3 передача гена устойчивости к трибенурон-метилу в
реклама
ISSN 0202-5493.МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (153–154), 2013 _____________________________________________ ________________________________________________________________________ methyl). Resistance to tribenuron-methyl in F1 and F2 in the crosses of these genetic stocks with breeding lines was controlled by one fully dominant gene. Nine donor lines with resistance to sulfonylurea herbicides were developed and works on the development of resistant analogs of six breeding lines of VNIIMK were finished. Ключевые слова: резистентность, гербицид, сульфонилмочевина, наследование, скрещивание, линия УДК 633.854.78:575 ПЕРЕДАЧА ГЕНА УСТОЙЧИВОСТИ К ТРИБЕНУРОН-МЕТИЛУ В СЕЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ПОДСОЛНЕЧНИКА ВНИИМК Я.Н. Демурин, доктор биологических наук, профессор, А.А. Пихтярѐва, кандидат биологических наук А.С. Тронин, аспирант ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, д.17 Тел.: (861) 274-55-94 Е-mail: yakdemurin@yandex.ru Интродуцированные из США источники SURES-1 и SURES-2 показали полную устойчивость к сульфонилмочевиновому гербициду пульсар (д.в. трибенурон-метил). Резистентность к трибенурон-метилу при скрещивании этих источников с селекционными линиями контролировалась в F1 и F2 одним полностью доминантным геном. Получены девять линий-доноров устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам и завершена работа по созданию трибенурон-метил устойчивых аналогов шести селекционных линий подсолнечника ВНИИМК. Introduced from the USA the genetic stocks of SURES-1 and SURES-2 showed full resistance to sulfonylurea herbicide of Pulsar (a.i. tribenuron- Поиск наследственной устойчивости к гербицидам в популяциях культурных растений и их дикорастущих сородичей привлекает внимание учѐных как с точки зрения познания генетики этого признака, так и с целью разработки инновационных агротехнологий. В настоящее время используется производственная система возделывания подсолнечника, имеющая несколько названий – ExpressSun, Экспресс или СУМО, представляющая собой комбинацию гербицида, являющегося ALS-ингибитором из группы сульфонилмочевин, и генотипов подсолнечника, устойчивых к этому гербициду [1]. Создание гербицидоустойчивых гибридов подсолнечника стало возможным после обнаружения в дикорастущих популяциях резистентных особей к трибенурон-метилу – веществу из группы сульфонилмочевиновых гербицидов. Так, 57 % из 46 природных популяций Helianthus annuus L. и трех популяций H. petiolaris Nutt., семена которых были собраны в ходе экспедиций в пяти штатах США в 2002 г., обладали устойчивыми к трибенурон-метилу особями [2]. При этом в южных регионах, где сульфонилмочевины использовались более длительное время, доля популяций с устойчивыми растениями была выше, например, в штате Канзас до 94 %. Аналогичные результаты были получены также при изучении популяционной структуры 23 образцов дикораcтущего H. annuus из коллекции, собранной в трех 3 провинциях Канады в 1994 г. и хранящихся в генбанке. Так, 52 % популяций обладали устойчивыми особями, причѐм доля устойчивых к трибенурону растений в этих популяциях в среднем составляла 3 % с максимальным лимитом до 6 % [3]. Однако шесть популяций H. petiolaris из двух провинций Канады не показали гербицидоустойчивости. Очевидно, что резистентные к трибенурону дикорастущие растения подсолнечника существовали в природе до появления производственной системы ExpressSun. Интродукция гена устойчивости к трибенурон-метилу от дикорастущего H. annuus из Канзаса в генофонд культурного подсолнечника завершилась созданием двух публичных источников этого признака [4]. SURES-1 представляет собой инбредную линию закрепитель стерильности, полученную после скрещиваний HA424/3/HA406//HA89/SU Res. wild H. annuus, а SURES-2 является линией восстановителем фертильности на основе скрещиваний RHA377/3/RHA392// RHA376/ SU Res. wild H. annuus. С молекулярно-генетической точки зрения устойчивость к сульфонилмочевинам у линий SURES представляет собой точковую мутацию в гене фермента AHAS (ALS), а именно замену С-Т в кодоне 197 [5]. Эта транзиция приводит к моноаминокислотному изменению пролин-лейцин в первичной структуре фермента, что модифицирует его конформацию и делает устойчивым к действию гербицида. С другой стороны, данных об изучении наследования признака с проведением гибридологического анализа в литературе не содержится [6]. Кроме источника SURES, устойчивость к трибенурону описана также у линии HA89 после химического мутагенеза c применением EMS. Именно последний генетический источник использован в запатентованной технологии ExpressSun [6]. В лаборатории генетики ВНИИМК работа по изучению линий SURES-1 и SURES-2 ведѐтся с 2005 г. В частности, 4 доказан негативный эффект сульфонилмочевинового гербицида Гранстар на развитие клубеньков вирулентной популяции заразихи из Ростовской области при оценке в условиях теплицы [7]. Целью нашей работы было селекционно-генетическое изучение признака устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам у подсолнечника. Для этого предполагалось оценить коллекцию линий ВНИИМК по устойчивости к трибенурон-метилу, изучить наследование этого признака, а также создать доноры и аналоги селекционных линий ВНИИМК с устойчивостью к трибенурон-метилу. Материал и методы. Исследования проведены в 2005–2012 гг. на центральной экспериментальной базе ВНИИМК, включая полевые опыты и выращивание растений в камерах фитотрона. Материалом для работы были: линия-закрепитель стерильности SURES-1 и линия-восстановитель фертильности SURES-2, созданные в США и обладающие, по литературным данным, устойчивостью к трибенуронметилу; селекционные линии ВНИИМК ВК876, ВК 680, ВК 580, ВА 93, ВА 325 и ВА 317; а также 66 семей М2 селекционных линий, полученных с использованием химического мутагенеза (НЭМ). Для оценки устойчивости подсолнечника к сульфонилмочевинам на стадии трех пар настоящих листьев проводилась обработка растений гербицидом Гранстар, СТС (д.в. трибенурон-метил, 750 г/кг, компания-производитель Du Pont) в дозировке 2Х (0,25 г/л, что соответствует около 34,6 г д.в./га или двойной рекомендуемой в производстве дозе). Опрыскивание проводили в утренние часы с помощью ранцевого пневматического опрыскивателя. Гербицид равномерно наносился на листья, включая точку роста растений. Оценка воздействия гербицида проводилась на 10-е сутки после обработки. Результаты и обсуждение. При первичном скрининге коллекции ВНИИМК в 2008 г. было изучено четыре селекционные линии, два интродуцированных ис- точника и 66 семей М2 селекционных линий. Для поиска устойчивости к трибенурон-метилу гербицидом были индивидуально обработаны около 700 растений подсолнечника. При визуальной оценке состояния растений после обработки гербицидом по шкале фитотоксичности выделялись два фенотипических класса: устойчивые – без видимых повреждений тканей растения, и погибшие – остановившиеся в росте растения с полным некрозом тканей. Образцы-источники SURES-1 и SURES-2 показали полную устойчивость к Гранстару. Все растения обычных линий ВК 876, ВК 580, ВА 93, ВА 325, а также растения семей М2 погибли в результате обработки гербицидом (табл. 1). Таблица 1 Результаты скрининга коллекции подсолнечника по устойчивости к гербициду Гранстар Таблица 2 Наследование в F1 и F2 устойчивости растений подсолнечника к гербициду Гранстар ВНИИМК, Краснодар, 2007–2008 гг. ВНИИМК, Краснодар, 2008 г. Число растений, шт. Генотип отсутствовал промежуточный фенотипический класс чувствительные (т.е. растения с различной степенью хлорозов и некрозов, а также повреждением центральной точки роста после обработки), который мог бы указывать на наличие генов-модификаторов или не доминантный тип наследования. Следовательно, характер наследования этого признака в F1 – полное доминирование устойчивости. Расщепление в популяциях F2, полученных путѐм самоопыления растений F1 по всем четырѐм комбинациям скрещиваний, также подтвердило моногенную схему наследования 3 устойчивых : 1 погибший (табл. 2). устойчивые погибшие SURES-1 34 0 SURES-2 29 0 ВК 876 ВК 580 0 0 22 34 ВА 93 ВА 325 0 0 27 36 66 семей М2 0 517 Таким образом, выявлено отсутствие мутантного гена устойчивости к сульфонилмочевинам в образцах генетической коллекции ВНИИМК. Для изучения наследования признака устойчивости к сульфонилмочевинам, были обработаны Гранстаром растения F1 и F2 по нескольким комбинациям скрещиваний (табл. 2). Гибриды F1 ВК 876 × SURES-1, ВА 93 × SURES-1, ВК5 80 × SURES-2 и ВА 325 × SURES-2, как и интродуцированные родительские формы, показали полную устойчивость к Гранстару. Кроме того, Поколение F1 F2 Комбинация скрещивания Число растений, шт. ВК 876 × SURES-1 устойчивые 41 погибшие 0 ВК 580 × SURES-2 20 0 ВА 93 × SURES-1 48 0 ВА 325 × SURES-2 ВК 876 × SURES-1 ВК 580 × SURES-2 ВА 93 × SURES-1 ВА 325 × SURES-2 13 36 30 30 29 0 11 11 7 12 χ23:1 - 0,06 * 0,07 * 0,72 * 0,39 * * – χ23:1< χ205 = 3,84 Для проверки гипотезы о полном доминировании признака устойчивости к трибенурон-метилу, была измерена высота растений родительских линий и растений F1 по двум комбинациям скрещиваний (табл. 3). Достоверное снижение высоты обработанных растений наблюдалось только у гербицидоустойчивой гомозиготной линии SURES-1 (табл. 3). Следует отметить отсутствие у этой линии погибших после обработки гербицидом растений (табл. 1). Очевидно, что такие различия в высоте растений являлись модификационными и 5 зависели от количества гербицида, попавшего на растение. Расчѐт эффекта действия гербицида показал, что в результате обработки растений линии SURES-1 гербицидом гранстар произошло снижение их высоты на 10 %. Таблица 3 Высота растений родительских линий и гибридов F1 при обработке гербицидом Гранстар ВНИИМК, Краснодар, 2008 г. Генотип SURES-1 SURES-2 ВК 876 × SURES-1 ВК 580 × SURES-2 Высота растений, см ±к контконтобраролю роль ботка 115 104 11 104 87 17 Таблица 4 Устойчивые к трибенурон-метилу аналоги селекционных линий подсолнечника ВНИИМК, Краснодар, 2012 г. Линия-реципиент гена Sur Поколение Материнские линии ВА 93 ВК 876 ВК 680 Отцовские линии ВК 580 ВА 317 ВА 325 I4BC5 I3BC5 I1ВС4 I4BC5 I2BC5 I1ВС4 НСР05 7,6 18,8 136 129 7 10,0 150 143 7 14,6 Однако в случаях с линией SURES-2 и гибридов F1 по двум комбинациям скрещиваний достоверного снижения высоты растений после их обработки гербицидом Гранстар в 2Х дозировке не произошло, что подтверждает гипотезу о полном доминировании признака устойчивости к трибенурон-метилу. Дальнейшая селекционная работа, включающая самоопыление и отбор, позволила получить к 2012 г. четыре семьи F6 линий-закрепителей стерильности и пять семей F6 линий-восстановителей фертильности. Эти новые линии являются донорами признака устойчивости к сульфонилмочевинам у подсолнечника и включены в генетическую коллекцию ВНИИМК. Более того, в настоящее время на завершающем этапе находится создание аналогов селекционных линий ЦЭБ ВНИИМК – ВК 876, ВК 680 и ВК 580, а также селекционных линий Армавирской опытной станции ВНИИМК – ВА 93, ВА 325 и ВА 317 (табл. 4). 6 Заключение. Интродуцированные источники из США SURES-1 и SURES-2 показали полную устойчивость к сульфонилмочевиновому гербициду Пульсар (д.в. трибенурон-метил). Резистентность к трибенурон-метилу в F1 и F2 при скрещивании этих источников с селекционными линиями контролировалась одним полностью доминантным геном. Получены девять линий-доноров устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам и завершена работа по созданию трибенурон-метил устойчивых аналогов шести селекционных линий подсолнечника ВНИИМК. Благодарности. Семена линий SURES-1 и SURES-2 были любезно предоставлены профессором Д. Шкоричем (Институт полевых и овощных культур, г. Нови Сад, Сербия) в 2005 г. Список литературы 1. Воронова, О. В борьбе за место под солнцем / О. Воронова // Новый аграрный журнал. – М., 2011. – Вып. № 2 (2). – С. 48–54. 2. Olson B.L.S., Al-Khatib K., Aiken R.M. 2004. Distribution of resistance to imazamox and tribenuron-methyl in native sunflower. [Электронный ресурс] http://www.sunflowernsa.com/research/resea rch-workshop/documents/158.pdf (дата обращения: 01.03.2013). ISSN 0202-5493.МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (153–154), 2013 _____________________________________________ ________________________________________________________________________ 3. Miller J.F., Seiler G.J. Tribenuron resistance in accessions of wild sunflower collected in Canada. [Электронный ресурс] www.sunflowernsa.com/research/ Proc. Sunflower Research Workshop – February, 7, 2005. 4. Miller J.F., Al-Khatib K. Registration of two oilseed sunflower genetic stocks, SURES-1 and SURES-2, resistant to tribenuron herbicide. – Сrop Science. – 2004. – V. 44. – P.1037–1038. 5. Kolkman J.M., Slabaugh M.B., Bruniard J.M., Berry S., Bushman B.S., Olungu C., Maes N., Abratti G., Zambelli A., Miller J.F., Leon A., Knapp S.J. Acetohydroxyacid synthase mutations conferring resistance to imidazolinone or sulfonylurea herbicides in sunflower // Theoretical and Applied Genetics. – 2004. – V. 109. – Р. 1147–1159. 6. Sala C.F., Bulos M., Altieri E., Ramos M.L. Genetics and breeding of herbicide tolerance in sunflower // Proc. 18th Int. Sunfl. Conf., Mar del Plata, Argentina. – 2012. – P. 75–81. 7. Демурин, Я.Н. Влияние ALSингибиторов на клубеньки заразихи у гербицидоустойчивых линий подсолнечника / Я.Н. Демурин, А.А. Перстенѐва // Масличные культуры: Науч.-тех. бюл. ВНИИМК. – Краснодар, 2011. – Вып. № 1 (146–147). – С. 134–138. 7
