Использование молекулярных маркеров, связанных с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам среды, при создании селекционного материала томата и перца в Беларуси

Актуальность. Разработка системы молекулярных маркеров, позволяющих выявлять генетические детерминанты устойчивости к возбудителям болезней, а также типировать аллели, участвующие в регуляции накопления антоцианов, является важнейшим условием повышения эффективности селекционного процесса, направленного на повышение устойчивости возделываемых культур к биотическим и абиотическим стрессам.

Материал и методика. В работе использовались молекулярно-генетические методы выделения ДНК, ПЦР-анализ, рестрикция, оценка продуктов амплификации и рестрикции в агарозном или полиакриламидном геле. В качестве материала использовались широкие коллекции Sоlanum lycopersicum и Capsicum annuum, а также образцы близкородственных диких видов.

Результаты. В работе дана оценка эффективности представленных в литературе 25 молекулярных маркеров, связанных с устойчивостью к болезням томата и перца, вызываемым грибными, бактериальными, вирусными патогенами, а также нематодой. Представлены маркеры к аллелям генов MYB-транскрипционных факторов, связанных с регуляцией накопления антоцианов у томата (SlMyb12, Anthocyanin1, Anthocyanin2, An-2-like, Atroviolacium) и перца (Myb113-like1, Myb113-like2, ETC3-2), которые рекомендуется использовать для сопровождения селекционного процесса, направленного на повышение устойчивости к стрессовым биотическим и абиотическим факторам среды.

1. Biotechnology and plant disease management / ed. by Z.K. Punja, S.H. De Boer, H. Sanfaçon / Biddles Ltd, King’s Lynn, UK. 2007. 574 p.

2. Lee J.M., Oh C., Yeam I. Molecular Markers for Selecting Diverse Disease Resistances in Tomato Breeding Programs. Plant Breeding and Biotechnology. 2015;(3):308-322. https://doi.org/10.9787/PBB.2015.3.4.308

3. Truong H.T.H., Choi H., Cho M.C., Lee H.E., Kim J.H. Use of Cf-9 gene-based markers in marker-assisted selection to screen tomato cultivars with resistance to Cladosporium fulv um. Hortic. Environ. Biotechnol. 2011;(52):204–210. https://doi.org/10.1007/s13580-011-0164-y

4. Kang W., Hoang N., Yang H., Kwon J., Jo S., Seo J., Kim K., Choi D., Kang B. Molecular mapping and characterization of a single dominant gene controlling CMV resistance in peppers (Capsicum annuum L.). Theor. Appl. Genet. 2010;(120):1587–1596. https://doi.org/10.1007/s00122-010-1278-9

5. Uncu A.T., Celik I., Devran Z., Ozkaynak E., Frary A., Frary A., Doganla S. Development of SNP-based CAPS assay for the Me1 gene conferring resistance to root knot nematode in pepper. Euphytica. 2015;(206):393–399. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1489-x

6. Kim H., Nahm S., Lee H., Yoon G., Kim K., Kang B., Choi D., Kweon O.Y., Cho M., Kwon J., Han J., Kim J., Park M., Ahn J.H., Choi S.H., Her N.H., Sung J., Kim B. BAC-derived markers converted from RFLP linked to Phytophthora capsici resistance in pepper (Capsicum annuum L. Theor. Appl. Genet. 2008;(118):15–27.

7. ChunYing S., Li M., Hai Z., Alainb P., Haoa W., Xi Z. Resistances to anthracnose (Colletotrichum acutatum) of Capsicum mature green and ripe fruit are controlled by a major dominant cluster of QTLs on chromosome P5. Scientia Horticulturae. 2015;(181):81-88. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.10.033

8. Paran I., Benarous S., Ashkenazi V. Disease resistant pepper plants. Hazera Genetics Ltd, The Agricultural Research Organization. Volcani Center, 2009. Patent WO2009098685 A2

9. Lee H.R., An H.J., You Y.G., Lee J., Kim H.J., Kang B.C., Harn C.H. Development of a novel codominant molecular marker for Chili veinal mottle virus resistance in Capsicum annuum L. Euphytica. 2013;(193):197–205.

10. Quirin E.A., Ogundiwin E.A., Prince J.P., Mazourek M., Briggs M.O., Chlanda T.S., Kim K., Falise M., Kang B., Jahn M.M. Development of sequence characterized amplified region (SCAR) primers for the detection of Phyto.5.2, a major QTL for resistance to Phytophthora capsici Leon. in pepper. Theor. Appl. Genet. 2005;(110):605–612. https://doi.org/10.1007/s00122-004-1874-7

11. Özkaynak E., Devran Z., Kahveci E., Doğanlar S., Başköylü B., Doğan F., İşleyen M., Yüksel A., Yüksel M. Pyramiding Multiple Genes for Resistance to PVY, TSWV and PMMoV in Pepper Using Molecular Markers. Europ. J. Hort. Sci. 2014;79(4):233–239.

12. Rӧmer P., Jordan T., Lahaye T. Identification and application of a DNA-based marker that is diagnostic for the pepper (Capsicum annuum) bacterial spot resistance gene Bs3. Plant Breed. 2010;(129):737–740. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2009.01750.x

13. Бабак О.Г., Некрашевич Н.А., Анисимова Н.В., Дрозд Е.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В. Технология маркер-сопутствующего отбора форм томата с высокими биохимическими и технологическими свойствами плодов: методические рекомендации. Минск: Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь; Национальная академия наук Беларуси; Институт генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси Право и экономика, 2023. 74 c.

14. Игнатова С.И., Бабак О.Г., Багирова С.Ф. Создание высоколикопиновых гибридов томата для теплиц с использованием традиционных методов селекции и молекулярных маркеров. Овощи России. 2020;(5):22-28. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2020-5-22-28 https://elibrary.ru/avqfuj

15. Бабак О.Г., Дрозд Е.В., Некрашевич Н.А., Анисимова Н.В., Яцевич К.К., Баева И.Е., Пугачева И.Г., Французенок А.В., Добродькин М.М., Кильчевский А.В. Оценка и применение молекулярных маркеров в селекции на устойчивость томата (Solanum lycopersicum L.) к фитофторе (Phytophthora Infestans). Молекулярная и прикладная генетика. 2021;(31):22-30. https://doi.org/10.47612/1999-9127-2021-31-22-30 https://elibrary.ru/kgdhdp

16. Liu Y., Tikunov Y., Schouten R.E., Marcelis L., Visser R., Bovy A. Anthocyanin biosynthesis and degradation mechanisms in Solanaceous Vegetables: a review. Frontiers in Chemistry. 2018;6(52):1–17. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00052

17. Bassolino L., Zhang Y., Schoonbeek H.J., Kiferle C., Perata P., Martin C. Accumulation of anthocyanins in tomato skin extends shelf life. New Phytol. 2013;200(3):650-655. https://doi.org/10.1111/nph.12524

18. Zhang Y., Butelli E., De Stefano R., Schoonbeek H.J., Magusin A., Pagliarani C., Wellner N., Hill L., Orzaez D., Granell A., Jones J.D., Martin C. Anthocyanins double the shelf life of tomatoes by delaying overripening and reducing susceptibility to gray mold. Curr. Biol. 2013;23(12):1094-100. https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.04.072

19. Sapir M., Oren-Shamir M., Ovadia R., Reuveni M., Evenor D., Tadmor Y., Nahon S., Shlomo H., Chen L., Meir A., Levin I. Molecular Aspects of Anthocyanin fruit Tomato in Relation to high pigment-1. Journal of Heredity. 2008;99(3):292–303. https://doi.org/10.1093/jhered/esm128

20. Cao X., Qiu Z., Wang X., Van Giang T., Liu X., Wang J., Wang X., Gao J., Guo Y., Du Y., Wang G., Huang Z. A putative R3 MYB repressor is the candidate gene underlying atroviolacium, a locus for anthocyanin pigmentation in tomato fruit. J. Exp. Bot. 2017;68(21-22):5745-5758. https://doi.org/10.1093/jxb/erx382

21. Бабак О.Г., Дрозд Е.В., Некрашевич Н.А., Анисимова Н.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В. Разработка молекулярных маркеров накопления антоцианов в плодах и изучение особенностей взаимодействия генов Ant1, An2 и Atv у Solanum lycopersicum. Молекулярная и прикладная генетика. 2024;(36):7-23. https://elibrary.ru/gdbfhm

22. Бабак О.Г., Некрашевич Н.А., Никитинская Т.В., Яцевич К.К., Кильчевский А.В. Изучение полиморфизма генов Myb-факторов на основе сравнительной геномики овощных пасленовых культур (томат, перец, баклажан) для поиска ДНК-маркеров, дифференцирующих образцы по накоплению антоцианов. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2019;63(6):721-729. – https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-6-721-729 https://elibrary.ru/bmbsqh

23. Babak O., Nikitinskaya T., Nekrashevich N., Yatsevich K., Kilchevsky A. Identification of DNA Markers of Anthocyanin Biosynthesis Disorders Based on the Polymorphism of Anthocyanin 1 Tomato Ortholog Genes in Pepper and Eggplant. Crop Breed Genet Genom. 2020;2(3):e200011. https://doi.org/10.20900/cbgg20200011

24. Бабак О.Г., Никитинская Т.В., Некрашевич Н.А., Яцевич К.К., Дрозд Е.В., Фатеев Д.А.., Беренсен Ф.А., Артемьева А.М., Кильчевский А.В. Изучение полиморфизма генов R2R3MYB транскрипционных факторов культур семейства Solanaceae и гена Myb114 рода Brassica в связи с регуляцией биосинтеза антоцианов. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2022;66(4):414-424. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-4-414-424 https://elibrary.ru/fuwcwf