izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2024-2-110-126izvestiiatimacad-557Research ArticleЗЕМЛЕДЕЛИЕ, РАСТЕНИЕВОДСТВО, ЗАЩИТА РАСТЕНИЙAGRONOMY, CROP PRODUCTION, PLANT PROTECTIONОптимизация молекулярно-генетической диагностики возбудителей фузариозов на озимой тритикале (×Triticosecale Wittm. & A. Camus)Optimization of molecular diagnostics of fusarium pathogens in winter triticale (×Triticosecale Wittm. & A. Camus)https://orcid.org/0000-0002-2786-9860ШварцевА. А.ShvartsevA. A.

Шварцев Алексей Анатольевич - научный сотрудник ООО «Синтол», аспирант РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49; 127434, Москва, Тимирязевская ул., 42; тел.: (925) 161–15–63

Alexey A. Shvartsev - Research Associate at OOO “Syntol”, postgraduate student, RSAU – Moscow Timiryazev Agricultural Academy.

42 Timiryzevskaya St., Moscow, 127434; 49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127550; phone: (925) 161–15–63

alexey.sva@yandex.ruКонышеваМ. Л.KonyshevaM. L.

Конышева Мария Леонидовна - научный сотрудник.

127434, Москва, Тимирязевская ул., 42; тел.: (920) 627–04–90

Marya L. Konysheva - Research Associate.

42 Timiryzevskaya St., Moscow, 127434; phone: (967) 627–04–90

mariakorolewa@inbox.ruСавиноваС. А.SavinovaS. A.

Савинова Софья Алексеевна - научный сотрудник.

127434, Москва, Тимирязевская ул., 42; тел.: (967) 135–13–59

Sofya A. Savinova - Research Associate.

42 Timiryzevskaya St., Moscow, 127434; phone: (920) 135–13–59

sofasavinova@yandex.ruАлексеевЯ. И.AlekseevYa. I.

Алексеев Яков Игоревич - канд. биол. наук, директор по науке ООО «Синтол», ведущий научный сотрудник ИАП РАН; ФГБУН Институт аналитического приборостроения РАН.

127434, Москва, Тимирязевская ул., 42; 198095, Санкт-Петербург, ул. Ивана черных, 31–33; тел.: (916) 628–00–31

Yakov I. Alekseev - CSc (Bio), Director of Science, OOO “Syntol”, Leading Research Associate, Institute for Analytical Instrumentation RAS.

42 Timiryzevskaya St., Moscow, 127434; 31–33, Ivana Chernykh St., St. Petersburg, 198095; phone: (916) 628–00–31

jalex2071@gmail.comПыльневВ. В.PylnevV. V.

Пыльнев Владимир Валентинович - д-р биол. наук, профессор кафедры генетики, селекции и семеноводства РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49; тел.: (915) 093–07–85

Vladimir V. Pylnev - DSc (Bio), Professor at the Department of Genetics, Plant Breeding and Seed Production.

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127550; phone: (915) 093–07–85

pyl8@yandex.ruООО «НПФ Синтол»; Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияLLC “Research and Production Company Syntol”; Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian FederationООО «НПФ Синтол»РоссияLLC “Research and Production Company Syntol”Russian FederationООО «НПФ Синтол»; Институт аналитического приборостроения РАНРоссияLLC “Research and Production Company Syntol”; Institute for Analytical Instrumentation of the Russian Academy of SciencesRussian FederationРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation20241005202402110126Copyright © Шварцев А.А., Конышева М.Л., Савинова С.А., Алексеев Я.И., Пыльнев В.В., 20242024Шварцев А.А., Конышева М.Л., Савинова С.А., Алексеев Я.И., Пыльнев В.В.Shvartsev A.A., Konysheva M.L., Savinova S.A., Alekseev Y.I., Pylnev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiia.timacad.ru/jour/article/view/557

Грибные фитопатогены являются одними из самых распространенных и опасных возбудителей болезней растений, заражение которыми приводит к существенным потерям урожая и значительным экономическим затратам. Наибольший ущерб сельскохозяйственным культурам наносят грибы рода Fusarium, что делает изучение их распространения, видового разнообразия и методов диагностики более востребованным с каждым годом. В селекционной работе это изучение имеет особое значение. Определение видового состава данного патогена позволяет не только оценить степень заражения, но и проводить превентивную селекцию на устойчивость к фузариозу. Целью исследований являлась апробация разработанных праймеров и зондов для выявления наиболее распространенных представителей рода Fusarium – таких, как F. culmorum, F. graminearum и F. poae. В качестве материала для исследований использовали образцы чистых культур грибов, полученных из разных коллекций микроорганизмов. Изучалось 35 сортов озимой тритикале из коллекции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Для проведения видовой дифференциации исследуемых видов были сконструированы олигонуклеотиды на фрагмент гена Galactose oxidase (GalOx) и гомологичных ему генов из базы данных NCBI. Диагностика проводилась методом полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ). Были определены основные аналитические характеристики разработанных праймеров – такие, как специфичность и чувствительность. Скрининг 35 сортов озимой тритикале показал их поражение грибами рода Fusarium. Выявлено, что преобладающим видом является F. poae, который был обнаружен у 95,2% сортов. Для F. graminearum было обнаружено, что наибольшее распространение приходится на период с 2020 по 2021 гг., когда заражение образцов тритикале составило 31,4 и 91,4% соответственно. Наименьшее заражение было видом F. culmorum, который обнаружен только у 20% всех образцов. Дополнительно были обнаружены сорта озимой тритикале урожая 2022 г., которые меньше всего подвержены заражению изучаемыми видами: К-1–19 № 14 К-3851 ПРАГ502 (Дагестан) и К-1–19 № 42 К3727 СНТ-5/92 (Омская обл.).

Phytopathogenic fungi are among the most common and dangerous plant pathogens, causing significant crop losses and considerable economic costs. The greatest damage to agricultural crops is caused by fungi of the genus Fusarium, making the study of their distribution, species diversity and diagnostic methods more in demand every year. This is particularly important for breeding purposes. The determination of the species composition of this pathogen allows not only to evaluate the level of infestation, but also to perform preventive selection for resistance to Fusarium. The aim of the study was to test the developed primers and probes for the identification of the most common representatives of the genus Fusarium such as F. culmorum, F. graminearum and F. poae. Pure cultures of fungi obtained from different collections of microorganisms were used as research material. We studied 35 varieties of winter triticale from the RSAU-MTAA collection. In order to differentiate the studied species, oligonucleotides were designed for a fragment of the Galactose oxidase (GalOx) gene and its homologous genes from the NCBI database. Diagnosis was performed by real-time polymerase chain reaction (qPCR). The main analytical characteristics of the developed primers such as specificity and sensitivity were determined. Screening of 35 varieties of winter triticale showed their infestation with fungi of the genus Fusarium. It was revealed that the predominant species was F. poae, which was found in 95.2% of the varieties. For F. graminearum, the highest prevalence was found between 2020 and 2021, when the infestation of triticale samples was 31.4% and 91.4%, respectively. F. culmorum had the lowest percentage of infestation, being found in only 20% of all samples. In addition, the winter triticale varieties of the 2022 harvest K-1–19#14 K-3851 PRAG502 (Dagestan) and K-1–19#42 K3727 SNT-5/92 (Omsk region) were identified as the least susceptible to infestation by the studied species of fungi.

селекция на устойчивостьгрибные фитопатогеныFusariumПЦР в реальном временидиагностикаозимая тритикалевидовое разнообразиезараженностьbreeding for resistancephytopathogenic fungiFusariumreal-time PCRdiagnosticswinter triticalespecies diversityinfestationReferencesГоликов Н.Н. Клещевина, устойчивая к фузариозу // защита и карантин растений. – 2003. – № 3. – С. 44.Golikov N.N. Castor, resistant to Fusarium. Plant Protection and Quarantine. 2003;3:44. (In Russ.)Иващенко В.Г. Географическое распространение и особенности биоэкологии Fusarium graminearum Schwabe // Микология и фитопатология. – 1998. – Т. 32, № 5. – С. 1–10.Ivashchenko V.G. Fusarium graminearum Schwabe geographical distribution and features of bioecology. Mycology and Phytopathology. 1998;32(5):1–10. (In Russ.)Костерина Н.А. Анализ современного состояния проблемы фузариоза колоса и зерна пшеницы в Российской Федерации // Аграрный вестник Урала. – 2023. – № 5 (234). – С. 49–59.Kosterina N.A. Analysis of the current state of the problem of fusarium ear and grain of wheat in the Russian Federation. Agrarian Bulletin of the Urals. 2023;05(234):49–59. (In Russ.)Курилова Д.А. Вредоносность фузариоза сои в зависимости от степени поражения растений // Масличные культуры. – 2010. – № 2. – С. 144–145.Kurilova D.A. Harmfulness of Fusarium species on soybean depending on a degree of plants affection. Oil Crops. 2010;2:144–145. (In Russ.)Фитопатология. Болезни древесных и кустарниковых пород: Учебное пособие / Под общ. ред. И.И. Минкевича. – СПб.: Лань, 2011. – 160 с.Phytopathology. Diseases of tree and shrub species: a textbook. Ed. by I.I. Minkevich. St. Petersburg, Russia: Izdatel’stvo Lan’, 2011:160. (In Russ.)Монастырский О.А. Микотоксины – глобальная проблема безопасности продуктов питания и кормов // Агрохимия. – 2016. – № 6. – С. 67–71.Monastyrskii O.A. Mycotoxins – a global problem of food and feed safety. Agrohimia. 2016;6:67–71. (In Russ.)Платонова Ю.В., Сурин Н.А. География грибов рода Fusarium (литературный обзор) // Фундаментальные исследования. – 2004. – № 4. – С. 95–97.Platonova Yu.V., Surin N.A. Geography of fungi of the genus Fusarium (literary review). Fundamental’nye issledovaniya. 2004; 4: 95–97. (In Russ.)Попов В.С., Самбуров Н.В., Воробьева Н.В. Проблемы микотоксикозов в современных условиях и принципы профилактических решений: Монография. – Курск: Планета+, 2018. – С. 158.Popov V.S., Samburov N.V., Vorob’eva N.V. The problem of mycotoxicoses in modern conditions and principles of preventive solutions: monografiya. Kursk, Russia: Planeta+, 2018:158. (In Russ.)Попова С.А., Скопцова Т.И., Лосякова Е.В. Микотоксины в кормах: причины, последствия, профилактика // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. – 2017. – № 1. – С. 16–23.Popova S.A., Skoptsova T.I., Losyakova E.V. Mycotoxins in feed: causes, consequences, prevention. Izvestiya Velikolukskoy gosudarstvennoy sel’skokhozyaystvennoy akademii. 2017;1:16–23. (In Russ.)Соколова Г.Д. Внутривидовое разнообразие фитопатогенного гриба Fusarium graminearum // Микология и фитопатология. – 2015. – № 2 (49). – С. 71–79.Sokolova G.D. Intraspecific diversity of phytopathogenic fungus Fusarium graminearum. Mycology and Phytopathology. 2015;2(49):71–79. (In Russ.)Торопова Е.Ю., Селюк М.П., Казакова О.А. Факторы доминирования грибов рода Fusarium в патокомплексе корневых гнилей зерновых культур // Агрохимия. – 2018. – № 5. – С. 73–82.Toropova E.Yu., Selyuk M.P., Kazakova O.A. Dominance factors of fungi genus fusarium in grain crops root rot pathocomplex. Agrohimia. 2018;5:73–82. (In Russ.)Brennan J., Fagan B., Van Maanen A. et al. Studies on in vitro growth and pathogenicity of European Fusarium fungi // European Journal of Plant Pathology. – 2003. – № 109 (6). Рр. 577–587.Brennan J., Fagan B., Van Maanen A. et al. Studies on in vitro growth and pathogenicity of European Fusarium fungi. European Journal of Plant Pathology. 2003;109(6): 577–587.Cirlini M., Generotti S., Dall’Erta A. et al. Durum Wheat (Triticum Durum Desf.) Lines Show Different Abilities to Form Masked Mycotoxins under Greenhouse Conditions // Toxins. – 2014. – № 6 (1). – Рр. 81–95.Cirlini M., Generotti S., Dall’Erta A. et al. Durum Wheat (Triticum Durum Desf.) Lines Show Different Abilities to Form Masked Mycotoxins under Greenhouse Conditions. Toxins. 2014;6(1):81–95.Ekwomadu T.I., Mwanza M. Fusarium Fungi Pathogens, Identification, Adverse Effects, Disease Management, and Global Food Security: A Review of the Latest Research // Agriculture. – 2023. – № 13 (9). – Рр. 1810.Ekwomadu T.I., Mwanza M. Fusarium Fungi Pathogens, Identification, Adverse Effects, Disease Management, and Global Food Security: A Review of the Latest Research. Agriculture. 2023;13(9):1810.Gil-Serna J., Vázquez C., González-Jaén M.T. et al. Mycotoxins Toxicology // Encyclopedia of Food Microbiology. – 2014. – Рр. 887–892.Gil–Serna J., Vázquez C., González–Jaén M.T. et al. Mycotoxins: Toxicology. Encyclopedia of Food Microbiology. 2014:887–892.Matny O., Bates S., Song Z. Geographic distribution of Fusarium culmorum chemotypes associated with wheat crown rot in Iraq // Journal of Plant Protection Research. – 2017. – № 57 (1).Matny O., Bates S., Song Z. Geographic distribution of Fusarium culmorum chemotypes associated with wheat crown rot in Iraq. Journal of Plant Protection Research. 2017;57(1).Parry D., Jenkinson P., Mcleod L. Fusarium ear blight (scab) in small grain cereals-a review // Plant Pathology. – 1995. – № 44. – Рр. 207–238.Parry D., Jenkinson P., Mcleod L. Fusarium ear blight (scab) in small grain cereals: a review. Plant Pathology. 1995;44:207–238.Rassat A. Fusarium poae and Fusarium langsethiae in an oat field-time point of infection and possible inoculum sources, 2019.Rassat A. Fusarium poae and Fusarium langsethiae in an oat field–time point of infection and possible inoculum sources. Biology, Environmental Science, Agricultural and Food Sciences. 2019.Töth A., Barna-Vetrö I., Gyöngyösi Ä. et al. Prevalence and mycotoxin production of Fusarium species isolated from wheat grains in Hungary // Acta Phytopath. Entomol. Hung. – 1993. – № 28. – Рр. 3–12.Töth A., Barna–Vetrö I., Gyöngyösi Ä. et al. Prevalence and mycotoxin production of Fusarium species isolated from wheat grains in Hungary. Acta Phytopath. Entomol. Hung. 1993;28: 3–12.Wagacha J., Muthomi J. Fusarium culmorum: Infection process, mechanisms of mycotoxin production and their role in pathogenesis in wheat // Crop Protection. – 2007. – № 26 (7). – Рр. 877–885.Wagacha J., Muthomi J. Fusarium culmorum: Infection process, mechanisms of mycotoxin production and their role in pathogenesis in wheat. Crop Protection. 2007;26(7):877–885.Wilcoxson R., Kommedahl T., Ozmon E. et al. Occurrence of Fusarium species in scabby wheat from Minnesota and their pathogenicity to wheat // Phytopathology. – 1988. – № 78. – Рр. 586–589.Wilcoxson R., Kommedahl T., Ozmon E. et al. Occurrence of Fusarium species in scabby wheat from Minnesota and their pathogenicity to wheat. Phytopathology. 1988;78:586–589.Xu X., Nicholson P., Thomsett M. et al. Relationship between the fungal complex causing Fusarium head blight of wheat and environmental conditions // Phytopathology. – 2008. – № 98 (1). – Рр. 69–78.Xu X., Nicholson P., Thomsett M. et al. Relationship between the fungal complex causing Fusarium head blight of wheat and environmental conditions. Phytopathology. 2008;98(1):69–78.Yli-Mattila T., Opoku J., Ward T.J. Population structure and genetic diversity of Fusarium graminearum from southwestern Russia and the Russian Far East as compared with northern Europe and North America // Mycologia. – 2023. – № 1(11).Yli–Mattila T., Opoku J., Ward T.J. Population structure and genetic diversity of Fusarium graminearum from southwestern Russia and the Russian Far East as compared with northern Europe and North America. Mycologia. 2023:1–11.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.