Молекулярный скрининг образцов редких тыквенных культур на наличие маркеров генов и QTl, контролирующих устойчивость к мучнистой росе

Мучнистая роса (Podosphaera xanthii (Castagne) Braun & Shishkoff ) – наиболее распространенное заболевание тыквенных культур, особенно в северо-западной и южной зонах России. Так, в Краснодарском крае, крупнейшем производителе кабачков, ущерб от мучнистой росы достигает 20–40%, что приводит к значительным экономическим потерям. Возможным решением данной проблемы является повышение резистентности растений-хозяев к патогенам за счет внесения генов устойчивости из диких или редких родственных культур, поскольку другие варианты, такие как применение фунгицидов, могут нарушить экосистемы и нанести вред живым организмам. Методы молекулярной селекции, такие как молекулярные маркеры, позволяют быстро идентифицировать необходимые фрагменты ДНК для выявления устойчивых и поражаемых форм растений-доноров. Предполагая наличие оригинальных генов устойчивости к мучнистой росе у редких тыквенных культур, мы провели молекулярный скрининг для 50 образцов люффы (Luffa cylindrica M. Roem.), 50 образцов лагенарии (Lagenaria siceraria (Molina) Standl.) и 10 образцов Cucumis sp. из коллекции ВИР на наличие 15 маркеров генов устойчивости к мучнистой росе, известных для распространенных и редких тыквенных культур.

1. Adeniji A.A., Coyne D.P. Genetics and nature of resistance to powdery mildew in crosses of butternut with calabaza squash and ‘Seminole Pumpkin’. Journal of the American Society for Horticultural Science. 1983;108(3):360-368. DOI: 10.21273/JASHS.108.3.360

2. Alavilli H., Lee J.J., You C.R., Poli Y., Kim H.J., Jain A. et al. GWAS reveals a novel candidate gene CmoAP2/ERF in pumpkin (Cucurbita moschata) involved in resistance to powdery mildew. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(12):6524. DOI: 10.3390/ijms23126524

3. Anarjan M.B., Bae I., Lee S. Marker-assisted evaluation of two powdery mildew resistance candidate genes in Korean cucumber inbred lines. Agronomy. 2021;11(11):2191. DOI: 10.3390/agronomy11112191

4. Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Рыбаков Д.А., Фомина Н.А., Желтова В.В., Новикова Л.Ю. Гавриленко Т.А. SSR-анализ современных российских сортов картофеля с использованием ДНК номенклатурных стандартов. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(4):77-96). DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o2

5. Bamgboye A.I., Oniya O.O. Fuel properties of loofah (Luffa cylindrica L.) biofuel blended with diesel. African Journal of Environmental Science and Technology. 2012;6(9):346-352. DOI: 10.5897/AJEST11.364

6. Беренсен Ф.А., Пискунова Т.М., Кузьмин С.В., Москалу А.Ф., Антонова О.Ю., Артемьева А.М. Молекулярный скрининг образцов коллекции кабачка и патиссона с использованием маркеров гена Pm-0, контролирующего устойчивость к мучнистой росе. Экологическая генетика. 2023;21(2):107-121. DOI: 10.17816/ecogen110988

7. Chomicki G., Renner S.S. Watermelon origin solved with molecular phylogenetics including Linnaean material: another example of museomics. New Phytologist. 2015;205(2):526-532. DOI: 10.1111/nph.13163

8. Contin M.E., Munger H.M. Inheritance of powdery mildew resistance in interspecific crosses with Cucurbita martinezii. HortScience. 1977;12(4):397.

9. Demir H., Top A., Balköse D., Ulkü S. Dye adsorption behavior of Luffa cylindrica fibers. Journal of Hazardous Materials. 2008;153(1-2):389-394. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.08.070

10. Dhillon N.P.S., Sanguansil S., Srimat S., Schafleitner R., Manjunath B., Agarwal P. et al. Cucurbit powdery mildewresistant bitter gourd breeding lines reveal four races of Podosphaera xanthii in Asia. HortScience. 2018;53(3):337-341. DOI: 10.21273/HORTSCI12545-17

11. Dorokhov D.B., Klocke E. A rapid and economic technique for RAPD analysis of plant genomes. Russian Journal of Genetics. 1997;33(4):443-450).

12. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Statistics: [website]. Available from: https://www.fao.org/statistics/en [accessed Jun. 24, 2024].

13. Holdsworth W.L., LaPlant K.E., Bell D.C., Jahn M.M., Mazourek M. Cultivar-based introgression mapping reveals wild species-derived Pm-0, the major powdery mildew resistance locus in squash. PLoS One. 2016;11(12):e0167715. DOI: 10.1371/journal.pone.0167715

14. Karaca F., Yetişir H., Solmaz İ., Çandir E., Kurt Ş., Sarı N. Rootstock potential of Turkish Lagenaria siceraria germplasm for watermelon: plant growth, yield and quality. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 2013;36:167-177. DOI: 10.3906/SAG-1211-92

15. Kim K.H., Hwang J.H., Han D.Y., Park M., Kim S., Choi D. et al. Major quantitative trait loci and putative candidate genes for powdery mildew resistance and fruitrelated traits revealed by an intraspecific genetic map for watermelon (Citrullus lanatus var. lanatus). PLoS One. 2015;10(12):e0145665. DOI: 10.1371/journal.pone.0145665

16. Lebeda A., Křístková E., Sedláková B., McCreight J.D., Coffey M.D. Cucurbit powdery mildews: methodology for objective determination and denomination of races. European Journal of Plant Pathology. 2016;144(2);399-410. DOI: 10.1007/s10658-015-0776-7

17. Lebeda A., Křístková E., Sedláková B., McCreight J.D., Coffey M.D. New concept for determination and denomination of pathotypes and races of cucurbit powdery mildew. In: M. Pitrat (ed.). Proceedings of the IXth EUCARPIA Meeting on Genetics and Breeding of Cucurbitaceae. Avignon, France, 21–24 May 2008. Avignon: INRA; 2008. p.125-134.

18. Ling K.S., Levi A. Sources of resistance to zucchini yellow mosaic virus in Lagenaria siceraria germplasm. HortScience. 2007;42(5):1124-1126. DOI: 10.21273/HORTSCI.42.5.1124

19. Ma L., Wang Q., Mu J., Fu A., Wen C., Zhao X. et al. The genome and transcriptome analysis of snake gourd provide insights into its evolution and fruit development and ripening. Horticulture Research. 2020;7(1):199. DOI: 10.1038/s41438-020-00423-9

20. McGrath M.T. Fungicide resistance in cucurbit powdery mildew: experiences and challenges. Plant Disease. 2001;85(3):236-245. DOI: 10.1094/PDIS.2001.85.3.236

21. Park B., Jang S., Yu Y., Choi G.J., Kang B., Seo S.T. QTL mapping and molecular markers of powdery mildew resistance in pumpkin (Cucurbita moschata). Horticultural Science and Technology. 2020;38(5):717-729. DOI: 10.7235/HORT.20200065

22. Пискунова Т.М. Изучение и поддержание в живом виде мировой коллекции тыквы, кабачка, патиссона, крукнека: (методические указания). Санкт-Петербург: ВИР; 2020. DOI: 10.30901/978-5-907145-21-4

23. PROSEA. Plant Resources of South-East Asia: [website]. Available from: https://prosea.prota4u.org [accessed Jun. 24, 2024].

24. Rai S., Sarkar R.K., Datta S., Rai U., Sindhu V. Recent advances in luffa vegetables. In: Futuristic Trends in Biotechnology. Chikkamagaluru: Iterative International Publishers; 2023. p.1-13. DOI: 10.58532/V2BS28CH1

25. Rehman S., Rashid A., Manzoor M.A., Li L., Sun W., Riaz M.W. et al. Genome-wide evolution and comparative analysis of superoxide dismutase gene family in Cucurbitaceae and expression analysis of Lagenaria siceraria under multiple abiotic stresses. Frontiers in Genetics. 2022;12:784878. DOI: 10.3389/fgene.2021.784878

26. Singh A.K. Cytogenetics and evolution in the Cucurbitaceae. In: D.M. Bates, R.W. Robinson, C. Jeffrey (eds). Biology and Utilization of Cucurbitaceae. Ithaca, NY: Cornell University Press; 1990. p.10-28. Available from: https://api.pageplace.de/preview/DT0400.9781501745447_A37645839/preview-9781501745447_A37645839.pdf [accessed Jun. 17, 2024].

27. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва: Росинформагротех; 2019.

28. Варивода О.П., Масленникова Е.С. Оценка и подбор исходного материала для создания гибридов дыни с комплексной устойчивостью к антракнозу и мучнистой росе. Овощи России. 2019;(5):20-24). DOI: 10.18619/2072-9146-2019-5-20-24

29. Wang L., Wu X., Wang B., Xu P., Li G. SCAR marker linked to resistance gene of powdery mildew in bottle gourd [Lagenaria siceraria (Molina) Standl.] breeding line J083. Journal of Zhejiang University. 2011;37(2):119-124. DOI: 10.3785/j.issn.1008-9209.2011.02.001

30. Xie D., Xu Y., Wang J., Liu W., Zhou Q., Luo S. et al. The wax gourd genomes offer insights into the genetic diversity and ancestral cucurbit karyotype. Nature Communications. 2019;10(1):5158. DOI: 10.1038/s41467-019-13185-3

31. Yuste-Lisbona F.J., Capel C., Gómez-Guillamón M.L., Capel J., López-Sesé A.I., Lozano R. Codominant PCR-based markers and candidate genes for powdery mildew resistance in melon (Cucumis melo L.). Theoretical and Applied Genetics. 2011:122(4);747-758. DOI: 10.1007/s00122-010-1483-6

32. Zhaoqing Quanfa Agricultural Development Co Ltd. Molecular marker related to towel gourd powdery mildew and application thereof. China; patent number: CN111996285B; 2021.