Изучение генетической коллекции земляники (Fragaria L.) по устойчивости к мучнистой росе

Мучнистая роса (Sphaerotheca macularis Mag. (син. Podosphaera aphanis Wallr.)) – опасное заболевание земляники (Fragaria L.). Устойчивость земляники к мучнистой росе контролируется полигенно. У различных сортов земляники садовой идентифицировано несколько генетических локусов (QTL) с большим вкладом в устойчивость к болезни. Для QTL 08 To-f разработаны диагностические ДНК-маркеры, показавшие высокий уровень надежности выявления гена в картирующих популяциях. Цель настоящего исследования – изучение генетической коллекции земляники по устойчивости к мучнистой росе и идентификация перспективных для селекции на устойчивость к S. macularis форм. Объектами исследования были дикорастущие виды рода Fragaria L., сорта и отборные сеянцы земляники садовой (F. × ananassa Duch.) селекции Федерального научного центра им. И.В. Мичурина, а также формы, интродуцированные из различных эколого-географических регионов. Для идентификации QTL 08 To-f использовали маркеры IB535110 и IB533828. Локус 08 To-f обнаружен у 23.2 % генотипов земляники, в том числе у дикорастущих видов F. moschata и F. orientalis, сортов земляники садовой отечественной (Былинная, Сударушка) и зарубежной (Florence, Korona, Malwina, Ostara, Polka, Red Gauntlet) селекции. Степень корреляции между наличием маркеров IB535110 и IB533828 и фенотипической устойчивостью (признаки поражения мучнистой росой отсутствуют) составила 0.649. Коэффициент детерминации (R² ), показывающий вклад изучаемого локуса в формирование признака, равен 0.421, т. е. в 42.1 % случаев устойчивость определяется наличием QTL 08 To- f, тогда как в 57.9 % случаев влияние оказывают факторы внешней среды. Все генотипы земляники с локусом 08 To-f характеризуются высокой полевой устойчивостью к S. macularis в условиях г. Мичуринска Тамбовской области. Таким образом, локус 08 To-f является перспективным для придания устойчивости к местным расам мучнистой росы, а маркеры IB535110 и IB533828 могут быть использованы в программах маркер-опосредованной селекции по созданию устойчивых к мучнистой росе генотипов земляники.

1. Bajpai S., Shukla P.S., Asiedu S., Pruski K., Prithiviraj B. A biostimulant preparation of brown seaweed Ascophyllum nodosum suppresses powdery mildew of strawberry. Plant Pathol. J. 2019;35(5): 406-416. DOI 10.5423/PPJ.OA.03.2019.0066

2. Carisse O., Bouchard J. Age-related susceptibility of strawberry leaves and berries to infection by Podosphaera aphanis. Crop Prot. 2010;29(9):969-978. DOI 10.1016/j.cropro.2010.03.008

3. Cockerton H.M., Vickerstaff R.J., Karlström A., Wilson F., Sobczyk M., He J.Q., Sargent D.J., Passey A.J., McLeary K.J., Pakozdi K., Harrison N., Lumbreras-Martinez M., Antanaviciute L., Simpson D.W., Harrison R.J. Identification of powdery mildew resistance QTL in strawberry (Fragaria × ananassa). Theor. Appl. Genet. 2018;131(9):1995-2007. DOI 10.1007/s00122-018-3128-0

4. Davik J., Honne B.I. Genetic variance and breeding values for resistance to a wind-borne disease [Sphaerotheca macularis (Wall. ex Fr.)] in strawberry (Fragaria × ananassa Duch.) estimated by exploring mixed and spatial models and pedigree information. Theor. Appl. Genet. 2005;111(2):256-264. DOI 10.1007/s00122-005-2019-3

5. Feng J., Cheng Y., Zheng C. Expression patterns of octoploid strawberry TGA genes reveal a potential role in response to Podosphaera aphanis infection. Plant Biotechnol. Rep. 2020;14:55-67. DOI 10.1007/s11816-019-00582-9

6. Gorgitano M.T., Pirilli M. Life cycle economic and environmental assessment for a greening agriculture. Qual. – Access Success. 2016; 17(S1):181-185

7. Govorova G.F., Govorov D.N. Strawberry: Past, Present, Future. Moscow: Rosinformagrotekh Publ., 2004 (in Russian)

8. Holod N., Semenova L. Susceptibility of strawberry varieties to powdery mildew. Plodovodstvo i Vinogradarstvo Yuga Rossii = Fruit Growing and Viticulture of South Russia. 2014;25(01):111-115 (in Russian)

9. Je H.J., Ahn J.W., Yoon H.S., Kim M.K., Ryu J.S., Hong K.P., Lee S.D., Park Y.H. Development of cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS) marker for selecting powdery mildew-resistance line in strawberry (Fragaria × ananassa Duchesne). Korean J. Hortic. Sci. Technol. 2015;33(5):722-729. DOI 10.7235/hort.2015.14133

10. Kennedy C., Hasing T.N., Peres N.A., Whitaker V.M. Evaluation of strawberry species and cultivars for powdery mildew resistance in open-field and high tunnel production systems. HortScience. 2013; 48(9):1125-1129. DOI 10.21273/HORTSCI.48.9.1125

11. Kennedy C., Osorio L.F., Peres N.A., Whitaker V.M. Additive genetic effects for resistance to foliar powdery mildew in strawberry revealed through divergent selection. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2014; 139(3):310-316. DOI 10.21273/JASHS.139.3.310

12. Koishihara H., Enoki H., Muramatsu M., Nishimura S., Susumu Y.U.I., Honjo M. Marker associated with powdery mildew resistance in plant of genus Fragaria and use thereof. U.S. Patent No. 10,724,093. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. 2020 Lifshitz C., David N., Shalit N., Slotzky S., Tanami Z., Elad Y., Dai N. Inheritance of powdery mildew resistance in strawberry lines from the Israeli germplasm collection. In: Proceedings of the NASS/ NASGA conference (February 9-12, 2007, Ventura, California). Los Angeles, 2007;74-76

13. Liu J., Duan K., Zhang Q., Ye Z., Gao Q. Genetic mapping and preliminary analysis of SSR marker for powdery mildew resistance in strawberry. Acta Agriculturae Jiangxi. 2012;24(11):49-52

14. 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. DOI 10.18699/VJ18.423 (in Russian)

15. Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V. Analysis of polymorphism of strawberry genotypes (Fragaria L.) according to the strawberry red root spot resistance gene Rpf1 for identification of strawberry forms promising for breeding and horticulture. Vestsі Natsyyanal’nay Akademіі Navuk Belarusі. Seryya Agrarnykh Navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series. 2020; 58(3):311-320. DOI 10.29235/1817-7204-2020-58-3-311-320 (in Russian)

16. Lyzhin A.S., Luk’yanchuk I.V., Zhbanova E.V. Polymorphism of the Rca2 anthracnose resistance gene in strawberry cultivars (Fragaria × ananassa). Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Sel ek tsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2019; 180(1):73-77. DOI 10.30901/2227-8834-2019-1-73-77 (in Russian)

17. Nelson M.D., Gubler W.D., Shaw D.V. Inheritance of powdery mildew resistance in greenhouse-grown versus field-grown California strawberry progenies. Phytopathology. 1995;85(4):421-424

18. Palmer M.G., Holmes G.J. Fungicide sensitivity in strawberry powdery mildew caused by Podosphaera aphanis in California. Plant Dis. 2021;105(9):2601-2605. DOI 10.1094/PDIS-12-20-2604-RE

19. Sargent D.J., Buti M., Šurbanovski N., Brurberg M.B., Alsheikh M., Kent M.P., Davik J. Identification of QTLs for powdery mildew (Podosphaera aphanis; syn. Sphaerotheca macularis f. sp. fra - ga riae) susceptibility in cultivated strawberry (Fragaria × ananassa). PloS One. 2019;14(9):e0222829. DOI 10.1371/journal.pone.0222829

20. Sombardier A., Dufour M.-C., Blancard D., Corio-Costet M.-F. Sensitivity of Podosphaera aphanis isolates to DMI fungicides: distribution and reduced cross-sensitivity. Pest Manag. Sci. 2010;66:35-43. DOI 10.1002/ps.1827 Stolnikova N.P., Kolesnikova A.V. Variety resistance of strawberry to powdery mildew in conditions of the south of Western Siberia. Sadovodstvo i Vinogradarstvo = Horticulture and Viticulture. 2017;5: 49-51. DOI 10.18454/VSTISP.2017.5.7593 (in Russian)

21. Sylla J., Alsanius B.W., Krüger E., Becker D., Wohanka W. In vitro compatibility of microbial agents for simultaneous application to control strawberry powdery mildew (Podosphaera aphanis). Crop Prot. 2013;51:40-47. DOI 10.1016/j.cropro.2013.04.011

22. Tapia R.R., Barbey C.R., Chandra S., Folta K.M., Whitaker V.M., Lee S. Evolution of the MLO gene families in octoploid strawberry (Fragaria × ananassa) and progenitor diploid species identified potential genes for strawberry powdery mildew resistance. Hortic. Res. 2021;8(1):153. DOI 10.1038/s41438-021-00587-y

23. Whitaker V.M., Osorio L.F., Hasing T., Gezan S. Estimation of genetic parameters for 12 fruit and vegetative traits in the University of Florida strawberry breeding population. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2012;137(5):316-324. DOI 10.21273/JASHS.137.5.316

24. Zhuchenko A.A. Biologization and ecologization of intensification processes in agriculture. Vestnik OrelGAU = Bulletin of Orel State Agrarian University. 2009;3:8-12 (in Russian)

25. Zubov A.A. Genetic Features and Breeding of Strawberry. Michur insk, 1990 (in Russian)

26. Zubov A.A. Theoretical Foundations of Strawberry Breeding. Michurinsk: Michurin All-Russia Institute for the Genetics and Breeding of Fruit Plants, 2004 (in Russian)