Ускорение селекции устойчивых к фузариозу линий капусты белокочанной (Brassica oleracea var. capitata L.) за счет использования DH-линий и маркер-ассоциированной селекции

Актуальность. Применение современных биотехнологических методов в селекции, а именно технологии удвоенных гаплоидов и маркер-опосредованной селекции может существенно сократить время создания гомозиготных селекционных линий и отбор тех из них, которые обладают ценными сельскохозяйственными свойствами. Фузариозное увядание является одним из экономически важных заболеваний капусты белокочанной, поэтому отработка метода отбора удвоенных гаплоидных растений, устойчивых к фузариозу с помощью молекулярно-генетических маркеров может позволить быстро получать чистые линии, устойчивые к фузариозу, при этом анализ возможно проводить на любой стадии развития растения.

Материал и методы. Для тестирования эффективности маркера FocBNUf/r к полиморфному участку гена FocBo1, позволяющему различать устойчивые и восприимчивые генотипы, использовали проверенные на инфекционном фоне Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans гибриды Герцогиня F₁, Поиск 2018 F₁ (устойчивые образцы, оригинатор – Агрофирма «Поиск») и Слава 1305 (восприимчивый образец, оригинатор – Федеральный научный центр овощеводства). Маркер FocBNU был применен для анализа 60 удвоенных гаплоидов 12 различных генотипов.

Результаты. Было продемонстрировано, что маркер FocBNUf/r эффективно дифференцирует устойчивые и неустойчивые образцы. Были получены удвоенные гаплоиды из 12 различных селекционных образцов. ПЦР-тестирование удвоенных гаплоидов на устойчивость к фузариозу позволило отобрать в 8 генотипах 6,7-100% растений с наличием гена устойчивости к фузариозу в гомозиготном состоянии. Были отбракованы удвоенные гаплоиды 4 генотипов, которые не несли гена устойчивости.

Заключение. Маркер FocBNUf/r позволяет эффективно выявлять устойчивые и восприимчивые образцы, а также различать гомозиготные и гетерозиготные растения. Маркер FocBNUf/r был применен для отбора устойчивых удвоенных гаплоидов капусты белокочанной на стадии рассады. Таким образом, удалось не только ускорить получение чистых линий за счет получения удвоенных гаплоидов, но и ускорить отбор ценных образцов, несущих ген устойчивости к фузариозу, позволяя избежать трудоемкий этап отбора устойчивых линий на инфекционном фоне.

1. Пивоваров В.Ф., Бондарева Л.Л. Основные направления и результаты селекциии семеноводства капустных культур во ВНИИССОК. Овощи России. 2013;(3):4-9. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2013-3-4-9 https://www.elibrary.ru/rbjtkn

2. Priyamedha, Ram B., Kumar A., Sharma H. K., Singh V. V. Genetics and Genomic Approaches for Disease Resistance in Brassicas. In Brassica Improvement, S. H. Wani, A. K. Thakur, and Y. Jeshima Khan, Eds., Cham: Springer International Publishing, 2020. pp. 147–157. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34694-2_8

3. Koike S.T., Subbarao K.V., Davis R.M., Turini T.A. Vegetable Diseases Caused by Soilborne Pathogens. University of California Agriculture and Natural Resources 2003. https://doi.org/10.3733/ucanr.8099

4. Домблидес Е.А., Домблидес А.С., Заячковская Т.В., Бондарева Л.Л. Определение типа цитоплазмы у растений семейства капустные (Brassicaceae Burnett) с помощью ДНК маркеров. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(5):529–537. https://doi.org/10.18699/VJ15.069 https://www.elibrary.ru/vdublx

5. Zhao H.X., Li Z.J., Hu S.W., Sun G.L., Chang J.J., Zhang Z.H. Identification of cytoplasm types in rapeseed (Brassica napus L.) accessions by a multiplex PCR assay. Theor. Appl. Genet. 2010;121(4):643–650. https://doi.org/10.1007/s00122-010-1336-3

6. Kozar E.V., Domblides E.A. Imidazolinone Resistance in Oilseed Rape (Brassica napus L.): Current Status, Breeding, Molecular Markers and Prospects for Application in Hybrid Seed Purity Improvement,” Horticulturae. 2024;10(6):553. https://doi.org/10.3390/horticulturae10060553

7. Afrin K.S., Rahim A., Natarajan S. Screening of Cabbage (Brassica oleracea L.) Germplasm for Resistance to Black Rot. Plant Breed. Biotechnol. 2018;6(1):30–43. https://doi.org/10.9787/PBB.2018.6.1.30

8. Kifuji Y., Hanzawa H., Terasawa Y., Ashutosh, Nishio T. QTL analysis of black rot resistance in cabbage using newly developed EST-SNP markers. Euphytica. 2013;190(2):289–295. https://doi.org/10.1007/s10681-012-0847-1

9. Kawasaki M., Ohara T., Ishida M., Takahata Y., Hatakeyama K. Development of novel clubroot resistant rapeseed lines (Brassica napus L.) effective against Japanese field isolates by marker assisted selection. Breed. Sci. 2021;71(5):528–537. https://doi.org/10.1270/jsbbs.21014

10. Pang W., Fu P., Li X., Zhan Z., Yu S., Piao Z. Identification and Mapping of the Clubroot Resistance Gene CRd in Chinese Cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis). Front. Plant Sci. 2018;(9):653. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00653.

11. Karim M., Tonu N.N., Hossain Sh.M., Funaki T., Bahadur Meah M., Hossain D.M., Asad M. ud-d., Fukai E., Okazaki K. Marker-assisted selection of low erucic acid quantity in short duration Brassica rapa. Euphytica. 2016;208(3):535–544. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1596-8

12. Blank L.M. Fusarium resistance in Wisconsin all seasons cabbage. J. Agric. Res. 1937;(55):407–510.

13. Liu X., Han F., Kong C., Fang Zh., et al. Rapid Introgression of the Fusarium Wilt Resistance Gene into an Elite Cabbage Line through the Combined Application of a Microspore Culture, Genome Background Analysis, and Disease Resistance-Specific Marker Assisted Foreground Selection. Front. Plant Sci. 2017;(8). https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00354

14. Lv H., Kang J.-g., Wang Q.-b., Wang X.-w., et al. Development of InDel markers linked to Fusarium wilt resistance in cabbage. Mol. Breed. 2013;32(4):961–967. https://doi.org/10.1007/s11032-013-9925-x

15. Дубина Е.В., Макуха Ю.А., Артемьева А.М., Фатеев Д.А., Гаркуша С.В., Горун О.Л., Лесняк С.А. Молекулярное маркирование в селекции капусты белокочанной (Brassica oleracea L.) на устойчивость к фузариозному увяданию. Генетика. 2023;59(10):1004–1010. https://doi.org/10.1134/S1022795423100034 https://www.elibrary.ru/ztymzi

16. Shimizu M., Pu Z.-j., Kawanabe T., Kitashiba H., et al. Map-based cloning of a candidate gene conferring Fusarium yellows resistance in Brassica oleracea. Theor. Appl. Genet. 2015;128(1):119–130. https://doi.org/10.1007/s00122-014-2416-6

17. Sato M., Shimizu M., Shea D.J., Hoque M., Kawanabe T., Miyaji N., Fujimoto R., Fukai E., Okazaki K. Allele specific DNA marker for fusarium resistance gene FocBo1 in Brassica oleracea. Breed. Sci. 2019;69(2):308–315. https://doi.org/10.1270/jsbbs.18156

18. Королева С.В, Иммунологическая оценка селекционного материала при создании гибридов F1 белокочанной капусты с групповой устойчивостью к фузариозу и сосудистому бактериозу. Москва, 2012.

19. Шмыкова Н.А., Шумилина Д.В., Супрунова Т.П. Получение удвоенных гаплоидов у видов рода Brassica L. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(1):111. (In Russ.) https://doi.org/10.18699/VJ15.014 https://www.elibrary.ru/twqxtp

20. Домблидес Е.А., Шмыкова Н.А., Шумилина Д.В., Заячковская Т.В., Минейкина А.И., Козарь Е.В., Ахраменко В.А., Шевченко Л.Л., Кан Л.Ю., Бондарева Л.Л., Домблидес А.С. Технология получения удвоенных гаплоидов в культуре микроспор семейства капустные : методические рекомендации. М., 2016. 40 с. ISBN: 978-5-901695-71-5. https://www.elibrary.ru/frlmod

21. Fomicheva M., Domblides E. Mastering DNA Content Estimation by Flow Cytometry as an Efficient Tool for Plant Breeding and Biodiversity Research. Methods Protoc. 2023;6(1):18. https://doi.org/10.3390/mps6010018

22. Doyle J. DNA Protocols for Plants. In Molecular Techniques in Taxonomy. G.M. Hewitt, A.W.B. Johnston and J.P.W. Young Eds. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1991. pp. 283–293. https://doi.org/10.1007/978-3-642-83962-7_18

23. Pu Z., Shimizu M., Zhang Y.-j., Nagaoka T., Hayashi T., Hori H., Matsumoto S., Fujimoto R., Okazaki K. Genetic mapping of a fusarium wilt resistance gene in Brassica oleracea. Mol. Breed. 2012;30(2):809–818. https://doi.org/10.1007/s11032-011-9665-8

24. Walker J.C. Fusarium resistant cabbage. Botanical Gazette. 1922;73(2):155-157. https://doi.org/10.1086/332969