Полиморфизм сортов и дикорастущих видов земляники генетической коллекции Федерального научного центра им. И.В. Мичурина по генам аромата плодов FaOMT и FaFADl

Аромат плодов - важный потребительский признак сортов земляники. К числу ключевых компонентов ароматического комплекса плодов земляники относятся мезифуран (фруктовый и карамельный аромат) и у-декалактон (персикоподобный, фруктовый, сладкий аромат). Содержание мезифурана в плодах земляники контролируется геном FaOMT, локализованным в дистальном районе длинного плеча хромосомы VII-F.1, у-декалактона - геном FaFADl, картированным в дистальном районе длинного плеча хромосомы III-2. Идентификация форм, несущих гены аромата, является важным этапом селекционных программ по созданию сортов с ароматными плодами. Использование молекулярных маркеров позволяет с высокой надежностью на ранних этапах онтогенеза определить присутствие в геноме целевых аллелей генов. Цель настоящего исследования - молекулярно-генетическое тестирование генотипов рода Fragaria L. по генам аромата плодов FaOMT и FaFADl для выявления полиморфизма изучаемых локусов и идентификации ценных для селекции генотипов. Объектами исследования были дикорастущие виды рода Fragaria L. и сорта земляники садовой (Fragariax ananassa Duch.) различного эколого-географического происхождения. Для оценки аллельного состояния гена FaOMT использовали маркер FaOMT-SI/NO, гена FaFADI - маркер FaFADI. Функциональный (активный) аллель гена FaOMT (FaOMT+) в гетерозиготном состоянии (генотип FaOMT+FaOMT-) выявлен у 34.9 % изучаемых форм, в гомозиготном (генотип FaOMT+FaOMT+) - у 51.2 %. Гомозиготное состояние неактивного аллеля (генотип FaOMT-FaOMT-) определено у 13.9 % образцов. Ген FaFADI в анализируемой коллекции генотипов земляники идентифицирован у 25.6 % форм, в том числе у дикорастущих видов ForientalisLos., FmoschataDuch., F. ovalisRydb. Сочетание функциональных аллелей генов FaOMT и FaFADI обнаружено у 16.3 % проанализированных форм. Дикорастущие виды F. orientalisLos., F. moschataDuch., а также сорт земляники садовой RedGauntlet совмещают функциональный аллель гена FaFADI с гомозиготным состоянием активного аллеля гена FaOMT, что позволяет рекомендовать их в качестве перспективных комплексных источников высокого содержания мезифурана и у-декалактона в плодах для селекции на аромат.

1. Aharoni A., Giri A.P., Verstappen F.W., Bertea C.M., Sevenier R., Sun Z., Jongsma M.A., Schwab W., Bouwmeester H.J. Gain and loss of fruit flavor compounds produced by wild and cultivated strawberry species. Plant Cell. 2004;16(11):3110-3131. https://doi.org/10.1105/tpc.104.023895.

2. Bianchi G., Lucchi P., Maltoni M.L., Fagherazzi A.F., Baruzzi G. Analysis of aroma compounds in new strawberry advanced genotypes. Acta Hortic. 2017;1156:673-678. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2017.1156.98.

3. Chambers A.H., Pillet J., Plotto A., Bai J., Whitaker V.M., Folta K.M. Identification of a strawberry flavor gene candidate using an integrated genetic-genomic-analytical chemistry approach. BMC Genomics. 2014;15(1):217. https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-217.

4. Cruz-Rus E., Sesmero R., Angel-Perez J.A., Sanchez-Sevilla J.F., Ulrich D., Amaya I. Validation of a PCR test to predict the presence of flavor volatiles mesifurane and y-decalactone in fruits of cultivated strawberry (Fragaria x ananassa). Mol. Breed. 2017;37(10):131. https://doi.org/10.1007/s11032-017-0732-7.

5. DArT. 2014. Available at http://www.diversityarrays.com/sites/default/files/resources/DArT_DNA_isolation.pdf

6. Finn C.E., Retamales J.B., Lobos G.A., Hancock J.F. The Chilean strawberry (Fragaria chiloensis): over 1000 years of domestication. HortScience. 2013;48(4):418-421. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.48.4.418.

7. Hancock J.F., Finn C.E., Luby J.J., Dale A., Callow P.W., Ser-cxe S. Reconstruction of the strawberry, Fragaria ananassa, using genotypes of F. virginiana and F. chiloensis. HortScience. 2010;45(7):1006-1013. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.45.7.1006.

8. Hummer K., Hancock J.F. Strawberry genomics: botanical history, cultivation, traditional breeding, and new technologies. In: Folta K.M., Gardiner S.E. (Eds.). Genetics and Genomics of Rosaceae. Ser. Plant Genetics and Genomics: Crops and Models. Vol. 6. Springer, New York, 2009;413-436. https://doi.org/10.1007/978-0-387-77491-6_20.

9. Jetti R.R., Yang E., Kurnianta A., Finn C., Qian M.C. Quantification of selected aroma-active compounds in strawberries by headspace solid-phase microextraction gas chromatography and correlation with sensory descriptive analysis. J. Food Sci. 2007;72:487-496. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00445.x.

10. Jouquand C., Chandler C., Plotto A., Goodner K. A sensory and chemical analysis of fresh strawberries over harvest dates and seasons reveals factors that affect eating quality. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2008; 133(6):859-867. https://doi.org/10.21273/JASHS.133.6.859.

11. Lavid N., Schwab W., Kafkas E., Koch-Dean M., Bar E., Larkov O., Ravid U., Lewinsohn E. Aroma biosynthesis in strawberry: S-adenosylmethionine: furaneol O-methyltransferase activity in ripening fruits. J. Agric. Food Chem. 2002;50(14):4025-4030. https://doi.org/10.1021/jf011409q.

12. Lei J., Dai H., Deng M., Wu L., Hu W. Studies on the interspecific hybridization in the genus Fragaria. Acta Horticulturae Sinica. 2002; 29(6):519-523.

13. Luk’yanchuk I.V., Lyzhin A.S., Kozlova I.I. Analysis of strawberry genetic collection (Fragaria L.) for Rca2 and Rpf1 genes with molecular markers. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(7):795-799. https://doi.org/10.18699/VJ18.423.

14. Menager I., Jost M., Aubert C. Changes in physicochemical characteristics and volatile constituents of strawberry (cv. Cigaline) during maturation. J. Agric. Food Chem. 2004;52:1248-1254. https://doi.org/10.1021/jf0350919.

15. Olbricht K., Grafe C., Weiss K., Ulrich D. Inheritance of aroma compounds in a model population of Fragaria x ananassa Duch. Plant Breed. 2008;127(1):87-93. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2007.01422.x.

16. Raab T.L., López-Raez J.A., Klein D., Caballero J.L., Moyano E., Schwab W., Munoz-Blanco J. FaQR, required for the biosynthesis of the strawberry flavor compound 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone, encodes an enone oxidoreductase. Plant Cell. 2006;18: 1023-1037. https://doi.org/10.1105/tpc.105.039784.

17. Sanchez-Sevilla J.F., Cruz-Rus E., Valpuesta V, Botella M.A., Amaya I. Deciphering gamma-decalactone biosynthesis in strawberry fruit using a combination of genetic mapping, RNA-Seq and eQTL analyses. BMC Genomics. 2014;15(1):218. https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-218.

18. Schwab W., Davidovich-Rikanati R., Lewinsohn E. Biosynthesis of plant-derived flavor compounds. Plant J. 2008;54(4):712-732. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2008.03446.x.

19. Siegmund B., Bagdonaite K., Leitner E. Furaneol and mesifuran in strawberries - an analytical challenge. In: Expression of Multidisciplinary Flavour Science: Proc. of the 12th Weurman Symp. Zurich, 2010;537-540.

20. Ulrich D., Olbricht K. Fruit organoleptic properties and potential for their genetic improvement. In: Jenks M.A., Bebeli PJ. (Eds.). Breeding for Fruit Quality. John Wiley & Sons, 2011;39-59.

21. Ulrich D., Olbricht K. A search for the ideal flavor of strawberry - comparison of consumer acceptance and metabolite patterns in Fragaria х ananassa Duch. J. Appl. Bot. Food Qual. 2016;89:223-234. https://doi.org/10.5073/JABFQ.2016.089.029.

22. Vandendriessche T., Vermeir S., Martinez C.M., Hendrickx Y, Lammertyn J., Nicolai B.M., Hertog M.L.A.T.M. Effect of ripening and inter-cultivar differences on strawberry quality. LWT-Food Sci. Technol. 2013;52(2):62-70. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2011.12.037.

23. Zorrilla-Fontanesi Y, Rambla J.L., Cabeza A., Medina J.J., Sanchez-Sevilla J.F., Valpuesta V, Botella M.A., Granell A., Amaya I. Genetic analysis of strawberry fruit aroma and identification of O-methyltransferase FaOMT as the locus controlling natural variation in mesifurane content. Plant Physiol. 2012; 159(2):851-870. https://doi.org/10.1104/pp.111.188318.