Wykorzystanie w hodowli jęczmienia źródeł odporności na mączniaka prawdziwego i rdzę karłową

Transkrypt

1 Wykorzystanie w hodowli jęczmienia źródeł odporności na mączniaka prawdziwego i rdzę karłową Jerzy H. Czembor, Aleksandra Pietrusińska, Urszula Piechota, Kinga Smolińska Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych - KCRZG, Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin - PGiOR, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin Państwowy Instytut Badawczy IHAR-PIB, Radzików.

2 Badania dot. odporności jęczmienia na patogeny grzybowe. 1. Badanie struktury patogeniczności populacji Blumeria graminis f.sp. hordei, Puccinia hordei, Pyrenophora teres, Rhynchosporium secalis 2. Poszukiwanie w odmianach miejscowych i formach dzikich jęczmienia źródeł odporności na patogeny, selekcja linii odpornych wraz z określeniem genetycznego uwarunkowania ich odporności 3. Sukcesywne badanie odporności na patogeny odmian jęczmienia jarego i ozimego przyjętych do badań rejestrowych w Polsce Lista Odmian Roślin Rolniczych COBORU 4. Zastosowanie markerów molekularnych do identyfikacji genów odporności na Blumeria graminis f.sp. hordei 5. Wprowadzanie efektywnych genów odporności na Blumeria gramins f.sp. hordei, Puccinia hordei do odmian o wysokiej wartości gospodarczej i dobrze przystosowanych do polskich warunków przyrodniczych z wykorzystaniem markerów molekularnych

3 Od 1997 roku prowadzone są badanie struktury populacji B. graminis f.sp. hordei w ramach tematu statutowego IHAR nr Poznanie potencjału chorobotwórczego najważniejszych patogenów jęczmienia i wykorzystanie odporności genetycznej w ich zwalczaniu W ramach tego tematu wykonywano również badania w zadaniu 2 Identyfikacja genów odporności na grzyba B. graminis f.sp. hordei w odmianach miejscowych jęczmienia. Próbki odmian miejscowych otrzymano głównie z: (1) National Small Grains Collection, USDA - ARS, Aberdeen, USA, (2) Australian Winter Cereals Collection, Tamworth, Australia, (3) The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Gatersleben, Niemcy oraz z (4) International Center for Agricultural research in the Dry Areas ICARDA, Aleppo, Syria. Wykorzystywano kolekcję izolatów mączniaka właściwego (B. graminis f.sp. hordei) otrzymanych z - Eidgenossische Technische Hochschule - ETH Zurich, - Riso National Laboratory, Roskilde, Dania, - Danish Institute for Plant and Soil Science, Lyngby, Dania oraz z - kolekcji własnej utrzymywanej w IHAR w Radzikowie. Określone w ten sposób nowe, efektywne źródła odporności na mączniaka mogły być następnie wykorzystane w programach hodowli odpornościowej jęczmienia.

4 DLACZEGO - Jęczmień??? Jęczmień (Hordeum vulgare L.) jest czwartą pod względem ważności rośliną zbożową po kukurydzy, pszenicy i ryżu. W krajach Unii Europejskiej jęczmień zajmuje wśród roślin zbożowych drugie miejsce (ok. 32%), po pszenicy, pod względem powierzchni uprawy. Ponad połowa światowej produkcji jęczmienia przeznaczona jest na cele paszowe. Jednak większe znaczenie ekonomiczne ma produkcja jęczmienia na cele przemysłowe. Należą do nich produkcja: piwa, whisky, kaszy, namiastek kawowych i chleba. W Polsce areał uprawy jęczmienia jarego wynosi ok. 1mln ha (GUS 2016) Jęczmień jary poniżej 850 tys. ha, a jęczmienia ozimego powyżej 150 tys. ha.

5 DLACZEGO - poszukujemy nowych genów odporności??? Dwoma podstawowymi metodami ochrony jęczmienia przed patogenami są: - stosowanie fungicydów - oraz uprawa odmian odpornych. - razem Integrowana Ochrona Roślin HISTORIA Pierwszy gen odporności jęczmienia na B. graminis f.sp. hordei został zidentyfikowany w wyniku odpowiednich krzyżowan w 1907 roku przez Biffena. Obecnie jest opisanych ponad 130 alleli warunkujących odporność jęczmienia na mączniaka. Hodowla odpornościowa jęczmienia rozpoczęła się w roku 1929 w Niemczech (Honecker) - wprowadzenie genu Mlh (Morawska odmiana miejscowa Hanna). W ciągu ostatnich 70 lat około 41 genów odporności było użytych w hodowli jęczmienia (głównie geny Mla6, Mla7, Mla9, mla12, Mla13, Mlk, Mlg, MlLa, Mlh, Mlra i mlo).

6 Odporność jęczmienia na B. graminis f.sp. hordei warunkowana pojedynczymi genami odporności jest szybko przełamywana przez patogena (średnio ok. 5-7 lat w Europie Środkowej). Gacek E Studia nad sposobami wykorzystania odporności genetycznej jęczmienia w zwalczaniu mączniaka prawdziwego (Erysiphe graminis DC. f. sp. Hordei Marchal.) Hod. Rośl. Aklim. Nas. 34 (5/6):3-49 (Praca habilitacyjna)

7 The boom-and-bust cycle EC Stakman 1957

8 Dlaczego - odmiany miejscowe jęczmienia??? Zgodnie z koncepcją równoległej ewolucji roślin żywicielskich i patogenów można przyjąć, że genetyczne zróżnicowanie populacji odmian miejscowych jęczmienia jest równe genetycznemu zróżnicowaniu populacji mączniaka prawdziwego i rdzy karłowej. Biorąc to pod uwagę odmiany miejscowe jęczmienia pochodzące z Bliskiego Wschodu mogą być źródłem efektywnych genów odporności na mączniaka.

9 On the Origin and Domestication History of Barley (Hordeum vulgare) Mol Biol Evol. 2000;17(4): Wiele badań wykazało, że na terenach Bliskiego Wschodu (tzw. Żyzny Półksiężyc) jęczmień był powszechnie uprawiany już 7 tysięcy lat temu (kultura Natufijska pne.). Formy jęczmienia pochodzące z tych terenów są bardzo zróżnicowane genetycznie.

10 PULE GENOWYCH JĘCZMIENIA UPRAWNEGO Koncepcja pul genowych, której twórcą jest Harlan i de Wet (1971) w sposób prosty i powszechnie akceptowany oddaje stopień pokrewieństwa gatunków z rodzaju Hordeum do H. sativum Bothmer i in. 2003

11 Pula genowa I -go rzędu - odmiany uprawne (w tym odmiany miejscowe) - rody hodowlane H. vulgare ssp. spontaneum przodek jęczmienia uprawnego, Obecnośc tych form w tej puli spowodowane jest możliwością swobodnego krzyżowania tych form. W związku z tym H. spontaneum bez większych problemów może być źródłem nowych genów w hodowli jęczmienia. Głównymi problemami w użyciu H. spontaneum w hodowli jęczmienia jest obecność w nim kilku niepożądanych cech takich jak: osypywanie się nasion, obecność łamliwej osadki kłosowej, pomarszczone nasiona, sztywne ości, nierównomierne dojrzewanie, duże zróżnicowanie w wymaganiach jarowizacyjnych. Obecność tych cech - powoduje konieczność selekcji lub zastosowania krzyżowań wypierających zanim forma pochodząca ze skrzyżowania H. vulgare x H. spontaneum zostanie włączona do programu hodowlanego. Hodowców szczególnie interesuje przeniesienie do H. vulgare z H. spontaneum genów warunkujących odporność na choroby (Fischbeck i in., 1976; Moseman i in., 1983; Lehman i Bothmer, 1988).

12 ODPORNOŚĆ NA MĄCZNIAKA Przykład badań

13 Materiał roślinny MATERIAŁY I METODY Badano 908 odmian miejscowych. Próbki nasion zostały zebrane podczas 14 ekspedycji na Bliskim Wschodzie i Północnej Afryce w latach Pochodzenie oraz liczba badanych odmian miejscowych. Pochodzenie Liczba odmian miejscowych % Jordania Egipt Libia Tunezja Algieria Maroko

14 Patogen Użyto 20 izolatów różnicujących B. graminis f. sp. hordei. Izolaty te pochodziły z kolekcji Riso National Laboratory, Roskilde, Dania; Danish Institute for Plant Science, Lyngby, Dania; ETH, Zurych, Szwajcaria oraz z kolekcji IHAR - Radzików. Wybrano je ze względu na ich różnice w wirulencji w stosunku do 25 izolinii Pallas i 6 dodatkowych odmian różnicujących.

15 Wirulencja 20 różnicujących izolatów B. graminis f. sp. hordei w stosunku do izolinii Pallas i 6 odmian Izolates Pallas isolines and cultivars Gene Pallas Mla P1 Mla P2 Mla P3 Mla6, Mla P4A Mla7, Mlk, +? P4B Mla7, +? P6 Mla7, MlLG P7 Mla9, Mlk P8A Mla9, Mlk P8B Mla P9 Mla10, MlDu P10 Mla P11 Mla13, MlRu P12 Mla P13 Mla P14 Mlra P15 Ml(Ru2) P17 Mlk P18 Mlnn P19 Mlp P20 Mlat P21 Mlg, Ml(CP) P22 mlo5 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 3 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) 0(4) P23 Ml(La) P24 Mlh Benedicte Mla9,Ml(IM9) Lenka Mla13,Ml(Ab) Steffi Ml(St1), Ml(St2) Kredit Ml(Kr) Jarek Ml(Kr), +? Borwina Ml(Bw) Manchuria

16 Testowanie odporności Doświadczenie przeprowadzono w szklarni IHAR. Rośliny rosły w temperaturze o C, przy 16 h oświetleniu. Siewki w stadium wyrośniętego pierwszego liścia zakażano przez potrząsanie nad nimi roślinami silnie porażonymi przez wybrany izolat. Oceniano odporność około 30 roślin z każdej odmiany miejscowej na zakażenie izolatem 33 (izolat najmniej wirulentny, pozwalający na ekspresję wielu liczby genów odporności). Z odmian miejscowych wykazujących odporność (ok. 15%) na izolat 33 wyselekcjonowano 1 5 roślin odpornych (337 linii z 137 odmian). Utworzone w ten sposób linie z odmian miejscowych po rozmnożeniu były przetestowane izolatami różnicującymi B. graminis f. sp. hordei.

17 Wyselekcjonowane linie odmian miejscowych odporne na zakazenie izolatem 33 B. graminis f.sp. hordei - rozmnażane w szklarni IHAR RADZIKÓW.

18 Ocena odporności Odporność każdej odmiany oceniano 8-10 dni po inokulacji. Do oceny użyto sześciostopniowej skali 0 4. Tabela 3. Skala reakcji odpornościowych jęczmienia na zakażenie B. graminis f. sp. hordei. Typ infekcji 0 0(4) Objawy chorobowe Brak widocznych objawów (immunia). Pojedyncze, małe kolonie grzyba powstające w wyniku infekcji komórek przyszparkowych. 1 Niewielkie nekrozy, brak grzybni (nadwrażliwość). 2 Liczne chlorozy lub/i nekrozy. Obecność grzybni, brak zarodnikowania. 3 Średniej wielkości kolonie grzyba, niewielkie zarodnikowanie. Możliwe występowanie chloroz. 4 Obecność dobrze rozwiniętych kolonii grzyba, obfite zarodnikowanie.

19 Postulowanie genów odporności na mączniaka Taka sama reakcja odpornościowa badanej odmiany na zakażenie określonym izolatem jak reakcja odpornościowa linii lub odmiany w zestawie różnicującym posiadającej określony gen - pozwalała na stwierdzenie obecności tego genu w badanej odmianie (analiza fenotypowa - teoria gen na gen ).

20 WYNIKI Pochodzenie i liczba odmian miejscowych wykazujących odporność na zakażenie izolatem 33. Pochodzenie Liczba odmian miejscowych % odmian miejscowych odpornych Jordania Egipt Libia Tunezja Algieria Maroko

21 Liczba linii posiadających określone geny odporności oraz ich pochodzenie. Pochodzenie Mla1 Mla3 Mla7 Mla6, Mla14 Mla22 Mla23 Mlp Mlk Mlat mlo? Jordania Egipt Libia Tunezja 1 Algieria 1 4 Maroko

22 Pochodzenie i liczba wyselekcjonowanych linii odpornych na zakażenie izolatem 33 i na wszystkie pozostałe izolaty różnicujące. Pochodzenie Liczba linii odpornych na zakażenie izolatem 33 Liczba linii odpornych na zakażenie wszystkimi użytymi izolatami % linii odpornych na zakażenie wszystkimi użytymi izolatami Jordania Egipt Libia Tunezja Algiera Maroko

23 WNIOSKI Uzyskane wyniki potwierdziły, że odmiany miejscowe jęczmienia posiadają geny odporności na mączniaka różne od genów obecnych w odmianach współczesnych. Zidentyfikowano 45 linii posiadających odporność na wszystkie użyte izolaty mączniaka. Linie te mogą zostać wykorzystane w programach hodowlanych jako nowe źródła odporności. Znalezienie odporności Mlo w odmianie miejscowej 995 pochodzącej z Libii (Al Aziziyah region, Tripolitania, 1982) jest pierwszym doniesieniem mówiącym o obecności tej odporności w odmianie miejcowej pochodzącej z innego kraju niż Etiopia. Odporność Mlo jest najbardziej efektywną odpornością na mączniaka w całej Europie (brak jest izolatów B. graminis f.sp. hordei wirulentnych w stosunku do genu mlo). Najczęściej występującym specyficznym genem odporności był gen Mlat. Obecność jego postulowano w 119 (36.4%) badanych liniach. W 184 (56.3%) badanych liniach nie było możliwe postulowanie obecności znanego specyficznego genu odporności.

24 ODPORNOŚĆ MLO Czembor J.H., Czembor E Odporność Mlo jęczmienia na mączniaka prawdziwego (Blumeria graminis f.sp. hordei). Część I. Genetyka, fenotyp, mechanism i badania molekularne. Biuletyn IHAR 230: Czembor J.H., Czembor E Odporność Mlo jęczmienia na mączniaka prawdziwego (Blumeria graminis f.sp. hordei). Część II. Źródła odporności i ich wykorzystanie w hodowli jęczmienia. Biuletyn IHAR 230: Czembor J.H., Czembor E Odporność Mlo jęczmienia na mączniaka prawdziwego (Blumeria graminis f.sp. hordei). Część III. Trwałość odporności. Biuletyn IHAR 230: FENOTYP * Odporność Mlo charakteryzuje się głównie obecnością pojedynczych, stosunkowo małych kolonii grzyba. * Kolonie te rozwijają się prawie wyłącznie w wyniku infekcji komórek przyszparkowych. * Tego rodzaju reakcję dpornościową oznaczono przez 0(4). Fot. Ralph Panstruga

25 * Mutanty ŹRÓDŁA ODPORNOŚCI MLO * Pierwszym mutantem w którym wykazano obecność odporności Mlo był Mutant 66 (M66). Mutant ten otrzymano w wyniku działania promieni X na materiał roślinny niemieckiej odmiany Haisa i opisano go w 1942 roku przez Freislebena i Leina. * Do chwili obecnej otrzymano ponad 160 mutntów z genami mlo. Odmiana wyjściowa Mutant Kraj Rok Mutagen Allel Haisa M66 Niemcy 1942 promieniowanie X mlo1 Volkorn H3502 Austria 1953 promieniowanie X mlo2 Malteria Heda MC20 Argentyna 1960 promieniowanie γ mlo3 Foma SR1 Szwecja 1961 promieniowanie X mlo4 Carlsberg II R5678 Dania 1963 EMS mlo5 Carlsberg II R6018 Dania 1963 EMS mlo6 Carlsberg II R7085 Dania 1963 EMS mlo7 Carlsberg II R7372 Dania 1963 EMS mlo8 Diamant SZ5139b Czechosłowacja 1965 EMS mlo9 Foma SR7 Szwecja 1966 promieniowanie γ mlo10

26 WYKORZYSTANIE ODPORNOŚCI MLO W HODOWLI Pochodzenie odmian jęczmienia posiadających odporność Mlo. Źródło odporności Mlo Allel mlo Odmiana Kraj Rok rejestracji Pochodzenie L92 mlo11 Atem NL 1979 [(L92 x Minerwa) x Emir] x Zephyr Dandy UK 1986 Atem x Egmont Hart UK 1988 Atem x Egmont Griffin UK 1988 Atem x Jupiter Ace UK 1989 Atem x Inga Totem UK 1989 Atem x Inga Chariot UK 1991 (Atem x Carnival) x Dera Chariot UK 1991 (Atem x Carnival) x Dera L100 mlo11 Apex NL 1982 {[(L100 x Volla) x Julia] x Cebeco 6721} x Aramir Lotus NL 1988 {[(L100 x Volla) x Julia] x Cebeco 6721} x Aramir Britannia UK 1989 Apex x Casino Grosso NL 1988 Apex x Cebeco 6708 Magda NL 1990 Apex x Cebeco 6708 Grannenlose Zweizeilige mlo11 Salome D 1981 {(Grannen. Zwei. x ) x [Diamant x (Alsa x Freya)} x (Galina x H.1400 B.3-64) Derkado D 1987 Salome x Lada Marlen D 1990 Salome x BBG1142/4-79 Bitrana D 1990 Salome x Hadm Diamant Mutant mlo9 Alexis D 1986 {[(Diamant Mut. x Helena) x (Baladi x Rika)] x (Proctor x W 409/250)} x Trumpf

27 Powierzchnia uprawy odmian z genem mlo w latach

28 MOLEKULARNE PODSTAWY ODPORNOŚCI MLO Devoto i in., The Journal of Biological Chemistry 274(49):

29

30

31

32 ODPORNOŚĆ NA RDZĘ KARŁOWĄ Przykład badań

33 MATERIAŁY I METODY Materiał roślinny Badano 923 odmiany miejscowe. Odmiany te pochodziły z Bliskiego Wschodu i Północnej Afryki (Liban 15, Jordania 136, Egipt 135, Libia 158, Tunezja 104, Algieria 64 i Maroko 311). Jako kontrolę użyto podatnej odmiany L94.

34 Patogen Użyto 8 izolatów różnicujących P. hordei Otth. Izolaty te pochodziły z kolekcji IHAR - Radzików. Wybrano je ze względu na ich różnice w wirulencji w stosunku do 12 odmian różnicujących. Wirulencja 8 izolatów różnicujących P. hordei Otth w stosunku do 12 odmian Lp. Odmiana Numer Geny Izolaty odmiany Sudan CIho 6489 Rph Peruwian CI 935 Rph Estate CI 3410 Rph Gold CI 1145 Rph Magnif CI Rph2+Rph Bolivia CI 1257 Rph2+Rph Cebada Capa CI 6193 Rph7 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 8 Egypt 4 CI 6481 Rph HOR 2596 CI 1243 Rph Cliper C8 - Rph Cliper C67 - Rph Triumph PI Rph ; 4 4

35 Test odpornościowy Doświadczenie przeprowadzono w szklarni IHAR. Przed inokulacją rośliny rosły w temp o C, przy 16 h oświetleniu. Tygodniowe siewki inokulowano zawiesiną urediniospor P. hordei z dodatkiem kilku kropel Tween 20. Stężenie inokulum wynosiło 3 mg urediniospor, 10 ml wody destylowanej -1, 100 roślin -1. Zainokulowane rośliny trzymano przez 24 h w warunkach fitotronowych (temp o C, wilg. powietrza 100%, zupełna ciemność). Następnie rośliny przenoszono do warunków szklarniowych, o C, przy 16 h oświetleniu. Oceniano odporność około 30 roślin z każdej odmiany miejscowej na zakażenie izolatem Ph1 (izolat najmniej wirulentny). Z 30 odmian miejscowych wykazujących odporność ( 3.3 %) wyselekcjonowano 1 3 roślin odpornych. Utworzone w ten sposób linie z odmian miejscowych po rozmnożeniu były przetestowane izolatami różnicującymi P. hordei.

36 Ocena odporności Odporność każdej odmiany oceniano dni po inokulacji. Do oceny użyto pięciostopniowej skali 0-4. Skala reakcji odpornościowych jęczmienia na zakażenie P. hordei Otth. Rodzaj infekcji Reakcja odpornościowa Objawy chorobowe 0 Immunia Brak uredinii 0; Nadwrażliwość Plamy nekrotyczne 1 Odporność Małe uredinia oraz nekrozy 2 Średnia odporność Małe i średniej wielkości uredinia, obecność nekroz i chloroz 3 Średnia podatność Średniej wielkości uredini, niewielkie chlorozy lub ich brak 4 Podatność Duże uredinia, brak chloroz

37 Geny odporności w 30 liniach pochodzących z Egiptu, Libii, Libanu, Maroka i Tunezji na zakażenie 8 izolatami P. hordei. * * Lp. Linie Pochodzenie Izolaty Postulowane Ph-9 Ph-5 Ph-4 Ph-6 Ph-31 Ph-21 Ph-17 Ph-25 geny 1 LR Egipt 0; ;? 2 LR Libia 0; ; 0 0? 3 LR Libia 0 0 0i ; 0 0? 4 LR Libia ? 5 LR Libia 0; ? 6 LR Liban 0; ; 4 0 0;? 7 LR Liban ; 2 2? 8 LR Liban ;? 9 LR Maroko ; 0;? 10 LR Maroko ; 0;? 11 LR Maroko 0; 0; 0; 0; 0; 1 0; 0; Rph7,? 12 LR Maroko ? 13 LR Maroko ; 1 1 2? 14 LR Maroko 0; ; 0;? 15 LR Maroko 0; ; 0; 0;? 16 LR Maroko 0; ; 0; 0;? 17 LR Maroko ? 18 LR Maroko ;? 19 LR Tuneazja ;? 20 LR Tunezja ? 21 LR Tunezja ? 22 LR Tunezja 0; ; 0;? 23 LR Tunezja ;? 24 LR Tunezja ? 25 LR Tunezja ? 26 LR Tunezja 0; ; 0 0? 27 LR Tunezja 0; ? 28 LR Tunezja 0; ? 29 LR Tunezja ? 30 LR Tunezja ?

38 WNIOSKI Żadna z odmian miejcowych pochodzących z Jordanii i Algierii nie wykazała odporności na zakażenie izolatem Ph1. Zaledwie 10 (3,2%) odmian miejscowych pochodzących z Maroka, 1 (0,7%) odmiana miejscowa pochodząca z Egiptu, 12 (11,5%) odmian miejscowych pochodzących z Tunezji, 3 (20%) odmiany miejscowe z Libanu oraz 4 (2,5%) odmian miejscowych pochodzących z Libii wykazało odporność na zakażenie P. hordei. Na podstawie otrzymanych wyników postulowanie genów odporności obecnych w badanych liniach nie było możliwe. Dwadzieścia linii wykazało odporność na zakażenie wszystkimi użytymi izolatami

39 Dodatkowe badania Materiał roślinny: 3 linie jęczmienia - Ph189-1, Ph893-2, Ph Cel pracy: - określenie sposobu dziedziczenia odporności na rdzę karłową w 3 liniach - lokalizacja badanych genów na mapie genetycznej jęczmienia przy użyciu markerów molekularnych - Określenie tożsamości badanych genów w odniesieniu do już znanych genów odporności

40

41

42

43

44 PULE GENOWYCH JĘCZMIENIA UPRAWNEGO Koncepcja pul genowych, której twórcą jest Harlan i de Wet (1971) w sposób prosty i powszechnie akceptowany oddaje stopień pokrewieństwa gatunków z rodzaju Hordeum do H. sativum Bothmer i in. 2003

45 Pula genowa I -go rzędu - odmiany uprawne (w tym odmiany miejscowe) - rody hodowlane H. vulgare ssp. spontaneum przodek jęczmienia uprawnego, Obecnośc tych form w tej puli spowodowane jest możliwością swobodnego krzyżowania tych form. W związku z tym H. spontaneum bez większych problemów może być źródłem nowych genów w hodowli jęczmienia. Głównymi problemami w użyciu H. spontaneum w hodowli jęczmienia jest obecność w nim kilku niepożądanych cech takich jak: osypywanie się nasion, obecność łamliwej osadki kłosowej, pomarszczone nasiona, sztywne ości, nierównomierne dojrzewanie, duże zróżnicowanie w wymaganiach jarowizacyjnych. Obecność tych cech - powoduje konieczność selekcji lub zastosowania krzyżowań wypierających zanim forma pochodząca ze skrzyżowania H. vulgare x H. spontaneum zostanie włączona do programu hodowlanego. Hodowców szczególnie interesuje przeniesienie do H. vulgare z H. spontaneum genów warunkujących odporność na choroby (Fischbeck i in., 1976; Moseman i in., 1983; Lehman i Bothmer, 1988).

46 Hordeum vulgare ssp. spontaneum

47 Hordeum vulgare ssp. spontaneum Fischbeck, G., E. Schwarzbach, Z. Sobel, and I. Wahl Mehltauresistenz aus israelischen Populationen der zweizeiligen Wildgerste (Hordeum spontaneum).z. Pflanzenzuchtg. 76: Jahoor, A., and G. Fischbeck. 1987a. Genetical studies of resistance of powdery mildew in barley lines derived from Hordeum spontaneum collected from Israel. Plant Breeding 99: Jahoor., A, and G. Fischbeck. 1987b. Sources of resistance to powdery mildew in barley lines derived from Hordeum spontaneum collected in Israel. Plant Breeding 99: Jahoor, A., and G. Fischbeck. 1987c. Identification of new genes for the powdery mildew resistance on the Ml-a locus collected in Israel. BGN 17:94-98.

48 PODSUMOWANIE Prace, których celem jest poszukiwanie źródeł odporności, były prowadzone w latach w Pracowni Genetyki Stosowanej - PGS, ZGiHR i w Pracowni Gromadzenia i Oceny Roślin PGiOR, KCRZG w IHAR-PIB. W latach przebadano łącznie ponad 4000 odmian miejscowych, z których wyselekcjonowano 197 linii charakteryzujących się efektywną odpornością na populację mączniaka prawdziwego w Polsce. Równolegle, badano odmiany miejscowe jęczmienia pod względem odporności na rdzę karłową i wyselekcjonowano 22 linie odporne, które następnie przetestowano izolatami różnicującymi w celu określenia genów odporności. Wyselekcjonowane linie z odmian miejscowych jęczmienia jarego odporne na populację rdzy karłowej występującej w Polsce włączono do krzyżowań z odmianami elitarnymi odpornymi na mączniaka prawdziwego typu Mlo.

49 Na podstawie wyników testów fenotypowych i analiz molekularnych, do dalszych badań wyselekcjonowano kilkaset odpornych roślin, które następnie rozmnożono uzyskując linie hodowlane. Linie te były testowane w kilku miejscowościach na terenie Polski pod katem ich odporności i wartości innych ważnych cech gospodarczych w warunkach polowych. Materiały te posłużyły do wytwarzania materiałów wyjściowych do hodowli jęczmienia. Od 2001 przekazano hodowcom ponad 1300 zaawansowanych linii jęczmienia jarego pastewnego wyselekcjonowanych z 39 kombinacji krzyżówkowych oraz udostępniono im kolekcję odmian wraz z opisem ważnych cech użytkowych. Przekazane linie charakteryzowały się bardzo wysoką odpornością na mączniaka prawdziwego i rdzę karłową jednocześnie oraz wysoką wartością użytkową wyrażoną bardzo dobrymi cechami plonotwórczymi. Ponadto przekazano hodowcom ok zaawansowanych linii jęczmienia jarego o wysokiej jakości browarnej, wyselekcjonowanych z 72 kombinacji krzyżówkowych oraz udostępniono hodowcom kolekcje odmian wraz z opisem ważnych cech użytkowych.

50 WNIOSKI - dot. charakteryzowania nowych źródeł odporności W Europejskich Bankach Genów znajduje się ponad różnych genotypów jęczmienia. Jednak bardzo mały ułamek tych obiektów był kompleksowo oceniony pod względem ich użycia w programach hodowlanych jęczmienia. Jeszcze mniejsza liczba tych obiektów była oceniona izolatami różnicującymi mączniaka w celu zidentyfikowania i scharakteryzowania nowych źródeł odporności. *** Kolekcje jęczmienia zgromadzone w europejskich Bankach Genów wymagają kompleksowego programu mającego na celu ich pełną charakterystykę dla celów hodowli jęczmienia.

51 Wyniki ankiety opublikowane w UNDP/IBPGR (1986) przeprowadzonej wśród hodowców wykazały, że około 60% z nich ocenia informację na temat poszczególnych obiektów w Bankach Genów za niewystarczającą. Główne źródła (%) użyte przez hodowców dla osiągnięcia poszczególnych celów hodowlanych. Źródło Cele hodowlane Odporność na choroby Odporność na stresy abiotyczne Wzrost plonu Kolekcja Własna kolekcja Inne źródła Bank Genów Materiał roślinny Formy dzikie Odmiany miejscowe Linie hodowlane Współczesne odmiany

52 PLANY BADAWCZE 1. Potwierdzenie obecności postulowanych genów odporności na mączniaka prawdziwego i rdzę karłową w wyselekcjonowanych liniach poprzez wykonanie odpowiednich krzyżowań oraz analizę wyników testów odpornościowych F1 i F2. 2. Wprowadzenie poprzez krzyżowania wypierające zidentyfikowanych genów odporności do odmian o wysokim potencjale plonowania. 3. Określenie markerów molekularnych dla zidentyfikowanych genów odporności by móc zastosować techniki molekularne w hodowli (Marker Assisted Selection- MAS).

53 20 lat minęło Badania nad odpornością jęczmienia na główne patogeny grzybowe => 17 z 48 zagadnień (zostało do realizacji 31 zagadnień badawczych dot. jęczmienia i patogenów grzybowych) Struktura pop. Odmiany/rody Geny gł. Mol. Odp. Częś. Mol. patogena Odm. miej. Odm. miej. Odm. miej. Odm. miej. For. dzikie For. dzikie For. dzikie For. dzikie Mączniak prawdziwy X X X X X X X X X X Rdza karłowa X X X X X X X X X X Plamistość siatkowa (X) (X) X X X X X X X X Rynchosporioza zbóż (X) (X) X X X X X X X X Fuzarioza kłosów (X) (X) - - X X X X X X

54 PODZIĘKOWANIE Hodowcom z 5 spółek hodowli roślin: HR Strzelce, HR Smolice grupa IHAR Poznańska HR, Małopolska HR, HR Danko.