CC BY
11УДК 634.75:577.2:632.4
АНАЛИЗ СОРТОВ ЗЕМЛЯНИКИ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ ПО ГЕНУ ЯСЛ2 УСТОЙЧИВОСТИ К АНТРАКНОЗУ
Александр Сергеевич Лыжин
кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Ranenburzhetc@yandex.ru Ирина Васильевна Лукъянчук
кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
ттЛЬ^Р 11 @yandex.ru ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина» г. Мичуринск, Россия
Аннотация. Показаны результаты молекулярного скрининга сортов земляники отечественной селекции по гену Яса2 устойчивости к антракнозу. ДНК-маркер STS-Rca2_240, сцепленный с аллелем устойчивости Яса2, идентифицирован у сортов земляники садовой Боровицкая и Сударушка, созданных в ФНЦ Садоводства (предполагаемый генотип - Яса2гса2). Вовлечение указанных сортов в селекционный процесс позволит получить в гибридном потомстве до 50% сеянцев с целевым аллелем резистентности Яса2.
Ключевые слова: земляника; сорт; устойчивость; молекулярные маркеры; антракноз; ген Яса2
Введение
Антракноз - одно из наиболее опасных заболеваний растений земляники, вызываемое фитопатогенными грибами рода Colletotrichum: Colletotrichum acutatum J.H. Simmonds, C. gloeosporioides (Penz.) Penz. & Sacc., C. fragariae A.N. Brooks. (C. theobromicola) В умеренном климатическом поясе наиболее распространён видовой комплекс C. acutatum в настоящее время насчитывающий по разным сведениям 31-36 морфологически сходных видов [9, 12]. Во многих странах мира, в том числе в Российской Федерации, а также странах Европейского союза, C. acutatum отнесён к числу карантинных патогенов [1, 5].
Устойчивость земляники к антракнозу - это сложный комплексный признак, определяемый взаимодействием многих генетических факторов. Однако, проведённые европейскими учёными исследования показали, что устойчивость земляники садовой к некоторым изолятам C. acutatum контролируется одним доминантным геном Rca2 [6]. В дальнейшем для указанного гена были разработаны диагностические ДНК-маркеры, позволяющие вести направленный отбор перспективных форм непосредственно по наличию в генотипе целевого аллеля на ранних этапах онтогенеза без использования технологии искусственного заражения [7, 11].
Большинство современных сортов земляники в той или иной степени восприимчивы к антракнозу, в связи с чем идентификация исходных форм, несущих гены устойчивости является актуальной задачей.
В настоящем исследовании представлены результаты изучения аллельного разнообразия гена устойчивости к антракнозу Rca2 у сортов земляники отечественной селекции для выявления перспективных генотипов для вовлечения в селекционный процесс по созданию устойчивых к грибным патогенам форм.
Материалы и методы
Исследования были проведены в 2021-2022 гг. В качестве биологических объектов использованы сорта земляники отечественной селекции из генетической коллекции ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина» (табл. 1).
Таблица 1
Анализируемые сорта земляники
Сорт Комбинация скрещивания Оригинатор
Альфа Фестивальная ромашка х Сюрприз олимпиаде Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства
Берегиня Соловушка х Induka
Боровицкая Надежда х Red Gauntlet
Кокинская заря Славутич х 157-7
Славутич Фестивальная ромашка х Сюрприз олимпиаде
Сударушка Фестивальная х Roxana
Студенческая FB3 (F. х ananassa Duch. х F. moschata Duch.) Кокинский опорный пункт Федерального научного селекционно-технологического центра садоводства и питомниководства
Ласточка 922-67 х Привлекательная Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина
Памяти Зубова [Фейерверк х (Belrubi х F. ovalis Rydb.)] х Holiday
Рубиновый каскад 922-67 х Привлекательная
Карнавал Памятная х Ранняя плотная кл. 26V Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
Олимпийская надежда Нет доступной информации
Царскосельская Павловчанка х Holiday Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства
Фестивальная Обильная х Premier Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Былинная Персиковая х Сеянец ВИР-228613 Крымская опытно-селекционная станция Федерального исследовательского центра Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени НИ. Вавилова
Юниол Нет доступной информации Ордена трудового красного знамени Никитский ботанический сад -Национальный научный центр РАН, Крым
Идентификацию аллельного состояния гена Rca2 проводили методом ДНК-анализа с использованием диагностического маркера STS-Rca2_240. Целевым продуктом маркера STS-Rca2_240 является ампликон размером 240 п.н., синтезирующийся при наличии в генотипе аллеля резистентности Rca2. Для исключения ложноотрицательных результатов маркер STS-Rca2_240 мультиплексировался с маркером EMFv020, который присутствует у всех генотипов земляники [7]. Контролем присутствия в геноме аллеля устойчивости Rca2 являлся сорт Elianny, созданный в Нидерландах компанией Gebr. Vissers и характеризующийся согласно проведённым ранее исследованиям доминантным гомозиготным или гетерозиготным генотипом [4].
Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) проводили в амплификаторе T100 (BIO-RAD) по описанной ранее программе [2, 3].
Разделение продуктов амплификации проводили электрофоретическим методом в агарозном геле (концентрация агарозы - 2%, буферная система - 1х ТВЕ). Определение размера ампликонов поводили с использованием Gene Ruler 100 bp DNA Ladder (Thermo Fisher Scientific).
Результаты и обсуждение
В анализируемой коллекции сортов земляники маркер STS-Rca2_240 идентифицирован у сортов Боровицкая и Сударушка, созданных во ВСТИСП (в настоящее время - ФНЦ садоводства) во второй половине XX века. У сортов Альфа, Берегиня, Былинная, Карнавал, Кокинская заря, Ласточка, Олимпийская надежда, Памяти Зубова, Рубиновый каскад, Славутич, Студенческая, Фестивальная, Царскосельская и Юниол целевой фрагмент маркера STS-Rca2_240 отсутствует (табл. 2).
Таблица 2
Результаты анализа гена Яса2 у сортов земляники садовой_
Сорт STS-Rca2 240 Генотип
Альфа 0 rca2rca2
Берегиня 0 rca2rca2
Боровицкая 1 Rca2Rca2 или Rca2rca2
Былинная 0 rca2rca2
Карнавал 0 rca2rca2
Кокинская заря 0 rca2rca2
Ласточка 0 rca2rca2
Олимпийская надежда 0 rca2rca2
Памяти Зубова 0 rca2rca2
Рубиновый каскад 0 rca2rca2
Славутич 0 rca2rca2
Студенческая 0 rca2rca2
Сударушка 1 Rca2Rca2 или Rca2rca2
Фестивальная 0 rca2rca2
Царскосельская 0 rca2rca2
Юниол 0 rca2rca2
Необходимо отметить, что у сортов Памяти Зубова и Славутич помимо фрагментов известного размера присутствует дополнительный ампликон размером около 400 п.н., предположительно не связанный с устойчивостью к антракнозу.
Сорта земляники с идентифицированным маркером STS-Rca2_240 (Боровицкая и Сударушка) характеризуются наличием аллеля резистентности Rca2 в доминантном гомозиготном или гетерозиготном состоянии. Для его уточнения проведён анализ происхождения данных форм. Сорт Боровицкая получен в результате скрещивания сортов Надежда и Red Gauntlet. Информация о степени устойчивости к C. acutatum и аллельном состоянии гена Rca2 для сорта Надежда отсутствует. Сорт Red Gauntlet согласно результатам искусственного заражения [10] и молекулярно-генетического анализа [8] характеризуется рецессивным гомозиготным генотипом - rca2rca2. Сорт Сударушка получен в результате скрещивания сортов Фестивальная и Roxana. Сорт Фестивальная восприимчив к C. acutatum по гену Rca2 [4]. Для сорта Roxana сведения об аллельном состоянии гена Rca2 отсутствуют. В связи с вышеизложенным, ген Rca2 у сортов Боровицкая и Сударушка предположительно находится в гетерозиготном состоянии - Rca2rca2. Вовлечение указанных сортов в селекционный процесс позволит получить в гибридном потомстве до 50% сеянцев с целевым аллелем резистентности Rca2.
Заключение
Таким образом, в результате проведённого молекулярно-генетического анализа ген Rca2 выявлен у сортов земляники садовой Боровицкая и Сударушка, что позволяет рекомендовать их для вовлечения в селекционную работу по созданию устойчивых к C. acutatum сортов земляники.
Список литературы:
1. Кузнецова А.А., Дудченко И.П., Копина М.Б. Антракноз земляники, классические и современные методы диагностики // Современные подходы и методы в защите растений. 2018. С. 78-81.
2. Лыжин А.С. , Лукьянчук И.В. Анализ сортов и форм земляники по гену устойчивости к антракнозу (Rca2) с использованием молекулярных маркеров // Плодоводство и виноградарство Юга России. 2019. №55(1). С. 1-11. doi: 10.30679/2219-5335-2019-1-55-1-11
3. Лыжин А.С., Лукьянчук И.В., Жбанова Е.В. ДНК-анализ генотипов рода Fragaria L. по устойчивости к антракнозной чёрной гнили // Плодоводство и ягодоводство России. - 2020. - Т. 62. - С. 53-58. doi: 10.31676/2073-4948-202062-53-58
4. Лыжин А.С., Лукъянчук И.В., Жбанова Е.В. Полиморфизм сортов земляники (Fragaria х ananassa) по гену устойчивости к антракнозу Rca2 // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019. Т. 180. №1. С. 73-77. doi: 10.30901/2227-8834-2019-1-73-77
5. Calleja E.J. The effectiveness of phytosanitary controls in preventing the entry of Colletotrichum acutatum in the UK strawberry sector / E.J. Calleja, B. Ilbery, N.J. Spence, P.R. Mills // Plant Pathology. 2013. V. 62(2). P. 266-278 doi: 10.1111/j.1365-3059.2012.02647.x
6. Lerceteau-Kohler E. The use of molecular markers for durable resistance breeding in the cultivated strawberry (Fragaria х ananassa) / E. Lerceteau-Kohler, P. Roudeillac, M. Markocic, G. Guerin, K. Praud, B. Denoyes-Rothan // Acta Hort. 2002. V. 567(2). P. 615-618. Doi: 10.17660/ActaHortic.2002.567.132
7. Lerceteau-Kohler E. Identification of SCAR markers linked to Rca2 anthracnose resistance gene and their assessment in strawberry germplasm / E. Lerceteau-Kohler, G. Guerin, B. Denoyes-Rothan // Theor. Appl. Genet. 2005. V. 111. - P. 862-870. doi: 10.1007/s00122-005-0008-1
8. Luk'yanchuk I.V. Analysis of strawberry genetic collection (Fragaria L.) for Rca2 and Rpf1 genes with molecular markers / I.V. Luk'yanchuk, A.S. Lyzhin, I.I. Kozlova // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018. V. 22(7). P. 795-799. doi: 10.18699/VJ18.423
9. Miller-Butler M.A. Comparison of whole plant and detached leaf screening techniques for identifying anthracnose resistance in strawberry plants / M.A. MillerButler, B.J. Smith, E.M. Babiker, B.R. Kreiser, E.K. Blythe // Plant disease. 2018. V. 102(11). P. 2112-2119. doi: 10.1094/PDIS-08-17-1138-RE
10. Simpson D.W. Resistance to a single UK isolate of Colletotrichum acutatum in strawberry germplasm from Northern Europe / D.W. Simpson, C.Q. Winterbottom, J.A. Bell, M.L. Maltoni // Euphytica. 1994. V. 77(1-2). P. 161-164.
11. van Eck L. The NB-LRR Disease resistance genes of Fragaria and Rubus / L. van Eck, J.M. Bradeen // The Genomes of Rosaceous Berries and Their Wild Relatives. 2018. P. 63-75. doi: 10.1007/978-3-319-76020-9_6
12. Zhang L. Characterization and fungicide sensitivity of Colletotrichum species causing strawberry anthracnose in Eastern China / L. Zhang, L. Song, X. Xu, X. Zou, K. Duan, Q. Gao // Plant disease. 2020. V. 104(7). P. 1960-1968. doi: 10.1094/PDIS-10-19-2241 -RE
UDC 634.75:577.2:632.4
ANALYSIS OF STRAWBERRY VARIETIES OF RUSSIAN SELECTION BY RCA2 ANTHRACNOSE RESISTANCE GENE
Alexander S. Lyzhin
Cand. Sci. (Agr.), Leading researcher Ranenburzhetc@yandex.ru Irina V. Luk'yanchuk Cand. Sci. (Agr.), Senior researcher irina.lk2011 @yandex.ru FSSI "I.V. Michurin FSC", Russia, Michurinsk
Abstract. The results of molecular screening of strawberry varieties of Russian breeding by the Rca2 anthracnose resistance gene were shown. The DNA marker STS-Rca2_240, linked to the Rca2 resistance allele, was identified in the strawberry varieties Borovitskaya and Sudarushka, created in the Federal Horticultural Research Center for Breeding, Agrotechnology and Nursery (the putative genotype is Rca2rca2). The involvement of these strawberry varieties in the breeding will allow obtaining up to 50% of seedlings with the target resistance allele in the hybrid combinations.
Key words: strawberry; variety; resistance; molecular markers; anthracnose; Rca2 gene.
Статья поступила в редакцию 10.02.2022; одобрена после рецензирования 18.02.2022; принята к публикации 18.03.2022. The article was submitted 10.02.2022; approved after reviewing 18.02.2022; accepted for publication 18.03.2022.
