Progress in Plant Protection

Evaluation of the usefulness of molecular markers Xgwm205, Xcfd81, Whs350 for the identification of resistance gene Pm2 to powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. tritici) in wheat cultivars of different origins
Ocena przydatności markerów molekularnych Xgwm205, Xcfd81, Whs350 do identyfikacji genu odporności Pm2 na mączniaka prawdziwego zbóż i traw (Blumeria graminis f. sp. tritici) u odmian pszenicy o zróżnicowanym pochodzeniu

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

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska

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

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska

Joanna Grynia, e-mail: joannagrynia@wp.pl

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

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

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska

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

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska

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

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska

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

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska

Angelika Kiel, e-mail: akiel@up.poznan.pl

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wojska Polskiego 28, 60-632 Poznań, Polska
Streszczenie

The most efficient, cost effective, and safe method of controlling and limiting the presence of pathogen is cultivation of resistant varieties of wheat. The development of disease-resistant varieties is very important because pathogens often develop and form new races or strains. Those varieties accumulate few types of gene resistant to a particular disease. Pyramiding host-plant resistance genes is one of the most effective approaches in plant breeding. The aim of the research was to evaluate the usefulness of molecular markers: Xgwm205, Xcfd81 and Whs350 in identifying the resistance of the Pm2 to powdery mildew in 27 varieties of wheat of different origins. The collection of these varieties belongs to the Department of Genetics and Plant Breeding, University of Life Sciences in Poznań. The analyses of the SSR-PCR revealed that the Xgwm205 was the most effective marker used to identify the Pm2 gene and it appeared in 25 out of 27 analyzed varieties of wheat. The Xcfd81 identified the gene in 21 varieties of wheat and resulted in an amplification measuring 283 bp. The Whs350 was the weakest in identifying the Pm2 gene. It resulted in a product measuring 598 bp, which appeared in only 9 of the analyzed varieties. Based on the conducted analysis, the Xgwm205 and Xcfd81 molecular markers are the most accurate in identifying the Pm2 gene.


Najbardziej skuteczną, ekonomiczną i bezpieczną metodą kontrolowania i ograniczenia występowania patogena jest uprawianie odmian odpornych. Przełamywanie odporności przez nowe rasy patogenów jest powodem hodowli nowych odmian, w których próbuje się zgromadzić kilka genów odporności na daną chorobę. Piramidyzacja genów jest możliwa dzięki wykorzystaniu funkcjonalnych markerów molekularnych do bezpośredniej identyfikacji genów. Celem badań była ocena przydatności markerów molekularnych Xgwm205, Xcfd81 oraz Whs350 do identyfikacji genu odporności Pm2 na mączniaka prawdziwego zbóż i traw u 27 odmian pszenicy zwyczajnej o zróżnicowanym pochodzeniu, znajdujących się w kolekcji Katedry Genetyki i Hodowli Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. W wyniku analiz SSR-PCR stwierdzono, że najbardziej skutecznym markerem do identyfikacji genu Pm2 był marker Xgwm205 dający produkt o długości 143 pz, który pojawił się u 25 z 27 analizowanych odmian pszenicy. Marker Xcfd81 dający produkt amplifikacji o długości 283 pz zidentyfikował gen Pm2 u 21 odmian. Markerem najsłabiej identyfikującym gen Pm2 w badanej kolekcji odmian był Whs350 dający produkt o długości 598 pz, który pojawił się tylko u 9 analizowanych odmian. Na podstawie przeprowadzonych analiz do identyfikacji genu Pm2 zaleca się markery molekularne Xgwm205 oraz Xcfd81.

Słowa kluczowe
wheat; breeding; resistance; molecular markers; pszenica; hodowla; odporność; markery molekularne
Referencje

Alam A., Xue F., Wang Ch., Ji W. 2011. Powdery mildew resistance genes in wheat: identyfication and genetic analysis. Journal of Molecural Biology Research 1 (1): 1– 39.

 

Bennett F.G.A. 1984. Resistance to powdery mildew in wheat: a review of its use in agriculture and breeding programmes. Plant Pathology 33 (3): 279–300.

 

Czembor H.J., Doraczyńska O., Czembor J.H. 2013. Odporność odmian pszenżyta na mączniaka prawdziwego (Blumeria graminis ff. ssp.) występującego w Polsce. [Resistance of triticale cultivars to powdery mildew (Blumeria graminis ff. ssp.) occurring in Poland.] Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin 267: 3–16.

 

Duan S., Xu Y., Wu X. 2002. Research progress of pathogen virulence, resistance genes and resistance breeding of wheat powdery mildew (in Chinese). Journal of Triticeae Crops 22: 83–86.

 

Gao H.L., Zhu F., Jiang Y., Wu J., Yan W., Zhang Q., Jacobi A., Cai S. 2012. Genetic analysis and molecular mapping of a new powdery mildew resistant gene Pm46 in common wheat. Theoretical and Applied Genetics 125 (5): 967–973.

 

He R.L., Chang Z.J., Yang Z.J., Yuan Z.Y., Zhan H.X., Zhang X.J., Liu J.X. 2009. Inheritance and mapping of powdery mildew resistance gene Pm43 introgressed from Thinopyrum intermedium into wheat. Theoretical and Applied Genetics 118: 1173–1180.

 

Huang X.Q., Hsam S.L.K., Zeller F.J. 1997. Identification of powdery mildew resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L. em Thell.). IX: cultivars, land races and breeding lines grown in China. Plant Breeding 116: 233–238.

 

Klocke B., Flath K., Miedaner T. 2013. Virulence phenotypes in powdery mildew (Blumeria graminis) populations and resistance genes in triticale (x Triticosecale). European Journal of Plant Pathology 137 (3): 463–476.

 

Liu J., Liu D., Tao W., Li Wu., Wang S., Chen P., Cheng S., Gao D. 2000. Molecular marker-facilitated pyramiding of different genes for powdery mildew resistance in wheat. Plant Breeding 119: 21–24.

 

Lutz J., Katzhammer M., Stephan U., Felsenstein F., Oppitz K., Zeller F. 1995. Identification of powdery-mildew-resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L. em. Thell.). V. Old German cultivars and cultivars released in the former GDR. Plant Breeding 114: 29–33.

 

Lutz J., Limpert E., Barto P., Zeller F. 1992. Identification of powdery mildew resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L.) I. Czechoslovakian Cultivars. Plant Breeding 108: 33–39.

 

Ma H.Q., Kong Z.X., Fu B.S., Li N., Zhang L.X., Jia H.Y., Ma Z.Q. 2011. Identyfication and mapping of a new powdery mildew resistance gene on chromosome 6D of common wheat. Theoretical Applied Genetics 123: 1099–1106.

 

Ma P., Xu H., Li L., Zhang H., Han G., Xu Y., Fu X., Zhang X., An D. 2016. Characterization of a new Pm2 allele conferring powdery mildew resistance in the wheat germplasm line FG-1. Frontiers in Plant Science 7: 546.

 

Ma P.T., Xu H.X., Xu Y.F., Li L.H., Qie Y.M., Luo Q.L. 2015a. Molecular mapping of the new powdery mildew resistance gene Pm2b in Chinese breeding line KM2939. Theoretical Applied Genetics 128: 613–622.

 

Ma P.T., Xu H.X., Zhang H.X., Li L.H., Xu Y.F., Zhang X.T. 2015b. The gene PmWFJ is a new member of complex Pm2 locus conferring unique powdery mildew resistance in wheat breeding line Wanfengjian 34. Molecular Breeding 35: 210.

 

Ma P.T., Zhang H.X., Xu H.X., Xu Y.F., Cao Y.W., Zhang X.T., An D. 2015c. The gene PmYB conferes broad-spectrum powdery mildew resistance in the multi-allelic Pm2 chromosome region of the Chinese wheat cultivar YingBo700. Molecular Breeding 35: 124.

 

McDonald B.A., Linde C. 2002. Pathogen population genetics, evolutionary potential, and durable resistance. Annual Review of Phyto-pathology 40: 349–379.

 

McIntosh R.A., Yamazaki Y., Dubcovsky J., Rogers J., Morris C., Appels R., Xia X.C. 2013. Catalogue of gene symbols for wheat. 12th International Wheat Genetics Symposium. Yokohama, Japan, 8–13 September, 2013, 31 pp.

 

Miranda L.M., Murphy J.P., Marshall D., Cowger C., Leath S. 2007. Chromosomal location of Pm35 a novel Aegilops tauschii derived powdery mildew resistance gene introgressed into common wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical Applied Genetics 114: 1451–1456.

 

Miranda L.M., Murphy J.P., Marshall D., Leath S. 2006. Pm34: a new powdery mildew resistance gene transferred from Aegilops tauschii coss to common wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical Applied Genetics 113: 1497–1504.

 

Mwale V.M., Chilembwe E.H.C., Uluko H.C. 2014. Wheat powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. tritici): Damage effects and genetic resistance developed in wheat (Triticum aestivum). International Research Journal of Plant Science 5 (1): 1–16.

 

Niewoehner A.S., Leath S. 1998. Virulence of Blumeria graminis f. sp. tritici on winter wheat in the eastern United States. Plant Disease 82: 64–68.

 

Niu J.S., Wang B.Q., Wang Y.H., Cao A.Z., Qi Z.J., Shen T.M. 2008. Chromosome location and microsatellite markers linked to a powdery mildew resistance gene in wheat line “Lankao 90(6)”. Plant Breeding 127: 346–349.

 

Paderina E.V., Hsam S.L.K., Zeller F.J. 1995. Identification of powdery mildew resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L. em. Thell.). Hereditas 123: 103–107.

 

Parks R., Carbone I., Murphy J., Marshall D., Cowger C. 2008. Virulence structure of the eastern US wheat powdery mildew popu-lation. Plant Disease 92: 1074–1082.

 

Persaud R., Lipps P. 1995. Virulence genes and virulence gene frequencies of Blumeria graminis f. sp. tritici in Ohio. Plant Disease 79: 494–499.

 

Pietrusińska A. 2010. Wykorzystanie markerów molekularnych do wprowadzania genów odporności na rdzę brunatną (Puccinia recondita f. sp. tritici) i mączniaka prawdziwego (Blumeria graminis f. sp. tritici) do pszenicy ozimej. [The use of molecular markers for introduction of leaf rust (Puccinia recondita f. sp. tritici) and powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. tritici) resistance genes in winter wheat (Triticum aestivum)]. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin 256: 33–44.

 

Sun X., Liu D., Zhang H., Huo N., Zhou R., Jia J. 2006. Identification and mapping of two new genes conferring resistance to powdery mildew from Aegilops tauschii (Coss.) Schmal. Journal of Integrative Plant Biology 48 (10): 1204–1209.

 

Walker A.S., Bouguennec A., Confais J., Morgant G., Leroux P. 2011. Evidence of host-range expansion from new powdery mildew (Blumeria graminis) infections of triticale (x Triticosecale) in France. Plant Pathology 60 (2): 207–220.

 

Xue S., Zhang Z., Lin F., Kong Z., Cao Y., Li C., Yi H., Mei M., Zhu H., Wu J., Xu H., Zhao D., Tian D., Zhang C., Ma Z. 2008. A high-density intervarietal map of the wheat genome enriched with markers derived from expressed sequence tags. Theoretical Applied Genetics 117: 181–189.

 

Yao G., Zhang J., Yang L., Xu H., Jiang Y., Xiong L., Zhang C., Zhang Z., Ma Z., Sorrells M. 2007. Genetic mapping of two powdery mildew resistance genes in einkorn (Triticum monococcum L.) accessions. Theoretical Applied Genetics 114: 351–358.

 

Zhu Z., Zhou R., Kong X., Dong Y., Jia J. 2006. Microsatellite marker identification of a Triticum aestivum-Aegilops umbellulata substitution line with powdery mildew resistance. Euphytica 150: 149–153.

Progress in Plant Protection (2017) 57: 146-152
Data pierwszej publikacji on-line: 2017-06-22 11:19:23
http://dx.doi.org/10.14199/ppp-2017-023
Pełny tekst (.PDF) BibTeX Mendeley Powrót do listy