Introdukcja genów odporności na choroby i owady oraz męskiej sterylności z pokrewnych gatunków rodzaju Brassica do rzepaku (Brassica napus L.)

Realizowane zadanie badawcze dotyczy poszerzenia zakresu zmienności cech istotnych z punktu widzenia użytkowego wykorzystania rzepaku ozimego. Szczególne znaczenie mają cechy decydujące o odporności rzepaku na stresy biotyczne (choroby grzybowe – sucha zgnilizna kapustnych i mączniak, odporność na owady – śmietka kapuściana, mszyce i pchełka ziemna) oraz męska sterylność, jako niezmiernie istotna przy wytwarzaniu odmian mieszańcowych. W związku z powyższym celem prowadzonych badań w roku 2020 było oszacowanie odporności na szkodniki i choroby grzybowe komponentów rodzicielskich i mieszańców pokolenia F5 i F6, potwierdzenie mieszańcowego charakteru roślin pokolenia F2 przy pomocy techniki FISH oraz określenie zróżnicowania genetycznego mieszańców metodą ISSR, a także identyfikacja sekwencji odpowiadających wybranym genom zaangażowanym w odporność na choroby i szkodniki z roślin metodami analizy obliczeniowej i molekularnej.
W ramach zadania 54 w roku 2020 zrealizowano 3 tematy badawcze. Celem tematu pierwszego było oszacowanie odporności form mieszańcowych pokolenia F5 i F6 i odmian rzepaku na porażenie przez Leptosphaeria maculans (sucha zgnilizna kapustnych) i Hyaloperonospora parasitica (mączniak rzekomy kapustnych) w warunkach polowych oraz w komorze klimatycznej, a także określenie zakresu zmienności istniejącej wśród odmian rzepaku ozimego oraz kombinacji mieszańcowych dotyczącej odporności na szkodniki takie jak: śmietka, pchełka i mszyca. Materiał badawczy stanowiło 46 odmian rzepaku ozimego oraz 25 kombinacji mieszańcowych pokoleń F5 i F6 pochodzące z kolekcji KGiHR. Jesienią 2020 roku podobnie tak jak w latach ubiegłych nie stwierdzono w warunkach polowych objawów powodowanych przez mączniaka rzekomego kapustnych. Aby oby ocenić odporność/podatność form mieszańcowych na H. parasitica przeprowadzono doświadczenie w kontrolowanych warunkach. W tym przypadku na wszystkich mieszańcach odnotowano objawy mączniaka rzekomego. W kontrolowanych warunkach najsilniej porażony był mieszaniec B. napus x B. fruticulosa (6,33%), a najsłabiej B. napus x B. rapa ssp. pekinensis (1%). Jesienią 2020 roku stwierdzono wyższe niż w ubiegłym roku stężenie zarodników Leptosphaeria spp. w powietrzu (www.spec.edu.pl), co miało swoje przełożenie na porażenie roślin. Podobnie jak w latach ubiegłych niewiele objawów chorobowych stwierdzono na odmianach posiadających gen odporności Rlm7. Jesienią 2020 odsetek roślin rzepaku porażonych przez grzyby z rodzaju Leptosphaeria wahał się od 0 do 16,33%. Najsłabiej porażona była odmiana Anderson (0%), natomiast najsilniej porażona była odmiana Kontakt (16,33%). Porażenie na formach mieszańcowych wahało się od 2,33 % do 16%. Najsilniej porażone były mieszańce B. napus cv. Californium x B. juncea acc. 633007.
Obserwacje wykonane na doświadczeniach kolekcyjnych KGiHR odnośnie występowania szkodników wykazały różne nasilenie ich występowania pomiędzy analizowanymi genotypami roślin. W Dłoni, jeden spośród trzech ocenianych szkodników tj. śmietka kapuściana wystąpił w największym nasileniu. Natomiast sporadycznie obserwowano mszycę, a pchełki nie odnotowano wcale ani na testowanych odmianach ani na roślinach z pokoleń mieszańcowych. Przeprowadzone obserwacje wykazały znaczny stopień uszkodzenia roślin rzepaku przez śmietkę kapuścianą w Dłoni zarówno u odmian rzepaku (22,0-78,0%), jak i analizowanych mieszańców (24,0-58,0%). W roku 2020 warunki pogodowe były bardzo sprzyjające dla występowania szkodników, a zwłaszcza mszycy, która w największym nasileniu żerowała na odmianach rzepaku tj. Chrobry, Monolit, Memoris i Azurio (26%). Rośliny mieszańcowe pokolenia F6 były uszkodzone przez mszycę (od 20,0 do 38,0% w zależności od kombinacji krzyżowania). Nie zaobserwowano uszkodzenia roślin przez pchełki.
Celem drugiego tematu badawczego była cytogenetyczna analiza roślin mieszańcowych Brassica, z wykorzystaniem techniki fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) oraz określenie stopnia zróżnicowania genetycznego mieszańców z rodzaju Brassica na podstawie markerów ISSR. W 2020 roku przeanalizowano cztery kombinacje mieszańcowe Brassica (20 genotypów), w których formą mateczną był allotetraploidalny gatunek B. napus. Zastosowanie sekwencji rDNA (5S i 35S rDNA) pozwoliło na identyfikację chromosomów markerowych u form mieszańcowych Brassica pochodzących z genomów rodzicielskich – genom AA (B. rapa), genom CC (B. oleracea) oraz genom BB (B. nigra). Zastosowanie metody FISH pozwoliło na charakterystykę składu genomowego, identyfikację poszczególnych typów chromosomów u mieszańców otrzymanych w wyniku krzyżowania B. napus × B. nigra, B. napus × S. alba, B. napus × B. oleracea oraz B. napus × B. rapa spp. pekinensis. Obserwowane zmienne całkowite liczby chromosomów oraz liczby loci 5S i 35S rDNA w genomach form mieszańcowych Brassica mogą wynikać, m.in. z transpozycji i/lub delecji w obrębie chromatyny zawierającej sekwencje rDNA, eliminacji chromosomów markerowych podczas mejozy lub też delecji i/lub amplifikacji loci rDNA. Ponadto, przeprowadzone zostały analizy molekularne (ISSR) z zastosowaniem 30 starterów reakcji – 20 starterów, które generowały polimorfizm w poprzednich latach badań oraz 10 starterów nowych, wybranych na podstawie literatury. Grupowanie hierarchiczne przedstawione w formie dendrogramu potwierdziło mieszańcowe pochodzenie większości testowanych roślin – spośród analizowanych roślin pokolenia F2 mieszańce Brassica napus × Sinapis alba utworzyły oddzielną grupę podobieństwa. Świadczy to o ich największej odrębności genetycznej w stosunku do pozostałych badanych genotypów. Cztery spośród pięciu badanych mieszańców F2 Brassica napus × Brassica oleracea utworzyły odrębny klaster podobieństwa, natomiast jeden mieszaniec charakteryzował się największym zróżnicowaniem genetycznym w stosunku do wszystkich, pozostałych analizowanych genotypów.