УСПАДКУВАННЯ СТІЙКОСТІ СОНЯШНИКА ОДНОРІЧНОГО (HELIANTHUS ANNUUS L.) ДО РАСИ F ВОВЧКА (OROBANCHE CUMANA WALLR.)

Дмитро Віталійович Курилич; Катерина Миколаївна Макляк

doi:10.32782/agrobio.2024.4.9

Дмитро Віталійович Курилич Інститут рослинництва імені В. Я. Юр´єва Національної академії аграрних наук України https://orcid.org/0000-0003-2305-2826
Катерина Миколаївна Макляк Інститут рослинництва імені В. Я. Юр´єва Національної академії аграрних наук України https://orcid.org/0000-0002-9841-2454

DOI: https://doi.org/10.32782/agrobio.2024.4.9

Ключові слова: Helianthus annuus L., Orobanche cumana Wallr., селекція, лінії та гібриди соняшнику, ступінь ураження, стійкість, ступінь фенотипового домінування, тип успадкування

Анотація

У заходах боротьби з рослиною-паразитом соняшника вовчком (Orobanche сumana Wallr.) ключовим компонентом є генетичний захист. Дослідження генетики резистентності вітчизняного селекційного матеріалу соняшника до вірулентних рас вовчка, поширених в Україні, в літературі представлені недостатньо, тому розробки в цьому напрямі набувають особливої значимості. В статті наведено результати досліджень з визначення особливостей успадкування стійкості соняшника до вовчка в першому та другому гібридному поколіннях, при схрещуванні ліній з різним рівнем стійкості. Дослідження проведено у 2021–2023 рр. на полях наукової сівозміни Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр´єва НААН і в умовах теплиці на експериментальній базі інституту. Ураження рослин вовчком визначали візуально, шляхом підрахунку кількості здорових бульбочок паразита на коренях досліджуваних рослин. Визначали ступінь ураження, як середню кількість бульбочок вовчка на одній оцінюваній рослині. В умовах теплиці встановлено відмінності між лініями-батьківськими компонентами за стійкістю до вовчка. Лінії-відновники фертильності пилку Х 1814 В, Х 1817 В, ХЗУ 10 В були стійкими до популяції вовчка, насіння якого було зібрано в Харківській області на полях із суттєвим ураженням соняшника. Найбільш вірулентна в складі популяції раса вовчка визначена як раса F. На уражених рослинах цих ліній не спостерігали більше ніж одну бульбочку паразита. За схрещування з нестійкими до вовчка лініями Х 85 Б і Х 808 Б, гібридні комбінації F1 проявили ступінь ураження від 0,11 до 1,13 бульбочок паразита на одну досліджену рослин. Кількість бульбочок на одній ураженій рослині не перевищувала чотири бульбочки. В усіх досліджених популяціях F2 спостерігали нестійкі рослини з п’ятьма і більше бульбочками, із розщепленням 15 стійких рослин : 1 нестійка рослина. За схрещування стійких ліній-відновників фертильності пилку з нестійкими лініями-стерильними аналогами отримано гібриди F1 зі ступенем ураження від 0,00 до 1,18, максимальною кількістю бульбочок на рослині 4 бульбочки, та ступенем фенотипового домінування стійкості від 0,29 до 1,07. Успадкування стійкості до вовчка раси F в першому гібридному поколінні F1, яке отримано схрещуванням стійких і нестійких батьківських компонентів, відбувається переважно за типом часткового позитивного домінування. За розщепленням у другому гібридному поколінні F2 15:1, доведено наявність двох домінантних генів стійкості до вовчка.

Посилання

1. Abdalla, M.M.F., Saleh, H.A.M.A., & Khater, M.A. (2020). Detection of genetic variations in Orobanche crenata using inter simple sequence repeat (ISSR) markers. Bulletin of the National Research Centre, 44, 139. doi: 10.1186/s42269-020-00390-0.
2. Akhtouch, B., Muñoz-Ruz, J., Melero-Vara, J., Fernández-Martínez, J., & Dominguez, J. (2002). Inheritance of resistance to race F of broomrape in sunflower lines of different origins. Plant Breeding, 121 (3), 266–268. doi: 10.1046/j.1439-0523.2002.00701.x
3. Akhtouch, B., Del Moral, L., Leon, A., Velasco, L., Fernández-Mart́ınez, J. M., & Pérez-Vich, B. (2016). Genetic study of recessive broomrape resistance in sunflower. Euphytica, 209, 419–428. doi: 10.1007/s10681-016-1652-z
4. Auriac, M. C., Griffiths, C., Robin-Soriano, A., Legendre, A., Boniface, M. C., Muños, S., Fournier, J., & Chabaud, M. (2024). The penetration of sunflower root tissues by the parasitic plant Orobanche cumana Wallr. is intracellular. New Phytologist, 241, 2326–2332. doi: 10.1101/2023.07.24.550254
5. Baytar, A. A., Celik, I., Doganlar, C., Frary, A., & Doganlar, S. (2021). QTL mapping of broomrape (Orobanche cumana Wallr.) resistance in sunflower (Helianthus annuus L.) using GBS-SNPS. Turkish J. Field Crop, 26, 157–162. doi: 10.17557/tjfc.940409
6. Beil, G. M., & Atkins, R. E. (1965). Inheritance of quantitative characters in grain sorghum. Iowa State Journal, 39 (3), 345–348.
7. Burlov, V. V., & Burlov, V. V. (2010). Efektyvnist heniv or u zabezpechenni stiikosti soniashnyku do novykh ras vovchka (Orobanche cumana Wallr.). [Efficiency of or genes in ensuring resistance of sunflower to new races of broomrape (Orobanche cumana Wallr.)]. Selektsiia i nasinnytstvo., 98, 28–37.
8. Calderón-González, Á., Pérez-Vich, B., Pouilly, N., Boniface, M C., Louarn, J., Velasco, L., & Muños, S. (2023). Association mapping for broomrape resistance in sunflower. Frontiers in Plant Science, 13, 1–20. doi: 10.3389/fpls.2022.1056231
9. Chuiko, D. V., Ponomarova, M. S., & Brahin, O. M. (2021). Ekonomichna efektyvnist vyroshchuvannia linii, hibrydiv ta sortiv soniashnyku zalezhno vid rehuliatora rostu roslyn [Economic efficiency of growing sunflower lines, hybrids and varieties depending on plant growth regulator]. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu im. V.V. Dokuchaieva. Seriia «Ekonomichny nauky», 2 (1), 197–208. (in Ukrainian). doi: 10.31359/2312-3427-2021-2-1-197
10. Cvejić, S., Radanović, A., Dedić, B., Jocković, M., Jocić, S., & Miladinović, D. (2020). Genetic and genomic tools in sunflower breeding for broomrape resistance. Genes, 11 (2), 152, 1–17. doi: 10.3390/genes11020152
11. Domіnguez, J. (1996). R-41, a sunflower restorer inbred line, carrying two genes for resistance against a highly virulent Spanish population of Orobanche cernua. Plant Breeding, 115, 203–204. doi: 10.1111/j.1439-0523.1996.tb00904.x
12. En-Nahli, Y., Hejjaoui, K., Mentag, R., Es-Safi, N. E., & Amri, M. (2023). Large field screening for resistance to broomrape (Orobanche crenata Forsk.) in a global lentil diversity panel (GLDP) (Lens culinaris Medik.). Plants (Basel), 12, 2064. doi: 10.3390/plants12102064
13. Fernández-Aparicio, M., Masi, M., Cimmino, A., & Evidente, A. (2021). Effects of benzoquinones on radicles of Orobanche and Phelipanche Species. Plants (Basel), 10, 746. doi: 10.3390/plants10040746
14. Genovese, C., D’Angeli, F., Attanasio. F., Caserta, G., Scarpaci, K. S., & Nicolosi, D. (2021). Phytochemical composition and biological activities of Orobanche crenata Forssk.: a review. Nat. Prod. Res., 35, 4579–4595. doi: 10.1080/14786419.2020.1739042
15. Griffing, B. (1950). Analysis of quantitative gene-action by constant parent regression and related techniques. Genetics, 35(3), 303−321. doi: 10.1093/genetics/35.3.303
16. Hosni, T., Abbes, Z., Abaza, L., Medimagh, S., Salah, H. B., & Kharrat, M. (2020). Effect of broomrape (Orobanche cumana Wallr.) on some agro-morphological and biochemical traits of Tunisian and some reference sunflower (Helianthus annuus L.) accessions. Journal of Plant Diseases and Protection, 127, 831–841. doi:10.1007/s41348-020-00362-6
17. Imerovski, I., Dedić, B., Cvejić, S., Miladinović, D., Jocić, S., Owens, G. L., Tubić, N. K., Rieseberg, L. H. (2019). BSA-seq mapping reveals major QTL for broomrape resistance in four sunflower lines. Mol. Breeding, 39, 41. doi: 10.1007/s11032- 019-0948-9
18. Imerovski, I., Dimitrijević, A., Miladinović, D., Dedić, B., Jocić, S., Tubić, N. K., & Cvejić, S. (2016). Mapping of a new gene for resistance to broomrape races higher than F. Euphytica, 209, 281–289. doi: 10.1007/s10681-015-1597-7
19. Ish-Shalom-Gordon, N., Jacobsohn, R., & Cohen, Y. (1993). Inheritance of resistance to Orobanche cumana in sunflower. Phytopathology. 83. 1250–1252.
20. Kaundun, Sh. Sh., Martin-Sanz, A., Rodrıguez, M., Serbanoiu, T., Moreno,J., Mcindoe, E., & le Goupil, G. (2024). First case of evolved herbicide resistance in the holoparasite sunflower broomrape, Orobanche cumana Wallr. Front. Plant Sci., 15, 1–10. doi: /10.3389/fpls.2024.1420009
21. Khablak, S. H., & Spychak, V. M. (2023). Orobanche cumana Wallr. in crops Heliаnthus annuus. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Agronomy and Biology, 54, 4. 62–67. doi: 10.32782/agrobio.2023.4.9
22. Kurylych, D. V., & Makliak, K. M. (2022). Peculiarities of the sunflower breeding for resistance to broomrape (Orobanche cumana Wallr.). Selektsiia i nasinnytstvo, 122, 19–29. doi: 10.30835/2413-7510.2022.271748.
23. Mutuku, J.M., Cui, S., Yoshida, S., & Shirasu, K. (2021). Orobanchaceae parasite–host interactions. New Phytol., 230, 46–59. doi: 10.1111/nph.17083
24. Pérez-Vich, B., Akhtouch, B., Muñoz-Ruz, J., Fernández-Martínez, J. M., & Jan, C. C. (2002). Inheritance of resistance to a highly virulent race “F” of Orobanche cumana Wallr. in a sunflower line derived from interspecific amphiploids. Helia. 25. 137–144. doi: 10.2298/HEL0236137P
25. Pinkovskyi, H V., & Tanchyk, S. P. (2020). Produktyvnist ta ekonomichna efektyvnist vyroshchuvannia soniashnyku zalezhno vid strokiv sivby ta hustoty stoiannia roslyn u Pravoberezhnomu Stepu Ukrainy [Productivity and economic efficiency of growing sunflower depending on the sowing time and plant density in the Right-Bank Steppe of Ukraine]. Agrobiology, 2, 115–123. (in Ukrainian). doi: 10.33245/2310-9270-2020-161-2-115-123
26. Roy, D. (2012). Biometrical genetics: analysis of quantitative variation. Alpha Science, 2.8.
27. Sisou, D., Tadmor, Y., Plakhine, D., Ziadna, H., Hübner, S., & Eizenberg, H. (2021). Biological and transcriptomic characterization of pre-haustorial resistance to sunflower broomrape (Orobanche cumana W.) in sunflowers (Helianthus annuus). Plants, 10, 1810. doi: 10.3390/plants10091810
28. Solodenko, A.Ye. (2011). Otsinka stiikosti soniashnyku de vovchka rasy C za dopomohoiu molekuliarnykh markeriv [Estimation of sunflower resistance to broomrape race C with using of molecular markers]. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu im. V.V. Dokuchaieva. Seriia “Biolohiia”, 3(24), 61–66. (in Ukrainian).
29. Sukno, S., Melero-Vara, J. M., & Fernández-Martínez, J. M. (1999). Inheritance of resistance to Orobanche cernua Loefl. in six sunflower lines. Crop Sci, 39 (3), 674–678. doi: 10.2135/cropsci1999.0011183X003900020011x
30. Sydiakina, O. V., & Hamaiunova, V. V. (2023). Suchasnyi stan i perspektyvy vyrobnytstva nasinnia soniashnyku [Current state and prospects for production of sunflower seeds]. Tavriiskyi naukovyi visnyk, 131, 196–204. doi: 10.32782/2226-0099.2023.131.25 (in Ukrainian)
31. Velasco, L., Perez-Vich, B., Jan, C. C., & Fernandez-Martіnez, J. M. (2007). Inheritance of resistance to broomrape (Orobanche cumana Wallr.) race F in a sunflower line derived from wild sunflower species. Plant Breeding, 126, 67–71. doi: 10.1111/j.1439-0523.2006.01278.x