ОROBANCHE CUMANA WALLR. У ПОСІВАХ HELIАNTHUS ANNUUS

Сергій Григорович Хаблак; Валентин Миколайович Спичак

doi:10.32782/agrobio.2023.4.9

Сергій Григорович Хаблак https://orcid.org/0000-0003-4027-317X
Валентин Миколайович Спичак https://orcid.org/0009-0001-3734-5606

DOI: https://doi.org/10.32782/agrobio.2023.4.9

Ключові слова: Оrobanche сumana Wallr, раса, соняшник, гібрид, коренева система, кореневі виділення.

Анотація

Дослідження спрямовані на пошук та розробку ефективних технологій захисту соняшнику від агресивного квіткового паразита Оrobanche cumana Wallr. Із північного Степу України ураження вовчком активно переміщується до центральних, північних і західних регіонів країни. Метою досліджень було встановлення расового складу популяції вовчка соняшникового в Лісостепу і Поліссі. Об'єктом для досліджень у вегетаційному досліді було насіння вовчка. Зразки насіння паразита були зібрані на окремих, найбільш заражених полях соняшнику в Лісостепу і Поліссі. Для ідентифікації рас вовчка використовували гібриди соняшнику P63LL06, P64LC108 (XF 6003), P64LL125 (XF 13406), P63LE113 (XF 9026), P64HH106 (XF 13707), PR 64F66, P64LE25 (SX 9004), P64LE99 (XF 9002). Оцінку на стійкість гібридів соняшнику до вовчка проводили у ґрунтовій культурі за модифікованою методикою та рулонним методом пророщування насіння. Вивчено расовий склад вовчка на посівах соняшнику в умовах Лісостепу та Полісся України. Проведено диференціацію вирощуваних гібридів соняшнику за стійкістю до паразита. Гібрид соняшнику P63LL06, толерантний до раси Е, сильно уражався вовчком. У середньому налічувалося 12 бульбочок паразита на одну рослину соняшнику. Слабкою мірою вовчком уражувалися гібриди соняшнику P64LC108 (XF 6003), P64HH106 (XF 13707), PR 64F66, резистентні до раси G. У середньому на одну рослину соняшнику припадало 2–3 бульбочки паразита. Середньою мірою вовчком інфікувалися гібриди P64LL125 (XF 13406), P63LE113 (XF 9026), P64LE25 (SX 9004), стійкі до раси Е+система 2. У середньому нараховувалося 4-6 бульбочок паразита на одну рослину соняшнику. Гібридів соняшнику, що володіють повним імунітетом до вовчка, не було виявлено. Встановлено, що популяція вовчка, що паразитує на полях соняшнику, має високий ступінь вірулентності, що долає імунітет найкращих гібридів іноземної селекції, стійких до E, F і G рас цього паразита. Поява нових дуже агресивних рас вовчка (Е, F, G і H) в умовах Лісостепу та Полісся свідчить про важливу необхідність розв'язання задачі зі створення селекційного матеріалу, стійкого до нових рас цієї рослини-паразита, вивчення клітинних і молекулярних механізмів стійкості соняшнику до патогена. На підставі проведених досліджень сформовані причини, що спричинили сильне поширення вовчка на полях у центральних, північних і західних регіонах країни. Розглянуто деякі деталі виникнення клітинних і молекулярних механізмів стійкості соняшнику 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. Albanova, I.A., Zagorchev, L.I., Teofanova, D.R., Odjakova, M.K., Kutueva, L.I., & Ashapkin, V.V. (2023). Host Resistance to Parasitic Plants—Current Knowledge and Future Perspectives. Plants, 12(7), 1447. doi: 10.3390/plants12071447 .
3. Aly, R., Matzrafi, M. & Bari, V.K. (2021). Using biotechnological approaches to develop crop resistance to root parasitic weeds. Planta, 253, 97. doi: 10.1007/s00425-021-03616-1.
4. Bercovich, N., Genze, N., Todesco, M., Gregory, L. O., Légaré, J.-S., Huang, K., Rieseberg, L. H. & Grimm, D. G. (2022). HeliantHOME, a public and centralized database of phenotypic sunflower data. Scientific Data, 9, 735. doi: 10.1038/s41597-022-01842-0.
5. 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, 1056231. doi: 10.3389/fpls.2022.1056231.
6. Chander, S., Mena, H.P., Kumar, A., Kumar, N., Singh, V.K., & Garcia-Oliveira, A.L. (2022). Genetic and molecular technologies for achieving high productivity and improved quality in sunflower. In S.S. Gosal, & S.H. Wani (Eds.), Accelerated Plant Breeding 4, 419-449 doi: 10.1007/978-3-030-81107-5_12.
7. Convention on Biological Diversity. (1992). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030.
8. Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1979, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_129.
9. Cuccurullo, A., Nicolia, A., & Cardi, T. (2022). Resistance against broomrapes (Orobanche and Phelipanche spp.) in vegetables: a comprehensive view on classical and innovative breeding efforts. Euphytica, 218(6), 82. doi: 10.1007/s10681-022-03035-7.
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.
11. De Luque, A.P., González-Verdejo, C.I., Lozano-Baena, M.-D., Dita, M.A., Cubero, J.I., González-Melendi, P., Risueño, M.C., Rubiales, D. (2006). Protein cross-linking, peroxidase and β-1,3-endoglucanase involved in resistance of pea against Orobanche crenata. J. Exp. Bot, 57, 1461–1469. DOI: 10.1093/jxb/erj127.
12. Duca, M., Boicu, A., Clapco, S., & Port, A. (2020). Comparative analysis of two Orobanche cumana Wallr. accessions with a different virulence. Acta Physiologiae Plantarum, 42(11), 170. doi: 10.1007/s11738-020-03152-7.
13. Duriez, P., Vautrin, S., Auriac, MC., Bazerque, J., Boniface, M.-C., Callot, C., Carrère, S., Cauet, S., Chabaud M., Gentou, F., Lopez-Sendon, M., Paris, C., Pegot-Espagnet, P., Rousseaux, J.-C., Pérez-Vich, B., Velasco, L., Bergès, H., Piquemal, J., & Muños, S. (2019). A receptor-like kinase enhances sunflower resistance to Orobanche cumana. Nature Plants, 5, 1211-1215. doi: 10.1038/s41477-019-0556-z.
14. Fernández-Aparicio, M., del Moral, L., Muños, S., Velasco, L., & Perez‑Vich, B. (2022). Genetic and physiological characterization of sunflower resistance provided by the wild-derived OrDeb2 gene against highly virulent races of Orobanche cumana Wallr. Theoretical and Applied Genetics, 135(2), 501-525. doi: 10.1007/s00122-021-03979-9.
15. Fujimoto, S.Y., Ohta, M., Usui, A., Shinshi, H., Ohme-Takagi, M. (2000). Arabidopsis ethylene-responsive element binding factors act as transcriptional activators or repressors of GCC box–mediated gene expression. Plant Cell, 12, 393–404. doi:10.1105/tpc.12.3.393.
16. Khablak, S.G., Abdullaeva, Y.A., & Ryabovol, L.O. (2018). Sensitivity of sunflower hybrids to new races of Broomrape. Factors of Experimental Evolution of Organisms, 23, 55-57.
17. Konarska, A., & Chmielewski, P. (2020). Taxonomic traits in the microstructure of flowers of parasitic Orobanche picridis with particular emphasis on secretory structures. Protoplasma, 257, 299-317. doi: 10.1007/s00709-019-01438-3.
18. Krupp, A., Heller, A. & Spring, O. (2019). Development of phloem connection between the parasitic plant Orobanche cumana and its host sunflower. Protoplasma, 256, 1385-1397. doi: 10.1007/s00709-019-01393-z.
19. Kukin V. F. (1960). Method of evaluation of sunflower for resistance to infestation. Plant protection from pests and diseases, № 7, С. 39.
20. Le Ru, A., Ibarcq, G., Boniface, M.C., Baussart, A., Muños, S. & Chabaud, M. (2021). Image analysis for the automatic phenotyping of Orobanche cumana tubercles on sunflower roots. Plant Methods, 17, 80. doi: 10.1186/s13007-021-00779-6.
21. Liu, S., Wang, P., Liu, Y., Wang, P. (2020). Identification of candidate gene for resistance to broomrape (Orobanche cumana) in sunflower by BSA-seq. Oil Crop Sci, 5. doi:10.1016/j.ocsci.2020.05.003.
22. Louarn, J., Boniface, M-C., Pouilly, N., Velasco, L, Pérez-Vich, B., Vincourt. P., & Muños, S. (2016). Sunflower Resistance to Broomrape (Orobanche cumana) Is Controlled by Specific QTLs for Different Parasitism Stages. Frontiers in Plant Science, 7, 590. doi: 10.3389/fpls.2016.00590.
23. Meena, H.P., & Sujatha, M. (2022). Sunflower Breeding. In: D.K. Yadava, H.K. Dikshit, G.P. Mishra, & S. Tripathi, (Eds.), Fundamentals of Field Crop Breeding, 971-1008, Springer, Singapore. doi: 10.1007/978-981-16-9257-4_19.
24. Pouvreau, J.B., Poulin, L., Huet, S., & Delavault, P. (2021). Strigolactone-Like Bioactivity via Parasitic Plant Germination Bioassay. Methods in molecular biology, 2309, 59-73. doi: 10.1007/978-1-0716-1429-7_6.
25. Rauf, S. (2019). Breeding Strategies for Sunflower (Helianthus annuus L.) Genetic Improvement. In J. Al-Khayri, S. Jain, & D. Johnson (Eds.), Advances in plant breeding strategies: industrial and food crops, 637-673. Springer, Cham. doi: 10.1007/978-3-030-23265-8_16.
26. Shi, B., & Zhao, J. (2020). Recent progress on sunflower broomrape research in China. Oilseeds and fats, Crops and Lipids, 27(2), 30. doi: 10.1051/ocl/2020023.
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(9), 1810. doi: 10.3390/plants10091810.
28. Soares-Silva, M., Diniz, FF., Gomes, G.N., Bahia, D. (2016). The Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) Pathway: Role in Immune Evasion by Trypanosomatids. Front. Microbiol. 7:183. doi: 10.3389/fmicb.2016.00183.
29. Vidhyasekaran, P. (2020). Manipulation of reactive oxygen species, redox and nitric oxide signaling systems to activate plant innate immunity for crop disease management. In Plant innate immunity signals and signaling systems, 51-135. Signaling and communication in plants. Springer, Dordrecht. doi: 10.1007/978-94-024-1940-5_3.
30. Vurro, M., Boari, A., Thiombiano, B., & Bouwmeester, H. (2019). Strigolactones and parasitic plants. In H. Koltai, & C. Prandi, (Eds.), Strigolactones – biology and applications, 89-120. Springer, Cham. doi: 10.1007/978-3-030-12153-2_3.
31. Xi, J., Ding, Z., Xu, T., Qu, W., Xu, Y., Ma, Y., Xue, Q., Liu, Y., & Lin, Y. (2022). Maize rotation combined with streptomyces rochei d74 to eliminate Orobanche cumana seed bank in the farmland. Agronomy, 12(12), 3129. doi: 10.3390/agronomy12123129.
32. Yang, C., Fu, F., Zhang, N. Wang, J., Luyang, H., Islam, F., Bai, Q., Yun, X., & Zhou, W. (2020). Transcriptional profiling of underground interaction of two contrasting sunflower cultivars with the root parasitic weed Orobanche cumana. Plant Soil, 450, 303-321. doi: 10.1007/s11104-020-04495-3.
33. Yang, C., Xu, L., Zhang, N., Islam, F., Song, W., Hu, L., Liu, D., Xie, X., Zhou, W. (2017). iTRAQ-based proteomics of sunflower cultivars differing in resistance to parasitic weed Orobanche cumana. Proteomics, 17, 1700009. doi.org/10.1002/ pmic.201700009.
34. Ye, X., Zhang, M., Zhang, M., & Ma, Y. (2020). Assessing the Performance of Maize (Zea mays L.) as Trap Crops for the Management of Sunflower Broomrape (Orobanche cumana Wallr.). Agronomy, 10(1), 100. doi: 10.3390/agronomy10010100.