Микология и фитопатология, 2019, T. 53, № 5, стр. 293-300

ВВЕДЕНИЕ

Парша (возбудитель – Venturia inaequalis, Venturiales, Ascomycota) – одно из самых вредоносных заболеваний яблони. Снижение урожая яблок в нашей стране от поражения паршой составляет не менее 40%, значительные потери (до 70%) отмечают и за рубежом (MacHardy, 1996; Sedov et al., 2011; Nasonova, Keldibekov, 2017).

Совместную эволюцию парши и яблони можно отразить с помощью модели взаимодействия растения и патогена “ген-на-ген”, первоначально предложенной Flor (1971) для льна (Linum usitatissimum) и ржавчины (Melampsora lini). В современной интерпретации суть модели заключается во взаимодействии продуктов генов устойчивости растения и генов авирулентности патогена. При этом фенотипический отклик растения может выражаться по-разному, в ряде случаев обеспечивая устойчивость к патогену (Jones, Dangl, 2006).

Важным аспектом эволюции патогена является ежегодная сексуальная фаза развития, проходящая на опавших листьях в зимний период. В результате формируется новое поколение аскоспор, которые имеют иные комбинации генов авирулентности, нежели у родителей, и, возможно, будут более успешно поражать хозяина (Bus et al., 2011; Nasonov, Suprun, 2015). Существуют концепции моногенной и полигенной устойчивости, генов широкого спектра действия, главных и минорных генов, вертикальной и горизонтальной устойчивости и др. Данные концепции в конечном счете не противоречат модели “ген-на-ген”, с учетом различий в природе проявления устойчивости определенных генов. Стратегия объединения в одном генотипе нескольких факторов устойчивости (вертикальной и горизонтальной устойчивости, пирамидирование генов, олигогенов и полигенов, относительной устойчивости и иммунитета) – основное направление современной селекции на устойчивость, которое активно развивается и во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК) (Sedov et al., 2011). Широкое возделывание сортов с определенными генами устойчивости ускоряет вероятность появления рас патогена, способных эту устойчивость преодолеть (Zhdanov, Sedov, 1991). Профилактические меры борьбы – такие как уничтожение опавших листьев, призваны предотвратить сексуальную стадию развития патогена, и, следовательно, его эволюцию и появление новых рас. Однако, именно создание устойчивых сортов яблони – наиболее эффективный и безопасный для окружающей среды метод борьбы с патогеном.

С точки зрения генетической обусловленности устойчивости яблони к парше важно отметить, что основой современных сортов яблони (Malus × domestica), вероятно, является один вид – Malus sieversii (Sedov et al., 2005). А источниками устойчивости к парше зачастую являются другие виды яблони: M. floribunda (ген Vf/Rvi6), M. micromalus (Vm/Rvi5) от M. pumilla и др. (Zhdanov, Sedov, 1991). Вероятно, в диких и полудиких видах яблони существует огромный и еще не востребованный ресурс устойчивости к парше. В настоящее время обнаружено около 20 генов устойчивости, для большинства из них установлена локализация на той или иной группе сцепления в геноме яблони (Bus et al., 2011). V. Bus с соавторами (2011) предложили новую номенклатуру названий генов устойчивости. В данной статье мы приводим историческое название вкупе с новым в соответствии с вышеупомянутой номенклатурой (например, Vf/Rvi6). Экономическое значение конкретных генов устойчивости сильно различается в зависимости от наличия/отсутствия в том или ином регионе/стране вирулентной расы, способной преодолеть устойчивость, определяемую данным геном. Информация о распространении рас парши и, соответственно, о том, какие гены обеспечат защиту от данного патогена – важный фактор стратегического планирования селекции яблони на устойчивость к парше. В 1980–90-е гг. во ВНИИСПК на обширном генетическом материале яблони были проведены многолетние исследования степени поражения паршой на естественном и искусственно созданном инфекционном фоне, выявлены доноры иммунитета (олигогенной устойчивости) и относительной (полигенной устойчивости – с неизвестными генами устойчивости) (Zhdanov, Sedov, 1991). Современная информация о распространенности рас парши яблони в РФ отсутствует.

Vinquest – международный проект, цель которого проведение регулярного мониторинга вирулентности различных популяций парши яблони (Vinquest, 2018a) путем наблюдения за поражаемостью дифференциаторов парши – сортов и форм, у которых присутствуют известные гены устойчивости. В настоящее время в проект входят более 15 европейских стран, в т.ч. РФ, представленная нашим институтом, а также Канада, Великобритания. Проект Vinquest – способ оценки распространенности рас парши яблони и источник информации для выбора стратегии превентивной селекции на устойчивость к парше.

Цель данной работы – на основании четырехлетних (2015–2018 гг.) наблюдений за поражаемостью паршой сортов и форм дифференциаторов яблони сделать выводы о расовом составе патогена и составить рекомендации по использованию в селекции конкретных генов устойчивости.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в условиях селекционного сада ВНИИСПК, г. Орел (53 с.ш., 36 в.д.). В марте 2013 г. были получены черенки дифференциаторов (15 генотипов) и привиты в кроны взрослых деревьев яблони. Часть прививок не прижилась или не перезимовала. В итоге 10 дифференциаторов и восприимчивый сорт Гала, который не несет никаких генов устойчивости и выступает в качестве положительного контроля, были окулированы на карликовой вставке 3-17-38 и высажены в молодой селекционный сад осенью 2014 г. (табл. 2). При обнаружении поражения паршой на конкретном дифференциаторе с определенным геном устойчивости делался вывод о наличии соответствующей расы парши. Оценка поражения яблони паршой производилась в 2015, 2016, 2017 и 2018 гг. на естественном инфекционном фоне по шкале, принятой в проекте Vinquest (2018b) и приведенной ниже табл. 1.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В течение 4-х лет поражение паршой яблони наблюдалось в широком диапазоне (от 1 до 5 баллов): от отсутствия видимых симптомов поражения (1 балл) до многочисленных поражений, распространенных на большей части дерева (5 баллов) (табл. 2). Данные о степени поражения дифференциаторов паршой яблони приведены в табл. 2.

В 2018 г. некоторые деревья завязали плоды. На яблоках Присциллы и M. × floribunda 821 поражение паршой не наблюдалось, а на TSR33T239 поражение паршой было на 2 балла.

По степени поражения паршой яблони, наблюдаемые дифференциаторы можно условно разделить на 3 группы. В первую группу мы включили формы, которые в значительной мере поражаются патогеном в условиях ВНИИСПК, привлечение их (или других генотипов с данными генами устойчивости) в селекцию на устойчивость кажется нецелесообразным. В третью группу вошли формы, которые в течение четырех лет наблюдения оказались устойчивыми к парше. Во вторую группу включили формы с промежуточной/переходной степенью поражения паршой яблони.

Очевидный уровень поражения. Этот уровень поражения (от 3-х баллов – очевидное в нескольких частях дерева) уже в первый год наблюдений был зафиксирован для следующих сортов:

1) для восприимчивого сорта Гала (который не несет никаких генов устойчивости и выступает в качестве положительного контроля); возможно, в связи с накоплением инфекции, в последний год наблюдений (2018 г.) все деревья были поражены болезнью на 5 баллов;

2) для сорта Голден Делишес (несет ген Vg/Rvi1); в последний год наблюдений (2018 г.) деревья поражались до 5 баллов (в среднем на 4.6 балла); 87% популяций патогена, распространенных в Европе, поражают сорта с геном Vg/Rvi1 (Parisi et al., 2004);

3) для формы Q71 (F1 от сорта Женева, несет ген Vh3/Rvi3 (рис. 1А); первое появление расы, преодолевающей ген, документировано в 1951 г. в канадской провинции Нова Скотия (Shay, Williams, 1953); этот дифференциатор поражается во всех странах инициативы Vinquest (2017);

Рис. 1.

Спороношение парши яблони на сортах-дифференциаторах: 1 – Q71 (ген Vh3/Rvi3), 2 – 9-AR2T196 (Vm/Rvi5), 3 – TSR33T239 (Vh4/Rvi4), 4 – J-34 (Vdg/Rvi 9).

4) для формы 9-AR2T196 (несет ген Vm/Rvi5 от Malus micromalus 245-38, рис. 1); вирулентная раса обнаружена во Франции (Lespinasse et al., 1979), Англии (Williams, Brown 1968), России (Zhdanov, Sedov, 1991); поражение паршой яблони этого дифференциатора отмечается также в Германии. В целом, раса 5, преодолевшая Vm/Rvi5, не так часто встречается (Vinquest, 2017).

По результатам 4-летних наблюдений очевидное поражение паршой яблони наблюдалось и у дифференциатора B45 (несет ген Vh8/Rvi8 от представителей M. sieversii обнаруженных в Тарбагатайских горах Казахстана). Хотя, в отличие от вышеописанных дифференциаторов, очевидное поражение паршой проявилось не сразу (в первый год наблюдений средний балл поражения составил 2.5 балла и достиг 3.1 балла в 2018 г.). B45 достаточно сильно поражается во всех странах входящих в проект VINQUEST (Vinquest, 2017).

Промежуточный уровень поражения патогеном. Этот уровень (средний балл – до 3-х) был зафиксирован для следующих сортов:

1) для формы TSR33T239 (потомок формы Russian apple R12740-7A – гибридной формы, привезенной из России, имеет ген Vh4/Rvi4) в первые три года наблюдений средний балл поражения составил менее 2-х, а в 2018 г. средний балл поражения вырос до 2.75 и было обнаружено поражение плодов; по литературным данным TSR33T239 поражается максимум до 2–3 баллов в Польше и Чехии, а также в Германии и Франции, однако средний балл поражения в большинстве стран менее 2-х, т.е. обнаруживается одно или несколько пятен поражения паршой яблони или очевидное поражение в нескольких частях дерева на некоторых деревьях (Vinquest, 2017); ранее была опубликована информация о наличие расы 4, преодолевающей этот ген (Shay et al., 1962 и др.), однако, по мнению V. Bus с соавторами (2011), раса, полностью преодолевшая данный ген устойчивости, не обнаружена;

2) для формы A 723-6 (имеет ген Va/Rvi10, обнаружен у потомков Антоновки); пятна парши на одном или нескольких листьях (2 балла) наблюдались на всех деревьях, в 2018 г. средний балл достиг 2.3; поражение паршой яблони этого дифференциатора (в широком диапазоне средних значений от 1.2 до 7.6) наблюдалось во всех странах – членах Vinquest, кроме Италии и Великобритании (Vinquest, 2017);

3) для формы J34 (F1 от сорта Dolgo, Vdg/Rvi 9); в первые два года исследований следов спороношения парши яблони обнаружено не было; следы спороношения на одном листе (2 балла) у трех из 9 деревьев дифференциатора J34 были найдены в 2017 и 2018 гг.: на 2 балла поразилось 2 дерева (рис. 1); средний балл поражения за годы наблюдений не превысил 1.3 балла; J34 поражается изолятом парши South Dakota 356-2 (McCrory, Shay, 1951); поражение паршой этого дифференциатора (в широком диапазоне средних значений балла поражения от 1.2 до 7 баллов) наблюдалось во всех странах – членах Vinquest, кроме Канады, Франции, Италии (Vinquest, 2017).

Отсутствие видимых симптомов поражения. Этот уровень (1 балл) был зафиксирован для следующих сортов:

1) для формы Gmal 2473 (Vr2/Rvi15, изначальное происхождение формы в последующем поставлено под сомнение) на протяжении 4-х лет наблюдения поражение паршой не наблюдалось; на данный момент в мире не обнаружено рас парши яблони, преодолевших ген Vr2/Rvi 15 (Bus et al., 2011);

2) для сорта Prisсilla (Vf/Rvi6, Starking Delicious × × PRI 610-2) на протяжении 4 лет наблюдения пятен парши не обнаружено; раса 6, преодолевающая ген Vf/Rvi6, впервые была обнаружена в Германии (Parisi, 1993); в настоящее время преодоление гена Vf  указано для многих стран, в том числе Республики Беларусь (Sukhotskiy, 2014) и Польши (Vavra, Bocek, 2010; Masny, 2017); патоген на Prisсilla обнаружен в Германии, Польше, Чехии, Швеции, Франции, Великобритании (Vinquest, 2017);

3) для Malus floribunda 821 (Vf/Rvi6, Vfh/Rvi7) на протяжении 4 лет наблюдения парша не обнаружена; изучение потомков M. floribunda 821 показало наличие двух генов устойчивости (Benaouf, Parisi, 2000); патоген на M. floribunda 821 обнаружен в Германии, Бельгии, Швеции, Швейцарии, Австрии, Великобритании (Roberts, Crute, 1994; Vinquest, 2017).

Судя по степени поражения паршой генотипов дифференциаторов, в условиях ВНИИСПК присутствуют следующие расы парши: 1, 3, 4, 5, 8, 10. Следует отметить слабое поражение дифференциатора расы 9. Насколько жизнеспособна раса 9 в условиях Центральной России и будет ли нарастать инфекция с годами – покажут дальнейшие наблюдения. Не обнаружены расы 6 и 7, способные преодолеть гены устойчивости от M. floribunda 821, а также раса 15.

В данной работе для оценки расового состава парши яблони использовался набор генотипов, разработанный и предложенный для мониторинга международной инициативой Vinquest (2018a).

В более ранних отечественных исследованиях был предложен набор сортов для определения наличия рас 1–7 парши яблони и установлено наличие на территории Орловской обл. рас 1 и 5; расы 2, 6, 7 не были обнаружены, а для рас 3 и 4 убедительные доказательства их наличия отсутствовали (Zhdanov, Zuk, 2006). Набор сортов-дифференциаторов, использованный в данной работе, отличается тем, что позволяет идентифицировать 10 рас парши, а для идентификации рас 3 и 4 были применены иные дифференциаторы. В наших исследованиях также установлено наличие рас 1 и 5, но, к сожалению, нет данных о наличии расы 2, поскольку дифференциатор на данный момент в коллекции ВНИИСПК отсутствует. Также не обнаружены расы 6 и 7. Нами наблюдалось поражение паршой дифференциаторов рас 3 и 4, однако дифференциаторы, использованные нами отличаются от таковых в работе В.В. Жданова и Г.П. Жук (Zhdanova, Zhuk, 2006). Для выявления расы 3 этими авторами был использован сорт Женева. По литературным данным у сорта Женева несколько генов устойчивости к патогену (Bus et al., 2011). В нашей работе использовался Q71 – гибрид первого поколения от Женевы. Для выявления расы 4 цитируемые авторы использовали TSR18T13, в то время как мы использовали TSR33T239. Кроме различия в некоторых дифференциаторах возможны еще минимум две причины отличий наших данных от данных цитирумых авторовх: 1) разное время появления расы 3 и 4 в Орловской обл. и 2) различный подход к трактовке результатов – вышеупомянутые авторы говорят об отсутствии убедительных доказательств наличия рас 3 и 4. В наших исследованиях на дифференциаторе расы 4 уже в первые годы наблюдений были обнаружены пятна парши, а в 2018 г. поражение достигло значительной степени – 3 балла у трех из четырех деревьев (рис. 1). По мнению V. Bus et al. (2011), изоляты, полностью преодолевшие устойчивость гена Vr1/Rvi4, пока не найдены. На дифференциаторе расы 3, уже в первые годы наблюдений, нами было обнаружено поражение до 4 и 5 баллов. Поражение до 3-х баллов было обнаружено на дифференциаторе расы 10. Отмечено слабое поражение дифференциатора расы 9. Расы 6, 7 и 15 на данный момент не обнаружены. В целом, полученные нами данные не противоречат данным В.В. Жданова и Г.П. Жук (Zhdanova, Zhuk, 2006), но дополняют их.

В работе О.Н. Барсуковой (Barsukova, 1985) установлено наличие рас 1, 2, 3, 4 на Кавказе. По результатам нашей работы, расы 1, 3 и 4 также были обнаружены в Центральной России, а наличие расы 2 не тестировалось в связи с отсутствием дифференциатора.

Несколько дифференциаторов, включенных в инициативу Vinquest, отсутствовали в наших исследованиях. Это TSR34T15 Vh2/Rvi2, Malus bacсata jackii Vbj, Hansen’s baccata 2 Vb/Rvi12, Durello di Forli Vd/Rvi13, Dülmener Rosenapfel Vdr1/Rvi14.

Основываясь на 4-летних наблюдениях в условиях ВНИИСПК или опубликованных на сайте инициативы общедоступных данных проекта Vinquest (2017), в табл. 3 мы представляем список генов устойчивости к парше яблони, перспективных на наш взгляд для внедрения в селекцию на этот признак в условиях Центральной России.

На данный момент в мире не обнаружено рас парши яблони, преодолевших ген Vr2/Rvi15 (дифференциатор GMAL 2473) (Bus et al., 2011). Актуальным в пределах Российской Федерации остается устойчивость к парше яблони, передаваемая от M. floribunda 821 (гены Vf/Rvi6 и Vfh/Rvi7), хотя расы 6 и 7, преодолевшие эти гены, обнаружены во многих странах. Показывают хорошие результаты в других странах проекта Vinquest и гены устойчивости Rvi14/Vdr1, Rvi11/Vbj, Vb/Rvi12, однако в пределах Российской Федерации они еще не тестировались.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам 4-летнего мониторинга поражаемости паршой дифференциаторов яблони в условиях естественного инфекционного фона ВНИИСПК (г. Орел) сделан вывод о наличии здесь рас 1, 3, 4, 5, 8, 10 возбудителя парши. Не обнаружены расы 6 и 7, преодолевшие гены устойчивости от M. × floribunda 821, а также раса 15, о существовании которой, насколько нам известно, еще не сообщалось. Важно подчеркнуть на данный момент сравнительно слабую степень поражения паршой дифференциатора гена Vdg/Rvi 9 (до 2-х баллов). Насколько жизнеспособна раса 9 в условиях Центральной России и будет ли нарастать инфекция с годами – покажут дальнейшие наблюдения.

Результаты регулярного мониторинга вирулентности различных популяций парши яблони помогут селекционерам определить какие гены или комбинации генов следует привлечь в селекцию для создания устойчивых адаптивных сортов для возделывания в пределах страны и выхода продукции на международный рынок.

Авторы благодарят к.б.н. А.И. Насонова (кандидат биологических наук, Северо-Кавказский научный центр садоводства, виноградарства, виноделия, г. Краснодар) и Г.В. Насонову (Всероссийский НИИ селекции плодовых культур, г. Орел) за замечания к рукописи, а также Andrea Patocchi за предоставление черенков дифференциаторов.