Маркер-опосредованный отбор при создании устойчивых к пероноспорозу линий закрепителей стерильности лука репчатого (A. cepa L.)

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.

1. Collard 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.2007.2170

2. 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.

3. 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.

4. 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.2012.07.024

5. Clarke, A.E., Jones H.A., Little T.M. Inheritance of bulb color in onion. Genetics. 1944;(29):569–575.

6. Berninger E. Contribution a l'etude de la sterilite male de l'oignon (Allium cepa L.). Ann. Amelior. Plant (Paris). 1965;(23):183–199.

7. 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/s00122-003-1230-3

8. 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.

9. Yarwood C. E. et al. Onion downy mildew. Hilgardia. 1943;14(11).

10. 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.

11. Demidov E.S. Methods of protecting onions from false powdery mildew (Peronospora destructor Berk.). Tiraspol: "Tipar", 2004. 92 p.

12. Jones H.A., Mann L.K. Onions and their allies. Soil Science. 1964;98(1):68.

13. 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.

14. 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/plants8020036

15. Scholten 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/s10681-007-9383-9

16. Kim 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/s10681-015-1601-2

17. Kim 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/s11032-014-0073-8

18. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from plant tissues. Plant molecular biology manual. Springer, Dordrecht, 1989. P.73-83.