Анотація до роботи:

Пантєлєєв В. К . Імунологічні основи створення стійких до Puccinia recondita Rob. et Desm. f. sp. tritici Eriks. сортів пшениці в Україні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук зі спеціальності 06.01.11 – фітопатологія. – Національний аграрний університет, Київ, 2001.

Вивчено поліморфізм вірулентності популяцій P. recondita f. sp. tritici на районованих і перспективних в Україні сортах озимої пшениці і тенденції у її зміні, зокрема, зниження загального рівня вірулентності патогену. Встановлено, що із 35 вивчених Lr-генів тільки 17,1% у тій або іншій мірі є ефективними до рас і біотипів P. recondita f. sp. tritici, поширених на території України, і заслуговують на використання в селекційному процесі. Доведено, що останні 20 років рекомбінації вірулентності при статевому процесі на видах Thalictrum spp. не є джерелом нових вірулентних та агресивних рас збудника бурої іржі пшениці. Вивчено імунологічні властивості 903 сортозразків озимої ярої пшениці головніших хвороб і їх господарсько-біологічні показники. Виділено понад 50 перспективних донорів стійкості, які передані селекційним установам України для використання в селекційному процесі. Вперше в фітопатологічній практиці застосовано кластерний аналіз для класифікації вихідного матеріалу за досліджуваними - стійкістю до хвороб. Вивчено генетичні основи стійкості 10 донорів до P. recondita f. sp. tritici в результаті чого встановлено наявність у них високоефективних генів. Розроблені і оприлюднені науково-методичні основи створення банку генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі. Внаслідок її реалізації створені ізогенні лінії озимої пшениці з генами стійкості Lr9, Lr19, Lr23 i Lr26. Зроблено критичний аналіз теорії вертикальної та горизонтальної стійкості Ван дер Планка і запропоновано нові підходи до ефективного їх використання в селекційному процесі.

1. Аналіз світової літератури і одержаного нами експериментального матеріалу щодо теорії вертикальної та горизонтальної стійкості рослин до хвороб і свідчить про те, що горизонтальної стійкості пшениці до збудника бурої іржі у тій інтерпретації, яку вона одержала в роботах Я. Ван дер Планка, в межах активного фізіологічного імунітету не існує, оскількі відсутні докази принципової відмінності між фізіолого-біохімічними механізмами, що детермінуються “великими” та “малими” генами. Тому активний імунітет рослин, інтерпретований Ван дер Планком як горизонтальна стійкість, потребує глибоких генетичних і фізіолого-біохімічних досліджень, розробки методів виявлення та ефективного використання в селекційному процесі, починаючи з ранніх його етапів. Доцільним є збереження терміну “горизонтальна стійкість” відносно категорії пасивного імунітету, природа якого досить добре вивчена, розроблені достовірні методи його виявлення і контролю в селекційному процесі.

2. В популяції Puccinia recondita f. sp. tritici на території України, вірулентність якої до середини 90-х рр. характеризувалась досить високою стабільністю, починаючи з 1994 р. спостерігається різке зниження кількості ізолятів раси 77 у загальному процентному їх співвідношенні на всіх районованих і перспективних сортах і одночасне наростання кількості рас з низьким рівнем вірулентності (1, 6, 162, 179, 149, 192, 61, 144), що свідчить про загальну тенденцію до зниження рівня вірулентності патогену. Відбувається поступова заміна раси 77 на менш вірулентні раси. Спостерігається також тенденція до зменшення присутності в популяціях патогену вірулентних до Lr26 біотипів 15 і 20 раси 77, які до середини 90-х рр. складали їх основу і збільшення кількості авірулентних до нього біотипів 8, 9 і 14, що свідчить про зниження вірулентності цієї раси.

3. Районування сортів Альбатрос одеський, Донецька 46, Донецька 48, Юна і ін. на деякий час може спричинити певні зміни у співвідношенні біотипів раси 77 з різним рівнем вірулентності, але до кардинальних змін вірулентності у бік її підсилення не призведе. Головною причиною цього є те, що більшість районованих і перспективних сортів сприйнятливі до збудника бурої іржі. Це не сприяє різким еволюційним змінам в популяціях патогену, які змогли б призвести до появи високовірулентних та високоагресивних рас. Тому випробування вихідного та селекційного матеріалу слід проводити до рас 1, 6, 162, 179, 149, 192, 61, 144, домінуючих на даний час біотипів 8, 9 і 14 та біотипів раси 77, загроза яких для нових сортів в перспективі не виключена.

4. Більшість відомих генів стійкості пшениці до P. recondita f. sp. tritici (Lr-генів) неефективні відносно основної частини популяції патогену на території України. Вони, в основному, не використовувались в селекційній практиці колишнього СРСР, у т.ч. і України, тому не спричиняли спрямованої дії на еволюцію патогену. Ті ж з них, що використовувались, зокрема Lr3, повністю втратили ефективність і не являють собою селекційної цінності.

5. Надійний захист нових сортів пшениці від P. recondita f. sp. tritici на даний час і в найближчі 10-15 років можуть забезпечити гени Lr9 i Lr19 в комплексі з іншими генам. За 25 років досліджень нами не виявлено в популяціях патогену ізолятів, здатних подолати їх дію. Незважаючи на появу ізолятів, вірулентних до Lr23, цей ген зберігає достатньо високий рівень ефективності. На даний час достатньо ефективними залишаються і гени Lr24 i Lr26. Ефективність останнього різко зростає в зв’язку із зниженням рівня вірулентності раси 77.

6. Спектр вірулентності P. recondita f. sp. tritici і тенденції до її зміни в результаті рекомбінацій при статевому процесі на проміжних рослинах-живителях (видах Thalictrum spp.) не має істотних якісних відмінностей з тим же на районованих і перспективних сортах озимої пшениці. Як в природних, так і в штучних еціопопуляціях патогена не виявлено генотипів з більш високим рівнем вірулентності, ніж на основному живителі.

7. Спектр генотипів вірулентності в природних еціопопуляціях значно вужчий, ніж в штучних і представлений більшим відсотком ізолятів з високим рівнем вірулентності. В природних і штучних еціопопуляцій відсутні ізоляти патогену, вірулентні до Lr9, Lr9 і Lr23, авірулентні до Lr3, а переважають авірулентні до Lr26 генотипи. Як в природних, так і в штучних еціопопуляціях на обох видах рутвиці відбулась заміна найбільш вірулентного генотипу р9,р19,р23/р3,р24,р25,р26,р30 на найменш вірулентний р9,р19,р23,р24,р25, р26,р30/р3 патогену.

8. Незважаючи на наявність у домінуючих тривалий період у 80-ті роки біотипів раси 77 (9, 15, 20, 36) 7-8 генів вірулентності, генетичний потенціал їх вірулентності невисокий, оскільки в його спектр не входять ефективні на даний час гени Lr9, Lr19 i Lr23 і подолати їх ефективність шляхом рекомбінацій в результаті статевої гібридизації патоген, як і прогнозувалось нами, не зміг. Свідченням чого є, навпаки, суттєве зниження вірулентності популяцій P. recondita f. sp. tritici. У 90-х рр. Таким чином, на даний час проміжні рослини-живителі - види рутвиці не є джерелами нових вірулентних та агресивних рас збудника бурої іржі пшениці.

9. В результаті вивчення імунологічних властивостей 637 сортозразків озимої і 266 сортозразків ярої пшениці різного еколого-географічного походження відносно збудників бурої іржі, борошнистої роси і частково септоріозу і їх господарсько-біологічних показників виділено понад 50 перспективних донорів стійкості. На їх основі створені імунологічніо однорідні лінії та гібриди, які використані в селекційному процесі.

Кластерний аналіз 162 сортозразків озимої пшениці дав можливість класифікувати їх за трьома досліджуваними параметрами (стійкістю до збудників бурої іржі, борошнистої роси та септоріозу). Внаслідок аналізу виділено два кластери, що включають перспективні за сукупністю всіх досліджуваних параметрів сортозразки як джерела та донори для селекції на групову стійкість пшениці до хвороб.

10. В результаті вивчення генетичних основ стійкості 10 донорів до збудника бурої іржі пшениці встановлено наявність у них високоефективних генів, здатних надійно захистити майбутні сорти від патогену впродовж всього вегетаційного періоду.

Розроблена методика ізоляції генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі в бекросових лініях. Встановлені етапи селекційного процесу, на яких можливі добори гомозиготних за стійкістю сімей в самозапильних поколіннях гібридів як при простих, так і більш складніших генетичних основах стійкості. Остаточна стабілізація імунологічних властивостей і фенотипових ознак гібридів настає у F₆-F₇.

11. На основі розроблених і вдосконалених нами теоретичних і методичних засад вперше сформульовані і оприлюднені у вигляді методичних рекомендацій науково-методичні основи створення банка генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі, які включають: контроль за станом патогенних властивостей популяцій збудника хвороби і тенденціями їх зміни у просторі і часі, створення банку генів вірулентності патогену; вивчення ефективності відомих генів стійкості; пошук джерел стійкості з ефективними генами серед рослинних ресурсів різного еколого-географічного походження; створення імунологічно однорідних ліній джерел стійкості; аналіз генетичних основ стійкості джерел цієї ознаки ідентифікація генів стійкості; розробка методики ізоляції генів стійкості від джерел з різною генетичною основою. Їх можна трансформувати з певними уточненнями до будь-якої системи взаємовідносин рослина-живитель - патоген, в першу чергу, до зернових культур з їх патогенами. Результатом їх реалізації є створення на основі сорту Миронівська 808 ізогенних лінії Lr9, Lr19, Lr23, Lr26 та інших високоефективних неідентифікованих генів, які використовуються в імунологічних дослідженнях і рекомендовані як донори стійкості для використання в селекційних програмах.

Впровадження результатів наукових досліджень

1. Лабораторії селекції озимої пшениці Донецької обласної сільськогосподарської дослідної станції (на даний час Донецький інститут агропромислового виробництва УААН) передано:

– виділені нами імунологічно однорідні лінії 34-х сортозразків озимої пшениці, які використані для створення донорів стійкості і залучені до селекційного процесу;

– 19 донорів з ідентифікованими нами генами стійкості до збудника бурої іржі пшениці, які використані в селекційному процесі для створення стійкого до хвороби селекційного матеріалу;

– 38 комбінацій створених нами гібридів озимої пшениці з участю джерел стійкості, в результаті використання яких в лабораторії створено перспективний для селекції на імунітет до головніших хвороб матеріал;

– методичні рекомендації для створення банку генів стійкості пшениці до головніших хвороб.

2. Відділу імунітету рослин Інституту рослинництва ім. В.Я.Юр'єва УААН передані:

– ізогенні лінії Lr9, Lr19, Lr23, Lr26, які використовуються для вивчення вірулентності популяції збудника бурої іржі пшениці;

– методичні рекомендації для створення банків генів стійкості різних культур до головніших хвороб.

Публікації автора:

Методичні рекомендації

1. Методические указания по фитопатологической оценке селекционного материала /Лесовой М.П., Шкоденко В.И., Пантелеев В.К. и др. - Украинский НИИ растениевод. сел. и генет. им. В.Я.Юрьева. - Харьков, 1976. - 38 с. (особистий внесок - матеріали, що стосуються бурої іржі пшениці).

2. Лісовий М.П., Пантєлєєв В.К. Науково-методичні основи створення банку генів стійкості пшениці до збудника бурої листкової іржі / Харк. держ. аграр. ун-т ім. В.В.Докучаєва. - Харків, 2000. - 35 с. (особистий внесок - експериментальна частина).

Науковi cтаттi

3. Лесовой М.П., Шкоденко В.И., Пантелеев В.К. Причины потери устойчивости против бурой листовой ржавчине у сортов озимой пшеницы //С.-х. биология. - 1974. - №4. - С. 548-553. (особистий внесок - матеріали, що стосуються генетики стійкості пшениці до збудника бурої іржі).

4. Лесовой М.П., Пантелеев В.К. Методические подходы к изучению генетических основ устойчивости пшеницы к бурой листовой ржавчине //Иммунитет с.-х. р-ний к болезням и вредителям: Науч. тр. ВАСХНИЛ.- М.:Колос, 1975.- С. 199-203. (особистий внесок- експериментальний та методичний матеріал).

5. Лесовой М.П., Пантелеев В.К. Методы оценки и отбора в селекции пшеницы на устойчивость к бурой листовой ржавчине //Методы фитопатол. и энтомол. исследований в селекции р-ний. - М.: Колос, 1977. - С. 3-11. (особистий внесок - експериментальний і методичний матеріал).

6. Лесовой М.П., Пантелеев В.К., Штучная В.С. Метод изоляции генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине в изогенных линиях //Методы фитопатол. и энтомол. исследований в селекции р-ний. - М.: Колос, 1977. - С. 12-24. (особистий внесок - експериментальний і методичний матеріал).

7. Пантелеев В., Лесовой М. Изследоване на причините за загубване устойчивостта на пшеницата към кафявата рьжда и обосноване на средствата за предотвратяването му // Първия Национален симпозиум по имунитет на растенията към болести: Докл. - София, 1988. - С. 65-72.(особистий внесок – експериментальний та аналітичний матеріал щодо генетики взаємовідносин рослина-живитель - патоген).

8. Лесовой М.П., Пантелеев В.К., Пархоменко Н.А. Метод ускоренного получения телейтоспор Puccinia triticinaErikss. в изолированной культуре листьев пшеницы //Микол. и фитопатол. - 1980. - Т.14. - Вып. 1. - С. 79-81. (особистий внесок - експериментальна частина).

9. Методологические основы создания устойчивых к болезням сортов пшеницы / М.П.Лесовой, Т.Г.Зражевская, В.К.Пантелеев, Н.И.Кольнобрицкий. Технологические приемы защиты растений на Украине. - К., 1981. - С. 70-78. (особистий внесок – матеріали стосовно збудника бурої іржі).

10. Лесовой М.П., Пантелеев В.К. Приемы повышения эффективности гибридизации зерновых культур //Селекция и семеноводство. - 1986. - №11. - С. 9. (особистий внесок – експериментальний матеріал).

11. Лесовой М.П., Пантелеев В.К. Теоретические основы создания изогенных по устойчивости к бурой листовой ржавчине линий озимой пшеницы //Вестник с.-х. науки. - М., 1986. - №8. - С.91-98. (особистий внесок – експериментальний матеріал).

12. Лісовий М.П., Пантєлєєв В.К. Шляхи підвищення ефективності створення стійких до хвороб сільськогосподарських культур //Вісник с.-г. науки. - 1986. - №8. - С. 1-6. (особистий внесок – аналітична частина).

13. Лесовой М.П., Пантелеев В.К. Ускорить создание устойчивых сортов сельскохозяйственных культур к болезням //Защита растений. - 1987. - №4. - С. 10-12. (особистий внесок – матеріали, що стосуються збудника бурої іржі пшениці).

14. Лісовий М.П., Пантєлєєв В.К., Шелєхова Л.М. Типи стійкості рослин до хвороб, їх генетичні та фізіолого-біохімічні механізми. //Вісник с.-г. науки. – 1987, №5. – С. 67-73. (особистий внесок – аналітична частина).

15. Лесовой М.П., Пантелеев В.К., Шелехова Л.Н. Существует ли горизонтальная устойчивость в пределах категории активного физиологического иммунитета? //Микология и фитопатология. - 1988. - Т. 22. - Вып. 1. - С. 84-95. (особистий внесок – аналітична частина).

16. Оценка исходного материала озимой пшеницы на устойчивость против листовых болезней /М.П.Лесовой, Кольнобрицкий Н.И., Рабинович С.В., ......, Пантелеев В.К. //Селекция и семеноводство. - К., 1990. - Вып. 69. - С. 40-54. (особистий внесок – експериментальний матеріал по вивченню імунологічних властивостей 342 сортозразків озимої пшениці).

17. Пантєлєєв В.К. Бура листкова іржа пшениці. Вірулентність збудника у східній частині Лісостепу //Захист рослин. - 1998. - С. 4-6.

18. Пантєлєєв В.К. Банк генів стійкості пшениці до бурої листкової іржі //Захист рослин. - 1998, №5 (23). - С. 5-8.

19. Пантєлєєв В.К. Генетичні основи вірулентності збудника бурої іржі пшениці (Puccinia recondita Rob. et Desm. f.sp. tritici Eriks.) //Захист рослин. - 1999. - №6 (36). - С. 4-6.

20. Пантєлєєв В.К. Бура іржа пшениці. Вірулентність еціопопуляцій збудника на проміжних рослинах-живителях у східному Лісостепу //Захист рослин. - 2000. - №2 (44). - С. 5-7.

21. Пантєлєєв В.К. Гени стійкості пшениці. Ефективність проти бурої листкової іржі //Захист рослин. - 2000. - № 7 (49) . - С. 5-7.

22. Пантєлєєв В.К. Перспективні донори. Генетичні основи стійкості різних сортів озимої пшениці проти збудника бурої листкової іржі //Захист рослин. - 2001. - №2 (56). - С. 10-11.

Тези доповідей

23. Пантелеев В.К., Лесовой М.П. Генетические аспекты потери устойчивости пшеницы к бурой ржавчине и пути ее предупреждения // Третий съезд генетиков и селекционеров Украины: Тез. докл. /АН УССР. Укр. об-во генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова. - К.:Наук. думка, 1976. - Ч. 2. - С. 105. (особистий внесок – експериментальний матеріал).

24. Лесовой М.П., Пантелеев В.К., Пархоменко Н.А. Изменчивость свойств вирулентности Puccinia triticina Erikss. при инбридинге и гибридизации //IV Всесоюзный симпозиум “Молекулярные механизмы генетических процессов”: Тез. докл. - М., 1979. - С. 87-88. (особистий внесок - експериментальний матеріал).

25. Лесовой М.П., Пантелеев В.К., Шелехова Л.Н. Типы устойчивости растений к болезням и факторы, их обусловливающие //Теория и практика использования иммунитета с.-х. культур к вирусным болезням: Тез. докл. Всесоюз. совещ. - М., 1984. - С. (особистий внесок – аналітична частина).

26. Лесовой М.П., Пантелеев В.К. Пути повышения эффективности селекции сельскохозяйственных культур на устойчивость к болезням и вредителям //Перспективы генетики и селекции винограда на фитоиммунитет: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещ. - М., 1986. - 7-8. (особистий внесок – аналітична частина).

27. Пантелеев В.К., Лесовой М.П. Изменение вирулентности возбудителя бурой ржавчины пшеницы при половом процессе //Экологич. проблемы Харьковской области: Тез. докл. областной науч.-практич. конфер. - Харьков, 1995. - С. 108. (особистий внесок - експериментальний матеріал).

28. Пантєлєєв В.К. Обгрунтування створення сортів пшениці, стійких до бурої іржі у східній частині Лісостепу України //Грунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення, оцінка, моніторинг, географія, використання: Тез. доп. - Харків, 1996. - С. 196.