Идентификация генов-эффекторов Parastagonospora nodorum, P. pseudonodorum в тамбовских популяциях и генов-чувствительности к NEs у сортов и гибридных линий яровой мягкой пшеницы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum известны своей способностью производить некротрофные эффекторы, играющие важную роль в патогенности микромицетов. Штаммы грибов, охарактеризованные по наличию генов-эффекторов, будут использованы при создании искусственных инфекционных фонов для выявления источников и доноров устойчивости к листовым пятнистостям. Отобранные сорта и линии, являющиеся донорами рецессивных аллелей snn1 и snn3, контролирующих устойчивость растений к токсинам грибов PtrTox1 и PtrTox3, рекомендованы к включению в программы по селекции пшеницы на устойчивость к возбудителям септориоза.

Цель — оценка популяций грибов Parastagonospora nodorum и P. pseudonodorum в 2023 г. по наличию генов-эффекторов, а также выявление аллелей генов Snn1/snn1, Snn3/snn3, которые контролируют чувствительность или устойчивость пшеницы к токсинам PtrTox1 и PtrTox3.

Материалы и методы. С использованием молекулярных маркеров была проведена идентификация генов, кодирующих некротрофные эффекторы (NEs), у 192 изолятов гриба Parastagonospora spp., полученных с яровой мягкой и твердой пшеницы. Кроме того, материалом для исследования служили 2 сорта и 23 линии яровой мягкой пшеницы местной селекции. С помощью молекулярных маркеров Xfcp624 и Xcfd20 детектировали присутствие аллелей Snn1 и Snn3-B1, контролирующих чувствительность к токсинам грибов PtrTox1 и PtrTox3.

Результаты. С помощью молекулярного скрининга выявлены гены ToxA и Tox1 в генотипах изолятов P. pseudonodorum; Tox3 и Tox267 у изолятов P. nodorum. Установлено, что 2 сорта яровой мягкой пшеницы и 11 селекционных линий имеют рецессивный аллель snn1, защищающий от токсина PtrTox1; сорт Тамбовчанка и 2 линии несут рецессивный аллель snn3 на хромосоме B1, который придает устойчивость к токсину грибов PtrTox3.

Выводы. Ген ToxА обнаружен только среди моноконидиальных изолятов вида P. pseudonodorum, полученных из листьев яровой мягкой пшеницы сорта Лебедушка. В результате молекулярного скрининга ген Tox1 был выявлен среди 70 изолятов P. pseudonodorum. Наличие генов Tox3 и Tox267 установлено у 30 изолятов вида P. nodorum, полученных из растительных образцов яровой твердой пшеницы Донская элегия. С использованием метода ПЦР были выявлены доноры генов snn1 и snn3.

Об авторах

Юлия Витальевна Зеленева

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Автор, ответственный за переписку.
Email: zelenewa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9716-288X
SPIN-код: 5847-8222

д-р биол. наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Валентина Павловна Судникова

Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина, Среднерусский филиал

Email: sudnikova47@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5367-1340
SPIN-код: 5700-6057

канд. с.-х. наук

Россия, Тамбовская область

Иван Викторович Гусев

Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина, Среднерусский филиал

Email: tmbsnifs@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1063-4739
SPIN-код: 5986-6142
Россия, Тамбовская область

Ольга Александровна Баранова

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Email: baranova_oa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9439-2102
SPIN-код: 4868-9416

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. 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
  2. Birr T., Hasler M., Verreet J.-A., Klink H. Temporal changes in sensitivity of Zymoseptoria tritici field populations to different fungicidal modes of action // Agriculture. 2021. Vol. 11, N. 3. ID 269. doi: 10.3390/agriculture11030269
  3. Petit-Houdenot Y., Lebrun M.H., Scalliet G. Understanding plant-pathogen interactions in Septoria tritici blotch infection of cereals. В кн.: Oliver R., editor. Achieving durable disease resistance in cereals. London: Burleigh Dodds Science Publishing, 2021. P. 263–302. doi: 10.19103/AS.2021.0092.10
  4. Зеленева Ю.В., Аблова И.Б., Судникова В.П., и др. Видовой состав возбудителей септориозов пшеницы в европейской части России и идентификация генов-эффекторов SnToxA, SnTox1 и SnTox3 // Микология и фитопатология. 2022. Т. 56, № 6. С. 441–447. EDN: AEZUGR doi: 10.31857/S0026364822060113
  5. Зеленева Ю.В., Ганнибал Ф.Б., Казарцев И.А., Судникова В.П. Молекулярная идентификация, гены-эффекторы и вирулентность изолятов гриба Parastagonospora nodorum из Алтайского края (Россия) // Микология и фитопатология. 2023. Т. 57, № 5. С. 362–371. EDN: EYWBIS doi: 10.31857/S0026364823050124
  6. Zhelezova S.V., Pakholkova E.V., Veller V.E., et al. Hyperspectral non-imaging measurements and perceptron neural network for pre-harvesting assessment of damage degree caused by Septoria/Stagonospora blotch diseases of wheat // Agronomy. 2023. Vol. 13, N. 4. ID 1045. doi: 10.3390/agronomy13041045
  7. Ficke A., Cowger C., Bergstrom G., Brodal G. Understanding yield loss and pathogen biology to improve disease management: Septoria nodorum blotch — a case study in wheat // Plant Dis. 2018. Vol. 102, N. 4. P. 696–707. doi: 10.1094/PDIS-09-17-1375-FE
  8. Haugrud A.R.P., Zhang Z., Friesen T.L., Faris J.D. Genetics of resistance to Septoria nodorum blotch in wheat // Theor Appl Genet. 2022. Vol. 135, N. 11. P. 3685–3707. doi: 10.1007/s00122-022-04036-9
  9. Kariyawasam G.K., Nelson A.C., Williams S.J., et al. The necrotrophic pathogen Parastagonospora nodorum is a master manipulator of wheat defense // Mol Plant Microbe Interact. 2023. Vol. 36, N. 12. P. 764–773. doi: 10.1094/MPMI-05-23-0067-IRW
  10. McDonald M.C., Ahren D., Simpfendorfer S., et al. The discovery of the virulence gene ToxA in the wheat and barley pathogen Bipolaris sorokiniana // Mol Plant Pathol. 2018. Vol. 19, N. 2. P. 432–439. doi: 10.1111/mpp.12535
  11. Navathe S., Yadav P.S., Chand R., et al. ToxA–Tsn1 interaction for spot blotch susceptibility in Indian wheat: an example of inverse genefor-gene relationship // Plant Dis. 2020. Vol. 104, N. 1. P. 71–81. doi: 10.1094/PDIS-05-19-1066-RE
  12. Faris J.D., Friesen T.L. Plant genes hijacked by necrotrophic fungal pathogens // Curr Opin Plant Biol. 2020. Vol. 56. P. 74–80. doi: 10.1016/j.pbi.2020.04.003
  13. Friesen T.L., Faris J.D. Characterization of effector-target interactions in necrotrophic pathosystems reveals trends and variation in host manipulation // Annu Rev Phytopathol. 2021. Vol. 59. P. 77–98. doi: 10.1146/annurev-phyto-120320-012807
  14. Faris J.D., Zhang Z., Lu H., et al. A unique wheat disease resistance-like gene governs effector-triggered susceptibility to necrotrophic pathogens // PNAS USA. 2010. Vol. 107, N. 30. P. 13544–13549. doi: 10.1073/pnas.1004090107
  15. Shi G., Zhang Z., Friesen T.L., et al. The hijacking of a receptor kinase-driven pathway by a wheat fungal pathogen leads to disease // Sci Adv. 2016. Vol. 2, N. 10. ID e1600822. doi: 10.1126/sciadv.1600822
  16. Richards J.K., Kariyawasam G.K., Seneviratne S., et al. A triple threat: the Parastagonospora nodorum SnTox267 effector exploits three distinct host genetic factors to cause disease in wheat // New Phytol. 2022. Vol. 233, N. 1. P. 427–442. doi: 10.1111/nph.17601
  17. Friesen T.L., Zhang Z., Solomon P.S., et al. Characterization of the interaction of a novel Stagonospora nodorum host-selective toxin with a wheat susceptibility gene // Plant Physiol. 2008. Vol. 146, N. 2. P. 682–693. doi: 10.1104/pp.107.108761
  18. Zhang Z., Running K.L.D., Seneviratne S., et al. A protein kinase-major sperm protein gene hijacked by a necrotrophic fungal pathogen triggers disease susceptibility in wheat // Plant J. 2021. Vol. 106, N. 3. P. 720–732. doi: 10.1111/tpj.15194
  19. Abeysekara N.S., Friesen T.L., Keller B., Faris J.D. Identification and characterization of a novel host-toxin interaction in the wheat–Stagonospora nodorum pathosystem // Theor Appl Genet. 2009. Vol. 120, N. 1. P. 117–126. doi: 10.1007/s00122-009-1163-6
  20. Friesen T.L., Chu C., Xu S.S., Faris J.D. SnTox5–Snn5: a novel Stagonospora nodorum effector–wheat gene interaction and its relationship with the SnToxA–Tsn1 and SnTox3–Snn3–B1 interactions // Mol Plant Pathol. 2012. Vol. 13, N. 9. P. 1101–1109. doi: 10.1111/j.1364-3703.2012.00819.x
  21. Пыжикова Г.В., Санина А.А., Супрун Л.М., и др. Методы оценки устойчивости селекционного материала и сортов пшеницы к септориозу: методические указания. Москва: ВНИИ фитопатологии, 1989. 43 с.
  22. Коломиец Т.М., Пахолкова Е.В., Дубовая Л.П. Отбор исходного материала для создания сортов пшеницы с длительной устойчивостью к септориозу. Москва: Печатный город, 2017. 56 с.
  23. White T.J., Bruns T., Lee S., Taylor J. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. В кн.: Innis M.A., editor. PCR protocols: A guide to methods and applications. San Diego: Academic Press, 1990. P. 315–322. doi: 10.1016/B978-0-12-372180-8.50042-1
  24. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors // PNAS USA. 1977. Vol. 74, N. 12. P. 5463–5467. doi: 10.1073/pnas.74.12.5463
  25. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue // Focus. 1990. Vol. 12, N. 1. P. 13–15.
  26. Bertucci M., Brown-Guedira G., Murphy J.P., Cowger C. Genes conferring sensitivity to Stagonospora nodorum necrotrophic effectors in Stagonospora nodorum blotch-susceptible U.S. wheat cultivars // Plant Dis. 2014. Vol. 98, N. 6. P. 746–753. doi: 10.1094/PDIS-08-13-0820-RE
  27. Gao Y., Faris J.D., Liu Z., et al. Identification and characterization of the SnTox6–Snn6 interaction in the Parastagonospora nodorum — wheat pathosystem // Mol Plant Microbe Interact. 2015. Vol. 28, N. 5. P. 615–625. doi: 10.1094/MPMI-12-14-0396-R
  28. 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, N. 6. P. 694–701. doi: 10.1094/PHYTO-97-6-0694
  29. Zeleneva Y.V., Sudnikova V.P., Afanasenko O.S. Influence of agroclimatic conditions, life form, and host species on the species complex of wheat Septoria pathogens // Biol Bull. 2021. Vol. 48, N. 10. P. 1806–1812. doi: 10.1134/S1062359021100277
  30. Зеленева Ю.В., Судникова В.П., Коваленко Н.М., Гусев И.В. Устойчивость сортов и линий яровой мягкой пшеницы к возбудителям септориозной, пиренофорозной и темно-бурой пятнистостей // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023. Т. 184, № 3. С. 196–206. EDN: KZBXQQ doi: 10.30901/2227-8834-2023-3-1-11
  31. Мироненко Н.В., Коваленко Н.М., Баранова О.А. Характеристика географически отдаленных популяций Pyrenophora tritici-repentis по вирулентности и генам токсинообразования ToxA и ToxB // Вестник защиты растений. 2019. № 1. С. 24–29. EDN: ZERIBN doi: 10.31993/2308-6459-2019-1(99)-24-29
  32. Кохметова А.М., Коваленко Н.М., Кумарбаева М.Т. Структура популяции Pyrenophora tritici-repentis в Республике Казахстан и идентификация устойчивой к пиренофорозу гермоплазмы пшеницы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2020. Т. 24, № 7. С. 722–729. EDN: ADNKBJ doi: 10.18699/VJ20.666
  33. Kokhmetova A., Kumarbayeva M., Atishova M., et al. Identification of high-yielding wheat genotypes resistant to Pyrenophora tritici-repentis (tan spot) // Euphytica. 2021. Vol. 217. ID 97. doi: 10.1007/s10681-021-02822-y
  34. 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. Т. 27, № 6. С. 582–590. EDN: PJPYLM doi: 10.18699/VJGB-23-70
  35. 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, N. 3. P. 285–291. doi: 10.3103/S1068367423030114
  36. Nuzhnaya T., Veselova S., Burkhanova G., et al. novel sources of resistance to Stagonospora nodorum and role of effector-susceptibility gene interactions in wheat of Russian breeding // Int J Plant Biol. 2023. Vol. 14, N. 2. P. 377–396. doi: 10.3390/ijpb14020031

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров TA51F/TA52 R, специфичных для гена ToxА. Размер ампликона 573 п. н. М — ДНК-маркер GeneRuler 100bp (Thermo Fisher Scientific); К+ — изолят 29-21-P.n.; К– — изолят 26-21-P.n. Номера индексов соответствуют изолятам 31-23-1…12-P.ps.

Скачать (49KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox1cF/SnTox1cR, специфичных для гена Tox1. Размер ампликона 500 п. н. М — ДНК-маркер GeneRuler 100bp (Thermo Fisher scientific); К+ — изолят 32-21-P.n.; К– — изолят 29-21-P.n. Номера индексов соответствуют изолятам: 1 — 3-23-2-P.ps., 2 — 31-23-1-P.ps., 3 — 42-23-1-P.ps., 4 — 43-23-1-P.ps., 5 — 50-23-1-P.ps., 6 — 57-23-1-P.ps., 7 — 33-23-11-P.ps., 8 — 45-23-1-P.ps., 9 — 24-23-1-P.n., 10 — 34-23-1-P.ps., 11 — 41-23-1-P.ps., 12 — 44-23-1-P.ps., 13 — 46-23-1-P.ps., 14 — 55-23-1-P.ps., 15 — 61-23-1-P.ps., 16 — 63-23-1-P.ps., 17 — 64-23-1-P.ps.

Скачать (50KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox3cF/SnTox3cR, специфичных для гена Tox3. Размер ампликона 600 п. н. М — ДНК-маркер; GeneRuler 100bp (Thermo Fisher Scientific); К+ — изолят 29–21-P.n.; К– — изолят 26–21-P.n. Номера индексов соответствуют изолятам 24-23-1…10-P.n.

Скачать (55KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров SnTox2_DONR_F/SnTox2_DON_RS, специфичных для гена Tox267. Размер ампликона 2000 п. н. М — ДНК-маркер Step Long (Биолабмикс); К– — в реакционную смесь добавляли H2O. Номера индексов соответствуют изолятам 24-23-1..10-P.n.

Скачать (50KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров Xfcp624F/Xfcp624R, специфичных для гена Snn1. Размер ампликона 345 п. н. М — ДНК-маркер Thermo Scientific GeneRuler 50bp DNA Ladder; К+ — Мироновская 808 [36]; К– — в реакционную смесь добавляли H2O. Номера индексов соответствуют номерам сортообразцов в табл. 3

Скачать (77KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Электрофореграмма продуктов амплификации, полученная с помощью праймеров Xcfd20F/Xcfd20R, специфичных для гена Snn3. Размер ампликона 370, 380, 500, 700 п. н. М — ДНК-маркер Thermo Scientific GeneRuler 50bp DNA Ladder; К+ — Мироновская 808 [36]; К– — в реакционную смесь добавляли H2O. Номера индексов соответствуют номерам сортообразцов в табл. 3

Скачать (79KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».