puget и Solara.

Отсутствие высокоустойчивых сортов гороха к афаномикозу, по мнению авторов, обусловлено:

  • низким уровнем имеющейся устойчивости;
  • наличием высоковирулентных рас;
  • совместным действием патогенного комплекса;
  • связью устойчивости с тремя нежелательными аллелями.

При испытании в чистой культуре и в поле на естественном фоне в США и Франции различия в поражении корней перекрывали друг друга и были неясны, но по массе растений были получены достаточно четкие различия между генотипами гороха. Было зафиксировано 5 уровней массы растений в % по отношению к контролю — от 35% у восприимчивого сорта Solara до 83% для наиболее устойчивого образца PI 174922. Широко возделываемый в Западной Европе сорт Baccara показал низкую устойчивость к афаномикозу — масса растения составила у него 52% по отношению к контролю.

Устойчивость гороха к афаномикозу, очевидно, контролируется более чем одним геном. Большое влияние на уровень устойчивости оказывает взаимодействие «генотип — среда» и уровень инокулюма; высоковирулентные расы способны поражать устойчивые сорта. Наиболее рациональный и эффективный путь создания устойчивых (толерантных) сортов и линий гороха идет через использование QTL-анализа и отбора маркерного признака устойчивости, т. к. классический рекуррентный отбор в гибридных потомствах для интеграции различных малых генов устойчивости является длительным и трудоемким. Достаточно перспективным является отбор на повышение толерантности — были выделены три линии гороха, толерантные к афаномикозу: 86—2236, MN108 и WI 8902.

Бледнопятнистый аскохитоз (A. pisi) аббр. БПА. Доноры устойчивости гороха к БПА: Rondo (VIR5073), Servo (5072), JI 1097 (P. arvense), Dik Trom (JI423), Dwarf Suger (JI461), Wyola (JI320). Высокоустойчивыми источниками к БПА могут служить образцы гороха: Грейтукай (VIR4604), Град Амурский (VIR4744), Комбайновый 58 (VIR4892), Комсомолец (VIR1502), Flavanda, JI181, Century.

БПА широко распространен на всех континентах земного шара и расовый состав популяции паразита сильно варьирует в зависимости от климатических условий региона и географической отдаленности. Для изучения разнообразия вирулентности внутри A.pisi и устойчивости изучали 14 линий гороха при инъекции их 57 изолятами гриба, полученными из различных ареалов Великобритании, а также из Нидерландов и Канады.

Данные первичных опытов в теплице показали, что среди местных изолятов гриба только несколько имели идентичную реакцию к набору сортов-дифференциаторов. Тем не менее, 3 линии JI320, JI198 и JI403 были отобраны для объединения местных изолятов в 5 групп по реакции на эти линии. Во всех опытах ко всем местным изолятам наибольшую устойчивость показали линии JI1097, JI423 и JI461 с баллом поражения близким к 1 при 6-балльной шкале (табл.1).

Таблица №1
Степень поражения изолятами A.pisi наиболее устойчивых и восприимчивых линий гороха
Линии горохаЧисло изолятов с баллом пораженияСред­ний балл
012345
JI10975435---1,0
JI423-503---1,06
JI46315011--1,04
JI32013513941,9
JI395--159384,6
JI403---26454,8

Эти же линии демонстрировали высокую устойчивость к зарубежным изолятам из Нидерландов и Канады. Линия 320 проявила четкую расоспецифическую реакцию, показав устойчивую реакцию на заражение большинством изолятов, но очень восприимчивую к отдельным изолятам местного и зарубежного происхождения. Реакция различных линий-дифференциаторов мало изменялась в зависимости от света и температуры.

Полученные авторами данные позволяют утверждать, что популяции А. pisi и роду Pisum присуще наличие специфического и неспецифического компонентов устойчивости. Недифференцированная изменчивость, свойственная таким линиям гороха, как JI181 или JI1097, которые соответственно показывают умеренную или высокую устойчивость ко всем изолятам, и является источником желательной для селекции длительной устойчивости.

Идентичность патотипов из различных мест указывает на относительную стабильность вирулентной системы, а низкая вариабильность A. pisi может быть результатом использования ограниченного числа генов устойчивости в коммерческих сортах гороха. Так, устойчивость канадского сорта Sentury сохраняется много лет, что подтверждает стабильность расового состава патогена и позволяет в селекционных программах определять вирулентность только по поведению хозяина.

В практической селекции использование возделываемых сортов, отобранных только по их способности дифференцировать патотипы, часто предпочтительнее использования инбредных линий. Однако, нередко встречаемая генетическая гетерогенность внутри сорта может служить дополнительным источником изменчивости и вести к искажению оценок изолятов. Поэтому, авторы считают наиболее рациональным использовать в качестве дифференциаторов не сорта, а инбредные линии.

Темнопятнистый аскохитоз (М. pinodes) (ТПА). Высокую устойчивость в условиях Центральной России к ТПА показали следующие образцы из генбанка ВИР: Allround (VIR6777), Anik (6668), А6020, B6024, А6016 (81), Florido McNeil (688), местный (1491) из Тамбовской области, местный (1494) из Воронежской области, Селекционный зеленый (1675) из Московской области, VIR1770 из Германии, VIR1775 из Палестины, Московский 555 (1960), Виктория мелкосемянная (1961), Уладовский 303 (4042), Чишминский 39 (4751).

При испытании в различных почвенно-климатических условиях — на Северо-Западе, ЦЧП и Северном Кавказе России ряд образцов проявили стабильную устойчивость к обоим видам аскохитоза: VIT (VIR5647), Redcovert (VIR5431), VIR4422, Servo (VIR5072), Грейтукай (4604), Иыгева Кирью (4654).

Как показано в главе „Генетика устойчивости растений и вирулентности патогенов“ устойчивость стебля, так же, как и листьев гороха к ТПА контролируется каждая единичным доминантным геном у большинства линий и что эти гены неаллельны. Линия JI97 (син. NGB1420 или РI198735) имеет ген Rmp1, контролирующий устойчивость стебля и ген Rmp3, контролирующий устойчивость листьев. Гены локализованы в разных хромосомах и наследуются независимо друг от друга. Линия JI1089 (PI343998 P.s. ssp.syriacum) имеет ген Rmp2 (устойчивость стебля) ген Rmp4 (устойчивость листьев). Гены Rmp2 и Rmp4 также локализовны в разных хромосомах и наследуются независимо друг от друга. Стебель линии Л1089 был устойчив к 8 патотипам M.pinodes из 9, листья соответственно к 14 из 16 патотипов.

В процессе гибридизации вполне возможно усилить устойчивость к ТПА за счет аккумуляции нескольких таких генов в одном генотипе. Принято считать, что устойчивость гороха к ТПА является полигенной — поэтому, развитие QTL-картирования будет представлять большой интерес для оценки числа вовлеченных генов, их относительного действия на признак, эффектов взаимодействия между генами или генами и средой.

Стратегия эмпирической селекции для повышения устойчивости гороха к ТПА пока мало успешна в силу отсутствия высокоустойчивого исходного материала и быстрой потери устойчивости при использовании бэккроссов и педигри. Это происходит благодаря наличию большого числа генов, вовлеченных в устойчивость. Использование периодически повторяющегося (рекуррентного) отбора, усиленного молекулярными маркерами, может помочь в повышении общего уровня устойчивости без утери других полезных признаков, касающихся урожая и качества. Полученные таким путем потомства впоследствии могут быть использованы в программах селекции новых сортов. Knappe & Hoppe в Германии изучали устойчивость различных генотипов гороха к двум болезням — M.pinodes и Phoma medicaginis var.pinodella (сливающийся аскохитоз — CA). Полевые опыты проводили при искусственном заражении в двух местах по рендоминизированному полному блоковому плану в 3—4-кратной повторности. Оценку поражения эпикотилей проводили отдельно от оценки поражения листьев, стеблей и бобов. Самую высокую устойчивость эпикотилей к обоим патогенам имели образцы с окрашенной семенной кожурой: образец дикого типа JI1035 из Эфиопии, сорт Timo из Швеции и образец 2.31941 из Nordsaat. Среди образцов с бесцветной кожурой семени не было отмечено различий между овощными с генотипом rr и зерновыми (RR) сортами — все они имели восприимчивые эпикотили.

Однако, защитный эффект антоциана уменьшался в более поздних фазах развития. Листья, стебли и бобы сильнее поражались ТПА, чем CA и степень поражения сильно варьировала в зависимости от места, года и фазы развития гороха. Линии с бесцветной кожурой имели эти органы не более пораженными, чем линии с окрашенной кожурой семени, а овощные образцы поражались сильнее, чем зерновые. Устойчивая линия Л1035 резко отличалась от восприимчивых образцов гороха минимальным поражением бобов. Сорт Miko показал устойчивость к обоим патогенам.

В итоге, устойчивость гороха к обоим патогенам проявилась, как количественный признак — среди испытанных образцов не было отмечено полной устойчивости ни одного органа растения. Для Ph.pinodella группы патотипов неизвестны. Недавно было показано, что устойчивость эпикотилей с одной стороны и устойчивость листьев с другой наследуются независимо друг от друга. Устойчивость эпикотилей экспрессируется доминантным геном А, контролирующим образование антоциана, который защищает от болезней только всходы — все испытанные линии с рецессивным a-геном (неокрашенная кожура семени) оказались восприимчивыми.

Пероноспороз (P. pisi) Источники высокой устойчивости: Green peas (VIR897) из США, местный (VIR1994), VIR5622 из России, местный (VIR2157) из Украины, местный (VIR2437) из Кубы, Балтукай (VIR4271) из Литвы, Chatenay (VIR2786) из Германии, местный (VIR6684) из Боливии.

Мучнистая роса (Е. communis f.pisi). Источники устойчивости — сорта овощного направления: Spitfore (VIR5470) из Англии, Riesen Mai (VIR6218) из Германии, Jade (VIR5683), Alaska Sweet (VIR5770) из США. Нами в 1997 г. в Полтаве из комбинации скрещивания Орловчанин × Consord в F4 были выделены линии 312, 318, 326 и 241, обладающие групповой устойчивостью к комплексу болезней, в т. ч. высокой устойчивостью к мучнистой росе. Эти линии обладают целым рядом других хозяйственно-полезных признаков — безлисточко-востью (ген af), устойчивостью к осыпанию семян (ген def), низко-стебельностью (ген le) и высокой семенной продуктивностью в условиях достаточного увлажнения.

Tiwari et al. в Канаде при изучении коллекции сортов гороха выявили устойчивые к мучнистой росе сорта и линии, у которых устойчивость контролируется геном ег-1: Mexico 4, Stratagem, ЛJI10, JI1951, JI1210, Highlight, AS-Tamor и Тага и устойчивую линию JI2480 с геном ег-2. Устойчивость сорта Mexico 4 не была преодолена ни одним из 31 изолята Er. pisi ни на отдельных листьях в лаборатории, ни в полевых условиях Северной Америки, Европы и Непала.

Бактериозы. Источники устойчивости: VIR1680, VIR3268, VIR3277, VIR3302, VIR3329, VIR4363.

Современные сорта ярового и зимующего гороха оценивали на устойчивость к бактериальной гнили (Ps. syringae pv. pisi) в условиях климокамеры при инокуляции расами 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Затем растения выращивали при температуре 23°С днем и 18°С ночью при 14-часовой длине дня. Сорт Solara, составлявший в 1993 г. 50% всех посевов ярового гороха во Франции, показал устойчивость только к расам 1 и 3. Еще 8 сортов (92%) были устойчивы к расам 1 и 3, но все 9 сортов были восприимчивы к остальным четырем расам. Только один новый сорт Messire оказался устойчивым к расам 1, 2, 3 и 5.

Среди 9 зимующих сортов гороха сорт Frijaune был устойчив к пяти расам — 1, 2, 3, 4 и 5; сорта Santon, Laser, Monitor, Frilene и Marik были устойчивы к расам 1, 2, 3 и 4.

Вирусные болезни. У BYMV идентифицировано два мозаичных (типичный и собственно мозаичный вирус мозаики гороха) и один некротический штамм. Основной вред в Нечерноземье России наносят мозаичные штаммы. В результате многолетних испытаний генофонда ВИР были выделены высокоустойчивые образцы гороха к мозаичным штаммам BYMV: Nike (VIR7408), ST80 (VIR7974), Рапорт (VIR7816), Агидель (VIR7971), Marzia (VIR7838), Primeroy (VIR7835), Sapfir (VIR7824), Ampositra (VIR7685), Imperial (VIR7437).

Заразиха (Orobanche crenata Forsk.) является главным препятствием для возделывания гороха, кормовых бобов, чечевицы и др. зерновых бобовых культур в Средиземноморском регионе и Западной Азии. В частности, культура гороха в Южной Испании сдерживается в результате повреждения заразихой. В результате изучения было идентифицировано несколько источников устойчивости у различных подвидов Pisum:

  • abyssinicum — PI-358612;
  • arvense — CGN-10193;
  • elatius — PI-344010, IFPI-3344;
  • fulvum — IFPI-3232, IFPI-3253, IFPI-3280, IFPI-3282;
  • sativum — CGN-16566, PI-125673, PI-180329, PI-227258, PI-505062.

Вредители гороха. К наиболее вредоносным насекомым — вредителям гороха относятся гороховая зерновка (Bruchus pisarum), гороховая тля (Acyrthosiphon pisi) и плодожорка (Laspeyresia nigricana). До настоящего времени у гороха не идентифицировано генов, ответственных за устойчивость к определенному вредителю или его штамму и, очевидно, степень устойчивости того или другого образца зависит косвенно от других признаков растения, делающих его непривлекательным для того или другого вредителя. Поэтому, речь идет об относительной устойчивости образцов гороха к насекомым-вредителям.

Устойчивость к гороховой зерновке (брухусу) может проявляться в снижении плодовитости самок при питании рыльцем, образовании бородавок в ответ на прогрызы створок бобов, низкой повреждаемости зерна. По данным некоторых авторов (23, 37) источниками устойчивости к брухусу могут служить сорта гороха Вахшский 1 (VIR6350), Мушунг (VIR1881), Виктория сизая (VIR2376), Udyska, Peas black, Мироновский 28 (VIR1452), Старт (VIR7473).

Была отмечена относительно высокая устойчивость к гороховой тле у следующих сортов и образцов ВИР: Горьковский 186, Превосходный 240, Торсдаг, VIR5832, 6001, 4231, 4448, 4481, 6289, 6292 и 6326, Dypplex (VIR7427), Харьковский 131 (VIR8023). Сорт Мироновский 28 показал высокую устойчивость к тле и зерновке, Vervil (VIR6392) — к тле и плодожорке.

Относительно высокую устойчивость к плодожорке показали следующие образцы из мировой коллекции ВИР: Express (VIR41), De Grace (VIR77), VIR104, Blaugrune A574 (VIR120), Smyrnense E577 (VIR197), Black eyed Marrowfat (VIR352, 358, 633, 822), VIR425, Victoria (VIR1029), Riesen Schnabel (VIR1033), VIR1459, 1479, 1507, 1636, 1687, 1770, 1830, 2009, 2018, 2080 и др.

Групповая устойчивость гороха к различным болезням и вредителям.

Наибольшую ценность для селекции представляют сорта, линии, образцы гороха из генбанков мира, обладающие групповой (комплексной) устойчивостью к наиболее вредоносным болезням и некоторым вредителям. В таблице 2 приведен перечень образцов из мировой коллекции ВИР, показавших групповую устойчивость при испытании на естественном и инфекционных фонах в сети опытных станций ВИР в семидесятые — девяностые годы XX века (6, 20, 23, 30, 31,33,36,38, 39).

В 90-ые годы в Российском НИИ зернобобовых и крупяных культур (г. Орел) проводилась интенсивная работа по оценке образцов гороха из мирового генофонда, а также селекционных линий и сортов на групповую устойчивость к болезням (темно- и бледнопятнистый аскохитоз, корневые гнили и вирусы) и вредителям (гороховая тля и гороховая плодожорка). Из 3000 испытанных образцов различного географического происхождения было выделено 7 источников групповой устойчивости: Juvel (VIR-5378), Vervil (VIR-6392), Fioletova (VIR-7218), Краснодарский 67 (VIR-7357), RAG-1020 (VIR-7359), Artura (VIR-7104), Suprema (VIR-7406). Групповой устойчивостью в различных экологических условиях России (Нечернозёмная зона, Волго-Вятский и Уральский регионы) отличались сорта гороха: Немчиновский 766 (VIR-5513), Красноуфимский 70 (VIR-5304), Орловский 3 (VIR-7549), Уладовский 7 (VIR-5615), Зерноградский много-плодный (VIR-6889), Белоцерковский 75 (VIR-7326), Топаз (VIR-7532), Вятский, Малиновка, Стрелецкий 11, Аист.

Таблица №2
Образцы гороха, устойчивые к комплексу болезней и вредителей
№ ката­лога ВИРНазваниеПроисхожде­ниеНаименование болезней и вредителей
3055местныйРоссияБПА, ТПА, РЖ, MP, ВОМГ,ВДМГ
4400Ангерский желтыйАвстрияБПА, РЖ, MP, ВОМГ, ВДМГ
4426местныйЮгославия-//-
4449-//--//--//-
4476Гибрид 3Россия-//-
5009АртурКанада-//-
5270НосовскийУкраина-//-
1491местныйРоссияФ-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
4481Фаленская 42-//-Ф-УУ, АФ-У, ТПА-УУ, БПА-У, Гороховая тля-У
1635местныйУзбекистанФ-УУ, ТПА-семена-У, РЖ-У
120Blaugrune (А 574)АнглияФ-УУ, ТПА-семена-УУ, РЖ-У, ПЛЖ-У
7228Proco-II-Ф-УУ, АФ-У, ТПА-УУ, БПА-У
6978Proteus-II--//-
1770местныйГерманияФ-У, ТПА-У, РЖ-У, ПЛЖ-УУ
5965FlavandaНидерландыФ-УУ, АФ-У, БПА-У, ПС-У
2405GameФинляндияФ-У, ТПА-У, фомоз-У, ПС-У

БПА — бледнопятнистый аскохитоз, ТПА — тёмнопятнистый аскохитоз, Ф — фузариоз, АФ — афаномикоз, МР — мучнистая роса, ПС — пероноспороз, РЖ — ржавчина, ВОМГ — вирус обыкновенной мозаики гороха, ВДМГ — вирус деформирующей мозаики гороха, ПЛЖ — плодожорка.

Среди 1120 образцов гороха, изученных в Национальном центре генетических ресурсов Украины в условиях восточной Лесостепи в 1994—1996 гг. на инвазионном и природном фоне по групповой устойчивости к наиболее вредоносным болезням и вредителям были выделены следующие образцы.

По устойчивости к фузариозу и гороховой зерновке: Айна (UDO-101396), UDO-100667, М-308 (100526), Мушунг (101282), Подснежник (100473), Розовоцветущий (101377), Ростовский мелкосемянный (101880), Спутник (101295), Чишминский 80 (100831), Echte (100865), JI1-1698 (100317), JI1-1396 (100841).

По устойчивости к фузариозу и аскохитозу: Овощной 76 (100787), Earlyrv (101373).

По устойчивости к фузариозу, аскохитозу и гороховой зерновке: Sirena (100216), Ezetha (100865).

По устойчивости к фузариозу, гороховой зерновке и гороховой тле: Люлинецкий короткостебельный (100666) и Elvira (100548).

В генбанке института Джона Иннеса в Великобритании (John Innes Pisum Collection) поддерживаются сорта-дифференциаторы для Ascochyta pisi, A. pinodes, Fusarium oxysporum f. sp. pisi, Erysiphe pisi, Phoma medicaginis pinodella, Peronospora pisi, Ps. Syringae pv. Pisi, и PSbMV с их описанием, которые могут быть заказаны и получены для их использования в генетических и селекционных исследованиях (ПО).