ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2021-3-34-39ovoshchi-1758Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙBREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPSМаркер-опосредованный отбор при создании устойчивых к пероноспорозу линий закрепителей стерильности лука репчатого (A. cepa L.)Marker-assisted breeding of onion (A. cepa L.) maintainer line resistant to Downy mildewЭйдлинЯ. Т.EidlinYa. T.

Яков Тарасович Эйдлин – аспирант кафедры ботаники, селекции и семеноводства садовых растений

127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49

Yakov T. Eidlin – PhD-student, Department Botany, Plant Breeding and Seed Technology

49, Timiryazevskaya st., Moscow, 127550

eidlinyakov@yandex.ruМонахосГ. Ф.MonakhosG. F.

Григорий Федорович Монахос – канд. с.-х. наук, генеральный директор, Scopus ID 6507616886

127550, г. Москва, ул. Пасечная, д. 5

Grigory F. Monakhos – Cand. Sci. (Agriculture), General Director

5, Pasechnaya st., Moscow, 127550

breedst@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9404-8862МонахосС. Г.MonakhosS. G.

Сократ Григорьевич Монахос – зав. кафедрой ботаники, селекции и семеноводства садовых растений, доктор с.-х. наук, Scopus ID 56052882900, Researcher ID I-7729-2017

127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49

Sokrat G. Monakhos – Dr. Sci. (Agriculture), Head of the Department Botany, Plant Breeding and Seed Technology

49, Timiryazevskaya st., Moscow, 127550

s.monakhos@rgau-msha.ruФГБОУ ВО РГАУ – МСХА имени К. А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy (RSAU-MTAA)Russian FederationООО «Селекционная станция имени Н. Н. Тимофеева»РоссияLimited company «Breeding station after N. N. Timofeev»Russian Federation202123062021033439Copyright © Эйдлин Я.Т., Монахос Г.Ф., Монахос С.Г., 20212021Эйдлин Я.Т., Монахос Г.Ф., Монахос С.Г.Eidlin Y.T., Monakhos G.F., Monakhos S.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/1758

Актуальность. Селекционные программы по созданию F1 гибридов лука репчатого строятся на основе использования ядерно-цитоплазматической мужской стерильности (ЯЦМС). Селекция и семеноводство на основе ЯЦМС предполагают трехлинейную схему – стерильную материнскую линию, закрепитель стерильности и отцовский компонент. Создание изогенной пары стерильная линия – закрепитель стерильности – один из наиболее трудо-, время- и интелектуальноемких этапов селекционной программы, выполнение которого усложняется с увеличением числа признаков/генов, по которым проводится отбор.

Материал исследований и результаты. В данной работе представлена схема создания устойчивой к пероноспорозу (возб. P. destructor) линии закрепителя стерильности лука репчатого с применением маркер-опосредованного отбора по ядерному гену устойчивости к пероноспорозу Pd (молекулярный маркер DMR1), ядерному гену закрепления стерильности ms (молекулярный маркер jnurf13) и по цитоплазматическим генам, определяющим N, S и T цитоплазмы (маркерная система 5`cob:orfA501). В результате гибридизации инбредной линии лука репчатого №136 (генотип – цитT MsMs PdPd) с геном Pd устойчивости к пероноспорозу и донора аллелей закрепления стерильности (ms), инбредной линии лука репчатого Бн1-(13) (генотип – цитN msms pdpd) получены расщепляющиеся популяции F2, из которых маркер-опосредованным отбором выделены гомозиготные по устойчивости к пероноспорозу линии – закрепители стерильности – цитN msms PdPd. Показано, что наследование гена устойчивости к пероноспорозу Pd в расщепляющихся популяциях от самоопыления гетерозигот Pdpd нестабильно и имеет существенное отклонение от менделевского распределения доминантных и рецессивных признаков в потомстве F2 при моногенном наследовании. Применение маркер-опосредованного отбора по целевым генам позволило создать устойчивую линию закрепитель стерильности цитN msms PdPd за два поколения.

Relevance

Relevance. F1 hybrids breeding programs of onion are based on the use of nuclear cytoplasmic male sterility (NCMS). Breeding and seed production based on NCMS suggest a development of a female sterile maternal line, a maintainer line and a paternal component. The development of an isogenic pair of sterile line – maintainer line is one of the most labor-, time-consuming and intellectually-intensive stages of a breeding program, the implementation of which becomes more complicated with an increase in the number of traits / genes for which selection is carried out.

Methods and results

Methods and results. This paper presents a genetic scheme for the development of a Downy mildewresistant (pathogen P. destructor) maintainer line of onion using marker-assisted selection (MAS). F2 populations were obtained from the cross of the female maintainer inbred line, Bn1- (13) (genotype – cytN msms pdpd) and male inbred line resistant to Downy mildew, No. 136 (genotype – cytT MsMs PdPd). DNA marker DMR1 were used for Downy mildew resistance gene Pd, jnurf13 – for maintainer gene ms and marker system 5`cob: orfA501 – for N, S and T cytoplasms. It was shown that the MAS application allow to develop a stable Downy mildew resistant maintainer line cytN msms PdPd in two generations.

ген устойчивостизакрепитель стерильностилук репчатыйлиниямаркер-опосредованный отбормолекулярный маркермужская стерильностьпероноспорозцитоплазмаPeronospora destructorresistance genemaintainer lineonionlinemarker-assisted selectionmolecular markermale sterilityDowny mildewcytoplasmPeronospora destructorReferencesCollard B. C. Y., Mackill D. J. Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2008.;363(1491):557-572. https://doi.org/10.1098/rstb.2007.2170Collard B. C. Y., Mackill D. J. Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2008.;363(1491):557-572. https://doi.org/10.1098/rstb.2007.2170Narasimhulu R. et al. Genetic variability and association studies for yield attributes in mungbean (Vigna radiata L. Wilczek). Indian J. Plant Sci. 2013;2(3):82-86.Narasimhulu R. et al. Genetic variability and association studies for yield attributes in mungbean (Vigna radiata L. Wilczek). Indian J. Plant Sci. 2013;2(3):82-86.Brumlop S., Finckh M.R. Applications and potentials of marker assisted selection (MAS) in plant breeding. Final report of the F+ E project “Applications and Potentials of Smart Breeding” (FKZ 350 889 0020) On behalf of the Federal Agency for Nature Conservation December. 2010.Brumlop S., Finckh M.R. Applications and potentials of marker assisted selection (MAS) in plant breeding. Final report of the F+ E project “Applications and Potentials of Smart Breeding” (FKZ 350 889 0020) On behalf of the Federal Agency for Nature Conservation December. 2010.Murovec N., Erker R.S., Prodan I. Determinants of environmental investments: testing the structural model. Journal of Cleaner Production. 2012;(37):265-277. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.07.024Murovec N., Erker R.S., Prodan I. Determinants of environmental investments: testing the structural model. Journal of Cleaner Production. 2012;(37):265-277. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.07.024Clarke, A.E., Jones H.A., Little T.M. Inheritance of bulb color in onion. Genetics. 1944;(29):569–575.Clarke, A.E., Jones H.A., Little T.M. Inheritance of bulb color in onion. Genetics. 1944;(29):569–575.Berninger E. Contribution a l'etude de la sterilite male de l'oignon (Allium cepa L.). Ann. Amelior. Plant (Paris). 1965;(23):183–199.Berninger E. Contribution a l'etude de la sterilite male de l'oignon (Allium cepa L.). Ann. Amelior. Plant (Paris). 1965;(23):183–199.Engelke T., Terefe D., Tatlioglu T. A PCR-based marker system monitoring CMS-(S), CMS-(T) and (N)-cytoplasm in the onion (Allium cepa L.). Theoretical and Applied Genetics. 2003;107(1):162-167. https://doi.org/10.1007/s00122-003-1230-3Engelke T., Terefe D., Tatlioglu T. A PCR-based marker system monitoring CMS-(S), CMS-(T) and (N)-cytoplasm in the onion (Allium cepa L.). Theoretical and Applied Genetics. 2003;107(1):162-167. https://doi.org/10.1007/s00122-003-1230-3Havey M.J. Seed yield, floral morphology, and lack of male-fertility restoration of male-sterile onion (Allium cepa) populations possessing the cytoplasm of Allium galanthum. Journal of the American Society for Horticultural Science. 1999;124(6):626-629.Havey M.J. Seed yield, floral morphology, and lack of male-fertility restoration of male-sterile onion (Allium cepa) populations possessing the cytoplasm of Allium galanthum. Journal of the American Society for Horticultural Science. 1999;124(6):626-629.Yarwood C. E. et al. Onion downy mildew. Hilgardia. 1943;14(11).Yarwood C. E. et al. Onion downy mildew. Hilgardia. 1943;14(11).Jesperson G.D., Sutton J.C. Evaluation of a forecaster for downy mildew of onion (Allium cepa L.). Crop protection. 1987;6(2):95-103.Jesperson G.D., Sutton J.C. Evaluation of a forecaster for downy mildew of onion (Allium cepa L.). Crop protection. 1987;6(2):95-103.Demidov E.S. Methods of protecting onions from false powdery mildew (Peronospora destructor Berk.). Tiraspol: "Tipar", 2004. 92 p.Demidov E.S. Methods of protecting onions from false powdery mildew (Peronospora destructor Berk.). Tiraspol: "Tipar", 2004. 92 p.Jones H.A., Mann L.K. Onions and their allies. Soil Science. 1964;98(1):68.Jones H.A., Mann L.K. Onions and their allies. Soil Science. 1964;98(1):68.Kofoet A. et al. Inheritance of resistance to downy mildew (Peronospora destructor [Berk.] Casp.) from Allium roylei Stearn in the backcross Allium cepa L.×(A. roylei × A. cepa). Plant Breeding. 1990;105(2):144-149.Kofoet A. et al. Inheritance of resistance to downy mildew (Peronospora destructor [Berk.] Casp.) from Allium roylei Stearn in the backcross Allium cepa L.×(A. roylei × A. cepa). Plant Breeding. 1990;105(2):144-149.Khrustaleva L. et al. The power of genomic in situ hybridization (GISH) in interspecific breeding of bulb onion (Allium cepa L.) resistant to downy mildew (Peronospora destructor [Berk.] Casp.). Plants. 2019;8(2):36. https://doi.org/10.3390/plants8020036Khrustaleva L. et al. The power of genomic in situ hybridization (GISH) in interspecific breeding of bulb onion (Allium cepa L.) resistant to downy mildew (Peronospora destructor [Berk.] Casp.). Plants. 2019;8(2):36. https://doi.org/10.3390/plants8020036Scholten O.E., Van Heusden A.W., Khrustaleva L.I., Burger-Meijer K., Mank R.A., Antonise R.G.C., Harrewijn J.L., Van haecke W., Oocst E.H., Peters R.J. The long and winding road leading to the successful introgression of downy mildew resistance into onion. Euphytica 2007;(156):345–353. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9383-9Scholten O.E., Van Heusden A.W., Khrustaleva L.I., Burger-Meijer K., Mank R.A., Antonise R.G.C., Harrewijn J.L., Van haecke W., Oocst E.H., Peters R.J. The long and winding road leading to the successful introgression of downy mildew resistance into onion. Euphytica 2007;(156):345–353. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9383-9Kim S. et al. Development of a simple PCR marker tagging the Allium roylei fragment harboring resistance to downy mildew (Peronospora destructor) in onion (Allium cepa L.). Euphytica. 2016;208(3):561-569. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1601-2Kim S. et al. Development of a simple PCR marker tagging the Allium roylei fragment harboring resistance to downy mildew (Peronospora destructor) in onion (Allium cepa L.). Euphytica. 2016;208(3):561-569. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1601-2Kim S. A codominant molecular marker in linkage disequilibrium with a restorer-of-fertility gene (Ms) and its application in reevaluation of inheritance of fertility restoration in onions. Mol. Breeding. 2014;(34):769-778. https://doi.org/10.1007/s11032-014-0073-8Kim S. A codominant molecular marker in linkage disequilibrium with a restorer-of-fertility gene (Ms) and its application in reevaluation of inheritance of fertility restoration in onions. Mol. Breeding. 2014;(34):769-778. https://doi.org/10.1007/s11032-014-0073-8Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from plant tissues. Plant molecular biology manual. Springer, Dordrecht, 1989. P.73-83.Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from plant tissues. Plant molecular biology manual. Springer, Dordrecht, 1989. P.73-83.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.