Отправить статью по E-mail Видовой состав возбудителей септориозов зерновых культур и идентификация генов-эффекторов в популяциях Parastagonospora spp. На территории Краснодарского края и Ленинградской области РФ
- Авторы: Зеленева Ю.В.1, Аблова И.Б.2, Мохова Л.М.2
-
Учреждения:
- Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений
- Национальный центр зерна им. П. П. Лукьяненко
- Выпуск: № 3 (2024)
- Страницы: 50-55
- Раздел: Растениеводство, защита и биотехнология растений
- URL: https://journals.eco-vector.com/2500-2627/article/view/657967
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500262724030101
- EDN: https://elibrary.ru/FVDVLI
- ID: 657967
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследования проводили с целью уточнения видового состава возбудителей септориоза пшеницы и характеристики популяций Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum на наличие генов-эффекторов Tox1, Tox3, ToxA и Tox267 для создания искусственных инфекционных фонов и выявления источников и доноров устойчивости к листовым пятнистостям. Работу выполняли в условиях Краснодарского края и Ленинградской области. Материалом для исследования служили собранные в 2023 г. образцы пораженных растений. Доминировал вид Zymoseptoria tritici, обнаруженный на всех растительных образцах (встречаемость 100 %). P. nodorum и P. pseudonodorum отмечали реже. В Ленинградской области встречаемость P. nodorum составила 80 %, P. pseudonodorum – 60 %, в Краснодарском крае – 11,76 и 35,29 % соответственно. В работе впервые использовали пару праймеров SnTox2DONRF/SnTox2DONRS для тестирования российских популяций Parastagonospora spp. на наличие гена Tox267. Молекулярный скрининг выявил гены ToxA и Tox1 у P. nodorum и P. pseudonodorum, а также гены Tox3 и Tox267 только у P. nodorum. Среди изученных 28 изолятов P. nodorum наличие гена ToxA обнаружено у 29 % (8 изолятов из Краснодарского края). Ген Tox1 отмечен у 32 % (5 изолятов из Ленинградской области и 4 из Краснодарского края). Ген Tox3 идентифицирован у 64 % (8 изолятов из Краснодарского края и 10 из Ленинградской области). Ген Tox 276 удалось обнаружить только в генотипе 8 изолятов из Краснодарского края, что составило 29 % от изученных. Среди 87 изолятов P. pseudonodorum в генотипе 5 % идентифицирован ген ToxA (4 изолята из Краснодарского края) и 23 % Tox1 (17 изолятов из Ленинградской области и 3 из Краснодарского края).
Ключевые слова
Полный текст
Потери урожая сельскохозяйственных культур, вызванные микозными инфекциями, представляют серьезную угрозу для продовольственной безопасности [1]. Септориозы – распространенные во многих странах заболевания зерновых культур, вызываемые грибами отдела Ascomycota, класса Ascomycetes, подкласса Dothideomycetidae.
В последние годы в регионах России в патогенном комплексе пшеницы доминирует Zymoseptoria tritici (Desm.) Quaedvl. & Crous. Этот возбудитель, относящийся к семейству Mycosphaerellaceae, который также известен как Septoria tritici blotch (STB), вызывает септориоз листьев пшеницы, тритикале, ячменя и ржи. Преобладание Z. tritici может быть связано с различными факторами, включая изменение климатических условий, агротехники и сортового состава пшеницы [2, 3]. Z. tritici – опасный возбудитель болезни пшеницы во всех странах – производителях зерна [4, 5]. Даже при применении фунгицидов наблюдается снижение урожайности культуры на уровне 5…10 % [6].
Кроме того, на территории Российской Федерации циркулируют два вида рода Parastagonospora: P. nodorum (Berk.) Quaedvl., Verkley & Crous и P. pseudonodorum (ранее известный как P. avenae f. sp. triticea) [7, 8]. Эти возбудители септориоза листьев и колоса зерновых культур [9] относятся к семейству Phaeosphaeriaceae.
Подобно Z. tritici, P. nodorum может паразитировать не только на пшенице, но и на других растениях. P. pseudonodorum обычно обнаруживают к концу вегетационного периода на листьях, стеблях и колосках пшеницы и тритикале. Все три патогена – Z. tritici, P. nodorum и P. pseudonodorum – представляют серьезную угрозу для зерновых культур по всему миру и могут привести к значительным потерям урожая до 30…40 % [10].
P. nodorum и P. pseudonodorum – грибы, известные своей способностью производить некротрофные эффекторы (necrotrophic effectors – NEs), включая хозяин-специфичные токсины (host selective toxins – HSTs). Они играют важную роль в патогенности грибов [11, 12]. При взаимодействии с растением эти эффекторы и токсины способны вызывать некротические реакции и подавлять иммунную систему, что способствует развитию болезни.
На сегодняшний день идентифицировано девять взаимодействий токсинов P. nodorum с генами пшеницы: SnToxA – Tsn1 [13], SnTox1 – Snn1 [14], SnTox2 – Snn2 [15], SnTox3 – Snn3-B1 [16], SnTox3 – Snn3-D1 [17], SnTox4 – Snn4 [18], SnTox5 – Snn5 [19], SnTox6 – Snn6 [20] и SnTox7 – Snn7 [21]. Изначально считавшиеся разными эффекторами SnTox2, SnTox6 и SnTox7 на самом деле оказались одним и тем же белком, который обозначили как SnTox267 [22]. Показано, что некротрофные эффекторы присутствуют и у P. pseudonodorum [23].
Защита сельскохозяйственных культур от септориозных пятнистостей осуществляется главным образом с использованием генетической устойчивости хозяина и путем применения фунгицидов [4, 5]. Однако проблема септориозных пятнистостей остается актуальной из-за способности популяций грибов противостоять мерам контроля, включая развитие устойчивости к фунгицидам, преодоление устойчивости хозяина и адаптацию к изменениям климата [6].
Цель исследований – уточнение видового состава возбудителей септориоза пшеницы на территории Краснодарского края и Ленинградской области, а также характеристика популяций Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum на наличие генов-эффекторов Tox1, Tox3, ToxA и Tox267 с использованием связанных с ними молекулярных маркеров для составления селекционных программ и защитных мероприятий сельскохозяйственных растений.
Методика. Образцы пораженных растений были собраны в 2023 г. на территории Краснодарского края и Ленинградской области на полях по диагонали через равные расстояния. Они представляли собой листья пшеницы и тритикале с явными симптомами септориоза.
В 2023 г. для Ленинградской области были характерны экстремально жаркие погодные условия и недостаточное количество осадков, которые отмечали в течение всего вегетационного сезона зерновых культур (с 3 декады мая до 1 декады августа). Это привело к слабому развитию не только септориозных пятнистостей, но и всего патогенного комплекса, а также к замедленному физиологическому развитию самих зерновых культур.
В Краснодарском крае с февраля по июнь количество осадков превосходило среднемноголетнюю норму на 23…58 %. Наблюдали затяжные дожди, часто ливневого характера, что существенно обострило фитосанитарную обстановку в посевах пшеницы и тритикале по пятнистостям листьев. Массовое распространение и высокая вредоносность септориоза были обусловлены оптимальным температурным режимом на фоне избытка осадков.
Материал собирали в фазе молочно-восковой спелости растений в соответствии со шкалой Задокса (75…85). Листья с типичными признаками септориоза гербаризировали (табл. 1).
Табл. 1. Происхождение инфекционного материала
Название инфекционного образца | Происхождение инфекционного образца/ растение-хозяин, координаты размещения поля |
78-23 | Ленинградская область, Приозерский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Галина, 60°39′50.7″, 30°5′3.81″ |
79-23 | Ленинградская область, Гатчинский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Галина, 59°27′42.44″, 30°12′6.21″ |
80-23 | Ленинградская область, Гатчинский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Галина, 59°29′56.43″, 30°22′4.65″ |
81-23 | Ленинградская область, Гатчинский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Московская 56, 59°25′26.29″, 30°1′58.05″ |
82-23 | г. Санкт-Петербург, Пушкинский район / озимая тритикале (×Triticosecale Wittm. ex A. Camus) сорт Тихон, 59°44′36.37″, 30°29′54.78″ |
83-23 | Краснодарский край, Павловский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Гром, 45°58′42.74″, 39°37′33.27″ |
84-23 | Краснодарский край, Павловский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Юка, 45°58′42.74″, 39°37′33.27″ |
85-23 | Краснодарский край, Кореновский район / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Гром, 45°26′49.61″, 39°29′36.46″ |
86-23 | Краснодарский край, станица Ленинградская / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Безостая 100, 46°19′5.55″, 39°25′45.88″ |
87-23 | Краснодарский край, станица Ленинградская / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Москвич, 46°19′5.55″, 39°25′45.88″ |
88-23 | Краснодарский край, станица Ленинградская / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Гомер, 46°19′5.55″, 39°25′45.88″ |
89-23 | Краснодарский край, станица Ленинградская / озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) сорт Еланчик, 46°19′5.55″, 39°25′45.88″ |
90-23 | Краснодарский край, г. Краснодар Центральная усадьба КНИИСХ / озимая тритикале (×Triticosecale Wittm. ex A. Camus) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
91-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / озимая твердая пшеница (Triticum durum Desf.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
92-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
93-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
94-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
95-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
96-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
97-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
98-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / яровая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
99-23 | Краснодарский край, г. Краснодар / пшеница полоникум (Triticum polonicum) селекционная линия, 45°3′33.23″, 38°54′35.74″ |
После сбора, образцы листьев отправляли в лабораторию для определения видового состава возбудителей септориозных пятнистостей [24]. Грибы выделяли в чистую культуру на картофельно-глюкозный агар (КГА) и описывали их морфологические и культуральные свойства [25].
Определение видового состава возбудителей септориозных пятнистостей проводили в лабораторных условиях. Результаты диагностики видовой принадлежности возбудителя болезни к виду P. nodorum или P. pseudonodorum подтверждали методом секвенирования с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология», ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии». Всего проанализировано 115 моноконидиальных изолятов рода Parastagonospora.
Геномную ДНК грибов выделяли из чистой культуры моноконидиальных изолятов, полученной на картофельно-глюкозном агаре, стандартным СТАВ-методом [26]. Амплификацию геномной ДНК проводили в 25 мкл реакционной смеси (2 мкл геномной ДНК (25 нг), 1 мкл каждого праймера (10 pM/мкл, «Евроген», Россия), 0,5 мкл смеси dNTPs mix (10 мМ, водный раствор dCTP, dGTP, dTTP и dATP, TransGen, Китай), 0,55 мкл MgCl2 (100 мМ), 0,5 мкл BioTaq ДНК полимераза (5U, 5 ед/мкл, «Диалат Лтд.», Россия), 2,5 мкл 10×ПЦР-буфера, 17 мкл ddH2O).
Амплифицированные фрагменты разделяли методом электрофореза в 1,5 %-ном агарозном геле, в ТВЕ буфере (pH 8,2), гель окрашивали бромистым этидием. Для оценки размера фрагментов использовали два маркера молекулярного веса: Gene Ruler 100bp (Thermo Fisher scientific) и Step Long (Биолабмикс).
Скрининг изолятов рода Parastagonospora на наличие генов-эффекторов ToxA, Tox1, Tox3, Tox267 (табл. 2) осуществляли методом полимеразной цепной реакции. Всего проанализировано 115 проб ДНК.
Табл. 2. Список праймеров для ПЦР
Локус | Праймер | Последовательность 5’–3’ | Литературный источник | Размер ампликона, п.н. |
Tox1 | SnTox1cF | ATGAAGCTTACTATGGTCTTGT | [20] | 500 |
SnTox1cR | TGTGGCAGCTAACTAGCACA | |||
Tox3 | SnTox3cF | CTCGAACCACGTGGACCCGGA | 600 | |
SnTox3cR | CTCCCCTCGTGGGATTGCCCCATATG | |||
ToxA | TA51F | GCGTTCTATCCTCGTACTTC | [27] | 573 |
TA52R | GCATTCTCCAATTTTCACG | |||
Tox267 | SnTox2_DONR_F | GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAG GCTCATAATCCTAGTAAGGGATG | [22] | 2000 |
SnTox2_DON_RS | GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTG GGTCTTAGATACCGTGCCATGAGA |
Результаты и обсуждение. Вид Z. tritici обнаружен на всех изученных образцах, его присутствие в составе патогенного комплекса септориозных пятнистостей составило 100 %. Доминирование Z. tritici может быть обусловлено теплой погодой в мае и апреле, которая способствует распространению патогена. Более прохладные дни в этот период, напротив, стимулируют развитие P. nodorum и P. pseudonodorum [28].
P. nodorum и P. pseudonodorum встречались реже, чем Z. tritici. В среднем в Ленинградской области P. nodorum занимал второе место в патогенном комплексе септориозных пятнистостей зерновых культур. Его встречаемость составила 80 %. P. pseudonodorum был обнаружен в 60 % случаев.
На инфекционных образцах из Краснодарского края P. nodorum и P. pseudonodorum регистрировали значительно реже, чем на растительном материале из Ленинградской области. Второе место после Z. tritici занимал P. pseudonodorum, частота встречаемости которого составила 35,29 %. У P. nodorum величина этого показателя находилась на уровне 11,76 %.
Изоляты Z. tritici на КГА в начальной стадии развития характеризовались колониями розового или желтого цвета, внешне напоминающими бактериальные. Позже колонии становились мицелиальными, дрожжеподобными или смешанными, с различной окраской. Преобладали дрожжеподобые колонии с морфотипами I(b) – черные гофрированные или I(с) – черные гофрированные с розовой каймой. Колонии Z. tritici имели небольшие размеры (около 15 мм), характеризовались высокой спорулирующей активностью (>50 млн спор/см2).
Колонии P. nodorum отличались хорошо развитым бархатистым мицелием и большим количеством пикнид. Они имели светло-бурую центральную часть и темные края, что характеризует их как колонии смешанного типа.
Изоляты P. pseudonodorum из Ленинградской области образовывали однородные колонии серого или оливкового цвета с фенотипом д(5). Мицелий в центре колонии скудный и плотный, а количество пикнид значительно.
Колонии P. nodorum и P. pseudonodorum характеризовались высокой споруляционной активностью (>10 млн спор/см2). Их размер на КГА достигал 80…90 мм в диаметре.
Молекулярный скрининг изучаемого материала (115 ДНК-проб, полученных от 28 моноконидиальных изолятов вида P. nodorum, 87 P. pseudonodorum) позволил выявить как единичные гены, кодирующие NEs, так и их сочетания в одном генотипе (табл. 3, рис. 1…4).
Рис. 1. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с использованием праймеров TA51 F/TA52 R, специфичных для гена ToxА в изолятах Parastagonospora spp. из краснодарской популяции. Размер ампликона 573 п. н. М – ДНК маркер Gene Ruler 100bp (Thermo Fisher Scientific). Номера индексов соответствуют следующим изолятам: 1…6 – 95-23-1…6-P.ps; 7…14 – 86-23-1…8-P.n.; К+ – 29-21-P.n.; К- – 26-21-P.n.
Табл. 3. Изоляты Parastagonospora spp. с идентифицированными генами-эффекторами
Регистрационный номер | Число изолятов | Происхождение | ToxA | Tox1 | Tox3 | Tox276 |
Parastagonospora nodorum | ||||||
79-23-1…10-P.n. | 10 | Ленинградская область | - | - | + | - |
82-23-1…5-P.n. 82-23-6…10-P.n. | 10 | - | + - | - | - | |
86-23-1-P.n. 86-23-2-P.n. 86-23-3…5-P.n. 86-23-6…8-P.n. | 8 | Краснодарский край | + | - + - + | + | + |
Всего | 28 | 8 | 9 | 18 | 8 | |
Parastagonospora pseudonodorum | ||||||
78-23-1…12-P.ps. | 12 | Ленинградская область | - | + | - | - |
79-23-1-P.ps. 79-23-2…6-P.ps. | 6 | - | - + | - | - | |
90-23-1-P.ps. 90-23-2-P.ps. 90-23-3-P.ps. 90-23-4…5-P.ps. 90-23-6…15-P.ps. | 15 | Краснодарский край | - | - + - + - | - | - |
93-23-1…24-P.ps. | 24 | - | - | - | - | |
94-23-1…9-P.ps. | 9 | - | - | - | - | |
95-23-1-P.ps. 95-23-2…3-P.ps. 95-23-4…6-P.ps. | 6 | + - + | - | - | - | |
96-23-1…9-P.ps | 9 | - | - | - | - | |
97-23-1…6-P.ps. | 6 | - | - | - | - | |
Всего | 87 | 4 | 20 | 0 | 0 | |
+ – наличие гена, - – отсутствие гена.
Ген ToxА обнаружен у моноконидиальных изолятов из Краснодарского края P. nodorum (86-23-1...8-P.n.), выделенных из листьев озимой мягкой пшеницы сорта Безостая 100 и P. pseudonodorum (95-23-1-P.ps., 95-24-4…6-P.ps.) из инфекционного материала яровой мягкой пшеницы (см. рис. 1).
Ранее при анализе популяций из Тамбовской, Саратовской, Ленинградской областей и Краснодарского края было установлено, что ген ToxA преимущественно присутствует в геноме P. nodorum, реже – P. pseudonodorum [7, 29, 30]. Ген ToxA также широко распространен в российских популяциях P. tritici-repentis [30, 31].
В результате молекулярного скрининга ген Tox1 (наличие бэнда длиной 500 п. н. на электрофореграмме) был выявлен среди изолятов, выделенных из двух образцов озимой мягкой пшеницы в Ленинградской области (78-23, 79-23), одного сорта - в Краснодарском крае (86-23), двух образцов озимой тритикале (82-23 в Ленинградской области и 90-23 в Краснодарском крае) (см. рис. 2). Наличие гена выявлено у изолятов P. nodorum (82-23-1…5-P.n.), выделенных из образцов озимой тритикале в Пушкинском районе С.- Петербурга и изолятов (86-23-2-P.n., 86-23-6…8-P.n.) с озимой мягкой пшеницы сорта Безостая 100 из Краснодарского края. Наличие гена Tox1 отмечено у моноконидиальных изолятов P. pseudonodorum, выделенных из инфицированного материала озимой мягкой пшеницы сорта Галина (78-23-1…12-P.ps.) из Приозерского района Ленинградской области и с этого же сорта пшеницы (79-23-2…6-P.ps.) из Гатчинского района Ленинградской области, а также из образцов озимой тритикале из Краснодара (90-23-2-P.ps., 90-23-4…5-P.ps.).
Рис. 2. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox1cF/SnTox1cR, специфичных для гена Tox1, в изолятах Parastagonospora spp. из краснодарской и ленинградской популяций. Размер ампликона 500 п. н. М – ДНК маркер Gene Ruler 100bp (Thermo Fisher Scientific). Номера индексов соответствуют следующим изолятам: 1…12 – 78-23-1…12-P.ps.; 13…17 – 79-23-2…6-P.ps.; 18…22 – 82-23-1…5-P.n.; 23 – 90-23-2-P.ps.; 24…25 – 90–23–4…5-P.ps.; 26 – 86-23-2-P.n.; 27…29 – 86-23-6…8-P.n; К+ – 32-21-P.n.; К- – 29-21-P.n.
Ген Tox1 также обнаруживался с достаточно высокой частотой в популяциях P. nodorum и P. pseudonodorum из Тамбовской и Саратовской областей, что подтверждено предыдущими исследованиями [7, 29, 30]. Ген Tox1 играет важную роль в патогенности возбудителей и влияет на развитие симптомов болезни у растений [14, 32].
Ген Tox3 (наличие бэнда длиной 600 п. н. на электрофореграмме) выявлен среди изолятов P. nodorum, выделенных из сорта озимой мягкой пшеницы Галина из Гатчинского района Ленинградской области (79-23-1…10- P.n.), а также из озимой мягкой пшеницы Безостая 100 из Краснодарского края (86-23-1…8-P.n.) (см. рис. 3).
Рис. 3. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox3cF/SnTox3cR, специфичных для гена Tox3 в изолятах Parastagonospora nodorum из краснодарской и ленинградской популяций. Размер ампликона 600 п. н. М – ДНК маркер Gene Ruler 100bp (Thermo Fisher Scientific). Номера индексов соответствуют следующим изолятам: 1…10 – 79-23-1…10-P.n., 11…18 – 86-23-1…8-P.n. К+ – 29-21-P.n.; К- – 26-21-P.n.
Ранее было показано, что ген Tox3 присутствует в популяциях P. nodorum и P. pseudonodorum на территории России [29, 30, 33]. Однако в 18 изолятах P. pseudonodorum из Ленинградской области и 69 из Краснодарского края он не выявлен (табл. 3).
В нашей работе впервые использованы праймеры SnTox2_DONR_F/SnTox2_DON_RS, которые были разработаны для идентификации гена SnTox267 [22]. Характерные продукты амплификации размером 2000 п. н. отмечены у восьми изолятов (86-23-1…8-P.n.), выделенных из озимой мягкой пшеницы сорта Безостая 100 из Краснодарского края (см. рис. 4). У других образцов наблюдали стабильный отрицательный результат. В литературе отмечают, что этот ген имеет широкую представленность в европейских популяциях P. nodorum [22].
Рис. 4. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox2_DONR_F/ SnTox2_DON_RS, специфичных для гена Tox267 в изолятах Parastagonospora nodorum из краснодарской популяции. Размер ампликона 2000 п. н. М – ДНК маркер Step Long (Биолабмикс). Номера индексов соответствуют следующим изолятам: 1…8 – 86-23-1…8-P.n.
Изучение видового состава возбудителей септориозов зерновых культур – ключевой этап для разработки научно обоснованных селекционных программ. Анализ фитопатогенного комплекса и выявление экономически важных и потенциально опасных видов необходимо проводить ежегодно. Это позволяет прогнозировать возможные потери урожая, а также разрабатывать эффективные стратегии борьбы с инфекционными заболеваниями растений.
В системах «P. nodorum ( P. pseudonodorum) – пшеница» наблюдают взаимодействие продуктов генов вирулентности патогена (SnTox) и генов восприимчивости растения-хозяина (Snn) [34]. Доминирование восприимчивости выявлено не только для системы «P. nodorum (P. pseudonodorum) – пшеница», но и для таких патогенов, как Cochliobolus heterostrophus, Cochliobolus victoriae и Periconia circinata [35]. В связи с изложенным необходимо изучать динамику распространения генов SnTox в популяциях P. nodorum и P. pseudonodorum, а также оценивать селекционный материал на наличие генов устойчивости к некротрофным эффекторам. Эта информация может быть использована при селекции устойчивых сортов пшеницы и других культур, способных сопротивляться NEs и снижать риск развития септориозов.
Необходимо расширять изучение токсинов, образуемых грибами Parastagonospora, что поможет определить их роль в патогенности и адаптации к ним культурных растений.
Выводы. В условиях 2023 г. на территории Ленинградской области и Краснодарского края среди возбудителей септориозов на всех исследованных образцах был обнаружен Z. tritici. Реже идентифицировали P. nodorum и P. pseudonodorum . На растительном материале из Ленинградской области их встречаемость среди возбудителей септориозов составляла соответственно 80 % и 60 % случаев, из Краснодарскоко края – 11,76 % и 35,29 %.
Путем молекулярного скрининга в генотипах изученных изолятов P. nodorum и P. pseudonodorum выявлены гены ToxA и Tox1; только у изолятов P. nodorum – Tox3 и Tox267. Эти результаты подтверждают наличие токсинов у грибов, а также их значимость при взаимодействии с растениями-хозяевами.
Штаммы P. nodorum и P. pseudonodorum, охарактеризованные по наличию генов-эффекторов, будут использованы при создании искусственных инфекционных фонов для выявления источников и доноров устойчивости к септориозным пятнистостям.
Финансирование работы.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 19-76-30005. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.
Соблюдение этических стандартов.
В данной работе отсутствуют исследования человека или животных
Конфликт интересов.
Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов
Об авторах
Ю. В. Зеленева
Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений
Автор, ответственный за переписку.
Email: zelenewa@mail.ru
доктор биологических наук
Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин, ш. Подбельского, 3И. Б. Аблова
Национальный центр зерна им. П. П. Лукьяненко
Email: ablova@mail.ru
доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН
Россия, 350012, Краснодар, Центральная усадьбаЛ. М. Мохова
Национальный центр зерна им. П. П. Лукьяненко
Email: ablova@mail.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, 350012, Краснодар, Центральная усадьбаСписок литературы
- Threats to global food security from emerging fungal and oomycete crop pathogens / H. N. Fones, D. P. Bebber, T. M. Chaloner, et al. // Nat Food. 2020. Vol. 1. P. 332–342. doi: 10.1038/s43016-020-0075-0.
- Plotnikova L., Sagendykova A., Pozherukova V. The Use of Genetic Material of Tall Wheatgrass to Protect Common Wheat from Septoria Blotch in Western Siberia // Agriculture. 2023. Vol. 13. No. 1. Article 203. URL: https://www.mdpi.com/2077-0472/13/1/203 (дата обращения: 12.03.2024). doi: 10.3390/agriculture13010203.
- Характеристика перспективных сортов пшеницы (Triticum aestivum L.), допущенных к возделыванию в Нижневолжском регионе, по устойчивости к возбудителям пиренофорозной и темно-бурой пятнистости / Э. А. Конькова, С. В. Лящева, Ю. В. Зеленева и др. // Сельскохозяйственная биология. 2023. № 58 (5). С. 852–863. doi: 10.15389/agrobiology.2023.5.852rus.
- Petit-Houdenot Y., Lebrun M. H., Scalliet G. Understanding plant-pathogen interactions in Septoria tritici blotch infection of cereals // Achieving durable disease resistance in cereals. London, UK: Burleigh Dodds Science Publishing, 2021. P. 263–302. doi: 10.19103/AS.2021.0092.10.
- Temporal Changes in Sensitivity of Zymoseptoria tritici Field Populations to Different Fungicidal Modes of Action / T. Birr, M. Hasler, J.-A. Verreet, et al. // Agriculture. 2021. Vol. 11. No. 3. Article 269. URL: https://www.mdpi.com/2077-0472/11/3/269 (дата обращения: 12.03.2024). doi: 10.3390/agriculture11030269.
- 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.
- Видовой состав возбудителей септориозов пшеницы в европейской части России и идентификация генов-эффекторов SnToxA, SnTox1 и SnTox3 / Ю. В. Зеленева, И. Б. Аблова, В. П. Судникова и др. // Микология и фитопатология. 2022. № 56 (6). С. 441–447. doi: 10.31857/S0026364822060113.
- Hyperspectral Non-Imaging Measurements and Perceptron Neural Network for Pre-Harvesting Assessment of Damage Degree Caused by Septoria/Stagonospora Blotch Diseases of Wheat / S. V. Zhelezova, E. V. Pakholkova, V. E. Veller, et al. // Agronomy. 2023. Vol. 13. No. 4. Article 1045. URL: https://www.mdpi.com/2073-4395/13/4/1045 (дата обращения: 12.03.2024). doi: 10.3390/agronomy13041045.
- Genome-scale phylogenies reveal relationships among Parastagonospora species infecting domesticated and wild grasses / D. Croll, P. W. Crous, D. Pereira, et al. // Persoonia. 2021. Vol. 46. P. 116–128. doi: 10.3767/persoonia.2021.46.04.
- Understanding yield loss and pathogen biology to improve disease management: Septoria nodorum blotch – a case study in wheat / A. Ficke, C. Cowger, G. Bergstrom, et al.// Plant Disease. 2018. Vol. 102. No. 4. P. 696–707. doi: 10.1094/PDIS-09-17-1375-FE.
- Genetics of resistance to Septoria nodorum blotch in wheat / A. R. P. Haugrud, Z. Zhang, T. L. Friesen, et al. // Theoretical and Applied Genetics. 2022. Vol. 135. No. 11. P. 3685–3707. doi: 10.1007/s00122-022-04036-9.
- The Necrotrophic Pathogen Parastagonospora nodorum Is a Master Manipulator of Wheat Defense / G. K. Kariyawasam, A. C. Nelson, S. J. Williams, et al. // Mol Plant Microbe Interact. 2023. Vol. 36. No. 12. P. 764–773. doi: 10.1094/MPMI-05-23-0067-IRW.
- A unique wheat disease resistance‐like gene governs effector‐triggered susceptibility to necrotrophic pathogens / J. D. Faris, Z. Zhang, H. Lu, et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences, USA. 2010. Vol. 107. No. 30. P. 13544–13549. doi: 10.1073/pnas.1004090107.
- The hijacking of a receptor kinase‐driven pathway by a wheat fungal pathogen leads to disease / G. Shi, Z. Zhang, T. L. Friesen, et al. // Science Advances. 2016. Vol. 2. No. 10. Article e1600822. URL: https://www.science.org/ doi/10.1126/sciadv.1600822 (дата обращения: 12.03.2024). doi: 10.1126/sciadv.1600822.
- Friesen T. L., Meinhardt S. W., Faris J. D. The Stagonospora nodorum‐wheat pathosystem involves multiple proteinaceous host‐selective toxins and corresponding host sensitivity genes that interact in an inverse gene‐for‐gene manner // The Plant Journal. 2007. Vol. 51. No. 4. P. 681–692. doi: 10.1111/j.1365-313X.2007.03166.x.
- Characterization of the interaction of a novel Stagonospora nodorum host‐selective toxin with a wheat susceptibility gene / T. L. Friesen, Z. Zhang, P. S. Solomon, et al. // Plant physiology. 2008. Vol. 146. No. 2. P. 682–693. doi: 10.1104/pp.107.108761.
- A protein kinase‐major sperm protein gene hijacked by a necrotrophic fungal pathogen triggers disease susceptibility in wheat / Z. Zhang, K. L. D. Running, S. Seneviratne, et al. // The Plant Journal. 2021. Vol. 106. No. 3. P. 720–732. doi: 10.1111/tpj.15194.
- Identification and characterization of a novel host‐toxin interaction in the wheat‐Stagonospora nodorum pathosystem / N. S. Abeysekara, T. L. Friesen, B. Keller, et al. // Theoretical and Applied Genetics. 2009. Vol. 120. No. 1. P. 117–126. doi: 10.1007/s00122-009-1163-6.
- SnTox5‐Snn5: a novel Stagonospora nodorum effector‐wheat gene interaction and its relationship with the SnToxA‐Tsn1 and SnTox3‐Snn3‐B1 interactions / T. L. Friesen, C. Chu, S. S. Xu, et al. // Molecular Plant Pathology. 2012. Vol. 13. No. 9. P. 1101–1109. doi: 10.1111/j.1364-3703.2012.00819.x.
- Identification and characterization of the SnTox6‐Snn6 interaction in the Parastagonospora nodorum–wheat pathosystem / Y. Gao, J. D. Faris, Z. Liu, et al.// Molecular Plant–Microbe Interactions. 2015. Vol. 28. No. 5. P. 615–625. doi: 10.1094/MPMI-12-14-0396-R.
- The wheat Snn7 gene confers susceptibility on recognition of the Parastagonospora nodorum necrotrophic effector SnTox7 / G. Shi, T. L. Friesen, J. Saini, et al. // The Plant Genome‐US. 2015. Vol. 8. No. 2. URL: https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.3835/plantgenome2015.02.0007 (дата обращения: 12.03.2024). doi: 10.3835/plantgenome2015.02.0007.
- A triple threat: the Parastagonospora nodorum Sn Tox267 effector exploits three distinct host genetic factors to cause disease in wheat / J. K. Richards, G. K. Kariyawasam, S. Seneviratne, et al. // New Phytologist. 2022. Vol. 233. No. 1. P. 427–442. doi: 10.1111/nph.17601.
- Friesen T. L., Faris J. D. Characterization of effector–target interactions in necrotrophic pathosystems reveals trends and variation in host manipulation // Annual Review of Phytopathology. 2021. Vol. 59. P. 77–98. doi: 10.1146/annurev-phyto-120320-012807.
- Методы оценки устойчивости селекционного материала и сортов пшеницы к септориозу: метод. указ. / Г. В. Пыжикова, А. А. Санина, Л. М. Супрун и др. М.: ВНИИ фитопатологии, 1989. 43 с.
- Коломиец Т. М., Пахолкова Е. В., Дубовая Л. П. Отбор исходного материала для создания сортов пшеницы с длительной устойчивостью к септориозу (рекомендации). М.: Печатный город, 2017. 56 с.
- Doyle J. J., Doyle J. L. Isolation of plant DNA from fresh tissue // Focus. 1990. Vol. 12. No. 1. P. 13–15.
- 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. P. 694–701. doi: 10.1094/PHYTO-97-6-0694.
- Zeleneva I. V., Sudnikova V. P., Afanasenko O. S. Influence of Agroclimatic Conditions, Life Form, and Host Species on the Species Complex of Wheat Septoria Pathogens // Biology Bulletin. 2021. Vol. 48. No. 10. P. 1806–1812. doi: 10.1134/S1062359021100277.
- 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. № 27 (6). С. 582–590. doi: 10.18699/VJGB-23-70.
- 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. No. 3. P. 285–291. doi: 10.3103/S1068367423030114.
- Частота гена ToxА в популяциях Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе и северо-западе России / Н. В. Мироненко, О. А. Баранова, Н. М. Коваленко и др. // Микология и фитопатология. 2015. № 49 (5). С. 325–329.
- SnTox1, a Parastagonospora nodorum necrotrophic effector, is a dual‐function protein that facilitates infection while protecting from wheat‐produced chitinases / Z. Liu, Y. Gao, Y. M. Kim, et al.// New Phytologist. 2016. Vol. 211. No. 3. P. 1052–1064. doi: 10.1111/nph.13959.
- Молекулярная идентификация, гены-эффекторы и вирулентность изолятов гриба Parastagonospora nodorum из Алтайского края (Россия) / Ю. В. Зеленева, Ф. Б. Ганнибал, И. А. Казарцев и др. // Микология и фитопатология. 2023. № 57(5). С. 362–371. doi: 10.31857/S0026364823050124.
- The discovery of the virulence gene ToxA in the wheat and barley pathogen Bipolaris sorokiniana / M. C. McDonald, D. Ahren, S. Simpfendorfer, et al. // Molecular Plant Pathology. 2018. Vol. 19. No. 2. P. 432–439. doi: 10.1111/mpp.12535.
- ToxA–Tsn1 interaction for spot blotch susceptibility in Indian wheat: an example of inverse genefor-gene relationship / S. Navathe, P. S. Yadav, R. Chand, et al. // Plant Disease. 2020. Vol. 104. No. 1. P. 71–81. doi: 10.1094/PDIS-05-19-1066-RE.
Дополнительные файлы
