Идентификация аллелей резистентности генов Rca2 и Rpf1 у селекционных форм земляники садовой межсортового гибридного происхождения

Актуальность. Создание сортов с генетической устойчивостью к грибным патогенам – одно из важнейших направлений селекционной работы по землянике. Перспективным направлением ускоренного отбора ценных образцов является молекулярный скрининг на наличие в генотипе диагностических ДНК-маркеров, сцепленных с целевыми аллелями селектируемых генов.

Цель работы: определение аллельного состояния генов Rca2 (устойчивость к антракнозу) и Rpf1 (устойчивость к фитофторозу) у селекционных форм земляники садовой для выявления генотипов, устойчивых к Colletotrichum acutatum Simmonds и Phytophthora fragariae var. fragariae Hickman.

Материал и методы. Объектом исследований являлись селекционные формы земляники межсортового гибридного происхождения. В результате 22-х комбинаций скрещивания получены селекционные формы, в количестве 61, у которых был изучен аллельный состав генов устойчивости. Для идентификации аллеля устойчивости к антракнозу Rca2 использовали маркер STS-Rca2_240. Аллель Rpf1 устойчивости к фитофторозной корневой гнили был идентифицирован с помощью маркера SCAR-R1A.

Результаты. Хотя бы один из двух генов выявлен у 20 селекционных форм (32,8%). Маркер STS-Rca2_240 выявлен у 15 сеянцев из шести гибридных комбинаций (‘Vicoda’ × ‘Roxana’, ‘Florence’ × ‘Faith’, ‘Asia’ × ‘Aprica’, ‘San Andreas’ × ‘Monterey’, ‘Алиса’ × ‘Quicky’, ‘Quicky’ × ‘Olympia’), что составляет 22,9%. Маркер SCAR-R1A выявлен у пяти селекционных форм из четырёх комбинаций скрещивания (‘Привлекательная’ × ‘Былинная’, ‘Фейерверк’ × ‘Былинная’, ‘Былинная’ × ‘Фейерверк’, ‘Былинная’ × ‘Олимпийская надежда’), что составляет 8,2%. Установлено, что все формы с идентифицированными маркерными фрагментами для генов резистентности характеризуются гетерозиготным сочетанием аллелей.

Заключение. Перспективными источниками доминантных аллелей резистентности Rca2 являются селекционные формы: 2/1-24, 2/1-34 (‘Quicky’ × ‘Olympia’), 3/9-5 (‘Florence’ × ‘Faith’), 3/12-2, 3/12-9 (‘Алиса’ × ‘Quicky’), 4/7-10, 4/7-19, 4/7-20 (‘Asia’ × ‘Aprica’), 5/2-26, 5/2-32 (‘San Andreas’ × ‘Monterey’), 9/1-11, 9/1-12, 9/1-13, 9/1-32, 9/1-37 (‘Vicoda’ × ‘Roxana’), в случае Rpf1 – селекционные формы 72-24, 72-71 (‘Привлекательная’ × ‘Былинная’), 69-29 (‘Фейерверк’ × ‘Былинная’), 62-41 (‘Былинная’ × ‘Фейерверк’), 61-15 (‘Былинная’ × ‘Олимпийская надежда’).

1. Александров И.Н., Скрипка О.В., Дудченко И.П., Сурина Т.А., Никифоров С.В. Фитофтороз земляники. Защита и карантин растений. 2007;5:32-34.

2. Bassil N.V., Hummer K.E., Finn C.E. Lessons learned from DNA-based tool development and use in a genebank. Acta Horticulturae. 2017;1156:25-36. DOI: 10.17660/ActaHortic.2017.1156.4

3. Hancock J.F., Callow P.W., Serce S. Variation in the horticultural characteristics of native Fragaria virginiana and F. chiloensis from North and South America. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2003;128(2):201-208. DOI: 10.21273/JASHS.128.2.0201

4. Haymes K.M., Van de Weg W.E., Arens P., Maas J.L., Vosman B., Den Nijs A.P.M. Development of SCAR markers linked to a Phytophthora fragariae resistance gene and their assessment in European and north American strawberry genotypes. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2000;125(3):330-339. DOI: 10.21273/JASHS.125.3.330

5. Keldibekova M., Bezlepkina E., Zubkova M., Dolzhikova M. DNA-screening of strawberry cultivars and hybrids (Fragaria ananassa Duch.) for resistance to fungal diseases. Pakistan Journal of Botany. 2024;56(2):29. DOI: 10.30848/PJB2024-2(29)

6. Храбров И.Э., Антонова О.Ю., Шаповалов М.И., Семенова Л.Г. Молекулярный скрининг сортовой коллекции земляники ВИР на наличие маркера гена устойчивости к антракнозной черной гнили Rca2. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(4):15-24. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-4-o3

7. Кузнецова А.А., Дудченко И.П., Копина М.Б. Антракноз земляники, классические и современные методы диагностики. В кн.: Современные подходы и методы в защите растений; 12-14 ноября 2018; Екатеринбург, Россия. Екатеринбург: Уральский федеральный университет; 2018. C.78-81. URL: http://hdl.handle.net/10995/66377 [дата обращения 19.06.2023].

8. Lerceteau-Kohler E., Roudeillac P., Markocic M., Guérin G., Praud K., Denoyes-Rothan B. The use of molecular markers for durable resistance breeding in the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa). Acta Horticulturae. 2002;567(2):615-618. DOI: 10.17660/ActaHortic.2002.567.132

9. Lerceteau-Kohler E., Guerin G., Denoyes-Rothan B. Identification of SCAR markers linked to Rca2 anthracnose resistance gene and their assessment in strawberry germplasm. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111:862-870. DOI: 10.1007/s00122-005-0008-1

10. Luk’yanchuk I.V., Lyzhin A.S., Kozlova I.I. Analysis of strawberry genetic collection (Fragaria L.) for Rca2 and Rpf1 genes with molecular markers. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(7):795-799. DOI: 10.18699/VJ18.423

11. Лыжин А.С., Лукъянчук И.В., Жбанова Е.В. Полиморфизм сортов земляники (Fragaria × ananassa) по гену устойчивости к антракнозу Rca2. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(1):73-77. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-73-77

12. Лыжин А.С., Лукьянчук И.В. Анализ полиморфизма генотипов земляники (Fragaria L.) по гену устойчивости к фитофторозной корневой гнили Rpf1 для идентификации перспективных для селекции и садоводства форм. Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя аграрных навук. 2020;58(3):311-320. DOI: 10.29235/1817-7204-2020-58-3-311-320

13. Lyzhin A., Luk’yanchuk I. Marker-assisted screening of promising forms in the strawberry breeding. E3S Web of Conferences. 2021;254:03002. DOI: 10.1051/e3sconf/202125403002

14. Лыжин А.С., Лукъянчук И.В. Анализ сортов земляники садовой по устойчивости к антракнозу с использованием диагностических ДНК-маркеров. Аграрная Россия. 2022a;9:16-20. DOI: 10.30906/1999-5636-2022-9-16-20

15. Лыжин А.С., Лукъянчук И.В. Оценка устойчивости к антракнозу (ген Rca2) сортов земляники зарубежной селекции с использованием ДНК-маркеров. В кн.: Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК. Материалы XIX международной научной конференции; 14-18 марта 2022; Брянск, Россия. Брянск: Брянский государственный аграрный университет; 2022b. С.81-85.

16. Марченко Л.А. Земляника садовая: оценка отечественного сортимента и направления селекции. Аграрный вестник Урала. 2020;12(203):50-60. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-203-12-50-60

17. Miller-Butler M.A., Smith B.J., Kreiser B.R., Blythe E.K. Comparison of anthracnose resistance with the presence of two SCAR markers associated with the Rca2 gene in strawberry. Horticultural Science. 2019;54(5):793-798. DOI: 10.21273/HORTSCI13805-18

18. Parikka P. Disease resistance in strawberry breeding programmes - major pathogens in European strawberry production. Acta Horticulturae. 2004;649:49-54 DOI: 10.17660/ActaHortic.2004.649.6

19. Porter M., Fan Z., Lee S., Whitaker V.M. Strawberry breeding for improved flavor. Crop Science. 2023;63(4):1949-1963. DOI: 10.1002/csc2.21012

20. Salinas N., Fan Z., Peres N., Lee S., Whitaker V.M. FaRCa1 confers moderate resistance to the root necrosis form of strawberry anthracnose caused by Colletotrichum acutatum. Horticultural Science. 2020;55(5):693-698. DOI: 10.21273/HORTSCI14807-20

21. State Register for Selection Achievements Admitted for Usage (National List). Vol. 1 “Plant varieties” (official publication). Moscow: Rosinformagrotekh; 2023.

22. Staudt G. Strawberry biogeography, genetics and systematics. Acta Horticulturae. 2009;842:71-84. DOI: 10.17660/ActaHortic.2009.842.1

23. Столбанова Н.В. Современное состояние селекции земляники в мире. Плодоводство. 2006;18(1):231-241.

24. Sturzeanu M., Coman M., Ciuca M., Ancu I., Cristina D., Turcu A.G. Molecular characterization of allelic status of the Rpf1 and Rca2 genes in six cultivars of strawberries. Acta Horticulturae. 2016;1139:107-112. DOI: 10.17660/ActaHortic.2016.1139.19

25. Sturzeanu M., Ciuca M., Cristina D. Turcu A.G. Use of RAPD and SCAR markers for identification of strawberry genotypes with red stele resistance genes Rpf1 and fruit rot resistance genes Rca2 in the hybrid progenies. Acta Horticulturae. 2021;1309:93-100. DOI: 10.17660/ActaHortic.2021.1309.15

26. Van de Weg W.E. Resistance to Phytophthora fragariae var. fragariae in strawberry: the Rpf2 gene. Theoretical and Applied Genetics. 1997a;94(8):1092-1096. DOI: 10.1007/s001220050520

27. Van de Weg W.E. A gene-for-gene model to explain interactions between cultivars of strawberry and races of Phytophthora fragariae var. fragariae. Theoretical and Applied Genetics. 1997b;94(3-4):445-451. DOI: 10.1007/s001220050435

28. Whitaker V.M. Applications of molecular markers in strawberry. Journal of Berry Research. 2011;1:115-127. DOI: 10.3233/BR-2011-013

29. Whitaker V.M., Lee S., Osorio L.F., Verma S., Roach J.A., Mangandi J., Noh Y.-H., Gezan S., Peres N. Advances in strawberry breeding at the University of Florida. Acta Horticulturae. 2017;1156:1-6. DOI: 10.17660/ActaHortic.2017.1156.1