Встречаемость локуса устойчивости к бактериальному ожогу FBF7 у образцов диких видов яблони (Malus Mill.)

Актуальность. Бактериальный ожог (возбудитель Erwinia amylovora (Burill) Winslow et al.) – опасное заболевание плодовых культур. В Российской Федерации бактериальный ожог относится к числу карантинных заболеваний. Устойчивость яблони к бактериальному ожогу контролируется полигенно. Однако сведения о генотипах диких видов и разновидностей рода Malus Mill. по отдельным локусам устойчивости весьма ограничены. Цель исследования – изучение генетической коллекции диких видов и разновидностей яблони по локусу устойчивости к бактериальному ожогу FBF7 для выявления перспективных источников устойчивости к E. amylovora.

Материалы и методы. Объектами исследования являлись 23 диких и два культурных вида яблони (50 образцов) генетической коллекции ФНЦ им. И.В. Мичурина. Для выявления локуса устойчивости к бактериальному ожогу FBF7 использовались фланкирующие SCAR-маркеры AE10-375, GE-8019 и SSR-маркер CH-F7-Fb1.

Результаты и выводы. Маркер GE-8019 идентифицирован у 50,0% проанализированных образцов яблони, маркер AE10-375 – у 76,0%, маркер CH-F7-Fb1 – у 30,0%. Выявлен межвидовой и внутривидовой полиморфизм рода Malus по анализируемому локусу устойчивости, а также по отдельным ДНК-маркерам, сцепленным с FBF7. Фланкирующие локус FBF7 маркеры GE-8019 и AE10-375 выявлены у 42,0% изучаемых генотипов. При этом три диагностических маркера (GE-8019, AE10-375, CH-F7-Fb1) идентифицированы у семи из исследованных образцов: M. × robusta var.  persicifolia (Carr.) Rehd. (к-41279), M. × cerasifera var. hiemalis Spach. (к-2342) (серия Baccatae), M. sylvestris (L.) Mill. (к-73, к-123), M. × spectabilis var. albi plena (Ait.) Borkh. (к-2416) (серия Malus), M. × sargentii (Rehd.) Langenf. (к-2428) (серия Toringonae) и M. coronaria (L.) Mill. (к-2336) (серия Coronariae), которые являются перспективными генетическими источниками устойчивости к E. amylovora.

1. Aldwinckle H.S., Gustafson H.L., Forsline P.L., Bhaskara Reddy M.V. Fire blight resistance of Malus species from Sichuan (China), Russian Caucasus, Turkey, and Germany. Acta Horticulturae. 2002;590:369-372. DOI: 10.17660/ActaHortic.2002.590.55

2. Барсукова О.Н. Биологическое разнообразие и селекционное использование восточноазиатских видов яблони. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(4):12-18. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-4-12-18

3. Барсукова О.Н. Состав коллекции дикорастущих видов яблони и перспективы использования ее в селекции. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):95-103. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-95-103

4. Барсукова О.Н. Североамериканские виды яблони – источники хозяйственно ценных признаков для использования в селекции. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(3):86-90. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-86-90

5. 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

6. Cornille A. Gladieux P., Smulders M.J.M., Roldán-Ruiz I., Laurens F., Le Cam B. et al. New insight into the history of domesticated apple: secondary contribution of the European wild apple to the genome of cultivated varieties. PLoS Genetics. 2012;8(5):e1002703. DOI: 10.1371/journal.pgen.1002703

7. Доолоткелдиева Т., Бобушева С., Конурбаева М. Мониторинг распространения бактериального ожога и его опасности для сохранения генетических ресурсов местных и интродуцированных сортов яблони и груши биосферной территории ИссыкКуль. Исследование живой природы Кыргызстана. 2021a;(2):151-153.

8. Доолоткелдиева Т., Конурбаева М., Бобушева С. Мониторинг распространения бактериального ожога и его опасности для сохранения генетических ресурсов дикорастущих сортов яблони в лесах Кыргызстана. Вестник Кыргызского национального аграрного университета им. К.И. Скрябина. 2021b;2(56):35-39.

9. Dougherty L., Wallis A., Cox K., Zhong G.Y., Gutierrez B. Phenotypic evaluation of fire blight outbreak in the USDA Malus collection. Agronomy. 2021;11(1):144. DOI: 10.3390/agronomy11010144

10. Дренова Н.В. Ожог плодовых культур в Российской Федерации и современные подходы к его диагностике. Плодоводство и ягодоводство России. 2019;58:131-137. DOI: 10.31676/2073-4948-2019-58-131-137

11. Durel C.E., Denancé C., Brisset M.N. Two distinct major QTL for resistance to fire blight co-localize on linkage group 12 in apple genotypes ‘Evereste’ and Malus floribunda clone 821. Genome. 2009;52(2):139-147. DOI: 10.1139/G08-111

12. Gautam V., Modgil M. Screening of Indian wild apple accessions with scab and powdery mildew disease resistant gene specific molecular markers. International Journal of Farm Sciences. 2022;12(4):1-10. DOI: 10.5958/2250-0499.2022.00098.2

13. Harshman J.M., Evans K.M., Allen H., Potts R., Flamenco J., Aldwinckle H.S. et al. Fire blight resistance in wild accessions of Malus sieversii. Plant Disease. 2017;101(10):1738-1745. DOI: 10.1094/PDIS-01-17-0077-RE

14. Keller-Przybyłkowicz S., Lewandowski M., Korbin M. Molecular screening of apple (Malus domestica) cultivars and breeding clones for their resistance to fire blight. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research. 2009;17(2):31-43.

15. Kellerhals M., Baumgartner I.O., Leumann L., Frey J.E., Patocchi A. Progress in pyramiding disease resistances in apple breeding. Acta Horticulturae. 2013;976:487-491. DOI: 10.17660/ActaHortic.2013.976.68

16. Khan M.A., Durel C.E., Duffy B., Drouet D., Kellerhals M., Gessler C. et al. Development of molecular markers linked to the ‘Fiesta’ linkage group 7 major QTL for fire blight resistance and their application for marker-assisted selection. Genome. 2007;50(6):568-577. DOI: 10.1139/G07-033

17. Kost T.D., Gessler C., Jänsch M., Flachowsky H., Patocchi A., Broggini G.A.L. Development of the first cisgenic apple with increased resistance to fire blight. PLoS One. 2015;10(12):e0143980. DOI: 10.1371/journal.pone.0143980

18. Kostick S.A., Norelli J.L., Evans K.M. Novel metrics to classify fire blight resistance of 94 apple cultivars. Plant Pathology. 2019;68(5):985-996. DOI: 10.1111/ppa.13012

19. Лангенфельд В.Т. Яблоня. Морфологическая эволюция, филогения, география, систематика. Рига: Зинатне; 1991.

20. Le Roux P.M.F., Khan M.A., Broggini G.A.L., Duffy B., Gessler C., Patocchi A. Mapping of quantitative trait loci for fire blight resistance in the apple cultivars ‘Florina’ and ‘Nova Easygro’. Genome. 2010;53(9):710-722. DOI: 10.1139/G10-047

21. Lyzhin A.S., Saveleva N.N. Identification of QTL FBF7 fire blight resistance in apple varieties germplasm. BIO Web of Conferences. 2021a;34:02002. DOI: 10.1051/bioconf/20213402002

22. Лыжин А.С., Савельева Н.Н. Полиморфизм дикорастущих видов р. Malus Mill. по генам устойчивости к мучнистой росе. Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя аграрных навук. 2021b;59(1):62-70. DOI: 10.29235/1817-7204-2021-59-1-62-70

23. Nurtaza A., Pozharskiy A., Dyussembekova D., Dolgikh S., Nizamdinova G., Taskuzhina A. et al. Conservation of Malus niedzwetzkyana Dieck ex Koehne genotypes from Kazakhstan resistant to scab and fire blight diseases. Research Square. [preprint] 2022. DOI: 10.21203/rs.3.rs-1402446/v1

24. Nybom H., Mikiciński A., Garkava-Gustavsson L., Sehic J., Lewandowski M., Sobiczewski P. Assessment of fire blight tolerance in apple based on plant inoculations with Erwinia amylovora and DNA markers. Trees. 2012;26(1):199-213. DOI: 10.1007/s00468-011-0649-4

25. Papp D., Békefi Z., Balotai B., Tóth M. Identification of marker alleles linked to fire blight resistance QTLs in apple genotypes. Plant Breeding. 2015;134(3):345-349. DOI: 10.1111/pbr.12258

26. Пономаренко В.В., Пономаренко К.В. Генетический потенциал рода Malus Mill. в селекции яблони XXI в. Плодоводство и ягодоводство России. 2011;28(2):156-163.

27. Савельев Н.И., Лыжин А.С., Савельева Н.Н. Генетическое разнообразие рода Malus Mill. по генам устойчивости к парше. Российская сельскохозяйственная наука. 2016;(4):21-24.

28. Schlathölter I., Jänsch M., Flachowsky H., Broggini G.A.L., Hanke M.V., Patocchi A. Generation of advanced fire blightresistant apple (Malus × domestica) selections of the fifth generation within 7 years of applying the early flowering approach. Planta. 2018;247(6):1475-1488. DOI: 10.1007/s00425-018-2876-z

29. Sehic J., Nyboom H., Garkava-Gustavsson L., Patocchi A., Kellerhals M., Duffy B. Fire blight (Erwinia amylovora) resistance in apple varieties associated with molecular markers. International Journal of Horticultural Science. 2009;15(1-2):53-57. DOI: 10.31421/IJHS/15/1-2/812

30. Shamshin I.N., Maslova M.V., Drenova N.V., Dubrovsky M.L., Parusova O.V. Assessment of fire blight resistance in apple clonal rootstocks using molecular markers. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2020;181(4):185-191. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-4-185-191

31. Sharifnabi B., Jamalvand M., Rahimi Tamandegani P., Ghaderi F. Apple powdery mildew resistance genes in Iranian wild apple genotypes. Iranian Journal of Plant Pathology. 2020;56(3):319-328. DOI: 10.22034/ijpp.2020.241966

32. Урбанович О.Ю., Козловская З.А., Хацкевич А.А., Картель Н.А. Анализ полиморфизма SSR-локусов видов Malus. Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя биологических наук. 2010;(1):12-17.

33. Volk G.M., Richards C.M., Henk A.D., Reilley A.A., Reeves P.A., Forsline P.L. et al. Capturing the diversity of wild Malus orientalis from Georgia, Armenia, Russia, and Turkey. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2009;134(4):453-459. DOI: 10.21273/JASHS.134.4.453

34. Wöhner T., Szentgyörgyi E., Peil A., Richter K., Hanke M.V., Flachowsky H. Homologs of the FB_MR5 fire blight resistance gene of Malus × robusta 5 are present in other Malus wild species accessions. Tree Genetics and Genomes. 2016;12(1):2. DOI: 10.1007/s11295-015-0962-y

35. Ерохова М.Д., Орлинский А.Д. Бактериальный ожог плодовых – опасное карантинное заболевание. Защита и карантин растений. 2017;(11):32-34.