Originalni nau~ni rad Orig i nal re search ar ti cle Osnove trajno umanjenog razvoja Puccinia triticina u semi-aridnim regionima Zoran Jerkovi} 1*, @eljana Priji} 2 1 Institut za ratarstvo i povrtarstvo, Maksima Gorkog 30, 21000 Novi Sad 2 Fakultet za biofarming Megatrend Univerziteta, Mar{ala Tita 39, 24300 Ba~ka Topola Izvod: Genotipovi ozime p{enice stvoreni u Institutu za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad, testirani su u poljskim uslovima na otpornost prema Puccinia triticina u poslednjih dvadeset godina. U ovom radu odabrani su oni genotipovi p{enice koji su u poljskim uslovima bili sa intenzitetom zaraze listova ispod 30 %. U stadijumu sejanaca biljke su u stakleniku (prose~no 20 o C do 25 o C) bile inokulisane natresanjem izolatom sa sorte Pesma, a sa ciljem da se odrede svojstva pseudorezistentnosti, te razlike me u specifi~no otpornim genotipovima na osnovu identi~nosti po porastu stabla i listova. Linije NS 8040, BM 328 i ZJ 1675 su bile definisane kao pseudo - rezistentne, sa ni`im reakcionim tipom (RT), koji se povisio kad je drugi list bio uklonjen posle inokulacije (RT1), visokom uspe{no{}u infekcije (IF) i kratkim latentnim periodom (LP). Tipi~ne karakteristike rasta sejanaca bile su nisko stablo, kratak prvi i dug drugi list. Genotipovi bez takvih ekspresija su svrstani u ~etiri grupe po reakcionim tipovima (;, ;N,:N23 i 4). U svim drugim kategorijama po svojstvima rasta, osim prvonavedene (RT), bilo je i genotipova s kratkim latentnim periodom, najvi{im reakcionim tipom i uspe{no{}u infekcije. Akumulacija gena za produ`en latentni pe riod (LP) relativno je snizila SN. ZJ linije su bile razli~ite po genima za prvonavedeno svojstvo. Nisko stablo u stadijumu sejanaca pri vi{im temperaturama je bila jedina osobina koja je na osnovu dosada{njih rezultata neo~ekivano povisila SN infekcije, a smanjila reakcioni tip. Klju~ne re~i: Puccinia triticina, trajna otpornost Uvod Otpornost prema parazitima p{enice je nau~no osnovana tema po~etkom pro{log veka (Biffen 1905, Stakman & Piemiesel 1917). Modeli interakcija parazita i doma}ina u odre enim uslovima spoljne sredine pos - tav ljeni su znatno kasnije (Flor 1956, Flor 1971, Loegering 1978, Roelfs et al. 1992). Van der Plank (1963) je na osnovu epide - miolo{kih karaktera te broja i efekata gena za otpornost izvr{io podelu na vertikalnu i hori - zontalnu otpornost. Do sada je prijavljeno 57 gena koji smanjuju razvoj Puccinia triticina prouzrokova~a lisne r e, prenesenih u sortu *autor za kontakt / cor re spond ing au thor (jerkovic@ifvcns.ns.ac.rs) Thatcher. Neki od njih su opisani kao prome - njivog reakcionog tipa (RT) pri promeni tem - per a ture (Lr 11-13, LR 18) ili efektni samo u odraslom stadijumu (Lr 12,13, Lr 22, Lr 35 a Lr 48 i Lr 49 samo s Lr 34 ). Lr 29 i Lr 31 deluju zajedno. Efekat Lr 21 s 39 je bio kasnije prijavljeni Lr 43. Ustanovljena je i identi~nost u skorije vreme prona enih gena sa pret - hodnim, Lr 40=Lr 21, a Lr 41=Lr 39. Iz tog razloga Lr 40, Lr 41 i 43 su obrisani. Samo na hromozomima 2D, 6B i 7D prona eni su multipli aleli (www.cdl.umn.edu). Lr 1, Lr 12, Lr 15, Lr 17, Lr 18, Lr 19, Lr 20, Lr 21, Lr 24 i Lr 34 bile su ne{to otpornije u Bugarskoj, a Lr 3KA, Lr 16, Lr 19, Lr 20, Lr 21, Lr 24 i Lr 38 u Srbiji (Jerkovi} et al, 2002). Lr 2a koji je ponovo po~eo da smanjuje RT nalazi se na 303
Ratarstvo i povrtarstvo / Field and Vegetable Crops Research 2010:47 (1) 303-307 istom hromozomu sa Lr 22b (Thatcher) (Mi - }a novi} 2002, Putnik-Deli} 2006). Hromo - zomi sa D genoma su opisani kao nosioci supresora (Bai & Knott 1994). Nekompletna otpornost postala je aktuelna pre tridesetak godina (Parlevliet & Van Ommeren 1975, Parlevliet 1978) usled intenzivnog kori{}enja postoje}ih i nedostatka novih pojedina~no efektnih gena. Histolo{kim istra`ivanjima ra - ne aborcije u razli~itim stadijumima, te smera rasta inicijalne hife nije ustanovljena osnova umanjene uspe{nosti infekcije (IF). Otpor - nost diploidne p{enice je varirala od pot - puno prehaustorijske do posthaustorijske sa ~estim nekrozama. Zavisila je vi{e od varija - bil nosti u Triticum monococcum nego od izolata Puccinia recondita (Niks 1981). Non-host reakcija prema lisnoj r i ra`i je pre - haustorijska. Reakcija sorte ra`i Rogo prema lisnoj r i ra`i je ve}inom posthaustorijska sa nekrozama. Na diploidnoj p{enici zara`enoj sa Puccinia hordei prime}ene su nekroze (Niks & Dekens 1991). Interakcije gena za specifi~nu otpornost prema parazitu s raz - li~itih hromozoma, koje bi se ispoljile kroz nizak RT i IF, te produ`en latentni pe riod (LP), teorijama nisu predvi ene, kao ni me{o - vite reakcije (x) pri istom monopustulnom izolatu. Rad na odabiru i stvaranju izvora otpor - nosti prema Puccinia triticina u na{oj zemlji traje ve} gotovo pola veka (Bo{kovi} 1965, Mom~ilovi} 1966). Obimnim istra`ivanjima nasle ivanja reakcionog tipa (RT) naj~e{}e je ustanovljeno komplementarno dejstvo vi{e gena (Mom~ilovi} & Jerkovi} 1985), a novijim metodima odre ena svojstva nekompletne, LP i IF (Jerkovi} et al. 1992, Jerkovi} et al. 1995). U paralelnim programima, s ciljem stvaranja genotipova tolerantnih na su{u i visoke tem per a ture, kori{}eni su geni ~iji se efekat svodi na brz prenos vode i solubilnih karbohidrata te odumiranje donjih listova (Putnik-Deli} & Jerkovi} 2006). Propratni efekat je smanjen razvoj obligatnih parazita (Jerkovi} 2009). Sve linije i sorte prema Puccinia triticina sa manje od 30 % zahva }e - nosti poslednja dva lista su gajene u rasad ni - ku za otpornost Instituta za ratarstvo i povr - tar stvo u Novom Sadu radi kombinovanja oba karaktera i postizanja regionalno naj - vi{eg mogu}eg kvaliteta i prinosa zrna. Cilj istra`ivanja je bilo definisanje oso bi - na trajno otpornih genotipova u stadijumu sejanaca i razlikovanje genotipova po osno - va ma specifi~ne otpornosti u semiaridnim regionima. Materijal i metod rada Dvanaest sorti i linija p{enice otpornih na prouzrokova~ lisne r e u poljskim uslovima (Rimski [an~evi) testirano je u stakleniku pri prose~noj temperaturi vazduha od 20 o C do 25 o C simultano s Lr linijama i kontrolnim, izu zetno osetljivim genotipovima u stadi ju - mu sejanaca. Inokulacija je izvr{ena izolatom Puccinia triticina sa Pesme, nekompletno otporne sorte regionalno ra{irene u proiz - vod nji poslednjih petnaestak godina u tipu rase 77 (Johnston & Browder 1966). Usta - nov ljen je RT (Stakman et al. 1962), SN= broj simptoma (30-ak = L, 40-ak =M i 50-ak =H na 100 mm 2 po sredini prvog lista) te LP sli - ~no ve} kori{}enom metodu (Putnik-Deli} 2006, Jerkovi} i sar. 2007) a po danu razlike od po~etne pojave pustula ozna~en S (kra - tak), M (srednji) i L (duga~ak). U istoj posudi u gustom sklopu su gajene biljke od svakog genotipa, a na deset je drugi list uklonjen odmah nakon inkubacije (RT1, IF1). Nakon deset dana od inokulacije, izmerene su i raz - like genotipova po visini stabla (H = iznad 6 cm, M = 4-6 cm, L = ispod 4 cm) te du`ini pr - vog ili drugog lista (H1 ili H2=iznad 15 cm, M1 ili M2=11-15 cm, L1 ili L1= manje od 11 cm) te zabele`ena pojava suvog ili hlo ro ti - ~nog vrha prvog lista (SV) iznad mesta savijanja. Rezultati i diskusija Testirane linije (Tab. 1) su se razlikovale po porastu prva dva lista i stabla. NS 8040 i BM 328 sa brzim porastom drugog lista i niskim stablom, ostvarile su najni`i RT, kra - tak LP, a HSN. Linije postoje kao homo zi got - ne ve} vi{e od dvadeset godina. Uklanjanjem drugog lista RT je bio pove}an. Tako e je 2001. na prvopomenutoj liniji zabele`ena pojava pustula (RT 3) uz SLP usled ni`ih temperatura pri testiranju. Od Lr linija, naj - vi{i drugi list, a srednji prvi list je imala Lr 23 linija uz srednje dugo stablo. Lr 10 linija je bila uskla enog ali usporenog rasta (LLL) 304
Jerkovi} Z i dr: Umanjenje Puccinia triticina / De crease of Puccinia triticina prvih sedam dana od inokulacije. Gabo 56 (Lr23) i Lee-ND 138 (Lr 10) su jedni od roditelja. Oba gena u sorti Thatcher ne obez - be uju ni`i RT i LP prema kori{}enim izolatima (Jerkovi}, neobjavljeno). Visoke vrednosti novih odnosa rasta (SGR i LGR) u poljskim uslovima bile su vezane s uma nje - nim intenzitetima zaraze (Jerkovi} et al. 2009) kao i kod tri prvonavedene linije (Tab. 1). Ispoljeni karakteri otpornosti bili su obr - nuti u razli~itim stadijumima. Kom bi nacija Lr 10 i Lr 13 u liniji ZJ 1675 najvi{e je odgovarala ispoljenim karakterima. Navedene osobine su omogu}avale brz razvoj fakultativnih pa - razita (Jerkovi} i sar. 2005, Jerkovi} & Putnik-Deli} 2007b). Kod genotipova sa podjednakim listovima nakon deset dana, te stabljikom srednje du`ine nije bilo promena po karakterima otpornosti. Tab.1. Karakteri razvoja genotipova i otpornost prema Puccinia triticina u stadijumu sejanaca Tab.1. Seed ling stage growth char ac ter is tics and re sis tance to Puccinia triticina Genotip Genotype RT RT1 IF IF1 LP H M L H1 M1 L1 H2 M2 L2 SV NS 8040 ; ;N2 H H S x X x BM 328 ; ;1 H H S x X x ZJ 1675 ;4 14 H H S x x x BM 101 ; ; L L - x x x BM 197 ; ; L L - x x x ZJ R 860 4 4 L L L x x x ZJ 1733 ; ; L L - x x x ZJ 1316 ;N ;N L L - x x x ZJ 1722 ;N3 ;N3 L L L x x x ZJ 1786 4 4 L L L x x x ZJ 1582 4 4 L L L x x x Pesma ;N2 ;N23 M M L x x x x NSR 2 4 4 H H S x x x NS 6-3558 4 4 H H S x x x NS 3-6535 4 4 H H S x x x 2Lr 24 i Lr 19 linije reagovale su oko ;N, a Lr 1 i Lr 2a su ispoljile LLP (a od 2000. ponovo i ni`i RT prema rasi 2) u svim citiranim radovima iz Srbije. Ovi geni opisani su tipi~nom reakcijom 0; (Browder et al. 1980). Tako e je kombinacija Lr 1 i Lr 13 reagovala na isti na~in (Jerkovi} et al. 1996). Kod sorte Pesma se otpornost ispoljila ne{to ni`im RT-om nego kod ZJ 1722, pri ~emu se su{io vrh prvog lista koja ukazuje na pri sus - tvo LR 34. Prime}eno je da na hromozomu sa Lr 34 (7D) postoji i supresor (Dyck 1987, Jerkovi} & Putnik-Deli} 2007a). Neprisustvo Lr 19 i 24 (Jerkovi} 1992), a kasnije Lr 1 i Lr 2a (Mi}anovi} 2002) dokazano je u roditeljima navedenih linija na osnovu razdvajanja u potomstvima F2 generacija. Lr 3 i Lr 10 prona eni su u sorti Selekta (Jerkovi} et al. 2003). U potomstvu iz ukr{tanja s Pesmom nije bilo osetljivih biljaka (Jerkovi}, nepu bli - kovano). Zaklju~ak Hipersenzitivna, parazitu specifi~na reak - cija je br`a od op{te reakcije na stres, usled kra}erelacijskog vi{esmernog transporta vo - de i solubilnih karbohidrata ka povredi na - kon inkubacije, za razliku od jednosmernog u stablo i drugi list. Geni za specifi~nu otpor - nost umanjuju uspe{nost infekcije samo delimi~no. Nisko stablo je bilo uzrok obrnute pojave u stadijumu sejanaca uz ni`i RT pri vi - {im temperaturama. Kao pseudorezistentne, s trajno umanjenim razvojem Puccinia tri - ticina u semiaridnim regionima definisane su i linije duga~kog drugog a kratkog prvog lista te niskog stabla s neo~ekivano vi{om us - pe {no{}u infekcije u stadijumu sejanaca, nis - 305
Ratarstvo i povrtarstvo / Field and Vegetable Crops Research 2010:47 (1) 303-307 kog ili me{ovitog RT (ne{to vi{i pri uklo - njenom gornjem listu), a kratkog LP-a. Tri genotipa bez prvonavedenih morfolo{kih osobina bili su potpuno osetljivi, bez ijedne osobine ve zane za otpornost, a time ZJ i BM linije dokazano razli~ite po genima za specifi~nu otpornost prema parazitima. Po svim dosa da{njim rezultatima i relativno produ`eni LP je trajna osobina, a odnosi rasta osetljivih genotipova su bili postignuti dru - gim genima u kombinaciji sa delom onih definisanih kao Lr (odgovornih i za tolerant - nost prema dru gim stresovima). Razlika izme u BM 101 i 197 linija me usobno i ZJ 1733 po genima za produ`eni LP odnosno specifi~nu otpornost nije dokazana. U slu - ~aju sli~nih vrednosti RT i IF pri simultanom testiranju biljaka sa dru gim listom i bez drugog lista, ustanovljena otpornost nije la`na nego prenosiva u sve tipove p{enice. Literatura Bai D, Knott D R (1994): Supression of rust re sis tance in bread wheat (Triticum aestivum L.) by D ge nome chro - mo somes. Ge nome 37: 405-409 Biffen R H (1905): Men del s laws of in her i tance and wheat breed ing. J.Agr. Sci. 1: 4-48 Bo{kovi} M (1965): Identifikacija fiziolo{kih rasa Puccinia recondita Rob. ex desm. f.sp. tritici (Erikss.) u Jugo sla - viji. Savremena poljoprivreda 4: 183 Browder L E, Lyon F L, Eversmeyer M G (1980): Races, pathogenicity phenotypes, and type cultures of plant patho gens. Phytopathology 70: 581-583 Dyck P L (1987): The as so ci a tion of a gene for leaf rust re sis - tance with the chro mo some 7D sup pres sor of stem rust re sis tance in com mon wheat. Ge nome 29: 467-469 Flor H H (1956): The com ple men tary genic sys tems in flax and flax rust. Ad vances in Ge net ics 8: 29 Flor H H (1971): Cur rent sta tus of the gene-for-gene con - cept. Ann. Rev. Phytopathology 9: 275-296 Jerkovi} Z (1992): Iden ti fy ing genes for Puccinia recondita f.sp. tritici re sis tance in wheat lines. Jour nal of Ge net ics & Breed ing 46: 163-166 Jerkovi} Z, Zadoks J C, Mom~ilovi} V (1992): In her i tance of uncompleate resistance to Puccinia recondita tritici. Pro ceed ings of the Eight Eu ro pean and Med i ter ra nean Ce real Rusts and Mil dews Con fer ence, Ger many, Vortr. Pflanzenzuchtg. 24: 218-220 Jerkovi} Z, Mi{i} T, Jevti} R (1995): Ac cu mu lat ing genes for enhacement of in com plete re sis tance to Puccinia recondita tritici. Zuchtungsforschung, Bundesanstalt fur Zuhtungsforschung an Kulturpflanzen, Quedlin - burg, Ger many 2: 336-339 Jerkovi} Z, Bo{kovi} M, Bo{kovi} J, Park R (1996): In ter ac - tions of wheat re sis tance genes aginst leaf rust. Kongres biologa Makedonije sa internacionalnim u~e{}em, Abstrakti 90 Jerkovi} Z, Todorova M, Jevti} R (2002): Reakcije prema Puccinia triticina i Puccinia striiformis i intenziteti zaraza na Lr izogenim linijama. Zbornik radova Insti - tuta za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad 37: 77-83 Jerkovi} Z, Mi}anovi} @, Jevti} R (2003): Ge netic ba sis of hy - persensitive resistance to Puccinia triticina in Novi Sad cre ated wheat va ri et ies, Pro ceed ing, In ter na tional Scientific Conference 50 Years University of Forestry, Sofia, 200-202 Jerkovi} Z, Putnik-Deli} M, Hanzalova A, Jevti} R (2005): Pyrenophora tritici-repentis uzrok slabijeg razvoja Puccinia triticina. Pesticidi i fitomedicina 20: 235-239 Jerkovi} Z, Putnik-Deli} M (2007a): Ef fect of cy to plasm on ex pres sion of genes for re sis tance to Puccinia triti - cina. Zbornik Matice srpske za prirodne nauke 112: 43-48 Jerkovi} Z, Putnik-Deli} M (2007b): Genotipovi p{enice s kompleksnom otporno{}u prema parazitima u semi - arid nim regionima. III simpozijum s me unarodnim u~e{}em: Inovacije u ratarskoj proizvodnji, Zbornik izvoda, 62 Jerkovi} Z, Putnik-Deli} M, Priji} @ (2007): Prednosti novog metoda za ocenu karaktera otpornosti prema Puccinia coronata III simpozijum s me unarodnim u~e{}em: Inovacije u ratarskoj proizvodnji, Zbornik izvoda, 160 Jerkovic Z (2008): Wheat va ri ety spe cific model of par a site de vel op ment and ef fects in semiarid re gions. Breed ing 2008, 277-282 Jerkovi} Z, Priji} @, Putnik-Deli} M (2009): Two new pa ram e - ters linked with amount of Puccinia triticina. Ar chives of Bi o log i cal Sci ences (recieved in Oc to ber 2009) Johanson C O, Browder L E (1966): Sev enth re vi sion of phys i o logic races of Puccinia recondita f.sp. tritici. Plant Dis ease Re porter 50: 756 Loegering WQ (1978): Cur rent con cepts in interorganismal ge net ics. Ann. Rev. Phytopathology 16: 309-320 Mi}anovi} Z (2002): Identifikacija gena za otpornost ozime p{enice prema Puccinia recondita tritici, Magistarska teza, Poljoprivreni fakultet, Zemun, 51 Mom~ilovi} V (1966): Prob lems in se lec tion of wheat strains as sources of re sis tance to leaf rust. Ce real Rusts Con - fer ence, Cam bridge, 1: 126-132 Mom~ilovi} V, Jerkovi} Z (1985): Nasle ivanje otpornosti prema Puccinia recondita f.sp. tritici od ~etiri izvora otpornosti. Za{tita bilja 171: 13-17 Niks R E (1981): Early abor tion of col o nies of leaf rust, Puccinia hordei, in par tially re sis tant bar ley seed lings. Ca na dian Jour nal of Bot any 60: 714-723 Niks R E, Dekens R G (1991): Prehaustorial and posthau - storial re sis tance to wheat leaf rust in dip loid wheat seed lings. Phytopathology 81: 847-851 Parlevliet J E, Van Ommeren (1975): Par tial re sis tance of bar - ley to leaf rust Puccinia hordei. II Re la tion ship be tween field tri als, mi cro plot tests and la tent pe riod. Euphytica 24: 293-303 Parlevliet J E (1978): Fur ther ev i dence of polygenic in her i - tance of the par tial re sis tance in bar ley to leaf rust, Puccina hordei. Euphytica 27: 369-379 Putnik-Deli} M (2006): Povezanost otpornosti prema Puccinia triticina u razli~itim fazama razvoja geno - tipova p{enice. Magistarska teza, Univrzitet u Novom Sadu, Poljoprivredni fakultet, 51 Putnik-Deli} M, Jerkovi} Z (2006): Fitopatolo{ke posledice la`ne otpornosti prema Puccinia triticina. Selekcija i semenarstvo 12: 79-82 Roelphs A P, Singh R P, Saari E E (1992): Rust dis eases of wheat: con cepts and meth ods of dis ease managment. CIMMYT, Mex ico, D.F. Stakman E C, Piemiesel R J (1917): Bi o logic forms of Puccinia graminis on cerels and grasses. J.Agr. Res. 10: 429-495 306
Jerkovi} Z i dr: Umanjenje Puccinia triticina / De crease of Puccinia triticina Stakman E C, Stew art D M, Loegering W Q (1962): Iden ti fi ca - tion of phys i o log i cal races of Puccinia graminis var. tritici. USDA, E 617, 55 Van der Plank JE (1963): Plant dis ease: Ep i dem ics and Con - trol. Ac a demic Press, New York, Lon don Basis of long-term decreased development of Pucinia triticina in semiarid re gions Zoran Jerkovi} 1, @eljana Priji} 2 1 Institute of Field and Veg e ta ble Crops, Maksima Gorkog 30, 21000 Novi Sad 2 Faculty of Biofarming, Megatrend Uni ver sity, Mar{ala Tita 39, 24300 Ba~ka Topola Sum mary: The ge no types of win ter wheat de vel oped at In sti tute of Field and Veg e ta ble Crops, Novi Sad, were tested for field re sis tance to Puccinia triticina dur ing pre vi ous 30 years. The ge no types with in fec tion se ver ity less than 30 % were tested as seed lings in the green house (20-25 o C) us ing the iso late mul ti plied from wide spread va ri ety Pesma, with the aim of de fin ing pseudo-re sis tance ba sis and find ing dif fer ences in spe cific re sis tant ones. Lines NS 8040, BM 328 and ZJ 1675 were de fined as pseudo-re sis tant with low re ac tion types increasable when sec ond leaves were re moved af ter in oc u la tion, high in fec tion ef fi ciency and short la tency pe - riod. The typ i cal char ac ter is tic of growth was low stem, short first and long sec ond leaf. The ge - no types with out such ex pres sions were sep a rated in four groups ac cord ing to re ac tion types (;, ;N,:N2-3 i 4). Gen er ally, it could also be con cluded that hy per sen si tive re ac tion to par a site was based on wa ter loss and sugar ac cu mu la tion around the pus tule. In fec tion ef fi ciency was gen - er ally de pend ent on wheat type (one di rec tion high tem per a ture or drought stress tol er ance con nected genes) ex cept in par tic u lar men tioned case of pseudo-re sis tance at seed lings re - lated to higher air tem per a tures. The same wheat type as sus cep ti ble ones proved ZJ lines as dif fer ent ac cord ing to par a site spe cific genes. Key words: long-term re sis tance, Puccinia triticina Primljeno / Re ceived: 09.11.2009. Prihva}eno / Ac cepted: 01.12.2009. 307