Resistance of spring wheat Triticum aestivum L. to leaf rust under the conditions of the Central Non-Black-Earth region

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The results of experimental studies on field resistance of spring common wheat ( Triticum aestivum L . ) varieties to leaf rust in the Central Region of the Non-Black Soil Zone of Russia were described. Fifteen spring wheat varieties were evaluated under field conditions from 2021 to 2024. The study aimed to analyze the yield performance of these varieties depending on the effectiveness of resistance genes (Lr genes) against leaf rust in the Central Non-Black Earth region of Russia. A search for relevant publications and identification of Lr genes in the varieties was conducted using databases such as Wheatpedigree, Scopus, NCBI, PubMed, Google Scholar, RSCI, and Cyberleninka. Resistance to brown rust was assessed using the 9-point VIR scale. The results showed that in years with favorable weather conditions from sprouting to heading, resistance to leaf rust positively influenced grain yield. However, during drought periods, this resistance had no significant effect on yield. Lr resistance genes in the studied varieties provided relatively effective protection in years with low infection pressure, but were insufficient during epidemic years. Therefore, more effective genes or their combinations should be considered when developing new varieties for the Central Non-Black Earth region of Russia. The most effective resistance genes identified from 2021 to 2024 were Lr19 + Lr6 (from the donor variety Tulaykovskaya 108) and Lr21 (from the donor variety Granny).

Sobre autores

Boburjon Najodov

Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy; All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology

Autor responsável pela correspondência
Email: boburnajodov@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-1932-9522
Código SPIN: 9735-3156

PhD Student, Department of Genetics Breeding and Seed Production, Russian State Agrarian University — Moscow Timiryazev Agricultural Academy; Researcher Lab Assistant, Laboratory of Applied Genomics and Crop Breeding, All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology

49 Timiryazevskaya st., Moscow, 127550, Russian Federation; 42 Timiryazevskaya st., Moscow, 127550, Russian Federation

Valentina Rubets

All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology; Tsitsin Main Moscow Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences

Email: Valentina.rubets50@gmail.com
ORCID ID: 0000-0003-1870-7242
Código SPIN: 8963-2357

Doctor of Biological Sciences, Professor, Senior Researcher, Leading Researcher, Laboratory of Speed bridging in Crop Breeding, All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology; Senior Researcher, Department of Distant hybridization of Main Botanical Garden RAS, 4 Botanicheskaya st., Moscow, 127276, Russian Federation

42 Timiryazevskaya st., Moscow, 127550, Russian Federation; 4 Botanicheskaya st., Moscow, 127276, Russian Federation

Mikhail Divashuk

Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy; All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology

Email: divashuk@gmail.com
ORCID ID: 0000-0001-6221-3659
Código SPIN: 8314-5270

Candidate of Biological Sciences, Head of Laboratory of Applied Genomics and Private Breeding, Kurchatov Genome Center, All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology; Associate professor, Department of Genetics, Breeding and Seed Production, Russian State Agrarian University — Moscow Timiryazev Agricultural Academy

42 Timiryazevskaya st., Moscow, 127550, Russian Federation; 49 Timiryazevskaya st., Moscow, 127550, Russian Federation

Bibliografia

  1. Chai Y, Senay S, Horvath D, Pardey P. Multi-peril pathogen risks to global wheat production: A probabilistic loss and investment assessment. Frontiers in Plant Science. 2022;13:1034600. doi: 10.3389/fpls.2022.1034600 EDN: LSNITO
  2. Cheng F, Wu J, Cai X, Liang J, Freeling M, Wang X. Gene retention, fractionation and subgenome differences in polyploid plants. Nature Plants. 2018;4:258–268. doi: 10.1038/s41477-018-0136-7
  3. Liang YM, Liu HJ, Yan JB, Tian F. Natural variation in crops: Realized understanding, continuing promise. Annual Review of Plant Biology. 2021;72:357–385. doi: 10.1146/annurev-arplant-080720-090632 EDN: ELZUFR
  4. Huerta-Espino J, Singh RP, German S, McCallum BD, Park RF, Chen WQ, et al. Global status of wheat leaf rust caused by Puccinia triticina. Euphytica. 2011;179:143–160. doi: 10.1007/s10681-011-0361-x EDN: OKOVBT
  5. Prasad P, Savadi S, Bhardwaj SC, Gupta PK. The progress of leaf rust research in wheat. Fungal Biology. 2020;124(6):537–550. doi: 10.1016/j.funbio.2020.02.013 EDN: YJYXSQ
  6. Li H, Hua L, Zhao S, Hao M, Song R, Pang S, et al. Cloning of the wheat leaf rust resistance gene Lr47 introgressed from Aegilops speltoides. Nature Communications. 2023;14:6072. doi: 10.1038/s41467-023-41833 2 EDN: FDNXXI
  7. Repnikova EG, Zeleneva YV, Sudnikova VP. Wheat smut diseases on the central chernozem reserve territory, identification of sources and donors of resistance. Nauchnye trudy SKFNTSSVV. 2020;29:214–221. (In Russ.). doi: 10.30679/2587-9847-2020-29-214-221 EDN: XNREHN
  8. Kroupin PY, Gruzdev IV, Divashuk MG, Bazhenov MS, Chernook AG, Dudnikov MV, et al. Analysis of spring triticale collection for leaf rust resistance genes with PCR markers. Russian Journal of Genetics. 2019;55(8):893–903. (In Russ.). doi: 10.1134/S0016675819080083 EDN: WCJGGM
  9. Peturson B. Wheat rust epidemics in Western Canada in 1953, 1954, and 1955. Canadian Journal of Plant Science. 1985;38:16–28. EDN: WCJGGM
  10. Samborski DJ. Wheat leaf rust. In: Roelfs AP, Bushnell WR. (eds.) The Cereal Rusts. New York: Academic Press; 1985. p.39–59.
  11. McCallum BD, DePauw RM. A review of wheat cultivars grown in the Canadian prairies. Canadian Journal of Plant Science. 2008;88(4):649–677. doi: 10.4141/CJPS07159
  12. Zeleneva YV, Gultyaeva VV, Plakhotnik VV. Identification of Lr-genes in common wheat resistant to brown rust in the CDR using DNA markers. Plant Protection News. 2013;(3):34–39. (In Russ). EDN: RBZVYL
  13. Rubets VS, Lappo AA, Pylnev VV, Voronchikhina IN, Voronchikhin VV. Selection of common wheat for resistance to brown rust in the Russian Federation. Kormoproizvodstvo. 2023;(7):32–43. (In Russ.). doi: 10.25685/krm.2023.7.2023.006 EDN: NSUJLH
  14. McIntosh RA, Hart GE, Gale MD. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Li ZS, Xin ZY. (eds.) Proceedings of the 8th International Wheat Genetics Symposium. Beijing: China Agricultural Scientech Press; 1993. p.1333–1500.
  15. Xu XY, Kolmer J, Li G, Tan C, Carver BF, Bian R, et al. Identification and characterization of the novel leaf rust resistance gene Lr81 in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2022;135:2725–2734. doi: 10.1007/s00122-022-04145-5 EDN: SQYXAO
  16. Bariana HS, Babu P, Forrest KL, Park RF, Bansal UK. Discovery of the new leaf rust resistance gene Lr82 in wheat: Molecular mapping and marker development. Genes. 2022;13(6):964. doi: 10.3390/genes13060964 EDN: PKZPQY
  17. Kumar K, Jan I, Saripalli G, Sharma PK, Mir RR, Balyan HS, et al. An update on resistance genes and their use in the development of leaf rust resistant cultivars in wheat. Frontiers in Genetics. 2022;13:816057. doi: 10.3389/fgene.2022.816057 EDN: VWWYZA
  18. Kou H, Zhang Z, Yang Y, Wei C, Xu L, Zhang G. Advances in the mining of disease resistance genes from Aegilops tauschii and the utilization in wheat. Plants. 2023;12(4):880. doi: 10.3390/plants12040880 EDN: EHJEDG
  19. Lin G, Chen H, Tian B, Sehgal SK, Singh L, Xie J, et al. Cloning of the broadly effective wheat leaf rust resistance gene Lr42 transferred from Aegilops tauschii. Nature Communications. 2022;13:3044. doi: 10.1038/s41467-022-30784-9 EDN: YXYONA
  20. Krattinger SG, Lagudah ES, Spielmeyer W, Singh RP, Huerta-Espino J, McFadden H, et al. A putative ABC transporter confers durable resistance to multiple fungal pathogens in wheat. Science. 2009;323(5919):1360–1363. doi: 10.1126/science.11664
  21. Moore JW, Herrera-Foessel S, Lan C, Schnippenkoetter W, Ayliffe M, Huerta-Espino J, et al. A recently evolved hexose transporter variant confers resistance to multiple pathogens in wheat. Nature Genetics. 2015;47:1494–1498. doi: 10.1038/ng.3439
  22. Gultyaeva EI, Alpatyeva NV. Leaf rust resistance of wheat cultivars under test in the northwestern state nurseries. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2011;168:95–106. (In Russ.). EDN: UBNLRH
  23. Sochalova LP, Piskarev VV. Resistance of common wheat samples to Blumeria graminis and Puccinia recondita with known resistance genes. Achievements of Science and Technology in Agro-industrial Complex. 2019;33(11):34–42. (In Russ.). doi: 10.24411/0235-2451-2019-11108 EDN: FQYWQD
  24. Dolmatovich TV, Buloichik AA, Grib SI. Identification of genes of resistance to brown, stem and yellow rust in spring soft wheat varieties (Triticum aestivum L.). Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus. 2017;61(5):97–102. (In Russ.). EDN: ZSUHLX
  25. Sochalova LP, Boyko NI, Poteshkina AA, Piskarev VV. Effective leaf rust resistance genes of wheat in Novosibirsk Province in connection with the variability of the Puccinia triticina population. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2023;184(2):235–244. (In Russ.). doi: 10.30901/2227-8834-2023-2-235-244 EDN: WVGXSY
  26. Gultyaeva EI. Diversity of Russian common wheat varieties by brown rust resistance genes. In: Contemporary Problems of Plant Immunity to Pests: conference proceedings. Saint Petersburg; 2016. p.24. (In Russ.). EDN: WNYGYF
  27. Syukov VV, Zubov DE. Geneticheskaya kollektsiya myagkoi pshenitsy po ustoichivosti k buroi rzhavchine [Genetic collection of soft wheat for resistance to leaf rust]. Samara; 2008. (In Russ.). EDN: XDVRQT
  28. Krupnov VA, Sibikeev SN, Krupnova OV, Voronina SA, Druzhin AE. Effects of translocations` interaction from agropyron elongatum and agropyron intermedium in gene background of spring bread wheat. Agrarian Reporter of South-East. 2010;(1):11–14. (In Russ.). EDN: WMVNDN
  29. Syukov VV, Tyryshkin LG, Zakharov VG. Donors of spring bread wheat (Triticum aestivum L.) field resistance to leaf rust (Puccinia recondita Rob. ex Desm.). Izvestiya of the Samara Science Centre of the Russian Academy of Sciences. 2014;16(5–3):1166–1172. (In Russ.). EDN: TPIEIZ
  30. Mebrate SA, Dehne HW, Pillen K, Oerke EC. Postulation of seedling leaf rust resistance genes in selected Ethiopian and German bread wheat cultivars. Crop Science. 2008;48(2):507–516. doi: 10.2135/cropsci2007.03.0173 EDN: MMWNSH
  31. Bundessortenamt. (ed.) Beschreibende Sortenliste: Getreide, Mais, Ölfrüchte, Leguminosen, Hackfrüchte. Hannover: Bundessortenamt; 1995.
  32. Bundessortenamt. (ed.) Beschreibende Sortenliste 1997. Hannover: Landbuch-Verlag; 1997. p.72–73.
  33. Stepien L, Chelkowski J, Wenzel G, Mohler V. Combined use of linked markers for genotyping the Pm1 locus in common wheat. Cellular and Molecular Biology Letters. 2004;9:819–827. EDN: MGMURH
  34. Kolomiets TM, Kovalenko ED, Zhemchuzhina AI, Pankratova LF, Lapochkina IF. Postulated resistance genes in cultivars and lines with alien genes to leaf rust of wheat. In: The International Cereal Rusts and Powdery Mildews Conference; Norwich: John Innes Centre; 2004. p.32.
  35. Mohler V, Hsam SLK, Zeller FJ, Wenzel G. An STS marker distinguishing the rye-derived powdery mildew resistance alleles at the Pm8/Pm17 locus of common wheat. Plant Breeding. 2001;120(5):448–450. doi: 10.1046/j.1439-0523.2001.00622.x EDN: BASERJ
  36. Neu C, Stein N, Keller B. Genetic mapping of the Lr20–Pm1 resistance locus reveals suppressed recombination on chromosome arm 7AL in hexaploid wheat. Genome. 2002;45(4):737–744. doi: 10.1139/g02-040

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–NãoComercial 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».