ДНК-маркерная идентификация локуса устойчивости к милдью Rpv10 в генотипах винограда

Милдью – одно из наиболее распространенных и вредоносных заболеваний виноградной лозы, возбудителем которого считают Plasmopara viticola. Сорта Vitis vinifera, выступая основой высококачественного виноградарства, практически не обладают генетической устойчивостью к милдью. Генотипы, имеющие природную устойчивость к поражению P. viticola, принадлежат видам винограда Северной Америки и Азии (V. aestivalis, V. berlandieri, V. cinerea, V. labrusca, V. amurensis и др.), а также к Muscadinia rotundifolia. По этой причине создание сортов винограда с повышенной устойчивостью к патогену основано на межвидовой гибридизации. В настоящее время молекулярногенетические методы анализа все активнее используют на этапах предселекционной работы и непосредственно в селекции. Один из крупных локусов устойчивости к милдью – ген Rpv10 – впервые идентифицирован в сорте межвидового происхождения Солярис и изначально происходит от дикого амурского винограда. Известны ДНК-маркеры данного гена, позволяющие детектировать наличие Rpv10 в генотипах винограда. Методом ПЦР-анализа выполнен поиск доноров гена устойчивости среди генотипов 30 сортов винограда, которые, согласно родословным, могли бы нести ген Rpv10. Работа выполнена с использованием автоматического генетического анализатора, что позволяет получать высокоточные данные. По результатам ДНК-маркерного анализа в 10 генотипах винограда выявлено наличие аллели гена Rpv10, определяющей устойчивость к возбудителю милдью. Выполнено генотипирование сортов винограда, в которых обнаружен Rpv10, с помощью шести стандартных для ДНК-профилирования винограда SSR-маркеров. ДНК-маркерный анализ показал наличие аллели устойчивости у сорта Коринка русская, который, по общедоступным данным, является потомком сорта Заря Севера, не обладающим геном устойчивости Rpv10. С использованием анализа полиморфизма микросателлитных локусов и базы данных VIVC уточнена родословная сорта винограда Коринка русская. Установлено, что Коринка русская происходит от сорта Северный – донора локуса устойчивости Rpv10.

1. Abuzov M. Atlas of Northern Grapes. Smolensk: KFH Pitomnik Publ., 2009. (in Russian)

2. Alleweldt G., Possingham J.V. Progress in grapevine breeding. Theor. Appl. Genet. 1988;75:669-673. DOI:10.1007/BF00265585.

3. Bellin D., Peressotti E., Merdinoglu D., Wiedemann-Merdinoglu S., Adam-Blondon A.F., Cipriani G., Morgante M., Testolin R., Di Gaspero G. Resistance to Plasmopara viticola in grapevine ‘Bianca’ is controlled by a major dominant gene causing localised necrosis at the infection site. Theor. Appl. Genet. 2009;120:163-176. DOI:10.1007/s00122-009-1167-2.

4. Bhattarai G., Fennell A., Londo J.P., Coleman C., Kovacs L.G. A novel grape downy mildew resistance locus from Vitis rupestris. Am. J. Enol. Vitic. 2020;2:12-20. DOI:10.5344/ajev.2020.20030.

5. De Mattia F., Imazio S., Grassi F., Baneh H.D., Scienza A., Labra M. Study of genetic relationships between wild and domesticated grapevine distributed from middle east regions to European countries. Rend. Lincei. 2008;19:223-240. DOI:10.1007/s12210-008-0016-6.

6. Di Gaspero G., Copetti D., Coleman C., Castellarin S.D., Eibach R., Kozma P., Lacombe T., Gambetta G., Zvyagin A., Cindrić P., Kovács L., Morgante M., Testolin R. Selective sweep at the Rpv3 locus during grapevine breeding for downy mildew resistance. Theor. Appl. Genet. 2012;124(2):277-286. DOI:10.1007/s00122-011-1703-8.

7. Divilov K., Barba P., Cadle-Davidson L., Reisch B.I. Single and multiple phenotype QTL analyses of downy mildew resistance in interspecific grapevines. Theor. Appl. Genet. 2018;131(5):1133-1143. DOI:10.1007/s00122-018-3065-y.

8. Eibach R., Zyprian E., Welter L., Töpfer R. The use of molecular markers for pyramiding resistance genes in grapevine breeding. Vitis. 2007;46(3):120-124. DOI:10.5073/vitis.2007.46.120-124.

9. Fu P., Wu W., Lai G., Li R., Peng Y., Yang B., Wang B., Yin L., Qu J., Song Sh., Lu J. Identifying Plasmopara viticola resistance Loci in grapevine (Vitis amurensis) via genotyping-by-sequencing-based QTL mapping. Plant Physiol. Biochem. 2020;154:75-84. DOI:10.1016/j.plaphy.2020.05.016.

10. Ilnitskaya E., Tokmakov S., Makarkina M., Suprun I. Identification of downy mildew resistance genes Rpv10 and Rpv3 by DNA-marker analysis in a Russian grapevine germplasm collection (Conference Paper). Acta Hortic. 2019;1248:129-134. DOI:10.17660/ActaHortic. 2019.1248.19.

11. Lin H., Leng H., Guo Y., Kondo S., Zhao Y., Shi G., Guo X. QTLs and candidate genes for downy mildew resistance conferred by interspecific grape (V. vinifera L. × V. amurensis Rupr.) crossing. Sci. Hortic. 2019;244:200-207. DOI:10.1016/j.scienta.2018.09.045.

12. Ochssner I., Hausmann L., Töpfer R. Rpv14, a new genetic source for Plasmopara viticola resistance conferred by Vitis cinerea. Vitis. 2016;55:79-81. DOI:10.5073/vitis.2016.55.79-81.

13. Possamai T., Migliaro D., Gardiman M., Velasco R., De Nardi B. Rpv mediated defense responses in grapevine offspring resistant to Plasmopara viticola. Plants. 2020;9(6):781. DOI:10.3390/plants 9060781.

14. Riaz S., Tenscher A.C., Ramming D.W., Walker M.A. Using a limited mapping strategy to identify major QTLs for resistance to grapevine powdery mildew (Erysiphe necator) and their use in marker-assisted breeding. Theor. Appl. Genet. 2011;122:1059-1073. DOI:10.1007/s00122-010-1511-6.

15. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol. Biol. 1985;19:69-76. DOI:10.1007/BF00020088.

16. Ruiz-García L., Gago P., Martínez-Mora C., Santiago J.L., FernádezLópez D.J., Martínez M.D.C., Boso S. Evaluation and pre-selection of new grapevine genotypes resistant to downy and powdery mildew, obtained by cross-breeding programs in Spain. Front. Plant Sci. 2021;12:674510. DOI:10.3389/fpls.2021.674510.

17. Sapkota S., Chen L.L., Yang S., Hyma K.E., Cadle-Davidson L., Hwang C.F. Construction of a high-density linkage map and QTL detection of downy mildew resistance in Vitis aestivalis-derived “Norton”. Theor. Appl. Genet. 2019;132:137-147. DOI:10.1007/s00122-018-3203-6.

18. Sargolzaei M., Maddalena G., Bitsadze N., Maghradze D., Bianco P.A., Failla O., Toffolatti S.L., De Lorenzis G. Rpv29, Rpv30 and Rpv31: three novel genomic loci associated with resistance to Plasmopa ra viticola in Vitis vinifera. Front. Plant Sci. 2020;11:1537. DOI:10.3389/fpls.2020.562432.

19. Schwander F., Eibach R., Fechter I., Hausmann L., Zyprian E., Töpfer R. Rpv10: a new locus from the Asian Vitis gene pool for pyramiding downy mildew resistance loci in grapevine. Theor. Appl. Genet. 2012;124:163-176. DOI:10.1007/s00122-011-1695-4.

20. This P., Jung A., Boccacci P., Borrego J., Botta R., Costantini L., Crespan M., Dangl G.S., Eisenheld C., Ferreira-Monteiro F., Grando S., Ibáñez J., Lacombe T., Laucou V., Magalhães R., Meredith C.P., Milani N., Peterlunger E., Regner F., Zulini L., Maul E. Development of a standard set of microsatellite reference alleles for identification of grape cultivars. Theor. Appl. Genet. 2004;109:1448-1458. DOI:10.1007/s00122-004-1760-3.

21. This P. Microsatellite markers analysis. In: Minutes of the First Grape Gen06 Work-shop March 22nd and 23rd, INRA, Versailles (France). 2007;3-42.

22. Venuti S., Copetti D., Foria S., Falginella L., Hoffmann S., Bellin D., Cindrić P., Kozma P., Scalabrin S., Morgante M., Testolin R., Di Gaspero G. Historical introgression of the downy mildew resistance gene Rpv12 from the Asian species Vitis amurensis into grapevine varieties. PLoS One. 2013;8:e61228. DOI:10.1371/journal.pone.0061228.

23. Wan Y., Schwaninger H., He P., Wang Y. Comparison of resistance to powdery mildew and downy mildew in Chinese wild grapes. Vitis. 2007;46:132-136. DOI:10.5073/vitis.2007.46.132-136.

24. Zini E., Dolzani C., Stefanini M., Gratl V., Bettinelli P., Nicolini D., Betta G., Dorigatti C., Velasco R., Letschka T., Vezzulli S. R-loci arrangement versus downy and powdery mildew resistance le vel: a Vitis hybrid survey. Int. J. Mol. Sci. 2019;20(14):3526. DOI:10.3390/ijms20143526.