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 2019 było oszacowanie odporności na szkodniki i choroby grzybowe komponentów rodzicielskich i mieszańców pokolenia F4 i F5, 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 2019 zrealizowano 3 tematy badawcze. Celem tematu pierwszego było określenie odporności form mieszańcowych pokolenia F4 i F5 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.
Jesienią 2019 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 2019 odsetek roślin rzepaku porażonych przez grzyby z rodzaju Leptosphaeria wahał się od 2 do 12,67%. Najsłabiej porażone były odmiany Arsenal i Anderson (2%), natomiast najsilniej porażona była odmiana Darmor (12,67%). Porażenie na formach mieszańcowych wahało się one 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 (18,0-88,0%), jak i analizowanych mieszańców (16,0-63,0%). W roku 2019 warunki pogodowe były bardzo sprzyjające dla występowaniu szkodników, a zwłaszcza mszycy, która w największym nasileniu żerowała na odmianach rzepaku tj. Razmus (32%) i Darmor (34%). Rośliny mieszańcowe pokolenia F5 były uszkodzone przez mszycę (od 18,0 do 33,0% 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 2019 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 zaobserwowanie stałej, całkowitej liczby chromosomów, wynoszącej 38 oraz różnic w liczbie loci rDNA u mieszańców otrzymanych w wyniku krzyżowania B. napus × B. carinata. W kombinacji mieszańców B. napus × B. juncea obserwowano również stałą liczbę chromosomów wynoszącą 37 chromosomów oraz stałą liczbę loci 5S i 35S rDNA, tj. 10 i 12 loci rDNA. Natomiast pozostae dwie analizowane kombinacje mieszańców tj. B. napus x B. rapa spp. chinensis i B. napus x B. rapa spp. pekinensis charakteryzowały się zmiennymi liczbami chromosomów i zmienną liczbą 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 potwierdza mieszańcowe pochodzenie analizowanych roślin – mieszańce z danej grupy krzyżowań tworzą odrębne klastry, a tym samym wykazują największe podobieństwo w obrębie roślin o tych samych komponentach rodzicielskich.
Temat badawczy nr 3 dotyczył identyfikacji sekwencji dla znanych genów odporności na choroby u wybranych roślin rodzicielskich i mieszańców Brassica z wykorzystaniem zaawansowanych technik molekularnych.