IDENTYFIKACJA GENÓW ODPORNOŚCI NA RDZĘ BRUNATNĄ

IDENTYFIKACJA GENÓW ODPORNOŚCI NA RDZĘ BRUNATNĄ

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
nr 584, 2016, 95–102
IDENTYFIKACJA GENÓW ODPORNOŚCI NA RDZĘ
BRUNATNĄ LR19 I LR50 W POLSKICH MATERIAŁACH
HODOWLANYCH PSZENICY OZIMEJ
Agnieszka Tomkowiak, Danuta Kurasiak-Popowska,
Angelika Kiel, Dorota Weigt, Jerzy Nawracała,
Sylwia Mikołajczyk, Janetta Niemann
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Streszczenie. Groźnym patogenem atakującym pszenicę w Polsce jest Puccinia recondita
f. sp. tritici powodująca rdzę brunatną. Jak wynika z badań prowadzonych w ostatnich
latach, najlepszym sposobem na zapewnienie pszenicy dobrej ochrony jest hodowla odpornościowa. Dzięki wprowadzeniu do upraw odmian odpornych obniża się ich koszt, przy
jednoczesnym ograniczeniu ilości stosowanych pestycydów. Genem niosącym dużą odporność w warunkach Polski jest gen Lr19. Odporność odmian można również zwiększyć,
krzyżując je z odmianami zawierającymi gen Lr50.
Celem pracy było zidentyfikowanie markerów Xwmc221 oraz Xgdm87 dla genów odporności na rdzę brunatną Lr19 i Lr50 wśród polskich odmian znajdujących się w badaniach
porejestrowego doświadczalnictwa odmianowego (PDO). Marker Xwmc221 sprzężony
z genem Lr19 został zidentyfikowany zarówno w materiałach referencyjnych, jak i w odmianach: Belissa, Bogatka, Figura, Legenda, Markiza, Muszelka, Ostroga oraz Tulecka.
Marker Xgdm87 sprzężony z genem Lr50 został zidentyfikowany w polskich odmianach
pszenicy ozimej Arkadia oraz Astoria. Potwierdzono również jego obecność w materiałach
referencyjnych.
Słowa kluczowe: pszenica, rdza brunatna, geny Lr19 i Lr50, markery molekularne SSR
WSTĘP
Jak wynika z danych zgromadzonych przez Zakład Metod Prognozowania i Rejestracji Agrofagów IOR w Poznaniu, choroby grzybowe występujące u pszenicy stanowią duży problem gospodarczy. Wiele z tych chorób wpływa znacząco na pogorszenie
Adres do korespondencji – Corresponding author: Agnieszka Tomkowiak, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Katedra Genetyki i Hodowli Roślin, ul. Dojazd 11, 60-632 Poznań, e-mail:
[email protected]
96
A. Tomkowiak, D. Kurasiak-Popowska, A. Kiel i inni
jakości ziarna [Korbas 2007]. Straty wywołane są głównie obniżeniem masy ziaren oraz
zmniejszeniem ich liczby w kłosie [Artyszak 2006]. Grzyby z rodzaju Puccinia stanowią poważny problem w Europie oraz Ameryce Północnej i Południowej. O nasileniu
choroby decydują również warunki klimatyczne w danym kraju [Kryczyński i Weber
2011]. Hodowla odpornościowa jest najlepszym sposobem na zapewnienie roślinom prawidłowej ochrony. Selekcja odmian odpornych wymaga wiedzy na temat genetycznych
uwarunkowań rośliny, które odpowiadają za jej reakcję na patogen [Nawracała 2004].
Wiedza ta dotyczy przede wszystkim identyfikacji genów i poznania mechanizmów odpornościowych z nimi związanych. Przy wykorzystaniu nowoczesnych metod inżynierii
genetycznej możemy otrzymać rośliny odporne na określone rodzaje patogenów. Jest to
dynamicznie rozwijająca się dziedzina, w której w ostatnich latach odnotowano wiele
znaczących osiągnięć [Niemirowicz-Szczyt i in. 2012]. W pracy podjęto próbę zidentyfikowania markerów Xwmc221 oraz Xgdm87 dla genów odporności na rdzę brunatną Lr19
i Lr50 wśród polskich odmian znajdujących się w badaniach PDO.
MATERIAŁ I METODY
Przedmiotem badań było 15 polskich odmian pszenicy ozimej znajdujących się w badaniach PDO w 2014 roku oraz 2 odmiany referencyjne dla genu Lr19: Agatha (Agrus/6*
Thatcher) i GSTR 420 (Thatcher *6/Agropyron elongatum), jak również 2 odmiany referencyjne dla genu Lr50: KS96WGRC36 (Tam 107*4xTA 870 z Triticum armeniacum)
i Tam 107 (Tam 105*4xAmigo) – odporne na rdzę brunatną. Materiały referencyjne
otrzymano z Narodowej Kolekcji Roślin Zbożowych znajdującej się w Rolniczej Stacji
Doświadczalnej w Aberdeen w USA.
Odmiany polskie otrzymano ze Stacji Doświadczalnej Oceny Odmian w Pawłowicach. Podstawowe informacje dotyczące stopnia odporności na rdzę brunatną badanych
odmianach zamieszczono w tabeli.
Izolację DNA prowadzono, wykorzystując zestaw do izolacji DNA z roślin Genomic
Mini AX PLANT firmy A&A BIOTECHNOLOGY zgodnie z procedurą dołączoną do
zestawu. Stężenie DNA oznaczono za pomocą spektrofotometru NanoDrop. Próby rozcieńczono wodą destylowaną w celu uzyskania jednakowego stężenia 25 ng·μl–1. PCR
(ang. polymerase chain reaction) przeprowadzono w mieszaninie o składzie: woda – 5 μl,
DreamTaqTMGreen PCR Master Mix – 6,25 μl, startery (20 pmol·μl) – 2 × 0,25 μl, matryca DNA (25 ng·μl–1) – 1 μl.
Identyfikację markerów genu Lr19 i Lr50 przeprowadzono z wykorzystaniem starterów Xwmc221 oraz GDM87 zsyntetyzowanych przez firmę IDT Integrated DNA Technologies, dystrybutorem których była firma Symbios Sp. z o.o. Amplifikowano produkty
o wielkości 200 pz (dla genotypów odpornych) oraz 220 pz (dla genotypów podatnych)
dla genu Lr19 i 110 pz (dla genotypów odpornych) dla genu Lr50. Sekwencje starterów:
– Xwmc221 F: 5’- ACG ATA ATG CAG CGG GGA AT - 3’; R: 5’- GCT GGG ATC
AAG GGA TCA AT - 3’ (www://ncbi.nlm.nih.gov),
– GDM87 F: 5’- AAT AAT GTG GCA GCA AGT CTT GG - 3’; R: 5’- CCA AGC CCC
AAT CTC TCT CT - 3’ (www://maswheat.ucdavis.edu/).
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Identyfikacja genów odporności na rdzę brunatną...
97
Tabela.
Stopień odporności na porażenie przez Puccinia recondita f. sp. tritici 15 przebadanych
odmian (wg COBORU)
Table.
The degree of resistance to infection by Puccinia recondita f. sp. tritici 15 varieties tested
(according to COBORU)
Odmiana
Variety
Hodowla
Breeding
Rok wpisania do KR*
Year of entry to NLI*
Odporność na rdzę brunatną
Resistance to leaf rust
Arkadia
HR Danko
2011
7,4*
Astoria
Poznańska HR
2012
7,4
Bamberka
HR Strzelce
2009
7,2
Belissa
HR Smolice
2014
7,8
Bogatka
HR Danko
2004
7,0
Figura
HR Danko
2007
–
Hondia
HR Danko
2014
7,8
Jantarka
Poznańska HR
2010
7,5
Legenda
Poznańska HR
2005
7,3
Markiza
HR Strzelce
2007
6,9
Muszelka
HR Danko
2008
7,3
Natula
HRR Nasiona Kobierzyc
2009
7,4
Ostroga
HR Danko
2008
8,2
Tulecka
Poznańska HR
2012
7,1
Tonacja
HR Strzelce
2001
6,7
*KR – Krajowy rejestr odmian roślin rolniczych, NLI – Polish National List.
Objaśnienie skali dziewięciostopniowej: 9 – stan najlepszy (najkorzystniejszy), 1 – stan najgorszy (najmniej
korzystny) / Nine-point scale explanation: 9 – the best (the most beneficial), 1 – the worst (the less beneficial).
Amplifikację markerów SSR-PCR przeprowadzono za pomocą termocyklera gradientowego TProffesional Basic Gradient Thermocycler. Testowano różne warunki reakcji PCR i wybrano następujące warianty: dla genu Lr19 denaturacja wstępna przez
3 min w 94°C, 35 cykli (denaturacja: 30 s w 94°C, przyłączanie starterów: 30 s w 55°C,
synteza: 30 s w 72°C), synteza końcowa przez 5 min w 72°C oraz dla genu Lr50 denaturacja wstępna przez 2 min w 94°C, 40 cykli (denaturacja: 30 s w 94°C, przyłączanie
starterów, synteza: 60 s w 72°C, denaturacja: 30 s w 90°C, przyłączanie starterów: 30 s
w 56°C, synteza: 60 s w 72°C) i synteza końcowa przez 5 min w 72°C, przechowywanie
maks. przez 24 h w 4°C.
Elektroforezę prowadzono w żelu agarozowym o stężeniu 2,5%. Wizualizacji dokonano na transiluminatorze High Performance UV Transiluminator UVP. Obrazy archiwizowano za pomocą systemu KTE–Video.
nr 584, 2016
98
A. Tomkowiak, D. Kurasiak-Popowska, A. Kiel i inni
WYNIKI
Muszelka
Astoria
Tonacja
Markiza
Figura
Belissa
Ostroga
Bogatka
Ladder 100 bp
Muszelka
Astoria
Tonacja
Markiza
Figura
Belissa
Ostroga
Bogatka
Ladder 100 bp
Arkadia
Bamberka
Natula
Tulecka
Lr19
Hondia
Legenda
Jantarka
GSTR 420
Agatha
Ladder 100 bp
W celu optymalizacji warunków reakcji PCR-SSR testowano cztery jej warianty
w przypadku markera Xwmc221 oraz sześć wariantów w przypadku markera Xgdm87.
Ostatecznie wybrano profile podane w metodyce. W przypadku genu Lr19 na elektroforogramie widać wyraźne produkty amplifikacji w materiałach referencyjnych Agatha
i GSTR 420. Produkt o wielkości 200 pz otrzymano również w odmianach: Belissa, Bogatka, Figura, Legenda, Markiza, Muszelka, Ostroga oraz Tulecka (rys.). W przypadku
genu Lr50 na żelu agarozowym otrzymano wyraźne produkty amplifikacji o wielkości
110 pz na ścieżkach z odmianami referencyjnymi KS96WGRC36 i Tam 107 oraz odmianami Arkadia i Astoria (rys.).
Lr19
200pz
200 bp
Arkadia
Bamberka
Natula
Tulecka
Hondia
Legenda
Jantarka
Tam 107
KS96WGRC36
Ladder 100 bp
100 bp
Lr50
110p
200 bp
100 bp
Rys.
Fig.
Polskie odmiany pszenicy testowane na obecność genów Lr19 i Lr50
Polish wheat varieties tested for the presence of gene Lr19 and Lr50
DYSKUSJA
W Polsce rdza brunatna występuje corocznie na jarych oraz ozimych formach pszenicy z różnym nasileniem w zależności od warunków pogodowych. Do szerokiego rozpowszechnienia grzyba Puccinia triticina przyczyniły się m.in. specjalizacja pasożytnicZeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Identyfikacja genów odporności na rdzę brunatną...
99
twa, migracja zarodników, a także mała liczba odpornych genotypów często o podobnej
bazie genetycznej [Strzębicka i in. 2013].
Hodowla odmian odpornych wymaga badania stopnia zjadliwości patogena, jak również badania odporności rośliny-gospodarza [Arseniuk 2007]. Za bardzo efektywne, zarazem na świecie, jak i w Polsce, uważa się geny Lr9, Lr12, Lr19, Lr23, Lr24, Lr25, Lr28,
Lr29, Lr36, Lr37, Lr41, Lr42, Lr47, Lr50, Lr55 [Chełkowski i in. 2005]. Woźniak-Strzębicka [1997] zidentyfikowała następujące geny odporności na rdzę brunatną w odmianach krajowych: Lr1, Lr3, Lr11, Lr14, Lr16 i Lr26.
W pracy zidentyfikowano markery Xwmc221 oraz Xgdm87 dla genów odporności na
rdzę brunatną Lr19 i Lr50 w polskich odmianach znajdujących się w badaniach PDO.
Gen Lr19 należy do nielicznych efektywnych genów, które zapewniają odporność
w warunkach Polski, warunkując odpowiedź na patogen, wykorzystując reakcję nadwrażliwości [Okoń i in. 2012]. Źródłem genu Lr19 jest translokacja z Thinopyrum ponticum
do dystalnej części długiego ramienia chromosomu 7D pszenicy zwyczajnej. Fragment
chromosomu Th. ponticum, prócz genu Lr19, zawiera także gen Sr25, który warunkuje
odporność na rdzę źdźbłową oraz gen Y warunkujący żółte zabarwienie mąki. Dotychczas nie stwierdzono obecności genu Lr19 w krajowych odmianach pszenic ozimych
[Chełkowski 2005]. Gen Lr19 należy do najbardziej skutecznych genów odporności na
rdzę brunatną (obok genów Lr9, Lr10, Lr24, Lr28 oraz Lr32). Zapewnia on kompletną ochronę przeciwko wszystkim rasom patogena w regionie Azji oraz Europy [Kumar
2010, Leśniowska 2013]. W warunkach Polski bardzo korzystna jest więc obecność tego
genu w materiałach hodowlanych, gdyż na terenie naszego kraju, a także w krajach sąsiadujących nie zanotowano dotychczas genów wirulencji przełamujących odporność związaną z obecnością genu Lr19 [Chełkowski 2005].
Marker Xwmc221 kosegreguje z loci genu Lr19. Wykazuje on charakter ko-dominujący, wynikiem czego jest amplifikacja fragmentu wielkości 200 pz dla genotypów
posiadających gen Lr19 i 220 pz dla genotypów wrażliwych [Gupta i in. 2006]. Analiza
15 polskich odmian pszenicy wykazała obecność produktu świadczącego o występowaniu genu odporności na rdzę Lr19 w ośmiu odmianach (Legenda, Tulecka, Markiza,
Muszelka, Figura, Belissa, Ostroga oraz Bogatka). Produkt wielkości 200 pz zidentyfikowano również w materiale referencyjnym. Uzyskane w powyższej pracy wyniki można
porównać z wynikami Kowalczyk i innych [2009]. Analizowali oni 350 linii hodowlanych pszenicy zwyczajnej, z których w 38 formach stwierdzili obecność genu Lr19 oraz
w odmianie Ostka Strzelecka. Okoń i inni [2012] identyfikowali gen odporności Lr19
w liniach hodowlanych pochodzących z różnych polskich hodowli roślin z zastosowaniem pary starterów SCS253. Spośród 246 testowanych linii brak produktu o wielkości
736 pz świadczący o obecności genu Lr19 stwierdzili w 33 liniach pszenicy zwyczajnej pochodzących z Hodowli Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR. Kowalczyk i inni
[2012] z kolei zidentyfikowali gen Lr19 w 25 spośród analizowanych linii, z których
20 pochodziło z Hodowli Roślin Strzelce, a 5 z Hodowli Roślin Smolice.
Wszystkie odmiany, w których w powyższym doświadczeniu stwierdzono obecność
genu Lr19 są odmianami wpisanymi do Krajowego rejestru odmian roślin rolniczych po
2000 roku, a więc są to materiały nowe. Odmiany Legenda oraz Tulecka pochodzą z Poznańskiej Hodowli Roślin Sp. z o.o., obie charakteryzują się dobrą odpornością na rdzę
brunatną w badaniach przeprowadzonych w ramach porejestrowego doświadczalnictwa
nr 584, 2016
100
A. Tomkowiak, D. Kurasiak-Popowska, A. Kiel i inni
odmianowego i rolniczego (PDOiR) odznaczały się odpornością na poziomie: 7,1 – Legenda oraz 7,2 – Tulecka w skali dziewięciostopniowej (9 – brak porażenia, 1 – porażenie
pełne). Odmiana Markiza pochodząca z Hodowli Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR
odznacza się odpornością na rdzą brunatną na poziomie 6,8. Pochodząca z Hodowli Roślin Smolice Sp. z o.o. Grupa IHAR odmiana Belissa wykazuje odporność na rdzę brunatną na poziomie 7,8. Równie dobrą odpornością odznaczają się odmiany pochodzące
z Danko Sp. z o.o. Hodowla roślin: Muszelka (7,3), Ostroga (8,2) oraz Bogatka (7,0).
W przypadku genu Lr50 dwie rasy patogena: PNMO oraz MBRL, wykazują wirulencję w stosunku do siewek posiadających ten gen. O użyteczności tego genu możemy
mówić, jeżeli będzie on występował razem z innymi genami zapewniającymi odporność
na rasę PNMQ, np. Lr9, Lr24 oraz Lr41. Korzystny wpływ na zwiększenie odporności
roślin ma piramidyzowanie kilku genów R [Nelson 1978]. Gen Lr50 jest bardzo interesujący ze względu na małą częstotliwość występowania w populacji pszenicy. Do tej
pory ani w Europie, ani w Polsce nie stwierdzono ras Puccinia recondita wirulentnych
odnośnie genu Lr50, mimo to przyczynił się on znacząco do zwiększenia zdrowotności
upraw pszenicy w Europie [Czembor i Pietrusińska 2005].
Źródłem genu Lr50 zdaniem Narodowej Kolekcji Roślin Zbożowych z USA jest odmiana KS96WGRC36. Zdaniem Browna-Guedira i innych [2003], źródłem genu w tej
odmianie jest forma TA 870 Triticm timopheevii ssp. americanum. Gen Lr50 jest jedynym genem Lr zlokalizowanym na długim ramieniu drugiej grupy chromosomów homologicznych. Nie ma jednoznacznych informacji na temat lokalizacji markera genu
Lr50. Zdaniem Hanif i innych [2008] jest on zlokalizowany na chromosomie 2D, według
McIntosh i innych (2005) marker ten zlokalizowany jest na długim ramieniu chromosomu 2B w odległości 9,4 cM od genu Lr50. Według informacji zamieszczonych na stronie
projektu MASWheat (www.masewheat.ucdavis.edu) o występowaniu genu Lr50 świadczy obecność produktu amplifikacji o wielkości 110 pz. Pożądany produkt o wielkości
110 pz zidentyfikowano w odmianach Arkadia oraz Astoria oraz w materiale referencyjnym (KS96WGRC36 oraz Tam). Podobne badania prowadzili w 2015 roku Tomkowiak
i inni, gdzie marker genu Lr50 o wielkości 110 pz zidentyfikowali również w odmianach
Arkadia oraz Astoria. Odmiana Arkadia została wpisana do krajowego rejestru w 2011 roku przez Hodowlę Roślin DANKO. Astoria z Poznańskiej Hodowli Roślin Sp. z o.o. do
Krajowego rejestru odmian roślin rolniczych została wpisana w 2012 roku (www.coboru.
pl). W badaniach przeprowadzonych w ramach PDO średnia odporność odmiany Arkadia
w 2013 roku wynosiła 7,1; a w 2014 roku 7,9; a odmiany Astoria odpowiednio 7,0 i 7,8
[Najewski 2014].
WNIOSKI
1. W ośmiu polskich odmianach: Belissa, Bogatka, Figura, Legenda, Markiza, Muszelka, Ostroga oraz Tulecka, stwierdzono obecność produktu amplifikacji o wielkości
200 pz świadczącego o występowaniu genu odporności na rdzę brunatną Lr19.
2. W 2 polskich odmianach pszenicy ozimej Arkadia oraz Astoria zidentyfikowano
marker Xgdm87 genu Lr50.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Identyfikacja genów odporności na rdzę brunatną...
101
LITERATURA
Arseniuk E. 2007. Wsparcie nauki dla hodowli zbóż. Agro Serwis 3, 5–9.
Artyszak A. 2006. Technologia produkcji pszenicy ozimej. Wyd. I. Przedsiębiorstwo Wydawnicze
Rzeczpospolita S.A., Warszawa.
Brown-Guedira G.L., Singh S., Fritz A.K., 2003. Performance and mapping of leaf rust resistance
transferred to wheat from Triticum timopheevii subsp. americanum. Phytopatology 93(7),
784–789.
Chełkowski J., Stępień Ł., Strzembicka A., 2005. Ocena podatności pszenicy ozimej na rdzę brunatną oraz poszukiwanie źródeł odporności. Acta Agrobot. 58(1), 143–152.
Czembor P.Cz., Pietrusińska A., 2005. Zastosowanie selekcji wspomaganej markerami molekularnymi do wprowadzenia genu Lr50 odporności na rdzę brunatną (Puccinia recondita f. sp.
tritici) do pszenicy. Biul. IHAR 236, 41–48.
Gupta S.K., Charpe A., Prabhu K.V., Haque Q.M.R., 2006. Identification and validation of molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in wheat. Theor. Appl. Genet.
113(6), 1027–1036.
Hanif Z., Swati Z.A., Khan I., HassanG., Marwat K.B., Ali S., Khan M.I. 2008. RAPD and SSR
analysis of wild oats (Avena species) from North West frontier Province of Pakistan. African Journal of Plant Science 2(11), 133–139.
Korbas M., 2007. Program ochrony pszenicy na rok 2007. Plantpress, Kraków.
Kowalczyk K., Okoń S., Leśniowska-Nowak J., Nowak M., 2009. Wykorzystanie genów odporności na rdzę brunatną Lr19, Lr21 i Lr35 w programach hodowlanych pszenicy zwyczajnej
w Polsce. ZPPNR 542, 255–260.
Kowalczyk K., Okoń S., Leśniowska-Nowak J., Nowak M., 2012. Using of DNA markers for
selection of common wheat in Polish breeding programmes. W: EWAC – The European
Cereals Genetic Co-operative: Eucarpia Cereals Section. The 15th International EWAC
Conference, 7–11 November 2011. Novi Sad, Serbia, 22.
Kryczyński S., Weber Z., Paduch-Cichal E., Schollenberger M., Wakuliński W., Werner M., Fiedorowicz Z., Irzykowska L., Karolewski Z., Mirzwa-Mróz E., Sala-Rejczak K., Szyndel
M., Gołębniak B., Jeżewska M., Kosiada T., Majewski T., 2011. Fitopatologia. Tom II.
Choroby roślin uprawnych. Wyd. I. PWRiL, Poznań.
Kumar J., Mir R.R., Kumar N., Kumar A., Mohan A., Prabhu K.V., Balyan H.S., Gupta P.K., 2010.
Marker-assisted selection for pre-harvesting sprouting tolerance and leaf rust resistant in
bread wheat. Plant Breed. 129, 617–621.
Leśniowska-Nowak J., Grądzielewska A., Majek M., 2013. Identyfikacja genów odporności na
rdzę brunatną w wybranych europejskich odmianach pszenicy zwyczajnej oraz opracowanie warunków Multiplex PCR. Annales UMCS Sec. E, Agriculture 68(3), 20–28.
McIntosh R.A., Devos K.M., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C.F., Appels R., Anderson O.D.,
2005. Catalogue of Gene Symbols for Wheat. 2005 Supplement. NBPP. Pobrane z https://
shigen.nig.ac.jp/wheat/komugi/genes/macgene/supplement2005.pdf.
Najewski A., 2014. Pszenica zwyczajna ozima. Wyniki porejestrowych doświadczeń odmianowych
2014. W: Wyniki porejestrowych doświadczeń odmianowych. Zboża ozime 2014. COBORU, Słupia Wielka, 113, 17–40.
Nawracała J., 2004. Genetyka pszenicy. W: Zarys genetyki zbóż. Jęczmień, pszenica, żyto. Red.
A.G. Górny. Instytut Genetyki Roślin PAN, Poznań, 264–271.
Nelson J.C., Singh R.P., Autrique J.E., Sorrells M.E., 1997. Mapping genes conferring and suppressing leaf rust resistance in wheat. Crop Sci. 37, 1928–1935.
nr 584, 2016
102
A. Tomkowiak, D. Kurasiak-Popowska, A. Kiel i inni
Niemirowicz-Szczytt K., Bartoszewski G., Gniewosz M., Orczyk W., Zwierzchowski L., Dąbrowski Z., Grabowski M., Linkiewicz A., Zimny J., Sowa S., Filipecki M., 2012. GMO
w świetle najnowszych badań. Wyd. I. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
Okoń S., Matysik P., Nita Z., Bichoński A., Rubrycki K., Woźna-Pawlak U., Kowalczyk K., 2012.
Identyfikacja genu Lr19 odporności na rdzę brunatną w polskich liniach pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.). Annales UMCS, Sec. E, Agricultura 67(3), 39–43.
Strzębicka A., Czajkowski G., Karska K., 2013. Charakterystyka materiałów hodowlanych pszenicy ozimej pod względem odporności na rdzę brunatną (Puccinia triticina). Biul. IHAR
286, 7–14.
Tomkowiak A., Pawlak D., Nawracała J., Kurasiak-Popowska D., Weigt D., Mikołajczyk S., Niemann J., Pluta M., 2015. Identyfikacja genu odporności na rdzę brunatną (Puccinia recondita) z wykorzystaniem markera Xgdm87 w polskich odmianach pszenicy ozimej.
Prog. Plant Prot. 55(4), 381–385.
Woźniak-Strzębicka A., 1997. Rdza brunatna pszenicy – genetyczne podstawy odporności. Biul.
IHAR, 245.
IDENTIFICATION OF BROWN RUST RESISTANCE GENES LR19 AND LR50
IN POLISH WINTER WHEAT BREEDING MATERIAL
Summary. Puccinia recondita f. sp. tritici causing brown rust is dangerous pathogen
infesting wheat in Poland. The best method to provide good protection for wheat is breeding
for resistance. The introductions of resistant cultivars reduce their cost and decrease the
amounts of applied pesticides. The resistance gene Lr19 is effective under Polish conditions.
Resistance of cultivars may also be improved by crossing them with cultivars containing
the Lr50 gene.
The aim of this study was to identify the Xwmc221 and Xgdm87 markers for brown
rust resistance genes Lr19 and Lr50 using the molecular PCR-SSR technique. The
study was conducted on 15 Polish winter wheat cultivars investigated by PDO (variety
recommendation) in 2014, 2 reference cultivars for the Lr19 gene: cv. Agatha and GSTR,
as well as 2 reference cultivars for the Lr50 gene: KS96WGRC36 and Tam 107 – resistant
to brown rust.
Reference materials were provided by the National Small Grains Collection, the Agriculture
Research Station in Aberdeen, USA. Isolation of DNA was run using the DNA isolation
Genomic Mini AX PLANT kit by A&A BIOTECHNOLOGY following the procedure
recommended by the manufacturer. Amplification of SSR-PCR markers was run using the
TProffesional Basic Gradient Thermocycler. Electrophoresis was run in 2.5% agarose gel.
Visualisation was performed in a High Performance UV Transilluminator UVP. Images
were archivised using the KTE–Video system.
The Xwmc221 marker linkaged with the Lr19 gene was identified both in reference cultivars
as well as Polish cultivars: Belissa, Bogatka, Figura, Legenda, Markiza, Muszelka, Ostroga
oraz Tulecka. The Xgdm87 marker linkaged with the Lr50 gene was identified in Polish
winter wheat cultivars Arkadia and Astoria, while it was also found in the reference
materials. Cultivar Arkadia was entered in the National Register in 2011, whereas cv.
Astoria in 2012.
Key words: wheat, brown rust, genes Lr19 and Lr50 SSR molecular markers
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych