Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Применение ДНК-маркеров в современных селекционно-генетических исследованиях винограда

https://doi.org/10.18699/VJ16.163

Полный текст:

Аннотация

В последнее время все более важную роль приобретают ДНК-технологии, которые эффективно могут быть использованы для оптимизации селекции. Виноград Vitis vinifera L. – одно из древнейших и ценнейших культурных растений. В статье приведен обзор основных мировых достижений в области генетики и селекции винограда с периода секвенирования генома виноградного растения. Процесс создания новых форм винограда, как и всех культурных растений, базируется на использовании существующего генетического разнообразия. По этой причине проблема детального изучения генофонда рода Vitis: дикорастущих популяций и сортов, созданных человеком на протяжении длительной истории возделывания данной культуры, – с каждым годом становится все актуальней. Геном винограда – четвертый из секвенированных ядерных геномов высших растений. Работами различных исследовательских коллективов был определен и картирован ряд генов и локусов количественных признаков виноградного растения, а также наборы ДНК-маркеров генов хозяйственно ценных признаков. Основные успехи достигнуты в изучении генов, определяющих устойчивость к наиболее вредоносным грибным патогенам Plasmopara vitikola, Erysiphe necator. Достижения в области генетического картирования и использование ДНК-маркеров в процессе традиционной селекции позволили уточнить генетический механизм бессемянности – важного признака в селекции столовых сортов винограда. Изучению генетического контроля содержания веществ, определяющих органолептические свойства вин, также был посвящен ряд работ. Все чаще находит применение маркер-ориентированная селекция (marker assisted selection, MAS). Маркеры, связанные с генами резистентности к болезням, в настоящее время используются для выбраковывания восприимчивых сеянцев на начальном этапе крупномасштабных селекционных программ, проводимых в Германии, Италии и США. Таким образом, успехи в молекулярной биологии винограда создают благоприятную среду для активного использования ДНК-маркерных технологий на этой культуре.

Об авторах

Е. Т. Ильницкая
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства»
Россия
Краснодар


М. В. Макаркина
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства»
Россия
Краснодар


Список литературы

1. Конарев В.Г. Белки растений как генетические маркеры. М.: Колос, 1983.

2. Хлесткина Е.К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013;17(4/2):1044-1054.

3. Adam-Blondon A.F., Lahogue-Esnault F., Bouquet A., Boursiquot J.M., This P. Usefulness of two SCAR markers for marker-assisted selection of seedless grapevine cultivars. Vitis. 2001;40(3):147-156.

4. Akkurt M., Cakir A., Shidfar M., Mutaf F., Söylemezoğlu G. Using seedlessness-related molecular markers in grapevine breeding for seedlessness via marker-assisted selection into Muscat of Hamburg × Sultani progeny. Turk. J. Biol. 2013;37:101-105. DOI 10.3906/biy-1206-31.

5. Akkurt M., Welter L., Maul E., Töpfer R., Zyprian E. Development of SCAR markers linked to powdery mildew (Uncinula necator) resistance in grapevine (Vitis vinifera L. and Vitis sp.). Mol. Breeding. 2007;19(2):103-111. DOI 10.1007/s11032-006-9047-9.

6. Alleweldt G., Possingham J.V. Progress in grapevine breeding. Theor. Appl. Genet. 1988;75:669-673. DOI 10.1007/BF00265585.

7. Arrigo N., Arnold C. Naturalised Vitis rootstocks in Europe and consequences to native wild grapevine. PLoS ONE. 2007;2(6):e521. DOI 10.1371/journal.pone.0000521.

8. Arroyo-García R., Martínez-Zapater J.M. Development and characterization of new microsatellite markers for grape. Vitis. 2004; 43(4):175.

9. Barker C.L., Donald T., Pauquet J., Ratnaparkhe M.B., Bouquet A., Adam-Blondon A.F., Dry I. Genetic and physical mapping of the grapevine powdery mildew resistance gene, Run1, using a bacterial artificial chromosome library. Theor. Appl. Genet. 2005;111(2): 370-377. DOI 10.1007/s00122-005-2030-8.

10. Battilana J., Costantini L., Emanuelli F., Sevini F., Segala C., Moser S., Grando M.S. The 1-deoxy-d-xylulose 5-phosphate synthase gene co-localizes with a major QTL affecting monoterpene content in grapevine. Theor. Appl. Genet. 2009;118(4):653-669. DOI 10.1007/s00122-008-0927-8.

11. Battilana J., Lorenzi S., Moreira F.M., Moreno-Sanz P., Failla O., Emanuelli F., Grando M.S. Linkage mapping and molecular diversity at the flower sex locus in wild and cultivated grapevine reveal a prominent SSR haplotype in hermaphrodite plants. Mol. Biotechnol. 2013;54(3):1031-1037. DOI 10.1007/s12033-013-9657-5.

12. Bellin D., Peressotti E., Merdinoglu D., Wiedemann-Merdinoglu S., Adam-Blondon A.F., Cipriani G., Di Gaspero G. Resistance to Plasmopara viticola in grapevine «Bianca» is controlled by a major dominant gene causing localised necrosis at the infection site. Theor. Appl. Genet. 2009;120(1):163-176. DOI 10.1007/s00122-009-1167-2.

13. Bergamini C., Cardone M.F., Anaclerio A., Perniola R., Pichierri A., Genghi R., Antonacci D. Validation assay of p3_VvAGL11 marker in a wide range of genetic background for early selection of stenospermocarpy in Vitis vinifera L. Mol. Biotechnol. 2013;54(3):1021-1030. DOI 10.1007/s12033-013-9654-8.

14. Blanc S., Wiedemann-Merdinoglu S., Dumas V., Mestre P., Merdinoglu D. A reference genetic map of Muscadinia rotundifolia and identification of Ren5, a new major locus for resistance to grapevine powdery mildew. Theor. Appl. Genet. 2012;125(8):1663-1675. DOI 10.1007/s00122-012-1942-3.

15. Blasi P., Blanc S., Wiedemann-Merdinoglu S., Prado E., Rühl E.H., Mestre P., Merdinoglu D. Construction of a reference linkage map of Vitis amurensis and genetic mapping of Rpv8, a locus conferring resistance to grapevine downy mildew. Theor. Appl. Genet. 2011; 123(1):43-53. DOI 10.1007/s00122-011-1565-0.

16. Braun U., Cook R.T.A., Inman A.J., Shin H.D. The taxonomy of the powdery mildew fungi. The powdery mildews: a comprehensive treatise. Eds R.R. Belanger, W.R. Bushnell, A.J. Dik, T.L.W. Carver. St Paul: APS Press, 2002:13-45.

17. Cabezas J.A., Cervera M.T., Ruiz-García L., Carreño J., Martínez-Zapater J.M. A genetic analysis of seed and berry weight in grapevine. Genome. 2006;49(12):1572-1585. DOI 10.1139/g06-122.

18. Cadle-Davidson L. Variation within and between Vitis spp. for foliar resistance to the downy mildew pathogen Plasmopara viticola. Plant Dis. 2008;92:1577-1584. DOI 10.1094/ PDIS-92-11-1577.

19. Cipriani G., Marrazzo M.T., Di Gaspero G., Pfeiffer A., Morgante M., Testolin R. A set of microsatellite markers with long core repeat optimized for grape (Vitis spp.) genotyping. BMC Plant Biol. 2008;8(1): 127. DOI 10.1186/1471-2229-8-127.

20. Costantini L., Battilana J., Lamaj F., Fanizza G., Grando M.S. Berry and phenology-related traits in grapevine (Vitis vinifera L.): from quantitative trait loci to underlying genes. BMC Plant Biol. 2008;8(38):17. DOI 10.1186/1471-2229-8-38.

21. Dalbó M.A., Ye G.N., Weeden N.F., Steinkellner H., Sefc K.M., Reisch B.I. A gene controlling sex in grapevines placed on a molecular marker-based genetic map. Genome. 2000;43(2):333-340. DOI 10.1139/g99-136.

22. Dalbó M.A., Ye G.N., Weeden N.F., Wilcox W.F., Reisch B.I. Markerassisted selection for powdery mildew resistance in grapes. J. Am. Soc. Horticult. Sci. 2001;126(1):83-89.

23. Di Gaspero G., Cipriani G., Adam-Blondon A.F., Testolin R. Linkage maps of grapevine displaying the chromosomal locations of 420 microsatellite markers and 82 markers from R-gene candidates. Theor. Appl. Genet. 2007;114:1249-1263. DOI 10.1007/s00122-007-0516-2.

24. Di Gaspero G., Copetti D., Coleman C., Diego Castellarin S., 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;124:227-286. DOI 10.1007/s00122-011-1703-8.

25. Doligez A., Bouquet A., Danglot Y., Lahogue F., Riaz S., Meredith C., This P. Genetic mapping of grapevine (Vitis vinifera L.) applied to the detection of QTLs for seedlessness and berry weight. Theor. Appl. Genet. 2002;105(5):780-795. DOI 10.1007/s00122-002-0951-z.

26. Donald T.M., Pellerone F., Adam-Blondon A.-F., Bouquet A., Thomas M.R., Dry I.B. Identification of resistance gene analogs linked to a powdery mildew resistance locus in grapevine. Theor. Appl. Genet. 2002;104:610-618. DOI 10.1007/s00122-001-0768-1.

27. Duchêne E., Butterlin G., Claudel P., Dumas V., Jaegli N., Merdinoglu D. A grapevine (Vitis vinifera L.) deoxy-D-xylulose synthase gene colocates with a major quantitative trait loci for terpenol content. Theor. Appl. Genet. 2009;118(3):541-552. DOI 10.1007/s00122-008-0919-8.

28. Eibach R., Zyprian E., Welter L., Töpfer R. The use of molecular markers for pyramiding resistance genes in grapevine breeding. Vitis. 2007;46:120-124.

29. Fechter I., Hausmann L., Daum M., Sörensen T.R., Viehöver P., Weisshaar B., Töpfer R. Candidate genes within a 143 kb region of the flower sex locus in Vitis. Mol. Genet. Genomics. 2012;287(3):247-259. DOI 10.1007/s00438-012-0674-z.

30. Fernandez L., Doligez A., Lopez G., Thomas M.R., Bouquet A., Torregrosa L. Somatic chimerism, genetic inheritance, and mapping of the fleshless berry (flb) mutation in grapevine (Vitis vinifera L.). Genome. 2006;49(7):721-728. DOI 10.1139/G06-034.

31. Fischer B.M., Salakhutdinov I., Akkurt M., Eibach R., Edwards K.J., Töpfer R., Zyprian E.M. Quantitative trait locus analysis of fungal disease resistance factors on a molecular map of grapevine. Theor. Appl. Genet. 2004;108(3):501-515. DOI 10.1007/s00122-003-1445-3.

32. Hoffmann S., Di Gaspero G., Kovács L., Howard S., Kiss E., Galbács Z., Testolin R., Kozma P. Resistance to Erysiphe necator in the grapevine «Kishmish vatkana» is controlled by a single locus through restriction of hyphal growth. Theor. Appl. Genet. 2008;116(3):427-438. DOI 10.1007/s00122-007-0680-4.

33. Hwang C.F., Xu K., Hu R., Zhou R., Riaz S., Walker M.A. Cloning and characterization of XiR1, a locus responsible for dagger nematode resistance in grape. Theor. Appl. Genet. 2010;121(4):789-799. DOI 10.1007/s00122-010-1349-y.

34. Jaillon O., Aury J.M., Noel B., Policriti A., Clepet C., Casagrande A., Valle G. The grapevine genome sequence suggests ancestral hexaploidization in major angiosperm phyla. Nature. 2007;449(7161): 463-467. DOI 10.1038/nature06148.

35. Korpas A., Baranek M., Pidra M., Hradilik J. Behaviour of two SCAR markers for seedlessness within Central European varieties of grapevine. Vitis. 2009;48(1):33.

36. Kuczmog А., Galambos A., Horvath S., Maґtai A., Kozma P., Szegedi E., Putnoky P. Mapping of crown gall resistance locus Rcg1 in grapevine. Theor. Appl. Genet. 2012;125(7):1565-1574. DOI 10.1007/s00122-012-1935-2.

37. Lahogue F., This P., Bouquet A. Identification of a codominant scar marker linked to the seedlessness character in grapevine. Theor. Appl. Genet. 1998;97(5-6):950-959. DOI 10.1007/s001220050976.

38. Li J., Wang X.H., Wang X.P., Wang Y.J. Embryo rescue technique and its applications for seedless breeding in grape. Plant Cell Tiss. Org. 2015;120(3):861-880. DOI 10.1007/s11240-014-0656-4.

39. Lowe K.M., Walker M.A. Genetic linkage map of the interspecific grape rootstock cross Ramsey (Vitis champinii) × Riparia Gloire (Vitis riparia). Theor. Appl. Genet. 2006;112:1582-1592. DOI 10.1007/s00122-006-0264-8.

40. Mahanil S., Ramming D., Cadle-Davidson M., Owens C., Garris A., Myles S., Cadle-Davidson L. Development of marker sets useful in the early selection of Ren4 powdery mildew resistance and seedlessness for table and raisin grape breeding. Theor. Appl. Genet. 2012; 124(1):23-33. DOI 10.1007/s00122-011-1684-7.

41. Marguerit E., Boury C., Manicki A., Donnart M., Butterlin G., Némorin A., Decroocq S. Genetic dissection of sex determinism, inflorescence morphology and downy mildew resistance in grapevine. Theor. Appl. Genet. 2009;118(7):1261-1278. DOI 10.1007/s00122-009-0979-4.

42. Martínez-Zapater J.M., Carmona M.J., Díaz-Riquelme J., Fernández I., Lijavetzky D. Grapevine genetics after the genome sequence: Challenges and limitations. Australas. J. Grape Wine Res. 2010; 16(s1):33-46. DOI 10.1111/j.1755-0238.2009.00073.x.

43. Mejía N., Gebauer M., Muñoz L., Hewstone N., Muñoz C., Hinrichsen P. Identification of QTLs for seedlessness, berry size, and ripening date in a seedless × seedless table grape progeny. Am. J. Enol. Viticult. 2007;58(4):499-507.

44. Mejía N., Hinrichsen P. A new, highly assertive scar marker potentially useful to assist selection for seedlessness in table grape breeding. Acta Horticulturae: Proc. the 8th Int. Conf. on Grape Genetics and Breeding. 2003;603:559-564. DOI 10.17660/ActaHortic. 2003.603.74.

45. Mejía N., Soto B., Guerrero M., Casanueva X., Houel C., de los Ángeles Miccono M., Ramos R, Le Cunff L., Boursiquot J.-M., Hinrichsen P., Adam-Blondon A.-F. Molecular, genetic and transcriptional evidence for a role of VvAGL11 in stenospermocarpic seedlessness in grapevine. BMC Plant Biol. 2011;11:57-18. DOI 10.1186/1471-2229-11-57.

46. Merdinoglu D., Wiedeman-Merdinoglu S., Coste P., Dumas V., Haetty S., Butterlin G., Greif C. Genetic analysis of downy mildew resistance derived from Muscadinia rotundifolia. ISHS Acta Horticulturae: VIII Int. Conf. on Grape Genetics and Breeding. Hungary, Kecskemet. 2003;2:451-456. DOI 10.17660/ActaHortic.2003. 603.57.

47. Moreira F.M., Madini A., Marino R., Zulini L., Stefanini M., Velasco R., Grando M.S. Genetic linkage maps of two interspecific grape crosses (Vitis spp.) used to localize quantitative trait loci for downy mildew resistance. Tree Genet. Genomes. 2011;7(1):153-167. DOI 10.1007/s11295-010-0322-x.

48. Olien W.C. The muscadine grape: Botany, viticulture, history and current industry. Hort Sci. 1990;25:732-739.

49. Olmo H.P. The potential role of (Vinifera × Rotundifolia) hybrids in grape variety improvement. Experientia. 1986;42:921-926. DOI 10.1007/BF01941769.

50. Pauquet J., Bouquet A., This P., Adam-Blondon A.-F. Establishment of a local map of AFLP markers around the powdery mildew resistance gene Run1 in grapevine and assessment of their usefulness for marker aided selection. Theor. Appl. Genet. 2001;103:1201-1210. DOI 10.1007/s001220100664.

51. Rex F., Fechter I., Hausmann L., Töpfer R. QTL mapping of black rot (Guignardia bidwellii) resistance in the grapevine rootstock «Börner» (V. riparia Gm183 × V. cinerea Arnold). Theor. Appl. Genet. 2014;127(7):1667-1677. DOI 10.1007/s00122-014-2329-4.

52. 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(149):21.

53. Riaz S., Krivanek A.F., Xu K., Walker M.A. Refined mapping of the Pierce’s disease resistance locus, PdR1, and Sex on an extended genetic map of Vitis rupestris × V. arizonica. Theor. Appl. Genet. 2006; 113(7):1317-1329. DOI 10.1007/s00122-006-0385-0.

54. Riaz S., Tenscher A.C., Graziani R., Krivanek A.F., Ramming D.W., Walker M.A. Using marker-assisted selection to breed Pierce’s disease-resistant grapes. Am. J. Enol. Viticult. 2009;60(2):199-207. DOI 10.1007/s00122-010-1511-6.

55. Riaz S., Tenscher A.C., Ramming D.W., Walker M.A. Using a limited mapping strategy to identify major QTLs for resistance to grapevine powdery mildew (Erysiphe necator) and their use in markerassisted breeding. Theor. Appl. Genet. 2011;122(6):1059-1073. DOI 10.1007/s00122-010-1511-6.

56. Riaz S., Tenscher A.C., Rubin J., Graziani R., Pao S.S., Walker M.A. Fine-scale genetic mapping of two Pierce’s disease resistance loci and a major segregation distortion region on chromosome 14 of grape. Theor. Appl. Genet. 2008;117(5):671-681. DOI 10.1007/s00122-008-0802-7.

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

58. Schwander F., Eibach R., Zyprian E., Töpfer R. Localisation and finemapping of the downy mildew resistance locus Rpv10 in grapevine. Berichte aus dem Julius Kühn-Institut. 2011;162:23.

59. Staudt G., Kassemeyer H.H. Evaluation of downy mildew resistance in various accessions of wild Vitis species. Vitis. 1995;34:225-228.

60. 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.

61. Van Heeswijck R., Bondar A., Croser L., Franks T., Kellow A., Powell K. Molecular and cellular events during the interaction of phylloxera with grapevine roots. Proc. Phylloxera Infested Vineyards. Eds E.H. Rühl, J. Schmid. Acta Hort. 2003;617:13-15. DOI 10.17660/ActaHortic.2003.617.1.

62. Velasco R., Zharkikh A., Troggio M., Cartwright D.A., Cestaro A., Pruss D., Skolnick M. A high quality draft consensus sequence of the genome of a heterozygous grapevine variety. PLoS ONE. 2007;2(12):e1326. DOI 10.1371/journal.pone.0001326.

63. Venuti S., Copetti D., Foria S., Falginella L., Hoffmann S., Bellin D., Di Gaspero D. Historical introgression of the downy mildew resistance gene Rpv12 from the Asian species Vitis amurensis into grapevine varieties. PLoS ONE. 2013;8(4):1-7. DOI 10.1371/journal.pone.0061228.

64. Wan Y., Schwaninger H., He P., Wang Y. Comparison of resistance to powdery mildew and downy mildew in Chinese wild grapes. Vitis. 2007;46:132-136.

65. Welter L.J., Göktürk-Baydar N., Akkurt M., Maul E., Eibach R., Töpfer R., Zyprian E.M. Genetic mapping and localization of quantitative trait loci affecting fungal disease resistance and leaf morphology in grapevine (Vitis vinifera L.). Mol. Breeding. 2007;20(4):359-374. DOI 10.1007/s11032-007-9097-7.

66. Wiedemann-Merdinoglu S., Prado E., Schneider C., Coste P., OnImus C., Dumas V., Merdinoglu D. Resistance to downy mildew derived from Muscadinia rotunfifolia: genetic analysis and use of molecular markers for breeding. Proc. 5th Int. Workshop on Grapevine Downy Mildew and Powdery Mildew. 2006:18-23.

67. Xu K., Riaz S., Roncoroni N.C., Jin Y., Hu R., Zhou R., Walker M.A. Genetic and QTL analysis of resistance to Xiphinema index in a grapevine cross. Theor. Appl. Genet. 2008;116(2):305-311. DOI 10.1007/s00122-007-0670-6.

68. Zhang J., Hausmann L., Eibach R., Welter L.J., Töpfer R., Zyprian E.M. A framework map from grapevine V3125 (Vitis vinifera «Schiava grossa» × «Riesling») × rootstock cultivar «Börner» (Vitis riparia × Vitis cinerea) to localize genetic determinants of phylloxera root resistance. Theor. Appl. Genet. 2009;119(6):1039-1051. DOI 10.1007/s00122-009-1107-1.

69. Zyprian E.M., Welter L.J., Akkurt M., Ebert S., Salakhutdinov I., Gokturk-Baydar N., Eibach R., Topfer R. Genetic analysis of fungal disease resistance in grapevine. Acta Hort. 2009;827:535-538. DOI 10.17660/ActaHortic.2009.827.93.


Просмотров: 331


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)