Полиморфизм генов биосинтеза этилена и экспансина у местных и стародавних сортов яблони (Malus domestica Borkh.) из коллекции генетических ресурсов растений ВИР

В Пушкинских и Павловских лабораториях Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) представлена коллекция разнообразных местных и стародавних сортов яблони. Некоторые из них широко используются в селекционных программах благодаря экологической пластичности, повышенной устойчивости к абиотическому стрессу и болезням, однако масштабных исследований лежкости плодов у местных и стародавних сортов не проводилось. Лежкость плодов является важной проблемой для производителей. Сохранение твердости плодов во время длительного хранения – одно из ключевых требований, предъявляемых к новым сортам яблони. Показано, что гены биосинтеза этилена и экспансина вовлечены в контроль лежкости у яблони, разработаны специфичные молекулярные маркеры для этих генов. В настоящем исследовании проведен анализ аллельного разнообразия генов биосинтеза этилена и экспансина Md-ACS1, Md-ACO1 и Md-Exp7, вовлеченных в контроль лежкости плодов у 87 местных и стародавних сортов яблони из коллекции генетических ресурсов растений ВИР. Были использованы ПЦР-маркеры Md-ACS1, Md-ACO1 и SSR-маркер Md-Exp7. Час-
тоты аллелей в изученной коллекции в целом совпадали с данными предыдущих исследований. Аллель 2 гена Md-ACS1, определяющий сниженный уровень синтеза этилена, был выявлен только у трех образцов, в то время как все изученные местные и стародавние сорта были гетерозиготны по локусу Md-ACO1, так же как и большинство изученных ранее современных отечественных сортов яблони. Половина проанализированных образцов были гетерозиготны по локусу Md-Exp7 (198 : 202). Выявлено 13 местных и стародавних сортов, несущих редкие аллели гена Md-Exp7 (206, 210 и 212). Не было обнаружено связи между сочетанием аллелей гена Md-Exp7 и временем созревания изученных сортов. Полученные результаты могут быть использованы при дополнительной оценке потенциала изученных генотипов яблони для селекции.

1. Bratilova N.P., Moksina N.V., Gerasimova O.A., Chepelev N.L. Stages of picking and storage for different cultivars of apple fruit in the Botanical garden named after V.M. Krutovsky. The Bulletin of KrasGAU. 2015;11:146-150.

2. Costa F., Peace C.P., Stella S., Serra S., Musacchi S., Bazzani M., Sansavini S., Van de Weg W.E. QTL dynamics for fruit firmness and softening around an ethylene-dependent polygalacturonase gene in apple (Malus × domestica Borkh.). J. Expt. Bot. 2010;61(11):30293039. https://doi.org/10.1093/jxb/erq130.

3. Costa F., Stella S., Van de Weg W.E., Guerra W., Cecchinel M., Dallavia J., Koller B., Sansavini S. Role of the genes Md-ACOl and MdACSl in ethylene production and shelf life of apple (Malus domestica Borkh.). Euphytica. 2005;141:181-190. https://doi.org/10.1007/s10681-0056805-4.

4. Costa F., Van de Weg W.E., Stella S., Dondini L., Pratesi D., Musacchi S., Sansavini S. 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 Genet. Genomes. 2008;4:575-586. https://doi.org/10.1007/s11295-0080133-5.

5. Harada T., Sunako T., Wakasa Y., Soejima J., Satoh T., Niizeki M. An allele of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene (MdACS1) accounts for the low ethylene production in climacteric fruits of some apple cultivars. Theor. Appl. Genet. 2000;101:742-746. https://doi.org/10.1007/s001220051539.

6. Nybom H., Ahmadi-Afzadi M., Garkava-Gustavsson L., Sehic J., Tahir I. Selection for improved fruit texture and storability in apple. Acta Hort. 2012;934(2):849-854. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.934.112.

7. 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 Genet. Genomes. 2013;9:279-290. https://doi.org/10.1007/s11295-012-0554-z.

8. Nybom H., Sehic J., Garkava-Gustavsson L. Modern apple breeding is associated with a significant change in allelic ratio of the ethylene production gene Md-ACS1. J. Hortic. Sci. Biotechnol. 2008;83:673677. https://doi.org/10.1080/14620316.2008.11512442.

9. Oraguzie N.C., Iwanami H., Soejima J., Harada T., Hall A. Inheritance of Md-ACS1 gene and its relationship to fruit softening in apple (Malus × domestica Borkh.). Theor. Appl. Genet. 2004;108:1526-1533. https://doi.org/10.1007/s00122-003-1574-8.

10. Oraguzie N.C., Volz R.K., Whitworth C.J., Bassett H.C.M., Hall A.J., Gardiner S. Influence of Md-ACS1 allelotype and harvest season within an apple germplasm collection on fruit softening during cold air storage. Postharvest Biol. Technol. 2007;44:212-219. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2006.12.013.

11. Savel’ev N.I., Shamshin I.N., Kudryavtzev A.M. Apples for the alleles of genes of shelf life and quality of fruits. Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2014a;3:17-20.

12. Savel’ev N.I., Shamshin I.N., Savel’eva N.N., Lyzhin A.S. Polymorphism for the MD-EXP-7 gene for expansin biosynthesis in wild species of the genus Malus Mill. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014b;18(4/1): 713-717.

13. Shamshin I.N., Savelieva N.N. Identifying the gene sources for ethylene biosynthesis (MD-ACS1 and MD-ACO1) in genoplasm of wild apple tree species of the genus Malus (L.) Mill. Herald of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2014;4:35-37.

14. Sunako T., Sakuraba W., Senda M., Akada S., Ishikawa R., Niizeki M., Harada T. An allele of the ripening-specific 1-amino-cyclopropane1-carboxylic acid synthase (ACS1) in apple fruit with a long storage life. Plant Physiol. 1999;119(4):1297-1304. https://doi.org/10.1104/pp.119.4. 1297.

15. Suprun I.I., Tokmakov S.V. Allelic diversity of ethylene biosynthesis related MD-ACS1 and MD-ACO1 genes in Russian apple germplasm. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2013;17(23):298-302.

16. 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 Genet. Genomes. 2008;4:555-562. https://doi.org/10.1007/s11295-007-0131-z.