Progress in Plant Protection

Identification of brown rust resistance gene Lr19 caused by Puccinia recondita f. sp. tritici in foreign cultivars of winter wheat Triticum aestivum L.
Identyfikacja genu Lr19 warunkującego odporność na rdzę brunatną powodowaną przez Puccinia recondita f. sp. tritici w zagranicznych odmianach pszenicy ozimej Triticum aestivum L.

Agnieszka Tomkowiak, e-mail: agatom@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Danuta Kurasiak-Popowska, e-mail: popowska@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Sylwia Mikołajczyk, e-mail: sylviam@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Dorota Weigt, e-mail: dweigt@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Janetta Niemann, e-mail: niemann@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Angelika Kiel, e-mail: dkurasiak@wp.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Agnieszka Lisewska, e-mail: pop@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Jerzy Nawracała, e-mail: jnawrac@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Dojazd 11, 60-632 Poznań, Polska

Przemysław Matysik, e-mail: p_matysik@hr-strzelce.pl

Hodowla Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR, Główna 20, 99-307 Strzelce , Polska

Michał Rokicki, e-mail: michalrokicki@phr.pl

Poznańska Hodowla Roślin Sp. z o.o., Kasztanowa 5, 63-004 Tulce, Polska

Jan Bocianowski, e-mail: jboc@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań, Polska
Abstract

The aim of this study was to identify the Xwmc221 marker for the leaf rust Puccinia recondita f. sp. tritici resistance gene Lr19 among 47 foreign cultivars of winter wheat. Marker Xwmc221 linked to the Lr19 gene was identified in reference genotypes i.e. cultivars: Agatha and GSTR 420, and in two tested cultivars: KWS Loft and Arktis. The cultivar KWS Loft has a very good resistance to P. recondita f. sp. tritici in the field conditions, in contrast to the cultivar Arktis which resistance to P. recondita was medium despite the presence of Lr19 gene. The cultivars: Ohio, Pengar and Speedway have shown very high field resistance to P. recondita f. sp. tritici, and it can be assumed that they probably have other genes of resistance to this disease. The study determined the suitability Xwmc221 marker to identify the gene Lr19 in wheat cultivars with different origins. The marker may be used to support selection in breeding programs.


Celem pracy było zidentyfikowanie markera Xwmc221 dla genu odporności na rdzę brunatną Puccinia recondita f. sp. tritici Lr19 wśród 47 zagranicznych odmian pszenicy ozimej. Marker Xwmc221 sprzężony z genem Lr19 został zidentyfikowany zarówno w odmianach referencyjnych: Agatha i GSTR 420, jak również w testowanych odmianach: KWS Loft oraz Arktis. Odmiana KWS Loft charakteryzowała się bardzo dobrą odpornością na P. recondita f. sp. tritici w warunkach polowych, w przeciwieństwie do odmiany Arktis, której odporność była średnia, pomimo obecności genu Lr19. Odmiany: Ohio, Pengar i Speedway wykazujące bardzo wysoką polową odporność na P. recondita f. sp. tritici posiadają prawdopodobnie inne geny odporności na tego patogena. W pracy wykazano przydatność markera Xwmc221 do identyfikacji genu Lr19 w odmianach pszenicy o zróżnicowanym pochodzeniu. Marker ten może być wykorzystywany do wspierania selekcji w programach hodowlanych.

Key words
wheat; leaf rust; Lr19 gene; SSR molecular markers; pszenica; rdza brunatna; gen Lr19; markery molekularne SSR
References

Abdelback A., Soliman N., Najeeb M., Omara R. 2013. Postulation and identyfication of resiatnce genes against Puccina triticina in new wheat cultivars in Egypt using molecular markers. International Journal of Chemical, Environmental and Biological Sciences 1 (1): 2320–4087.

Abou-Elseoud M.S., Kamara A.M., Alaa-Eldein O.A., El-Bebany A.F., Ashmawy N.A., Draz I.S. 2014. Identification of leaf rust resistance genes in Egyptian wheat cultivars by multipathotypes and molecular markers. Journal of Plant Sciences 2 (5): 145–151.

Artyszak A. 2006. Technologia produkcji pszenicy ozimej. Wyd. I. Przedsiębiorstwo Wydawnicze Rzeczpospolita SA, Warszawa: 49–51.

Bariana H.S., Brown G.N., Bansal U.K., Miah H., Standen G.E., Lu M. 2007. Breeding triple rust resistant wheat cultivars for Australia using conventional and marker-assisted selection technologies. Australian Journal of Agricultural Research 58: 576–587.

Błaszczyk L., Chełkowski J. 2010. Geny odporności na patogeny w genomie pszenicy. Kwartalnik Polskiej Izby Nasiennej 3: 15–23.

Błaszczyk L., Kramer I., Ordon F., Chełkowski J., Tyrka M., Vida G., Karsai I. 2008. Validity of selected DNA markers for breeding leaf rust resistant wheat. Cereal Research Communications 36 (2): 201–213.

Chełkowski J., Stępień Ł., Strzembicka A. 2005. Ocena podatności pszenicy ozimej na rdzę brunatną oraz poszukiwanie źródeł odporności. Acta Agrobotanica 58: 143–152.

Cherukuri D.P., Gupta S.K., Charpe A., Koul S., Prabshu K.V., Singh R.B., Haq Q.M.R., Chauhan S.V.S. 2003. Identification of a molecular markers linked to an Agropyron elongatum – derived gene Lr19 for leaf rust resistance in wheat. Plant Breeding 122: 204–208.

Chhuneja P., Kaur S., Goel R.K., Aghaee-Sarbarzeh M., Prashar M., Dhaliwal H.S. 2008. Transfer of leaf rust and stripe rust resistance from Aegilops umbellulata Zhunk. to bread wheat (Triticum aestivum L.). Genetic Resources and Crop Evolution 55: 849–859.

Czajowski G., Strzembicka A., Karska K. 2011. Wirulencja populacji Puccinia triticina sprawcy rdzy brunatnej pszenicy i pszenżyta w Polsce w latach 2008–2010. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin 260/261: 145–153.

Gupta S.K., Charpe A., Prabhu K.V., Haque Q.M.R. 2006. Identification and validation of molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in wheat. Theoretical and Applied Genetics 113: 1027–1036.

http://ec.europa.eu/food/plant/plant_propagation_material/plant_variety_catalogues_databases

Huseynova I.M., Guliyeva F.B., Rustamova S.M., Aliyev J.A. 2013. PCR – based molecular markers linked to the leaf rust resistance gene Lr19 in different bread wheat cultivars. Advances in Biological Chemistry 3: 153–158.

Imbaby I.A., Mahmoud M.A., Hassan M.E.M., Adb-El-Aziz A.R.M. 2014. Identification of leaf rust resistance genes in selected Egyptian wheat cultivars by molecular markers. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 574285: 1–7, http://dx.doi.org/10.1155/2014/574285.

Kassem M., El-Ahmed A., Hakim M.S., Al-Saleh A., El-Khalifeh M., Nachit M. 2011. Identifying leaf rust resistance gene Lr19 in durum wheat using simple sequence repeat (SSR) marker. African Journal of Biotechnology 10 (44): 8716–8719.

Knott D.R. 1980. Mutation of a gene for yellow pigment linked to Lr19 in wheat. Canadian Journal of Genetics and Cytology 22: 651–654.

Korbas M. 2007. Program ochrony pszenicy na rok 2007. Plantpress, Kraków: 8–16.

Kowalczyk K., Okoń S., Leśniowska-Nowak J., Nowak M. 2009. Wykorzystanie genów odporności na rdzę brunatną Lr19, Lr21 i Lr35 w programach hodowlanych pszenicy zwyczajnej w Polsce. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 542: 255–260.

Kryczyński S., Weber Z., Paduch-Cichal E., Schollenberger M., Wakuliński W., Werner M., Fiedorowicz Z., Irzykowska L., Karolewski Z., Mirzwa-Mróz E., Sala-Rejczak K., Szyndel M., Gołębniak B., Jeżewska M., Kosiada T., Majewski T. 2011 Fitopatologia. Tom 2. Choroby roślin uprawnych. Wyd. I. PWRiL, Poznań: 418–420.

Kumar J., Mir R.R., Kumar N., Kumar A., Mohan A., Prabhu K.V., Balyan H.S., Gupta P.K. 2010. Marker – assisted selection for pre-harvest sprouting tolerance and leaf rust resistance in bread wheat. Plant Breeding 129: 617–621.

Kuraparthy V., Sood S., Guedira G., Gill B.S. 2011. Development of a PCR assay and marker – assisted transfer of leaf rust resistance gene Lr58 into adapted winter wheats. Euphytica 180: 227–234.

Leśniowska-Nowak J., Grądzielewska A., Majek M. 2013. Identyfikacja genów odporności na rdzę brunatną w wybranych europejskich odmianach pszenicy zwyczajnej oraz opracowanie warunków Multiplex PCR. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, Sectio E, Agricultura 68 (3): 20–28.

Liu Z., Bowden R.L., Bai G. 2013. Molecular markers for leaf rust resistance gene Lr42 in wheat. Crop Science 53: 1566–1570.

McIntosh R.A., Devos K.M., Dubcovsky J., Rogers W.J., Morris C.F., Appels R., Anderson O.D. 2005. Catalogue of gene symbols for wheat: 2013–2014. Supplement.

Miralles D.J., Resnicoff E., Carretero R. 2007. Yield improvement associated with Lr19 translocation in wheat. Scale and Complex. In Plant Research: Gene-Plant-Crop Realtions: 171–178.

Okoń S., Matysiak P., Nita Z., Bichoński A., Rubrycki K., Woźna-Pawlak U., Kowalczyk K. 2012. Identyfikacja genu Lr19 odporności na rdzę brunatną w polskich liniach pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.). Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, Sectio E, Agricultura 57 (3): 39–43.

Prabhu K.V., Gupta S.K., Charpe A., Koul S. 2004. SCAR marker tagged to the alien leaf rust resistance gene Lr19 uniquely marking the Agropyron elongatum – derived gene Lr24 in wheat: a revision. Plant Breeding 123: 417–420.

Shegal S.A., Tahir R.A., Nawaz M., Younas M. 2012. Genic microsatellite markers for genetic diversity of rust resistant wheat genotypes. Journal of Biochemical Technology 4 (1): 480–484.

Slikova S., Gregova E., Bartos P., Kraic J. 2003. Marker-assisted selection for leaf rust resistance in wheat by transfer of gene Lr19. Plant Protection Science 39 (1): 13–17.

Uhrin A., Lang L., Bedo Z. 2008. Comparison of PCR-based DNA markers for using different Lr19 and Lr24 leaf rust resistance wheat sources. Cereal Research Communications 36 (4): 533–541.

Urbanovich O.Y., Malyshev S.V., Dolmatovich T.V., Kartel N.A. 2006. Identification of leaf rust resistance genes in wheat (Triticum aestivum L.) cultivars using molecular markers. Russian Journal of Genetics 42 (5): 546–554.

Vanzetti L.S., Campos P., Demichelis M., Lombardo L.A., Aurelia P.R., Vaschetto L.M., Bainotti C.T., Helguera M. 2011. Identification of leaf rust resistance genes in selected Argetinean bread wheat cultivars by gene postulation and molecular markers. Electronic Journal of Biotechnology 14 (3): 1–17.

www.ncbi.nlm.nih.gov

www.coboru.pl

Zhang W., Soria M.A., Goyal S., Dubcovsky J., Lukaszewski A.J., Kolmer J. 2005. Molecular characterization of durum and common wheat recombinant lines carrying leaf rust resistance (Lr19) and yellow pigment (Y) genes from Lophopyrum ponticum. Theoretical and Applied Genetics 111: 573–582.

Progress in Plant Protection (2016) 56: 318-323
First published on-line: 2016-08-30 13:26:25
http://dx.doi.org/10.14199/ppp-2016-051
Full text (.PDF) BibTeX Mendeley Back to list