Отбор перспективных генотипов яблони на колонновидность и устойчивость к парше с помощью диагностических ДНК-маркеров

Моногенная устойчивость к парше и колонновидный габитус кроны являются важными селекционными признаками яблони. Использование молекулярных маркеров позволяет с высокой надежностью на ранних этапах онтогенеза определить присутствие необходимых генов в геноме и сократить время селекционного процесса. Целью настоящего исследования являлось молекулярно-генетическое тестирование исходных форм и гибридных сеянцев яблони для идентификации носителей целевых аллелей генов моногенной устойчивости к парше (Rvi6) и колонновидного габитуса кроны (Co), а также уточнение характера наследования генов Со и Rvi6 в гибрид- ном потомстве. Представлены результаты молекулярно-генетического анализа сортов Валюта, Успенское, Белорусское сладкое и сеянцев гибридных семей Валюта×Успенское, Валюта×Белорусское сладкое по генам колонновидного габитуса кроны (Co) и устойчивости к парше (Rvi6). Присутствие доминантного аллеля гена Co диагностировали с помощью праймеров 29f1 и JWI1r, фланкирующих с 5’-конца инсерцию в окологенной области локуса Co колонновидных генотипов, аллельное состояние гена Rvi6 определяли с помощью диагностического ДНК-маркера AL07-SCAR, картированного на расстоянии около 0,2 сМ от гена. Определено соотношение частот наследования аллельных состояний указанных генов. В комбинации скрещивания Валюта×Успенское количество колонновидных генотипов составило 48,1 %, обладающих иммунитетом к парше – 77,8 %; в комбинации скрещивания Валюта×Белорусское сладкое – 46,8 и 68,0 % соответственно, что согласуется с теоретически ожидаемым расщеплением по признаку колонновидности 1:1, по устойчивости к парше – 3:1. Проанализировано совместное наследование признаков колонновидного габитуса кроны и моногенной устойчивости к парше. Идентифицированы гибридные сеянцы, совмещающие в геноме доминантный аллель гена Co с геном Rvi6 в доминантном гомозиготном состоянии (Rvi6Rvi6), что позволит значительно интенсифицировать селекционный процесс, обеспечивая получение 100 % сеянцев с моногенной устойчивостью к парше и до 50 % – с колонновидным габитусом кроны.

яблоня, маркер-опосредованная селекция, молекулярные маркеры, колонновидность, устойчивость к парше

1. Afunian M.R., Goodwin P.H., Hunter D.M. Linkage Vfa4 in Malus domestica and Malus floribunda with Vf resistance to the apple scab pathogen Venturia inaequalis. Plant Pathol. 2004;53:461-467. DOI 10.1111/j.1365-3059.2004.01047.x

2. Bai T., Zhu Y., Fernandez-Fernandez F., Keulemans J., Brown S., Xu K. Fine genetic mapping of the Co locus controlling columnar growth habit in apple. Mol. Genet. Genomics. 2012;287:437-450. DOI 10.1007/s00438-012-0689-5

3. Baldi P., Wolters P.J., Komjanc M., Viola R., Velasco R., Salvi S. Genetic and physical characterisation of the locus controlling columnar habit in apple (Malus × domestica Borkh.). Mol. Breeding. 2013;31:429-440. DOI 10.1007/s11032-012-9800-1

4. Baumgartner I.O., Patocchi A., Frey J.E., Peil A., Kellerhals M. Breeding elite lines of apple carrying pyramided homozygous resistance genes against apple scab and resistance against powdery mildew and fire blight. Plant Mol. Biol. 2015;33:1573-1583. DOI 10.1007/s11105-015-0858-x

5. Boudichevskaia A., Flachowsky H., Peil A., Fischer C., Dunemann F. Development of multiallelic SCAR marker for the scab resistance gene Vr1/Vh4/Vx from R12740-7A apple and its utility for molecular breeding. Tree Genet. Genomes. 2006;2(4):186-195. DOI 10.1007/s11295-006-0043-3

6. Bus V.G.M., Rikkerink E.H.A., Caffier V., Durel C.-E., Plummer K.M. Revision of the nomenclature of the differential host-pathogen interactions of Venturia inaequalis and Malus. Annu. Rev. Phytopathol. 2011;49:391-413.

7. Kichina V.V. Kolonnovidnye yabloni [Columnar Apple Genotypes]. Moscow, 2002.

8. Morimoto T., Banno K. Genetic and physical mapping of Co, a gene controlling the columnar trait of apple. Tree Genet. Genomes. 2015; 11:807. DOI 10.1007/s11295-014-0807-0

9. Moriya S., Iwanami H., Kotoda N., Takahashi S., Yamamoto T., Abe K. Development of a marker-assisted selection system for columnar growth habit in apple breeding. J. Japan. Soc. Hort. Sci. 2009;78(3):279-287.

10. Moriya S., Okada K., Haji T., Yamamoto T., Abe K. Fine mapping of Co, a gene controlling columnar growth habit located on apple (Malus × domestica Borkh.) linkage group 10. Plant Breeding. 2012;131(5):641-647. DOI 10.1111/j.1439-0523.2012.01985.x

11. Patrascu B., Pamfil D., Sestras R., Botez C., Gaboreanu I., Barbos A., Qin C., Raluca R., Bondrea I., Dirle E. Marker assisted selection for response attack of Venturia inaequalis in different apple genotypes. Not. Bot. Hort. Agrobot. Cluj. 2006;XXXIV:121-132.

12. Pikunova A.V., Sedov E.N., Serova Z.M. Rezultaty genotipirovaniya 19 sortoobraztsov yabloni selektsii VNIISPK po mikrosatellitnym lokusam [The results of microsatellite genotyping of 19 apple varieties bred at the All-Russia Research Institute for Fruit Crop Breeding]. Selektsiya, genetika i sortovaya agrotekhnika plodovykh kultur [Breeding, genetics, and variety-specific agrotechnology of fruit crops]. Orel, All-Russia Research Institute for Fruit Crop Breeding, 2013.

13. Savel’ev N.I. Geneticheskie osobennosti selektsii yabloni [Genetic Features of Apple Breeding]. Michurinsk, 1998.

14. Savel’ev N.I., Lyzhin A.S., Kudryavtsev A.M., Boris K.V., Shamshin I.N. Use of molecular markers for identification of columnar apple genotypes. Doklady Rossiyskoy akademii selskokhozyaystvennykh nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2015;4:8-9.

15. Savel’eva N.N. Geneticheskie osobennosti i metodicheskie podkhody v selektsii immunnykh k parshe i kolonnovidnykh sortov yabloni [Genetic Features and Methods in Breeding of Scab-Immune and Columnar Apple Varieties.]. Michurinsk, The RF Research Center, 2014.

16. Shupert D., Smith A.P., Janick J., Goldsbrough P.B., Hirst P.M. Segregation of scab resistance in three apple populations: molecular marker and phenotypic analyses. HortScience. 2004;39(6):1183-1184.

17. Tartarini S., Gianfranceschi L., Sansavini S., Gessler C. Development of reliable PCR markers for the selection of the Vf gene conferring scab resistance in apple. Plant Breeding. 1999;118:183-186.

18. Tian Y.-K., Wang C.-H., Zhang J.-S., James C., Dai H.-Y. Mapping Co, a gene controlling the columnar phenotype of apple, with molecular markers. Euphytica. 2005;145:181-188. DOI 10.1007/s10681-005-1163-9

19. Urbanovich O.Y., Kazlovskaya Z.A. Identification of scab resistance genes in apple trees by molecular markers. Sodininkyste ir Darzininkyste. 2008;27(2):347-357.

20. Urbanovich O.Yu., Kazlouskaya Z.A., Zablotskaya Е.A., Vaseha V.V., Kartel N.A. Application of molecular marker at developing apple hybrid seedling with a complex of economically valuable genes. Izvestiya Natsionalnoy akademii nauk Belarusi. Seriya biologicheskikh nauk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series. 2010;2:25-31.

21. Vinatzer B.A., Patocchi A., Gianfranceschi L., Tartarini S., Zhang H.- B., Gessler C., Sansavini S. Apple contains receptor-like genes homologous to the Cladosporium fulvum resistance gene family of tomato with a cluster of genes cosegregating with Vf apple scab resistance. Mol. Plant Microbe In. 2001;14(4):505-515.

22. Xu M.L., Korban S.S. Saturation mapping of the apple scab resistance gene Vf using AFLP markers. Theor. Appl. Genet. 2000;101:844-851.

23. Wolters P.J., Schouten H.J., Velasco R., Si-Ammour A., Baldi P. Evidence for regulation of columnar habit in apple by a putative 2OG-Fe(II) oxygenase. New Phytol. 2013;200:993-999. DOI 10.1111/nph.12580