Комплексный подход в создании устойчивых к парше форм яблони: фитопатологическое тестирование и маркер-опосредованный отбор

Создание высокоустойчивых к парше генотипов яблони повышает рентабельность и экологичность производства основной плодовой продукции. Использование ранней оценки устойчивости получаемых гибридов с помощью фитопатологического тестирования и ДНК-маркеров позволяет ускорить этот процесс. Цель исследования состояла в комплексной оценке устойчивости к возбудителю парши гибридного потомства яблони, полученного от скрещивания восприимчивого (Ренет Симиренко) и устойчивого (Моди – донор гена Rvi6) сортов, с использованием естественного инфекционного фона и молекулярного маркирования целевого гена устойчивости. Фитопатологический анализ 207 гибридных сеянцев яблони на естественном фоне выявил 117 (56%) растений без поражений паршой (0 баллов). Оставшиеся сеянцы имели поражения разной степени. ДНК-маркерный анализ по гену Rvi6 позволил идентифицировать 105 растений (51%) с генотипом Rvi6rvi6 и 102 (49%) – rvi6rvi6, что близко к теоретическому расщеплению 1 : 1, получаемому при скрещивании такого типа. Сопоставление результатов инфекционной оценки и ДНК-маркирования показало 98% совпадений данных о наличии гена устойчивости с отсутствием поражений. В целом комплексное использование методов фенотипической и молекулярной оценки гибридной семьи на устойчивость к Venturia inaequalis (Cooke) G. Winter показывает высокую степень совпадения результатов. Однако несовпадение качественных классов реакций на инфицирование с результатами молекулярно-генетического анализа указывает на недостаточную силу естественного инфекционного фона года исследования. Низкая интенсивность развития заболевания была обусловлена неблагоприятными погодно-климатическими условиями начала вегетационного периода и становления инфекции, выражавшимися в более высокой по сравнению с нормой среднемесячной температурой и небольшим количеством осадков. Полученные нами результаты говорят о преимуществе комплексной оценки устойчивости к возбудителю парши с использованием инфекционного фона и молекулярного маркирования гена Rvi6, при котором на первом этапе проводится отбор устойчивых образцов на естественном инфекционном фоне с последующим подтверждением наличия искомого гена с помощью ДНК-маркерного анализа.

1. Afunian MR, Goodwin PH, Hunter DM (2004) Linkage Vfa4 in Malus domestica and Malus floribunda with Vf resistance to the apple scab pathogen Venturia inaequalis. Plant Pathology 53: 461–467 DOI: 10.1111/j.1365–3059.2004.01047.x

2. Bus VGM, Rikkerink EH, Caffier V, Durel CE, Plummer KM (2011) Revision of the nomenclature of the differential host–pathogen interactions of Venturia inaequalis and Malus. Annual Review of Phytopathology 49: 391–413 DOI: 10.1146/annurev-phyto-072910-095339.

3. Chevalier M, Lespinasse Y, Renaudin S (1991) A microscopic study of the different classes of symptoms coded by the Vf gene in apple for resistance to scab (Venturia inaequalis). Plant Pathology 40(2): 249-256.

4. Clark MD, Bus VG, Luby JJ, Bradeen JM (2014) Characterization of the defence response to Venturia inaequalis in ‘Honeycrisp’apple, its ancestors, and progeny. European journal of plant pathology 140(1): 69-81.

5. Fedorova RN (1977) Scab of apple trees (Parsha yabloni). – Leningrad: 61 [in Russian] (Фёдорова Р. Н. Парша яблони. – Ленинград: Колос, 1977. 61 с).

6. Gessler C, Patocchi A, Sansavini S, Tartarini S, Gianfranceschi L (2006) Venturia inaequalis resistance in apple. Critical Reviews in Plant Sciences 25 (6): 473–503.

7. Gianfranceschi L, Koller B, Seglias N, Kellerhals M, Gessler C (1996) Molecular selection in apple for resistance to scab caused by Venturia inaequalis. Theoretical and Applied Genetics 93 (1–2): 199–204 DOI: 10.1007/BF00225746.

8. Kozlovskaya ZA, Vasekha VV, Gashenko TA, Urbanovich OYU (2009) The effectiveness of the use of the original forms of different genetic origin in the selection of apple trees for resistance to scab (Rezul'tativnost' ispol'zovaniya iskhodnyh form razlichnogo geneticheskogo proiskhozhdeniya v selekcii yabloni na ustojchivost' k parshe). Plodovodstvo – Orcharding: nauch. tr. RUP «Institut plodovodstva – Institute for Orcharding: 9–17 [in Russian] (Козловская З. А., Васеха В. В., Гашенко Т. А., Урбанович О. Ю. Результативность использования исходных форм различного генетического происхождения в селекции яблони на устойчивость к парше // Плодоводство: науч. тр. / РУП «Институт плодоводства». 2009. С. 9–17).

9. Kozlovskaya ZA (2004) Modern trends in apple selection (review of foreign breeding programs) (Sovremennye napravleniya selekcii yabloni (obzor zarubezhnyh selekcionnyh programm)). Plodovodstvo – Orcharding 16: 256–270. [in Russian] (Козловская З. А. Современные направления селекции яблони (обзор зарубежных селекционных программ) // Плодоводство. 2004. Т. 16. С. 256–270).

10. Kozlovskaya ZA (2006) Scientific basis of apple selection for intensive gardens of Belarus (Nauchnye osnovy selekcii yabloni dlya intensivnyh sadov Belarusi): avtoref. Dis. BGSKHA. Gorki: 39 [in Russian] (Козловская З. А. Научные основы селекции яблони для интенсивных садов Беларуси: автореф. Дис. БГСХА. – Горки. 2006. С. 39).

11. Masny S (2017) Occurrence of Venturia inaequalis races in Poland able to overcome specific apple scab resistance genes. European Journal of Plant Pathology 147 (2): 313–323 DOI: 10.1007/s10658-016-1003-x.

12. Murray MG, Thompson WF (1980) Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research 10: 4321–4325.

13. Nasonov AI, Suprun II, Lobodina EV, Stepanov IV, Barsukova ON (2017) Artificial scab resistance evaluation of Malus Orientalis forms – a potential source of new genes for resistance to apple scab (Ocenka na iskusstvennom infekcionnom fone form Malus orientalis – potencial'nyh istochnikov genov ustojchivosti k parshe yabloni). Politematicheskij setevoj ehlektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta – Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University (Scientific journal of KubSAU) 131: 1377–1388 [in Russian] (Насонов А. И., Супрун И. И., Лободина Е. В., Степанов И. В., Барсукова О. Н. Оценка на искусственном инфекционном фоне форм Malus orientalis – потенциальных источников генов устойчивости к парше яблони // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 131. С. 1377–1388) DOI: 10.21515/1990–4665–131–113.

14. Osterman LA (1981) Methods for the study of nucleic acids (Metody issledovaniya nukleinovyh kislot). M.: Nauka: 288 [in Russian] (Остерман Л. А. Методы исследования нуклеиновых кислот. – М.: Наука, 1981. С. 288).

15. Parisi L, Lespinasse Y, Guillaumes J, Krüger J (1993) A new race of Venturia inaequalis virulent to apples with resistance due to the Vf gene. Phytopathology 83 (5): 533–537 DOI: 10.1094/Phyto–83–533.

16. Parisi L, Laurens F, Didelot F, Evans K, Fischer C, Fouillet V, Tsipouridis C (2006) Geographical distribution of Venturia inaequalis strains virulent to the Vf gene in Europe. IOBC WPRS BULLETIN 29 (1): 49.

17. Roberts T, Crute I (1994) Apple scab resistance from Malus floribunda 821 (Vf) is rendered ineffective from Malus floribunda. Norwegian Journal of Agricultural Science 17: 403–406.

18. Sedov EN, Zhdanov VV, Serova ZM, Makarkina MA (2013) Apple tree breeding for scab resistance: the development of the ideas of NI Vavilova and IV Michurin (Selekciya yabloni na ustojchivost' k parshe: razvitie idej NI Vavilova i IV Michurina). Sel'skohozyajstvennaya biologiya – Agricultural biology 1: 42–52 [in Russian] (Седов Е. Н., Жданов В. В., Серова З. М., Макаркина М. А. Селекция яблони на устойчивость к парше: развитие идей НИ Вавилова и ИВ Мичурина // Сельскохозяйственная биология. 2013. №. 1. С. 42–52) DOI: 10.15389/agrobiology.2013.1.42rus.

19. Suprun II, Nasonov AI, YAkuba GV, Lobodina EV, Barsukova ON (2016) Effective selection of apple seedlings in a seed plot on resistance to scab and powder mildew (Ehffektivnost' otbora seyancev yabloni v shkolke na ustojchivost' k parshe i muchnistoj rose). Plodovodstvo i vinogradarstvo Yuga Rossii – Journal Kubansad 38(2): 117–129 [in Russian] (Супрун И. И., Насонов А. И., Якуба Г. В., Лободина Е. В., Барсукова О. Н. Эффективность отбора сеянцев яблони в школке на устойчивость к парше и мучнистой росе // Плодоводство и виноградарство Юга России. 2016. № 38 (2). С. 117–129).

20. Vavra R, Bocek S (2010) Apple scab (Venturia inaequalis (Cooke) Wint.) attacks on cultivars and genotypes carrying different resistant genes in plantings with breaking through Vf–Rvi6 gene. XIV International Conference on Organic Fruit Growing. Germany. 22–24.02.2010: 10–15.

21. Yakuba GV (2013) Protection of apple from scab in a climate of change (Ehkologizirovannaya zashchita yabloni ot parshi v usloviyah klimaticheskih izmenenij): Monograph – Krasnodar: GNU SKZNIISiV: 213 [in Russian] (Якуба Г. В. Экологизированная защита яблони от парши в условиях климатических изменений: Монография – Краснодар: ГНУ СКЗНИИСиВ. 2013. C. 213).

22. Zhdanov VV, Sedov EN (1991) Apple breeding for scab resistance (Selekciya yabloni na ustojchivost' k parshe). Tula: Priok. kn. izd–vo: 208 [in Russian] (Жданов В. В., Седов Е. Н. Селекция яблони на устойчивость к парше. Тула: Приок. кн. изд-во, 1991. 208 с.).