Odporność zbóż na patogeny biotroficzne – gdzie i jak ją znaleźć?

Zboża odgrywają kluczową rolę w żywieniu człowieka już od początku istnienia rolnictwa. Potrzeby żywieniowe stale rosnącej populacji ludzi, która do 2050 roku ma osiągnąć poziom pomiędzy 8.1 a 10.6 miliardów, stanowią ogromne wyzwanie zarówno dla hodowców, jak i naukowców.

Osiągnięcie wysokiego poziomu plonowania przy zachowaniu zdrowotności roślin jest bardzo dużym problemem w obliczu zachodzących zmian klimatycznych. Tym bardziej, że zmiany zachodzące w otaczającym nas środowisku, w szczególności dotyczące wzrostu temperatury, czy zmian wilgotności powietrza sprzyjają rozwojowi patogenów grzybowych.

Najważniejszymi patogenami biotroficznymi zbóż są grzyby z rodziny mączniakowatych (Erysphaceae), wywołujące mączniaka prawdziwego zbóż i traw oraz rodziny rdzowatych (Pucciniaceae), które wywołują choroby zwane rdzami. Choroby powodowane przez grzyby biotraficzne skutkują ogromnymi stratami w plonach. Zainfekowane rośliny mają m.in. ograniczoną możliwość prowadzenia procesu fotosyntezy oraz zwiększoną intensywność transpiracji, co w przypadku roślin zbożowych prowadzi do spadku liczby i masy ziarniaków. Konsekwencją wystąpienia chorób grzybowych są ogromne straty ekonomiczne wynikające zarówno ze spadku ilości plonów, ale również z konieczności stosowania chemicznych środków ochrony roślin. Nadmierne lub niewłaściwe stosowanie fungicydów może prowadzić do problemów środowiskowych i zdrowotnych. Dlatego też poszukuje się biologicznych metod pozwalających na ochronę roślin przed atakiem patogenów grzybowych.

Objawy mączniaka prawdziwego zbóż i traw na liściach owsa (A.sativa L.)

Zgodnie z zasadami integrowanej ochrony roślin, jedną z metod pozwalających na ograniczanie i kontrolowanie występowania patogenów grzybowych powodujących straty plonów roślin uprawnych jest stosowanie odmian posiadających w swoim genomie efektywne geny odporności.

Rdza koronowa wywołana przez Puccinia coronata

Mączniak prawdziwy zbóż i traw wywołany przez Blumeria graminis f.sp. avenae

Doskonałym źródłem odporności są dzikie gatunki spokrewnione z formami uprawnymi. Dzięki zdolnościom adaptacyjnym wykształciły one mechanizmy pozwalające na ochronę przed atakiem biotroficznych patogenów grzybowych. Poszukiwanie źródeł odporności wśród dzikich gatunków jest pierwszym etapem prac związanych z wprowadzaniem nowych genów do form uprawnych. Do identyfikacji odporności można wykorzystać np. testy żywiciel-patogen, ocenę stopnia porażenia siewek lub ocenę porażenia w stadium rośliny dorosłej. Ważnym aspektem prac jest ocena efektywności zidentyfikowanego źródła odporności w różnych warunkach geograficznych. Ma to na celu określenie czy odporność zidentyfikowana w dzikim genotypie będzie efektywna w czasie i w różnych warunkach klimatycznych. Kolejnym krokiem jest ocena podłoża genetycznego oraz sposobu dziedziczenia zidentyfikowanego źródła odporności. Analiza taka ułatwi wybór metody transferu genu do form uprawnych. Geny warunkujące odporność na patogeny biotroficzne można wprowadzić do form uprawnych na drodze krzyżowań. Jest to jedna z najprostszych i najbardziej efektywnych metod transferu genów. Poprzez odpowiedni dobór krzyżowań można w szybki sposób wzbogacić odmianę uprawną w gen odporności. Krzyżowania umożliwiają również piramidyzację genów, czyli łączenie kilku efektywnych genów odporności w jednym genotypie, co pozwala uzyskać odmiany o szerokim spektrum odporności.

Testy szalkowe typu żywiciel-patogen pozwalające zidentyfikować genotypy odporne na dany patogen.

Geny odporności na biotroficzne patogeny grzybowe zidentyfikowane w dzikich gatunkach spokrewnionych z formami uprawnymi wykorzystano między innymi do podniesienia odporności pszenicy, jęczmienia, żyta czy owsa. Dawcami genów odporności były między innymi takie dzikie gatunki jak Triticum dicoccoides, Triticum turgidum czy Triticum monococcum w hodowli pszenicy, Secale  montanum i Secale vavilovii u hodowli żyta, Hordeum bulbosum w hodowli jęczmienia oraz Avena sterilis, Avena byzantina czy Avena magna w hodowli owsa.

Prof.dr hab. Sylwia Okoń
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin
Wydział Agrobioinżynierii