Создание исходного материала для гибридной селекции лука батуна с устойчивостью к пероноспорозу

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

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. 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.

1. Padula 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/plants11030343

2. Van 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/agronomy10050738

3. Khrustaleva 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/plants8020036

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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/s00122-005-1941-8

8. 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.

9. 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.

10. Buloviene V., Surviliene E. Effect of environmental conditions and inocolum concentration on sporulation of Peronospora destructor. Agronomy Research. 2009;4(Special issue).

11. 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.2020.00200

12. Majka 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.18753

13. Kopecký 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