Морфологический и молекулярный анализ сортов роз из садовых групп грандифлора и розы Кордеса

Поиск зимостойких, устойчивых к грибным болезням сортов, характеризующихся высокой декоративностью, ремонтантным и продолжительным цветением, является важнейшей задачей при работе с коллекционным генофондом садовых роз. В настоящее время межсортовая гибридизация роз в пределах одной садовой группы во многом исчерпала себя. Требуется поиск высокодекоративных форм или сортов, выделяющихся по резистентности, морфологическим и ритмологическим признакам для использования в селекции в качестве родительских форм. В работе выполнен сравнительный анализ сортов из двух садовых групп – грандифлора (Гурзуф, Лезгинка, Коралловый сюрприз, Queen Elizabeth, Комсомольский огонёк, Love) и кордезии (Летние звёзды, Dortmund, Гуцулочка). Эти сорта хорошо показали себя в течение многих лет испытаний в суровых климатических условиях. Целью исследования было определение степени родства внутри групп и установление возможной принадлежности фенотипически различающихся сортов к одной из групп. Анализ проводили по морфологическим, фенологическим признакам, а также с помощью ISSR-маркеров. По результатам фенологических наблюдений в группе грандифлора выделился сорт Комсомольский огонёк: более позднее вступление в фазы бутонизации и цветения. Данные полиморфизма, полученные на основании ISSR-маркирования, показали, что он удален от других сортов, образуя на дендрограмме отдельный кластер. Сравнение сортов роз по морфологическим признакам (диаметр цветка, количество лепестков, длина цветоноса, высота куста) также свидетельствует о достоверных отличиях (p < 0.05) сорта Комсомольский огонёк от остальных сортов группы грандифлора. Дендрограмма, построенная на основании молекулярного анализа, показала отсутствие близкого родства сорта Комсомольский огонёк и группы кордезии, которые формировали отдельный кластер. При попарном сравнении морфологических показателей сорта Комсомольский огонёк и группы кордезии обнаружено достоверное различие (p < 0.05) по трем из четырех изученных признаков, за исключением диаметра цветка (при сравнении с сортами Dortmund и Летние звёзды) и длине цветоноса (при сравнении с Гуцулочкой). Несмотря на то что Комсомольский огонёк по феноритмике схож с сортом Dortmund из группы кордезии, молекулярный анализ не позволяет отнести его к данной группе роз. Такие сорта, фенотипически отличающиеся от общей массы и обладающие рядом ценных признаков, являются ценнейшим селекционным материалом.

1. Adritskaya N.A., Kapelyan A.I. Comparative assessment of winter hardiness and decorative properties of various varieties of roses in the rose garden of the Botanical Garden of Peter the Great. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta = Proceedings of the Saint Petersburg State Agrarian University. 2022;2(67):48-58. DOI 10.24412/2078-1318-2022-2-48-58 (in Russian)

2. Amom T., Nongdam P. The use of molecular marker methods in plants: a review. Int. J. Cur. Res. Rev. 2017;9(17):1-7. DOI 10.7324/IJCRR.2017.9171

3. Annotated Catalog of Ornamental Plants from the Collection of the Nikita Botanical Garden. Vol. I. Collections of garden roses, clematis, and lilacs. Simferopol: ARIAL Publ., 2018 (in Russian)

4. Bardakova S.A. Influence of adverse climatic conditions on the growth and development of garden roses in the Stavropol Botanical Garden. Vestnik APK Stavropolya = Agricultural Bulletin of the Stavropol Region. 2017;1(25):120-122 (in Russian)

5. Beideman I.N. Methodology for Studying the Phenology of Plants and Plant Communities. Novosibirsk: Nauka Publ., 1974 (in Russian)

6. Bendahmane M., Dubois A., Raymond O., Bris M.L. Genetics and genomics of flower initiation and development in roses. J. Exp. Bot. 2013;64(4):847-857. DOI 10.1093/jxb/ers387

7. Bylov V.N., Shtanko I.I., Yudintseva E.V., Mikhailov N.L. Roses. Summary of introduction. Moscow: Nauka Publ., 1972 (in Russian)

8. Cairns T. (Ed.) Modern Roses XI: The world encyclopedia of roses. New York: Acad. Press, 2007

9. Cui W.H., Zhong M.C., Du X.Y., Qu X.J., Jiang X.D., Sun Y.B., Wang D., Chen S.Y., Hu J.Y. The complete chloroplast genome sequence of a rambler rose, Rosa wichuraiana (Rosaceae). Mitochondrial DNA Part B. 2020;5(1):252-253. DOI 10.1080/23802359.2019.1700198

10. Dedu I.I. Ecological Encyclopedic Dictionary. Kishinev, 1989 (in Russian)

11. Dorogina O.V., Zhmud E.V. Molecular-genetic methods in plant ecology. Contemporary Problems of Ecology. 2020;13(4):333-345. DOI 10.1134/S1995425520040058

12. Doyle J.J., Doyle J.L. Genomic plant DNA preparation from fresh tissue-CTAB method. Phytochem. Bul. 1987;19(1):11-15

13. Duta-Cornescu G., Pavlusenco C.-E., Pojoga D.M., Negulici M.E., Constantin N., Simon-Gruita A. Genetic analysis of some roses cultivars appropriate for S-E Romania climate using PCR-ISSR technology. AgroLife Sci. J. 2017;6(1):69-74

14. El-Assal S.E.D., El-Awady M.A., El-Tarras A., Shehab G. Assessing the genetic relationship of Taif rose with some rose genotypes (Rosa sp.) based on random amplified polymorphic DNA, inter simple sequence repeat and simple sequence repeat markers. Am. J. Biochem. Biotechnol. 2014;10(1):88-98. DOI 10.3844/ajbbsp.2014.88.98

15. Fomina T.I. Biological Characteristics of Ornamental Plants of Natural Flora in Western Siberia. Novosibirsk: Acad. Publ. House “Geo”, 2012 (in Russian)

16. Giovannini A., Laura M., Nesi B., Savona M., Cardi T. Genes and genome editing tools for breeding desirable phenotypes in ornamentals. Plant Cell Rep. 2021;40(3):461-478. DOI 10.1007/s00299-020-02632-x

17. Gorodnyaya E.V. A promising assortment of roses for use in landscaping and breeding in the foothill zone of Crimea. Uchenye Zapiski Tavricheskogo Natsyonalnogo Universiteta imeni Vernadskogo. Seriya Biologiya, Khimiya = Proceedings of the Vernadsky Taurida National University. Series: Biology, Chemistry. 2014;27(5):29-37 (in Russian)

18. Haynes W. Student’s t-test. In: Dubitzky W., Wolkenhauer O., Cho K.H., Yokota H. (Eds.) Encyclopedia of Systems Biology. New York: Springer, 2013;2023-2025. DOI 10.1007/978-1-4419-9863-7_1184

19. Kapelyan A.I. Grafted and own-rooted roses in the Saint Petersburg Botanical Garden. Collection of Scientific Works of the Nikita State Botanical Garden. 2017;145:271-274 (in Russian)

20. Klimenko Z.K. The results of long-term work (1824–2010) on the breeding of garden roses in the Nikita Botanical Garden. Byulleten Gosudarstvennogo Nikitskogo Botanicheskogo Sada = Bulletin of the Nikita State Botanical Garden. 2010;100:49-55 (in Russian)

21. Klimenko Z.K., Rubtsova E.L. Roses. Kyiv: Naukova dumka Publ., 1986 (in Russian)

22. Klimenko Z.K., Vasilyeva O.Yu., Zorina E.V., Dzyuba O.V. Ecological and geographical testing of garden roses in three climatic zones. Samarskiy Nauchnyi Vestnik = Samara Journal of Science. 2019;8(1):36-42. DOI 10.24411/2309-4370-2019-11105 (in Russian)

23. Li S., Zhong M., Dong X., Jiang X., Xu Y., Sun Y., Cheng F., Li D.Z., Tang K., Wang S., Dai S., Hu J.Y. Comparative transcriptomics identifies patterns of selection in roses. Plant Biol. 2018;18(1):371. DOI 10.1186/s12870-018-1585-x

24. Methodology of State Variety Testing of Agricultural Crops. Iss. 6. Ornamental crops. Moscow: Kolos Publ., 1968 (in Russian)

25. Nei M., Li W.-H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979;76(10):5269-5273. DOI 10.1073/pnas.76.10.5269

26. Pashina M.V. Rhythms of growth and development of garden roses in the Irtysh forest-steppe. Vestnik IrGSHA. 2011;6(44):110-116 (in Russian)

27. Plugatar Yu.V., Klimenko Z.K., Plugatar S.A., Zykova V.K., Kravchenko I.N. Rambling roses in the landscape of the southern coast of the Crimea: historical traditions of their use. Acta Hortic. 2018;1201: 49-55. DOI 10.17660/ActaHortic.2018.1201.88

28. Plugatar Yu.V., Klimenko Z.K., Zykova V.K., Plugatar S.A. Methods and results of roses breeding from different garden groups in the south of Russia. Acta Hortic. 2019;1255:31-34. DOI 10.17660/ActaHortic.2019.1255.6

29. Raymond O., Gouzy J., Just J., Badouin H., Verdenaud M., Lemainque A., Vergne P., Moja S., Choisne N., Pont C., … Liu C., Le Bris M., Salse J., Baudino S., Benhamed M., Wincker P., Bendahmane M. The Rosa genome provides new insights into the domestication of modern roses. Nat. Genet. 2018;50(6):772-777. DOI 10.1038/s41588-018-0110-3

30. Shi S., Zhang Z. Genetic and biochemical aspects of floral scents in roses. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(14):8014. DOI 10.3390/ijms23148014

31. Suprun N.A. Comprehensive assessment of the collection of rose varieties of the VSSPU Botanical Garden. In: Proceedings on the Introduction and Acclimatization of Plants. Izhevsk, 2021;525-529 (in Russian)

32. Tyshchenko E.L. Promising garden groups of roses for use in landscaping in southern Russia. In: Scientific Works of the North Caucasian Zonal Research Institute for Horticulture and Viticulture. 2015;7: 67-72 (in Russian)

33. Van de Peer Y., Wachter R.D. TREECON for Windows: a software package for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment. Comput. Appl. Biosci. 1994; 10(5):569-570

34. Vasilyeva O.Yu. Introduction of Roses in Western Siberia. Novosibirsk: Nauka Publ., 1999 (in Russian)

35. Vasilyeva O.Yu., Dorogina O.V., Yudanova S.S., Plugatar S.A., Klimenko Z.K. Identifying the rose varieties and natural forms using ISSR-markers. BIO Web Conf. 2020;24:00091. DOI 10.1051/bioconf/20202400091

36. Yan H., Zhang H., Chen M., Jian H., Baudino S., Caissard J.C., Bendahmane M., Li S., Zhang T., Zhou N., Qiu X., Wang Q., Tang K. Transcriptome and gene expression analysis during flower blooming in Rosa chinensis ʻPallidaʼ. Gene. 2014;540(1):96-103. DOI 10.1016/j.gene.2014.02.008