بررسی ژنتیکی مقاومت لاین‌های امیدبخش گندم نسبت به فاکتور (ژن)های بیماری‌زایی نژادهای زنگ زرد و زنگ قهوه‌ای

مقدمه: زنگ زرد (puccinia striiformis f. sp. tritici) و زنگ قهوه ای (puccinia triticina eriks) از شایع‌ ترین و خسارت‌ زاترین بیماری ‌های قارچی گندم در سراسر جهان هستند. استفاده از مقاومت‌ های ژنتیکی کارآمدترین، سالم‌ ترین و اقتصادی‌ ترین روش کنترل زنگ‌ ها است. اولین گام در برنامه ‌های به‌ نژادی گندم برای ایجاد مقاومت‌ های ژنتیکی موثر (رقم‌های مقاوم) نسبت به بیماری زنگ ‌ها، اطلاع از ویژگی‌های نژادهای بیمارگر زنگ ‌ها در مناطق مختلف و در مرحله بعد برای پیشبرد برنامه ‌های به ‌نژادی تولید ارقام مقاوم، شناسایی منابع مقاومت است. هدف از این مطالعه، تعیین الگوی پرآزاری عوامل بیماری ‌زای مرتبط با هر یک از زنگ‌ ها روی ژن ‌های مقاومت در مجموعه ارقام و لاین‌های استاندارد و افتراقی بین‌ المللی و ارزیابی واکنش لاین‌های امیدبخش‌ گندم  نسبت به نژادهای زنگ زرد و قهوه‌ای به‌منظور شناسایی منابع مقاومت بود.مواد و روش‌ها: نژادهای پنج جدایه زنگ زرد جمع‌آوری شده از مناطق کرج، ساری، زرقان، مغان، مشهد و سه جدایه زنگ قهوه‌ای جمع‌آوری شده از مناطق گرگان، مغان و اهواز تعیین شدند. به‌منظور شناسایی منابع مقاومت نسبت به نژادهای مورد مطالعه، واکنش 23 لاین امیدبخش گندم (erwyt-n99) در مراحل گیاهچه‌ای (در گلخانه زنگ موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه و نهال و بذر کرج) و گیاه بالغ (در ایستگاه تحقیقاتی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اردبیل، مغان) بررسی شد. واکنش مقاومت لاین‌ها نسبت به پنج نژاد زنگ زرد و سه نژاد زنگ قهوه‌ای در مرحله گیاهچه‌ای در آزمایش‌های مجزا در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار ارزیابی شد. در مرحله گیاه بالغ نیز واکنش مقاومت لاین‌ها تحت شرایط مزرعه و آلودگی طبیعی زنگ زرد و قهوه‌ای با استفاده از ویژگی‌های پیشرفت بیماری روی گیاه و درصد شدت بیماری ظهور یافته روی برگ‌ها بررسی شد.یافته‌های تحقیق: بر اساس نتایج تعیین نژاد جدایه‌ها در این مطالعه، جدایه‌های زنگ زرد جمع‌آوری شده از مناطق کرج، ساری، زرقان، مغان و مشهد به‌ترتیب به‌عنوان نژادهای 14e158a+, yr27، 142e158a+, yr27، 6e134a+, yr27، 166e62a+, yr27 و 6e142a+, yr27 و جدایه‌های زنگ قهوه‌ای جمع‌آوری شده از مناطق گرگان، مغان و اهواز به‌ترتیب به‌عنوان نژادهای fdtts، fktts و fjtts شناسایی شدند. ژن‌های مقاومت yr1، yr4، yr5، yr10، yr15، yr24، yrsu، yrsp و yrcv از جمله ژن‌های مقاومت موثر نسبت به نژادهای زنگ زرد و ژن‌های مقاومت lr1، lr2a، lr9، lr19 و lr28 نیز از جمله ژن‌های مقاومت موثر نسبت به نژادهای زنگ قهوه‌ای بودند. نتایج نشان داد که از لحاظ ژنتیکی تفاوت معنی‌داری بین واکنش لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ زرد و زنگ قهوه‌ای وجود داشت. بر اساس واکنش مقاومت لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ زرد در هر دو مرحله گیاهچه‌ای و گیاه بالغ، لاین‌های گندم در دو گروه اصلی (مقاوم و نیمه‌مقاوم تا نیمه‌حساس) تفکیک شدند، به‌طوری که به‌جز لاین‌های شماره 21 و 22 که دارای واکنش نیمه‌مقاوم تا نیمه‌حساس بودند، سایر لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ زرد مقاومت قابل قبولی را نشان دادند. همچنین، بر اساس واکنش مقاومت لاین‌های گندم نسبت به نژادهای زنگ قهوه‌ای در هر دو مرحله گیاهچه‌ای و گیاه بالغ، لاین‌ها در سه گروه اصلی (مقاوم، نیمه‌مقاوم تا نیمه‌حساس و حساس) دسته‌بندی شدند و لاین‌های شماره 1، 3، 11، 14، 21 و 22  مقاومت قابل قبولی را نسبت به نژادهای زنگ قهوه‌ای نشان دادند.نتیجه‌گیری: ایجاد مقاومت‌های موثر و پایدار یکی از راه‌هایی است که می‌تواند منجر به کاهش خسارت این بیماری‌ها و کاهش مصرف بی‌رویه سموم شیمیایی شود. لاین‌های جدید گندم، علاوه بر عملکرد بالا و ویژگی‌های زراعی مطلوب، باید نسبت به مهم‌ترین بیماری‌های گندم (زنگ‌ها) مقاومت قابل قبولی داشته باشند تا بتوانند به‌عنوان رقم تجاری معرفی شوند، در غیر این صورت حذف می‌شوند، زیرا در صورت فراهم شدن شرایط محیطی مناسب برای فعالیت بیمارگر زنگ‌ها، خسارت بسیار چشم‌گیر خواهد بود. از لاین ‌های مقاوم شناسایی شده در این تحقیق می‌ توان به ‌عنوان منابع مقاومت در برنامه ‌های به‌ نژادی تهیه ارقام گندم مقاوم به زنگ زرد و زنگ قهوه‌ ای استفاده کرد.

genetic investigation of the resistance of promising wheat lines to virulence factors of stripe rust and leaf rust races

introductionstripe rust (puccinia striiformis f. sp. tritici) and leaf rust (puccinia triticina eriks) are among the prevalent and devastating fungal diseases of wheat worldwide. the use of genetic resistance is the most effective, sustainable, and economical strategy for controlling rusts. the first step in wheat breeding programs to create the effective genetic resistances (resistant varieties) to rust disease is to know the characteristics of rust isolates in different regions, and in the next step, is to identify resistance sources to produce resistant varieties. the objectives of this study were to determine the virulence factors of rust pathogens to resistance genes in international standard and differential cultivars and lines associated with each rust and to evaluate the response of promising wheat lines to stripe and leaf rust races to identify resistance sources.materials and methodsfive stripe rust isolates collected from the regions of karaj, sari, zarqan, moghan, and mashhad, and three leaf rust isolates collected from the regions of gorgan, moghan, and ahvaz were identified. to identify the sources of resistance to the studied stripe and leaf rust races, the reaction of 23 promising wheat lines (erwyt-n99) was evaluated at seedling stage (rusts greenhouses of seed and plant improvement institute, karaj, iran) and adult plant stage (research station of the ardabil agricultural and natural resources research and education center, moghan, iran). the resistance reaction of wheat lines to five stripe rust isolates and three leaf rust isolates at the seedling stage was evaluated in separate experiments based on randomized complete block design with three replications. the resistance reaction of wheat lines at the adult plant stage was also investigated under field conditions and natural contamination of stripe and leaf rusts using disease progression parameters on the plant and disease severity percentage appeared on leaves.research findingsthe results of determining the race of the isolates showed that the stripe rust isolates collected from karaj, sari, zarqan, moghan, and mashhad regions included the races of 14e158a+, yr27; 142e158a+, yr27; 6e134a+, yr27;, 166e62a+, yr27; and 6e142a+, yr27; respectively, and the leaf rust isolates collected from gorgan, moghan, and ahvaz included fdtts,  fktts, and fjtts, respectively. the resistance genes yr1, yr4, yr5, yr10, yr15, yr24, yrsu, yrsp, and yrcv were identified as the effective resistance genes against stripe rust races, and the resistance genes lr1, lr2a, lr9, lr19, and lr28 were identified as the effective resistance genes against leaf rust races. the results showed that there was a significant genetic difference between the reaction of promising wheat lines to stripe and leaf rust races. based on the results of the reaction of wheat lines to stripe rust races in both seedling and adult plant stages, wheat lines were divided into two main groups (resistant and semi-resistant to semi-susceptible), so that except for lines number 21 and 22 (with semi-resistant to semi-susceptible reaction), other wheat lines showed acceptable resistance to stripe rust races. based on the reaction of promising wheat lines to leaf rust races in both seedling and adult plant stages, the lines were also classified into three main groups (resistant, semi-resistant to semi-susceptible, and susceptible), and lines number 1, 3, 11, 14, 21, and 22 showed acceptable resistance to leaf rust races.coclusiondeveloping durable and effective resistance is one of the crucial strategy for mitigating the detrimental effects of wheat diseases and reducing the excessive reliance of chemical fungicides. in addition to exhibiting high yield potential and desirable agronomic traits, newly developed wheat lines must harbor an acceptable level of resistance to the most prevalent wheat diseases, particularly rusts, to qualify for commercialization. the presence of rust pathogens poses a significant threat during the growing season. if environmental conditions favor their pathogenicity, the damage inflicted can be substantial, warranting the development of robust resistant varieties. the resistant lines identified in this study can be used as sources of resistance in breeding programs to develop wheat varieties resistant to stripe and leaf rust diseases.