Новая статья ученых из Центра Джона Иннеса в Норидже объясняет, почему селекционерам трудно вывести сорта пшеницы, которые сочетают в себе высокую урожайность и хорошую устойчивость к септориозу, болезни пшеницы, которая может сократить потери урожая на до 50%. Он прослеживает проблему до решений, принятых почти шестьдесят лет назад.
Септориоз является наиболее разрушительным заболеванием, поражающим пшеницу в Великобритании. Поскольку грибок стал нечувствительным к большинству фунгицидов, спрос на новые сорта пшеницы, устойчивые к септориозу, резко возрос.
Септориоз стал серьезной угрозой для пшеницы в 1970-х годах. С тех пор прогресс в выведении новых сортов, сочетающих высокую урожайность с устойчивостью к септориозу, был медленным.
Профессор Джеймс Браун и его коллега доктор Лия Аррайано проанализировали устойчивость и восприимчивость к септориозу сортов пшеницы, выращенных в Великобритании между 1860 и 2000 годами. восприимчивость к септориозу очень тесно связана с той, которая увеличивает урожайность и размер зерна.
Профессор Браун сказал: «Изучая исторический набор сортов, охватывающий более века селекции пшеницы, мы обнаружили, откуда взялась небольшая область генома, которая увеличивает как септориоз, так и урожайность. Мы проследили ее до сорт под названием Heines Peko, который использовался для селекции на урожайность и устойчивость к ржавчине в конце 1950-х годов».
Heines Peko был скрещен с Cappelle Desprez, основным сортом пшеницы в Великобритании в то время. Это скрещивание было настолько влиятельным, что все современные сорта пшеницы, выведенные в Британии, произошли от него. Профессор Браун предполагает, что по мере того, как селекционеры пшеницы отбирали все более высокие урожаи, восприимчивость к септориозу увеличивалась вместе с этим.
"Моя группа сейчас пытается выяснить, можно ли разорвать связь между двумя чертами", добавил он.
Селекционеры понимают, что повышение урожайности является основным двигателем рынка для новых сортов. Профессор Браун отмечает, что, хотя за последние десять лет устойчивость рекомендуемых сортов к септориозу улучшилась, отсутствие знаний о взаимосвязи между урожайностью и восприимчивостью к септориозу препятствует прогрессу.
«Удивительно, - добавляет он, - что решение, принятое так давно, имело такой долговременный эффект».
Эд Флэтман, глава европейского отдела селекции пшеницы в компании Limagrain, сказал: «Работа профессора Брауна и доктора Аррайано была одним из самых первых применений ассоциативной генетики в пшенице, и она помогла нам понять прошлую историю селекции на устойчивость. Теперь мы взяли результаты Джеймса и расширили их, определив новые виды устойчивости к септориозу в современных высокоурожайных элитных сортах."
Исследования доктора Арраиано и профессора Брауна указывают на способ решения проблемы сочетания урожайности и устойчивости к септориозу. Они обнаружили десять других генов, разбросанных по всему геному, с меньшим влиянием на септориоз. Они также обнаружили, что почти половина вариаций Septoria контролировалась генами с эффектами, которые были слишком малы, чтобы их можно было идентифицировать по отдельности. «Мы знаем, что гены есть, - сказал профессор Браун, - но мы не знаем, где они».
Профессор Браун уверен, что селекционеры могут добиться устойчивого прогресса в борьбе с септориозом, используя эти знания. «Когда селекционеры скрещивают разные сорта, они производят новые комбинации генов с небольшим эффектом», - объясняет он. «Тогда, если они проведут полевые испытания в местах, где септориоз действительно свирепствует, они смогут выявить наиболее устойчивые линии для коммерциализации и использования в разведении следующего поколения».
Он считает, что этот подход позволит селекционерам повысить устойчивость к септориозу, сведя к минимуму нежелательные побочные эффекты, такие как снижение урожайности.
Профессор Браун сказал: «В связи с давлением ограничений на использование пестицидов, добавленных к септориозу, который становится нечувствительным к большинству фунгицидов, фермерам нужны сорта, которые сочетают в себе урожайность и качество с устойчивостью к септориозу и другим заболеваниям. Наш прорыв должен ускорить прогресс в разработке эти новые разновидности."
Исследование проводилось при поддержке Департамента окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (DEFRA) в рамках программы «Устойчивое земледелие LINK» при поддержке Совета по развитию сельского хозяйства и садоводства (AHDB) и консорциума селекционных компаний: Elsoms Seeds, Limagrain, Sejet, SW Seed и Syngenta, а также Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC).