Анализ полиморфизма локуса FaRca1 для выявления устойчивых к Colletotrichum acutatum генотипов земляники

Актуальность. Антракнозная гниль плодов (Colletotrichum acutatum J.H. Simmonds) – опасное заболевание земляники садовой. Возделывание сортов с генетически детерминированной устойчивостью позволит минимизировать использование химических средств защиты и повысит качество получаемой продукции. Цель исследования – анализ аллельного полиморфизма локуса FaRca1 у сортов земляники садовой для идентификации перспективных генетических источников устойчивости к антракнозной гнили плодов, вызываемой C. acutatum.

Материалы и методы. Объектами исследования являлись 57 сортов земляники садовой (Fragaria × ananassa Duch.) генетической коллекции Федерального научного центра (ФНЦ) имени И.В. Мичурина. Идентификацию аллельного состояния локуса FaRca1 проводили методом анализа кривых плавления с высоким разрешением (high-resolution melting) с использованием праймеров ID3F и ID1R.

Результаты и выводы. У изучаемых сортов земляники локус резистентности FaRca1 представлен двумя вариантами комбинации аллелей: гомозиготный восприимчивый генотип (AA) и гетерозиготный устойчивый генотип (AB). Аллель резистентности FaRca1 (генотип AB) выявлен у 50,9% сортов земляники. Гомозиготным восприимчивым генотипом (AA) характеризуется 49,1% изучаемых сортов. Сортов с гомозиготным устойчивым генотипом (BB) не выявлено. Среди сортов российской селекции доля генотипов с локусом FaRca1 составила 44,4%, среди зарубежных сортов – 53,8%. Среди генотипов земляники селекции ФНЦ им. И.В. Мичурина аллель FaRca1 идентифицирован у сортов ‘Урожайная ЦГЛ’, ‘Флора’ и ‘Яркая’. Перспективными генетическими источниками для использования в программах маркер-опосредованной селекции являются сорта, совмещающие в геноме несколько факторов устойчивости: ‘Боровицкая’, ‘Aprica’ (локусы устойчивости к антракнозу FaRca1 и Rca2), ‘Korona’, ‘Ostara’ (локусы устойчивости к антракнозу FaRca1 и мучнистой росе 08 To-f), ‘Былинная’ (локусы устойчивости к антракнозу FaRca1, мучнистой росе 08 To-f и фитофторозной корневой гнили Rpf1).

1. Anciro A., Mangandi J., Verma S., Peres N.A., Whitaker V.M., Lee S. FaRCg1: a quantitative trait locus conferring resistance to Colletotrichum crown rot caused by Colletotrichum gloeosporioides in octoploid strawberry. Theoretical and Applied Genetics. 2018;131(2):2167-2177. DOI: 10.1007/s00122-018-3145-z

2. Chandra S., Oh Y., Han H., Salinas N., Anciro A., Whitaker V.M. et al. Comparative transcriptome analysis to identify candidate genes for FaRCg1 conferring resistance against Colletotrichum gloeosporioides in cultivated strawberry (Fragaria × ananassa). Frontiers in Genetics. 2021;12:730444. DOI: 10.3389/fgene.2021.730444

3. Chen X.Y., Dai D.J., Zhao S.F., Shen Y., Wang H.D., Zhang C.Q. Genetic diversity of Colletotrichum spp. causing strawberry anthracnose in Zhejiang, China. Plant Disease. 2020:104(5);1351-1357. DOI: 10.1094/PDIS-09-19-2026-RE

4. Denoyes-Rothan B., Lerceteau-Köhler E., Guérin G., Bosseur S., Bariac J., Martin E. et al. QTL analysis for resistance to Colletotrichum acutatum and Phytophthora cactorum in octoploid strawberry (Fragaria × ananassa). Acta Horticulturae. 2004;663:147-152. DOI: 10.17660/ActaHortic.2004.663.19

5. Edger P.P., Van Buren R., Colle M., Poorten T.J., Wai C.M., Niederhuth C.E. et al. Single-molecule sequencing and optical mapping yields an improved genome of woodland strawberry (Fragaria vesca) with chromosome-scale contiguity. GigaScience. 2018;7(2):gix124. DOI: 10.1093/gigascience/gix124

6. Gorgitano M.T., Pirilli M. Life cycle economic and environmental assessment for a greening agriculture. Quality – Access to Success. 2016;17 Suppl 1:181-185.

7. Jacobs R.L., Adhikari T.B., Pattison J., Yencho G.C., Fernandez G.E., Louws F.J. Assessing rate-reducing foliar resistance to anthracnose crown rot and fruit rot in strawberry. Plant Disease. 2020;104(2):398-407. DOI: 10.1094/PDIS-04-19-0687-RE

8. Jacobs R.L., Adhikari T.B., Pattison J., Yencho G.C., Fernandez G.E., Louws F.J. Inheritance of resistance to Colletotrichum gloeosporioides and C. acutatum in strawberry. Phytopathology. 2019;109(3):428-435. DOI: 10.1094/PHYTO-08-18-0283-R

9. Keldibekova M., Bezlepkina E., Zubkova M., Dolzhikova M. DNA-screening of strawberry cultivars and hybrids (Fragaria ananassa Duch.) for resistance to fungal diseases. Pakistan Journal of Botany. 2024;56(2):29. DOI: 10.30848/PJB2024-2(29)

10. Келдибекова М.А., Зубкова М.И. Анализ сортов земляники садовой (Fragaria ananassa Duch.) по генам Rca2 и Rpf1 с применением ДНК-маркеров. Таврический вестник аграрной науки. 2023;3(35):103-109. DOI: 10.5281/zenodo.10135427

11. Khan A.H., Hassan M., Khan M.N. Conventional plant breeding program for disease resistance. In: I. Ul Haq, S. Ijaz (eds). Sustainability in Plant and Crop Protection. Vol. 13. Plant Disease Management Strategies for Sustainable Agriculture through Traditional and Modern Approaches. Cham: Springer; 2020. p.27-51. DOI: 10.1007/978-3-030-35955-3_3

12. Храбров И.Э., Антонова О.Ю., Шаповалов М.И., Семенова Л.Г. Молекулярный скрининг сортовой коллекции земляники ВИР на наличие маркера гена устойчивости к антракнозной черной гнили Rca2. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(4):15-24. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-4-o3

13. Кузнецова А.А., Копина М.Б., Головин С.Е. Внутривидовое различие комплекса Colletotrichum acutatum Simmonds на плодовых и ягодных культурах. Плодоводство и ягодоводство России. 2019;56:142-147. DOI: 10.31676/2073-4948-2019-56-142-147

14. Lerceteau-Köhler E., Guérin G., Denoyes-Rothan B. Identification of SCAR markers linked to Rca2 anthracnose resistance gene and their assessment in strawberry germ plasm. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111(5):862-870. DOI: 10.1007/s00122-005-0008-1

15. Lyzhin A., Luk’yanchuk I. Assessment of strawberry varieties by anthracnose resistance gene. BIO Web of Conferences. 2021a;34:02007. DOI: 10.1051/bioconf/20213402007

16. Lyzhin A., Luk’yanchuk I. Marker-assisted screening of promising forms in the strawberry breeding. E3S Web of Conferences. 2021b;254:03002. DOI: 10.1051/e3sconf/202125403002

17. Лыжин А.С., Лукъянчук И.В. Анализ наследования маркера SCAR-R1A, сцепленного с геном Rpf1 устойчивости к фитофторозной корневой гнили, в гибридном потомстве земляники. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):208-213. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-208-213

18. Лыжин А.С., Лукъянчук И.В. Наследование устойчивости к антракнозу, детерминируемой доминантным геном Rca2, в гибридном потомстве земляники садовой. Таврический вестник аграрной науки. 2023;3(35):137-144. DOI: 10.5281/zenodo.10141405

19. Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V. Study of a genetic collection of strawberry (Fragaria L.) for resistance to powdery mildew. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2024;28(2):166-174. DOI: 10.18699/vjgb-24-19

20. Марченко Л.А. Методы и способы исследований для решения задач селекции земляники садовой (аналитический обзор). Вестник КрасГАУ. 2021;9(174):59-68. DOI: 10.36718/1819-4036-2021-9-59-68

21. Miller-Butler M.A., Smith B.J., Babiker E.M., Kreiser B.R., Blythe E.K. Comparison of whole plant and detached leaf screening techniques for identifying anthracnose resistance in strawberry plants. Plant Disease. 2018;102(11):2112-2119. DOI: 10.1094/PDIS-08-17-1138-RE

22. Salinas N., Fan Z., Peres N., Lee S., Whitaker V.M. FaRCa1 confers moderate resistance to the root necrosis form of strawberry anthracnose caused by Colletotrichum acutatum. HortScience. 2020;55(5):693-698. DOI: 10.21273/HORTSCI14807-20

23. Salinas N., Verma S., Peres N., Whitaker V.M. FaRCa1: a major subgenome-specific locus conferring resistance to Colletotrichum acutatum in strawberry. Theoretical and Applied Genetics. 2019;132(4):1109-1120. DOI: 10.1007/s00122-018-3263-7

24. Smith B.J. Epidemiology and pathology of strawberry anthracnose: a North American perspective HortScience. 2008;43(1):69-73. DOI: 10.21273/HORTSCI.43.1.69

25. Smith B.J. USDA-ARS strawberry anthracnose resistance breeding program. Acta Horticulturae. 2006;708:463-470. DOI: 10.17660/ActaHortic.2006.708.82

26. Sturzeanu M., Calinescu M., Fralova L., Klakotskaya N., Ancu I., Sumedrea M. et al. Assessing some strawberry genotypes used in breeding programme for increasing resistance to diseases. Fruit Growing Research. 2017;33:29-34.

27. Sturzeanu M., Ciuca M., Cristina D., Turcu A.G. Use of RAPD and SCAR markers for identification of strawberry genotypes with red stele resistance genes Rpf1 and fruit rot resistance genes Rca2 in the hybrid progenies. Acta Horticulturae. 2021;1309:93-100. DOI: 10.17660/ActaHortic.2021.1309.15

28. Тарасова Е.В., Капитова И.А., Андронова Н.В. Идентификация аллельного состояния гена Rca2 устойчивости к антракнозу и определение генетического сходства у генотипов земляники садовой. Садоводство и виноградарство. 2024;(1):5-11. DOI: 10.31676/0235-2591-2024-1-5-11

29. Wang N.Y., Forcelini B.B., Peres N.A. Anthracnose fruit and root necrosis of strawberry are caused by a dominant species within the Colletotrichum acutatum species complex in the United States. Phytopathology. 2019;109(7):1293-1301. DOI: 10.1094/PHYTO-12-18-0454-R

30. Whitaker V.M., Knapp S.J., Hardigan M.A., Edger P.P., Slovin J.P., Bassil N.V. et al. A roadmap for research in octoploid strawberry. Horticulture Research. 2020;7:33. DOI: 10.1038/s41438-020-0252-1

31. Zhang L., Song L., Xu X., Zou X., Duan K., Gao Q. Characterization and fungicide sensitivity of Colletotrichum species causing strawberry anthracnose in Eastern China. Plant Disease. 2020;104(7):1960-1968. DOI: 10.1094/PDIS-10-19-2241-RE

32. Zurn J.D., Hummer K.E., Bassil N.V. Exploring the diversity and genetic structure of the US National Cultivated Strawberry Collection. Horticulture Research. 2022;9:uhac125. DOI: 10.1093/hr/uhac125