Search for rye and wheat genotypes which are resistant to Claviceps purpurea (Fr.) Tul. and hamper accumulation of ergoalkaloids in sclerotia | Поиск генотипов ржи и пшеницы, устойчивых к Claviceps purpurea (Fr.) Tul. и не накапливающих эргоалкалоиды в склероциях гриба

English. Ergot [Claviceps purpurea (Fr.) Tul.] is a progressive disease of rye and wheat crops. Ergot alkaloids (EA) derived from the fungus can cause severe health problems in both humans and animals. Ergot-resistant cereals are the guarantors to solve the problem. Here, we aimed to determine the EA profiles and content in sclerotia of the Kirov population of C. purpureа and to search for rye and wheat genotypes resistant to ergot and with no EA accumulation to be used as sources of these traits in breeding. One hundred varieties of winter rye (Secale cereale L.) and spring soft wheat (Triticum aestivum L.) obtained from the collection of the Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR) and bred at the Rudnitsky Federal Agricultural Research Center of the North-East were tested in 2017-2019 for ergot resistance by artificial inoculation of flowers with a suspension of C. purpureа conidia. Most of the tested samples were susceptible to ergot. In wheat, only two varieties were immune ('Novosibirskaya 18' and a new line T-66) and 13 varieties were relatively resistant with a lesion level of no more than 5.2% and a sclerotia content in grain of no more than 0.3% vs. 21.7% and 1.5% in the most susceptible (indicator) variety. In winter rye, immune forms were absent, in 10 varieties, the lesion varied from 5.8% to 33.0% and sclerotia contamination of grain from 0.3% to 1.4%. The immune and least affected varieties of rye and wheat can be used in breeding programs as genetic sources for the trait. The revealed tendency increases the biological hazard of the small and most difficult to separate fraction of sclerotia in the grain mass. No significant relationship was found between the toxicity and pathogenicity of the fungus C. purpurea as evidenced by the correlation between the ergot occurrence and the EA content in the rye (r = 0.22, p = 0.05).

Russian. Спорынья зерновых культур, вызываемая грибом Claviceps purpurea (Fr.) Tul., - прогрессирующее заболевание ржи и пшеницы. Создание устойчивых сортов - один из эффективных способов решения этой сложной проблемы. Цель работы - определение суммарного содержания и состава эргоалкалоидов (ЭА) в склероциях C. purpurea, собранных с озимой ржи и яровой мягкой пшеницы в Кировской области, и выявление генотипов, у которых проявляется устойчивость к спорынье и в склероциях не накапливаются ЭА гриба. Полевые исследования проводили в Федеральном аграрном научном центре Северо-Востока (ФАНЦ Северо-Востока) в 2017-2019 гг. Материалом служили 26 новых диплоидных сортов озимой ржи (Secale cereale L.) и 20 сортов яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) селекции ФАНЦ Северо-Востока, а также 34 и 20 образцов этих культур из мировой коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР). Растения инокулировали водной суспензией конидий C. purpurea. Использовали природные изоляты конидий патогена, выделенные из свежесобранных на территории Кировской области склероциев ржи и пшеницы. Установлено, что тестируемый генофонд был в основном восприимчив к спорынье. У пшеницы выявили 2 иммунных сорта (Новосибирская 18 и новая линия Т-66) и 13 - относительно устойчивых с поражением не более 5,2% и примесью склероциев в зерне не более 0,3%, в то время как у наиболее восприимчивого (индикаторного) сорта эти показатели составили 21,7 и 1,5%. У озимой ржи иммунные формы отсутствовали, а у 10 сортов поражение варьировало от 5,8 до 33,0%, засоренность зерна склероциями - от 0,3 до 1,4%. Не установлено значимой связи между токсичностью и патогенностью гриба C. purpurea, о чем свидетельствует коэффициент корреляции между поражением спорыньей и содержанием ЭА у ржи, который составил r = 0,22 (p = 0,05).