8УДК 634.1:631.52
Выделение новых доноров и источников для селекционного совершенствования яблони
Ульяновская Е.В., д-р с.-х. наук Богданович Т.В., м.н.с. Супрун И.И., к.б.н. Токмаков С.В., к.б.н.
ФГБНУ СКЗ НИИСиВ, 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 Джин, 12/2-21-65 (созданные в СКЗНИИСиВ совместно с ВНИИСПК), превышающие стандартные сорта по комплексу ценных признаков. Дана их краткая характеристика.
Ключевые слова: сорт, яблоня, селекция, иммунитет, парша
New donors and sources for breeding improvement of apple
Ulyanovskaya E.V., doctor of biological sciences Bogdanovich T.V.
Suprun I.I., саndidate of biological sciences Tokmakov S. V., саndidate of biological sciences
FSBSI North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture, 350901, Krasnodar, Russia. kubansad@kubannet.ru
Abstract
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 are used. In the selection apple material the genes of immunity to scab and influencing the quality of fruit have been identified. In the course of studying, genotypes Gin and 12/2-21-65 (created in North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture together with VNIISPK) exceeding the standard cultivars on a complex of valuable traits have been allocated. Their short characteristics are given.
Key words: cultivar, apple, breeding, immunity, scab
Введение
В настоящее время для инновационного обновления и эффективного импортозамещения в отрасли садоводства необходимо создание устойчивых агроценозов плодовых культур на основе лучших сортов, в том числе отечественной селекции, которые наиболее устойчивы и адаптивны к агроклиматическим условиям региона. Основа стабильной продуктивности и высокого качества плодов - использование оздоровленных от вирусных заболеваний саженцев высококачественных сортов с комплексной устойчивостью к основным стрессовым факторам региона, в том числе к основным грибным патогенам (Седов и др., 2010; Ульяновская и др., 2012; Бунцевич и др., 2012, 2013). В этих условиях обширный генофонд, научно обоснованный подбор исходного материала для реализации селекционных программ, современные методы оценки способствуют значительному ускорению длительного, сложного, многоэтапного селекционного процесса у плодовых растений (Седов, 2011; Программа..., 2013). Место проведения, объекты и методика исследования
Объекты исследований - сорта и формы яблони (Malus х domestica Borkh.) разной плоидности и генетического происхождения. Использован ЦКП «Исследовательско-селекционная коллекция генетических ресурсов садовых культур». 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. В работе использованы селекционные программы и методики (Программа.., 1995, 1999; Программа.., 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 СКЗНИИСиВ.
Результаты исследований и их обсуждение
Основное направление в мировой, российской и региональной селекции яблони - совмещение признаков высокого качества плодов и устойчивости к грибным патогенам на максимально возможном уровне. В связи с этим устойчивость и иммунитет к грибным патогенам являются важными признаками, необходимыми для комплексной оценки сорта. Следует отметить относительность распределения сортов яблони на группы устойчивости, так как сроки учета, погодные условия, расовый состав патогенов могут влиять на степень устойчивости сортов при полигенном контроле данного признака. Полученные многолетние данные (2014-2016 гг.) по оценке устойчивости к основному грибному заболеванию яблони -парше позволили разделить все изучаемые сорта на пять групп. Сорта разделены на группы согласно методике по максимальной степени поражения в баллах в годы наибольшего развития заболевания. В первую группу нами были выделены генотипы яблони, у которых отсутствует поражение паршой (0 баллов). Это сорта и формы яблони с геном иммунитета к парше Vf - Подарок Ставрополью, Джин, Успенское, Фридом, Кармен, Амулет, Рассвет, Дейтон, Либерти, Талисман, 44-30-45-в, 12/2-21-65 и др., а также сорта с высокой полевой устойчивостью к парше - Хоней Крисп, Родничок, Золотое летнее, Фея. Необходимо отметить, что за годы исследования нами не отмечено случаев поражения паршой в полевых условиях иммунных к парше сортов яблони отечественной и зарубежной селекции. В связи с известными случаями преодоления гена Vf в некоторых странах Западной Европы и СНГ, оценке устойчивости к парше у иммунных сортов уделяли особое внимание.
Во вторую группу вошли сорта яблони с поражением паршой на 1 балл - колонна 10-16, Орион, Ред Джонаголд, Наследница юга, Зимняя сказка и др. В третью группу были отнесены сорта яблони с поражением паршой на 2 балла: Джонаголд Принц, Кирмизак красный и др. В четвертую группу вошли сорта яблони с поражением паршой на 3 балла: Адамс Ред Делишес, Пирос, Элиза; в пятую группу отнесены сорта яблони с сильным поражением паршой на 4 балла - Пинк Леди, Аувил Эрли, Сухская красавица, Алые паруса, Кальвиль молдавский, Эрли Мак, Камео и др.
По данным многолетних исследований сорта яблони распределены на три группы по степени поражения мучнистой росой. В первую группу выделены сорта и формы яблони, у которых отсутствует поражение мучнистой росой (0 баллов): Подарок Ставрополью, Джин, Любава, Аувил Эрли, Хоней Крисп, Дейтон, Либерти, Камео, Золотое летнее, Фея, Родничок, 44-30-45-в, 12/2-21-65 и др. Во вторую группу отнесены сорта яблони с поражением мучнистой росой на 1 балл - Джонаголд Принц, Элиза, Топаз, Талида, Союз, Пинк Леди; в третью группу выделены сорта яблони с поражением мучнистой росой на 2 балла -Пирос, Голден Би, Эксцельсиор и др.
Сорта яблони, сочетающие высокую продуктивность и качество плодов с высокой устойчивостью к мучнистой росе и иммунитетом к парше могут быть использованы в селекции для создания форм с устойчивостью к основным грибным патогенам на олигогенно-полигенной основе. В ходе исследований нами выделены иммунные к парше и устойчивые к мучнистой росе сорта и формы селекции СКЗНИИСиВ совместно с ВНИИСПК: Подарок Ставрополью, Джин, Кармен, Амулет, Фортуна, Юнона, Ноктюрн, 44-30-45-в, 12/2-21-65 и др., а также сорта зарубежной селекции Фридом, Либерти, Дейтон и отечественной селекции -Успенское.
Метод ДНК-анализа использован в селекции на совмещение иммунитета к парше и высокого качества плодов яблони. Для выявления доминантных аллелей гена Vf использован ПЦР-анализ с праймерами, фланкирующими участки, маркируемые у гена Vf, для которого это внутригенный участок. Функциональные ДНК маркеры - SSR-локусы, косегрегирующие с данными генами, использованы для генов Md-EXP7 и Md-PG1. Длина микросателлитного повтора достоверно взаимосвязана с уровнем экспрессии гена Md-EXP7 и плотностью мякоти, соответственно. У сортов и форм Джин, Флоркинг, 2-66-10 по гену Md-EXP7 идентифицирована аллель с размером амплифицированной последовательности 198 п. н., что характеризует у них высокую плотность мякоти плодов.
Для гена Md-PG1 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 как: AA - нулевая доза аллеля 3, Aa - одна доза аллеля 3, aa - двойная доза 3. По результатам фрагментного анализа локуса Md-PG1 сорта и формы яблони: Камео, Хоней Крисп, Элиза, 12/2-20-28, 12/2-21-65 выделены как наиболее ценные источники по характеристикам качества плодов (AA - нулевая доза аллеля 3).
Приводим краткое описание доноров иммунитета к парше и источников улучшенного качества плодов, выделенных для дальнейшей селекционной работы:
Джин (Айдаред х Балсгард 0247E) сорт осеннего срока созревания селекции СКЗНИИСиВ совместно с ВНИИСПК. 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). Имеет сопутствующие положительные признаки: устойчивость к мучнистой росе, засухо- и морозоустойчивость в условиях региона, крупноплодность (до 236 г), десертный вкус плодов (дегустационная оценка вкуса 4,7-4,8 балла).
12/2-21-65 (Корей х Прима) элитная форма зимнего срока созревания селекции СКЗНИИСиВ совместно с ВНИИСПК. По данным ДНК-анализа донор иммунитета к парше (ген Vf) и источник повышенного качества плодов (AA - нулевая доза аллеля 3 по результатам фрагментного анализа локуса Md-PG1). Имеет комплекс селекционно-ценных признаков: устойчивость к мучнистой росе, засухо- и морозоустойчивость, скороплод-ность (вступает в плодоношение на M9 на 2-й год после посадки), высокая продуктивность (до 33,5-37,0 т/га), удлиненная форма плодов, яркий красный румянец, дегустационная оценка вкуса плодов (4,6-4,7 балла).
Выводы
1. В ходе исследований по данным многолетних полевых исследований выделены сорта и формы селекции СКЗНИИСиВ совместно с ВНИИСПК, совмещающие иммунитет к парше и высокую устойчивость к мучнистой росе: Подарок Ставрополью, Джин, Кармен, Амулет, Фортуна, Юнона, Ноктюрн, 44-30-45-в, 12/221-65 и др., а также сорта зарубежной селекции Фридом, Либерти, Дейтон и отечественной селекции -Успенское.
2. С использованием метода ДНК-маркирования для идентификации генов Vf (иммунитет к парше), Md-PG1 (достоверно влияет на процесс размягчения мякоти при хранении плодов), Md-EXP7 (определяет качество и плотность мякоти плодов) выделены высококачественные, иммунные к парше генотипы яблони Джин, Флоркинг, 12/2-21-65 и др. Современный метод ДНК-анализа позволяет проводить поиск новых доноров значимых признаков яблони более эффективно и точно.
Литература
1. Бунцевич Л.Л., Костюк MA, Палецкая E.K Производство безвирусного посадочного материала и создание базовых маточных насаждений / Плодоводство и виноградарство Юга России, 2012. - № 13. - С. 31-50.
2. Бунцевич Л.Л., Костюк MA, Палецкая E.K, Mакаркина MA Фитосанитарная ситуация и сортовая политика в питомниководстве Краснодарского края / Плодоводство и виноградарство Юга России, 2013. -№20 (2). - С. 47-55.
3. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. - Орел: ВНИИСПК, 1995. - 504 с.
4. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. - Орел: ВНИИСПК, 1999. - 608 с.
5. Программа Северо-Кавказского центра по селекции плодовых, ягодных, цветочно-декоративных культур и винограда на период до 2030 года. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2013. - 202 с.
6. Седов E.K Селекция и новые сорта яблони. - Орел: ВНИИСПК, 2011. - 624 с.
7. Седов E.K, Седышева Г.А., Серова 3.M., Ульяновская E^. Совершенствование сортимента яблони /Вестник РАСХН, 2010. - № 4. - С. 49-52.
8. Ульяновская E^., Артюх С.Н., Eфимова И.Л. Яблоня // Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2012. - С. 268-283.
9. Murray M.G. and Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA / Nucleic Acids Research.- 1980.- V.10.- P. 4321-4325.
10. Afunian M.R., Goodwin P.H., Hunter D.M. Linkage Vfa4 in Malus x domestica and Malus floribunda with Vf resistanse to the apple scab pathogen Venturia inaequalis / Plant Pathology. 2004, 53: P. 461-467.
11. Costa F., Van de Weg W. E., Stella S., Dondini L., Pratesi D., Musacchi S., Sansavini S.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) / Tree Genetics & Genomes. 2008, Vol. 4. P. 575-586.
12. Longhi S., Moretto M., Viola R., Velasco R., Costa F. Comprehensive QTL mapping survey dissects the complex fruit texture physiology in apple (Malus х domestica Borkh.) / J Exp Bot. 2012, 63(3): P. 1107-1121.
