Ученые Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) нашли эффективный ген устойчивости ячменя к мучнистой росе — распространенному по всему миру грибковому заболеванию злаковых культур, из-за которого гибнет до 40% урожая. Сейчас ни один из сортов отечественной селекции не имеет «защитного» гена. Включение его в новые сорта позволит России значительно повысить урожайность злака и помочь животноводству, так как 70% этого зерна идет на корм.
От Дагестана до Эфиопии
Первоначально эффективный ген устойчивости к мучнистой росе научный сотрудник ВИР Ренат Абдуллаев обнаружил несколько лет назад у образца ячменя на Дагестанской опытной станции института. Ученый изучал устойчивость данной культуры к различным болезням и вредителям — карликовой ржавчине, каменной и пыльной головне, обыкновенной злаковой тле, шведской мухе и т.д.
— При помощи молекулярных маркеров мне удалось идентифицировать у одного из образцов ячменя ген устойчивости к мучнистой росе. Это рецессивный — редко встречающийся в природе — ген mlo-11, — рассказал «Известиям» Ренат Абдуллаев.
Специалист предпринял ботаническое исследование при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований и выяснил, что этот образец относится к линии ячменей, родоначальник которой в 1930-е годы был привезен Николаем Вавиловым из Эфиопии. Молодой ученый изучил все 925 образцов, доставленных из африканской страны. 15 из них являются носителями гена устойчивости к мучнистой росе mlo-11.
Затем Ренат Абдуллаев взялся за исследование возделываемых в России сортов ячменя как российской, так и зарубежной селекции, и изучил устойчивость к мучнистой росе 248 сортов. Выяснилось, что ни один из допущенных к выращиванию на территории России сортов отечественной селекции не несет гена устойчивости к мучнистой росе mlo-11, умеренной устойчивостью характеризовались лишь четыре сорта.
Чем опасна мучнистая роса
По словам ученого, мучнистая роса — одно из наиболее вредоносных заболеваний ячменя, встречающееся по всему миру. Вызывающий его патоген более разрушительно действует на посевы при влажном и прохладном лете и отступает при сухом и жарком.
— Мучнистая роса поражает листья и стебли растений. У них снижается фотосинтетическая активность листьев, существенно изменяется ход физиологических процессов: ускоряется потеря воды, резко учащается дыхание. В результате замедляется интенсивность роста и ослабевает способность к кущению, снижается масса семян, уменьшается озерненность колосьев, — отметил Ренат Абдуллаев. При поражении мучнистой росой вредные вещества не накапливаются в семенах, поэтому главный урон от болезни — снижение урожайности. И оно может достигать 40% у восприимчивых к заболеванию сортов.
— Ячмень — один из самых древних злаков на земле, который богат токоферолами — это вещество является предшественником витамина Е и не позволяет организму стареть, — рассказала она «Известиям». — При употреблении ячменя хорошо растут мышцы, и именно поэтому им кормили римских гладиаторов (и сегодня перловая и ячневая каши, которые делают из ячменя, входят в рацион питания военнослужащих российской армии. — «Известия»). В ячмене большое количество белка, благодаря чему 70% выращиваемого в России злака используют в качестве корма для сельскохозяйственных животных. При поражении мучнистой росой полезные свойства зерна, о которых мы говорим, значительно снижаются.
Два года до поля
Ренат Абдуллаев надеется, что эффективный ген устойчивости к мучнистой росе селекционеры используют для выведения новых сортов ячменя, что приведет к повышению урожайности на 25–40% в зависимости от климата и сорта.
Это очень существенно, с учетом того, что ежегодно в России выращивают 17–20 млн т ячменя. В 2020 году, по данным Федеральной таможенной службы, 5,5 млн т пошло на экспорт в 25 стран, в том числе в Иран, Турцию, Иорданию, Кувейт, Ливию и Алжир. А вот урожайность отечественного ячменя, по информации Росстата, не очень высока и колеблется в районе 23 центнеров с гектара. По словам Ольги Ковалевой, в странах Европы урожайность выше и достигает 33 центнеров с гектара. Но потенциальная продуктивность современных сортов ячменя вчетверо выше российской и втрое — европейской.
— Потенциальная продуктивность наших сортов достигает 100 центнеров с гектара, — сообщила «Известиям» заведующая лабораторией селекции ячменя федерального исследовательского центра «Немчиновка» Любовь Ярошенко.
Она является автором 17 сортов ячменя, которые занимают четверть всех посевов культуры в России. Общая площадь посевов ячменя в 2020 году составила 8,7 млн га.
По мнению Любови Ярошенко, повышению урожайности способствуют интенсивные методы обработки семян и повышение аграрной культуры.
Говоря о возможности выведения новых сортов, содержащих гены устойчивости к мучнистой росе, эксперт отметила, что сроки сильно различаются в зависимости от методов селекции.
— Если использовать традиционные методы селекции, то на выведение сорта с геном устойчивости к мучнистой росе может потребоваться 5–6 лет. При применении перспективного метода генетического редактирования — гораздо меньше, около двух лет, — полагает Любовь Ярошенко.
Всего в коллекции ВИР насчитывается 18 800 образцов ячменя с пяти континентов. Некоторые из образцов культурных растений есть только здесь, а в местах, где когда-то были собраны, они уже не встречаются. Работа Рената Абдуллаева, по сути, демонстрирует, как спустя почти 100 лет после сбора может «выстрелить» коллекционный образец.