Оценка сроков распускания почек у сортов и селекционных форм ореха грецкого из генофонда Краснодарского края и валидация SSR-маркеров QTL данного признака

Актуальность. Орех грецкий (Juglans regia L.) – самый распространенный вид рода Juglans L. Поздневесенние заморозки могут значительно снизить урожайность сортов. Создание сортов, вступающих в вегетацию позднее, позволяет избежать гибели молодых почек. Ранее были выявлены SSR-маркеры JRHR209732 и CUJRBO12, сцепленные с QTL признака «срок распускания почек». Целью нашей работы являлась оценка сроков наступления фенологической фазы «распускание почек» у сортов отечественной селекции и элитных форм генофонда Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия (СКФНЦСВВ), а также апробация и валидация маркеров JRHR209732 и CUJRB012, сцепленных с локусом, контролирующим данный признак, на образцах с относительно небольшой разницей в сроках распускания почек.

Материалы и методы. Объекты исследования – 32 элитные формы из генофонда СКФНЦСВВ и три сорта отечественной селекции, а также два сорта зарубежной селекции. Фенологическая оценка сроков распускания почек осуществлялась в течение трех лет (2022–2024). Генотипирование образцов проводили с помощью SSR-маркеров JRHR209732 и CUJRBO12. Анализ размеров ПЦР-продуктов аллелей целевых маркеров выполняли на генетическом анализаторе «НАНОФОР 05».

Результаты. По результатам фенологической оценки выявлены образцы, вступающие в вегетацию наиболее поздно по трем годам наблюдений, – 17-5-5, ‘Овен’. Восемь образцов отнесены к группе поздних в двух сезонах наблюдений – они также представляют ценность для селекции. Доказано, что в 2023 и 2024 г. распускание почек наступало раньше, чем в 2022 г. Влияние среднемесячной температуры марта играет решающую роль во вступлении в фазу начала распускания почек. Сопоставление данных по SSR-генотипированию и результатов фенологической оценки позволило достоверно установить аллельные варианты маркеров JRHR20973 и CUJRBO12, характерные для образцов с ранним и поздним сроком распускания почек у образцов, представляющих генофонд юга России.

1. Akca Y., Ozongun S. Selection of late leafing, late flowering, laterally fruitful walnut (Juglans regia) types in Turkey. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 2004;32(4):337-342. DOI: 10.1080/01140671.2004.9514313

2. Aradhya M.K., Velasco D., Wang J.R., Ramasamy R., You F.M., Leslie C. et al. A fine-scale genetic linkage map reveals genomic regions associated with economic traits in walnut (Juglans regia). Plant Breeding. 2019;138(5):635-646. DOI: 10.1111/pbr.12703

3. Baby J., Thomas T., Thomas D. Molecular markers for harnessing heterosis. In: N. Kumar (ed.). Molecular Marker Techniques: A Potential Approach of Crop Improvement. Singapore: Springer Nature; 2023. p.1-24. DOI: 10.1007/978-98199-1612-2_1

4. Bernard A., Lheureux F., Dirlewanger E. Walnut: past and future of genetic improvement. Tree Genetics and Genomes. 2018;14(1):1-28. DOI: 10.1007/s11295-017-1214-0

5. Bernard A., Marrano A., Donkpegan A., Brown P.J., Leslie C.A., Neale D.B. et al. Association and linkage mapping to unravel genetic architecture of phenological traits and lateral bearing in Persian walnut (Juglans regia L.). BMC Genomics. 2020;21(1):203. DOI: 10.1186/s12864-020-6616-y

6. Bozhuyuk M.R., Ercisli S., Orhan E., Koc A. Determination of the genetic diversity of walnut (Juglans regia L.) cultivar candidates from Northeastern Turkey using SSR markers. Mitteilungen Klosterneuburg. 2020;70:269-277.

7. Chen L.N., Ma Q.G., Chen Y.K., Wang B.Q., Pei D. Identification of major walnut cultivars grown in China based on nut phenotypes and SSR markers. Scientia Horticulturae. 2014;168:240-248. DOI: 10.1016/j.scienta.2014.02.004

8. Chmielewski F.M., Rötzer T. Response of Tree Phenology to Climate Change across Europe. Agricultural and Forest Meteorology. 2001;108(2):101-112. DOI: 10.1016/S0168-1923(01)00233-7

9. Črepinšek Z., Solar M., Štampar F., Solar A. Shifts in walnut (Juglans regia L.) phenology due to increasing temperatures in Slovenia. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2009;84(1):59-64. DOI: 10.1080/14620316.2009.11512480

10. Dangl G.S., Woeste K., Aradhya M.K., Koehmstedt A., Simon C., Potter D. et al. Characterization of 14 microsatellite markers for genetic analysis and cultivar identification of walnut. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2005;130(3):348-354. DOI: 10.21273/JASHS.130.3.348

11. Doğan Y., Kafkas S., Sütyemez M., Akça Y., Türemiş N. Assessment and characterization of genetic relationships of walnut (Juglans regia L.) genotypes by three types of molecular markers. Scientia Horticulturae. 2014;168:81-87. DOI: 10.1016/j.scienta.2014.01.024

12. Dwivedi S.L., Crouch J.H., Mackill D.J., Xu Y., Blair M.W., Ragot M. et al. The molecularization of public sector crop breeding: progress, problems, and prospects. Advances in Agronomy. 2007;95:163-318. DOI: 10.1016/S0065-2113(07)95003-8

13. Emilia M., Spada M., Beritognolo I., Cannata F. Differentiation of walnut hybrids (Juglans nigra L. × Juglans regia L.) through RAPD markers. Acta Horticulturae. 1997;442:4352. DOI: 10.17660/ActaHortic.1997.442.4

14. Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве / под ред. Г.В. Еремина. Краснодар; 2012.

15. Fallah M., Paizila A., Karcı H., Arab M.M., Sarikhani S., Suprun I. et al. Validation and implementation of marker-assisted selection (MAS) for the leafing date trait in Persian walnut populations from Iran. Euphytica. 2024;220(2):25. DOI: 10.1007/s10681-023-03281-3

16. Fallah M., Vahdati K., Hasani D., Rasouli M., Sarikhani S. Breeding of Persian walnut: Aiming to introduce late-leafing and early-harvesting varieties by targeted hybridization. Scientia Horticulturae. 2022;295:110885. DOI: 10.1016/j.scienta.2022.110885

17. Itoo H., Shah R.A., Qurat S., Jeelani A., Khursheed S., Bhat Z.A. et al. Genome-wide characterization and development of SSR markers for genetic diversity analysis in northwestern Himalayas Walnut (Juglans regia L.). 3 Biotech. 2023;13(5):136. DOI: 10.1007/s13205-023-03563-6

18. Karimi R., Ershadi A., Vahdati K., Woeste K. Molecular characterization of Persian walnut populations in Iran with microsatellite markers. HortScience. 2010;45(9):1403-1406. DOI: 10.21273/HORTSCI.45.9.1403

19. Kavosi H., Khadivi A. The selection of superior late-leafing genotypes of Persian walnut (Juglans regia L.) among seedling originated trees based on pomological characterizations. Scientia Horticulturae. 2021;288:110299. DOI: 10.1016/j.scienta.2021.110299

20. Kefayati S., Ikhsan A.S., Sutyemez M., Paizila A., Topçu H., Bükücü Ş.B. et al. First simple sequence repeat-based genetic linkage map reveals a major QTL for leafing time in walnut (Juglans regia L.). Tree Genetics and Genomes. 2019;15(1):13. DOI: 10.1007/s11295-019-1318-9

21. Khadivi A., Montazeran A., Yadegari P. Superior spring frost resistant walnut (Juglans regia L.) genotypes identified among mature seedling origin trees. Scientia Horticulturae. 2019;253:147-153. DOI: 10.1016/j.scienta.2019.04.041

22. Халафян А.А. Statistica 6. Статистический анализ данных. Москва: Бином; 2008.

23. Халафян А.А. Statistica 6.0. Статистический анализ данных. Краснодар; 2005.

24. Kramer K., Ducousso A., Gömöry D., Hansen J.K., Ionita L., Liesebach M. et al. Chilling and forcing requirements for foliage bud burst of European beech (Fagus sylvatica L.) differ between provenances and are phenotypically plastic. Agricultural and Forest Meteorology. 2017;234-245:172181. DOI: 10.1016/j.agrformet.2016.12.002

25. Лакин Г.Ф. Биометрия: учебное пособие для биологических специальностей вузов. 4-е изд. Москва: Высшая школа; 1990.

26. Magige E.A., Fan P.Z., Wambulwa M.C., Milne R., Wu Z.Y., Luo Y.H. et al. Genetic diversity and structure of Persian walnut (Juglans regia L.) in Pakistan: implications for conservation. Plants. 2022;11(13):1652. DOI: 10.3390/plants11131652

27. Marrano A., Sideli G.M., Leslie C.A., Cheng H., Neale D.B. Deciphering of the genetic control of phenology, yield and pellicle color in Persian walnut (Juglans regia L.). Frontiers in Plant Science. 2019;10:1140. DOI: 10.3389/fpls.2019.01140

28. Najafi F., Mardi M., Fakheri B., Pirseyedi S.M., Mehdinejad N., Farsi M. Isolation and characterization of novel microsatellite markers in walnut (Juglans regia L.). American Journal of Plant Sciences. 2014;5(3):409-415. DOI: 10.4236/ajps.2014.53054

29. Peakall R., Smouse P.E. GenALEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics. 2012;28(19):25372539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460

30. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Molecular Biology. 1985;5(2):69-76. DOI: 10.1007/ BF00020088

31. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур / под ред. Е.Н Седова, Т.П. Огольцовой. Орел: ВНИИСПК; 1999.

32. Soleimani A., Rabiei V., Hassani D., Mozaffari M.R. Phenological characteristics of walnut (Juglans regia L.) genotypes under environmental conditions of Karaj in Iran. Crop Breeding Journal. 2019;9(2):11-22. DOI: 10.22092/CBJ.2020.128539.1045

33. Soveili S., Khadivi A. Selecting the superior late-leafing genotypes of Persian walnut (Juglans regia L.) using morphological and pomological evaluations. BMC Plant Biology. 2023;23(1):379. DOI: 10.1186/s12870-023-04386-6

34. Tenche-Constantinescu A.M., Lalescu D.V., Popescu S., Sarac I., Petolescu C., Camen D. et al. Juglans regia as urban trees: genetic diversity and walnut kernel quality assessment. Horticulturae. 2024;10(10):1027. DOI: 10.3390/horticulturae10101027

35. UPOV Guidelines for the conduct of tests for distinctness, uniformity and stability. Walnut (Juglans regia L.). Geneva: UPOV; 1989.

36. Wani A.W., Hassan G.I., Bhat K.M., Ahmad M., Siddiqui M.H., Kumar S. et al. Utilizing SSR markers to examine the population structure and molecular genetic diversity of walnut (Juglans regia L.) genotypes in the Northwestern Himalayan region of Jammu and Kashmir. BioResources. 2024;19(3):4213-4237. DOI: 10.15376/biores.19.3.4213-4237

37. Зайцев Г.Н. Математика в экспериментальной ботанике. Москва: Наука; 1990.