Стеблевая ржавчина пшеницы мутирует – ей противостоит челночная селекция

Стеблевая ржавчина, которая возникает в основном в теплых и влажных условиях, представляет собой серьезную биотическую угрозу для пшеницы, которая может уничтожить здоровые растения всего за несколько недель до сбора урожая, что приводит к огромным экономическим потерям.  Это одна из самых опасных в мире грибных болезней пшеницы, которая угрожает фермерам на протяжении веков.

На фото: устойчивые к ржавчине (слева) и восприимчивые (справа) растения пшеницы на объекте фенотипирования стеблевой ржавчины в Ньоро, округ Накуру, Кения.

Два десятилетия назад в Уганде была обнаружена опасная раса стеблевой ржавчины, известная как Ug99. Она же вызвала крупные эпидемии в Кении в 2002 и 2004 годах.

С тех пор стеблевая ржавчина продолжает мутировать в новые расы. Гриб Ug99 и его варианты распространились в полях в горных районах Восточной и Южной Африки, а также в Йемене и Иране, угрожая региональной продовольственной безопасности.

Для борьбы с мутирующим возбудителем стеблевой ржавчины Международный центр по улучшению кукурузы и пшеницы (CIMMYT) и Корнельский университет создали в 2008 году Международную платформу для фенотипирования стеблевой ржавчины в Ньоро, округ Накуру, Кения, в сотрудничестве с Кенийской организацией исследований в области сельского хозяйства и животноводства (KALRO) в рамках проекта «Долговечная устойчивость к ржавчине в пшенице».

За последнее десятилетие селекционеры и фитопатологи совместно работали на объекте, чтобы опередить этот быстроразвивающийся гриб и способы борьбы.

Партнерство привело к выпуску более 150 линий пшеницы по всему миру с устойчивостью к Ug99 и его вариантам.

Разработка этих высокоурожайных сортов, подходящих для различных агроэкологий, стала возможной при поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс и Департамента международного развития Великобритании (DFID).

Фенотипирование — использование технологии полевых испытаний для определения желаемых признаков растения — является ключевым компонентом на объекте.

Ученые используют челночную селекционную систему Мексика-Кения для быстрой оценки и выбора линий пшеницы на устойчивость к стеблевой ржавчине. Система позволяет также оценивать зародышевую плазму пшеницы из разных стран и «картирует популяции» — скрещивание разных родителей — для выявления и характеристики новых источников устойчивости к ржавчине.

Что такое челночная селекционная система

В 1940-х годах лауреат Нобелевской премии мира Норман Борлоуг начал выращивать два урожая пшеницы в год в прямо противоположных условиях, процесс, известный как «челночное разведение».

Сегодня челночная селекционная система между Кенией и Мексикой позволяет селекционерам выращивать растения в двух странах, чтобы быстро продвигать новые поколения и подвергать пшеницу различным стрессам (абиотическим и биотическим).

Испытания, проведенные на исследовательской станции CIMMYT в Сьюдад-Обрегон, Мексика, позволили выявить линии пшеницы, адаптируемые к различным агроэкологическим зонам с устойчивостью к местным расам листовой ржавчины и патогенных микроорганизмов.

Дополнительные испытания в Кении на устойчивость к грибу Ug99 и его вариантам позволяет проводить скрининг и отбирать около 1500-2000 сегрегационных популяций пшеницы в течение двух сезонов.

«Благодаря челночному разведению, постоянному тестированию зародышевой плазмы пшеницы, быстрому размножению и использованию современных маркерных технологий для геномной селекции, мы постоянно внедряем инновации для разработки улучшенных линий пшеницы с пакетом желаемых признаков в гораздо более короткий период времени», — объяснил Мандип Рандхава, селекционер и специалист по ржавчины пшеницы.

В Мексике ученые на объекте оценивают около 10000 линий по результатам испытаний на устойчивость к стеблевой ржавчине в течение двух сезонов. Лучшие по производительности линии проходят второй год испытаний на урожайность в пяти различных средах Обрегона: полная ирригация, засуха, плоская поверхность, приподнятый слой и тепловой стресс. Затем селекционеры выбирают высокоурожайные линии и раздают их в качестве международных питомников национальным партнерам с помощью банка зародышевой плазмы CIMMYT.

В Кении в Ньоро сортировочная установка способна тестировать 50 000 линий пшеницы в год. Около 20 стран отправляют свою зародышевую плазму на этот объект для оценки на устойчивость к стеблевой ржавчине. За последние 10 лет в Ньоро прошли оценку около 600 000 линий пшеницы.

Критической задачей для заводчиков является объединение всех желаемых признаков в одну линию за более короткий период: пять вместо десяти лет. Такие сложные селекционные усилия требуют постоянной поддержки и международного сотрудничества для разработки высокоурожайных линий, устойчивых к стрессу, подходящих для различных агроэкологий.

Международный центр по улучшению кукурузы и пшеницы (CIMMYT) в Ньоро за последнее десятилетие подготовил более 200 ученых, специализирующихся на борьбе с возможными новыми эпидемиями растений.