СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИММУННЫХ АНАЛОГОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ СОРТА САРАТОВСКАЯ 29 С КОМПЛЕКСНОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К БОЛЕЗНЯМ Российский патент 2003 года по МПК A01H1/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и биотехнологии и может быть использовано в селекции и генетике сельскохозяйственных растений.

Засухоустойчивый сорт Саратовская 29, длительно возделываемый в разных агроклиматических зонах и широко используемый в селекции, является универсально чувствительным к грибным заболеваниям, что снижает урожай и качество зерна.

В связи с необходимостью разработки "экологичных" технологий сельскохозяйственного производства, ограничивающих распространение вредителей и болезней без применения химических средств защиты растений, стоит задача создания и пополнения банка генов устойчивости в сортах, создаваемых в селекционном процессе.

В настоящее время актуальным направлением исследований является разработка способов получения новых форм растений на основе использования генетического потенциала вида-донора, обеспечивающего устойчивость к болезням.

Новые формы растений, созданные путем реконструкции генома при переносе генов резистентности к грибным болезням (листовая и стеблевая бурая ржавчина и мучнистая роса), представляют интерес в качестве исходного материала для селекции, улучшения имеющихся сортов и как уникальные модели для изучения взаимодействия геномов и их преобразования. Главным требованием к таким линиям является их цитологическая стабильность: число хромосом (2n=42), характерное для сортов мягкой пшеницы и нормальная бивалентная конъюгация хромосом.

Известен способ получения линий мягкой пшеницы, устойчивых к болезням, заключающийся в следующем (патент РФ 2138155, кл. А 01 Н 1/ 04, опубл. 27.09.99). Коммерческие сорта мягкой яровой пшеницы (2n=42) скрещивали с дикорастущим эндемичным тетраплоидным видом Т. timopheevii (2n=28), характеризующимся комплексной устойчивостью к болезням и высоким содержанием белка в зерне. Гибриды первого поколения (F1) однократно беккросировали соответствующим исходным сортом и получали фертильные гибриды F1B1. При самоопылении этих растений возникали разнообразные формы с различным числом хромосом. В потомстве F2B1-F4B1 выделяли растения, которые содержали 42 хромосомы и характеризовались стабильным мейозом. В потомстве F5B1 - F7B1 отбирали цитологически стабильные и устойчивые к болезням растения и тестировали их методом белковых маркеров в сочетании с методом дифференциального окрашивания хромосом. Недостатком этого способа является цитологическая нестабильность гибридов F1 (2n=35) и F1В1 (2n=28-45).

Наиболее близким к заявляемому способу - прототипом, является способ создания иммунных аналогов мягкой пшеницы сорта Саратовская 29, устойчивых к бурой ржавчине (И.Г. Одинцова, Н.А. Агафонова, Р.Л. Богуславский / Сб. научных трудов по прикладной ботанике, генетике и селекции. - Л.: ВИР, 1991, т. 142, с.106-110). Донором иммунитета у этих линий служил амфидиплоид: AD Triticum dicoccum x Aegilops speltoides (2n=42). Авторы предположили, что в создании устойчивых интрогрессивных линий принимал участие только материал Ае. speltoides, поскольку коллекция Т. dicoccum не содержит иммунных форм. Недостатком прототипа является его низкая эффективность, так как способ ограничивается только получением гибридов F1 и F2 без последующего беккроссирования (ВС8-ВС9), необходимого для восстановления генотипа исходного сорта.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности способа за счет целенаправленного конструирования генетически детерминированного признака устойчивости к грибным болезням у аналогов, созданных на основе коммерческого сорта Саратовская 29.

Поставленная задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующих последовательных стадиях:
- Коммерческий сорт Саратовская 29, адаптированный к условиям возделывания, опыляют гексаплоидной синтетической пшеницей - Т. Timopheevii/ Т. tauschii (2n=42), характеризующейся комплексной устойчивостью к болезням.

- Гибриды первого поколения (F1) беккроссируют исходным сортом и получают фертильные гибриды ВС1.

- В потомстве ВС1 проводят цитологический анализ хромосомных конфигураций в M1 мейоза с целью выделения растений с числом хромосом, равным 2n=42 и стабильным мейозом. Выделенные цитологически стабильные кариотипы ВС1, устойчивые к болезням, используют в качестве родоначальных линий.

- Выполняют восемь-девять беккроссов с целью наиболее полного восстановления генотипа сорта реципиента Саратовская 29, при этом в потомстве ВС2-ВС5 отбирают устойчивые к болезням формы растений и тестируют их на содержание в их геноме генетического материала вида-донора.

Преимущественно тестирование отобранных форм мягкой пшеницы, устойчивых к болезням, проводят методом молекулярного микросателлитного анализа (SSR-маркеры).

В результате получают новые иммунные аналоги сорта Саратовская 29, характеризующиеся комплексной устойчивостью к грибным болезням.

Установлено, что гены устойчивости к листовой бурой ржавчине, привнесенные в геном мягкой пшеницы, не аллельны известным эффективным Lr генам мировой коллекции. Поскольку эти гены интенсивно используются в селекции, то созданные в заявляемом способе иммунные аналоги существенно пополняют генофонд мягкой пшеницы и могут использоваться в ряде селекционных программ в качестве донора иммунитета.

Основными определяющими отличиями предлагаемого способа от прототипа являются:
- в качестве вида-донора устойчивости к грибным болезням используют гексаплоидную синтетическую пшеницу (амфидиплоид) Т. Timopheevii / Т. tauschii (2n= 42), несущую устойчивость от двух видов и характеризующуюся комплексной устойчивостью к болезням, что позволяет получать фертильные 42-хромосомные гибриды уже в F1;
- гибриды первого поколения (F1) беккроссируют исходным сортом, что позволяет сохранить в геноме мягкой пшеницы максимально возможное количество перенесенного генетического материала донора;
- в потомстве гибридов ВС1 отбирают цитологически стабильные 42-х хромосомные формы, что позволяет снизить трудоемкость способа за счет сокращения цитологического анализа в последующих поколениях;
- в потомстве ВС2-ВС5 отбирают цитологически стабильные формы, устойчивые к болезням и для подтверждения содержания в их геноме генетического материала вида-донора, проводят тестирование растений;
- всего проводят 8-9-ти кратное беккроссирование (ВС8-ВС9) на сорт реципиент, что приводит к восстановлению генотипа исходного сорта с улучшенными свойствами, а также обеспечивает комплексную устойчивость к болезням;
- для подтверждения содержания в геномах иммунных аналогов генетического материала вида-донора проводят молекулярный анализ с помощью микросателлитных SSR-маркеров, что позволяет повысить эффективность способа и надежность отбора.

Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения.

Адаптированный к условиям возделывания коммерческий сорт Саратовская 29 (2n=42) опыляли пыльцой амфидиплоида Т. Timopheevii/ Т. tauschii (2n=42). Из полученных гибридных зерновок были выращены растения F1 с различными конфигурациями и числом хромосом от 35 до 43. После однократного беккроссирования этих растений сортом Саратовская 29 отбирали в ВС1 только цитологически стабильные формы, которые содержали 42 хромосомы и не были поражены болезнями. В потомстве ВС1-ВС5 отбирали цитологически стабильные формы, устойчивые к болезням. В течение восстановления генотипа сорта реципиента (ВС8-ВС9) вели постоянную оценку растений на устойчивость к болезням в полевых условиях. После заключительного беккросса выделенные устойчивые растения явились родоначальниками иммунных аналогов сорта Саратовская 29.

Для подтверждения содержания в геномах иммунных аналогов генетического материала вида-донора проводили молекулярный анализ с помощью микросателлитных SSR-маркеров. На его основе делали заключение о содержании в иммунных аналогах генетического материала определенных хромосом Т. timopheevii и Т. tauschii
В таблице 1 приведены данные хозяйственно-ценных признаков, связанных с качеством зерна. Из таблицы 1 видно, что иммунные аналоги, по сравнению с сортом реципиентом, характеризуются повышенными показателями качества зерна. Так, масса 1000 зерен увеличилась на 8,5%, стекловидность на 4,8%, количество клейковины на 12,7%, средний диаметр частиц муки на 2%, а удельная поверхность муки снизилась на 3,2% (чем ниже этот показатель, тем выше качество).

В таблице 2 приведены данные, характеризующие устойчивость линий ВС5, ВС8, ВС9 к бурой листовой ржавчине (Lr) и мучнистой росе (Рm). устойчивость к болезням учитывали по 4-х балльной шкале Майнса - Джексона.

Из таблицы 2 видно, что полученные линии устойчивы к наиболее распространенным болезням пшеницы - бурой ржавчине и мучнистой росе.

На чертеже представлено схематическое изображение расположения фрагментов генома Т. Timopheevii / Т. Tauschii-донора иммунных аналогов сорта Саратовская 29. Xgwm691 - Xgwm83 обозначают маркеры, принадлежащие донору.

Полученные иммунные аналоги мягкой пшеницы сорта Саратовская 29, адаптированного к условиям выращивания, являются ценным исходным материалом в качестве доноров для селекции. Эти линии имеют генетически обусловленный признак устойчивости к болезням, высокое качество зерна и могут служить моделью для молекулярно- генетических исследований при изучении экспрессии признака, перенесенного из генома одного вида в геном другого.

Изобретение предназначено для использования в области сельского хозяйства. Способ включает скрещивание коммерческого сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 с гексаплоидной синтетической пшеницей, являющейся донором иммунитета к грибным болезням. В качестве вида-донора используют амфидиплоид Т. timopheevii/ Т. Tauschii. Полученные гибриды F1 беккроссируют сортом реципиентом, в потомстве ВС1 отбирают цитологически стабильные 42-х хромосомные растения, которые устойчивы к болезням. В потомстве ВС2-ВС9 проводят отбор форм растений, устойчивых к болезням и тестируют их на содержание в их геноме генетического материала вида донора. Причем тестирование растений проводят методом молекулярного микросателлитного анализа с помощью SSR-маркеров. Изобретение позволяет повысить эффективность способа 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ создания иммунных аналогов мягкой пшеницы сорта Саратовская 29 с комплексной устойчивостью к болезням, включающий скрещивание коммерческого сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 с гексаплоидной синтетической пшеницей, являющейся донором иммунитета к грибным болезням, отличающийся тем, что в качестве вида-донора используют амфидиплоид Т. timopheevii/ Т. Tauschii, полученные гибриды F1 беккроссируют сортом реципиентом, в потомстве ВС1 отбирают цитологически стабильные 42-хромосомные растения, которые устойчивы к болезням, в потомстве ВС2-ВС9 проводят отбор форм растений, устойчивых к болезням и тестируют их на содержание в их геноме генетического материала вида донора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тестирование растений проводят методом молекулярного микросателлитного анализа с помощью SSR-маркеров.