Wrocław, dnia 28 listopada 2008 r.

Transkrypt

1 Dr hab. Henryk Bujak, prof. nadzw. UP Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Katedra Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa Wrocław, dnia 28 listopada 2008 r. SPRAWOZDANIE z badań finansowanych przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi pt. Identyfikacja źródeł genetycznej odporności na mączniaka w kolekcji linii, rodów i odmian żyta za 2008 rok Mączniak prawdziwy zbóż jest jedną z najbardziej dewastacyjnych i powszechnie występujących chorób w uprawie zbóż. W niektórych latach mączniak jest groźną chorobą żyta w Polsce. Negatywny wpływ porażenia roślin przez mączniaka na plonowanie odmian jest istotny zwłaszcza dla odmian i linii o skróconym źdźble. Wraz ze skracaniem źdźbła wzrasta bowiem udział liści w ogólnym bilansie asymilacyji żyta (Bojarczuk, 1995). Spośród ośmiu rozpoznanych w populacji gatunku Blumeria graminis form specjalnych, zboża są porażane przez cztery z nich: B. graminis f. sp. hordei, B. graminis f. sp. tritici,b. graminis f. sp. secalis, B. graminis f. sp. avenae. Formy te są wyspecjalizowane do porażania odpowiednio gatunków z rodzaju: Hordeum, Triticum, Secale i Avena (Wakuliński i wsp. 2005, 2007). Regulacja odporności żyta na mączniaka nie jest tak dokładnie poznana jak u pszenicy lub jęczmienia (Rzepka-Plevnes i Bojarczuk, 1995). Jak dotąd u żyta rozpoznano osiem genów warunkujących odporność na porażenie przez mączniaka prawdziwego (Schlegel i Melez 1996). Są to Pm1(1RS), Pm2(2RL), Pm3(3RS), Pm4(5RL), Pm5(6RL). Ponadto opisano Pm6, Pm7 i Pm8, które występują odpowiednio na 3., 1. i 2. chromosomie, lecz nieznane jest ich położenie, oraz działające bardzo efektywnie i warunkujące pełną odporność żyta na wszystkie rasy fizjologiczne patogenna geny Pm17 i Pm20 (Bojarczuk, 1995; Wakuliński i wsp. 2007). Dziedziczenie się cechy odporności na mączniaka u żyta jest bardziej skomplikowane niż u innych gatunków zbóż. Wyodrębniono formy, u których stwierdzono monogeniczne 1

2 (recesywne, dominujące lub częściowo dominujące) dziedziczenie się odporności żyta na mączniaka. Ponieważ żyto uprawiane jest w Polsce ciągle na dużym areale podjęto próbę oceny odporności oraz identyfikacji źródeł genetycznej odporności na mączniaka prawdziwego w kolekcji linii, rodów i odmian żyta. Ponadto celem podjętych badań jest również wyprowadzenie form odpornych na tego patogenna i przekazanie ich do kolekcji materiałów wyjściowych. MATERIAŁ I METODY BADAŃ Materiał badawczy stanowiły przekazane przez hodowców materiały hodowlane żyta ozimego (linie, linie męskosterylne i rody) oraz odmiany wzorcowe Agrikolo, Balistic, Bosmo, Dańkowskie Diament, Fernando, Hellvus, Motto, Rostockie, Słowiańskie. Formy żyta ozimego przekazane przez: 1/ DANKO Hodowla Roślin Sp. z o. o. CHD Ma 1 CHD Ma 32 DANKO Hodowla Roślin Sp. z o.o. Oddział w Choryni LAD Ma1 LAD Ma 3 - DANKO Hodowla Roślin Sp. z o.o. Oddział w Laskach 2/ Hodowlę Roślin Smolice: rody SMH oraz HRSM 3/ Rody z doświadczeń wstępnych z Choryni, Nagradowic i Smolic. Łącznie przebadano 122 obiekty. Ocenę podatności genotypów żyta na porażenie przez Blumeria graminis przeprowadzono w doświadczeniu szklarniowym zgodnie z metodyką przedstawioną w pracy Zamorski i wsp. (1994). Posługiwano się czterostopniową skalą porażenia (0 3), gdzie 0 oznaczało brak objawów natomiast 3 bardzo silne porażenie z koloniami mączniaka zajmującymi % powierzchni blaszek liściowych. Szklarniowe doświadczenia infekcyjne przeprowadzano wykorzystując do tego celu polową populację patogena utrzymywaną na siewkach wrażliwej odmiany żyta otrzymane z Hodowli Roślin Smolice Sp. z o. o. Grupa IHAR. Inokulację przeprowadzano w fazie trzech liści metodą miotełkową. Następnie rośliny umieszczano w kamerze o wysokiej wilgotności. Stopień porażenia roślin oceniano po siedmiu dniach od inokulacji, posługując się wspomnianą skalą porażenia roślin. Otrzymane z Hodowli DANKO oraz Hodowli Smolice odporne na mączniaka formy próbowano przekrzyżować z własnymi materiałami żyta posiadanymi w kolekcji Katedry w celu otrzymania mieszańców, z których można byłoby wyprowadzić wartościowe odporne materiały wyjściowe. Jednak z powodu zbyt późnego wysiewu w szklarni nie udało się tego 2

3 wykonać, ponieważ uzyskane rośliny nie przeszły w pełni cyklu jarowizacji i w większości przypadków nie wykształciły kłosów lub wykształciły kłosy niepłodne. W bieżącym roku wysiano w polu otrzymane materiały w celu ich rozmnożenia oraz sprawdzenia odporności polowej na mączniaka oraz przeprowadzenia programu krzyżowań. Założono również pierwsze doświadczenie szklarniowe w celu oceny podatności genotypów żyta na porażenie przez Blumeria graminis. Ponadto z potencjalnie odpornych oraz podatnych form żyta ozimego na porażenie przez mączniaka prawdziwego wyizolowano DNA genomowe, które posłuży do poszukiwania markerów molekularnych odporności na tego patogenna. Do izolacji DNA genomowego żyta ozimego zastosowano metodę oczyszczania fenolem i chloroformem opracowaną przez Junghansa i Metzlaffa (1990). Metoda została sprawdzono wcześniej w badaniach prowadzonych w Katedrze i uznana za najbardziej optymalną dla materiałów żyta. Materiał do izolacji stanowiły liście siewek roślin żyta. Fragmenty liści po pobraniu zamrażane były ciekłym azotem i przechowywane w temperaturze -70 ºC. Do ekstrakcji pobrane zostały po 2 gramy liści każdej formy. Izolacja wykonywana była zgodnie z protokołami dla wybranej metody. Ocenę ilościową i jakościową wyizolowanego DNA przeprowadzono przy użyciu biofotometru firmy Eppendorff. WYNIKI BADAŃ Realizacja badań przebiegała zgodnie z harmonogramem. W przeprowadzonym teście szklarniowym oceną podatności na porażenie przez Blumeria graminis objęto ogółem 122 genotypy pochodzące z czterech stacji hodowli roślin (Choryń, Laski, Nagradowice, Smolice). Średni stopień porażenia badanych materiałów żyta był istotnie różny i wynosił od 0,3 do 2 (zgodnie z przyjętą czterostopniową skalą podaną wcześniej). Wyniki oceny badanych genotypów przedstawiono w tabeli 1. Wśród badanych materiałów można wyróżnić formy odporne na porażenie przez mączniaka, które oceniono średnio na 0,3 tzn., że w dwóch powtórzeniach nie zaobserwowano żadnych śladów porażenia, natomiast w jednym wystąpiły niewielkie jego objawy. Do genotypów odpornych można zaliczyć CHD Ma 1, CHD Ma 9, CHD Ma 19 oraz CHD Ma 24. Pozostałe badane genotypy żyta były w mniejszym stopniu odporne na porażenie przez mączniaka prawdziwego. Spośród badanych odmian użytych w doświadczeniu jako wzorce najwyższą odpornością na porażenie charakteryzowały się odmiany Hellvus, Agrikolo i Bosmo, które uzyskały oceny 1. Pozostałe odmiany charakteryzowały się mniejszą tolerancją na porażenie i ich oceny wynosiły od 1,3 do 1,7. 3

4 Jedynie odmiana mieszańcowa Balistic (ocena 2) posiadała większą warażliwość na mączniaka prawdziwego. Przeprowadzono również analizę wariancji w celu sprawdzenia istotności zróżnicowania pod względem odporności na mączniaka badanych materiałów żyta. Ocenę stopnia porażenia przeprowadzono w czterostopniowej skali bonitacyjnej, dlatego otrzymane wyniki nie spełniały warunków koniecznych do wykonania analizy wariancji. W celu uzyskania ciągłości rozkładu oraz rozkładu normalnego wyniki surowe poddano transformacji. Dopiero otrzymane po transformacji wyniki poddano obliczeniom statystycznym. Wykonana analiza wariancji pozwoliła na odrzucenie hipotezy zerowej. Stwierdzono, zatem różną podatność badanych genotypów żyta ozimego na porażenie przez mączniaka prawdziwego (tabela 2). Na podstawie średnich wartości z oceny porażenia przez mączniaka podzielono genotypy żyta na grupy jednorodne przy pomocy testu Duncana. Wyodrębnienie grup jednorodnych genotypów odbywało się na wartościach przetransponowanych, natomiast w tabeli 3 zestawiano również wartości po ponownym przejściu na skalę oceny. Przy pomocy testu Duncana genotypy podzielono na trzy zachodzące na siebie grupy jednorodne. Na wyróżnienie zasługują formy CHD Ma 1, CHD Ma 9, CHD Ma 19 oraz CHD Ma 24, które znalazły się jedynie w pierwszej grupie jednorodnej genotypów o najwyższej odporności na mączniaka prawdziwego. W grupie odmian o najsłabszej odporności znalazły się CHD 534 SMH 7272, SMH 7277 i odmiana Balistic zaliczone do trzeciej grupy jednorodnej. Wśród badanych materiałów żyta nie stwierdzono występowania form całkowicie odpornych na mącznika prawdziwego (Blumeria graminis), jednak na uwagę jako źródło odporności, które nie obniżają wartości cech użytkowych mogą być wykorzystane w programach krzyżowań formy CHD Ma 1, CHD Ma 9, CHD Ma 19 oraz CHD Ma 24. Do wprowadzania genów odporności na mączniaka można używać również dzikich gatunków żyta, takich jak Secale montanum i Secale kupiranovii. Jednak w takim przypadku należy liczyć się z przeniesieniem wielu niekorzystnych właściwości, a zwłaszcza obniżonej plenności i podatności na wyleganie, dlatego należy poszukiwać źródeł odporności w populacjach plennych i odpornych na wyleganie. Aby uzyskać postawiony w projekcie cel zamierza się, w dalszej kolejności realizacji tematu, zidentyfikować geny odporności na mączniaka prawdziwego w materiałach będących w posiadaniu Katedry i hodowców, przeprowadzić ich charakterystyki molekularne oraz spróbować opracować skuteczny system weryfikacji tych materiałów przy pomocy markerów molekularnych. 4

5 Dr hab. Henryk Bujak prof. nadzw. Arseniuk E., Oleksiak T., Strzębicka A., Reszka E., Poznań W Occurrence and relative importance of triticale diseases in Poland. 6th International Triticale Symposium. Stellenbosch, South Africa, 3 7 September 2006, Programme and Abstracts, 22 ss. Bowen K.L., Everts K.L., Leath S Reduction in yield of winter wheat in North Carolina due to powdery mildew and leaf rust. Phytopathology 81: Griffey C.A., Das M.K Inheritance of adult-plant resistance to powdery mildew in Knox 62 and Massey winter wheats. Crop Sci. 34: Imani Y., Ouassou A., Griffey C.A Review of investigations of Erysiphe graminis Dc. Ex Merat f. sp. tritici Em. Marchal population in Yugoslavia. Plant Dis. 86 (4): Leath S., Bowen K.L Effects of powdery mildew, triadimenol seed treatment and triadimefon foliar sprays on yield of winter wheat in North Carolina. Phytopathology 79: Menzies J.G., MacNeill B.H., Gang P Virulence spectrum of Erysiphe graminis f. sp. tritici in southern Ontario in 1986 and Can. J. Pl. Pathol. 11 (2): Ralski E., Woźniak-Strzębicka A Studia nad mączniakiem pszenicy (Erysiphe graminis DC. f. sp. tritici) I. Biologiczne zróżnicowanie patogena. II. Formy odporne. Biul. IHAR 3 4: Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E Rust diseases of wheat; concepts and methods of disease management. Mexico D.F., CIMMYT, 81 ss. Schlegel R., Melz G Genetic linkage map of ray (Secale cereale L.). Vortr. Pflanzenzuchtg. 35: Stojanovic S., Stojanovic J., Ognjanovic R Virulence spectrum of Erysiphe graminis f. sp. graminis in southtern Ontario in 1986 and Zaštita Bilja 41 (4): Strzębicka A Występowanie mączniaka prawdziwego (Blumeria graminis sp.) na pszenżycie w Polsce. Konferencja Naukowa Nauka dla hodowli roślin uprawnych. Zakopane, , Streszczenia, s. 42. Wakuliński W., Zamorski Cz., Nowicki B., Schollenberger M., Mirzwa-Mróz E., Mikulski W., Konieczny M Grzyb Blumeria graminis (DC) Speer poważnym zagrożeniem dla pszenżyta. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin 45: Zamorski Cz., Schollenberger M., Nowicki B The role of Triticale as host of wheat and rye pathogens. Genet. Pol. 35B:

6 Wakuliński W., Zamorski Cz., Nowicki B Podatność odmian i linii hodowlanych pszenżyta na porażenie przez Blumeria graminis (DC) Speer. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47: Bojarczuk M., Bojarczuk J Breeding of rye resistance to foungous diseases. Proc Eucarpia Meet Cereal Sect. On Rye, Svalov, Sveden., Rzepka D., Łapiński M., Bojarczuk J Odporność na mączniaka prawdziwego (Erysiphe graminis D.C. f. Sp. Secalis Marschal) mieszańców międzygatunkowych żyta. Hod. Rośl. Akl. Nas., 34, 5/6, Rzepka Plevnes D., Bojarczuk J Trwałość odporności na mączniaka prawdziwego (Erysiphe graminis D.C. f. sp. secalis Marschal) w populacjach mieszańców międzygatunkowych żyta. Hod. Rośl. Akl. Nas., 39, 6,