Селекція пшениці на стійкість до листової іржі

ЗМІСТ

Введення
Особливості селекції пшениці на стійкість до хвороб
Збудник захворювання
Генетика стійкості
Вихідний матеріал для селекції
Методи селекції
Методика і техніка селекційного процесу
Досягнення селекції
Список літератури

ВСТУП
Пшениця є найважливішою продовольчої та кормової культурою. У світі вона займає лідируюче місце за посівними площами серед вирощуваних культур. Таке широке поширення пояснюється високою поживністю і можливістю різнобічного використання і переробки пшениці.
Подальше збільшення виробництва зерна пшениці можливо, головним чином, за рахунок зростання урожайності та зниження втрат, в першу чергу пов'язаних із захворюваннями. В даний час втрати врожаю нестійких до небезпечних патогенів сортів пшениці досягають у епіфітотійний роки до 60%. При впровадженні інтенсивних технологій обробітку, як пшениці, так і зернових культур в цілому, через мікроклімату в посівах різко зростає шкодочинність листостеблових патогенів. Застосування хімічних засобів захисту рослин, які передбачаються в цій технології, пов'язано не тільки з величезними витратами коштів, а й, найголовніше, з негативним впливом на навколишнє середовище. Крім цього хімічний метод не завжди гарантує очікуваний результат, і це, перш за все, відноситься до іржі хвороб зернових культур.
У всьому світі стійкий сорт є найважливішим елементом в системі інтегрованого захисту рослин від хвороб і шкідників. У Росії селекція пшениці на стійкість до листової іржі проводиться більше 40 років.
Безсумнівно, що виведення і розповсюдження стійких сортів - екологічно перспективний шлях розвитку сільського господарства. Однак цей процес обов'язково повинен йти безперервно, оскільки абсолютної стійкості створити неможливо і стійкість до будь-якого агенту рано чи пізно може бути подолана збудником. Тим не менше, економічна ефективність цього методу захисту може бути досить велика і перевищувати ефект від використання пестицидів у десятки разів.

ОСОБЛИВОСТІ СЕЛЕКЦІЯ ПШЕНИЦІ НА стійкість до хвороб
Створення стійких до хвороб і шкідників сортів - досить складний і важкий напрямок в селекції, особливо у пшениці. Труднощі в селекції пшениці пов'язані, перш за все, з тим, що кожен патоген має фізіологічні раси. Так, число рас листової іржі перевищує 180. Далі, патоген досить швидко еволюціонує, нерідко випереджаючи селекційний процес виведення нового сорту. Це створює необхідність вести постійний контроль мінливості, як самої культури-господаря, так і паразита, і з урахуванням змін, що відбуваються в популяції патогена, вести пошук нових генів стійкості.
Однак головне ускладнення в селекції на стійкість до хвороб пов'язано зі складним характером взаємодії між двома біологічними системами (двома організмами) - пшеницею і патогеном. Потрібно враховувати генетичні системи того й іншого, а також ретельно контролювати зовнішні умови з урахуванням їх впливу, як на рослину, так і на хворобу. Основа сучасних уявлень про взаємодію господар-паразит була сформульована Н.І. Вавілов у 1935 році. Взаємодії господар-паразит, що призводять до зниження шкодочинності останнього, можуть бути наступними.
1. Стійкість, обумовлена наявністю небагатьох расоспеціфіческіх генів (вертикальна стійкість, або специфічна), великої кількості малих адитивно взаємодіючих генів, які дають неспецифічний по відношенню до окремих рас ефект або універсально-стійкими моногенними (горизонтальна стійкість).
2. Толерантність до паразита - низька шкідливість на тлі високого зараження посіву. Забезпечується високою швидкістю регенерації завданих ушкоджень або є наслідком невисокою ролі у формуванні врожаю уражених паразитом органів, частин рослини.
3. Розбіжність у часі або просторі піку розвитку паразита і чутливою до нього фази росту рослини. В умовах штучного зараження рослина виявляє високу чутливість, але в польових умовах посів може бути чистий від паразитів.
Встановлено, що еволюція паразитів пов'язана з еволюцією вражається ними рослини і поява у сортів зони нових генетичних факторів стійкості призводить до збагачення популяції патогена новими агресивними расами. Це створює необхідність безперервного селекції нових стійких сортів, постійного пошуку все більш ефективних генів стійкості. Швидкість еволюції паразита визначається частотою виникнення нових мутацій і швидкістю зміни поколінь. Відносно хвороб з високою швидкістю рассообразовательного процесу ефект досягається використанням тих генів стійкості, щодо яких мутація вірулентності згубна для паразита або значно знижує життєздатність останнього. Вертикальна стійкість може забезпечити досить ефективну, але короткочасну захист сорту. Особливо небезпечним виявляється введення одного і того ж гена стійкості до багатьох широко поширені сорти, що прискорює еволюцію паразита. Набагато більш ефективна селекція з використанням універсальних моногенних стійкості.
Для уповільнення утворення нових агресивних рас запропонована система горизонтальної стійкості, заснована на введенні в один сорт декількох так званих малих генів стійкості, не запобігають повністю, але різко послаблюють розвиток хвороби. Уповільнення розвитку паразита призводить до зменшення числа його поколінь за вегетацію і кількості утворилися суперечка. У цьому випадку слабо агресивні раси продовжують існувати в посіві пшениці (не завдаючи помітного втрати урожаю) і своєю присутністю перешкоджають розмноженню нових агресивних рас. Недоліком горизонтальної стійкості для селекції є трудність тестування численних слабких генів, які, як правило, не можуть бути встановлені зараженням окремих проростків в лабораторних умовах, а вимагають оцінки в поле і тільки на досить великих ділянках.
Селекцію на полігенну стійкість ведуть зазвичай традиційним методом відбору з гібридних популяцій, який і тривалий, і пов'язаний з ризиком втрати частини генів. Хорошу захист представляє поєднання горизонтальної і вертикальної стійкості.
Вертикальна стійкість використовується також при створенні Багатолінійні (мультілінейних) сортів, що представляють собою суміш генетично близьких аналогів з різними генами вертикальної стійкості. За наявності в посіві чотирьох або більшого числа ліній з різними генами стійкості виникають раси паразита, вірулентні по відношенню до одного з цих генів, але їх спори гинуть, потрапляючи на сусідні рослини з іншими генами стійкості.
У ряді випадків підвищення стійкості до хвороб досягається введенням генів, що обумовлюють морфологічні ознаки, безпосередньо ускладнюють розвиток паразита. Наприклад, сильний восковий наліт на листках перешкоджає утримання на них крапель роси, необхідних для проростання спор іржі.
Підвищення стійкості у багатьох випадках може бути досягнуто зміною термінів проходження фаз розвитку сортами, в результаті чого період найбільшої чутливості рослини до пошкодження перестає збігатися з сезонним піком розвитку паразита. У скоростиглих сортів вегетація встигає завершитися до масового поширення іржі на посівах.
Там, де не вдається захистити рослини від пошкоджень, велике значення набуває толерантність. Толерантність до паразита, зниження його шкодочинності в більшості випадків можна досягати за рахунок посилення регенераційної здатності рослини.

Збудник ЗАХВОРЮВАННЯ
Листова іржа пшениці завдає істотної шкоди виробництву зерна в Росії, особливо в районах Поволжя, Північного Кавказу, Центрально-Чорноземному районі, де вона розвивається практично щорічно, нерідко досягаючи епіфітотійний рівня. Епіфітотії виникають з частотою 2-3 рази на 10 років у Північно-Кавказькому регіоні (до 1996 року - 5 раз на 10 років), 3-4 рази за 10 років у Центрально-Чорноземному і в Центральному районах, 6 раз на Поволжському і 3 рази на Волго-Вятському районі. В Уральському районі поразку ярої пшениці спостерігається щороку на 30-40%.
Збудником листовий (бурого) іржі пшениці є Puccinia recondita Rob. ex Desm f. sp. tritici.
Систематичне положення.
Клас Basidiomycetes, порядок Uredinales, сімейство Pucciniaceae, рід Puccinia.
Біологічна група.
Облігатних паразит пшениці і ряду дикорослих злаків.
Поширення.
Повсюдно у світі в регіонах вирощування пшениці. Листова іржа зустрічається у всіх зонах вирощування озимої і ярої пшениці.
Біологія та морфологія.
Puccinia recondita Rob. ex Desm f. sp. tritici є двухозяйним паразитом з повним життєвим циклом, має п'ять типів спороношення. У вегетативної фазі життєвого циклу існує у вигляді дікаріотіческого міцелію, еціоспор, теліоспор і уредініоспор. У уредіостадіі, що протікає на рослинах пшениці та ряді дикорослих злаків, чергуються декілька генерацій, кількість їх залежить від кліматичних умов року та тривалості вегетаційного періоду рослин. Уредініі одноклітинних, мають по дві гаплоїдний ядра, що становлять сінкаріон. До кінця вегетації рослини утворюються прикриті епідермісом чорного кольору теліі з теліоспорамі. Останні двухклеточни, в кожній клітині міститься по два гаплоїдний ядра. Уредо-і телейтоспори пристосовані до перезимівлі. Збудник зимує, головним чином, у вигляді міцелію в листках озимої пшениці і дикорослих злаків. Навесні теліоспори проростають, при цьому спостерігається злиття гаплоїдний ядер в диплоїдні, мейоз та освіта росткових трубок - базидії з чотирма одноядерними гаплоїдний, що розрізняються за типом спаровування базидіоспори. Для проростання спор потрібна наявність крапельної вологи, тому розвитку інфекції сприяють рясні роси. При сприятливих температурних умовах (15-25 ° C), інфекція здійснюється протягом 6-8 годин, чергова генерація уредініоспор утворюється через 7-10 днів. Базидіоспори заражають проміжного господаря - рослини васілістніка (Thalictrum minus, T. speciosissimum, T. flavum), в результаті чого на верхній стороні листка утворюються жовто-помаранчеві спермогоніі з спермаціямі (пікніоспорамі) двох типів спаровування. При перенесенні спермацій з одного спермогонія в іншій утворюється змішаний міцелій, а в результаті виникнення анастомозів утворюються дікаріотіческіе клітини - еціоспори, що заражають пшеницю. Гриб переважно має неповний життєвий цикл, розмножується в основному вегетативно, хоча в деяких районах (Україна, Кавказ та ін) види Thalictrum мають широке поширення і, таким чином, статевий процес може відігравати певну роль у відновленні і мінливості популяцій. У Східному Сибіру проміжним господарем є бур'ян лещіца (Isopyrum fumaroides). У вересні частина теліоспор проростає, базидіоспори заражають лещіцу і дають зімующій міцелій. На Далекому Сході проміжним господарем може служити Ломонос Clematis manchurica.
Найбільший розвиток хвороби спостерігається у фазі цвітіння пшениці. Уредініоспори поширюються вітром. Показано, що на території Європи існує єдина популяція патогена, а популяція Західного Сибіру великою мірою незалежна від європейської. Це підтверджується даними вивчення структури популяцій по вірулентності і спостереженнями перенесення суперечка повітряними масами.

ГЕНЕТИКА СТІЙКОСТІ
Фактори вертикальної стійкості до листовий (бурого) іржі позначають як Lr. Серед них виділяють гени ювенільної (стійкість проростків) і вікової стійкості. Найбільш тривалу стійкість пшениці до хвороби забезпечують гени вікової стійкості. Крім того, цей тип стійкості можна відносно легко комбінувати з ювенільної стійкістю і тим самим досягати більш тривалої стійкості пшениці до листової іржі. Лінії з генами вікової стійкості володіють і расоспеціфіческой стійкістю.
В даний час ідентифіковано 35 генів стійкості до бурої іржі та їх алелей, відома хромосомна локалізація багатьох з них. У дослідженнях з визначення генетичної обумовленості стійкості пшениці до листової іржі найбільш часто зустрічаються випадки контролю даної ознаки одним або кількома генами (монофакторное і діфакторное успадкування стійкості, вертикальна стійкість). Алелі стійкості, як правило, домінують над алелями сприйнятливості, і стійкість успадковується за простими менделевської правилами. У ряді випадків встановлено, що стійкість знаходиться під контролем більше шести генетичних факторів. У невеликому числі досліджень були виявлені різні види взаємодії генів, що призводить до зміни менделевської відносин, характерних для двох факторів. При цьому успадкування стійкості здійснюється за типом епістатіческіх і комплементарних взаємодій.
Горизонтальна стійкість, зумовлена спільною дією великої кількості генів, що формують загальну захисно-відбудовну систему організму, зазвичай успадковується проміжно. У ряді робіт відзначається наявність зчеплення генів.
Великі дослідження з генетики стійкості були проведені в СібНІІСХ. Були вивчені стабільно стійкі ізогенние лінії пшениці, які містять гени стійкості Lr9 і Lr19, складний гібрид з Австралії (К-54049) і Гібрид 21, а також хромосоми контролюючі стійкість цих зразків.
Дослідження з виявлення ефективних генів стійкості також у Всеросійському НДІ фітопатології. Були вивчені набори ізогенних ліній пшениці сорту Thatcher з генами ювенільної (Lr1, Lr2a, Lr2c, Lr3, Lr3ka, Lr9, Lr11, Lr16, Lr17, Lr24, Lr26, Lr30) і вікової стійкості (Lr12, Lr13, Lr22a, Lr22b, Lr33, Lr34, Lr37, Lr34 + Lr13). У результаті були виявлені найбільш ефективні гени стійкості для різних регіонів країни. Зокрема, було показано, що найбільш стійкими лініями для умов Центрального регіону є лінії, що несуть гени Lr22a, Lr34, Lr37.

ВИХІДНИЙ матеріал для селекції
Значна роль в селекції на стійкість належить вихідного матеріалу.
Як джерела стійкості використовуються стійкі сорти або ізогенние лінії сортів з генами стійкості. Всі джерела стійкості значно розрізняються як за ступенем стійкості, так і по вивченості генетики стійкості.
Для селекції на стійкість до листової іржі можуть бути використані такі сорти вітчизняної селекції, як Рання 12, Олімпія, Зірка, Обрій, Донская Безоста, Білоруська 80, Харківська 93. Крім того, можливе використання сортів і ліній зарубіжної селекції. Найбільш перспективними є наступні: Sabre, TB/55 SP 6628 (Австралія), Блакитна А, ISWR N 309-6, Kenhi (Канада), Gustin x ND 264-12-13, Gustin x D 264-13, Gustin x D 142 N12 -14, Caddo, Danne, Kawfers, Parker 5, Oasis, Hand Flex, Arthur 71, Parker, Gage (США), Sunnan (Швеція), Fanal, РПГ 48/49 (Німеччина), H-1444 (Норвегія), NS -476, GK-B10 (Югославія). Більшість перерахованих сортів - універсально-стійкі, а стійкість їх визначається генами Lr9 або Lr19.
Серед зразків, стійких до окремих рас патогенів, є форми з відомими генами стійкості. Наприклад, сорт Sonora 64 (Мексика) містить ген Lr1, Lee (США) - два гени Lr10 і Lr24.
Більш ніж в 1/3 стійких сортів стійкість контролюється геном Lr 23/3: Kenya Fanner (+ Lr 10), Kenya 337, Lee (+ Lr 10), Timstein (+ Lr 10), NS4R, Rocta (+ Lr 10), Grym. Практичне застосування знайшли також сорти - джерела стійкості Дмитрівка 5-14 (+ Lr 10), Gabo (+ Lr10), Hopex, Гібрид-21 (+ Lr 10).
Ряд сортів, які тривалий час зберігали стійкість до листової іржі, в останні роки втратили її. Зокрема це такі сорти, як Кальян Сона, Pv-18, Sonora 64, Penjamo 62, що містять ген Lr 23.
Крім перерахованих існують лінії, в даний час слабо вивчені, що несуть гени LrTt1, LrTt2 (отримані від Tr.timopheevii) і ген LrM2 (від гібридної комбінації Саратовська 29 Х І410407).

Методи селекції
Основним методом створення популяцій для відбору є Гібридизація.
Внутрішньовидова гібридизація.
Може здійснюватися за простою схемою міжлінійний, складною ступінчастою і беккросной. Схеми гібридизації, що застосовуються в селекції на стійкість, залежать від генетичного контролю даної ознаки. При моногенних успадкування ознаки стійкості досить ефективною стає беккросная селекція. При цьому реципієнтом ознаки стійкості виступає сорт з високими показниками по ряду господарсько - ціннихознак. Після п'яти - шести зворотних схрещувань сорт-реципієнт стає ізогенной стійкої лінією.
Так, у широко відомий засухостійкий сорт сильної м'якої пшениці Саратовська 29 були введені відсутні у нього гени стійкості до агресивних рас листовий (Lr), стебловий іржі (Sr) та борошнистої роси (Pm). Донором імунітету послужила синтетична гексаплоїдної пшениця (AAGGDD). Вона включає види T/timopheevii - геном AAGG (Швеція) та T.tauschii DD (Болгарія). В результаті 8-9-кратних беккроссов були створені аналоги сорти пшениці Саратовська 29, що розрізняються за скоростиглістю і стійкі до хвороб при посіві в поле і штучному зараженні.
Створені імунні аналоги сорту Саратовська 29 є унікальними, внаслідок одночасної стійкості до трьох видів грибних хвороб і збереження властивостей сильної пшениці. Ці аналоги використовуються в селекції як донори при виведенні нових стійких конкурентоспроможних на світовому ринку сортів. Також вони можуть використовуватися безпосередньо в сільськогосподарському виробництві в зоні районування сорту Саратовська 29 після необхідного розмноження насіння.
Селекцію на горизонтальну стійкість ведуть зазвичай традиційним методом відбору з простих гібридних популяцій, який і тривалий, і пов'язаний з ризиком втрати частини генів.
У більшості випадків техніка гібридизації не залежить від схеми схрещувань і включає в себе наступні операції:
1. Посів батьківських форм в розпліднику гібридизації у строки, що забезпечують їх одночасне цвітіння. Цього можна досягти, висіваючи батьків у три строки.
2. Запобігання самозапилення материнської форми. Ця умова дотримується шляхом кастрації материнських рослин і встановлення ізоляторів запобігають перезапилення. Техніка кастрації полягає в підрізуванні колоскових луски та видалення незрілих пиляків у молодого колоса (на 1/3 здався з піхви листа).
3. Запилення пилком батьківського сорту. Проводять через кілька днів після початку цвітіння материнського сорту.
Віддалена гібридизація.
У селекції пшениці широко використовуються міжвидові схрещування. У гібридизацію залучають полбу, тургідум, пшеницю Тимофєєва, використовують схрещування твердої і м'якої пшениць. Багато гени стійкості до листової іржі отримані від диких видів роду Ttriticum.
Також в селекції пшениці використовують міжродовим гібридизацію. Біологічне різноманіття видів родини Poaceae, що володіють корисними генами для м'якої пшениці, охоплює види роду Triticum L., Aegilops L., Agropyron Gaertn., Secale L. і Hordeum L. Однак наявність бар'єру нескрещіваемості для деяких видів, стерильність гібридів в результаті відсутності кон'югація між пшеничними і чужорідними хромосомами ускладнюють інтрогрессію. Стратегія, яку необхідно застосовувати в кожному конкретному випадку схрещування, залежить від наявності або відсутності гомологічних геномів схрещується видів і числа хромосом у них.
До теперішнього часу розроблені стандартні методи, що полегшують перенесення генів від видів, які не мають родинних геномів з м'якою пшеницею. Одні з них засновані на методах хромосомної інженерії, інші - на методах генетичного контролю мейотіческой рекомбінації, третій - на методи генної інженерії. Результатом цього є той факт, що з більш ніж 40 відомих на сьогоднішній день генів стійкості пшениці до листової іржі - 30 інтрогрессіровани із споріднених видів. Понад 300 сортів м'якої пшениці несуть 1В/1R хромосомну транслокації, що визначає стійкість до фітопатогенів і продуктивність.
У селекції м'якої пшениці на стійкість до листової іржі використовують схрещування гексаплоїдної і октоплоідних тритикале з пшеницею з метою отримати 1ВL/1RS транслокації, яка детермінує стійкість до хвороб. При схрещуванні тритикале з пшеницею спонтанно відбувається процес, що отримав назву misdivision, що полягає в одночасному присутності унівалентних хромосом 1В і 1R, розриву їх по Центромера і злиття в нову 1В/1R хромосму. Проте в результаті подібних схрещувань трапляються й інші транслокації, які можуть призводити до появи небажаних ознак.
Мутагенез.
Для успішного розвитку селекції бажано підвищення урізноманітнення джерел господарсько-цінних ознак. Тому індукований мутагенезу, і в першу чергу хімічний як найбільш ефективний, відіграє важливу роль при створенні вихідних популяцій для відбору.
У дослідженнях Інституту біохімічної фізики ім. Н. М. Емануеля РАН під дією етіленіміна були отримані на м'якої озимої пшениці деякі селекційно-цінні ознаки, не характерні для цієї культури. У роботах Інституту при оптимальному поєднанні мутагени, його доз і вихідного сорти озимої м'якої пшениці, було виділено значну кількість мутантів, стійких до листової іржі - до 12% по відношенню до всіх виділених мутанта. У результаті виникнення множинних мутацій виявлені форми, що поєднують в одному мутант стійкість до двох і декільком фітопатогенів на тлі інших цінних мутантних ознак: високих адаптивних властивостей, високої врожайності, високих хлібопекарських якостей, стійкості до вилягання. Особливу цінність представляють мутанти, що володіють комплексною стійкістю до трьох-п'яти фітопатогенів, що включає крім стійкості до облігатним фітопатогенів стійкість до сапрофіти (расонеспеціфіческая стійкість). Дані мутанти представляють інтерес не тільки як джерела будь-яких ознак. Вони служать також безпосереднім вихідним матеріалом при створенні нових сортів. У ряді випадків даний матеріал не має потреби в селекційній доопрацювання і є готовим сортом, що вимагає тільки розмноження.
Застосування хімічного мутагенезу для створення нових донорів і рідкісних ознак у озимої м'якої пшениці, а також для безпосереднього використання мутантів з комплексами цінних ознак у вигляді господарсько-цінного вихідного матеріалу при створенні нових сортів без суттєвого доопрацювання цього матеріалу скорочує селекційний процес на 3-4 роки.
Методи біотехнології.
Генетична трансформація - ще одна можливість введення нових генів у геном культурних форм, що доповнює традиційні методи селекції.
Віддалена гібридизація культурних злаків з дикорослими родичами має на меті перенесення поодиноких генів або невеликих фрагментів хромосом від дикорослих в геном культурних видів. Але для цього необхідно подолати бар'єр несумісності - відсутність кон'югації хромосом у мейозі. У пшениці в хромосомі 5В були виявлені гени, що впливають на кон'югацію хромосом, і, таким чином, виявлена можливість певною мірою керувати цим процесом. Видаляючи або нейтралізуючи в гібридному ядрі ген, ингибирующий кон'югацію негомологічних хромосом, викликають їх спарювання та Кросинговер. Таким шляхом в Інституті селекції рослин (Кембридж, Великобританія) був перенесений з генома егілопса (A. comosum) в геном пшениці ген, що визначає стійкість до іржі і створений стійкий високопродуктивний сорт Compair.
Зернові культури є важким об'єктом для генної інженерії. Це обумовлено, перш за все, відсутністю векторних систем для введення генів у геном клітин злаків. Найбільш ефективна векторна система на основі плазмід Agrobacterium tumefaciens малопридатна для злаків.
Розробляються методи прямого переносу генів у клітини рослин. До методів прямого перенесення чужорідної ДНК у протопластів рослин і відноситься електропарація: короткочасні електричні розряди (1-100 мкс при напруженості поля 1000-10000 В/см2) збільшують проникність мембран протопластів, куди і проникає що знаходиться в розчині ДНК. У MCXA розробляється метод введення чужорідної ДНК з використанням електрофорезу в агарових гелі. Показано можливість застосування даного методу для трансформації каллусов пшениці з наступною регенерацією із них трансгенних рослин.
Також робляться спроби використовувати природний метод переносу - пилок для передачі пшениці чужорідної ДНК. При цьому пилок або інкубують в розчині, що містить екзогенний генетичний матеріал, або завдають чужорідну ДНК безпосередньо перед цвітінням на маточки зі зрізаними рильцями. Успіх трансформації в таких експериментах складає 1-3%.
Оригінальний спосіб введення чужорідної ДНК в злаки розроблений в Корнельському університеті США. За допомогою генетичного пістолета в клітини рослин вистрілюють крихітні вольфрамові кульки, вкриті генетичним матеріалом. Наприклад, спосіб балістичної трансформації застосували для введення гени вірусу тютюнової мозаїки в клітини цибулі. Була встановлена експресія гена в клітинах. Метод високошвидкісний балістичної трансформації в даний час широко використовується в Центрі «Біоінженерія», ІМГ, ІФР, ВНІІСБ при створенні трансгенних рослин пшениці.
На станції штучного клімату "Біотрон" Інституту біоорганічної хімії для збільшення стійкості російських сортів пшениці до грибкових захворювань ведуться дослідження суперекспрес генів декількох тауматін-подібних білків виділених з рису (TLP) і вівса (oatpermI). Для отримання трансгенних рослин пшениці використовуються вектори, сконструйовані для гетерологічних експресії генів у геномах злакових культур: psGFP-BAR і pAct1-F. Перша конструкція містить ген gfp з оптимізованим кодоном для експресії у рослинах, а також ген bar, що надає стійкість клітин рослин до гербіциду Basta (містить в якості активного інгредієнта L-phosphinotricin). Друга векторна конструкція містить репортерний ген gus. На даний момент отримана 21 лінія трансгенної пшениці сорту Андрос, в геномі яких підтверджено присутність послідовностей генів TLP і outperm. На даний момент проводяться дослідження на предмет збільшення стійкості отриманих рослин до різних грибних патогенів пшениці.
З розвитком культури in vitro з'явилася реальна можливість більш широкого використання гаплоідіі в селекції сільськогосподарських культур. Застосування методу культури клітин дозволило здійснити регенерацію рослин з генеративних клітин, що містять гаплоїдний набір хромосом. Стало можливим масове отримання гаплоідов. Практичне значення в селекції в даний час отримали культура пиляків (андрогенез), зав'язей і сім'ябруньок (гіногенез) і метод гаплопродюсера, який є різновидом гіногенеза.
У ПНІІЖБ створений сорт озимої пшениці Смуглянка з використанням культури пиляків. Він включений до Держреєстру РФ в 1997 р. і визнаний перспективним для Поволжя. Сорт стійкий до листової іржі, борошнистої роси, твердою головне, витривалий до хлібного пильщики та природному комплексу вірусних і мікоплазмових хвороб.
Хромосомна інженерія.
Хромосомна інженерія - це заміщення хромосом на внутрішньовидової, міжвидових і міжродовим рівнях. Ця технологія відкриває нові можливості в селекції, коли потрібно підправити окремі ознаки, а не реконструювати весь організм, комбінуючи в процесі гібридизації тисячі генів.
У світі вже відомо близько 30 повних заміщених серій у пшениці. Однією з кращих визнана створена в Росії серія по комбінації Саратовська 29 х Янецкіс Пробат. У сорту Саратовська 29 кожна з 21 пари хромосом заміщена на гомологічних хромосом від сорту-донора Янецкіс Пробат.
У ряді випадків, коли вичерпана внутрішньовидова мінливість, вже не вдається посилити до необхідного рівня селекціоніруемие ознаки, перш за все стійкість до захворювань. Тоді доводиться запозичувати необхідні гени у інших видів, пологів рослин, у тому числі і у диких родичів.
В Інституті цитології і генетики СО РАН проводяться міжвидові, міжродовим заміщення хромосом. Додання гексаплоїдної м'якої пшениці Triticum aestivum стійкості до різних видів іржі, борошнистої роси та інших видів захворювань виявилося можливим при заміщенні двох пар хромосом її 5В і 6В на хромосоми від третраплоідной пшениці Triticum timopheevii.
Аллоцітоплазматіческіе гібриди пшениці.
Розширення адаптаційних можливостей у пшениці досягається шляхом створення нових генетичних систем у формі гібридів аллоцітоплазматіческой пшениці, у яких ефект ядерно-цитоплазматичних взаємодій детермінує ряд властивостей, що забезпечують більш високий рівень адаптації рослин до стресових факторів середовища. Аллоцітоплазматіческіе гібриди пшениці (АЦПГ) отримують методом зворотних схрещувань (не менше шести беккроссов) і відбором. Вони являють собою новий синтетичний тип рослин, у яких ядро T. aestivum L. нормально функціонує в чужорідної цитоплазмі.
Переміщення ядра пшениці, в чужорідну цитоплазму може викликати в ряді випадків зміна кількісних ознак і біологічних властивостей рослин. Диференційоване прояв цих змін дає підставу вважати, що генами, що детермінують та або інша ознака, відповідають певні плазмагени або інші мікроструктури цитоплазми, що забезпечують контроль і передачу певних генопродуктов. Порушення цього ядерно-цитоплазматичного відповідності призводить до зміни величини ознаки або його непроявлену, наприклад, під впливом мітохондріального генома змінюються стійкість рослини до патогенів.
Селекційно-генетична робота по створенню та вивченню озимих та ярих форм аллоцітоплазматіческой пшениці проводиться на аграрному факультеті Російського університету дружби народів з 1981 р. До теперішнього часу створена велика колекція ліній аллоцітоплазматіческой пшениці T. aestivum L, що поєднують ядерний геном різних сортів ярої та озимої пшениці з цитоплазмою таких типів, як Secale cereale, Aegilops ovata, T. timopheevi.
За результатами порівняльного вивчення дванадцяти ярих ліній аллоцітоплазматіческой пшениці в 2002 р. в колекційному розплідник двох науково-дослідних інститутів (Московська область - НІІСХ ЦРНЗ та м. Рязань - НДІ ПТИ АПК) виділена лінія аллоцітоплазматіческой пшениці на цитоплазмі T. timopheevi (АЦПГ T. timopheevi х сорт SV66342), що відрізняється більш високим урожаєм зерна та підвищеною стійкістю до хвороб у порівнянні зі стандартним сортом ярої пшениці Пріокская. Так, в умовах Московської області врожай зерна у сорту Пріокская склав 43,4 ц/га, а у АЦПГ T. timopheevi x SV66342 - 49,8 ц/га. Ураженість листовий іржею у рослин АЦПГ склала 50%, а у стандартного сорту - 70%. Урожай зерна в умовах НДІ ПТИ АПК (г.Рязань) у сорту Пріокская - 41,8 ц/га, а у АЦПГ - 47,2 ц/га. Ураженість рослин бурою іржею у АЦПГ в цьому інституті також була нижчою, ніж у стандартного сорту. Вона склала 30%, тоді як у сорту Пріокская - 60%.
Використовуючи явище елімінації у гібридів геномом одного виду (роду) рослин геному іншого, вдалося створити ячмінно-пшеничні форми, у яких присутні ядерний геном пшениці, цитоплазма і елементи цитоплазматичного геному ячменю. Ці аллоплазматіческіе лінії за своїм фенотипом більше повторюють пшеницю, але в них проявлялися окремі ознаки ячменю, наприклад, ранньостиглість і стійкість до ряду захворювань.

МЕТОДИКА І ТЕХНІКА СЕЛЕКЦІЙНОГО ПРОЦЕСУ
Методика оцінки селекційного матеріалу на стійкість до листової іржі.
Особливістю селекційного процесу при виведенні стійких до хвороб сортів є необхідність створення умов для прояву селекційним матеріалом стійкості.
Оцінка селекційного матеріалу та відбір проводяться в природних умовах або на штучних інфекційних фонах. Використання природного фону не вимагає ніяких додаткових витрат і, якщо рік епіфітотійний, оцінка ведеться за реальних інфекційних навантаженнях. Для посилення природного інфекційного фону досліджувані образди можна обсеять захисною смугою з універсально чутливого сорту (наприклад, Саратовська 29) з додаванням вирощених в приміщенні і штучно заражених рослин цього сорту.
Способи створення інфекційного фону можуть бути різні. Зараження усіма листовий іржею здійснюють шляхом обприскування суспензією спір або Обпилювання суперечками змішаними з наповнювачем для рівномірного розподілу по поверхні рослин.
Заздалегідь підготовлену суспензію суперечка з ранцевого обприскувача рівномірно наносять на ділянки, після чого створюють вологу камеру, закриваючи оброблену ділянку плівкою. Таку обробку проводять після рясних дощів у фазу виходу в трубку.
Поразка і листовий іржею починається з листя нижнього ярусу. Стійкість визначають за ступенем ураження флагової листа?? про шкалами майнс-Джексона і Петерсона. При цьому визначають тип ураження або бал, побічно характеризує тип взаємодії рослини господаря і патогена, і відсоток ураження поверхні листової пластинки що характеризує ступінь стійкості рослини господаря.
Схема селекційного процесу.
У селекційному процесі використовується традиційна схема, застосовувана в багатьох селекційних установах країни і включає в себе наступні розплідники: колекційний розплідник першого і другого року, розплідник гібридизації, гібридний розсадник, розплідник відборів, селекційний розсадник першого року, селекційний розсадник другого року, контрольний розсадник, розплідник конкурсного сортовипробування. Відбір гібридного матеріалу ведеться методом педігрі. З огляду на різноманіття вихідного матеріалу і різного ступеня його вивченості залучення вихідного матеріалу в схему селекційного процесу відбувається на різних етапах. Маловивчений матеріал включається в схему починаючи з колекційного розплідника. Добре вивчений матеріал включається в схему починаючи з розплідника гібридизації.
Колекційні розплідники першого і другого року.
Вихідний матеріал висівається на метрових ярусах. Вивчення матеріалу відбувається в умовах різних строків та фонів посіву. Технологія обробітку, облік і спостереження проводяться відповідно до методичних вказівок з вивчення світової колекції пшениці. Найкращий матеріал направляється в розплідник гібридизації для залучення до схрещування з кращими сортами місцевої селекції.
Розплідник гібридизації.
Батьківські форми висіваються у три строки. Перший термін при першій можливості посіву. Гібридизація проводиться шляхом кастрації і подальшого примусового запилення (ТВЕЛ-метод).
Гібридний розплідник.
Гібридні зернівки висіваються вручну на метрових ярусах. Одночасно з гібридними розміщуються та батьківські форми.
Розплідник відбору.
Посів розплідника проводиться в оптимальні строки по чистому пару. У зв'язку з тим, що матеріал дає значну розщеплення в цьому розплідник проводиться індивідуальний відбір елітних рослин у всіх гібридних популяціях. Проводять обліки і спостереження за фенології (сходи, колосіння, воскова стиглість) по стійкості до несприятливих кліматичних факторів, стійкості до вилягання, елементам врожайності. Збирання проводять вручну разом з корінням у фазу воскової стиглості. Після польової та лабораторної оцінки найкращі з них залишають інші вибраковуються.
Селекційний розплідник першого року.
Посів, оцінка та відбір ліній. Посів ведеться на метрових ярусах в оптимальні для зони строки по чистому пару. З фенологічних спостережень в СП1 відзначаються сходи, кущення, колосіння і воскова стиглість. Проводиться оцінка на стійкість до листової іржі. Весь матеріал оцінюється дуже жорстко. Для передачі в СП2 залишається не більше 4-5% ліній. У сильно розщеплюються ділянках проводять індивідуальні відбори однорідних елітних рослин.
Селекційний розплідник другого року.
Посів про