vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2022-2-122-128vir-nw-1286Research ArticleГЕНЕТИКА КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙGENETICS OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESАллельное разнообразие гена FaOMT (биосинтез мезифурана) у перспективных сортов и отборных форм земляники селекции Федерального научного центра имени И.В. МичуринаAllelic diversity of the FaOMT gene (mesifurane biosynthesis) in promising strawberry cultivars and selected forms developed at the I.V. Michurin Federal Science Centerhttps://orcid.org/0000-0001-9770-8731ЛыжинА. С.LyzhinA. S.

Лыжин Александр Сергеевич - кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник.

393760 , Тамбовская  область,  Мичуринск,  ул. Мичурина, 30.

Alexander S. Lyzhin - Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, I.V. Michurin Federal Science Center.

30 Michurina St., Michurinsk, Tambov Province 393760.

Ranenburzhetc@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1626-840XЛукъянчукИ. В.Luk’yanchukI. V.

Лукъянчук Ирина Васильевна - кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник.

393760, Тамбовская область, Мичуринск, ул. Мичурина, 30.

Irina V. Luk’yanchuk - Cand. Sci. (Agriculture), Senior Researcher, I.V. Michurin Federal Science Center.

30 Michurina St., Michurinsk, Tambov Province 393760.

irina.lk2011@yandex.ruФедеральный научный центр имени И.В. МичуринаРоссияI.V. Michurin Federal Science CenterRussian Federation2022240620221832122128Copyright © Лыжин А.С., Лукъянчук И.В., 20222022Лыжин А.С., Лукъянчук И.В.Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1286Актуальность

Актуальность. Аромат плодов – важный потребительский признак сортов земляники. Идентификация генотипов, несущих гены ароматического комплекса, является важным этапом создания сортов земляники с ароматными плодами. Цель исследования – анализ аллельного состояния гена FaOMT ароматического комплекса плодов у сортов и отборных гибридных сеянцев земляники, полученных в Федеральном научном центре имени И.В. Мичурина, для идентификации генотипов, перспективных для вовлечения в селекционные программы по совершенствованию аромата плодов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектами исследования являлись сорта и перспективные гибридные сеянцы земляники, созданные в Федеральном научном центре имени И.В. Мичурина с использованием методов интрогрессивной и межсортовой гибридизации. Оценку аллельного состояния гена FaOMT проводили с использованием кодоминантного маркера FaOMT-SI/NO.

Результаты и выводы

Результаты и выводы. У изучаемых сортов и форм земляники ген FaOMT ароматического комплекса плодов представлен тремя вариантами комбинации аллелей: гомозиготное состояние функционального аллеля, гетерозиготное сочетание аллелей и гомозиготное состояние нефункционального аллеля. Сорта ‘Рубиновый каскад’, ‘Привлекательная’ и ‘Фейерверк’ характеризуются гетерозиготным сочетанием аллелей гена FaOMT, сорта ‘Ласточка’, ‘Памяти Зубова’, ‘Флора’, ‘Яркая’ и ‘Урожайная ЦГЛ’ имеют гомозиготный генотип по аллелю FaOMT+. Отборные формы 928-12, 26-5, 72-71, 62-41 имеют гетерозиготный генотип; гибриды 298-19-9-43 и 932-29 – гомозиготный генотип по функциональному аллелю FaOMT+; отборные формы 61-12 и 65-26 характеризуются гомозиготным состоянием нефункционального аллеля FaOMT–. Выявлены перспективные для вовлечения в селекционный процесс формы земляники, характеризующиеся наличием функционального аллеля FaOMT+ в гомозиготной форме: сорта ‘Ласточка’, ‘Памяти Зубова’, ‘Флора’, ‘Яркая’, ‘Урожайная ЦГЛ’ и отборные формы 298-19-9-43, 932-29.

Background

Background. Fruit aroma is an important consumer trait of strawberry varieties. Identification of genotypes carrying the genes of the aromatic complex in fruits is an important stage in the development of new cultivars with aromatic fruits. The purpose of this study was to analyze the allelic state of the FaOMT fruit aroma gene in strawberry cultivars and selected forms developed at the I.V. Michurin Federal Science Center to identify promising genotypes for use in breeding for fruit aroma.

Materials and methods

Materials and methods. The research materials were strawberry cultivars and promising selected forms developed at the I.V. Michurin FSC using the methods of introgressive and intervarietal hybridization. Allelic state of the FaOMT gene was identified with the codominant marker FaOMT-SI/NO.

Results and conclusion

Results and conclusion. The FaOMT fruit aroma gene is represented in the studied strawberry varieties and forms by three combinations of alleles: the homozygous state of the functional allele, the heterozygous combination of the alleles, and the homozygous state of the nonfunctional allele. Cvs. ‘Rubinovy kaskad’, ‘Privlekatelnaya’ and ‘Feyerverk’ are characterized by a heterozygous combination of alleles of the FaOMT gene. Cvs. ‘Lastochka’, ‘Pamyati Zubova’, ‘Flora’, ‘Yarkaya’ and ‘Urozhaynaya CGL’ are characterized by the homozygous state of the FaOMT+ allele. Selected strawberry forms 928-12, 26-5, 72-71 and 62-41 have the heterozygous genotype; hybrids 298-19-9-43 and 932-29 are characterized by the homozygous state of the FaOMT+ allele; selected forms 61-12 and 65-26 are characterized by the homozygous state of the nonfunctional FaOMT– allele. Strawberry forms promising for breeding, with the homozygous state of the functional FaOMT+ allele, were identified: cvs. ‘Lastochka’, ‘Pamyati Zubova’, ‘Flora’, ‘Yarkaya’ and ‘Urozhaynaya CGL’, and selected forms 298-19-9-43 and 932-29.

молекулярные маркерымаркер-опосредованная селекциягенотипаромат плодовmolecular markersmarker-assisted selectiongenotypefruit aromaРабота выполнена в рамках Государственного задания ФНЦ имени И.В. Мичурина по проекту FGSU-2022-0002 «Разработать модели идеального сорта по основным промышленным садовым культурам, усовершенствовать методы направленной и маркер-опосредованной селекции и на их основе создать новые генотипы с повышенной устойчивостью к комплексу биотических и абиотических стрессоров, с высокой продуктивностью и улучшенным качеством плодов, конкурентоспособных на российском и мировом рынках». Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The research was performed within the framework of the State Task delegated to the I.V. Michurin FSC, Project No. FGSU-2022-0002 “To develop models of an ideal cultivar for the main commercial horticultural crops, improve methods of targeted and marker-assisted selection, and produce on their basis new genotypes with increased resistance to a set of biotic and abiotic stressors, with high productivity and improved fruit quality, competitive in the Russian and world markets”. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesBaumgartner I.O., Patocchi A., Frey J.E., Peil A., Kellerhals M. Breeding elite lines of apple carrying pyramided homozygous resistance genes against apple scab and resistance against powdery mildew and fire blight. Plant Molecular Biology. 2015;33(5):1573-1583. DOI: 10.1007/s11105-015-0858-xBaumgartner I.O., Patocchi A., Frey J.E., Peil A., Kellerhals M. Breeding elite lines of apple carrying pyramided homozygous resistance genes against apple scab and resistance against powdery mildew and fire blight. Plant Molecular Biology. 2015;33(5):1573-1583. DOI: 10.1007/s11105-015-0858-xBianchi G., Lucchi P., Maltoni M.L., Fagherazzi A.F., Baruzzi G. Analysis of aroma compounds in new strawberry advanced genotypes. Acta Horticulturae. 2017;1156:673-678. DOI: 10.17660/ActaHortic.2017.1156.98Bianchi G., Lucchi P., Maltoni M.L., Fagherazzi A.F., Baruzzi G. Analysis of aroma compounds in new strawberry advanced genotypes. Acta Horticulturae. 2017;1156:673-678. DOI: 10.17660/ActaHortic.2017.1156.98Cruz-Rus E., Sesmero R., Ángel-Pérez J.A., Sánchez-Sevilla J.F., Ulrich D., Amaya I. Validation of a PCR test to predict the presence of flavor volatiles mesifurane and γ-decalactone in fruits of cultivated strawberry (Fragaria × ananassa). Molecular Breeding. 2017;37(10):131. DOI: 10.1007/s11032-017-0732-7Cruz-Rus E., Sesmero R., Ángel-Pérez J.A., Sánchez-Sevilla J.F., Ulrich D., Amaya I. Validation of a PCR test to predict the presence of flavor volatiles mesifurane and γ-decalactone in fruits of cultivated strawberry (Fragaria × ananassa). Molecular Breeding. 2017;37(10):131. DOI: 10.1007/s11032-017-0732-7Duan W., Sun P., Chen L., Gao S., Shao W., Li J. Comparative analysis of fruit volatiles and related gene expression between the wild strawberry Fragaria pentaphylla and cultivated Fragaria × ananassa. European Food Research and Technology. 2018;244:57-72. DOI: 10.1007/s00217-017-2935-xDuan W., Sun P., Chen L., Gao S., Shao W., Li J. Comparative analysis of fruit volatiles and related gene expression between the wild strawberry Fragaria pentaphylla and cultivated Fragaria × ananassa. European Food Research and Technology. 2018;244:57-72. DOI: 10.1007/s00217-017-2935-xHärtl K., Kalinowski G., Hoffmann T., Preuss A., Schwab W. RNAi-mediated endogene silencing in strawberry fruit: detection of primary and secondary siRNAs by deep sequencing. Plant Biotechnology Journal. 2017;15(5):658-668. DOI: 10.1111/pbi.12664Härtl K., Kalinowski G., Hoffmann T., Preuss A., Schwab W. RNAi-mediated endogene silencing in strawberry fruit: detection of primary and secondary siRNAs by deep sequencing. Plant Biotechnology Journal. 2017;15(5):658-668. DOI: 10.1111/pbi.12664Кузнецов М.Н., Грюнер Л.А. История и научные достижения Всероссийского НИИ селекции плодовых культур (к 165-летию учреждения). Достижения науки и техники АПК. 2010;(4):5-8.Kuznetsov M.N., Gruner L.A. History and achievements of the All-Russia Research NII of Horticaltural Breeding (to 165 anniversary of the establishment). Achievements of Science and Technology of AIC. 2010;(4):5-8. [in Russian]Li Y., Zhang Y., Liu X., Xiao Y., Zhang Z., Shi Y. et al. Cultivation conditions change aroma volatiles of strawberry fruit. Horticulturae. 2021;7(4):81. DOI: 10.3390/horticulturae7040081Li Y., Zhang Y., Liu X., Xiao Y., Zhang Z., Shi Y. et al. Cultivation conditions change aroma volatiles of strawberry fruit. Horticulturae. 2021;7(4):81. DOI: 10.3390/horticulturae7040081Luk’yanchuk I.V., Lyzhin A.S., Kozlova I.I. Analysis of strawberry genetic collection (Fragaria L.) for Rca2 and Rpf1 genes with molecular markers. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(7):795-799. DOI: 10.18699/VJ18.423Luk’yanchuk I.V., Lyzhin A.S., Kozlova I.I. Analysis of strawberry genetic collection (Fragaria L.) for Rca2 and Rpf1 genes with molecular markers. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(7):795-799. DOI: 10.18699/VJ18.423Лыжин А.С., Лукъянчук И.В. Генетическое разнообразие дикорастущих видов и сортов земляники по гену FanAAMT ароматического комплекса плодов. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(2):72-80. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-72-80Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V. Genetic diversity in wild species and cultivars of strawberry for the FANAAMT gene controlling fruit flavor volatiles. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2021;182(2):72-80. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-72-80Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V., Zhbanova E.V. Polymorphism of the FaOMT and FaFAD1 genes for fruit flavor volatiles in strawberry varieties and wild species from the genetic collection of the Michurin Federal Research Center. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(1):5-11. DOI: 10.18699/VJ20.588Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V., Zhbanova E.V. Polymorphism of the FaOMT and FaFAD1 genes for fruit flavor volatiles in strawberry varieties and wild species from the genetic collection of the Michurin Federal Research Center. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;24(1):5-11. DOI: 10.18699/VJ20.588Oh Y., Barbey C.R., Chandra S., Bai J., Fan Z., Plotto A. et al. Genomic characterization of the fruity aroma gene, FaFAD1, reveals a gene dosage effect on γ-decalactone production in strawberry (Fragaria × ananassa). Frontiers in Plant Science. 2021;12:639345. DOI: 10.3389/fpls.2021.639345Oh Y., Barbey C.R., Chandra S., Bai J., Fan Z., Plotto A. et al. Genomic characterization of the fruity aroma gene, FaFAD1, reveals a gene dosage effect on γ-decalactone production in strawberry (Fragaria × ananassa). Frontiers in Plant Science. 2021;12:639345. DOI: 10.3389/fpls.2021.639345Ulrich D., Komes D., Olbricht K., Hoberg E. Diversity of aroma patterns in wild and cultivated Fragaria accessions. Genetic Resources and Crop Evolution. 2007;54(6):1185-1196. DOI: 10.1007/s10722-006-9009-4Ulrich D., Komes D., Olbricht K., Hoberg E. Diversity of aroma patterns in wild and cultivated Fragaria accessions. Genetic Resources and Crop Evolution. 2007;54(6):1185-1196. DOI: 10.1007/s10722-006-9009-4Urrutia M., Rambla J.L., Alexiou K.G., Granell A., Monfort A. Genetic analysis of the wild strawberry (Fragaria vesca) volatile composition. Plant Physiology and Biochemistry. 2017;121:99-117. DOI: 10.1016/j.plaphy.2017.10.015Urrutia M., Rambla J.L., Alexiou K.G., Granell A., Monfort A. Genetic analysis of the wild strawberry (Fragaria vesca) volatile composition. Plant Physiology and Biochemistry. 2017;121:99-117. DOI: 10.1016/j.plaphy.2017.10.015Wein M., Lavid N., Lunkenbein S., Lewinsohn E., Schwab W., Kaldenhoff R. Isolation, cloning and expression of a multifunctional O-methyltransferase capable of forming 2, 5-dimethyl-4-methoxy-3 (2H)-furanone, one of the key aroma compounds in strawberry fruits. The Plant Journal. 2002;31(6):755-765. DOI: 10.1046/j.1365-313X.2002.01396.xWein M., Lavid N., Lunkenbein S., Lewinsohn E., Schwab W., Kaldenhoff R. Isolation, cloning and expression of a multifunctional O-methyltransferase capable of forming 2, 5-dimethyl-4-methoxy-3 (2H)-furanone, one of the key aroma compounds in strawberry fruits. The Plant Journal. 2002;31(6):755-765. DOI: 10.1046/j.1365-313X.2002.01396.xYamada A., Ishiuchi K.I., Makino T., Mizukami H., Terasaka K. A glucosyltransferase specific for 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone in strawberry. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2019;83(1):106-113. DOI: 10.1080/09168451.2018.1524706Yamada A., Ishiuchi K.I., Makino T., Mizukami H., Terasaka K. A glucosyltransferase specific for 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone in strawberry. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2019;83(1):106-113. DOI: 10.1080/09168451.2018.1524706Zorrilla-Fontanesi Y., Rambla J.L., Cabeza A., Medina J.J., Sánchez-Sevilla J.F., Valpuesta V. et al. Genetic analysis of strawberry fruit aroma and identification of O-methyltransferase FaOMT as the locus controlling natural variation in mesifurane content. Plant physiology. 2012;159(2):851-870. DOI: 10.1104/pp.111.188318Zorrilla-Fontanesi Y., Rambla J.L., Cabeza A., Medina J.J., Sánchez-Sevilla J.F., Valpuesta V. et al. Genetic analysis of strawberry fruit aroma and identification of O-methyltransferase FaOMT as the locus controlling natural variation in mesifurane content. Plant physiology. 2012;159(2):851-870. DOI: 10.1104/pp.111.188318

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