Селекционеры Оренбургского ГАУ используют технологии ДНК-маркирования для повышения устойчивости пшеницы к местным возбудителям заболеваний.

Совершенствование основных зерновых культур степного земледелия – пшеницы и ячменя селекционными методами и создание новых, более продуктивных и с лучшим качеством продукции сортов для засушливых условий степной зоны Южного Урала, а также первичное семеноводство районированных сортов этих культур являются актуальными задачами, стоящими перед учёными Оренбургского ГАУ.

В настоящее время в Оренбургской и сопредельных областях в производстве используют такие сорта озимой пшеницы селекции ОГАУ, как Пионерская 32 (засухоустойчивый сорт) и Колос Оренбуржья (зимостойкий сорт). Новый сорт Рифей проходит государственное испытание на хозяйственную полезность. Урожайный потенциал вышеперечисленных сортов составляет 7 т/га.

Повысив засухоустойчивость и зимостойкость сортов, селекционеры ОГАУ акцентировали своё внимание на повышении устойчивости пшеницы к местным возбудителям заболеваний. Ранее эта работа была почти не осуществима из-за её трудоёмкости и продолжительности. Но с открытием в 1990-х гг. такого мощного инструмента как молекулярное маркирование (ДНК-маркирование) стало возможным вести селекцию на устойчивость к фитопатогенам. Основной принцип маркирования заключается в идентификации маркёра, который в свою очередь тесно сцеплен с геном, контролирующий нужный признак. Маркёр – это короткий участок ДНК на хромосоме, почти примыкающий к гену. Маркёр находят при помощи праймера – искусственно синтезированного участка ДНК длиной 15-30 п.н., идентичного соответствующему участку ДНК-мишени. Если последовательности нуклеотидов в праймере и маркёре совпадают, то они соединяются, результат считается положительным. Остаётся увеличить число таких соединений, чтобы они стали видимы для нашего глаза на электрофоретической гелевой пластине. Так происходит идентификация целевого гена.

Технологии ДНК-маркирования постепенно занимают ведущие позиции в селекции растений. Бурное развитие молекулярной генетики и селекции растений способствовало разработке молекулярных маркёров ко многим хозяйственно-ценным признакам как пшеницы, так и других сельскохозяйственных культур.

Использование молекулярных маркёров в селекции растений позволяет идентифицировать целевой ген и выявлять генотипы, содержащие комбинации генов, на любых стадиях развития растения (от прорастания до отмирания). Они позволяют сокращать число исследуемых образцов и время, необходимое для создания новых генотипов. Для выведения устойчивого сорта достаточно 5 лет вместо 12 с использованием традиционных методов селекции. Отсутствует необходимость проведения фенотипической оценки в полевых условиях в определённое время года в определённом регионе.

Одним из важных преимуществ молекулярного маркирования по сравнению с методами традиционной селекции является пирамидирование генов. Это процесс объединения в одном генотипе нескольких генов, контролирующих один и тот же признак.

В нашем регионе возделывания культурных растений озимая пшеница может поражаться вирусными, бактериальными, грибными болезнями. Из них экономически более значимыми являются грибные заболевания. Экологически безопасно и экономически выгодно создавать устойчивые сорта, и в частности, к бурой ржавчине – наиболее вредоносной болезни. В настоящее время установлено в мире около 80 генов устойчивости к бурой ржавчине (Lr – leaf rust). Устойчивость некоторых из них уже преодолена патогеном.

Первой задачей селекционеров ОГАУ было выявление Lr-генов, обеспечивающих защиту растений озимой пшеницы в данной эколого-географической зоне. Эта работа была проведена совместно с сотрудниками лаборатории бактериологических и молекулярно-генетических исследований на базе кафедры микробиологии и заразных болезней на наборе сортов с уже известными Lr-генами. Определены умеренно устойчивые гены – Lr19, Lr21, Lr23, Lr26, Lr38 и высоко устойчивые – Lr9, Lr28, Lr29, Lr34, Lr44, Lr46, Lr47, Lr48, Lr49.

Была начата работа по передаче эффективных в условиях данного региона генов устойчивости к бурой ржавчине в сорта мягкой озимой пшеницы селекции ОГАУ. Под контролем ДНК-маркирования проводили беккроссы с целью пирамидирования генов, т.е. объединения в одном генотипе нескольких «целевых» генов устойчивости. В результате этой работы были получены формы, устойчивые к бурой ржавчине. Особое внимание было обращено на две семьи, которые оказались без симптомов заболевания не только бурой, но и стеблевой ржавчиной, мучнистой росой.

Молекулярный анализ, применимый к этим семьям, показал, что семья Эрт-232 обладала комбинацией из 4-х идентифицированных генов: Lr46, Lr34, Lr10, Lr1. Семья Эрт-231 имела в своём генотипе три гена: Lr46, Lr34, Lr1. Для практической селекции это более ценные формы, обладающие групповой устойчивостью к местным популяциям патогенов.

Таким образом, в короткие сроки с использованием ДНК-маркёров для селекции озимой пшеницы на иммунитет был получен новый исходный материал с расширенной генетической основой устойчивости, содержащий в своём генотипе комбинацию Lr-генов. Семьи Эрт-232 и Эрт-231 переданы в селекционный питомник для размножения семян и испытания на хозяйственную полезность.

Работа выполняется в рамках темы «Исследование и разработка новых направлений и методов в селекционно-семеноводческой работе и подготовке специалистов, владеющих навыками данной работы с применением современных информационных технологий» при финансовой поддержке Минсельхоза РФ (руководитель – д.с/х.н., профессор Мордвинцев М.П.).

Управление по организации научных исследований и подготовке научных кадров