11УДК 634.1:631.52
СОЗДАНИЕ ИММУННЫХ К ПАРШЕ ГЕНОТИПОВ ЯБЛОНИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОТЕЧЕСТВЕННОГО УСТОЙЧИВОГО САДОВОДСТВА
Ульяновская Е.В., д-р с.-х. наук Гордеева Г.В., мл. науч. сотрудник Супрун И.И., канд. биол. наук Токмаков С.В., канд. биол. наук
ФГБНУ Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства, Краснодар, Россия, kubansad@kubannet.ru
Аннотация
Приведены результаты комплексной оценки генотипов яблони по основным хозяйственно-ценным признакам с помощью полевых и лабораторных методов исследования. Использованы селекционные программы и методики, а также молекулярно-генетические методы исследования. У селекционного материала яблони идентифицированы гены иммунитета к парше и влияющие на качество плодов. В процессе изучения выделены генотипы 12/2-20-22, 12/1-21-11 (созданные в СКЗНИИСиВ совместно с ВНИИСПК), превышающие стандартные сорта по комплексу ценных признаков. Дана краткая характеристика элитных форм яблони.
Ключевые слова: сорт, яблоня, селекция, иммунитет, парша
CREATION OF SCAB IMMUNE APPLE GENOTYPES FOR SOLVING PROBLEMS OF STEADY HOME HORTICULTURE
Ulyanovskaya E.V., doctor of agricultural sciences Gordeeva G.V., junior researcher Suprun I.I., candidate of biological sciences Tokmakov S.V., candidate of biological sciences
North-Caucasian Zonal Research Institute of Horticulture and Viticulture, Krasnodar, Russia Abstract
The results of a complex assessment of apple genotypes on the main economic and valuable traits by means of field and laboratory methods of research are given. Breeding programs and techniques as well as molecular and genetic methods of research have been used. Genes of immunity to scab and influencing the quality of fruits have been identified. Genotypes 12/2-20-22, 12/1-21-11 (created in the North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture jointly with VNIISPK) have been singled out in the course of study.These genotypes exceed standard cultivars in a complex of valuable traits. Brief characteristics of elite apple forms are given.
Key words: cultivar, apple, breeding, immunity, scab
Введение
В настоящее время проблемы экологии, охраны окружающей среды и здоровья человека, а также цели и задачи эффективного импортозамещения в отрасли плодоводства обусловили необходимость ведения отечественного адаптивного садоводства с использованием новых сортов региональной селекции. Одна из приоритетных задач региональной селекции - создание отечественных сортов, сочетающих иммунитет или полигенную устойчивость к грибным патогенам и повышенную устойчивость к основным абиотическим и стрессорам региона с высокими показателями продуктивности и качества плодов (Еремин и др., 2008; Заремук и др., 2008, 2011; Ульяновская и др., 2014). Для решения этой задачи в селекции яблони перспективно использование метода полиплоидии, открывающего большие возможности в решении проблем, связанных с адаптивностью, иммунитетом, засухоустойчивостью, регулярностью плодоношения, крупноплодностью, улучшенным составом плодов (Седов и др., 2010; Седов, 2011; Программа..., 2013).
Место проведения, объекты и методика исследования
Объекты исследований - генотипы яблони разной плоидности. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и администрации Краснодарского края (проект № 16-44-230-250 р_а) и госзадания ФАНО. НИР проводили в полевых и лабораторных условиях, в садах ОПХ «Центральное» (г. Краснодар). Сады 1998-2012 гг. посадки; подвой М9. Схемы посадки 5х2; 5х1,5 м. В работе использованы селекционные программы и методики (Орел, 1995, 1999; Краснодар, 2012, 2013), а также молекулярно-генетические методы исследования (Murray et al, 1980; Afunian et al, 2004; Costa et al, 2008; Longhi et al, 2012). В научной работе использовано оборудование ЦКП.
Результаты исследований, их обсуждение
Более 30 лет ведется большая долгосрочная селекционная работа в Северо-Кавказском зональном НИИ садоводства и виноградарства (СКЗНИИСиВ) (г. Краснодар) совместно с Всероссийским НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК) (г. Орел) по двум программам - селекция яблони на полиплоидном уровне и на иммунитет к парше. За эти годы получен положительный результат комплексной совместной работы - создана серия иммунных к парше сортов и элитных форм яблони различных сроков созревания и различной плоидности. Южный регион России обладает достаточно благоприятными агроклиматическими условиями, способствующими получению и отбору ценных по качеству плодов генотипов, а периодически возникающие стрессовые ситуации (засуха, неустойчивый режим увлажнения, повреждающие факторы зимнего периода, эпифитотии грибных заболеваний) дают возможность провести отбор по устойчивости к неблагоприятным био- и абиотическим факторам среды.
Для успешной реализации современных селекционных программ и значительного ускорения длительного, многоэтапного селекционного процесса необходимо выявление новых доноров, стабильно передающих нужные признаки гибридному потомству. Высокой селекционной ценностью обладают доноры устойчивости к парше, обладающие необходимым комплексом значимых агробиологических признаков (хорошие и отличные характеристики плодов, в т.ч. дегустационная оценка, диаметр плода, твердость мякоти, длительный срок хранения). На основе комплексной оценки адаптивности сортов и форм яблони разной плоидности выделены 24 генотипа, обладающие искомым сочетанием устойчивости к стрессорам региона с высокими параметрами продуктивности и качества плодов и созданные с участием иммунных к парше сортов и форм: Флорина, Либерти, Балсгард 0247Е, Редфри, Прима, Любава, Василиса, OR18T13, 2034. Выделенные для дальнейшего ДНК-анализа генотипы яблони отобраны с учетом влияния основных стрессовых факторов региона, в том числе, степени подмерзания растений (в результате критических температур января 2006 г.); воздействия понижения температуры в апреле-мае или аномально жаркая и сухая погода в этот период (как, например, в 2013 г.); аномально высокая температура воздуха и почвы, засуха (2005-2015 гг.), недостаток влаги и (или) неустойчивый режим естественного увлажнения и неравномерное распределение осадков в весенне-летний период (2014, 2015 гг.). Изучали характер течения восстановительных процессов в период воздействия стрессоров и в последующие вегетационные периоды, оценивая общее состояние растений, особенности цветения, завязывания, осыпаемости, качества плодов и урожайности за несколько лет.
Необходимо отметить, что управление генными сочетаниями резко повышает численность нужных и позволяет избавляться от ненужных генов, то есть принципиально и качественно генетически влияет на конструирование сортов. В селекции на совмещение иммунитета к парше и высокого качества плодов применяли ДНК-анализ для идентификации аллелей целевых генов и выделения наиболее ценных генотипов по искомым признакам. Для выявления доминантных аллелей гена Vf использован ДНК-анализ. ПЦР-анализ проводили с праймерами, фланкирующими участки, маркируемые у гена Vf. Для гена Vf это внутригенный участок. Для генов Md-EXP7 и Md-PG1 использованы функциональные ДНК маркеры - SSR-локусы, косегрегирующие с данными генами. Длина микросателлитного повтора достоверно взаимосвязана с уровнем экспрессии гена Md-EXP7 и плотностью мякоти, соответственно. Известно, что при наличии аллели с размером амплифицированной последовательности 198 пар нуклеотидов (п. н.), показатель плотности плода яблони будет максимальным, размер аллелей 202 п. н. характеризует средний уровень показателя, 214 п. н. - более низкий уровень. Для гена Md-PG1, также, присутствие комбинаций аллелей с разной длиной SSR повтора влияет на показатели плотности при хранении. Сочетание аллелей 288:298 и 291:298 достоверно соответствует среднему уровню активности этилен-зависимой полигалакуроназы, что препятствует значительному снижению плотности мякоти. По гену Md-PG1ssr10kb аллели имеют следующий размер: аллель 1 - 288 п. н., 2 - 291 п. н., 3 - 298 п. н. Аллельные наборы обозначают следующим образом: AA - нулевая доза аллеля 3, Aa - одна доза аллеля 3, aa - двойная доза аллеля 3. В ходе исследований выделены перспективные для селекции на совмещение иммунитета к парше и качества плодов ценные генотипы яблони:
12/2-20-22 (Корей х Прима) зимнего срока созревания - по результатам ДНК-анализа донор иммунитета к парше (ген Vf) и по результатам фрагментного анализа локуса Md-PG1 наиболее ценный источник по
характеристикам качества плодов (AA - нулевая доза аллеля 3). Имеет селекционно-ценные сопутствующие положительные признаки: скороплодность (на слаборослом подвое М9 вступает в плодоношение на 2-й год после посадки), смешанный тип плодоношения, устойчивость к мучнистой росе, морозоустойчивость в условиях региона, высокая продуктивность (до 37-40 т/га), одномерность, красивая, удлиненная форма, красная окраска, хороший кисло-сладкий вкус плодов (4,7 балла).
12/1-21-11 (Айдаред х Балсгард 0247Е) осеннего срока созревания - по результатам ДНК-анализа донор иммунитета к парше (ген Vf) и источник повышенного качества плодов. По гену Md-EXP7 идентифицирована аллель с размером амплифицированной последовательности 198 п. н., что характеризует высокую плотность мякоти плодов; по гену Md-PG1 (Aa - одна доза аллеля 3, что соответствует средним срокам хранения осенних сортов). Обладает комплексом сопутствующих положительных признаков: устойчивость к мучнистой росе, засухо- и морозоустойчивость в условиях региона. Плоды крупные (225 г), одномерные, округлой формы, с красным румянцем по большей части плода, хорошего кисло-сладкого вкуса (4,6-4,7 балла) с тонким ароматом.
Выводы
1. Таким образом, знание генетической основы значимого признака в создаваемом селекционном материале позволит получать сорта с высоким качеством плодовой продукции, в т.ч. с высокой твердостью мякоти, длительным периодом хранения и хорошей транспортабельностью плодов. Так как ген Md-PG1 достоверно влияет на процесс размягчения мякоти при хранении; ген Md-EXP7 определяет качество и плотность мякоти плодов (особенно аллели с размером амплифицированной последовательности 198 и 202 п.н.), выявленные в результате ДНК-анализа перспективные генотипы в дальнейшем будут использоваться в селекционных программах для создания новых сортов.
2. В связи с тем, что в современной селекции яблони перспективны генотипы, сочетающие высокое качество плодов с устойчивостью к парше (желательно на олигогенном (ген Vf) + полигенном уровне), использование различных генетических маркеров позволяет значительно упростить решение ряда сложных селекционных задач. В данном случае контроль сочетания компонентов высокого качества плодов, в т.ч. твердости мякоти, длительности срока хранения, с олигогенным или олигоген+полигенным типом устойчивости к парше.
Литература
1. Еремин Г.В. Атлас лучших сортов плодовых и ягодных культур Краснодарского края. Т. 1. Яблоня / Г.В. Еремин, Е.И. Крицкий, А.П. Луговской, Т.Г. Причко, Е.В. Ульяновская. - Краснодар, 2018. - 114 с.
2. Заремук Р.Ш. Адаптивные сорта - основа стабильной продуктивности косточковых культур на юге России // Р.Ш. Заремук, Е.М. Алехина, С.В. Богатырева, Ю.А. Доля / Плодоводство и ягодоводство России: сб. трудов. - М., 2008.- Т.- ХХ. - С. 96-103.
3. Заремук Р.Ш. Комплексная оценка адаптивности нового поколения сортов сливы и вишни в условиях Краснодарского края // Р.Ш. Заремук, С.В. Богатырева, Ю.А. Доля / Фундаментальные и прикладные разработки, формирующие современный облик садоводства и виноградарства. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2011. - С. 147-154.
4. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур / под общ. ред Е.Н. Седова. - Орел: ВНИИСПК, 1995. - 502 с.
5. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур / под общ ред Е.Н. Седова, Т.П. Огольцовой. - Орел: ВНИИСПК, 1999. - 608 с.
6. Программа Северо-Кавказского центра по селекции плодовых, ягодных, цветочно-декоративных культур и винограда на период до 2030 года. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2013. - 202 с.
7. Седов Е.Н. Селекция и новые сорта яблони / Е.Н. Седов - Орел, 2011. - 624 с.
8. Седов Е.Н. Совершенствование сортимента яблони / Е.Н. Седов, Г.А. Седышева, З.М. Серова, Е.В. Ульяновская // Вестник РАСХН. - 2010. - № 4. - С. 49-52.
9. Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2012. - 569 с.
10. Ульяновская Е.В. Комплексный подход к отбору ценных генотипов яблони, устойчивых к стрессовым факторам среды / Е.В. Ульяновская, И.И. Супрун, С.В. Токмаков, Я.В. Ушакова // Плодоводство и виноградарство Юга России. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2014. - № 25 (01). - 15 с.
11. Afunian M.R. Linkage Vfa4 in Malus x domestica and Malus floribunda with Vf resistanse to the apple scab pathogen Venturia inaequalis / Afunian M.R., Goodwin P.H., Hunter D.M. // Plant Pathology. - 2004. - 53. - P. 461-467.
12. Costa F. Map position and functional allelic diversity of Md-Exp7, a new putative expansin gene associated with fruit softening in apple (Malus x domestica Borkh.) and pear (Pyrus communis) / F. Costa, W. E. Van de Weg, S.
Stella, L. Dondini, D. Pratesi, S. Musacchi, S. Sansavini // Tree Genetics & Genomes. - 2008. - Vol. 4. - P. 575586.
13. Longhi S. Comprehensive QTL mapping survey dissects the complex fruit texture physiology in apple (Malus x domestica Borkh.) / S. Longhi, M. Moretto, R. Viola, R. Velasco, F. Costa // J Exp Bot. - 2012. - 63 (3): P. 11071121.
14. Murray M.G. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA / M.G. Murray and W.F. Thompson // Nucleic Acids Research.- 1980.- V. 10.- P. 4321-4325.
УДК 634.977:631.524.85:712
ОЦЕНКА ВИДА CORYLUS COLURNA L. В УСЛОВИЯХ ЦЧР РОССИИ
Фирсов А.Н., младший научный сотрудник, аспирант
ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур, Орел, Россия, shadowkobra@yandex.
Аннотация
Проведена оценка Corylus colurna L. по комплексу показателей: декоративная оценка, общее состояние, степень цветения и плодоношения и др. В результате проведенных исследований Corylus colurna L. может быть рекомендована для озеленения в ЦЧР России.
Ключевые слова: интродуценты, дендрарий, редкие растения, коллекция дендрария, генофонд
CORYLUS COLURNA L. ESTIMATION IN CONDITIONS OF CENTRAL CHERNOZEM REGION OF RUSSIA
Firsov A.N., junior researcher, postgraduate student_
Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding (VNIISPK), Orel, Russia, shadowkobra@yandex.ru
Abstract
Corylus colurna L. was estimated on a complex of indications: ornamental estimation, general codition, rating of florescence and fruiting, etc. As a result, Corylus colurna L. may be recommended for green belt setting in the Central Chernozem region of Russia.
Keywords: introduced plants, arboretum, rare plants, arboretum collection, gene pool
Дендрарий ВНИИСПК - это уникальная коллекция древесных растений, выполняющая научные, образовательные, природоохранные и эстетические функции и включающая более 250 видов, форм и сортов, представляющих 31 семейство и 56 родов. Часть видов занесена в Красные книги различных уровней, в том числе Corylus colurna L. семейства Betulaceae C.A.Agardh (Дубовицкая, 2015).
Betulaceae C.A.Agardh - семейство растений порядка Fagales Engl., включающее в себя более 200 видов, разбитых на шесть родов. Ранее это семейство состояло из двух родов, Betula L. и Alnus Mill., а роды Carpinus Decne., Corylus L., Ostrya Scop. и Ostryopsis Decne. выделяли в семейство Corylaceae, однако по результатам последних исследований они были объединены (Емельянова, 2015, № 4).
Изучение популяционной структуры и генетического разнообразия Corylus colurna L., растения, занесенного в Красные книги СССР, РСФСР, МСОП, Северной Осетии и Алании, Краснодарского края и Дагестана, является основой для долговременного рационального использования лесных биологических ресурсов этого растения, эффективной охраны и воспроизводства его генофонда при искусственном лесовосстановлении и селекции. В диком состоянии этот вид произрастает на Кавказе, а также на Балканском полуострове, в Малой Азии, Афганистане, северо-западных Гималаях (Хасаева, 2009).
