DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-025-05145-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41555018
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Duong T. Nguyen وآخرون
الموضوع الرئيسي: وراثة القمح والشعير وعلم الأمراض
نظرة عامة
تركز الدراسة على تطوير أصناف الشوفان المقاومة لصدأ التاج الناجم عن *Puccinia coronata* f. sp. *Avenae* (Pca)، وهو أمر حاسم لإدارة الأمراض المستدامة. قام الباحثون بتحليل مجموعتين من خطوط الهجين المعاد تجميعها، Provena x GS7 و Boyer x GS7، لتحديد المواقع المرتبطة بالصفات الكمية (QTL) المرتبطة بمقاومة النبات البالغ في الحقول الأسترالية. تم تحديد سبعة QTL متميزة مرتبطة بمقاومة الصدأ، مع تطوير علامات KASP للبوليمورفisms أحادية النوكليوتيد (SNPs) المرتبطة بأربعة من أهم QTL الموجودة على الكروموسومات 4A و 7A.
تم رسم خريطة لأحد QTL الرئيسية، المسمى QPc_GS7_4A.2، على الكروموسوم 4A وهو مشتق من خط GS7، ويتداخل مع المناطق المرتبطة سابقًا بجين المقاومة Pc61. أكدت الخرائط الجينية دور QPc_GS7_4A.2 في مقاومة الشتلات، على الأرجح من خلال عمل Pc61، حيث تم ملاحظة ملفات مقاومة مشابهة بين GS7 وخط Pc61 التفاضلي ضد 20 عزلة من Pca. أظهرت تحليل الهبلاوتيب أن الهبلاوتيب المقاوم المرتبط بـ QPc_GS7_4A.2 موجود في خطوط كانت تُعتقد سابقًا أنها تحمل جين Pc61. ستسهل علامات KASP المحددة في هذه الدراسة دمج الأليل المقاوم في أصناف الشوفان الجديدة، لا سيما في المناطق التي لا يزال فيها Pc61 فعالاً.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التهديد الكبير الذي يشكله صدأ التاج، الناجم عن الفطر *Puccinia coronata* f. sp. *avenae* (Pca)، على إنتاج الشوفان العالمي. تسلط الضوء على الاعتماد على جينات المقاومة الرئيسية (R) في تربية الشوفان، والتي توفر مقاومة محددة للسباق من خلال التعرف على مؤثرات مسببات الأمراض. ومع ذلك، فإن فعالية هذه الجينات المقاومة لجميع المراحل (ASR) تتناقص مع مرور الوقت بسبب ظهور متغيرات مسببات الأمراض، مما يؤدي إلى تحول التركيز نحو مقاومة النبات البالغ الأكثر ديمومة (APR). على عكس ASR، تتميز APR بطبيعتها غير المحددة للسباق وفعاليتها في مرحلة النبات البالغ، على الرغم من أنها تقدم تحديات في التربية بسبب وراثتها الكمية.
تهدف الدراسة إلى تقييم مواقع APR من مصدرين للشوفان، CDC Boyer و GS7، تحت ظروف الحقل الأسترالية. حددت الأعمال السابقة ثلاثة مواقع مرتبطة بالصفات الكمية (QTL) المرتبطة بـ APR في هذه المصادر. استخدمت الأبحاث الحالية تقنية DArTSeq لتكثيف كثافة العلامات وكشفت عن سبعة QTL متميزة مرتبطة بمقاومة صدأ التاج. من الجدير بالذكر أنه تم تحديد QTL قوي من GS7 على الكروموسومات 4A و 4D، يتداخل مع المناطق المرتبطة بجين ASR Pc61. تشير النتائج إلى وجود هوية محتملة بين موقع QPc_GS7_4A.2 و Pc61، مما يدل على قيمة GS7 و Boyer كمصادر لمقاومة صدأ التاج وتوفير علامات KASP للاختيار المعتمد على العلامات في برامج التربية.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون خطوط هجين معاد تجميعها (RILs) من مجموعتين متميزتين من الخرائط: ‘Provena x 94197A1-9-2-2-2-5’ (المشار إليها باسم Provena x GS7، مع n=91) و ‘CDC Boyer x 94197A1-9-2-2-2-5’ (المشار إليها باسم Boyer x GS7، مع n=98). تم تطوير هذه RILs من خلال ثماني أجيال من التلقيح الذاتي بعد الجيل F2، كما هو موضح بواسطة Babiker et al. (2015)، وتم الحصول عليها من خدمة الأبحاث الزراعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية في أبردين، ID، الولايات المتحدة الأمريكية.
بالإضافة إلى ذلك، تضمنت الأبحاث مجموعة من الشوفان تتكون من 182 خطًا، والتي شملت 32 خطًا يُفترض أنها تمتلك مقاومة النبات البالغ (APR) و 150 خطًا تم تجميعها بواسطة Nguyen et al. (2023). تم الحصول على هذه الخطوط من مؤسسات مختلفة، بما في ذلك USDA-ARS (سانت بول، MN، الولايات المتحدة الأمريكية)، بنك الجينات الأسترالي (AGG)، ومخزون بذور CSIRO Avena. يمكن العثور على معلومات مفصلة حول المواد النباتية المستخدمة في هذه الدراسة في الملف التكميلي 1، الجداول S1 و S2.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الدراسات السابقة لتسليط الضوء على الفروق أو التأكيدات الهامة.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن مقاييس محددة، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، أو قيم p، لدعم ادعاءاتهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي اتجاهات أو أنماط ملحوظة في البيانات، مما يوفر رؤى حول تداعيات النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تدعم أهداف البحث والاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في الورقة البحثية النتائج من التجارب الميدانية التي تقيم مقاومة الأمراض في خطوط الشوفان المشتقة من مجموعتين من خطوط الهجين المعاد تجميعها (RIL): Provena x GS7 و Boyer x GS7. كشفت التجارب الميدانية التي أجريت في أستراليا أن كل من GS7 و Boyer أظهرا مستويات عالية من المقاومة لصدأ الشوفان، بينما كانت Provena عرضة بشدة. حددت خرائط QTL عدة مواقع هامة مرتبطة بمقاومة الصدأ، لا سيما على الكروموسومات 4A و 5C و 7A، مع ظهور QPc_GS7_4A.2 كأهمها، حيث تمثل حوالي 45% من التباين الجيني المفسر (GVE) في بعض التجارب. وُجد أن هذا الموقع يتداخل مع مواقع مقاومة النبات البالغ (APR) التي تم تحديدها سابقًا ومن المحتمل أن يكون مرتبطًا بجين مقاومة الشتلات Pc61.
تسلط الدراسة الضوء أيضًا على التأثير البيئي على تحديد QTL، مشيرة إلى التناقضات مع النتائج السابقة المنسوبة إلى عوامل مثل تنوع مسببات الأمراض وتفاعلات الجين-البيئة. من الجدير بالذكر أن موقع QPc_GS7_4A.2 أظهر فعالية في التجارب MJ23 و MJ24، ولكن ليس في CB24، حيث كانت الأنماط الممرضة الفتاكة ضد Pc61 موجودة. تشير النتائج إلى أن GS7 يحمل كل من جينات مقاومة النبات البالغ والشتلات، مع تداعيات لاستراتيجيات التربية التي تهدف إلى تعزيز مقاومة الصدأ في الشوفان. يتم مناقشة التداخل بين جينات APR وجينات مقاومة الشتلات في سياق محاصيل أخرى، مما يشير إلى إمكانية وجود آليات مقاومة تكاملية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية فهم المقاومة الجينية في تطوير أصناف الشوفان المقاومة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-025-05145-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41555018
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Duong T. Nguyen et al.
Primary Topic: Wheat and Barley Genetics and Pathology
Overview
The study focuses on developing oat cultivars resistant to crown rust caused by *Puccinia coronata* f. sp. *Avenae* (Pca), which is crucial for sustainable disease management. Researchers analyzed two recombinant inbred line populations, Provena x GS7 and Boyer x GS7, to identify quantitative trait loci (QTL) associated with adult plant resistance in Australian fields. They identified seven distinct QTL linked to rust resistance, with KASP markers developed for single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with the four most significant QTL located on chromosomes 4A and 7A.
A major QTL, designated QPc_GS7_4A.2, was mapped to chromosome 4A and is derived from the GS7 line, overlapping with regions previously linked to the resistance gene Pc61. Genetic mapping confirmed the role of QPc_GS7_4A.2 in seedling resistance, likely through the action of Pc61, as similar resistance profiles were observed between GS7 and the Pc61 differential line against 20 Pca isolates. Haplotype analysis indicated that the resistance haplotype associated with QPc_GS7_4A.2 is present in lines previously thought to carry the Pc61 gene. The KASP markers identified in this study will facilitate the integration of the resistance allele into new oat cultivars, particularly in areas where Pc61 remains effective.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the significant threat posed by crown rust, caused by the fungus *Puccinia coronata* f. sp. *avenae* (Pca), to global oat production. It highlights the reliance on major resistance (R) genes in oat breeding, which provide race-specific resistance through the recognition of pathogen effectors. However, the effectiveness of these all-stage resistance (ASR) genes diminishes over time due to the emergence of pathogen variants, leading to a shift in focus towards more durable adult plant resistance (APR). Unlike ASR, APR is characterized by its non-race-specific nature and effectiveness at the adult plant stage, although it presents challenges in breeding due to its quantitative inheritance.
The study aims to evaluate APR loci from two oat sources, CDC Boyer and GS7, under Australian field conditions. Previous work identified three quantitative trait loci (QTL) associated with APR in these sources. The current research utilized DArTSeq genotyping to enhance marker density and detected seven distinct QTL linked to crown rust resistance. Notably, a strong QTL from GS7 on chromosomes 4A and 4D was identified, overlapping with regions associated with the ASR gene Pc61. The findings suggest a potential identity between the QPc_GS7_4A.2 locus and Pc61, indicating the value of GS7 and Boyer as sources of crown rust resistance and providing KASP markers for marker-assisted selection in breeding programs.
Methods
In this study, the authors utilized recombinant inbred lines (RILs) from two distinct mapping populations: ‘Provena x 94197A1-9-2-2-2-5’ (referred to as Provena x GS7, with n=91) and ‘CDC Boyer x 94197A1-9-2-2-2-5’ (referred to as Boyer x GS7, with n=98). These RILs were developed through eight generations of selfing post-F2 generation, as detailed by Babiker et al. (2015), and were obtained from the USDA Agricultural Research Service in Aberdeen, ID, USA.
Additionally, the research incorporated an oat collection consisting of 182 lines, which included 32 lines hypothesized to possess adult plant resistance (APR) and 150 lines compiled by Nguyen et al. (2023). These lines were sourced from various institutions, including USDA-ARS (St. Paul, MN, USA), the Australian Grain Genebank (AGG), and the CSIRO Avena seed stock. Detailed information regarding the plant materials used in this study can be found in Supplementary File 1, Tables S1 and S2.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables to illustrate the outcomes. The results are often compared against the hypotheses or previous studies to highlight significant differences or confirmations.
In this section, the authors may report specific metrics, such as means, standard deviations, or p-values, to substantiate their claims. Additionally, any observed trends or patterns in the data are discussed, providing insights into the implications of the findings. Overall, this section serves to convey the empirical evidence that supports the research objectives and conclusions drawn in the study.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the findings from field trials assessing disease resistance in oat lines derived from two recombinant inbred line (RIL) populations: Provena x GS7 and Boyer x GS7. Field trials conducted in Australia revealed that both GS7 and Boyer exhibited high levels of resistance to oat crown rust, while Provena was highly susceptible. QTL mapping identified several significant loci associated with rust resistance, particularly on chromosomes 4A, 5C, and 7A, with QPc_GS7_4A.2 emerging as the most significant, accounting for approximately 45% of the genotypic variance explained (GVE) in certain trials. This locus was found to overlap with previously identified adult plant resistance (APR) loci and is likely linked to the seedling resistance gene Pc61.
The study also highlights the environmental influence on QTL identification, noting discrepancies with previous findings attributed to factors such as pathogen diversity and genotype-environment interactions. Notably, the QPc_GS7_4A.2 locus demonstrated effectiveness in trials MJ23 and MJ24, but not in CB24, where virulent pathotypes against Pc61 were present. The results suggest that GS7 carries both adult and seedling resistance genes, with implications for breeding strategies aimed at enhancing rust resistance in oats. The co-location of APR and seedling resistance genes is discussed in the context of other crops, indicating a potential for complementary resistance mechanisms. Overall, the findings underscore the importance of understanding genetic resistance in developing resilient oat cultivars.