Genetic diversity of naked barley accessions from the VIR collection for resistance to powdery mildew in the North-West Region of the Russian Federation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Barley is an important grain crop characterized by adaptability to various growing conditions. In recent years close attention has been paid to groups of naked barley which compared to covered barley is more susceptible to the influence of pathogens, that decreases the yield and quality of grain. Powdery mildew is the most harmful diseases of barley (caused by the biotrophic fungus Blumeria graminis (DC.) Golovin ex Speer f. sp. hordei Marchal). The search for new promising sources of resistance to powdery mildew is necessary for barley breeding.

AIM: The aim is studying the powdery mildew resistance of naked spring barley accessions from the world collection of VIR and identifying promising sources for economically valuable traits.

MATERIALS AND METHODS: In field and laboratory conditions 271 of naked barley accessions of different ecological and geographical origin were studied for powdery mildew resistance and other economically valuable traits (lodging resistance, duration of the vegetative period, yield). The pathogen inoculum for laboratory work was represented by the north-western population of the pathogen. The resistance of barley samples was assessed in the field using the VIR point scale, in the laboratory using the E.B. Mains, S.M. Dietz point scale. The highly effective to powdery mildew resistance allele mlo11 was identified using PCR.

RESULTS: The diversity of barley of different origins in resistance to powdery mildew is shown. 16 samples mainly from Europe, local forms from Ethiopia, Japan and India, were found to be resistant in field condition. According to the results of the assessment at the juvenile stage, 1 highly resistant sample k-31058 and 5 moderately resistant (k-20923, k-25801, k-27165, k-29911, k-30231) were identified. The naked forms k-20923 from Germany and k-29911 from Poland were resistant at all stages of plant development. The mlo11 allele was detected in the Arabische variety (k-20923) and heterogeneous pathogen resistance accessions k-20921, k-25793, k-27080, k-29440, k-29820.

CONCLUSIONS: As a result of the work the sources of resistance to powdery mildew with a complex of economically valuable traits were identified, which can be involve in the breeding.

About the authors

Kseniia A. Lukina

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Author for correspondence.
Email: k.lukina@vir.nw.ru
ORCID iD: 0000-0001-5477-8684
SPIN-code: 7294-7603
Russian Federation, Saint Petersburg

Renat A. Abdullaev

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: abdullaev.1988@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-1021-7951
SPIN-code: 3377-2241
Scopus Author ID: 57211915135

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia V. Alpatieva

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: alpatievanatalia@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5531-2728
SPIN-code: 9882-0850

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Igor G. Loskutov

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: i.loskutov@vir.nw.ru
ORCID iD: 0000-0002-9250-7225
SPIN-code: 2715-2082
Scopus Author ID: 8619012600
ResearcherId: D-5238-2013

Dr. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga N. Kovaleva

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: o.kovaleva@vir.nw.ru
ORCID iD: 0000-0002-3990-6526
SPIN-code: 6676-5316

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Lukyanova MV, Trofimovskaya AY, Gudkova GN, et al. Cultural flora of the USSR. Vol. II, p. 2. Barley. Leningrad: Agropromizdat; 1990. (In Russ.)
  2. Filippov EG, Doroshenko ES. Hull-less barley: the state of study and prospects of use. Grain economy of Russia. 2015;(4):8–12. EDN: UHLCOP
  3. Ministry of Agriculture of the Russian Federation, FGBU “State Commission of the Russian Federation for Testing and Protection of Breeding Achievements”. The State register of breeding achievements approved for use. Vol. 1. “Plant varieties” (official edition). Moscow: Rosinformagroteh; 2023. (In Russ.)
  4. Kusch S, Panstruga R. mlo-Based resistance: an apparently universal “weapon” to defeat powdery mildew disease. Mol Plant Microbe Interact. 2017;30(3):179–189. doi: 10.1094/MPMI-12-16-0255-CR
  5. Tratwal A, Bocianowski J. Blumeria graminis f. sp. hordei virulence frequency and the powdery mildew incidence on spring barley in the Wielkopolska province. J Plant Protect Res. 2014;54(1):28–35. doi: 10.2478/jppr-2014-0005
  6. Kauppi K, Rajala A, Huusela E, et al. Impact of pests on cereal grain and nutrient yield in boreal growing conditions. Agronomy. 2021;11(3):592. doi: 10.3390/agronomy11030592
  7. Wei F, Gobelman-Werner K, Morroll SM, et al. The Mla (powdery mildew) resistance cluster is associated with three NBS-LRR gene families and suppressed recombination within a 240-kb DNA interval on chromosome 5S (1HS) of barley. Genetics. 1999;153(4): 1929–1948. doi: 10.1093/genetics/153.4.1929
  8. Jørgensen IH. Discovery characterization and exploitation of Mlo powdery mildew resistance in barley. Euphytica. 1992;63(1–2): 141–152. doi: 10.1007/BF00023919
  9. Schonfeld M, Ragni A, Fischbeck G, Jahoor A. RFLP mapping of three new loci for resistance genes to powdery mildew (Erysiphe graminis f. sp. hordei) in barley. Theor Appl Genet. 1996;93(1–2): 48–56. doi: 10.1007/s001220050246
  10. Abdullaev RA, Lebedeva TV, Alpatieva NV, et al. Powdery mildew resistance of barley accessions from Dagestan. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2021;25(5):528–533. EDN: JMOBOO doi: 10.18699/VJ21.059
  11. Radchеnko EE, Abdullaev RA, Anisimova IN. Genetic diversity of cereal crops for powdery mildew resistance. Ecological genetics. 2020;18(1):59–78. EDN: DPGVZR doi: 10.17816/ecogen14530
  12. Dreiseitl A. Genes for resistance to powdery mildew in European barley cultivars registered in the Czech Republic from 2011 to 2015. Plant Breed. 2017;136(3):351–356. doi: 10.1111/pbr.12471
  13. Baker SJ, Newton AC, Gurr SJ. Cellular characteristics of temporary partial breakdown of mlo-resistance in barley to powdery mildew. Physiol Mol Plant Pathol. 2000;56(1):1–11. doi: 10.1006/pmpp.1999.0242
  14. Loskutov IG, Kovaleva ON, Blinova EV. Methodological guidelines for the study and conservation of the world collection of barley and oats. Saint Petersburg: VIR, 2012. (In Russ.)
  15. Abdullaev RA, Batasheva BA, Alpatieva NV, et al. Resistance of barley cultivars approved for use in Russia to harmful organisms and toxic aluminum ions. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2020;181(3):120–127. EDN: COHCJU doi: 10.30901/2227-8834-2020-3-120-127
  16. Mains EB, Dietz SM. Physiologic forms of Barley mildew, Erysiphe graminis hordei. Phytopathology. 1930;20(3):229–239.
  17. Dorokhov DB, Klocke E. A rapid and economic technique for RAPD analysis of plant genomes. Russian Journal of Genetics. 1997;33(4):443–450. EDN: MOXWJJ
  18. Piffanelli P, Ramsay L, Waugh R, et al. A barley cultivation-associated polymorphism conveys resistance to powdery mildew. Nature. 2004;430(7002):887–891. doi: 10.1038/ nature02781
  19. Lukina KA, Porotnikov IV, Antonov OY, Kovaleva ON. Determination of the Allelic composition of the sdw1/denso (HvGA20ox2), uzu1 (HvBRI1) and ari-e (HvDep1) genes in spring barley accessions from the VIR collection. Plants. 2024;13(3):376. doi: 10.3390/plants13030376
  20. Dreiseitl A. Mlo-Mediated broad-spectrum and durable resistance against powdery mildews and its current and future applications. Plants. 2024;13(1):138. doi: 10.3390/plants13010138
  21. Jørgensen JH, Mortensen K. Primary infection by Erysiphe graminis f. sp. hordei of barley mutants with resistance genes in the ml-o locus. Phytopathology. 1977;67:678–685. doi: 10.1094/Phyto-67-678
  22. Freialdenhoven A, Peterhansel C, Kurth J, et al. Identification of genes required for the function of non-race-specific mlo resistance to powdery mildew in barley. Plant Cell. 1996;8(1):5–14. doi: 10.1105/tpc.8.1.5
  23. Newton AC, Young IM. Temporary partial breakdown of Mlo-resistance in spring barley by the sudden relief of soil water stress. Plant Pathol. 1996;45(5):973–977. doi: 10.1111/j.1365-3059.1996.tb02908.x
  24. Baker SJ, Newton AC, Crabb D, et al. Temporary partial breakdown of mlo-resistance in spring barley by sudden relief of soil water-stress under field conditions: The effects of genetic background and mlo allele. Plant Pathol. 1998;47(4):401–410. doi: 10.1046/j.1365-3059.1998.00261.x
  25. Orlov AA. Barley of Abyssinia and Eritrea. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 1929;20:283–345. (In Russ.)
  26. Berhane L, Semeane YF, Gebre H, et al. Exploiting the diversity of barley landraces in Ethiopia. Genet Res Crop Evol. 1997;44:109–116. doi: 10.1023/A:1008644901982

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Powdery mildew symptoms on naked barley in the field at the milky stage of grain ripeness (a) and at the seedling stage in the laboratory (b)

Download (388KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Identification of the allelic composition of the mlo11 allele using the markers ADUP7 and Mlo6 (a) and Mlo6 and Mlo10 (b). The barley accessions are marked: 1 — k-31494; 2 — k-20923; 3 — k-31332 control; 4 — k-31488; 5 — k-31540; 6 — k-31380; 7 — k-20921; 8 — k-29440; 9 — k-25873; 10 — k-29719; 11 — k-25793; 12 — k-25872; 13 — k-19483; 14 — k-29820; 15 — k-31367; 16 — k-29820. M is a molecular weight marker of 3000 (a) and 1000 (b) b.p.

Download (179KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».