ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2026-1-66-74ovoshchi-2878Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙBREEDING, SEED PRODUCTION AND PLANT BIOTECHNOLOGYСоздание исходного материала для гибридной селекции лука батуна с устойчивостью к пероноспорозуDevelopment of Initial Material for Hybrid Breeding of Welsh Onion with Resistance to Downy Mildewhttps://orcid.org/0009-0003-6604-0822МонахосМ. Г.MonakhosM. G.

Монахос Михаил Григорьевич – младший научный сотрудник ООО «Селекционная станция имени Н.Н.Тимофеева»

ResearcherID Web of Science: PDW-8077-2025

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Mikhail G. Monakhos – Junior researcher N.N. Timofeev Breeding Station LLC

ResearcherID Web of Science: PDW-8077-2025

49, Timiryazevskaya street, Moscow, 127434

mihaluch1864@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0657-8797ЭйдлинЯ. Т.EidlinYa. T.

Эйдлин Яков Тарасович – к.с.-х.н., ассистент кафедры молекулярной селекции, клеточных технологий и семеноводства

ResearcherID Web of Science: AFW-7880-2022

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Yakov T. Eidlin – Agricultural science PhD, Assistant Professor, Department of Molecular Breeding, Cell Technologies and Seed Production

ResearcherID Web of Science: AFW-7880-2022

49, Timiryazevskaya street, Moscow, 127434

https://orcid.org/0000-0001-9404-8862МонахосС. Г.MonakhosS. G.

Монахос Сократ Григорьевич – зав. кафедрой ботаники, селекции и семеноводства садовых растений, доктор с.-х. наук, профессор РАН

Researcher ID Web of Science: I-7729-201

Scopus Author ID: 56052882900

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

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

ResearcherID Web of Science: I-7729-201

49, Timiryazevskaya street, Moscow, 127434

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation202625032026016674Copyright © Монахос М.Г., Эйдлин Я.Т., Монахос С.Г., 20262026Монахос М.Г., Эйдлин Я.Т., Монахос С.Г.Monakhos M.G., Eidlin Y.T., 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/2878Актуальность

Актуальность. Целью работы было – создание исходного материала для селекции F1 гибридов лука батуна с устойчивостью к пероноспорозу.

Материал и методика

Материал и методика. Проведена межвидовая гибридизация с использованием A. Roylei (донор доминантного гена устойчивости Pd1) и A. galanthum (донор Gal-типа цитоплазмы, индуцирующей ЦМС) с последующими насыщающими скрещиваниями с A. Fistulosum (сорт «Ishikura» и линией из гибрида «Katana F1»). Оценку фертильности пыльцы проводили методом ацетокарминового окрашивания с подсчетом доли окрашенных зерен в трех полях зрения. Оценку устойчивости/восприимчивости полученных популяций проводили на искусственном инфекционном фоне (инокулюм патогена Peronospora destructor в концентрации 3*106 спор/мл), а также с использованием молекулярного SCAR-маркера DMR1.

Результаты

Результаты. Установлено, что гибриды первого поколения (A. roylei × A. fistulosum) и (A. galanthum × A. fistulosum) характеризуются крайне низкой фертильностью пыльцы (17,9% и 14,9% соответственно), обусловленной нарушениями мейоза при отдаленной гибридизации. Однако однократное беккроссирование гибрида (A. roylei × A. fistulosum) с A. fistulosum привело к полному восстановлению мужской фертильности, и она составила 95,4%. Фенотипический анализ на инфекционном фоне выявил отсутствие симптомов поражения пероноспорозом у всех растений популяций BC1 и потомства беккросных растений, что не соответствует ожидаемому моногенному доминантному расщеплению.

При этом ПЦР-анализ с маркером DMR1 продемонстрировал амплификацию неспецифичных фрагментов (350, 490 и 580 п.н.) у растений BC1. В результате исследования показана возможность передачи в геном лука батуна ЦМС-индуцирующего фактора от A.galanthum и гена устойчивости Pd1 от A. roylei. Отсутствие расщепления по устойчивости к пероноспорозу при беккроссировании восприимчивыми образцами Allium fistulosum, а также в самоопыленном потомстве беккроссных растений позволяет выдвинуть гипотезу, о наследственном факторе в цитоплазме Allium roylei препятствующем образованию зигот, с рецессивным гомозиготным генотипом pd1pd1. Эту гипотезу подтверждает факт обнаружения восприимчивых растений в потомствах, где устойчивые растения гибрида A. roylei × A. fistulosum использовали в качестве опылителей на растения с цитоплазмой A.galanthum и A. fistulosum. Полученные беккроссные популяции представляют ценный материал для селекции гетерозисных гибридов лука батуна.

Relevance

Relevance. The aim of our work was to create initial material for the breeding of F1 hybrids of Welsh onion (Allium fistulosum) with resistance to downy mildew.

Materials and Methods

Materials and Methods. To achieve this goal, interspecific hybridization was carried out using A. roylei (donor of the dominant resistance gene Pd1) and A. galanthum (donor of the Ga-type cytoplasm inducing CMS), followed by backcrossing with A. fistulosum (cultivar 'Ishikura' and self-pollinated lines from the 'Katana F1' hybrid). Pollen fertility was assessed using the acetocarmine staining method, calculating the proportion of stained grains in three fields of view. Evaluation of resistance/susceptibility of the obtained populations was conducted under an artificial infection background (inoculum of the pathogen Peronospora destructor at a concentration of 106 spores/ml), as well as using the molecular SCAR marker DMR1.

Results

Results. It was found that first-generation hybrids (A. roylei × A. fistulosum) and (A. galanthum × A. fistulosum) are characterized by extremely low pollen fertility (17.9% and 14.9%, respectively), caused by meiotic disturbances during distant hybridization. However, a single backcross of the hybrid (A. roylei × A. fistulosum) with A. fistulosum led to a complete restoration of male fertility in the BC1 population, where the average fertility was 95.4%. Phenotypic analysis under the artificial infection background revealed an absence of downy mildew symptoms in all plants of the BC1 and its populations containing genetic material from A. roylei, which does not correspond to the expected monogenic dominant segregation. At the same time, PCR analysis with the DMR1 marker demonstrated the amplification of non-specific fragments (350, 490, and 580 bp) in BC1 plants, indicating structural rearrangements in the introgression region of the Pd1 gene. The study demonstrated the possibility of transferring the CMS-inducing factor from A. galanthum and the Pd1 resistance gene from Allium roylei into the genome of Welsh onion. The obtained BC populations represent valuable material for the breeding of heterotic Welsh onion hybrids resistant to downy mildew.

лук батунAllium royleiAllium galanthumмужская стерильностьПЦРмежвидовая гибридизацияWelsh onionAllium royleiAllium galanthummale sterilityPCRinterspecific hybridizationReferencesPadula G., Xia X., Hołubowicz R. Welsh onion (Allium fistulosum L.) seed physiology, breeding, production and trade. Plants. 2022;11(3):343. https://doi.org/10.3390/plants11030343Padula G., Xia X., Hołubowicz R. Welsh onion (Allium fistulosum L.) seed physiology, breeding, production and trade. Plants. 2022;11(3):343. https://doi.org/10.3390/plants11030343Van Der Heyden H., Dutilleul P., Charron J.B., Bilodeau G.J., Carisse O. Factors Influencing the Occurrence of Onion Downy Mildew (Peronospora destructor) Epidemics: Trends from 31 Years of Observational Data. Agronomy. 2020;10(5):738. https://doi.org/10.3390/agronomy10050738Van Der Heyden H., Dutilleul P., Charron J.B., Bilodeau G.J., Carisse O. Factors Influencing the Occurrence of Onion Downy Mildew (Peronospora destructor) Epidemics: Trends from 31 Years of Observational Data. Agronomy. 2020;10(5):738. https://doi.org/10.3390/agronomy10050738Khrustaleva L., Mardini M., Kudryavtseva N., 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., Mardini M., Kudryavtseva N., 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/plants8020036Van der Meer Q., De Vries J. An interspecific cross between Allium roylei Stearn and Allium cepa L., and its backcross to A. cepa. Euphytica. 1990;47(1):29-31.Van der Meer Q., De Vries J. An interspecific cross between Allium roylei Stearn and Allium cepa L., and its backcross to A. cepa. Euphytica. 1990;47(1):29-31.Kofoet A., Kik C., Wietsma W., De Vries J. 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., Kik C., Wietsma W., De Vries J. 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.Havey M. 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. 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.Yamashita Kichiro, Takatori Y., Tashiro Y. Chromosomal location of a pollen fertility-restoring gene, Rf, for CMS in Japanese bunching onion (Allium fistulosum L.) possessing the cytoplasm of A. galanthum Kar. et Kir. revealed by genomic in situ hybridization. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111(1):15-22. https://doi.org/10.1007/s00122-005-1941-8Yamashita Kichiro, Takatori Y., Tashiro Y. Chromosomal location of a pollen fertility-restoring gene, Rf, for CMS in Japanese bunching onion (Allium fistulosum L.) possessing the cytoplasm of A. galanthum Kar. et Kir. revealed by genomic in situ hybridization. Theoretical and Applied Genetics. 2005;111(1):15-22. https://doi.org/10.1007/s00122-005-1941-8Porebski S., Bailey L.G., Baum B.R. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant molecular biology reporter. 1997;15(1):8-15.Porebski S., Bailey L.G., Baum B.R. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant molecular biology reporter. 1997;15(1):8-15.Kim S., Kim C.W., Choi M.S., Kim S. 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.Kim S., Kim C.W., Choi M.S., Kim S. 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.Buloviene V., Surviliene E. Effect of environmental conditions and inocolum concentration on sporulation of Peronospora destructor. Agronomy Research. 2009;4(Special issue).Buloviene V., Surviliene E. Effect of environmental conditions and inocolum concentration on sporulation of Peronospora destructor. Agronomy Research. 2009;4(Special issue).Glombik M., Bačovský V., Hobza R., Kopecký D. Competition of Parental Genomes in Plant Hybrids. Front Plant Sci. 2020;11:200. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00200Glombik M., Bačovský V., Hobza R., Kopecký D. Competition of Parental Genomes in Plant Hybrids. Front Plant Sci. 2020;11:200. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00200Majka J., Glombik M., Doležalová A., et al. Both male and female meiosis contribute to non-Mendelian inheritance of parental chromosomes in interspecific plant hybrids (Lolium × Festuca). New Phytologist. 2023;238(2):624-636. https://doi.org/10.1111/nph.18753Majka J., Glombik M., Doležalová A., et al. Both male and female meiosis contribute to non-Mendelian inheritance of parental chromosomes in interspecific plant hybrids (Lolium × Festuca). New Phytologist. 2023;238(2):624-636. https://doi.org/10.1111/nph.18753Kopecký D., Scholten O., Majka J., Burger-Meijer K., Duchoslav M., Bartoš J. Genome Dominance in Allium Hybrids (A. cepa × A. roylei). Front Plant Sci. 2022;13:854127. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.854127Kopecký D., Scholten O., Majka J., Burger-Meijer K., Duchoslav M., Bartoš J. Genome Dominance in Allium Hybrids (A. cepa × A. roylei). Front Plant Sci. 2022;13:854127. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.854127

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