Генетическая структура популяции дикорастущих форм винограда заповедника «Утриш»

Виноград – одна из самых распространенных сельскохозяйственных культур в мире. В настоящее время наиболее точным методом для изучения генофонда растений считается анализ генотипов на уровне ДНК. Дикорастущие формы и древние сорта различных регионов виноградарства – актуальные объекты исследований в данной области. Целью работы было изучение популяции дикорастущего винограда, произрастающей на территории заповедника «Утриш» на Черноморском побережье Краснодарского края. Территория заповедника представляет интерес для подобного рода исследований, так как является местом древних поселений, а экологические условия пригодны для произрастания диких форм винограда. В процессе обследования территории обнаружено 24 образца дикорастущего винограда, которые были описаны по основным морфологическим характеристикам и проанализированы молекулярно-генетическим методом. Найденные формы генотипированы с помощью 15 ДНК-маркеров, в том числе девяти общепринятых для ДНК-паспортизации сортов винограда (VVS2, VVMD5, VVMD7, VVMD25, VVMD27, VVMD28, VVMD32, VrZAG62, VrZAG79) и маркера VVIb23, позволяющего определять обоеполые и двудомные формы. Статистическая обработка данных полиморфизма микросателлитных локусов выполнена в программе GenAlEx 6.5. Генетические взаимосвязи исследуемых форм винограда оценивали в программе PAST 2.17c. В результате обнаружено, что образцы характеризуются морфологическим и генетическим полиморфизмом. Количество идентифицированных аллелей в выборке варьировало от 5 до 18 и составило в среднем 8 аллелей на локус. Проведение статистической обработки данных ДНК-анализа позволило выявить две генетически различные популяции среди обнаруженных дикорастущих форм. Оценено генетическое сходство найденных форм с некоторыми аборигенными сортами географически близких регионов виноградарства, подвойными сортами и представителями Vitis sylvestris с других территорий. Одна из обнаруженных в заповеднике «Утриш» популяций близка к ряду генотипов V. sylvestris, ДНК-профили которых представлены в международной базе данных Vitis International Variety Catalogue.

1. Chernodubov A.I., Rudenok Y. Phytocenoses biodiversity in “Utrish” Re serve. Lesotehnicheskiy Zhurnal = Forestry Engineering Jour nal. 2015;5(1):120-127. DOI 10.12737/11269. (in Russian)

2. Cunha J., Ibáñez J., Teixeira-Santos M., Brazão J., Fevereiro P., Martínez-Zapater J.M., Eiras-Dias J.E. Genetic relationships among portuguese cultivated and wild Vitis vinifera L. germplasm. Front. Plant Sci. 2020;11:127. DOI 10.3389/fpls.2020.00127.

3. De Michele R., La Bella F., Gristina A.S., Fontana I., Pacifico D., Garfi G., Motisi A., Crucitti D., Abbate L., Carimi F. Phylogenetic relationship among wild and cultivated grapevine in Sicily: a hotspot in the middle of the Mediterranean basin. Front. Plant Sci. 2019;10:1506. DOI 10.3389/fpls.2019.01506.

4. 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):227-286. DOI 10.1007/s00122-011-1703-8.

5. Doulati-Baneh H., Mohammadi S., Labra M., De Mattia F., Bruni I., Mezzasalma V., Abdollahi R. Genetic characterization of some wild grape populations (Vitis vinifera subsp. sylvestris) of Zagros mountains (Iran) to indentify a conservation strategy. Plant Genet. Resour. 2015;13(1):27-35. DOI 10.1017/S1479262114000598.

6. Ellstrand N.C., Heredia S.M., Leak-Garcia J.A., Heraty J.M., Burger J.C., Li Y., Nohzadeh-Malakshah S., Ridley C.E. Crops gone wild: evolution of weeds and invasive from domesticated ancestors. Evol. Appl. 2010;3(5-6):494-504. DOI 10.1111/j.1752-4571.2010.00140.x.

7. Gorbunov I.V., Lukyanov A.A. Kuban wild-growing grapes and their morphological features. Vinogradarstvo i Vinodelie = Viticulture and Winemaking. 2020;49:30-33. (in Russian)

8. Gorbunov I.V., Lukyanov A.A., Bykhalova O.N. Morphological peculiarities of the Kuban wild-growing forms of grapes. Plodovodstvo i Vinogradarstvo Yuga Rossii = Fruit Growing and Viticulture of South Russia. 2020;65(5):70-82. DOI 10.30679/2219-5335-2020-5-65-70-82. (in Russian)

9. Gorislavec S.M., Risovannaya V.I., Volkov Y.A., Kolosova A.A., Volodin V.A. Identification and evaluation of wild growing vines on the territory of Yalta mountain-forest nature reserve using molecular markers. “Magarach”. Vinogradarstvo i Vinodelie = “Magarach”. Viti culture and Winemaking. 2017;1:19-21. (in Russian)

10. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electron. 2001;4(1):1-9.

11. Kupe M., Ercisli S., Jovanović-Cvetković T., Eyduran S.P., Ayed R.B. Molecular characterization of wild grapes from northeastern part of Turkey. Genetika. 2021;53(1):93-102. DOI 10.2298/GENSR2101093K.

12. Lukšić K., Zdunić G., Hančević K., Mihaljević M.Ž., Mucalo A., Maul E., Riaz S., Pejić I. Identification of powdery mildew resistance in wild grapevine (Vitis vinifera subsp. sylvestris Gmel Hegi) from Croatia and Bosnia and Herzegovina. Sci. Rep. 2022;12(1):2128. DOI 10.1038/s41598-022-06037-6.

13. Margaryan K., Maul E., Muradyan Z., Hovhannisyan A., Melyan G., Aroutiounian R. Evaluation of breeding potential of wild grape originating from Armenia. BIO Web Conf. 2019;15:01006. DOI 10.1051/bioconf/20191501006.

14. McGovern P.E. Ancient Wine: The Search for the Origins of Viniculture. Princeton: Princeton Univ. Press, 2004. DOI 10.2307/j.ctvfjd0bk.

15. Merdinoglu D., Butterlin G., Bevilacqua L., Chiquet V., Adam-Blondon A.F., Decroocq S. Development and characterization of a large set of microsatellite markers in grapevine (Vitis vinifera L.) suitable for multiplex PCR. Mol. Breed. 2005;15:349-366. DOI 10.1007/s11032-004-7651-0.

16. 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):2537-2539. DOI 10.1093/bioinformatics/bts460.

17. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics. 2000;155(2):945-959. DOI 10.1093/genetics/155.2.945.

18. Riaz S., Boursiquot J.M., Dangl G.S., Lacombe T., Laucou V., Tenscher A.C., Walker M.A. Identification of mildew resistance in wild and cultivated Central Asian grape germplasm. BMC Plant Biol. 2013;13(1):149. DOI 10.1186/1471-2229-13-149.

19. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol. Biol. 1985;5:69-76. DOI 10.1007/BF00020088.

20. Schwander F., Eibach R., Fechter I., Hausmann L., Zyprian E., Töpfer R. Rpv10: a new locus from the Asian Vitis gene pool for pyra miding downy mildew resistance loci in grapevine. Theor. Appl. Genet. 2012;124(1):163-176. DOI 10.1007/s00122-011-1695-4.

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

22. 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(7):1448-1458. DOI 10.1007/s00122-004-1760-3.

23. This P., Lacombe T., Thomas M.R. Historical origins and genetic diversity of wine grapes. Trends Genet. 2006;22(9):511-519. DOI 10.1016/j.tig.2006.07.008.

24. van Heerden C.J., Burger P., Vermeulen A., Prins R. Detection of downy and powdery mildew resistance QTL in a ‘Regent’ × ‘RedGlobe’ population. Euphytica. 2014;200:281-295. DOI 10.1007/s10681-014-1167-4.

25. VIVC. Vitis International Variety Catalogue. Microsatellites by profile. Last modified: 2022-08-10. Julius Kühn-Institut, 2022. Available at: https://www.vivc.de/index.php?r=eva-analysis-mikrosatelliten-vivc%2Findex

26. Zdunić G., Lukšić K., Nagy Z.A., Mucalo A., Hančević K., Radić T., Butorac L., Jahnke G.G., Kiss E., Ledesma-Krist G., Regvar M., Likar M., Piltaver A., Žulj Mihaljević M., Maletić E., Pejić I., Werling M., Maul E. Genetic structure and relationships among wild and cultivated grapevines from Central Europe and part of the Western Balkan Peninsula. Genes. 2020;11(9):962. DOI 10.3390/genes11090962.

27. Zendler D., Schneide P., Töpfe R., Zyprian E. Fine mapping of Ren3 reveals two loci mediating hypersensitive response against Erysiphe necator in grapevine. Euphytica. 2017;213(68):1029. DOI 10.1007/s10681-017-1857-9.