Preview

Овощи России

Расширенный поиск

Создание новых форм томата с генами устойчивости к грибным болезням на основе маркерной селекции

https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-6-16-21

Полный текст:

Аннотация

Цель. Исследования направлены на получение новых форм томата с комплексом генов устойчивости к грибным болезням в сочетании со штамбовым типом куста и темной окраской плодов на основе маркер-опосредованной селекции.
Методы. Объект исследований – сорта и гибридные формы томата из коллекции Мичуринского ГАУ. Молекулярно-генетический анализ проводили с использованием следующих методов. Экстрагирование ДНК осуществляли из молодых листьев с применением набора для выделения НК «Проба НК» производства ООО «Агродиагностика» согласно протоколу производителя. Для проведения ПЦР использованы наборы производства компании Fermentas. Идентификацию гена устойчивости к кладоспоризу Cf-19 проводили с использованием ДНК-маркера Р7. Наличие гена устойчивости к фузариозному увяданию определяли с помощью маркера I-2/5. Визуализацию результатов амплификации осуществляли с помощью электрофореза в агарозном геле.
Результаты. При проведении исследований была проанализирована коллекция сортов и гибридных форм томата Мичуринского ГАУ с целью идентификации генов устойчивости к кладоспориозу Cf-19 и фузариозному увяданию I-2. Всего проанализировано 52 генотипа. Установлено, что для большинства образцов (41 образец) характерно гетерозиготное состояние гена Cf-19. Все индетерминантные и полудетерминантные формы имели оба аллеля. Из 23 представленных в коллекции детерминантных форм у 10 отмечен только один аллель, соответствующий рецессивной гомозиготе. Среди всех анализируемых генотипов томата не отмечено доминантных гомозиготных форм. Изучение коллекции позволило выявить нескольких аллелей гена I-2. Всего амплифицировано четыре фрагмента, соответствующих различным аллелям. Всего устойчивых генотипов в коллекции выделено 50. У 42 образцов томата идентифицированы два аллея гена I-2 (633/693 п.н). Четыре сорта гомозиготны по одному аллелю (633 п.н.), обуславливающему устойчивость. Три сорта имеют второй аллель (566 п.н.) устойчивости. Один генотип имеет только аллель определяющий восприимчивость (693 п.н.).
На основании молекулярного анализа, а также оценки типа куста и окраски плода был проведен отбор исходных форм с последующей гибридизацией. Получено 67 гибридных растений томата. Оценка наличия генов устойчивости показала, что большинство полученных гибридов являются устойчивыми к кладоспориозу и фузариозу. Это обусловлено наличием доминантных аллелей генов Cf-19 и I-2 в гетерозиготном состоянии. Среди полученных гибридов выделены растения со штамбовым типом куста. Всего таких растений получено 13. Проведенная работа позволила получить гибридные формы томата, сочетающие признаки устойчивости к двум возбудителям грибных болезней и штамбовый тип куста. Эти формы планируется использовать в дальнейшей селекционной работе.

Об авторах

И. Н. Шамшин
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ)
Россия

Иван Николаевич Шамшин – кандидат биологических наук, заведующий лабораторией молекулярно-генетического анализа плодовых растений

Scopus ID 56708633300, Researcher ID AAZ-9047-2021

393760, Российская Федерация, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д.101



Е. В. Грошева
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ)
Россия

Екатерина Владимировна Грошева – лаборант лаборатории молекулярно-генетического анализа плодовых растений

Researcher ID ААА7122-2020

393760, Российская Федерация, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д.101



М. В. Маслова
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ)
Россия

Марина Витальевна Маслова – кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории «Биофотоника»

Researcher ID E-4506-2015

393760, Российская Федерация, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д.101



Р. М. Самойлова
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ)
Россия

Руфима Мамедхановна Самойлова – учебный мастер кафедры садоводства, биотехнологий и селекции сельскохозяйственных культур

393760, Российская Федерация, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д.101



Список литературы

1. Litvinov S.S. [Phytosanitary problems in modern vegetable production]. Plant protection and quarantine. 2015; 4. (in Russ.)

2. Seitbattalova A.I., Sadanov A.K., Shemshura O.N., Kaptagai R.Zh., Ismailova E.T. [The influence of pre-treatment of seeds with issop extract on the resistance of tomatoes to mushroom diseases in the field]. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan series biology and medicine. 2017;5(233):222- 227. (in Russ.)

3. Polyxenova V.D. [Induced resistance of plants to pathogens and abiotic stress factors: on the example of tomato]. Bulletin of the Belarusian State University. 2009;(1):48-60. (in Russ.)

4. Iida Y., van ‘t Hof P., Beenen H., Mesarich C., Kubota M., Stergiopoulos I., de Wit P. J. Novel mutations detected in avirulence genes overcoming tomato Cf resistance genes in isolates of a Japanese population of Cladosporium fulvum. PloS one. 2015;10(4). DOI 10.1371/journal.pone.0123271

5. Thomas C.M., Jones D.A., Parniske M., Harrison K., Balint-Kurti P. ., Hatzixanthis K., Jones J.D. Characterization of the tomato Cf-4 gene for resistance to Cladosporium fulvum identifies sequences that determine recognitional specificity in Cf-4 and Cf-9. The Plant Cell. 1997;9(12):2209-2224. DOI 10.1105/tpc.9.12.2209.

6. Chai X., Xu X., Wang D., Xue D., Li J. Mapping and candidate gene screening of Cladosporium fulvum resistance gene Cf-12 in tomato (Solanum lycopersicum) by high-throughput sequencing. Plant Breeding 2020;139(5):977-987. DOI 10.1111/pbr.12852

7. Zhang D., Bao Y., Sun Y., Yang H., Zhao T., Li H., Xu X. Comparative transcriptome analysis reveals the response mechanism of Cf-16-mediated resistance to Cladosporium fulvum infection in tomato. BMC plant biology. 2020;20(1):1-16. DOI 10.1186/s12870-020-2245-5

8. Liu G., Liu J., Zhang C., You X., Zhao T., Jiang J., Xu X. Physiological and RNAseq analyses provide insights into the response mechanism of the Cf-10-mediated resistance to Cladosporium fulvum infection in tomato. Plant molecular biology. 2018;96(4):403-416. DOI 10.1007/s11103-018-0706-0.

9. Kruijt M., Brandwagt B.F., De Wit P.J. Rearrangements in the Cf-9 disease resistance gene cluster of wild tomato have resulted in three genes that mediate Avr9 responsiveness. Genetics. 2004;168(3):1655-1663. DOI 10.1534/genetics.104.028985.

10. Jones D.A., Dickinson M.J., Balint-Kurti P.J., Dixon M.S., Jones J.D.G. Two complex resistance loci revealed in tomato by classical and RFLP mapping of the Cf-2, Cf-4, Cf-5, and Cf-9 genes for resistance to Cladosporium fulvum. Molecular Plant Microbe Interactions. 1993;6(3):348-357.

11. Dixon M.S., Jones D.A., Keddie J.S., Thomas C.M., Harrison K., Jones J.D. The tomato Cf-2 disease resistance locus comprises two functional genes encoding leucine-rich repeat proteins. Cell. 1996;84(3):451-459. DOI 10.1016/S0092-8674(00)81290-8.

12. Xue D.Q., Chen X.L., Zhang H., Chai X.F., Jiang J.B., Xu X.Y., Li J.F. Transcriptome analysis of the Cf-12-mediated resistance response to Cladosporium fulvum in tomato. Frontiers in plant science. 2017;(7):2012. DOI 10.3389/fpls.2016.02012.

13. Zhao T., Liu W., Zhao Z., Yang H., Bao Y., Zhang D., Xu X. Transcriptome profiling reveals the response process of tomato carrying Cf-19 and Cladosporium fulvum interaction. BMC plant biology. 2019;19(1):1-12. DOI 10.1186/s12870-019-2150-y.

14. Jordatilde D.O., de Almeida C.M.A., Malafaia C.B., da Silva M.L.R.B., dos Santos Correia M.T., de Menezes Lima V.L., da Silva, M.V. Identification of races 1, 2 and 3 of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici by molecular markers. African Journal of Microbiology Research. 2013;7(20):2324-2331. DOI10.5897/AJMR12.2234.

15. Gonzalez-Cendales Y., Catanzariti A.M., Baker B., Mcgrath D.J., Jones D.A.. Identification of I-7 expands the repertoire of genes for resistance to Fusarium wilt in tomato to three resistance gene classes. Molecular Plant Pathology. 2016;17(3):448-463. DOI10.1111/mpp.12294

16. Eroshevskaya A.S., Egorova A.A., Milyukova N.A., Pyrsikov A.S. Molecular-genetic analysis of tomato hybrids F1 on resistance to fuzariosis. Potatoes and vegetables. 2021;(5):37-40. (In Russ.)

17. Takken F., Rep M. The arms race between tomato and Fusarium oxysporum. Molecular plant pathology. 2010;11(2):309-314.

18. Catanzariti A.M., Lim G.T., Jones D.A. The tomato I-3 gene: a novel gene for resistance to Fusarium wilt disease. New Phytologist. 2015;207(1):106-118. DOI 10.1111/nph.13348.

19. Gardner R.G. Mountain Spring'tomato; NC8276 and NC84173 tomato breeding lines. HortScience. 1992;27(11);1233-1234.

20. El Mohtar C.A., Atamia H.S., Dagher R.B., Abou-Jawdah Y., Salus M.S., Maxwell D.P. Marker-assisted selection of tomato genotypes with the I-2 gene for resistance to Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici race 2. Plant disease. 2007;91(6):758-762. DOI 10.1094/PDIS-91-6-0758.

21. Simsek D., Pinar H., Mutlu N. Development of Fusarium oxysporum f. Sp. Lycopersici (FOL) and Fusarium oxysporum f. Sp. Radicis lycopersici (FORL) resistant tomato lines with the aid of marker assisted selection. Current Trends in Natural Sciences. 2018;7(13):281-285.

22. Pidigam S., Thuraga V., Munnam S.B., Amarapalli G., Kuraba G., Pandravada S.R., Sudini H.K. Genetic diversity, population structure and validation of SSR markers linked to Sw-5 and I-2 genes in tomato germplasm. Physiology and Molecular Biology of Plants. 2021;1-16. DOI 10.1007/s12298-021-01037-8.

23. Adzhieva V.F., Grushetskaya Z.E., Malyshev S.V., Nekrashevich N.A., Babak O.G., Kilchevsky A.V. [Creation of a complex of DNA markers for tomato genes that determine the content of carotenoids and resistance to diseases and pests]. II International. научн. - практ. conf. "Modern trends in the selection and seed production of vegetable crops. Traditions and perspectives. " Moscow, Russia. August 2-4, 2010; p. 47. (in Russ.)

24. Yu S.C., Zou Y.M. A co-dominant molecular marker of Fusarium wilt resistance gene I-2 derived from gene sequence in tomato. Yi Chuan= Hereditas. 2008;30(7):926-932. DOI 10.3724/sp.j.1005.2008.00926.

25. Arens P., Mansilla C., Deinum D., Cavellini L., Moretti A., Rolland S., Vosman B. Development and evaluation of robust molecular markers linked to disease resistance in tomato for distinctness, uniformity and stability testing. Theoretical and applied genetics. 2010;120(3):655-664. DOI 10.1007/s00122-009-1183-2.

26. Zhao T., Jiang J., Liu G., He S., Zhang H., Chen X., Xu X. Mapping and candidate gene screening of tomato Cladosporium fulvum-resistant gene Cf-19, based on highthroughput sequencing technology. BMC plant biology. 2016;16(1):1-10. DOI 10.1186/s12870-016-0737-0.

27. Nevamea A. Y. M., Xiaa L., Wentinga Z., Nchongbohc C. G., Wenhua L., Hasand M. M., Longtinga S. Validation of some disease-resistance molecular markers associated with multiple diseases in tomato for marker-assisted selection program. Scienceasia. 2020;46(1):19-29. DOI 10.2306/scienceasia1513-1874.2020.006.

28. Shamshin I.N., Maslova M.V., Gryazneva Yu.V. [Analysis of genetic collection of tomato varieties and hybrid forms by resistance to cladosporiosis using DNA markers]. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2019;180(3):63-70. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-3-63-70 (in Russ.)


Рецензия

Для цитирования:


Шамшин И.Н., Грошева Е.В., Маслова М.В., Самойлова Р.М. Создание новых форм томата с генами устойчивости к грибным болезням на основе маркерной селекции. Овощи России. 2021;(6):16-21. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-6-16-21

For citation:


Shamshin I.N., Grosheva E.V., Maslova M.V., Samoilova R.M. Creation of new tomato forms with fungal disease resistance genes based on marker selection. Vegetable crops of Russia. 2021;(6):16-21. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-6-16-21

Просмотров: 166


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-9146 (Print)
ISSN 2618-7132 (Online)