Идентификация патогена Pyricularia orizae Cav. и выявление эффективных генов устойчивости в рисосеющих районах Краснодарского края

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт риса», 350901, Российская Федерация, г. Краснодар, Россия

06.01.05 - Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений (сельскохозяйственные науки)

Идентификация патогена Pyricularia orizae Cav. и выявление эффективных генов устойчивости в рисосеющих районах Краснодарского края

Брагина Олеся Анатольевна канд. биол. наук

Olesya.bragina.1984@mail.ru

Оглы Андрей Михайлович научный сотрудник

ogly-a@mail.ru

Малюченко Евгения Александровна канд. биол. наук

malyuchenko.evgeniya@mail.ru

Хачмамук Пшимаф Нурбиевич к.с-х.н

89615866919@mail.ru

Аннотация

пирикуляриоз рис гриб вирулентность

В статье представлены результаты исследований по изучению внутривидовой структуры популяции возбудителя пирикуляриоза с помощью наборов сортов - тестеров Международного института риса IRRI. Дифференциация популяции гриба на сортах-тестерах является наиболее прогрессивной, так как позволяет определить генотипы вирулентности рас патогенов и идентифицировать эффективные к ним гены устойчивости растений риса. В работе изучено разнообразие возбудителя пирикуляриоза на районированных сортах риса по морфолого-культуральным признакам. В настоящее время в мире устойчивость растений риса к пирикуляриозу становится одним из важных показателей конкурентоспособности сортов. Основой для успешной селекции риса на устойчивость к пирикуляриозу является наличие исходного материала с достаточно широким спектром и высоким уровнем устойчивости. Отбор доноров устойчивости осуществляется на основе идентификации генов, контролирующих этот признак у риса

Ключевые слова: ПОПУЛЯЦИЯ, ПИРИКУЛЯРИОЗ, СОРТА-ТЕСТЕРЫ, ПАТОГЕН, РЕАКЦИЯ СОРТА, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Annotatіon

06.01.05 - Selection and seed production of agricultural plants (agricultural sciences)

Bragina Olesya Anatolievna Cand.Biol.Sci.

RSCI SPIN-code: 1661-0222

ID: 52201334808

Olesya.bragina.1984@mail.ru

Ogly Andrei Mikhailovich

Researcher

RSCI SPIN-code:7769-4334

ogly-a@mail.ru

IDENTIFICATION OF PYRICULARIAORIZA ECAV. PATHOGEN AND REVEALING EFFECTIVE RESISTANCE GENES IN RICE GROWING DISTRICTS OF THE KRASNODAR REGION

Malyuchenko Evgenia Aleksandrovna

Cand.Sci.Biol.

RSCI SPIN-code: 582-9511

malyuchenko.evgeniya@mail.ru

Khachmamuk Pshimaf Nurbievich

Cand.Agr.Sci.

RSCI SPIN-code: 4956-5597

89615866919@mail.ru

DOI: http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-154-005

Federal State Budgetary Institution "All-Russian Research Institute of Rice", Belozerny, Krasnodar, Russia

The article presents results of studies on the intraspecific structure of the population of blast causative agent using sets of tester varieties from International Rice Research Institute - IRRI. The differentiation of the fungus population on tester varieties is the most progressive, since it allows one to determine the virulence genotypes of races of pathogens and identify the resistance genes of rice plants effective for them. The work has studied the diversity of blast causative agent in released rice varieties by morphological and cultural traits. Currently, in the world, the resistance of rice plants to blast is becoming one of the important indicators of the competitiveness of varieties. The basis for the successful rice breeding for resistance to blast is the availability of source material with a fairly wide spectrum and a high level of resistance. Resistance donors are selected based on the identification of genes that control this trait in rice

Keywords: POPULATION, BLAST, TESTER VARIETIES, PATHOGEN, VARIETY REACTION, GENETIC VARIABILITY

Введение

Фитопатогенный гриб Pyricularia oryzae Cav. - гаплоидный аскомицет, утративший сумчатую стадию и осуществляющий функцию размножения и распространения в бесполой фазе - анаморфе. [2,7].

В популяциях с бесполым воспроизведением существует ограниченное число комбинации генов, благодаря чему может наблюдаться тенденция доминирования отдельных клонов. Популяции агамных видов при более или менее равномерном заселении определенной территории фактически лишены потока генов между индивидуумами. Разобщенность единого генного потока и наличие сложной генетической системы вегетативной несовместимости у грибов приводит к тому, что такие популяции фактически могут быть представлены множеством несмешивающихся друг с другом клонов. Клоны могут достигать огромной численности и занимать значительные территории вследствие чрезвычайно высоких темпов размножения и миграционных способностей. Генетическое разнообразие в таких популяциях поддерживается не за счет скрещиваний между особями, а вследствие мутаций и миграции разных клонов [6,8].

В агамных популяциях патогена возбудителя пирикуляриоза риса миграции клонов и спонтанный мутационный процесс обеспечивают значительное генотипическое разнообразие, а дрейф генов приводит к генетической дифференциации в локальных популяциях Краснодарского края. Агамные популяции P. oryzae обладают высоким уровнем генетической изменчивости [7,8].

Болезнь, вызванная Pyricularia oryzae Cavara, является одной из самых опасных заболеваний рис. Патоген образует бесцветную многоклеточную грибницу, которая распространяется по межклеточникам и тканям растений.

Конидиеносцы одиночные или собраны в пучки, оливковые или дымчатые, имеют 2-4 поперечные перегородки. Конидии одноядерные, гаплоидные, грушевидные или яйцевидные, двух-, четырех клеточные, светло-оливковые (рисунок 1).

Рис 1 Споры Pyricularia oryzae Cav.

Факторы окружающей среды оказывают существенное влияние на соотношение генотипов в популяциях. Поэтому в разных экологических зонах будут формироваться популяции с разными морфолого-культуральными признаками[1,3].

Цель исследований - Изучить патотип местной популяции возбудителя пирикуляриоза риса, определить его видовое разнообразие по морфолого - культуральным свойствам.

Объекты и методы исследования

Объекты исследования - районированные сорта риса, сорта- тестеры и гриб Pyricularia oryzae Cav..

Исследования включают следующие этапы [4,5]:

1. Получение инфекционного материала P. oryzae: маршрутное обследование производственных и селекционных посевов в рисосеющих зонах края; сбор инфицированного материала (образцов риса, пораженных болезнью).

2. Подготовка патогена для исследований: выделение гриба в чистую культуру (очистка, стабилизация); получение моноспоровых изолятов; наращивание моноспорового материала для инокуляции сортов-дифференциаторов.

3. Идентификация расового состава популяции патогена.

В течение двух (2018-2019 гг.) лет проводили исследования по выявлению эффективных генов устойчивости риса и идентификации популяции патогена P. оrizae. Место проведения опыта: РОС КФХ «Чиркова И.В.» (Красноармейский район) и РОС ООО Агрофирма «Приволье» (Славянский район).

В опыте высевали 13 сортов риса, несущих 11 генов устойчивости к патогену: Fukunishiki (Pi-z), IRB1K-KA [CO] (Pi-k)г, IRBL 1 - La (Pi-1), IRB1ta-ME [CO] (Pi-ta), IRB1ta-K1 (Pi-ta), IRBL9-W (Pi-9), IRB19-W (Pi-9), IRB1zt- Ir 56 [CO] (Pi-zt), IRB1b-B [LT] (Pi-b), IRB1z5-Ca [LT] (Pi-z5), IRBLa-Ze [LT] (Pi-а), IR65482-4-136-2-2 (Pi-40), СО39 (No R gene).

Способ посева - ручной, однорядковыми делянками площадью по 0,3 м2. Повторность - двукратная. Учет распространенности болезни проводили методом фитопатологического анализа [4].

Культуру гриба выделяли из пораженных листьев, узлов и метелок растений, собранных в течение вегетационного периода развития риса в рисосеющих районах края - Славянском, Крымском, Красноармейском, Абинском и ОПУ ВНИИ риса (Краснодар, пос. Белозерный), таблица 1.

Таблица 1 Происхождение штаммов Pyricularia oryzae Cav, используемых для наращивания спорового материала в 2018 г.

Выделяли гриб, как из зеленых, так и с гербарных образцов растений с хорошо выраженными симптомами заболевания. В чашке Петри создавали влажную камеру. Небольшие части исследуемых тканей в количестве 3-10 образцов раскладывали на дно чашки, на предметное стекло.

Для культивирования патогена использовали 2 %-ный морковно-сахарозный агар. Чашки с образцами экспонировали в термостате при температуре (27±1)0С. Наблюдение за ростом гриба начинали через 48 часов под бинокулярной лупой при 20-50-кратном увеличении. После появления спороношения конидии переносили в каплю дистиллированной воды на предметное стекло, просматривали под микроскопом при увеличении х120 и визуально определяли идентичность конидий гриба виду Р. огуzае. Затем, в стерильной камере, для получения колоний гриба, в чашки Петри со средой переносили кусочки образца диаметром 10-20 мм, наклеивая их на внутреннюю крышку чашки (рис. 1)

Рисунок 1 Выделение гриба в чистую культуру

После появления роста грибницы очищали культуру от посторонних микроорганизмов многократными пересевами на стерильную питательную среду. При достижении колоний гриба диаметра от 0,5 до 0,75 от размера чашки Петри их рассеивали. Агаровый блок помешали в центр чашки Петри с агаризованной морковной средой, ставя дату посева, и инкубируя в термостате при температуре (27±1)0С 14 суток. Сухой споровый материал получали из чистой 14-дневной культуре гриба Рyricularia огуzае, со споруляцией не ниже 20 млн. кон./ч. Петри.

Результаты и обсуждение

В результате проведенных исследований выделены и очищены 4 штамма возбудителя болезни с различной спорулирующей способностью. В таблице 2 приведены морфолого-культуральные признаки полученных штаммов (характер роста колонии, окраска верхнего мицелия и спор, окраска субстрата).

Таблица 2 Характеристика морфологических типов колоний изолятов возбудителя P.oryzae

Как видно из таблицы, штаммы возбудителя значительно отличались друг от друга по морфолого - культуральным признакам. На рисунке 2 проиллюстрированы, культуры штаммов 39 - 18 и 27 - 18, которые отличались по цвету и плотности мицелия.

А Б

Рисунок 2 Штаммы 39 - 18 (А) и 27 - 18 (Б)

Всего выделено и очищено 12 штаммов возбудителя болезни с различной спорулирующей способностью. Для дальнейшей работы стабилизировано 4 штамма Pyricularia oryzae Cav. с высокой споруляцией и различными морфолого-культуральными признаками.

Изучение внутривидовой структуры популяции возбудителя пирикуляриоза проводили на 13 сортах - дифференциаторах, в Славянском и Красноармейском районах на естественном инфекционном фоне в период интенсивного развития пирикуляриоза, (таблица 3).

В качестве контрольных сортов - индикаторов напряженности инфекционного фона взяты сорта: СО39 (не имеющий гена устойчивости), Победа-65 (неустойчивый к пирикуляриозу) и Авангард (устойчивый). Определена реакция сортов - тестеров риса по пораженности листовой пластинки согласно десятибалльной шкале Международного института риса, которая учитывает тип поражения и интенсивность развития болезни:

Все сорта-тестеры в зависимости от степени поражения условно разделяли на 4 группы: R - устойчивые (балл 0-2), M - с промежуточным типом реакции (балл 3-4), S - восприимчивые (балл 5-6), SS - сильно восприимчивые (балл 7-9).

Таблица 3 Оценка сортов - тестеров на устойчивость к популяции возбудителя пирикуляриоза риса 2018-2019 гг.

Результаты оценки устойчивости к краснодарской популяции возбудителя пирикуляриоза (Pirycularia oryzae) показали неоднозначную реакцию сортов-тестеров. В Красноармейском и Славянском районах выявлены эффективные гены устойчивости сортов риса.

Выводы

Природные изоляты P.oryzae проявили значительное разнообразие по морфологии. Было выделено четыре четко дифференцированных морфолого-культуральных типа. В Краснодарском крае возбудитель пирикуляриоза существует в виде локальных изолированных друг от друга популяций. Заметное различие по морфолого-культуральным признакам краснодарских популяций можно объяснить условиями выращивания сорта-хозяина, степенью его устойчивости в различных зонах рисосеяния края.

Выявлены эффективные гены устойчивости риса к краснодарской популяции возбудителя пирикуляриоза в Славянском (Pi-z, Pi-k, Pi-1, Pi-ta, Pi-9, Pi-40) и Красноармейском (Pi-z, Pi-k, Pi-1, Pi-ta, Pi-9, Pi-40) районах.

Список литературы

1. Брагина, О.А. Устойчивость сортов риса к Pyricularia oryzae Cav. в зависимости от условий выращивания / О.А. Брагина, М.А. Ладатко, Е.А. Малюченко // Рисоводство. - 2018. - № 4. - С. 29-32.

2. Драга, А.В. Изменчивость фитопатогенного гриба Pyricularia oryzae Cav. Сравнительное изучение нестабильности моноконидиальных изолятов / А.В., Драга В.А. Терехова, Ю.Т. Дьяков, В.Г. Джавахия // Биол. науки. - 1985. - № 5. - С. 84-89.

3. Зеленский, Г.Л. Иммунологическая защита сельскохозяйственных культур от болезней: теория и практика / Г.Л. Зеленский // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 125-летию со дня рождения Н.И. Вавилова. - Большие Вяземы, 2012. - С. - 427-440.

4. Лабораторный экспресс-метод оценки сортовой устойчивости риса к пирикуляриозу. - Большие Вяземы, ВНИИФ, 1990. - С. - 11.

5. Рекомендации по комплексной защите сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорной растительности в Краснодарском крае на 2006-2012 гг. - Краснодар, 2006. - С. 198.

6. Степанов, К.М. Грибные эпифитотии / К.М. Степанов. - М.: Сельхозиздат,1961. - 471 с.

7. Bonman, J.M. Rice Blast. / J.M. Bonman // In: Compendium of Rice Diseases. Eds. R. K. Webster and P.S. Gunnel. American Phytopathological Society Press. St. Paul, Minnesota. USA. - 1992. P. - 14-18..

8. Jia, Y. Direct interaction of resistance gene and avirulence gene productsconfers rice blast resistance / Y. Jia, S. A. McAdams, G.T. Bryan, H.P. Hershey, B. Valent // EMBO Journal, 2000. - 19. - P. - 4004-4014.

References

1. Bragina, O.A. Ustojchivost' sortov risa k Pyricularia oryzae Cav. v zavisimosti ot uslovij vyrashchivaniya / O.A. Bragina, M.A. Ladatko, E.A. Malyuchenko // Risovodstvo. - 2018. - № 4. - S. 29-32.

2. Draga, A.V. Izmenchivost' fitopatogennogo griba Pyricularia oryzae Cav. Sravnitel'noe izuchenie nestabil'nosti monokonidial'nyh izolyatov / A.V., Draga V.A. Terekhova, Yu.T. D'yakov, V.G. Dzhavahiya // Biol. nauki. - 1985. - № 5. - S. 84-89.

3. Zelenskij, G.L. Immunologicheskaya zashchita sel'skohozyajstvennyh kul'tur ot boleznej: teoriya i praktika / G.L. Zelenskij // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchennoj 125-letiyu so dnya rozhdeniya N.I. Vavilova. - Bol'shie Vyazemy, 2012. - S. - 427-440.

4. Laboratornyj ekspress-metod ocenki sortovoj ustojchivosti risa k pirikulyariozu. - Bol'shie Vyazemy, VNIIF, 1990. - S. - 11.

5. Rekomendacii po kompleksnoj zashchite sel'skohozyajstvennyh kul'tur ot vreditelej, boleznej i sornoj rastitel'nosti v Krasnodarskom krae na 2006-2012 gg. - Krasnodar, 2006. - S. 198.

6. Stepanov, K.M. Gribnye epifitotii / K.M. Stepanov. - M.: Sel'hozizdat,1961. - 471 s.

Размещено на Allbest.ru