ارزیابی مقاومت برخی ارقام گندم نان بهاره ایران نسبت به بیماری زنگ سیاه در مرحله گیاهچه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، و باشگاه پژوهشگران و نخبگان جوان، کرج، ایران.

2 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 مؤسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

4 دانشیار،گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاروزی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

5 گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

چکیده

مقاومت ۵۸ رقم گندم نان بهاره نسبت به بیماری زنگ سیاه ناشی از قارچ Puccinia graminis f. sp. tritici در مرحله گیاهچه در سال ۱۳۹8 در گلخانه های تحقیقاتی بخش تحقیقات ها غلات موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر در کرج مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین‌ منظور از چهار نژاد TTTTF، PTRTF، TTKTK و TKTTF که در سال‌های اخیر از نژادهای غالب قارچ عامل بیماری زنگ سیاه گندم در ایران شناسایی شده‌اند، استفاده شد. بر اساس واکنش ارقام گندم مورد ارزیابی رقمی که در برابر تمامی نژادها دارای واکنش مقاومت باشد، مشاهده نشد و تنها سه رقم عدل، دز و افق هر یک در برابر سه نژاد مختلف از چهار نژاد مورد استفاده مقاومت نشان دادند. نتایج نشان داد که ۱۲ رقم در برابر دو نژاد TTTTF و TTKTK، ۱۰ رقم در برابر نژاد PTRTF و هفت رقم در برابر نژاد TKTTF دارای واکنش مقاومت در مقیاس "0" تا "2+" بودند. تجزیه خوشه‌‌ای به روش وارد (Ward) ارقام مورد مطالعه را در پنج گروه مختلف: مقاوم، نیمه مقاوم، متوسط، نیمه حساس و حساس برای هر یک از نژادها طبقه‌بندی کرد. بر اساس نتایج تجزیه به مؤلفه‌های اصلی، ارقام سیوند، پیشتاز، عدل، نیک‌نژاد و افق نسبت به دو نژاد TTTTF و PTRTF و رقم کاوه نسبت به دو نژاد TTKTK و TKTTF مقاومت نشان دادند. مقاومت مشاهده ‌شده در این ارقام ممکن است ناشی از ژن(های) شناسایی نشده یا ترکیبات ژنی باشد که توسط نژادهای زنگ سیاه مورد استفاده بی‌اثر نشده‌اند. اطلاعات ارائه‌شده در خصوص واکنش ارقام گندم بهاره در مرحله گیاهچه‌ می‌تواند برای به‌نژادگران گندم در راستای بهبود ژرم‌پلاسم گندم نسبت به بیماری زنگ سیاه مفید باشد. بدیهی است که ارزیابی واکنش ارقام گندم نان به نژادهای عامل بیماری زنگ سیاه در مرحله گیاه کامل نیز بایستی مد نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Resistance of Some Iranian Spring Bread Wheat Cultivars to Stem Rust Disease at Seedling Stage

نویسندگان [English]

  • A. Saremirad 1
  • M.R Bihamta 2
  • A. Malihipour 3
  • Kh. Mostafavi 4
  • H. Alipour 5
1 Department of Agronomy and Plant Breeding and Young Researchers and Elite Club, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
2 Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agricultural Science and Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran.
3 Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran.
4 Department of Agronomy and Plant Breeding, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
5 Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]

This study aimed to evaluate the resistance of 58 spring bread wheat cultivars to stem rust at seedling stage. For this purpose, four races of stem rust pathogen; TTTTF, PTRTF, TTKTK, and TKTTF, which are among the dominant races of stem rust disease in Iran, were used. In all experiments, Morocco and McNair cultivars were included as susceptible controls. Based on the reaction of cultivars, no resistance was observed against all races, and only three cultivars; Adl, Dez, and Ofogh were resistant to three different races of the four races of stem rust pathogen. The results showed that 12 cultivars had resistance against TTTTF and TTKTK, 10 cultivars against PTRTF, and seven cultivars against TKTTF, with reaction on scale of "0" to "2+". Cluster analysis using the Ward’s method classified the studied cultivars into five different groups ranging from resistant, moderately-resistant, medium, moderately susceptible, and susceptible reactions for each race. Principal component analysis revealed that cvs. Sivand, Pishtaz, Adl, Niknejad and Ofogh had resistance to TTTTF and PTRTF, and cv. Kaveh showed resistance to TTKTK and TKTTF. Resistance reactions observed in these cultivars may be due to unidentified gene (s) that have not been affected by the pathogen races used in this study. The information about the reaction of spring bread wheat cultivars to stem rust pathogen races at seedling stage can be invaluable for wheat breeders for incorporating stem rust resistance sources in bread wheat breeding programs. Of course, the reaction of spring bread cultivars to stem rust pathogen races at adult plant stage should also be evaluated and considered.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spring bread wheat
  • Commercial Cultivars
  • Puccinia graminis f. sp. tritici
  • Race
  • Resistance genes
Afshari, F. 2012. Genetics of pathogenicity of wheat stem rust pathogen (Puccinia graminis f. sp. tritici) and reaction of wheat genotypes to the disease. Iranian Journal of Plant Protection Science 43: 357-365 (in Persian).
 
Bamdadian, A., and Torabi, M. 1978. Epidemiology of wheat stem rust in southern areas of Iran in 1976. Iranian Journal of Plant Pathology 14 (1/4): 20-19.
 
Baraibar, S., García, R., Silva, P., Lado, B., Castro, A., Gutiérrez, L., Kavanová, M., Quincke, M., Bhavani, S., and Randhawa, M. S. 2020. QTL Mapping of resistance to Ug99 and other stem rust pathogen races in bread wheat. Molecular Breeding 40 (8): 1-16.
 
Esfandiari, E. 1947. Cereal rusts in Iran. Entomology and Phytopathology Journal 4: 67-76 (in Persian).
 
Godfray, H. C. J., Beddington, J. R., Crute, I.R., Haddad, L., Lawrence, D., Muir, J.F., Pretty, J., Robinson, S., Thomas, S. M., and Toulmin, C. 2010. Food security: the challenge of feeding 9 billion people. Science 327 (5967): 812-818.
 
Hodson, D. 2011. Shifting boundaries: challenges for rust monitoring. Euphytica 179 (1): 93-104.
 
Jin, Y., and Singh, R. P. 2006. Resistance in US wheat to recent Eastern African isolates of Puccinia graminis f. Sp. tritici with virulence to resistance gene Sr31. Plant Disease 90 (4): 476-480.
 
Jin Y., Singh, R. P., Ward, R. W., Wanyera, R., Kinyua, M., Njau, P., Fetch, T., Pretorius, Z. A., and Yahyaoui, A. 2007. Characterization of seedling infection types and adult plant infection responses of monogenic Sr gene lines to race TTKS of Puccinia graminis f. sp. tritici. Plant Disease 91: 1096‒1099.
 
Joshi, L. M., Singh, D., and Srivastava, K. D. 1986. Problems and progress of wheat pathology in South Asia. Malhotra Publishing House. 401 pp. Kolmer, J. 1996. Genetics of resistance to wheat leaf rust. Annual Review of Phytopathology 34 (1): 435-455.
 
Leonard, K. J., and Szabo, L. J. 2005. Stem rust of small grains and grasses caused by Puccinia graminis. Molecular Plant Pathology 6 (2): 99-111.
 
Malihipour, A., Ebrahimi-Meymand, E., and Mostafavi, Kh. 2020. Investigation on effectiveness of wheat stem rust resistance genes in iran and the latest response of wheat genotypes from the cold agro-climatic zone to the disease. Iranian Journal of Plant Pathology 56 (1): 69-97.
 
McIntosh, R. A., Wellings, C. R., and Park, R. F. 1995. Wheat rusts: an atlas of resistance genes. CSIRO Publications, Victoria, Australia. 200 pp.
 
Nazari, K., Mafi, M., Yahyaoui, A., Singh, R. P., and Park, R. F. 2009. Detection of wheat stem rust (Puccinia graminis f. sp. tritici) race TTKSK (Ug99) in Iran. Plant Disease 93: 317.
 
Oerke, E. C. 2006. Crop losses to pests. Journal of Agricultural Science 144: 31-43. Oliver, R. P. 2014. A Reassessment of the risk of rust fungi developing resistance to fungicides. Pest management science 70 (11): 1641-1645.
 
Pardey, P. G., Beddow, J., Kriticos, D., Hurley, T., Park, R., Duveiller, E., Sutherst, R., Burdon, J., and Hodson, D. 2013. Right-sizing stem-rust research. Science 340 (6129): 147-148.
 
Patpour, M., Nazari, K., Alavi, S. M., and Mousavi, A. 2014. Detection of resistance sources to iranian prevalent stem rust races in commercial wheat cultivars. Seed and Plant Improvment Journal 30 (1): 133-154.
 
Pfeifer, M., Kugler, K. G., Sandve, S. R., Zhan, B., Rudi, H., Hvidsten, T. R., Mayer, K. F., Olsen, O.-A., and Consortium, I. W. G. S. 2014. Genome interplay in the grain transcriptome of hexaploid bread wheat. Science 345 (6194).
 
Pretorius, Z. A., Singh, R. P., Wagoire, W. W., and Payne, T. S. 2000. Detection of virulence to wheat stem rust resistance gene Sr31 in Puccinia graminis f. sp. tritici in Uganda. Plant Disease 84: 203.
 
Reynolds, M. P., and Borlaug, N. 2006. Impacts of breeding on international collaborative wheat improvement. The Journal of Agricultural Science 144: 3-17.
 
Roelfs, A. P., and Bushnell, W. R. 1985. The cereal rusts. Academic Press Orlando, FL. 592 pp.
 
Roelfs, A.P., Singh, R. P., and Saari, E. E. 1992. Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. CIMMYT, Mexico D.F., Mexico. 81 pp.
 
Sharif, G., Bamdadian, A., and Daneshpajoh, B. 1970. Physiological races of wheat stem rust in Iran (1965-1970). Applied Entomology and Phytopathology 6: 73-100 (in Persian).
 
Sharma, S. 1996. Applied multivariate techniques. John Wiley and Sons Inc. USA. 512 pp.
 
Singh, R. P., Hodson, D. P., Huerta-Espino, J., Jin, Y., Njau, P., Wanyera, R., Herrera-Foessel, S. A., and Ward, R. W. 2008. Will stem rust destroy the world's wheat crop? Advances in Agronomy 98: 271-309.
 
Singh, R. P., Hodson, D. P., Jin, Y., Huerta-Espino, J., Kinyua, M. G., Wanyera, R., Njau, P., and Ward, R. W. 2006. Current status, likely migration and strategies to mitigate the threat to wheat production from race Ug99 (TTKS) of stem rust pathogen. CAB Reviews: Perspectives In Agriculture, Veterinary Science, Nutrition And Natural Resources 1 (54): 1-13.
 
Singh, R. P., Hodson, D. P., Jin, Y., Lagudah, E. S., Ayliffe, M. A., Bhavani, S., Rouse, M. N., Pretorius, Z. A., Szabo, L. J., and Huerta-Espino, J. 2015. Emergence and spread of new races of wheat stem rust fungus: continued threat to food security and prospects of genetic control. Phytopathology 105 (7): 872-884.
 
Singh, R. P., Singh, P. K., Rutkoski, J., Hodson, D. P., He, X., Jørgensen, L. N., Hovmøller, M. S., and Huerta-Espino, J. 2016. Disease impact on wheat yield potential and prospects of genetic control. Annual Review of Phytopathology 54: 303-322.
 
Stakman, E. C., Stewart, D., and Loegering, W. 1962. Identification of physiologic races of Puccinia graminis var. tritici. USDA Washington. 54 pp.
 
Zadoks, J. C., Chang, T. T., and Konzak, C. F. 1974. A decimal code for the growth stages of cereals. Weed research 14 (6): 415-421.