Поліморфізм генів стійкості до грибних захворювань у сортів пшениці м’якої української селекції

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата біологічних наук

Поліморфізм генів стійкості до грибних захворювань у сортів пшениці м'якої української селекції

03.00.22 - молекулярна генетика

Карелов Анатолій Валерійович

КИЇВ - 2015

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Інституті захисту рослин Національної академії аграрних наук України та ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України»

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор, академік НАН України Блюм Ярослав Борисович ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», завідувач відділу геноміки та молекулярної біотехнології, директор

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, профессор Волков Роман Анатолійович, Чернівeцький національний університет ім. Ю. Федьковича, завідувач кафедри молекулярної генетики та біотехнології доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Дубровна Оксана Василівна, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, старший науковий співробітник відділу генетичної інженерії

Захист відбудеться «10» грудня 2015 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.254.01 ДУ «Інститут харчової біотехнології і геноміки НАН України», 04123, м. Київ-123, вул. Осиповського, 2а, тел./ф. 434-37-77, 434-45-84; e-mail: d26.254.01@ukr.net

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», 04123, м. Київ-123, вул. Осиповського, 2а.

Автореферат розісланий “_06_” _листопада_2015 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.б.н. Баєр Г.Я.

АНОТАЦІЯ

Карелов А.В. Поліморфізм генів стійкості до грибних захворювань у сортів пшениці м'якої української селекції. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.22 - молекулярна генетика - ДУ «Інститут харчової біотехнології і геноміки НАН України», Київ, 2015.

Дисертаційну роботу присвячено вивченню внутрішньовидового поліморфізму пшениці м'якої (Triticum aestivum L.). За допомогою полімеразної ланцюгової реакції і праймерів, що фланкують молекулярні маркери генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та Sr2/Lr27/Pbc стійкості до біотрофних фітопатогенів і генів Tsn1, Tsc2 та TDF_076_2D стійкості (нечутливості) до некротрофних фітопатогенів, досліджено 282 українських сорти пшениці м'якої. Оптимізовано умови мультиплексної ПЛР для маркерів генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та Tsc2. Розроблено маркер TDF_076_2D_exsp гена TDF_076_2D за локалізованими в екзонах поліморфізмами. Встановлено залежність частот алелів генів стійкості від кліматичної зони створення сортів та типів розвитку. Виявлено вплив окремих генів на середній бал польової стійкості до біотрофних фітопатогенів та відсутність впливу на середній врожай у сортовипробуванні. Встановлено закономірності комбінування алелів досліджених генів у вибірках залежно від року районування а також їх зв'язок із рекомендаціями з вирощування сортів у різних кліматичних зонах України. Виявлені закономірності взаємного комбінування алелів генів стійкості до біотрофних та некротрофних фітопатогенів.

Ключові слова: пшениця м'яка, поліморфізм, гени стійкості, полімеразна ланцюгова реакція, молекулярні маркери, біотрофні фітопатогени, некротрофні фітопатогени, Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, Sr2/Lr27/Pbc, Tsn1, Tsc2, TDF_076_2D.

АННОТАЦИЯ

Карелов А.В. Полиморфизм генов устойчивости к грибным заболеваниям у сортов мягкой пшеницы украинской селекции. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.22 - молекулярная генетика. - ГУ «Институт пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины», Киев, 2015.

Диссертационная работа посвящена изучению внутривидового полиморфизма мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). С помощью полимеразной цепной реакции и праймеров, фланкирующих молекулярные маркеры генов Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 и Sr2/Lr27/Pbc устойчивости к биотрофным фитопатогенам и Tsn1, Tsc2 и TDF_076_2D устойчивости (нечувствительности) к некротрофным фитопатогенами мсследовано 282 украинских сорта пшеницы мягкой. Оптимизированы условия мультиплексной ПЦР для маркеров генов Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 и Tsc2. Разработано маркер TDF_076_2D_exsp гена TDF_076_2D по локализованным в екзонах полиморфизмам. Установлена зависимость частот аллелей генов устойчивости от климатической зоны создания сортов и типов развития. Выявлено влияние некоторых генов на средний бал полевой устойчивости к биотрофным фитопатогенам и отсутствие влияние на средний урожай в сортоиспытании. Установлены закономерности комбинирования аллелей исследованных генов по выборкам зависимо от года районирования, а также их связь с рекомендациями по выращиванью в различных климатических зонах Украины. Выявлены закономерности взаимного комбинирования аллелей генов устойчивости к биотрофным и некротрофным фитопатогенам.

Ключевые слова: пшеница мягкая, полиморфизм, гены устойчивости, полимеразная цепная реакция, молекулярные маркеры, биотрофные фитопатогены, некротрофные фитопатогены, Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, Sr2/Lr27/Pbc, Tsn1, Tsc2, TDF_076_2D.

SUMMARY

Karelov A.V. The polymorphism of the genes conferring resistance against fungi diseases in common wheat cultivars of Ukrainian breeding. - Manuscript.

Dissertation for obtaining the degree of the Candidate of Sciences in Biology, specialty 03.00.22 - Molecular genetics - State institution “Institute of Food Biotechnology and Genomics of the National Academy of Sciences of Ukraine”, Kyiv, 2015.

The dissertation was dedicated to the inter-specific polymorphism of common wheat (Triticum aestivum L.). With use of polymerase chain reaction and primers flanking molecular markers cssfr5, SNP12 and ISBP1 of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 gene, csSr2 - of the Sr2/Lr27/Pbc gene that confer resistance against biotrophic phytopathogens and markers fcp623 and fcp394 of the Tsn1 gene, BE444541 - of the Tsc2 gene and INDEL1 of the TDF_076_2D gene that confer resistance against necrotrophic phytopathogens 282 samples of common spring and winter wheat cultivars developed in different climatic zones of Ukraine and on different years were studied. Conditions of the multiplex PCR for the markers SNP12 and ISBP1 and for the co-dominant marker BE444541 were optimized. The marker TDF_076_2D_exsp was designed to evaluate the allelic state of the TDF_076_2D gene according to the exon-localized polymorphisms.

It was found out that 53.5% of the common winter wheat cultivars developed in the Steppe zone of Ukraine, 42.5% of the winter wheat cultivars developed in the Forrest Steppe zone of Ukraine and 10.5% of the spring wheat cultivars developed in different climatic zones carried the resistant allele of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 gene. The correlation of the allelic state of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 gene and the climatic zone of winter wheat cultivars and the type of development of the common wheat cultivars was found out. The percentages of the common wheat cultivars with the allele Hope of the Sr2/Lr27/Pbc gene made up 1.1%. It was found out that 35.5% of the common winter wheat cultivars developed in the Steppe zone of Ukraine, 25.7% of the winter wheat cultivars developed in the Forrest Steppe zone of Ukraine and 38.8% of the spring wheat cultivars developed in different climatic zones carried the allele of insensitivity to the toxin A of the Tsn1 gene. The percentages of the common wheat cultivars with the allele of insensitivity to the toxin B of the Tsc2 gene made up 48% for the common winter wheat cultivars developed in the Steppe zone of Ukraine, 28% for the winter wheat cultivars developed in the Forrest Steppe zone of Ukraine and 24% for the spring wheat cultivars developed in different climatic zones. It was found out that 24.4% of the common winter wheat cultivars developed in the Steppe zone of Ukraine, 37.8% of the winter wheat cultivars developed in the Forrest Steppe zone of Ukraine and 37.8% of the spring wheat cultivars developed in different climatic zones carried the allele of resistance to Fusarium head blight of the TDF_076_2D gene The correlation between the allelic states of the Tsn1, Tsc2 and TDF_076_2D genes and the climatic zone of winter wheat cultivars and the growth habits of the common wheat cultivars was also found out.

A moderate impact of the Tsc2 gene on the mean level of field resistance against the causative agent of the leaf rust P. triticina was found out. None of the genes studied were found out to make a significant influence on the mean harvest during progeny tests. There were established several regularities of the selection of alleles of the genes studied in the samples of Ukrainian wheat cultivars depending on the year of zoning. In particular there were significantly more cultivars, developed after 1995 in the Steppe zone of Ukraine with the toxin A insensitivity of the Tsn1 gene and among the cultivars, developed after 1995 in the Forrest Steppe zone of Ukraine - significantly more samples found out to carry the toxin B insensitivity allele of the Tsc2 gene.

A possible effect of the genes studied and their combination on the recommendations for the cultivars raising in different climatic zones of Ukraine was found out. In particular the winter common wheat cultivars, developed in the Steppe zone of Ukraine, with the toxin A insensitivity allele of the Tsn1 gene were not recommended for the Polissya and recommended for the Forrest Steppe zone of Ukraine. The winter wheat cultivars with the toxin B insensitivity allele of the Tsc2 gene developed in different climatic zones are mostly recommended for raising in the Steppe zone of Ukraine. The cultivars developed in the Forrest Steppe zone of Ukraine with the resistance allele of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 gene are mostly not recommended for raising in the Steppe zone of the country. There were found out correlations between the allelic states of the Tsn1 and the Tsc2 genes for the common wheat cultivars of Ukrainian breeding, between the allelic states of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 and the Tsc2 genes for the winter wheat cultivars developed in the Forrest Steppe zone of Ukraine, between the allelic states of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 and the Tsn1 genes for the winter wheat cultivars of different climatic zones, between the allelic states of the Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 and the TDF_076_2D genes for the common wheat cultivars of Ukrainian breeding.

Key words: polymorphism, resistance genes, common wheat, polymerase chain reaction, molecular markers, biotrophic phytopathogens, necrotrophic phytopathogens, Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, Sr2/Lr27/Pbc, Tsn1, Tsc2, TDF_076_2D.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з передумов високої економічної ефективності рослинництва є його орієнтація на впровадження досягнень молекулярної генетики та вивчення генетичних передумов стійкості сільськогосподарських культур, зокрема пшениці, до фітопатогенів. В Україні біотрофні грибні патогени пшениці представлені збудниками бурої іржі (Puccinia recondita Dietel & Holw.), жовтої іржі (Puccinia striiformis var. striiformis Westend.), стеблової іржі (Puccinia graminis Pers.), борошнистої роси (Blumeria graminis (DC.) Speer.) тощо (Ретьман та ін., 2011). Втрати урожаю в результаті ураження посівів цими патогенами може становити від 10-15% для листової іржі до 60-70% для особливо патогенних рас стеблової іржі (Садыгова, 1993; McIntosh et al., 2015). В останні роки у світі особливу увагу приділяють генам горизонтальної стійкості до біотрофних фітопатогенів (Boskovic et al., 2001; Singh et al., 2011; Ellis et al., 2014). Ці гени поодинці не забезпечують значного рівня захисту рослин, проте вони полегшують перебіг захворювання і за рахунок цього зменшують втрати урожаю (Singh et al., 2011). До того ж вони не втрачають властивостей з часом, хоча і впроваджені в сорти, які культивуються на значних площах (Ellis et al., 2014; McIntosh et al., 2015). У світі широко використовується «пірамідування» цих генів - накопичення факторів помірної стійкості в окремих сортах чи лініях пшениці, що, по-перше, забезпечує сумарну стійкість до багатьох фітопатогенів на значному рівні а, по-друге, не впливає на показники урожайності та хлібопекарські якості (Boskovic et al., 2001; Ellis et al., 2014). Саме тому для дослідження було обрано гени Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та Sr2/Lr27/Pbc, що забезпечують помірну горизонтальну стійкість пшениці до групи біотрофних фітопатогенів (Krattinger et al., 2009; Mago et al., 2011).

Серед небезпечних некротрофних фітопатогенних грибів, які вражають посіви пшениці в Україні - Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Dreches (Ретьман та ін., 2011). Згідно даних літератури, цей фітопатоген набув особливого розповсюдження в останні роки (Ретьман, 2011; Бабаянц, 2013). Жовту плямистість, збудником якої він є, асоціюють зі зменшенням фотосинтетичної площі листя, що призводить до зменшення кількості зернин на колос і зниження урожаю на 5-10%, проте за сприятливих умов наведений показник може сягати більше 50% (Shabeer and Bockus, 1988). Інша поширена на території України хвороба пшениці - фузаріоз колоса, збудниками якої є некротрофні гриби роду Fusarium (McIntosh et al., 2015, Ковалишина та ін., 2008; Грицюк, 2013; Яринчин, 2009). В Україні вони здебільшого представлені видами Gibberella zeae (Schwein.) Petch (анаморф - F. graminearum), F. culmorum Wm. G. Sm. та іншими (Ковалишина та ін., 2008). В Степовій зоні України втрати урожаю від грибів цього роду в роки епіфітотій сягали 50-60% (Бабаянц, 2011). Тому для дослідження обрано гени Tsn1, Tsc2 чутливості/нечутливості до токсинів А та Б P. tritici-repentis та токсину А Stagonospora nodorum (Berk.) E. Castell. & Germano (Faris et al., 2010; Abeysekara et al., 2010) та подібний до NPR1 ген TDF_076_2D, який забезпечує помірну стійкість за типом ІІ до фузаріозу колоса (Diethelm et al., 2014). фітопатоген пшениця селекція

Таким чином, для дослідження було обрано гени стійкості пшениці до поширених в Україні грибних фітопатогенів. Пов'язана з ними резистентність є помірною, проте зберігається й використовується в світовому генофонді пшениці десятки років. Для українського генофонду пшениці м'якої генетичні передумови помірної стійкості до грибних фітопатогенів вивчені слабо. Тому дослідження особливостей поліморфізму генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, Sr2/Lr27/Pbc, Tsn1, Tsc2 та TDF_076_2D є актуальною задачею, яка має важливе практичне значення.

Зв'язок із науковими програмами Робота виконувалась в межах науково-технічних інноваційних проектів ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України» «Впровадження методів, що базуються на проведенні полімеразної ланцюгової реакції, для виявлення генів стійкості до бурої іржі у пшениці» (2010 р., № держреєстрації 0110U003338) та «Впровадження молекулярно-генетичних методів виявлення генів стійкості до стеблової іржі у пшениці» (2011 р., № держреєстрації 0111U002784) а також бюджетних тем лабораторії екологічної генетики рослин та біотехнології Інституту захисту рослин НААН «Визначення впливу на фенотип інтрогресій в геномі м'якої пшениці та дослідження за маркерними локусами диких родичів пшениці як потенційного джерела генів стійкості» (2006-10 р.р., № держреєстрації 0106U002708), «Ефекти присутності інтрогресій в геномі пшениці та її різноманіття за маркерними локусами та генами стійкості» (2011-2015 р.р., № держреєстрації 0111U004582).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи була характеристика генофонду українських сортів пшениці м'якої за допомогою молекулярних маркерів генів стійкості до грибних патогенів, вивчення закономірностей комбінування алелів у сортах залежно від кліматичної зони створення та року районування, встановлення їх впливу на фенотипічні ознаки.

Для досягнення поставленої мети було необхідно вирішити наступні завдання:

- підібрати та оптимізувати умови ПЛР для молекулярних маркерів важливих генів стійкості пшениці до грибних патогенів;

- дослідити поліморфізм генів стійкості до біотрофних фітопатогенів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та Sr2/Lr27/Bdv1 у вибірках сортів пшениці м'якої української селекції, створених у різних кліматичних зонах та з різними типами розвитку;

- дослідити поліморфізм генів Tsn1 та Tsc2 чутливості до токсинів А та Б некротрофних грибів у вибірках сортів пшениці м'якої української селекції, створених у різних кліматичних зонах та з різними типами розвитку;

- дослідити поліморфізм гена TDF_076_2D помірної стійкості до фузаріозу колоса у вибірках сортів пшениці м'якої української селекції, створених у різних кліматичних зонах та з різними типами розвитку;

- виявити зв'язок досліджених генів із фенотипічними ознаками середнього врожаю у сортовипробуванні та польової стійкості до окремих біотрофних фітопатогенів у різних вибірках сортів пшениці м'якої української селекції;

- визначити закономірності поліморфізму досліджених генів стійкості залежно від року районування сортів пшениці м'якої української селекції;

- встановити зв'язок між поліморфізмом досліджених генів стійкості та рекомендованою зоною вирощування сортів пшениці м'якої української селекції;

- виявити закономірності взаємних асоціацій алелів генів стійкості до грибних фітопатогенів у сортах пшениці м'якої української селекції.

Об'єкт досліджень - гени стійкості до грибних патогенів українських сортів пшениці м'якої.

Предмет досліджень - особливості поліморфізму генів стійкості до біотрофних та некротрофних грибних патогенів у сортів пшениці м'якої української селекції.

Наукова новизна. За допомогою молекулярно-генетичних маркерів генів широкої стійкості до біотрофних грибних та вірусних фітопатогенів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, небезпечних грибних фітопатогенів Sr2/Lr27/Pbc охарактеризовано генофонд пшениці м'якої української селекції. Досліджено поліморфізм генів чутливості пшениці м'якої до токсинів некротрофних грибів Tsn1 і Tsc2 та помірної стійкості до фузаріозу колоса TDF_076_2D. Визначено відсутність впливу алелів стійкості цих генів на показники урожайності та вплив гена Tsc2 на середній бал польової стійкості до певних біотрофних фітопатогенів. Досліджено закономірності комбінацій алелів генів стійкості пшениці м'якої залежно від кліматичної зони створення, типу розвитку, року районування та їх зв'язок із рекомендованими регіонами вирощування сортів пшениці м'якої української селекції.

Практичне значення роботи. Підібрано умови мультиплексної ПЛР для використання праймерів, які фланкують маркери SNP12 та ISBP1, що дозволяє максимально точно визначити стійкість, асоційовану з геном Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1. Підібрано умови ПЛР для дослідження алельного стану гена Tsc2 з використанням маркера BE444541. За нуклеотидними послідовностями різних алелів гена TDF_076_2D розроблено екзон-специфічний маркер TDF_076_2D_exsp та підібрано умови ПЛР з використанням полімерази гарячого старту. Визначено сорти, які можуть бути джерелами комбінації алелів стійкості генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та TDF_076_2D і алелів нечутливості до токсинів генів Tsn1 та Tsc2 для отримання сортів із цінним набором ознак стійкості. Встановлено українські сорти пшениці м'якої, які можуть бути джерелами обумовленої геном Sr2/Lr27/Pbc помірної стійкості до особливо шкодочинної раси стеблової іржі Ug99.

Особистий внесок здобувача. Постановку наукових завдань досліджень, наступну інтерпретацію отриманих результатів та розробку структури дисертаційної роботи було здійснено спільно з науковим керівником. Основні дослідження були проведені автором особисто. Аналітична робота з інтерпретації та узагальнення отриманих закономірностей комбінацій алелів досліджених генів дисертант виконав з практичною допомогою зав. лабораторії екологічної генетики рослин та біотехнології Інституту захисту рослин НААН України к.б.н. Козуб Наталії Олександрівни.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені на 9-й Європейській зустрічі з геноміки рослин (Plant GEM 4-7 травня 2011 р., Стамбул, Туреччина), міжнародних наукових конференціях «Фактори експериментальної еволюції організмів» (2011, 2012, 2013 р.р., Алушта, Україна), міжнародних конференціях «Wheat Genetic Resources and Genomics» (2011 р., Новосибірськ, Росія), «Биология растений и біотехнологія» (2011 р., Біла Церква, Україна), «International Plant Breed. Congress», (2013 р., Анталія, Туреччина), конференції молодих вчених Інституту землеробства НААН України «Інноваційні технології для конкурентоспроможного аграрного виробництва» (2013 р., Чабани, Україна), «Біологія рослин та біотехнологія» (2013 р., Київ, Україна), «Селекційно-генетична наука і освіта», (2013 р., Умань, Україна), конференції молодих вчених Державного вищого навчального закладу «Переяслав-Хмельницький державний педагогічний університет ім. Г. Сковороди» «Вітчизняна наука на зламі епох: проблеми та перспективи розвитку» (2015 р., інтернет-конференція), міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених «Селекція, генетика і технології вирощування сільськогосподарських культур» (2015 р., Миронівка, Україна).

Публікації. Основні результати роботи висвітлено у 23 друкованих роботах, включаючи одинадцять статей (із них сім опубліковано у фахових виданнях), 11 тез наукових конференцій та одні методичні рекомендації.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, огляду літератури, розділу «Матеріали та методи досліджень», п'яти розділів результатів власних досліджень та їх обговорень, узагальнюючого розділу, висновків, практичних рекомендації, огляду літератури та чотирьох додатків на 26 сторінках машинописного тексту. Повний обсяг дисертаційної роботи складає 178 сторінок машинописного тексту, включаючи 2 таблиці та 33 рисунки. Список використаної літератури включає 296 джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У літературному огляді висвітлено сучасні погляди на молекулярно-генетичні передумови стійкості пшениці до біотрофних та некротрофних грибних захворювань. Наведені приклади добре досліджених генів стійкості а також найбільш перспективних і широко впроваджених у світовий генофонд пшениці. Розглянуті молекулярні маркери генів стійкості та їх вплив на сільськогосподарські характеристики. Більш детально охарактеризовані обрані для дослідження гени стійкості, наведені генетичні та фізичні карти ділянок хромосом, на яких їх локалізовано.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Для дослідження були використані сучасні комерційні сорти озимої м'якої пшениці української селекції, створені в Степовій та Лісостеповій зонах України. Степова зона представлена сортами, виведеними в Селекційно-генетичному інституті - Національному центрі насіннєзнавства та сортовивчення (далі - СГІ, всього 91 сорт). Лісостепова зона представлена сортами, створеними в Миронівському інституті пшениці ім. В.М. Ремесла НААН України (далі - МІП) спільно з Інститутом фізіології рослин та генетики НАН України (далі - ІФРіГ, всього 70 сортів) та сортами, створеними в Національному науковому центрі «Інститут землеробства НААН» (далі - ІЗ) спільно з Білоцерківською дослідною станцією Інституту цукрових буряків НААН України (всього - 27 сортів). Додатково було досліджено сорт Безостая 1, створений у Краснодарському науково-дослідному інституті сільського господарства (Степова зона сучасної Російської Федерації) у 1954 р., оскільки він згадується в родоводах більшості сортів пшениці м'якої української селекції. Також було досліджено 94 сорти ярої м'якої пшениці, створених у різних кліматичних зонах України.

В якості контролю для гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 використовували сорт пшениці Thatcher та лінію Thatcher Lr34+, для гена Sr2/Lr27/Pbc - Selkirk (алель стійкості Hope), Siete Ceros 66 (алель нестійкості Marquis), Thatcher (нуль-алель, нестійкість). В якості контролів для генів Tsn1 та Tsc2 використовували сорти Chinese Spring (алелі нечутливості генів) та Katepwa (алелі чутливості генів). Для гена TDF_076_2D використовували сорт Chinese Spring (алель нестійкості) та сорт Миронівська 808 (алель стійкості).

Для виділення ДНК із сухої наважки масою 20-35 мг, отриманої з попередньо розтертих у керамічній ступці 8-10 зернівок пшениці, використовували набори на основі силікату Diatom™ DNA Prep100 (Csaikl et al., 1998). Для досліджень були обрані молекулярні маркери, які косегрегують з генами інтересу. Для дослідження алельного стану гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 використовували молекулярно-генетичний маркер на основі поліморфізму 11-го екзону - cssfr5 (Lagudah et al., 2009). Для більш точного дослідження алельного стану гена повну вибірку сортів було проаналізовано за допомогою маркерів caISBP1 та caSNP12 (Dakouri et al., 2010). Для дослідження гена Sr2/Lr27/Pbc було обрано маркер csSr2 (Mago et al., 2011). Для визначення алельного стану гена Tsn1 використовували маркер fcp394 (Zhang et al., 2009) та fcp623 (Faris et al., 2010). Також використовували маркер BE444541, що косегрегує з геном Tsc2 (Abeysekara et al., 2010). Для визначення алельного стану гена TDF_076_2D використовували маркер INDEL1, локалізований у першому інтроні (Diethelm et al., 2014). За нуклеотидними послідовностями різних алелів гена TDF_076_2D (Diethelm et al., 2014) було розроблено екзон-специфічний маркер TDF_076_2D_exsp.

Праймери додавались у кількостях, які дозволяли отримувати їх кінцеву концентрацію, 0,5 пМ. Для мультиплексної ПЛР із праймерами, що фланкують маркери caSNP12 та caISBP1 було модифіковано умови ПЛР порівняно з рекомендованими в літературі. Праймери caISBP1F1 і caISBP1R додавали до кінцевої концентрації в реакційній суміші 0,3 пМ, праймери caISBP1F2 - до концентрації 0,5 пМ, праймери caSNP12F і caSNP12R - до кінцевої концентрації 0,15 пМ. Для підібраних у роботі праймерів, що фланкують маркер TDF_076_2D_exsp, було емпірично визначено кінцеві концентрації, які забезпечували найкращий результат. Праймери C076_SVP_2D_F та C076_SVP_2D_R додавали до кінцевої концентрації 0,25 пМ, праймери C076_Sngh_2D_F та C076_Sngh_2D_R - до кінцевої концентрації 0,4 пМ. ПЛР проводили в термоциклері-ампліфікаторі 2720 GeneAMP System за протоколами, рекомендованими раніше для кожної пари праймерів. Винятками були мультиплексна ПЛР для суміші праймерів caSNP12 та caISBP1, де стадія відпалу в циклі тривала 40 с при 62,5°С при кількості циклів рівній 32 та протокол ПЛР для праймерів, що фланкують маркер BE444541. Цей протокол було модифіковано наступним чином: дисоціація: при 95°С - 50 с, відпал: при 42°С - 1 хв., елонгація: при 72°С - 50 с; всього 40 циклів. Для праймерів, що фланкують маркер TDF_076_2D_exsp були підібрані наступні умови ПЛР (для полімерази «гарячого старту»): активація полімерази при 94°С - 6 хв.; 10 циклів із умовами: 94° С - 60 с; 64°С - 50 с; 72°С - 50 с; 15 циклів із умовами: 94° С - 50 с; 63°С - 40 с; 72°С - 40 с; 15 циклів із умовами: 94° С - 40 с; 62°С - 30 с; 72°С - 30 с; фінальна елонгація при 72°С - 5 хв. Отримані в результаті ПЛР фрагменти розділяли в 1,5-2,5% агарозному або 10% поліакриламідному гелях та візуалізували шляхом фарбування бромистим етидієм або нітратом срібла відповідно (Маниатис и др., 1984).

Кореляційний аналіз зв'язку алелів генів із середньою урожайністю та середнім балом польової стійкості до фітопатогенів за даними сортовипробування проводили за допомогою точково-бісеріального коефіцієнта кореляції rbp (Руденко, 2012). Поглиблений факторний аналіз проводили за однофакторною регресійною моделлю (Greenacre and J. Blasius, 2006). Зв'язок алельних станів із роком районування (сорти розділяли на районовані в та до 1995 року та районовані після), рекомендаціями щодо вирощування в Степовій, Лісостеповій зонах та зоні Полісся України оцінювали за критерієм ч2 (Yates, 1934).

В результаті ПЛР із праймерами, що фланкують маркер сssfr5 гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, отримували фрагменти довжиною 751 п.н. у випадку алеля стійкості (далі - Lr34+), і фрагменти довжиною 523 п.н. у випадку алеля нестійкості (далі - Lr34-) (Lagudah et al., 2009) (рис. 1).

Для більш точного визначення алельного стану гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 (зокрема, визначення поліморфізму, властивого сорту Одеська 13) було використано праймери, що фланкують маркери caSNP12 та caISBP1 (Dakouri et al., 2010), та розроблено протокол ПЛР, який дозволив проводити одночасне визначення алельних станів обох маркерів (мультиплексна ПЛР).

Рис. 1. Результати мультиплексної ПЛР із праймерами, що фланкують маркер cssfr5, у 1,5%-ному агарозному гелі: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 100 п.н. (O'GeneRuler™ 100 bp DNA Ladder); 1 - лінія Thatcher Lr34+; 2 - сорт Thatcher; 3 - Одеська 267; 4 - Альбатрос одеський; 5 - Косовиця; 6 - Місія одеська; 7 - Господиня; 8 - Землячка; 9 - Дальницька; 10 - Заграва одеська; 11 - Єдність; 12 - Журавка; 13 - Істина.

Рис. 2. Результати мультиплексної ПЛР із праймерами, що фланкують маркери caSNP12 та caISBP1, в 2%-ному агарозному гелі: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 100 п.н. (O'GeneRuler™ 100 bp DNA Ladder); 1 - сорт Thatcher; 2 - лінія Thatcher Lr34+; 3 - сорт Гурт; 4 - Ювілейна 75; 5 - Задумка одеська; 6 - Поклик; 7 - Розмай; 8 - Звитяга; 9 - Прибой; 10 - Одеська напівкарликова; 11 - Селена; 12 - Одеська 51.

Для алеля Lr34+ отримували фрагменти довжиною 509 та 234 п.н., для Lr34- - фрагменти довжиною 391 п.н. (рис. 2). В результаті ПЛР із праймерами, що фланкують маркер csSr2, отримували фрагменти довжиною 337 п.н. у випадку алелів Marquis або Hope і не отримували фрагментів у випадку нуль-алеля, асоційованого з нестійкістю. В результаті обробки рестриктазою BspHI отримували набір фрагментів довжиною 172, 112 та 53 п.н. у випадку алеля Hope та фрагменти, довжиною 225 та 112 п.н. - у випадку алеля Marquis (Mago et al., 2011) (рис. 3). Для праймерів, які фланкують маркер fcp394, із нечутливістю до Ptr ToxA і Sn ToxA асоціюють отримані в результаті ПЛР фрагменти довжиною 383 п.н. або відсутність ампліфікації (нуль-алель); із чутливістю до токсинів - ампліфіковані фрагменти довжиною 328 п.н. (Zhang et al., 2009) (рис. 4).

Рис. 3. Результати мультиплексної ПЛР із праймерами, що фланкують маркер csSr2, після обробки рестриктазою BspHI, в 2%-ному агарозному гелі: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 50 п.н. (O'GeneRuler™ 50 bp DNA Ladder); K - контроль (сорт Renown), 1 - сорт Панна; 2 - Заможність; 3 - Супутниця; 4 - Пошана; 5 - Кірія; 6 - Куяльник; 7 - Ватажок; 8 Селянка одеська; 9 - Жайвір; 10 - Ужинок; 11 - Ніконія; 12 Зміна.

В результаті ПЛР із праймерами, що фланкують маркер fcp623 у випадку алельного стану, асоційованого з чутливістю до токсинів, отримували фрагменти довжиною 379 п.н. (далі - алель Ts), у випадку алеля нечутливості - не отримували фрагментів (далі - алель tr) (J.D. Faris et al., 2010) (рис. 5).

В результаті ПЛР із праймерами, що фланкують маркер BE444541, за оптимізованих нами умов у випадку алеля чутливості до Ptr ToxB отримували фрагменти довжиною 340 п.н. (далі - алель Tss), у випадку алеля нечутливості - фрагменти довжиною 509 п.н. (далі - алель tsr, на агарозному гелі ці фрагменти маскувались неспецифічними продуктами реакції) (Abeysekara et al., 2010) (рис. 6).

Рис. 4. Результати ПЛР із праймерами, що фланкують маркер Xfcp394: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 100 п.н. (O'GeneRuler™ 100 bp DNA Ladder); 1 - сорт Katepwa; 2 - Chinese Spring; 3 - Альбатрос одеський; 4 - Зміна; 5 - Місія одеська; 6 - Косовиця; 7 - Господиня; 8 - Турунчук; 9 - Кірія.

Рис. 5. Результати ПЛР із праймерами, що фланкують маркер Xfcp623 для деяких сортів озимої м'якої пшениці в 2%-ному агарозному гелі: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 50 п.н. (O'GeneRuler™ 50 bp DNA Ladder); 1 - сорт Katepwa; 2 - Chinese Spring; 3 - Альбатрос одеський; 4 - Зміна; 5 - Місія одеська; 6 - Косовиця; 7 - Господиня; 8 - Турунчук; 9 - Кірія; 10 - Єдність

Для праймерів, що фланкують маркер INDEL1 у випадку алеля стійкості (далі - алель 1) отримували фрагменти довжиною 212 п.н., у випадку алеля нестійкості (далі - алель 2) - фрагменти довжиною 212 і 221 п.н. (Diethelm et al., 2014) (рис. 7). Для більш точного і зручного визначення алельного стану гена TDF_076_2D було розроблено та валідовано кодомінантний екзон-специфічний маркер TDF_076_2D_exsp. За допомогою цього маркера можна визначити гетерогенні зразки, що є важливою перевагою на ранніх етапах селекції.

Рис. 6. Результати ПЛР з парою праймерів, що фланкують маркер BE444541 гена Tsc2 для деяких сортів озимої м'якої пшениці в 2%-ному агарозному гелі: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 100 п.н. (O'GeneRuler™ 100 bp DNA Ladder); 1 - сорт Katepwa; 2 - Chinese Spring; 3 - Веснянка; 4 - Мирлена; 5 - Миронівська 66; 6 - Сніжана; 7 - Миронівська 61; 8 - Крижинка; 9 - Миронівська 67; 10 - Миронівська ранньостигла; 11 - Миронівська 30; 12 - Подолянка; 13 - Миронівська 808.

Рис. 7. Результати ПЛР із праймерами, що фланкують маркер INDEL1 в 10%-ному ПААГ: 1 - сорт Альбатрос одеський; 2 - Антонівка; 3 - Безмежна; 4 - Знахідка одеська; 5 - Місія одеська; 6 - Косовиця; 7 - Господиня; 8 - Зміна; L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 100 п.н. (O'GeneRuler™ 100 bp DNA Ladder).

В результаті ПЛР із праймерами, що фланкують цей маркер, отримано ампліфіковані фрагменти довжиною 914 п.н. у випадку алеля стійкості, що відповідає послідовності C076_SVP_2D (алель 1 маркера INDEL1), фрагменти довжиною 323 п.н. - у випадку алеля чутливості, що відповідає послідовності C076_Sngh_2D (алель 2 маркера INDEL1), відсутність ампліфікованих фрагментів - у випадку алеля стійкості, що відповідає послідовності C076_Capo (алель 1 маркера INDEL1) (рис. 8).

Рис. 8. Результати ПЛР із праймерами, що фланкують маркер TDF_076_2D_exsp в 2%-ному агарозному гелі: L - маркер молекулярних мас із ціною поділки 100 п.н. (O'GeneRuler™ 100 bp DNA Ladder); 1 - сорт Борвій; 2 - Вдала; 3 - Безмежна; 4 - Господиня; 5 - Дюк; 6 - Дальницька; 7 - Журавка; 8 - Землячка; 9 - Отаман; 10 - Одеська 267; 11 - Супутниця; 12 - Литанівка; 13 - Миронівська 808; 14 - Chinese Spring

Поліморфізм генів стійкості у вибірках сортів, створених у різних кліматичних зонах та із різними типами розвитку. Найбільша частка алеля Lr34+, а саме 67,03%, припадає на сорти пшениці озимої м'якої, створені в Степовій зоні України; 40,21% сортів пшениці озимої м'якої із цим алелем створені в установах Лісостепової зони; 12,77% ярих сортів із цим алелем (рис. 9).

Встановили зв'язок між алельним станом гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та кліматичною зоною створення сортів (для алеля Lr34+ ч2 = 16,83, p = 0,004%, для алеля Lr34- ч2 = 17,25, p = 0,003%) і типом вирощування (для алеля Lr34- ч2 = 66,81, p = 3*10-14%).

Рис. 9. Співвідношення кількості сортів пшениці м'якої з різними алелями гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 за вибірками: а - для озимих сортів Степової зони; б - для озимих сортів Лісостепової зони; в - для озимих сортів різних кліматичних зон; в - для ярих сортів різних кліматичних зон; 1 - фрагменти діаграм, що відповідають сортам із алелем Lr34+ гена; 2 - поліморфним сортам; 3 - сортам із алелем Lr34- гена.

Частка сортів, у яких був виявлений асоційований зі стійкістю алель Hope складає 1,1% або 2 сорти з 176 проаналізованих, а саме сорти Харківська 6 і Харківська 12 (селекція Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва). У 104 сортів із проаналізованих був виявлений алель Marquis, що становить 59,1%. Частка сортів пшениці, у яких було знайдено алель Marquis, відносно загальної кількості проаналізованих за кліматичною зоною створення та з різними типами розвитку становить: для озимих сортів Лісостепу - 56,67%, для озимих сортів Степу - 63,51%, для ярих сортів - 73,33% (рис. 10). Виявлено зв'язок між алельним станом гена Sr2/Lr27Pbc та кліматичної зоною створення озимих сортів пшениці (ч2 = 4,31, p = 0,038). Генотип Lr34+/Marquis було визначено у 38,7% сортів Степової зони, 14,7% сортів Лісостепової зони та 8,8% ярих сортів. У сортів із алелем Hope було визначено алель Lr34- маркерів гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1.

Маркер fcp394 показав алель Ts лише у 7,4% досліджених сортів та збіг результатів із fcp623 був на рівні 59%. Тому для дослідження алельного стану гена Tsn1 в українських сортах пшениці використано маркер fcp623. Частка алеля tr маркера fcp623 за проаналізованими вибірками сортів складає 70,33% для сортів озимої пшениці Степової зони України, 49,48% - для озимої пшениці Лісостепової зони України, 75,53% - для ярих сортів різних кліматичних зон (рис. 11).

Рис. 10. Співвідношення кількості сортів пшениці м'якої з різними алелями маркера csSr2 за вибірками сортів: а - для озимих сортів Степової зони; б - для озимих сортів Лісостепової зони; в - для ярих сортів різних кліматичних зон; 1 - фрагменти діаграм, що відповідають сортам із алелем Hope гена; 2 - сортам із алелем Marquis; 3 - сортам із нуль-алелем.

Визначено наявність зв'язку ознак алельного стану гена Tsn1 та кліматичної зони створення озимих сортів (ч2 = 10,29, p = 0,1%) і типу розвитку сортів м'якої пшениці (ч2 = 32,81, p = 0,000001%) за даними за дослідженими вибірками. Частки сортів із алелем tsr маркера BE444541 за проаналізованими вибірками сортів складають: 95,70% для сортів озимої пшениці Степової зони України, 58,70% - для озимої пшениці Лісостеповій зоні України, 47,90% - для ярих сортів різних кліматичних зон (рис. 12.). Для озимих сортів встановлено зв'язок між кліматичною зоною створення та алельним станом гена Tsc2 (ч2 = 32,81, p = 0,000001%).

Рис. 11. Співвідношення кількості сортів пшениці м'якої з різними алелями гена Tsn1 за вибірками: а - для озимих сортів Степової зони; б - для озимих сортів Лісостепової зони; в - для озимих сортів різних кліматичних зон; г - для ярих сортів різних кліматичних зон; 1 - фрагменти діаграм, що відповідають сортам із алелем нечутливості до токсину А гена; 2 - сортам із алелем чутливості до токсину А.

Рис. 12. Співвідношення кількості сортів пшениці м'якої з різними алелями гена Tsс2 за вибірками: а - для озимих сортів Степової зони; б - для озимих сортів Лісостепової зони; в - для озимих сортів різних кліматичних зон; г - для ярих сортів різних кліматичних зон; 1 - фрагменти діаграм, що відповідають сортам із алелем нечутливості до токсину А гена; 2 - сортам із алелем чутливості до токсину А.

Комбінація алелів tr/tsr генів чутливості до токсинів некротрофних грибів була визначена у 66,3% сортів пшениці озимої м'якої Степової зони, 28,9% сортів пшениці озимої м'якої Лісостепової зони та 27,7% сортів пшениці ярої м'якої різних кліматичних зон.

Частки алеля 1 маркера INDEL1 гена TDF_076_2D за проаналізованими вибірками сортів складають: 48,8% для сортів озимої пшениці Степової зони України, та по 74,6% - для озимої пшениці Лісостеповій зоні і 88,8% - для ярих сортів різних кліматичних зон (рис. 13).

Рис. 13. Співвідношення кількості сортів пшениці м'якої з різними алелями гена TDF_076_2D за вибірками сортів: а - для озимих сортів Степової зони; б - для озимих сортів Лісостепової зони; в - для озимих сортів різних кліматичних зон; г - для ярих сортів різних кліматичних зон; 1 - фрагменти діаграм, що відповідають сортам із алелем помірної стійкості до фузаріозу колоса; 2 - сортам із алелем нестійкості.

Для більш точного і зручного аналізу алельного стану гена TDF_076_2D на основі поліморфізмів у нуклеотидних послідовностях, що відповідають різним алелям гена (Diethelm et al., 2014), нами був розроблений молекулярний маркер TDF_076_2D_exsp. Для валідації маркера була досліджена вибірка сортів селекції Степової зони. Встановлено повну відповідність результатів за маркером INDEL1 та екзон-специфічним маркером. Маркер INDEL1 здатен точно передбачити мономорфний стійкий алель гена TDF_076_2D та стійкий алель Capo, проте за допомогою розробленого нами маркера TDF_076_2D_exsp можливим є визначення гетерозиготи за геном, що є важливим при відборі рослин на ранніх етапах селекції. Зокрема виявили, що значна кількість сортів селекції СГІ, у яких за маркером INDEL1 виявили нестійкий алельний стан гена, є гетерогенними (див. рис. 8). Виявлено зв'язок між ознаками алельного стану гена TDF_076_2D та зони вирощування для озимих сортів (ч2 = 14,41, p = 0,01%) і типів розвитку для вибірки пшениці озимої м'якої (ч2 = 4,43, p = 3,5%).

Зв'язок алельних станів генів стійкості із фенотипічними ознаками. Встановлено відсутність впливу досліджених генів стійкості урожай сортів озимої пшениці. Визначено можливий позитивний вплив алеля нечутливості до токсину Б P. tritici-repentis гена Tsc2 на стійкість до бурої іржі (p < 5%) для сортів Лісостепової зони (рис. 14).

Рис. 14. Середній бал польової стійкості до бурої іржі залежно від алельного стану гена Tsc2 у сортів озимої пшениці Лісостепової зони.

Зв'язок алельних станів досліджених генів із роком районування. Встановили зв'язок між роком районування та алельним станом гена Tsn1 для сортів селекції СГІ (ч2 = 6,09; p = 0,14%), алельним станом гена Tsc2 для сортів Лісостепової зони (ч2 = 4,17; p = 4,1%), озимих сортів різних кліматичних зон (ч2 = 3,83; p = 4,3%), сортів м'якої пшениці української селекції (ч2 = 16,42; p = 0,00005%); алельним станом гена Sr2/Lr27/Pbc для сортів Степової зони (ч2 = 4,09; р = 4,3%), наявністю/відсутністю алеля Lr34- (ч2 = 5,35; p = 2,07%) для ярих сортів різних зон. Для пшениці селекції Степової зони спостерігали більшу частку сортів зареєстрованих після 1995 р., із алелем tr гена Tsn1, для сортів селекції Лісостепу - більшу частку сортів із алелем tsr гена Tsc2.

Для сумарної вибірки озимих сортів та всього проаналізованого матеріалу м'якої пшениці спостерігається більша частка сортів районованих після 1995 р. із алелем tsr. Для сортів селекції СГІ, районованих після 1995 р., також спостерігається достовірно більша частка сортів із алелем Marquis гена Sr2/Lr27/Pbc. За даними щодо ярих сортів спостерігали зменшення до нуля кількості сортів, мономорфних за алелем Lr34+, зареєстрованих після 1995 р.

Отримані закономірності можуть свідчити про посилення селективного тиску з боку різних рас P. tritici-repentis на дослідних ділянках селекційних установ різних кліматичних зон України за останні 20-25 років та переважання селективного тиску саме з боку рас-продуцентів токсину Б цього фітопатогена на території України. Також отримані дані можуть свідчити про можливу позитивну роль алеля Marquis у стійкості до грибних фітопатогенів або більш інтенсивне використання селекційного матеріалу із алелем Marquis гена Sr2/Lr27/Pbc при створенні озимих сортів в умовах Степової зони України за останні 20-25 років. Для ярих сортів виявлена тенденція до негативного селективного відбору алеля Lr34+ що може бути поясненим особливостями його експресії.

Зв'язок алельних станів досліджених генів із рекомендованою зоною вирощування. Виявлено зв'язок між алельним станом гена Tsn1 та рекомендаціями щодо вирощування в зонах Лісостепу (ч2 = 8,16, p = 0,04%) і Полісся (ч2 = 7,00, p = 0,08%) для озимих сортів селекції СГІ; між рекомендаціями з вирощування в зоні Степу та алельними станами генів Tsc2 (ч2 = 29,56; p = 0,000005%) та TDF_076_2D (ч2 = 5,26, p = 2,2%) для озимих сортів різних кліматичних зон; між алельним станом гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та рекомендаціями щодо вирощування в Степовій (ч2 = 12,52, p = 0,04% для наявності/відсутності алеля Lr34+ та ч2 = 4,91, p = 2,7% - для Lr34-) і Лісостеповій (для наявності/відсутності алеля Lr34+ ч2 = 7,76; p = 0,1%) зонах для сортів селекції МІП, ІФРіГ та ІЗ; між алельним станом гена Sr2/Lr27/Pbc та рекомендаціями з вирощування в зоні Лісостепу для сортів селекції СГІ (ч2 = 5,94, p = 1,5%) та МІП, ІФРіГ і ІЗ (ч2 = 3,83; p = 3,97%) а також із рекомендаціями щодо вирощування в зоні Полісся (ч2 = 3,83; p = 3,97%) для озимих сортів різних кліматичних зон.

Озимі сорти селекції СГІ з алелем нечутливості до токсину А гена Tsn1 здебільшого не рекомендують для вирощування в зоні Полісся. Однак досить значну частку сортів із алелем tr цього гена рекомендують для вирощування в зоні Лісостепу, для загальної вибірки озимих сортів найбільша частка припадає на сорти із алелем нечутливості до токсину Б гена Tsс2, рекомендованих для вирощування в Степовій зоні. Для озимої пшениці різних кліматичних зон спостерігається значна відмінність між частками сортів з різними алелями гена TDF_076_2D, не рекомендованих для вирощування в Степовій зоні.

Виявлені закономірності можуть свідчити, що для сортів селекції СГІ алельний стан гена Tsn1 має важливе значення при рекомендації з вирощування в зонах Лісостепу та Полісся, що пов'язане із поширенням на цих територіях рас P. tritici-repentis та (або) S. nodorum, які є продуцентами токсину А. Натомість для вирощування озимих сортів у степовій зоні не залежно від регіону, де їх було створено, важливими є алельні стани генів Tsc2 та TDF_076_2D. Висока частка сортів із алелем tr гена Tsc2, рекомендованих для вирощування в Степовій зоні, може вказувати або на расовий склад P. tritici-repentis або на особливості впливу токсину Б на рослини пшениці. У випадку гена TDF_076_2D отримані співвідношення можуть вказувати на адаптивні властивості алеля нестійкості гена TDF_076_2D в умовах Степової зони.

Для сортів селекції ІЗ, МІП та ІФРіГ із алелем стійкості гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 для вирощування в кліматичній зоні Лісостепу рекомендують суттєво вищу частку сортів, ніж для вирощування в Степовій зоні України. Для пшениці селекції СГІ спостерігали порівняно вищу частку сортів із нуль-алелем гена Sr2/Lr27/Pbc, рекомендованих для вирощування в Лісостеповій зоні, тоді як для сортів селекції МІП, ІФРіГ та ІЗ для вирощування в цій зоні здебільшого рекомендували сорти із алелем Marquis. Для озимої пшениці різних кліматичних зон спостерігали значно більше сортів із нуль-алелем гена Sr2/Lr27/Pbc, рекомендованих для вирощування в зоні Полісся, ніж не рекомендованих.

Вірогідно, виявлені закономірності свідчать про те, що для сортів селекції МІП, ІФРіГ та ІЗ наявність стійкого алельного стану гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 є фактором, що негативно впливає на рекомендації з вирощування сортів у зонах Лісостепу та Полісся. За даними за сортами селекції СГІ нуль-алель гена Sr2/Lr27/Pbc може бути фактором відбору сортів, рекомендованих для вирощування в Лісостеповій зоні, тоді як для сортів селекції МІП, ІФРіГ та ІЗ більшою є різниця між сортами із алелем Marquis, рекомендованими та не рекомендованими для вирощування в зоні Лісостепу. Для вибірки озимої пшениці нуль-алель гена Sr2/Lr27/Pbc вірогідно є фактором при рекомендаціях з вирощування сортів у зоні Полісся.

Асоціації алелів досліджених генів між собою. Виявлено асоціації між алельними станами генів Tsn1 та Tsc2 для озимих сортів селекції Лісостепу (ч2 = 6,01; p = 1,40%), озимих сортів різних кліматичних зон (ч2 = 10,05; p = 0,15%), ярих сортів різних кліматичних зон (ч2 = 11,69; p = 0,06%); генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та Tsc2 для озимих сортів селекції Лісостепу (за алелем Lr34+ ч2 = 4,17; p = 4,5%), генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та Tsn1 для озимих сортів різних кліматичних зон (за алелем Lr34- (ч2 = 3,98; p = 4,60%), генів Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та TDF_076_2D для озимих (ч2 = 7,81; p = 0,52%) і ярих (ч2 = 5,35; p = 2,07%) сортів різних кліматичних зон за алелем Lr34+; між алельними станами генів TDF_076_2D та Tsc2 для озимих сортів різних кліматичних зон (ч2 = 3,99; p = 4,60%) та загальної вибірки сортів (ч2 = 6,25; p = 1,20%); між алелями генів Sr2/Lr27/Pbc та Tsn1 для сортів селекції Лісостепу та озимих сортів різних кліматичних зон (в обох випадках ч2 = 7,99; p = 0,47%).

Для сортів селекції Лісостепу спостерігали рівні й достатньо високі частки сортів із комбінаціями алелів нечутливості генів Tsn1 та Tsc2 та комбінаціями алелів чутливості цих генів. Для сортів селекції Лісостепу також характерна висока частка сортів без алеля стійкості гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та із алелем нечутливості гена Tsc2. Крім цього рівні та високі частки сортів із алелем Marquis гена Sr2/Lr27/Pbc та алелем чутливості гена Tsn1 і нуль-алелем гена Sr2/Lr27/Pbc та алелем нечутливості - гена Tsn1.

Для вибірки озимої пшениці висока частка сортів поєднує алелі нечутливості до токсинів А та Б некротрофних грибів, частка сортів із лише алелем нечутливості до токсину Б вища, ніж частка сортів із лише алелем нечутливості до токсину А. Значна частка сортів поєднує алелі нечутливості до токсину А гена Tsn1 та нестійкості - гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1. Для озимих сортів різних зон за відсутності алеля стійкості гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 спостерігали високу частку сортів із алелем стійкості гена TDF_076_2D. Для вибірки озимої пшениці помітно висока частка сортів, що поєднують алель нечутливості гена Tsc2 та стійкості - гена TDF_076_2D.

Для ярих сортів різних кліматичних зон виявлено високу частку сортів із алелем нечутливості до токсину Б гена Tsc2 та чутливості до токсину А - гена Tsn1. Висока частка ярих сортів, мономорфних за алелем нестійкості гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, у яких виявлено алель стійкості гена TDF_076_2D.

Для загальної вибірки м'якої пшениці також спостерігали достатньо високий відсоток сортів із алелем стійкості гена TDF_076_2D та без стійкості за Lr34-типом. Найвища частка досліджених сортів м'якої пшениці української селекції поєднує алелі нечутливості до токсинів А та Б генів Tsn1 та Tsc2 Отримані закономірності можуть свідчити про позитивний спільний відбір сортів із алелями нечутливості до некротрофних фітопатогенів для сортів озимої пшениці різних кліматичних зон, натомість для сортів ярої пшениці найвищою є частка сортів з алелем нечутливості до токсину Б гена Tsc2. Ці закономірності можуть вказувати на расовий склад P. tritici-repentis як фактор такого відбору і на особливості взаємодії цього фітопатогену з рослинами пшениці залежно від типом розвитку. Співвідношення часток сортів з різними алелями генів стійкості до біотрофних та некротрофних фітопатогенів можуть свідчити про негативну коекспресію між алелем стійкості гена Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1 та алелями нечутливості до токсинів генів Tsn1 і Tsc2, алелем стійкості гена TDF_076_2D.

ВИСНОВКИ

Вперше проведено генотипування 282 сортів пшениці м'якої за допомогою молекулярних маркерів генів помірної расонеспецифічної стійкості до низки біотрофних фітопатогенів (Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Bdv1, Sr2/Lr27/Pbc), чутливості (нечутливості) до токсинів А та Б некротрофних грибів P. tritici-repentis та S. nodorum (Tsn1, Tsc2) та помірної стійкості до фузаріозу колоса (TDF_076_2D). За результатами молекулярно-генетичного аналізу проведено оцінку впливу генів стійкості на урожайність та польову стійкість пшениці м'якої. Виявлено закономірності комбінацій алелів генів стійкості та їх зв'язок із роком районування та рекомендаціями з вирощування сортів пшениці м'якої у різних кліматичних зонах України.