بررسی ژنتیکی مقاومت لاین‌های امیدبخش گندم نسبت به فاکتور (ژن)های بیماری‌زایی نژادهای زنگ زرد و زنگ قهوه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی پژوهش، موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 دانشیار، گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشـاورزی و منـابع طبیعـی اردبیـل، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مغان، ایران

10.22124/cr.2024.26308.1801

چکیده

مقدمه: زنگ‌ زرد (Puccinia striiformis f. sp. tritici) و زنگ قهوه‌ای (Puccinia triticina Eriks) از شایع‌ترین و خسارت‌زاترین بیماری‌های قارچی گندم در سراسر جهان می‌باشند. استفاده از مقاومت‌های ژنتیکی کارآمدترین، سالم‌ترین و اقتصادی‌ترین روش کنترل زنگ‌ها می‌باشد. اولین گام در برنامه‌های به‌نژادی گندم برای ایجاد مقاومت‌های ژنتیکی موثر (ارقام مقاوم) نسبت به بیماری‌های زنگ‌، اطلاع از ویژگی‌های نژادهای بیمارگر زنگ‌ها در مناطق مختلف و در مرحله بعد برای پیشبرد برنامه‌های به‌نژادی تولید ارقام مقاوم، شناسایی منابع مقاومت می‌باشد. هدف از این مطالعه، ارزیابی واکنش لاین‌های امیدبخش‌ گندم  نسبت به نژادهای زنگ زرد و قهوه‌ای به‌منظور شناسایی منابع مقاومت بود.

مواد و روش‌ها: به‌‌‌منظور تعیین الگوی پرآزاری عوامل بیماری‌زا روی ژن‌های مقاومت در مجموعه ارقام و لاین‌های استاندارد و افتراقی بین‌المللی مرتبط با هر یک از زنگ‌ها، پنج جدایه زنگ زرد جمع‌آوری شده از مناطق کرج، ساری، زرقان، مغان، مشهد و سه جدایه زنگ قهوه‌ای جمع‌آوری شده از مناطق گرگان، مغان و اهواز تعیین نژاد شدند. به‌منظور شناسایی منابع مقاومت نسبت به نژادهای مورد مطالعه، واکنش 23 لاین امیدبخش‌ گندم (ERWYT-N99) در مراحل گیاهچه‌ای (گلخانه زنگ موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه و نهال و بذر کرج) و گیاه بالغ (ایستگاه تحقیقاتی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اردبیل (مغان)) بررسی شد.

یافته‌های تحقیق: بر اساس نتایج تعیین نژاد جدایه‌ها، جدایه‌ زنگ زرد منطقه کرج نژاد 14E158A+, Yr27، جدایه منطقه ساری نژاد 142E158A+, Yr27، جدایه منطقه زرقان نژاد 6E134A+, Yr27، جدایه منطقه مغان نژاد 166E62A+, Yr27، جدایه منطقه مشهد نژاد 6E142A+, Yr27 و جدایه‌ زنگ قهوه‌ای منطقه گرگان نژاد FDTTS، جدایه منطقه مغان نژاد FKTTS و جدایه منطقه اهواز نژاد FJTTS نام‌گذاری شدند. ژن‌های مقاومتYr1، Yr4، Yr5، Yr10، Yr15، Yr24، YrSU، YrSP وYrCV از جمله ژن‌های مقاومت موثر نسبت به نژادهای زنگ زرد و ژن‌های مقاومت Lr1 ، Lr2a،Lr9، Lr19 و Lr28 نیز از جمله ژن‌های مقاومت موثر نسبت به نژادهای زنگ قهوه‌ای شناسایی شدند. براساس نتایج از لحاظ ژنتیکی واکنش لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ زرد و زنگ قهوه‌ای دارای تفاوت معنی‌داری بودند. نتایج واکنش مقاومت لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ زرد در هر دو مرحله گیاهچه‌ای و گیاه بالغ نشان داد که لاین‌ها در دو گروه اصلی (مقاومت و نیمه-‌مقاومت تا نیمه‌-حساسیت) قرار گرفتند. بجز لاین‌های شماره 21 و 22 (دارای واکنش نیمه مقاومت تا نیمه حساسیت) بقیه لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ زرد مقاومت قابل قبولی را نشان دادند. نتایج واکنش مقاومت لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ قهوه‌ای در هر دو مرحله گیاهچه‌ای و گیاه بالغ نیز نشان داد که لاین‌ها در سه گروه اصلی (مقاومت، نیمه‌مقاومت تا نیمه‌‌حساسیت و حساسیت) قرار گرفتند. لاین‌های شماره 1، 3، 11، 14، 21 و 22 نسبت به نژادهای زنگ قهوه‌ای مقاومت قابل قبولی را نشان دادند.

نتیجه‌گیری: ایجاد مقاومت‌های موثر و پایدار یکی از راه‌هایی است که می‌تواند منجر به تقلیل خسارت این بیماری‌ها و کاهش مصرف بی‌رویه سموم شیمیایی شود. لاین‌های جدید گندم علاوه‌ بر داشتن عملکرد بالا و ویژگی‌های زراعی مطلوب حتماً بایستی نسبت به مهم‌ترین بیماری‌های گندم (زنگ‌ها) مقاومت قابل قبولی داشته باشند تا به‌عنوان رقم تجاری معرفی شوند. در صورت نداشتن مقاومت، این لاین‌ها باید حذف شوند، زیرا در صورتی که طی فصل رشد شرایط محیطی برای فعالیت زنگ‌ها فراهم باشد، خسارت بسیار چشم‌گیر خواهد بود. از لاین‌های مقاوم شناسایی شده در این تحقیق می‌توان در برنامه‌های به‌نژادی تهیه ارقام گندم مقاوم به زنگ زرد و زنگ قهوه‌ای به‌عنوان منابع مقاومت استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Genetic investigation of the resistance of promising wheat lines to virulence factors of stripe rust and leaf rust races

نویسندگان [English]

  • Amir Kabiri 1
  • Faezeh Zaefariyan 2
  • Ali Omrani 3
1 Research Instructor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Science and Natural University, Sari, Iran
3 Research Assistant Professor, Ardabil Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Moghan, Iran
چکیده [English]

Introduction
Stripe rust (Puccinia striiformis f. sp. tritici) and leaf rust (Puccinia triticina Eriks) are among the prevalent and devastating fungal diseases of wheat worldwide. Under favorable conditions, leaf rust can reduce the yield of wheat by 50%. The major damages of wheat rust diseases are the shriveling of grains and the damage of wheat tillerings. Depending on the severity of the epidemic condition, stripe rust can reduce the yield of wheat by 10-70%. The annual damage caused by rusts to wheat crops is estimated to be up to 50 million tons (about 5 billion dollars). Genetic resistance remains the most effective, sustainable, and economical strategy for controlling wheat rusts. Other methods such as agricultural and chemical methods alone are not effective enough to manage rusts. The objective of this study was to evaluate the response of promising wheat lines to stripe and leaf rust races to identify sources of resistance.

Materials and methods
To determine the virulence factors of rust pathogens to resistance genes in international standard and differential cultivars and lines associated with each rust, five stripe rust isolates collected from the regions of Karaj, Sari, Zarqan, Moghan, and Mashhad, and three leaf rust isolates collected from the regions of Gorgan, Moghan, and Ahvaz were identified. The experiment at seedling stage employed a randomized complete block design with three replications. Each race was used separately to evaluate the differential cultivars. To identify sources of resistance to the studied stripe rust and leaf rust races, the reaction of 23 promising wheat lines (ERWYT-N99) was evaluated at the seedling stage (rusts greenhouses of Seed and Plant Improvement Institute, Karaj, Iran) and adult plant stage (research station of the Ardabil Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Moghan, Iran).

Research findings
Based on the results of race determination, the stripe rust isolate from the Karaj, Zarqan, Moghan, Mashhad and Gorgan region was identified as 14E158A+, Yr27, 142E158A+, Yr27, 6E134A+, Yr27, 166E62A+, Yr27, 6E142A+, Yr27, respectively. The leaf rust isolate from the Gorgan, Moghan and Ahvaz was identified as  FDTTS,  FKTTS and FJTTS respectively. The resistance genes Yr1, Yr4, Yr5, Yr10, Yr15, Yr24, YrSU, YrSP, and YrCV were identified as effective resistance genes against stripe rust races, and the resistance genes Lr1, Lr2a, Lr9, Lr19, and Lr28 were identified as effective resistance genes against leaf rust races. The results showed that there was a significant genetic difference in the reaction of promising wheat lines to stripe rust and leaf rust races. The results of the reaction of wheat lines to stripe rust races in both seedling and adult plant stages showed that the lines were divided into two main groups (resistant and semi-resistant to semi-susceptible). Except for lines 21 and 22 (with semi-resistant to semi-susceptible reaction), the rest of the wheat lines showed acceptable resistance to stripe rust races. The results of the reaction of promising wheat lines to leaf rust races in both seedling and adult plant stages also showed that the lines were divided into three main groups (resistant, semi-resistant to semi-susceptible, and susceptible). Lines 1, 3, 11, 14, 21, and 22 showed acceptable resistance to leaf rust races.

Discussion
Developing durable and effective resistance is a crucial strategy for mitigating the detrimental effects of wheat diseases and curtailing the excessive reliance on chemical pesticides.In addition to exhibiting high yield potential and desirable agronomic traits, newly developed wheat lines must harbor an acceptable level of resistance to the most prevalent wheat diseases, particularly rusts, to qualify for commercialization. The presence of rust pathogens poses a significant threat during the growing season. If environmental conditions favor their pathogenicity, the damage inflicted can be substantial, warranting the development of robust resistant varieties. The resistant lines identified in this study can be used as sources of resistance in breeding programs to develop wheat varieties resistant to stripe rust and leaf rust diseases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Puccinia striiformis f. sp. tritici
  • Puccinia triticina Eriks
  • Resistance genes
  • Virulence