Маркер-опосредованный отбор в создании селекционных образцов и комплексных доноров яблони с устойчивостью к парше и повышенным потенциалом лежкоспособности плодов

Актуальность. Возделывание сортов яблони, обладающих устойчивостью к парше и высоким уровнем лежкости плодов при хранении, повышает экономическую эффективность и экологичность садоводства. Очевидно, что создание таких сортов является актуальной задачей.

Материал и методы. Материалом для исследований послужили 646 гибридных растений, полученных в шести гибридных комбинациях: Ренет Симиренко/Моди, Ренет Симиренко/Смеральда, Ренет Симиренко/Ренуар, Ренет Симиренко/Фуджион, Ренуар/Гренни Смит и Моди/Гренни Смит. Фенотипическую оценку устойчивости к парше проводили на естественном инфекционном фоне в течение двух лет с использованием количественной шкалы. Для идентификации гена Rvi6 проводили ПЦР-анализ с праймерной парой VfC1+VfC2, для гена Md-ACS1 использовали известный SCAR-ДНК-маркер. Критерий хи-квадрат использовали для статистической оценки достоверности данных.

Результаты. На основании ДНК-маркерного анализа идентифицировали 328 растений, несущих доминантный аллель гена Rvi6. Молекулярно-генетический анализ по гену Md-ACS1 позволил выявить 190, 322 и 126 растений, несущих аллельные варианты Md-ACS1-2/2, Md-ACS1-1/2 и Md-ACS1-1/1 соответственно. Среди образцов с доминантным аллелем гена устойчивости к парше Rvi6 идентифицировали 92 образца, обладающих селекционно приоритетным аллелем в гомозиготе (Md-ACS1-2/2), и 143 образца, являющихся гетерозиготными (Md-ACS1-1/2), которые также представляют ценность для селекции.

Заключение. В результате выполнения работы был получен широкий перечень образцов яблони, несущих селекционно ценные аллели гена устойчивости к парше Rvi6 и гена Md-ACS1. Наличие гибридных форм, несущих приоритетные аллели одновременно двух генов хозяйственно важных признаков, позволит усилить селекционную работу по созданию устойчивых к парше сортов яблони с повышенной лежкоспособностью плодов. Образцы с наилучшими сочетаниями аллелей целевых генов, наряду с использованием в селекционном процессе, представляют также ценность как комплексные доноры.

1. Afunian M.R., Goodwin P.H., Hunter D.M. Linkage of Vfa4 in Malus × domestica and Malus floribunda with Vf resistance to the apple scab pathogen Venturia inaequalis. Plant Pathology. 2004;53(4):461-467. DOI: 10.1111/j.1365-3059.2004.01047.x

2. Bai S., Wang A., Igarashi M., Kon T., Fukasawa-Akada T., Li T. et al. Distribution of MdACS3 null alleles in apple (Malus × domestica Borkh.) and its relevance to the fruit ripening characters. Breeding Science. 2012;62(1):46-52. DOI: 10.1270/jsbbs.62.46

3. Baumgartner 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-x

4. Berra L., Tartarini S., Adami M. Nari D., Pellegrino S. Pyramiding of multiple resistances to disease and marker-assisted selection. In: S. Tartarini, H. Nybom, F. Laurens, L. Dondini (eds). XIV EUCARPIA Symposium on Fruit Breeding and Genetics. Acta Horticulturae 1172. Bologna; 2017. Article No. 10. DOI: 10.17660/ActaHortic.2017.1172.10

5. Chagné D., Vanderzande S., Kirk C., Profitt N., Weskett R., Gardiner S.E. et al. Validation of SNP markers for fruit quality and disease resistance loci in apple (Malus × domestica Borkh.) using the OpenArray® platform. Horticultural Research. 2019;6:30. DOI: 10.1038/s41438-018-0114-2

6. Costa F., Stella S., van de Weg W.E., Guerra W., Cecchinel M., Dallavia J. et al. Role of the genes Md-ACO1 and Md-ACS1 in ethylene production and shelf life of apple (Malus domestica Borkh.). Euphytica. 2005;141(1-2):181-190. DOI: 10.1007/s10681-005-6805-4

7. Costa F., van de Weg W.E., Stella S., Dondini L., Pratesi D., Musacchi S. et al. Map position and functional allelic diversity of Md-Exp7, a new putative expansin gene associated with fruit softening in apple (Malus × domestica Borkh.) and pear (Pyrus communis). Tree Genetics and Genomes. 2008;4(3):575-586. DOI: 10.1007/s11295-008-0133-5

8. Dougherty L., Zhu Y., Xu K. Assessing the allelotypic effect of two aminocyclopropane carboxylic acid synthase-encoding genes MdACS1 and MdACS3a on fruit ethylene production and softening in Malus. Horticultural Research. 2016;3:16024. DOI: 10.1038/hortres.2016.24

9. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations: [website]. Available from: http://faostat.fao.org/ [accessed Mar. 15, 2022].

10. Gao Z.S., van de Weg W.E. The Vf gene for scab resistance in apple is linked to sub-lethal genes. Euphytica. 2006;151(1):123-132. DOI: 10.1007/s10681-005-9082-3

11. Gardiner S.E., Bus V.G.M., Rusholme R.L., Chagné D., Rikkerink E.H.A. Apple. In: C. Kole (ed.). Genome Mapping and Molecular Breeding in Plants. Vol. 4. Fruits and Nuts. Berlin; Heidelberg: Springer; 2007. p.1-62. DOI: 10.1007/978-3-540-34533-6_1

12. Гащенко Т.А., Козловская З.А. Устойчивость к парше корнесобственных сеянцев яблони. Плодоводство. 2008;20:16-23.

13. Gessler C., Patocchi A., Sansavini S., Tartarini S., Gianfranceschi L. Venturia inaequalis resistance in apple. Critical Reviews in Plant Sciences. 2006;25(6):473-503. DOI: 10.1080/07352680601015975

14. Harada T., Sunako T., Wakasa Y., Soejima J., Satoh T., Niizeki M. An allele of the 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene (Md-ACS1) accounts for the low level of ethylene production in climacteric fruits of some apple cultivars. Theoretical and Applied Genetics. 2000;101(5):742-746. DOI: 10.1007/s001220051539

15. Höfer M., Flachowsky H., Schröpfer S., Peil A. Evaluation of scab and mildew resistance in the gene bank collection of apples in Dresden-Pillnitz. Plants. 2021;10(6):1227. DOI: 10.3390/plants10061227

16. Ji Y., Wang A. Recent advances in phytohormone regulation of apple-fruit ripening. Plants. 2021;10(10):2061. DOI: 10.3390/plants10102061

17. King G.J., Tartarini S., Brown L., Gennari F., Sansavini S. Introgression of the Vf source of scab resistance and distribution of linked marker alleles within the Malus gene pool. Theoretical and Applied Genetics. 1999;99(6):1039-1046. DOI: 10.1007/s001220051412

18. Лобашев М.Е. Генетика. Ленинград; 1969.

19. Longhi S., Cappellin L., Guerra W., Costa F. Validation of a functional molecular marker suitable for markerassisted breeding for fruit texture in apple (Malus domestica Borkh.). Molecular Breeding. 2013;32(4):841-852. DOI: 10.1007/s11032-013-9912-2

20. Лыжин А.С., Савельева Н.Н. Маркер-опосредованный скрининг иммунных к парше (Rvi6+Rvi4) генотипов яблони. Плодоводство и виноградарство Юга России. 2021;67(1):1-9. DOI: 10.30679/2219-5335-2021-1-67-1-9

21. Murray M.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research. 1980;8(19):4321-4325. DOI: 10.1093/nar/8.19.4321

22. Nybom H., Ahmadi-Afzadi M., Sehic J., Hertog M. DNA marker-assisted evaluation of fruit firmness at harvest and post-harvest fruit softening in a diverse apple germplasm. Tree Genetics and Genomes. 2013;9(1):279-290. DOI: 10.1007/s11295-012-0554-z

23. Papp D., Gao L., Thapa R., Olmstead D., Khan A. Field apple scab susceptibility of a diverse Malus germplasm collection identifies potential sources of resistance for apple breeding. CABI Agriculture and Bioscience. 2020;1(1):16. DOI: 10.1186/s43170-020-00017-4

24. Pikunova A.V., Sedov E.N. The racial composition of Venturia inaequalis in environments of the Oryol region. Mycology and Phytopathology. 2019;53(5):293-300. DOI: 10.1134/S0026364819050040

25. Седов Е.Н., Янчук Т.В., Корнеева С.А. Направления и краткие итоги селекции яблони. Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2020;(3):8-12. DOI: 10.30850/vrsn/2020/3/8-12

26. Седов Е.Н. Жданов В.В. Устойчивость яблони к парше. Орел; 1983.

27. Шамшин И.Н., Тележинский Д.Д., Шлявас А.В. Оценка сортов яблони Свердловской селекционной станции садоводства по генам биосинтеза этилена с использова нием молекулярных маркеров. Аграрная наука ЕвроСеверо-Востока. 2020;21(6):706-712. DOI: 10.30766/2072-9081.2020.21.6.706-712

28. Супрун И.И., Токмаков С.В. Изучение аллельного разнообразия генов синтеза этилена MD-ACS1 и MD-ACO1 в отечественной генплазме яблони. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(2):202-206.

29. Токмаков С.В., Супрун И.И., Ильницкая Е.Т. Достижения в изучении молекулярно-генетического контроля биосинтеза этилена у яблони (Malus domestica Borkh.). Плодоводство и виноградарство Юга России. 2015;35(5):28-48.

30. Ульяновская Е.В., Супрун И.И., Токмаков С.В., Атабиев К.М., Беленко Е.А. Использование генетического разнообразия в селекции яблони на устойчивость к парше. Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2019;(133):211-216. DOI: 10.36305/0513-1634-2019-133-211-216

31. Wu B., Shen F., Wang X., Zheng W.Y., Xiao C., Deng Y. et al. Role of MdERF3 and MdERF118 natural variations in apple flesh firmness/crispness retainability and development of QTLbased genomics-assisted prediction. Plant Biotechnology Journal. 2021;19(5):1022-1037. DOI: 10.1111/pbi.13527

32. Якуба Г.В. Экологизированная защита яблони от парши в условиях климатических изменений: монография. Краснодар: СКЗНИИСиВ; 2013.

33. Zhu Y., Barritt B.H. Md-ACS1 and Md-ACO1 genotyping of apple (Malus × domestica Borkh.) breeding parents and suitability for marker-assisted selection. Tree Genetics and Genomes. 2008;4(3):555-562. DOI: 10.1007/s11295-007-0131-z