Исследование устойчивости клоновых подвоев яблони из коллекции Мичуринского государственного аграрного университета к мучнистой росе

Клоновые подвои яблони являются основой современного интенсивного садоводства, они обеспечивают быстрое наращивание урожая и высокую технологичность возделывания плодовых деревьев. При производстве клоновых подвоев в условиях обильного увлажнения субстрата активно развивается возбудитель мучнистой росы – патогенный гриб Podosphaera leucotricha Salm., значительно снижающий продуктивность маточника. Использование устойчивых к мучнистой росе подвойных форм – наиболее целесообразный способ борьбы с этим заболеванием, позволяющий существенно сократить применение химических средств защиты растений. Для ускоренного поиска устойчивых форм разработаны молекулярные маркеры, ассоциированные с генами устойчивости. Однако для изучения клоновых подвоев эти маркеры ранее не применялись. Целью работы было изучение полевой устойчивости к мучнистой росе и выявление форм с генами устойчивости Pl- 1, Pl-2, Pl-w и Pl-d в крупнейшей отечественной коллекции клоновых подвоев яблони Мичуринского государственного аграрного университета. Результаты трехлетней полевой оценки устойчивости 80 отобранных для анализа подвойных форм позволили выделить пять основных групп образцов: от неустойчивых до высокоустойчивых. Наиболее многочисленной была группа устойчивых форм, включающая 57 образцов. Поиск генов устойчивости проводили с помощью маркеров AT20 SCAR (ген Pl-1), OPU02 SCAR (ген Pl-2), EM DM01 (ген Pl-d ) и EM М02 (ген Pl- w). Наибольшее распространение в изученной коллекции имеют гены Pl-d и Pl-1, обнаруженные у 33 (41.25 %) и 31 (38.75 %) образца соответственно. Ген Pl-w был выявлен только у двух форм, а при идентификации гена Pl-2 с маркером OPU02 SCAR не найдено фрагмента ожидаемого размера. При этом 30 образцов с различным уровнем полевой устойчивости имеют два гена, Pl-1 и Pl-d, а высокоустойчивые образцы G16 и 14-1 – комбинацию генов Pl-d и Pl-w. Эти образцы могут быть использованы в качестве доноров для создания новых клоновых подвоев яблони, несущих комплекс генов устойчивости к мучнистой росе.

1. Amirchakhmaghi N., Yousefzadeh H., Hosseinpour B., Espahbodi K., Aldaghi M., Cornille A. First insight into genetic diversity and population structure of the Caucasian wild apple (Malus orientalis Uglitzk.) in the Hyrcanian forest (Iran) and its resistance to apple scab and powdery mildew. Genet. Resour. Crop Evol. 2018;65(4):12551268. DOI: 10.1007/s10722-018-0611-z.

2. Budagovskiy V.I. Culture of Dwarfing Fruit Trees. Moscow, 1976. (in Russian)

3. Chagné D., Vanderzande S., Kirk C., Profitt N., Weskett R., Gardiner S.E., Peace C.P., Volz R.K., Bassil N.V. Validation of SNP markers for fruit quality and disease resistance loci in apple (Malus × domestica Borkh.) using the OpenArray® platform. Horti. Res. 2019;6:30. DOI: 10.1038/s41438­018­0114­2.

4. Dayton D.F. Genetic immunity to apple mildew incited by Podo sphae ra leucotricha. Hortic. Sci. 1977;12(3):225­226. DOI: 10.21273/HORTSCI.12.3.225.

5. Dunemann F., Urbanietz A., Gardiner S., Bassett S., Bassett H., Legg W., Rusholme R., Bus V., Ranatunga C. Marker assisted selection for Pl-1 powdery mildew resistance in apple – old markers for a new resistance gene. Acta Hortic. 2004;2:757­761. DOI: 10.17660/ActaHortic.2004.663.137.

6. Dunemann F., Peil A., Urbanietz A., Garcia‐Libreros T. Mapping of the apple powdery mildew resistance gene Pl1 and its genetic association with an NBS‐LRR candidate resistance gene. Plant Breed. 2007;126(5):476­481. DOI: 10.1111/j.1439­0523.2007.01415.x.

7. Evans K., James C. Identification of SCAR markers linked to Pl-w mildew resistance in apple. Theor. Appl. Genet. 2003;106(7):11781183. DOI: 10.1007/s00122­002­1147­2.

8. Gallott J.C., Lamb R.C., Aldwinckle H.S. Resistance to powdery mildew from some small­fruited Malus cultivars. Hortic. Sci. 1985; 20(6):1085­1087. DOI: 10.21273/HORTSCI.20.6.1085.

9. Gardiner S., Murdoch J., Meech S., Rusholme R., Bassett H., Cook M., Bus V., Rikkerink E., Gleave A., Crowhurst R., Ross G., Warrington I. Candidate resistance genes from an EST database prove a rich source of markers for major genes conferring resistance to important apple pests and diseases. Acta Hortic. 2003;622:141­151. DOI: 10.17660/ActaHortic.2003.622.12.

10. Holb I.J., Abonyi F., Buurma J., Heijne B. On­farm and on­station evaluations of three orchard management approaches against apple scab and apple powdery mildew. Crop Prot. 2017;97:109­118. DOI: 10.1016/j.cropro.2016.11.023.

11. Höfer M., Flachowsky H., Schröpfer S., Peil A. Evaluation of scab and mildew resistance in the Gene Bank collection of apples in DresdenPillnitz. Plants. 2021;10(6):1227. DOI: 10.3390/plants10061227.

12. James C.M., Clarke J.B., Evans K.M. Identification of molecular markers linked to the mildew resistance gene Pl-d in apple. Theor. Appl. Genet. 2004;110(1):175­181. DOI: 10.1007/s00122­004­1836­0.

13. Jänsch M., Broggini G.A., Weger J., Bus V.G., Gardiner S.E., Bassett H., Patocchi A. Identification of SNPs linked to eight apple disease resistance loci. Mol. Breed. 2015;35:45. DOI: 10.1007/s11032015­0242­4.

14. Kellerhals M., Patocchi A., Duffy B., Frey J. Modern approaches for breeding high quality apples with durable resistance to scab, powdery mildew and fire blight. In: Ecofruit­13th International Conference on Cultivation Technique and Phytopathological Problems in Organic Fruit­Growing: Proceedings to the Conference from 18th February to 20th February 2008 at Weinsberg/Germany. Weinsberg, 2008;226­231.

15. Knight R.L., Alston F.H. Sources of field immunity to mildew (Podosphaera leucotricha) in apple. Can. J. Genet. Cytol. 1968;10(2): 294­298. DOI: 10.1139/g68­041.

16. Kоzlovskaya Z.A., Kondratsenоk Ju.G., Gashenkо T.A., Yarmolich S.A. Identification of new complex sources of resistance to apple diseases using molecular methods in Belarus. Sadovodstvo i Vino gradarstvo = Horticulture and Viticulture. 2018;5:23­29. DOI: 10.31676/0235­2591­2018­5­23­29. (in Russian)

17. Lesemann S., Dunemann F. Recent findings on the biodiversity of the apple powdery mildew pathogen. Gesunde Pflanzen. 2006;58:117123. DOI: 10.1007/s10343­005­0108­5.

18. Lyzhin A.S., Saveleva N.N. Marker­mediated screening of powdery mildew resistant (Pl-1 gene) apple genotypes. Vestnik Mariy skogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Selskohozyayst ven nyie Nauki. Ekonomicheskie Nauki = Vestnik of Mari State Uni ver sity. Chapter: Agriculture. Economics. 2020;6(2):180­186. DOI: 10.30914/24119687­2020­6­2­180­186. (in Russian)

19. Lyzhin A.S., Saveleva N.N. Polymorphism of wild species of Malus Mill. according to powdery mildew resistance genes. Izvestiya Natsionalnoy Akademii Nauk Belarusi. Seriya Agrarnykh Nauk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agra rian Series. 2021;59(1):62­70. DOI: 10.29235/1817­7204­2021­59­1­6270. (in Russian)

20. Markussen T., Krüger J., Schmidt H., Dunemann F. Identification of PCR‐based markers linked to the powdery‐mildew‐resistance gene Pl1 from Malus robusta in cultivated apple. Plant Breed. 1995; 114(6):530­534. DOI: 10.1111/j.1439­0523.1995.tb00850.x.

21. Patzak J., Paprštein F., Henychová A. Identification of apple scab and powdery mildew resistance genes in Czech apple (Malus × domestica) genetic resources by PCR molecular markers. Czech J. Genet. Plant Breed. 2011;47(4):156­165. DOI: 10.17221/140/2011­CJGPB.

22. Pereira­Lorenzo S., Fischer M., Ramos­Cabrer A.M., Castro I. Apple (Malus spp.) breeding: present and future. In: Al­Khayri J., Jain S., Johnson D. (Eds.). Advances in Plant Breeding Strategies: Fruits. Vol. 3. Cham: Springer, 2018;3­29. DOI: 10.1007/978­3­319­ 91944­7_1.

23. Sedov E.N., Ogoltsova T.P. Program and Methodology of Variety Studies for Fruit, Berry, and Nut Crops. Orel: All­Russia Research Institute for Agricultural Biotechnology, 1999. (in Russian)

24. Simon C.J., Weeden N.F. Elucidation of crab apple lineage by direct examination of rDNA sequences. Malus. 1991;5:4­6.

25. Solomatin N.M. The gene pool of vegetatively propagated forms of apple trees to improve the assortment of rootstocks, stock and ornamental cultivars in the Central Chernozem Region: Dr. (Agric.) Dissertation. Moscow, 2018. (in Russian)

26. Suprun I.I., Tokmakov S.V., Risovannaya V.I., Volodin V.A., Sherbatko V.D. Identification of apple tree Pl1 and Pl2 genes for resistance to mildew and Vf and Vm genes for resistance to scab in apple tree varieties from the collection of genetic resources of Crimea. Nauchnye Trudy SKZNIISiV = Proceedings of the North Caucasian Research Institute for Horticulture and Viticulture. 2015;7:15­19. (in Russian)

27. Urbanovich O., Kozlovskaya Z., Kartel N. Occurrence of mildew resistance genes in the collection of apple cultivars and species grown in Belarus. Molekulyarnaya i Prikladnaya Genetika = Molecular and Applied Genetics. 2010;11:20­25. (in Russian)

28. Visser T., Verhaegh J.J. Review of tree fruit breeding carried out at the Institute for Horticultural Plant Breeding at Wageningen from 1951–1976. In: Proceedings of the Eucarpia Meeting of Tree Fruit Breeding. Wageningen, 1976;113­132.

29. Yakuba G.V. Protection of apple tree from the powdery mildew under conditions of weather stresses. Zashchita i Karantin Raste niy = Plant Protection and Quarantine. 2018;7:44­46. (in Russian)