Поиск генов устойчивости к болезням томата с использованием молекулярных маркеров для создания новых генотипов

Актуальность. Создание сортов и гибридов томата с комплексом генов устойчивости к основным болезням является основной задачей селекционера. Ускорить их получение позволяет применение молекулярных маркеров на стадиях отбора исходных форм и анализа потомства. В литературе имеется большой объем информации о ДНК-маркерах генов устойчивости. Значительная часть рекомендована для использования в маркер-опосредованной селекции. Целью нашей работы был скрининг коллекции сортов и гибридов томата с использованием молекулярных маркеров генов устойчивости к наиболее распространенным болезням томата открытого грунта – фитофторозу, корневым нематодам, вирусу бронзовости – и идентификация источников генов для селекционной работы. Для исследований отобраны маркеры: гена устойчивости к вирусу бронзовости Sw-5b – Sw-5-2 гена устойчивости к галловой нематоде Mi1.2 – Mi23 и 2 маркера гена устойчивости к фитофторозу Ph-3 – NC-LB-9-78 и NC-LB-9-79. В ходе работы проанализирована коллекция из 46 образцов сортов и гибридов томата. Результаты. В результате проведения молекулярно-генетического анализа получены четкие воспроизводимые фрагменты, соответствующие ожидаемым. Все используемые маркеры были кодоминантыми. Анализ коллекционных образцов показал наличие в них полиморфизма по анализируемым генам. Выявлены перспективные для селекции сорта и гибриды томата по устойчивости к корневым нематодам (гибриды F₁: А-01, ‘Имитатор’, ‘Манон’, сорта: ‘Элегия’ и ‘Буй-Тур’), к вирусу бронзовости (гибриды F₁: А-01, ‘Манон’ и сорт ‘Буй-Тур’), а также фитофторозу (гибриды F₁: А-01, ‘Ажур’, ‘Барин’, ‘Властелин степей’, ‘Жирдяй’, Лучший СеДеК, ‘Манон’, сорта: ‘Буй-Тур’, ‘Зефир в шоколаде’, ‘Золотая капля’, ‘Красавец’, ‘Лодочка’, ‘Метелица’, ‘Мечта Алисы’, ‘Сибирский тигр’, ‘Славянский шедевр’, ‘Элегия’). Данные сорта и гибриды целесообразно использовать в качестве источников генов устойчивости. На основании полученных данных отобрано пять исходных форм для селекции. Проведена оценка их внутрисортового полиморфизма по исследуемым генам. В качестве родительских форм были использованы сорта ‘Красавец’ и ‘Сибирский тигр’. Проведена их гибридизация и получены гибридные формы гомозиготные по доминантному аллелю гена Ph-3. Заключение. Проведенные исследования позволили оценить коллекцию сортов и гибридов томата по наличию генов устойчивости к наиболее распространенным болезням с использованием молекулярных маркеров. На основании полученных данных отобраны родительские пары, проведена гибридизация и получены гибридные формы с геном устойчивости к фитофторозу.

1. Бабак О.Г., Дрозд Е.В., Некрашевич Н.А, Анисимова Н.В., Яцевич К.К., Баева И.Е., Пугачева И.Г., Французенок А.В., Добродькин М.М., Кильчевский А.В. Оценка и применение молекулярных маркеров в селекции на устойчивость томата (Solanum lycopersicum L.) к фитофторе (Phytophthora infestans) Молекулярная и прикладная генетика. 2021;31:22-30. DOI: 10.47612/1999-9127-2021-31-22-30

2. Долматов Д.А. Защита культуры томата и огурца от галловых нематод в условиях закрытого грунта. Весцы Нацыянальнай Академ Навук Беларуси. Серыя аграрных навук. 2005;5:123-124.

3. Basim H., Turgut K., Kaplan B., Basim E., Turgut A. The potential application of Origanum dubiumboiss essential oil as a seed protectant against bean and tomato seed-borne bacterial pathogens. Acta Scientiarum Polonorum Hortorum Cultus. 2019;18(3):79-86. DOI: 10.24326/asphc.2019.3.8

4. Chagué V., Mercier J.C., Guénard M., De Courcel A., Vedel F. Identification and mapping on chromosome 9 of RAPD markers linked to Sw-5 in tomato by bulked segregant analysis. Theoretical and Applied Genetics. 1996;92:1045-1051. DOI: 10.1007/BF00224047

5. Devran Z. Göknur A., Mesci L. Development of molecular markers for the Mi-1 gene in tomato using the KASP genotyping assay. Horticulture, Environment, and Biotechnology. 2016;57:156-160. DOI: 10.1007/s13580-016-0028-6

6. Dianese E.C. de Fonseca M.E.N., Goldbach R., Kormelink R., Inoue-Nagata A.K., Resende R.O., Boiteux L.S. Development of a locus-specific, co-dominant SCAR marker for assisted-selection of the Sw-5 (Tospovirus resistance) gene cluster in a wide range of tomato accessions Molecular Breeding. 2010;25:133-142. DOI: 10.1007/s11032-009-9313-8

7. El Mehrach K., Gharsall ah Chouchane S., Mejia L., Williamson V.M., Vidavski F., Hatimi A., Maxwell D.P. PCR-based methods for tagging the Mi-1 locus for resistance to root-knot nematode in begomovirus-resistant tomato germplasm. Acta Horticulturae. 2005;695:263-270. DOI: 10.17660/ActaHortic.2005.695.29

8. El-Sappah A.H., Islam M.M., Rather S.A., Li J., Yan K., Xianming Z., Abbas M. Identification of novel root-knot nematode (Meloidogyne incognita) resistant tomato genotypes. Journal of Animal & Plant Sciences. 2022;32(1):99-113. DOI: 10.36899/JAPS.2022.1.0407

9. Garland S., Sharman M., Persley D., McGrath D. The development of an improved PCR-based marker system for Sw-5, an important TSWV resistance gene of tomato. Australian Journal of Agricultural Research. 2005;56(3):285-289. DOI: 10.1071/AR04140

10. Han J.H., Choi H.S., Lee J.D., Kim J.D., Lee W.P., Choi H.S., Yoon J.B. Screening of tomato spotted wilt virus resistance in tomato accessions. Horticultural Science and Technology. 2012;30(2):171-177. DOI: 10.7235/hort.2012.11126

11. Kabaş A.M.B., Fidan H., Demirelli M.B. Identification of new sources of resistance to resistance-breaking isolates of tomato spotted wilt virus. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021; 28(5):3094-3099. DOI: 10.1016/j.sjbs.2021.02.053

12. Kaur S., Jindal S.K., Dhaliwal M.S. Resistance potential of indeterminate tomato lines against root knot nematode (Meloidogyne incognita). Agricultural Research Journal. 2019;56(2):220-225. DOI: 10.5958/2395-146X.2019.00034.6

13. Lee J.M., Oh C. S., Yeam I. Molecular markers for selecting diverse disease resistances in tomato breeding programs. Plant Breeding and Biotechnology. 2015;3:308-322. DOI: 10.9787/PBB.2015.3.4.308

14. Mahfouze H.A., Mahfouze S.A., Ottai M.E.S. Molecular characterization of markers linked to tomato spotted wilt virus and tomato mosaic virus resistance loci in tomato. Journal of Applied Biology and Biotechnology. 2022;10(3):135-144. DOI: 10.7324/JABB.2022.100318

15. Мартынов В.В., Козарь Е.Г., Енгалычева И.А. Особенности первичной структуры гена Ph-3, выявленные при создании нового маркера устойчивости томата к фитофторозу. Сельскохозяйственная биология. 2022;57(5):954-964. DOI: 10.15389/agrobiology.2022.5.954rus

16. Nascimento I.R.D., Maluf W.R., Figueira A.R., Menezes C.B., Resende J.T.V.D., Faria M.V., Nogueira D.W. Marker assisted identification of tospovirus resistant tomato genotypes in segregating progenies. Scientia Agricola. 2009;66:298-303. DOI: 10.1590/S0103-90162009000300003

17. Nowicki M., Foolad M.R., Nowakowska M., Kozik E.U. Potato and tomato late blight caused by Phytophthora infestans: an overview of pathology and resistance breeding. Plant disease. 2012;96(1):4-17. DOI: 10.1094/PDIS-05-11-0458

18. Panthee D.R., Gardner R.G., Ibrahem R., Anderson C. Molecular markers associated with Ph-3 gene conferring late blight resistance in tomato. American Journal of Plant Sciences. 2015;6(13):2144-2150. DOI: 10.4236/ajps.2015.613216

19. Panthee D.R., Ibrahem R. New molecular markers associated with the Sw-5 gene conferring resistance to Tomato spotted wilt virus in tomato. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2013;88(2):129-134. DOI: 10.1080/14620316.2013.11512946

20. Park Y., Hwang J., Kim K., Kang J., Kim B., Xu S., Ahn Y. Development of the gene-based SCARs for the Ph-3 locus, which confers late blight resistance in tomato. Scientia Horticulturae. 2013;164:9-16. DOI: 10.1016/j.scienta.2013.08.013

21. Петров А.Ф., Коваль Ю.И., Листков В.Ю. Влияние различных форм азотных удобрений на урожайность томата. Инновации и продовольственная безопасность. 2019;(2):145-150. DOI: 10.31677/2311-0651-2019-24-2-145-151

22. Pidigam S., Thuraga V., Munnam S.B., Amarapalli G., Kuraba G., Pandravada S.R., Sudini H.K. Genetic diversity, population structure and validation of SSR markers linked to Sw-5 and I-2 genes in tomato germplasm. Physiology and Molecular Biology of Plants. 2021;27:1695-1710. DOI: 10.1007/s12298-021-01037-8

23. Reddy Y.S., Sellaperumal C., Prasanna H.C., Yadav A., Kashyap S.P., Singh S., Singh B. Screening of tomato genotypes against root-knot nematode and validation of Mi 1 gene linked markers. Proceedings of the National Academy of Sciences, India, Section B: Biological Sciences. 2018;88:65-72. DOI: 10.1007/s40011-016-0731-1

24. Ren Z., You Z., Munir S., Zhang Y., Li H., Zhang J., Ye Z. Development of a highly specific co-dominant marker for genotyping the Ph-3 (tomato late blight resistance) locus by comparing cultivated and wild ancestor species. Molecular Breeding. 2019;39:45. DOI: 10.1007/s11032-019-0953-z

25. Seah S., Williamson V.M., Garcia B.E., Mejia L., Salus M.S., Martin C.T., Maxwell D.P. Evaluation of a co-dominant SCAR marker for detection of the Mi-1 locus for resistance to root-knot nematode in tomato germplasm. Tomato Genetic Cooperative Report. 2007;57:37-40.

26. Shihab K.M. Abood I.D. Genetic segregation of tomato trihybrid, double cross and detection of Mi1-2, Mi-3 resistance genes against root-knot nematode (Meloidogyne spp.). International Journal of Agricultural and Statistical Sciences. 2019;15(1):153-162.

27. Шнейдер Ю.А., Каримова Е.В., Приходько Ю.Н., Лозовая Е.Н., Живаева Т.С. Вирусы томата, особо опасные для овощеводства России. Картофель и овощи. 2021;(6):3-8. DOI: 10.25630/PAV.2021.93.45.001

28. Soler S., Cebolla-Cornejo J., Nuez F. Control of diseases induced by tospoviruses in tomato: an update of the genetic approach. Phytopathologia Mediterranea, 2003;42(3):207-219. DOI: 10.14601/Phytopathol_Mediterr-1716

29. Stevens M.R., Lamb E.M., Rhoads D.D. Mapping the Sw-5 locus for tomato spotted wilt virus resistance in tomatoes using RAPD and RFLP analyses. Theoretical and Applied Genetics. 1995;90:451-456. DOI: 10.1007/BF00221989

30. Tanksley S.D., Medina-Filho H., Rick C.M. Use of naturally-occurring enzyme variation to detect and map genes controlling quantitative traits in an interspecific backcross of tomato. Heredity. 1982;49(1):11-25. DOI: 10.1038/hdy.1982.61

31. Truong H.T.H., Tran H.N., Choi H.S., Park P.H., Lee H.E. Development of a co-dominant SCAR marker linked to the Ph-3 gene for Phytophthora infestans resistance in tomato (Solanum lycopersicum). European Journal of Plant Pathology. 2013;136(2):237-245. DOI: 10.1007/s10658-012-0157-4

32. Вабищевич В.В. Вирусы томатов: фитосанитарный риск заноса и распространения. Наше сельское хозяйство. 2021;7(255):64-76.

33. Wang Y.-Y., Chen C.-H., Hoffmann A., Hsu Y.-C., Lu S.-F., Wang J.-F., Hanson P. Evaluation of the Ph-3 gene-specific marker developed for marker-assisted selection of late blight-resistant tomato. Plant Breeding. 2016;135(5):636-642. DOI: 10.1111/pbr.12395

34. Williamson V.M, Ho J.Y., Wu F.F., Miller N., Kaloshian I.A. PCR-based marker tightly linked to the nematode resistance gene, Mi, in tomato. Theoretical and Applied Genetics. 1994;87:757-763. DOI: 10.1007/BF00221126

35. Zhang C., Liu L., Zheng Z., Sun Y., Zhou L., Yang Y., Cheng F., Zhang Z., Wang X., Huang S., Xie B., Du Y., Bai Y., Li J. Fine mapping of the Ph-3 gene conferring resistance to late blight (Phytophthora infestans) in tomato. Theoretical and Applied Genetics. 2013;126:2643-2653. DOI: 10.1007/s00122-013-2162-1