Молекулярный скрининг коллекции груши, поддерживаемой на Майкопской опытной станции ВИР, на наличие маркеров генов устойчивости к парше

Актуальность. Груша (Pyrus L.) является одной из экономически важных плодовых культур, выращиваемой в 50 странах мира. Однако сорта груши поражаются многими патогенами, в частности паршой, возбудителем которой является гриб-аскомицет рода Venturia Sacc. На груше описаны два вида этого рода: Venturia nashicola S. Tanaka & S. Yamam., поражающий азиатские груши (P. pyrifolia (Burm. fil.) Nakai, P. bretschneideri Rehder, P. ussuriensis Maxim.) и Venturia pirina Aderh., специфичный для европейской груши P. communis L. Применение молекулярных маркеров для отбора устойчивых к парше сортов повысит эффективность программ селекции. Целью нашей работы была апробация маркеров генов Rvn2 и Vnk (Rvn1), контролирующих устойчивость к парше Venturia nashicola, на материале образцов коллекции Майкопской опытной станции – филиала ВИР и экспедиционных образцов. Материалы и методы: Изучена выборка из 255 образцов, включающая 246 сортов из коллекции Майкопской опытной станции – филиала ВИР, и девяти образцов, собранных экспедицией ВИР на Северном Кавказе в 2022 году. Основу выборки составили 152 сорта кавказской селекции, включая местные формы, вторую крупную подвыборку (61) образовали европейские сорта. Были использованы маркеры гена Rvn2 – PSC217/XhoI и PSC234/HaeIII, и гена Vnk (Rvn1) – STS-OPO9/SalI и STS-OPAW13, подобранные по данным литературы. Результаты: Показано широкое распространение среди образцов выборки обоих маркеров гена Rvn2 (89,4% для PSC217/XhoI и 30,9% для PSC234/HaeIII), при этом частота их встречаемости в двух основных подвыборках была примерно одинаковой. При сравнении результатов скрининга с данными по устойчивости образцов коллекции Майкопской ОС к парше груши показана низкая диагностическая ценность обоих маркеров – маркер PSC217/XhoI имел эффективность 47,2%, а маркер PSC234/HaeIII – 51,4%. Наоборот, маркеры STS-OPAW13 и STS-OPO9/SalI гена Vnk (Rvn1) присутствовали только у единичных сортов (семь) китайской и кавказской селекции. Последние, однако, согласно их родословным, были получены без использования местного оригинального материала. Заключение. В результате проведённого исследования значительной выборки образцов груши различного происхождения было показано широкое распространение в изученном материале маркеров гена Rvn2, которые, однако, продемонстрировали низкую эффективность и непригодны для молекулярного скрининга. Маркеры гена Vnk (Rvn1) были выявлены только у единичных образцов. Интерес для селекции представляет образец ‘Дан-Шансу-ли’, характеризующийся присутствием обоих маркеров гена Vnk (Rvn1) и, по предварительным данным, устойчивостью к парше груши.

1. Abe K., Kotobuki K., Sato T., Terai O. Inheritance of resistance to pear scab from European pears to Asian pears. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science. 2000;1:1-8. [in Japanese]. DOI: 10.2503/jjshs.69.1

2. Abe K., Saito T., Terai O., Sato Y., Kotobuki K. Genotypic difference for the susceptibility of Japanese, Chinese and European pears to Venturia nashicola, the cause of scab on Asian pears. Plant Breeding. 2008;127(4):407-412. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2007.01482.x

3. Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Рыбаков Д.А., Фомина Н.А., Желтова В.В., Новикова Л.Ю., Гавриленко Т.А. SSR-анализ современных российских сортов картофеля с использованием ДНК номенклатурных стандартов. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(4):77-96. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o2

4. Bell R.L. Pears (Pyrus). Acta Horticulturae. 1991;290:657-697. DOI: 10.17660/ActaHortic.1991.290.15

5. Bouvier L., Bourcy M., Boulay M., Tellier M., Guérif P., Denancé C., Durel C.E., Lespinasse Y. A new pear scab resistance gene Rvp1 from the European pear cultivar ‘Navara’ maps in a genomic region syntenic to an apple scab resistance gene cluster on linkage group 2. Tree Genetics & Genomes. 2012;8(1):53-60. DOI: 10.1007/s11295-011-0419-x

6. Brewer L.R, Alspach P.A., Morgan C., Bus V.G.M. Resistance to scab caused by Venturia pirina in interspecific pear (Pyrus spp.) hybrids. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 2009;37(3):211-218. DOI: 10.1080/01140670909510266

7. Brown A.G. Scab resistance in progenies of varieties of the cultivated pear. Euphytica. 1960;9:247-253. DOI: 10.1007/BF00022230

8. Bus V.G.M., van de Weg W.E., Durel C.E., Gessler C., Calenge F., Parisi L., Rikkerink E., Gardiner S., Patocchi A., Meulenbroek E., Schouten H., Laurens F. Delineation of a scab resistance gene cluster on linkage group 2 of apple. Acta Horticulturae. 2004;663:57-62. DOI: 10.17660/ActaHortic.2004.663.3

9. Bus V.G.M., Laurens F.N.D., van de Weg W.E., Rusholme R.L., Rikkerink E.H.A., Gardiner S.E., Bassett H.C.M., Kodde L.P., Plummer K.M. The Vh8 locus of a new gene-for-gene interaction between Venturia inaequalis and the wild apple Malus sieversii is closely linked to the Vh2 locus in Malus pumila R12740-7A. New Phytologist. 2005a;166:1035-1049. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2005. 01395.x

10. Bus V.G.M., Rikkerink E.H.A., van de Weg W.E., Rusholme R.L., Gardiner S.E., Bassett H.C.M., Kodde L.P., Parisi L., Laurens F.N.D., Meulenbroek E.J., Plummer K.M. The Vh2 and Vh4 scab resistance genes in two differential hosts derived from Russian apple R12740-7A map to the same linkage group of apple. Molecular Breeding. 2005b;15:103-116. DOI: 10.1007/s11032-004-3609-5

11. Bus V.G.M., Rikkerink E.H.A., Caffier V., Durel C.-E., Plummer K.M. Revision of the nomenclature of the differential host-pathogen interactions of Venturia inaequalis and Malus. Annual Review of Phytopathology. 2011;49(1):391-413. DOI: 10.1146/annurev-phyto-072910-095339

12. Calenge F., Faure A., Goerre M., Gebhardt C., van de Weg W.E., Parisi L., Durel C.E. Quantitative trait loci (QTL) analysis reveals both broad-spectrum and isolate-specific QTL for scab resistance in an apple progeny challenged with eight isolates of Venturia inaequalis. Phytopathology. 2004;94:370-379. DOI: 10.1094/PHYTO.2004.94.4.370

13. Chevalier M., Tellier M., Lespinasse Y., Bruyninckx M. Behaviour studies of new strains of Venturia pirina isolated from ‘Conference’ cultivar on a range of pear cultivars. Acta Horticulturae. 2008;800:817-823. DOI: 10.17660/ActaHortic.2008.800.111

14. Cho K.H., Shin I.S., Kim K.T., Suh E.J., Hong S.S., Lee H.J. Development of AFLP and CAPS markers linked to the scab resistance gene, Rvn2, in an inter-specific hybrid pear (Pyrus spp.). The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2009;84(6): 619-624. DOI: 10.1080/14620316.2009.11512576

15. Fisher R.A. On the interpretation of χ2 from contingency tables, and the calculation of P. Journal of the Royal Statistical Society. 1922;85(1):87-94. DOI: 10.2307/2340521

16. Gygax M., Gianfranceschi L., Liebhard R., Kellerhals M., Gessler C., Patocchi A. Molecular markers linked to the apple scab resistance gene Vbj derived from Malus baccata jackii. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109:1702-1709. DOI: 10.1007/s00122-004-1803-9

17. Hemmat M, Brown S.K., Weeden N.F. Tagging and mapping scab resistance genes from R12740-7A apple. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2002;127(3):365-370. DOI: 10.21273/JASHS.127.3.365

18. Inglis P.W., Pappas M.D.C.R., Resende L.V., Grattapaglia D. Fast and inexpensive protocols for consistent extraction of high quality DNA and RNA from challenging plant and fungal samples for high-throughput SNP genotyping and sequencing applications. PLoS One. 2018;13(10):e0206085. DOI: 10.1371/journal.pone.0206085

19. Ishii H., Udagawa H., Nishimoto S., Tsuda T., Nakashima H. Scab resistance in pear species and cultivars. Acta Phytopathologica et Entomologica Hungarica. 1992;27:293-298.

20. Ishii H., Yanase H. Venturia nashicola, the scab fungus of Japanese and Chinese pears: a species distinct from V. pirina. Mycological Research. 2000;104(6):755-759. DOI: 10.1017/S0953756299001720

21. Khajuria Y.P., Kaul S., Wani A.A., Dhar M.K. Genetics of resistance in apple against Venturia inaequalis (Wint.) Cke. Tree Genetics and Genomes. 2018;14:1-20. DOI: 10.1007/s11295-018-1226-4

22. [Каталог мировой коллекции ВИР]. Вып. 123. Каталог полевой устойчивости груши к основным заболеваниям / под ред. В.И. Кривченко. Ленинград; 1974.

23. Langford M.H., Keitt E.N. Heterothallism and variability in Venturia pirina. Phytopathology. 1942;32:357-369.

24. Li J., Zhang M., Li X., Khan A., Kumar S., Allan A.C., Lin-Wang K., Espley R.V., Wang C., Wang R., Xue C., Yao G., Qin M., Sun M., Tegtmeier R., Liu H., Wei W., Ming M., Zhang S., Zhao K., Song B., Ni J., An J., Korban S.S., Wu J. Pear genetics: recent advances, new prospects, and a roadmap for the future. Horticulture Research. 2022;9:1-25. DOI: 10.1093/hr/uhab040

25. Oh S., Han H., Kim D. A novel pear scab (Venturia nashicola) resistance gene, Rvn3, from interspecific hybrid pear (Pyrus pyrifolia × P. communis). Plants. 2021;10(12):2632. DOI: 10.3390/plants10122632

26. Pierantoni L., Dondini L., Cho K.-H., Shin I.-S., Gennari F., Chiodini R., Tartarini S., Kang S.-J., Sansavini S. Pear scab resistance QTLs via a European pear (Pyrus communis) linkage map. Tree Genetics and Genomes. 2007;3:311-317. DOI: 10.1007/s11295-006-0070-0

27. Postman J.D., Spotts R.A., Calabro J. Scab resistance in Pyrus germplasm. Acta Horticulturae. 2005;671:601-608. DOI: 10.17660/ActaHortic.2005.671.84

28. Potter D., Eriksson T., Evans R.C., Oh S., Smedmark J.E.E., Morgan D.R., Kerr M., Robertson K.R., Arsenault M., Dickinson T.A., Campbell C.S. Phylogeny and classification of Rosaceae. Plant Systematics and Evolution. 2007;266:5-43. DOI: 10.1007/s00606-007-0539-9

29. Shabi E., Rotem J., Loebensten G. Physiological races of Venturia pirina on pear. Phytopathology. 1973;63:41-43. DOI: 10.1094/Phyto-63-41

30. Shabi E. Pear scab. In: A.L. Jones, H.S. Aldwinckle (eds). Compendium of Apple and Pear Diseases. St. Paul, Minnesota: APS Press; 1990. p.22-23.

31. Sokolova O., Moročko-Bičevska I., Bankina B. Review of pear scab caused by Venturia pyrina. Research for Rural Development. 2014;1:26-33. URL: https://lbtufb.lbtu.lv/conference/Research-for-Rural-Development/2014/LatviaResearchRuralDevel20th_volume1-26-33.pdf [дата обращения: 05.05.2025].

32. Sokolova O., Moročko‐Bičevska I. Evaluation of Venturia pyrina virulence on European pear (Pyrus communis) cultivars by an in vitro methodology. Journal of Phytopathology. 2021:169(7-8):461-470. DOI: 10.1111/jph.13002

33. Soufflet-Freslon V., Gianfranceschi L., Patocchi A., Dure C.E. Inheritance studies of apple scab resistance and identification of Rvi14, a new major gene that acts together with other broad-spectrum QTL. Genome. 2008;51:657-667. DOI: 10.1139/G08-046

34. Sugar D., Hilton R.J. Potential organic methods for management of pear scab. Acta Horticulturae. 2011;909:527-530. DOI: 10.17660/ActaHortic.2011.909.63

35. Tanaka S., Yamamoto S. Studies in pear scab. II. Taxonomy of the causal fungus of Japanese pear scab. Annals of the Phytopathological Society of Japan. 1964;29(3):128-136. [in Japanese]. DOI: 10.3186/jjphytopath.29.128

36. Terakami S., Shoda M., Adachi Y., Gonai T., Kasumi M.,·Sawamura Y., Iketani H.,·Kotobuki K.,·Patocchi A.,·Gessler C.,·Hayashi T.,·Yamamoto T. Genetic mapping of the pear scab resistance gene Vnk of Japanese pear cultivar Kinchaku. Theoretical and Applied Genetics. 2006;113(4):743-752. DOI: 10.1007/s00122-006-0344-9

37. Terakami S., Ogata N., Kita K., Gonai T., Saito T., Yamamoto T. Identification and genetic mapping of novel resistance gene, Rvn4, for pear scab in Chinese pear. Scientia Horticulturae. 2023;317:112032. DOI: 10.1016/j.scienta.2023.112032

38. Тхагушев Н.А. Садоводство адыгов: народные традиции, описание сортов, лесосады. Майкоп: Адыгейское республиканское книжное издательство; 2008.

39. Verma L.R., Sharma R.C. Fungal and bacterial diseases of pear. In: L.R. Verma, R.C. Sharma. Diseases of horticultural crops: fruits. New Delhi: Indus Publishing company; 1999. p.140-166.

40. Won K., Bastiaanse H., Kim Y.K., Song J.H., Kang S.S., Lee H.C., Cho K.H., Brewer L., Singla G., Gardiner S.E., Chagne D., Bus V.G.M. Genetic mapping of polygenic scab (Venturia pirina) resistance in an interspecific pear family. Molecular Breeding. 2014;34(4):2179-2189. DOI: 10.1007/s11032-014-0172-6

41. Won K., Choi E.D., Kim K., Shin I.S., Hohg S., Segonzac C., Sohn K.H., Deng C.H., Brewer L., Chagné D., Bus V.G.M. Genetic mapping of two quantitative resistance loci to Venturia nashicola in an interspecific pear family. Tree Genetics and Genomes. 2024;20(3):18. DOI: 10.1007/s11295-024-01650-0