Идентификация генов-эффекторов Parastagonospora nodorum, P. pseudonodorum в тамбовских популяциях и генов-чувствительности к NEs у сортов и гибридных линий яровой мягкой пшеницы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum известны своей способностью производить некротрофные эффекторы, играющие важную роль в патогенности микромицетов. Штаммы грибов, охарактеризованные по наличию генов-эффекторов, будут использованы при создании искусственных инфекционных фонов для выявления источников и доноров устойчивости к листовым пятнистостям. Отобранные сорта и линии, являющиеся донорами рецессивных аллелей snn1 и snn3, контролирующих устойчивость растений к токсинам грибов PtrTox1 и PtrTox3, рекомендованы к включению в программы по селекции пшеницы на устойчивость к возбудителям септориоза.

Цель — оценка популяций грибов Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum в 2023 г. по наличию генов-эффекторов, а также выявление аллелей генов Snn1/snn1, Snn3/snn3, которые контролируют чувствительность или устойчивость пшеницы к токсинам PtrTox1 и PtrTox3.

Материалы и методы. С использованием молекулярных маркеров была проведена идентификация генов, кодирующих некротрофные эффекторы (NEs), у 192 изолятов гриба Parastagonospora spp., полученных с яровой мягкой и твердой пшеницы. Кроме того, материалом для исследования служили 2 сорта и 23 линии яровой мягкой пшеницы местной селекции. С помощью молекулярных маркеров Xfcp624 и Xcfd20 детектировали присутствие аллелей Snn1 и Snn3-B1, контролирующих чувствительность к токсинам грибов PtrTox1 и PtrTox3.

Результаты. С помощью молекулярного скрининга выявлены гены ToxA и Tox1 в генотипах изолятов P. pseudonodorum; Tox3 и Tox267 у изолятов P. nodorum. Установлено, что 2 сорта яровой мягкой пшеницы и 11 селекционных линий имеют рецессивный аллель snn1, защищающий от токсина PtrTox1; сорт Тамбовчанка и 2 линии несут рецессивный аллель snn3 на хромосоме B1, который придает устойчивость к токсину грибов PtrTox3.

Выводы. Ген ToxА обнаружен только среди моноконидиальных изолятов вида P. pseudonodorum, полученных из листьев яровой мягкой пшеницы сорта Лебедушка. В результате молекулярного скрининга ген Tox1 был выявлен среди 70 изолятов P. pseudonodorum. Наличие генов Tox3 и Tox267 установлено у 30 изолятов вида P. nodorum, полученных из растительных образцов яровой твердой пшеницы Донская элегия. С использованием метода ПЦР были выявлены доноры генов snn1 и snn3.

Об авторах

Юлия Витальевна Зеленева

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Автор, ответственный за переписку.
Email: zelenewa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9716-288X
SPIN-код: 5847-8222

д-р биол. наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Валентина Павловна Судникова

Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина, Среднерусский филиал

Email: sudnikova47@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5367-1340
SPIN-код: 5700-6057

канд. с.-х. наук

Россия, Тамбовская область

Иван Викторович Гусев

Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина, Среднерусский филиал

Email: tmbsnifs@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1063-4739
SPIN-код: 5986-6142
Россия, Тамбовская область

Ольга Александровна Баранова

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Email: baranova_oa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9439-2102
SPIN-код: 4868-9416

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Fones H., Gurr S. The impact of Septoria tritici blotch disease on wheat: An EU perspective // Fungal Genet Biol. 2015. Vol. 79. P. 3–7. doi: 10.1016/j.fgb.2015.04.004
  2. Birr T., Hasler M., Verreet J.-A., Klink H. Temporal changes in sensitivity of Zymoseptoria tritici field populations to different fungicidal modes of action // Agriculture. 2021. Vol. 11, N. 3. ID 269. doi: 10.3390/agriculture11030269
  3. Petit-Houdenot Y., Lebrun M.H., Scalliet G. Understanding plant-pathogen interactions in Septoria tritici blotch infection of cereals. В кн.: Oliver R., editor. Achieving durable disease resistance in cereals. London: Burleigh Dodds Science Publishing, 2021. P. 263–302. doi: 10.19103/AS.2021.0092.10
  4. Зеленева Ю.В., Аблова И.Б., Судникова В.П., и др. Видовой состав возбудителей септориозов пшеницы в европейской части России и идентификация генов-эффекторов SnToxA, SnTox1 и SnTox3 // Микология и фитопатология. 2022. Т. 56, № 6. С. 441–447. EDN: AEZUGR doi: 10.31857/S0026364822060113
  5. Зеленева Ю.В., Ганнибал Ф.Б., Казарцев И.А., Судникова В.П. Молекулярная идентификация, гены-эффекторы и вирулентность изолятов гриба Parastagonospora nodorum из Алтайского края (Россия) // Микология и фитопатология. 2023. Т. 57, № 5. С. 362–371. EDN: EYWBIS doi: 10.31857/S0026364823050124
  6. Zhelezova S.V., Pakholkova E.V., Veller V.E., et al. Hyperspectral non-imaging measurements and perceptron neural network for pre-harvesting assessment of damage degree caused by Septoria/Stagonospora blotch diseases of wheat // Agronomy. 2023. Vol. 13, N. 4. ID 1045. doi: 10.3390/agronomy13041045
  7. Ficke A., Cowger C., Bergstrom G., Brodal G. Understanding yield loss and pathogen biology to improve disease management: Septoria nodorum blotch — a case study in wheat // Plant Dis. 2018. Vol. 102, N. 4. P. 696–707. doi: 10.1094/PDIS-09-17-1375-FE
  8. Haugrud A.R.P., Zhang Z., Friesen T.L., Faris J.D. Genetics of resistance to Septoria nodorum blotch in wheat // Theor Appl Genet. 2022. Vol. 135, N. 11. P. 3685–3707. doi: 10.1007/s00122-022-04036-9
  9. Kariyawasam G.K., Nelson A.C., Williams S.J., et al. The necrotrophic pathogen Parastagonospora nodorum is a master manipulator of wheat defense // Mol Plant Microbe Interact. 2023. Vol. 36, N. 12. P. 764–773. doi: 10.1094/MPMI-05-23-0067-IRW
  10. McDonald M.C., Ahren D., Simpfendorfer S., et al. The discovery of the virulence gene ToxA in the wheat and barley pathogen Bipolaris sorokiniana // Mol Plant Pathol. 2018. Vol. 19, N. 2. P. 432–439. doi: 10.1111/mpp.12535
  11. Navathe S., Yadav P.S., Chand R., et al. ToxA–Tsn1 interaction for spot blotch susceptibility in Indian wheat: an example of inverse genefor-gene relationship // Plant Dis. 2020. Vol. 104, N. 1. P. 71–81. doi: 10.1094/PDIS-05-19-1066-RE
  12. Faris J.D., Friesen T.L. Plant genes hijacked by necrotrophic fungal pathogens // Curr Opin Plant Biol. 2020. Vol. 56. P. 74–80. doi: 10.1016/j.pbi.2020.04.003
  13. Friesen T.L., Faris J.D. Characterization of effector-target interactions in necrotrophic pathosystems reveals trends and variation in host manipulation // Annu Rev Phytopathol. 2021. Vol. 59. P. 77–98. doi: 10.1146/annurev-phyto-120320-012807
  14. Faris J.D., Zhang Z., Lu H., et al. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens // PNAS USA. 2010. Vol. 107, N. 30. P. 13544–13549. doi: 10.1073/pnas.1004090107
  15. Shi G., Zhang Z., Friesen T.L., et al. The hijacking of a receptor kinase-driven pathway by a wheat fungal pathogen leads to disease // Sci Adv. 2016. Vol. 2, N. 10. ID e1600822. doi: 10.1126/sciadv.1600822
  16. Richards J.K., Kariyawasam G.K., Seneviratne S., et al. A triple threat: the Parastagonospora nodorum SnTox267 effector exploits three distinct host genetic factors to cause disease in wheat // New Phytol. 2022. Vol. 233, N. 1. P. 427–442. doi: 10.1111/nph.17601
  17. Friesen T.L., Zhang Z., Solomon P.S., et al. Characterization of the interaction of a novel Stagonospora nodorum host-selective toxin with a wheat susceptibility gene // Plant Physiol. 2008. Vol. 146, N. 2. P. 682–693. doi: 10.1104/pp.107.108761
  18. Zhang Z., Running K.L.D., Seneviratne S., et al. A protein kinase-major sperm protein gene hijacked by a necrotrophic fungal pathogen triggers disease susceptibility in wheat // Plant J. 2021. Vol. 106, N. 3. P. 720–732. doi: 10.1111/tpj.15194
  19. Abeysekara N.S., Friesen T.L., Keller B., Faris J.D. Identification and characterization of a novel host-toxin interaction in the wheat–Stagonospora nodorum pathosystem // Theor Appl Genet. 2009. Vol. 120, N. 1. P. 117–126. doi: 10.1007/s00122-009-1163-6
  20. Friesen T.L., Chu C., Xu S.S., Faris J.D. SnTox5–Snn5: a novel Stagonospora nodorum effector–wheat gene interaction and its relationship with the SnToxA–Tsn1 and SnTox3–Snn3–B1 interactions // Mol Plant Pathol. 2012. Vol. 13, N. 9. P. 1101–1109. doi: 10.1111/j.1364-3703.2012.00819.x
  21. Пыжикова Г.В., Санина А.А., Супрун Л.М., и др. Методы оценки устойчивости селекционного материала и сортов пшеницы к септориозу: методические указания. Москва: ВНИИ фитопатологии, 1989. 43 с.
  22. Коломиец Т.М., Пахолкова Е.В., Дубовая Л.П. Отбор исходного материала для создания сортов пшеницы с длительной устойчивостью к септориозу. Москва: Печатный город, 2017. 56 с.
  23. White T.J., Bruns T., Lee S., Taylor J. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. В кн.: Innis M.A., editor. PCR protocols: A guide to methods and applications. San Diego: Academic Press, 1990. P. 315–322. doi: 10.1016/B978-0-12-372180-8.50042-1
  24. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors // PNAS USA. 1977. Vol. 74, N. 12. P. 5463–5467. doi: 10.1073/pnas.74.12.5463
  25. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue // Focus. 1990. Vol. 12, N. 1. P. 13–15.
  26. Bertucci M., Brown-Guedira G., Murphy J.P., Cowger C. Genes conferring sensitivity to Stagonospora nodorum necrotrophic effectors in Stagonospora nodorum blotch-susceptible U.S. wheat cultivars // Plant Dis. 2014. Vol. 98, N. 6. P. 746–753. doi: 10.1094/PDIS-08-13-0820-RE
  27. Gao Y., Faris J.D., Liu Z., et al. Identification and characterization of the SnTox6–Snn6 interaction in the Parastagonospora nodorum — wheat pathosystem // Mol Plant Microbe Interact. 2015. Vol. 28, N. 5. P. 615–625. doi: 10.1094/MPMI-12-14-0396-R
  28. Andrie R.M., Pandelova I., Ciuffetti L.M. A combination of phenotypic and genotypic characterization strengthens Pyrenophora tritici-repentis race identification // Phytopathology. 2007. Vol. 97, N. 6. P. 694–701. doi: 10.1094/PHYTO-97-6-0694
  29. Zeleneva Y.V., Sudnikova V.P., Afanasenko O.S. Influence of agroclimatic conditions, life form, and host species on the species complex of wheat Septoria pathogens // Biol Bull. 2021. Vol. 48, N. 10. P. 1806–1812. doi: 10.1134/S1062359021100277
  30. Зеленева Ю.В., Судникова В.П., Коваленко Н.М., Гусев И.В. Устойчивость сортов и линий яровой мягкой пшеницы к возбудителям септориозной, пиренофорозной и темно-бурой пятнистостей // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023. Т. 184, № 3. С. 196–206. EDN: KZBXQQ doi: 10.30901/2227-8834-2023-3-1-11
  31. Мироненко Н.В., Коваленко Н.М., Баранова О.А. Характеристика географически отдаленных популяций Pyrenophora tritici-repentis по вирулентности и генам токсинообразования ToxA и ToxB // Вестник защиты растений. 2019. № 1. С. 24–29. EDN: ZERIBN doi: 10.31993/2308-6459-2019-1(99)-24-29
  32. Кохметова А.М., Коваленко Н.М., Кумарбаева М.Т. Структура популяции Pyrenophora tritici-repentis в Республике Казахстан и идентификация устойчивой к пиренофорозу гермоплазмы пшеницы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2020. Т. 24, № 7. С. 722–729. EDN: ADNKBJ doi: 10.18699/VJ20.666
  33. Kokhmetova A., Kumarbayeva M., Atishova M., et al. Identification of high-yielding wheat genotypes resistant to Pyrenophora tritici-repentis (tan spot) // Euphytica. 2021. Vol. 217. ID 97. doi: 10.1007/s10681-021-02822-y
  34. Зеленева Ю.В., Конькова Э.А. Устойчивость сортов мягкой пшеницы, возделываемых на территории Саратовской области, к возбудителям септориозных пятнистостей // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2023. Т. 27, № 6. С. 582–590. EDN: PJPYLM doi: 10.18699/VJGB-23-70
  35. Kovalenko N.M., Zeleneva Yu.V., Sudnikova V.P. Characterization of Pyrenophora tritici-repentis, Parastagonospora nodorum, and Parastagonospora pseudonodorum in the Tambov Oblast for the presence of effector genes // Russian Agricultural Sciences. 2023. Vol. 49, N. 3. P. 285–291. doi: 10.3103/S1068367423030114
  36. Nuzhnaya T., Veselova S., Burkhanova G., et al. novel sources of resistance to Stagonospora nodorum and role of effector-susceptibility gene interactions in wheat of Russian breeding // Int J Plant Biol. 2023. Vol. 14, N. 2. P. 377–396. doi: 10.3390/ijpb14020031

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров TA51F/TA52 R, специфичных для гена ToxА. Размер ампликона 573 п. н. М — ДНК-маркер GeneRuler 100bp (Thermo Fisher Scientific); К+ — изолят 29-21-P.n.; К– — изолят 26-21-P.n. Номера индексов соответствуют изолятам 31-23-1…12-P.ps.

Скачать (49KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox1cF/SnTox1cR, специфичных для гена Tox1. Размер ампликона 500 п. н. М — ДНК-маркер GeneRuler 100bp (Thermo Fisher scientific); К+ — изолят 32-21-P.n.; К– — изолят 29-21-P.n. Номера индексов соответствуют изолятам: 1 — 3-23-2-P.ps., 2 — 31-23-1-P.ps., 3 — 42-23-1-P.ps., 4 — 43-23-1-P.ps., 5 — 50-23-1-P.ps., 6 — 57-23-1-P.ps., 7 — 33-23-11-P.ps., 8 — 45-23-1-P.ps., 9 — 24-23-1-P.n., 10 — 34-23-1-P.ps., 11 — 41-23-1-P.ps., 12 — 44-23-1-P.ps., 13 — 46-23-1-P.ps., 14 — 55-23-1-P.ps., 15 — 61-23-1-P.ps., 16 — 63-23-1-P.ps., 17 — 64-23-1-P.ps.

Скачать (50KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox3cF/SnTox3cR, специфичных для гена Tox3. Размер ампликона 600 п. н. М — ДНК-маркер; GeneRuler 100bp (Thermo Fisher Scientific); К+ — изолят 29–21-P.n.; К– — изолят 26–21-P.n. Номера индексов соответствуют изолятам 24-23-1…10-P.n.

Скачать (55KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox2_DONR_F/SnTox2_DON_RS, специфичных для гена Tox267. Размер ампликона 2000 п. н. М — ДНК-маркер Step Long (Биолабмикс); К– — в реакционную смесь добавляли H2O. Номера индексов соответствуют изолятам 24-23-1..10-P.n.

Скачать (50KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров Xfcp624F/Xfcp624R, специфичных для гена Snn1. Размер ампликона 345 п. н. М — ДНК-маркер Thermo Scientific GeneRuler 50bp DNA Ladder; К+ — Мироновская 808 [36]; К– — в реакционную смесь добавляли H2O. Номера индексов соответствуют номерам сортообразцов в табл. 3

Скачать (77KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров Xcfd20F/Xcfd20R, специфичных для гена Snn3. Размер ампликона 370, 380, 500, 700 п. н. М — ДНК-маркер Thermo Scientific GeneRuler 50bp DNA Ladder; К+ — Мироновская 808 [36]; К– — в реакционную смесь добавляли H2O. Номера индексов соответствуют номерам сортообразцов в табл. 3

Скачать (79KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах