Screening of strawberry cultivars bred by Sverdlovsk Horticultural Breeding Station for the presence of 08 To-f loci of resistance
- Authors: Khudyakova A.V.1, Markova M.G.1, Nevostrueva E.Y.2
-
Affiliations:
- Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
- Ural Federal Agrarian Scientific Research Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
- Issue: No 3 (2025)
- Pages: 32-39
- Section: Genetics, breeding, study of varieties
- Submitted: 19.09.2025
- Published: 05.12.2025
- URL: https://journal-vniispk.ru/2312-6701/article/view/309847
- ID: 309847
Cite item
Full Text
Abstract
The development of strawberry cultivars with genetic determinants of resistance to fungal pathogens is a priority in modern breeding. The aim of the research was to identify the 08 To-f locus of resistance to powdery mildew in 11 strawberry cultivars of the Sverdlovsk Horticultural Breeding Station using DNA-markers. To identify the resistance locus, the dominant diagnostic DNA marker IB535110 was used, and the PCR process was controlled using the marker EMFv020. ‘Malwina’ was used as a positive control with QTL 08 To-f. As a result of molecular genetic screening, QTL 08 To-f was identified in two cultivars of the collection: ‘Duet’ and ‘Italmas’, these cultivars will be used in our breeding program to obtain powdery mildew-resistant cultivars.
Full Text
Введение
Земляника садовая (Fragaria × ananassa Duch.) одна из популярных ягодных культур, широко возделываемая в Среднем Предуралье. Ценными качествами данной культуры являются скороспелость, ранний срок созревания, лечебные и диетические свойства её ягод (Марченко, 2021; Макаренко и др., 2022). Но к одним из негативных относится её поражаемость болезнями, приводящими или к гибели растения, или к значимому снижению урожайности и рентабельности возделывания культуры. Одна из распространённых болезней земляники – мучнистая роса, возбудителем которой является гриб Sphaerotheca macularis Mag., поражающий ткани практически всех наземных органов данного растения. В результате заражения снижается интенсивность фотосинтеза и усвоение углекислого газа, деформируются и прекращают рост ягоды. Эпифитотия мучнистой росы может привести к потере от 20% до 70% урожая ежегодно (Лыжин, Лукъянчук, 2024с; Lynn et al., 2024). Большинство промышленных сортов неустойчивы к данному заболеванию и требуется использование защитных мероприятий в виде неоднократных опрыскиваний насаждений фунгицидами, что увеличивает нагрузку на экологическую обстановку регионов возделывания (Duan et al., 2022). Поэтому выведение устойчивых сортов земляники является приоритетным направлением в современной селекции (Рахмангулов и др., 2022; Храбров и др., 2019; Keldibekova et al., 2024). В последнее время в связи с развитием генетики всё большее применение в селекционной работе находят методы маркер-ориентированной селекции (Marker assisted selection, MAS). Использование ДНК-маркеров позволяет сократить срок создания нового сорта, сэкономить трудовые, финансовые и энергетических ресурсы (Дейнеко, 2024; Куликов и др., 2021; Лыжин, Лукъянчук, 2024б).
Для выявления генетически обусловленной устойчивости к мучнистой росе на землянике садовой используется молекулярно-генетический анализ, проводимый по локусу 08 To-f, с разработанными для него двумя диагностическими ДНК-маркерами: IB535110 и IB533828 (Лыжин, Лукъянчук, 2024а; Лыжин, Лукъянчук, 2024с; Храбров и др., 2019).
Цель исследования – скрининг сортов земляники садовой селекции Свердловской селекционной станции садоводства с использованием ДНК-маркера, сцепленного с локусом резистентности к мучнистой росе 08 To-f.
Научная новизна – изучено распространение QTL 08 To-f среди сортов свердловской селекции, представленных в коллекции земляники садовой Отдела интродукции и акклиматизации растений УдмФИЦ УрО РАН. Сорта с генетическими детерминантами устойчивости могут вовлекаться в селекционный процесс для выведения новых сортов Fragaria × ananassa Duch.
Материалы и методы
В 2024 году создана генетическая коллекция земляники садовой на базе Отдела интродукции и акклиматизации растений УдмФИЦ УРО РАН.
Объектами исследования были 11 сортообразцов земляники садовой свердловской селекции (таблица 1).
Регионы допуска – Северо-Западный (2), Центральный (3), Волго-Вятский (4), Уральский (9), Западно-Сибирский (10), Восточно-Сибирский (11), Дальневосточный (12).
Тотальную ДНК выделяли с использованием набора «МагноПрайм® ФИТО» согласно инструкции производителя (ООО «НекстБио», Москва) из молодых листовых пластинок земляники.
Выявление QTL 08 To-f проводили с использованием доминантного ДНК-маркера IB535110, контроль протекания ПЦР – маркера EMFv020 (таблица 2). Праймеры были синтезированы ЗАО «Синтол» (Москва).
Таблица 1 – Анализируемые сорта земляники садовой
Сорт | Статус сортообразца | Исходные формы | Регион допуска |
Акварель | Госреестр | Арника × Горноуктусская | 4 |
Алтын | Госреестр | Соловушка × Marmolada |
|
Бова | элитная форма | Арника × Торпеда |
|
Виола | Госреестр | Zefyr × Фестивальная | 4 |
Даренка | Госреестр | Фестивальная × Русановка | 3, 4, 10, 11 |
Дуэт | Госреестр | Талка × Ostara | 4, 10 |
Италмас | элитная форма | Фестивальная × Stopligt |
|
Орлец | Госреестр | Заря × Stopligt | 2, 4, 9, 10, 12 |
Торпеда | Госреестр | Фестивальная × Robinson | 4, 11 |
Форсаж | Госреестр | Соловушка × Totem | 4 |
Ярославна | элитная форма | Дуэт × Десна |
|
Таблица 2 – Характеристика ДНК-маркеров, используемых для скрининга коллекции
Признак | Локус | Маркер | Последовательность праймеров 5’→3’ | Продукт, пн |
Устойчивость к мучнистой росе | 08 To-f | IB535110 | F acacatatatgaatcggagcca R gctcaagatgctcaatcgaa | около 500 |
Контроль ПЦР | – | EMFv020 | F caggcgccaacggcgtgctcttgt R cagcgccgccagctcatccctagg | 154 |
Полимеразную цепную реакцию проводили с использованием готовой 2,5х реакционной смеси (ЗАО «Синтол», Москва) в общем объеме 25 мкл на амплификаторе Trident 960 (HealForce, Китай) по описанным авторами программам (Hadonou et al., 2004; Koishihara et al., 2020). Для маркера IB535110 начальная денатурация составляла 94°C – 1 мин, затем 35 циклов: 94°C – 30 с, 60°C – 45 с, 72°C – 1 мин; финальная элонгация: 72°C – 5 мин. Для маркера EMFv020 начальная денатурация составляла 95°C – 3 мин, затем 35 циклов:
95°C – 50 с, 64°C – 50 с, 72°C – 1 мин, финальная элонгация: 72°C – 5 мин.
Продукты ПЦР анализировали методом электрофореза в 1,7% агарозном геле в трис-боратном буфере с последующим окрашиванием бромидом этидия. Результаты документировали с помощью системы визуализации гелей MaXidocG2 (DAIHANScientific, Китай). Для оценки молекулярной массы фрагментов использовали ДНК-маркер Step50 plus (ООО «Биолабмикс», Новосибирск).
Результаты и их обсуждение
Для определения пригодности экстрагированной ДНК для ПЦР диагностики проводили амплификацию с маркером EMFv020, при использовании которого у представителей Fragaria L. должны амплифицироваться фрагменты ДНК размером 154 п.н. (Hadonou et al., 2004). Среди 11 изучаемых генотипов фрагменты соответствующего размера были получены для всех образцов (рисунок 1).
Для выявления локуса устойчивости сортообразцов земляники садовой к мучнистой росе проводили амплификацию с маркером IB535110.
М – маркер молекулярного веса, 1 – Акварель, 2 – Алтын, 3 – Бова, 4 – Виола, 5 –Даренка, 6 – Дуэт, 7 – Италмас, 8 – Орлец, 9 – Торпеда
Рисунок 1 – Электрофоретический профиль образцов ДНК с маркером EMFv020
В качестве положительного контроля, обладающего QTL 08 To-f, использовали сорт Malwina. Искомый фрагмент среди анализируемых генотипов выявлен у сорта Дуэт и элитной формы Италмас, что составило 18,2% от изучаемых форм (рисунок 2).
М – маркер молекулярного веса, 1 – Malwina, 2 – Акварель, 3 – Алтын, 4 – Бова, 5 – Виола, 6 – Даренка, 7 – Дуэт, 8 – Италмас, 9 – Торпеда
Рисунок 2 – Электрофоретический профиль маркера IB535110 генотипов земляники садовой
Авторы Лыжин А.С. и Лукъянчук И.В. в своих работах отмечали похожую частоту встречаемости маркера IB535110 в изучаемых выборках – 19,1% и 23,2% (Лыжин, Лукъянчук, 2024а; Лыжин, Лукъянчук, 2024б). Сорт Торпеда, по их данным, также характеризовался отсутствием соответствующего ДНК-маркера (Лыжин, Лукъянчук, 2024с).
Сорт Дуэт раннего срока созревания, получен от скрещивания сортов Талка и Ostara. Отличается высокими зимостойкостью и урожайностью (193 г/куст), обладает повышенными товарными и потребительскими качествами ягод, слабо поражается пятнистостями листьев (Невоструева, Багмет, 2024).
Выделенная элитная форма Италмас от скрещивания сортов Фестивальная и Stoplight имеет хорошую зимостойкость, высокую урожайность (343 г/куст), транспортабельность ягод, слабо поражается пятнистостями листьев (Макаренко и др., 2022).
Выводы
Проведён молекулярно-генетический скрининг 11 сортов земляники садовой свердловской селекции, имеющихся в коллекции земляники Отдела интродукции и акклиматизации растений УдмФИЦ УрО РАН, на наличие локусов резистентности к мучнистой росе. Среди изучаемых сортов QTL 08 To-f выявлен у сорта Дуэт и элитной формы Италмас. Данные сортообразцы могут быть использованы в селекционной работе в качестве источника устойчивости к мучнистой росе.
Финансирование
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственных заданий «Разработка научных основ культивирования плодово-ягодных и декоративных культур с применением биотехнологических и молекулярно-генетических методов для обеспечения потребностей Среднего Предуралья в качественном посадочном материале» (FUUE-2024-0012) и «Создание конкурентоспособных, высокоурожайных сортов зерновых, зерно-бобовых, кормовых, плодово-ягодных культур и картофеля мирового уровня на основе перспективных генетических ресурсов, устойчивых к био- и абиотическим факторам» (0532-2021-0008).
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Отказ от ответственности: заявления, мнения и данные, содержащиеся в публикации, принадлежат исключительно авторам и соавторам. ФГБНУ ВНИИСПК и редакция журнала снимают с себя ответственность за любой ущерб людям и/или имуществу в результате использования любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте.
About the authors
Anna V. Khudyakova
Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: a.khudyakova@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-0125-9335
SPIN-code: 5099-6563
PhD in Biology
Russian FederationMarina G. Markova
Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: markovamg@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-9427-6766
SPIN-code: 7481-8877
Researcher of the Department of Plant Introduction and Acclimatization
Russian FederationElena Y. Nevostrueva
Ural Federal Agrarian Scientific Research Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: sadovodnauka@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5077-1258
SPIN-code: 2077-6728
PhD in Agriculture
Russian FederationReferences
- Deyneko, E.V. (2024). Modification of plant genomes by genetic engineering methods: directions and ways of development. Russian journal of plant physiology, 71(5), 487-501. https://doi.org/10.31857/S0015330324050017. (In Russian).
- Kulikov, I.M., Evdokimenko, S.N., Tumaeva, T.A., Kelina, A.V., Sazonov, F.F., Andronova, N.V., & Podgaetsky, M.A. (2021). Scientific support of small fruit growing in Russia and prospects for its development. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 25(4), 414-419. https://doi.org/10.18699/VJ21.046. (In Russian, English abstract).
- Lyzhin, A.S., & Luk’yanchuk I.V. (2024). Molecular screening of strawberry accessions from the “I.V. Michurin FSC” genetic collection by 08 To-f powdery mildew resistance locus. Taurida Herald of the Agrarian Sciences, 1(37), 103-111. https://doi.org/10.5281/zenodo.10926231. (In Russian, English abstract).
- Lyzhin, A.S., & Luk’yanchuk, I.V. (2024). Molecular screening of resistance alleles 08 To-f, Rca2 and Rpf1 in strawberry hybrid progeny for identify forms with complex resistance to fungal pathogens. Letters to Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 10(2), 105-110. https://doi.org/10.18699/letvjgb-2024-10-12. (In Russian, English abstract).
- Lyzhin, A.S., & Luk’yanchuk, I.V. (2024). Study of a genetic collection of strawberry (Fragaria L.) for resistance to powdery mildew. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 28(2), 166-174. https://doi.org/10.18699/vjgb-24-19. (In Russian, English abstract).
- Marchenko, L.A. (2021). Research methods and ways in strawberry breeding problems solution (analytical review). Bulletin of KSAU, 9, 59-68. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-9-59-68. (In Russian, English abstract).
- Makarenko, S.A., Savin, E.Z., Ilyin, V.S., Kotov, L.A., Slepneva, T.N., Chebotok, E.M., Tarasova, G.N., Nevostrueva, E.Yu., Yevtushenko, N.S., Fazliakhmetov, H.N., Merezhko, O.E., Gasymov, F.M. Isakova, M.G., Telozhinsky, D.D., Lezin, M.S., Nigmatzyanov, R.A., Startseva, N.Yu., Tikhonova, M.A., Bogdanova, I.I., & Ivanova, E.A. (2022). Pomology of the Urals: Varieties of Fruit, Berry Crops and Grapes. Nauka. https://elibrary.ru/eqlqgu. (In Russian).
- Nevostrueva, E.Yu., & Bagmet, L.V. (2024). Nomenclatural standards of strawberry cultivars bred by Sverdlovsk Horticultural Breeding Station. Agricultural Science Euro-North-East, 25(5), 846-854. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2024.25.5.846-854. (In Russian, English abstract).
- Rakhmangulov, R.S., Barabanov, I.V., Erastenkova, M.V., Ivanov, A.A., Kovalenko, T.V., Mezhina, K.M., Petrosyan, I.A., Kharchenko, A.A., Shaimardanov, D.Yu., Shaimardanova, E.Kh., Anisimova, I.N., Tikhonova, N.G., Ukhatova, Yu.V., & Khlestkina, E.K. (2022). The new directions in genetics, breeding and biotechnology of ornamental and berry crops in the N.I. Vavilov Institute of Plant Genetic Resources (VIR). Plant Biotechnology and Breeding, 5(4), 65-78. https://elibrary.ru/grlnfu. (In Russian, English abstract).
- Khrabrov, I.E., Antonova, O.Yu., Shapovalov, M.I., & Semenova, L.G. (2019). Strawberry resistance to the major fungal phytopathogens: R-genes and their DNA markers. Plant Biotechnology and Breeding, 2(3), 30-40. https://elibrary.ru/zaklpl. (In Russian, English abstract).
- Duan, W., Peng, L., Jiang, J., Zhang, H., & Tong, G. (2022). Combined transcriptome and metabolome analysis of strawberry fruits in response to powdery mildew infection. Agronomy Journal, 114(2), 1027-1039. https://doi.org/10.1002/agj2.21026
- Hadonou, A.M, Sargent, D.J, Wilson, F, James, C.M, & Simpson, D.W. (2024). Development of microsatellite markers in Fragaria, their use in genetic diversity analysis, and theirpotential for genetic linkage mapping. Genome, 47(3), 429-438. https://doi.org/10.1139/g03-142
- Keldibekova, M., Bezlepkina, E., Zubkova, M., & Dolzhikova, M. (2024). DNA-screening of strawberry cultivars and hybrids (Fragaria ananassa Duch.) for resistance to fungal diseases. Pakistan Journal of Botany, 56(2), 751-757. https://doi.org/10.30848/PJB2024-2(29)
- Koishihara, H., Enoki, H., Muramatsu, M., Nishimura, S., Susumu, Y.U.I., & Honjo, M. (2020). Marker associated with powdery mildew resistance in plant of genus Fragaria and use thereof (Patent No. US10724093). https://patents.google.com/patent/US10724093B2/en
- Lynn, S.С., Dunwell, J.М., Whitehouse, А.В., & Cockerton, Н.М. (2024). Genetic loci associated with tissue-specific resistance to powdery mildew in octoploid strawberry (Fragaria × ananassa). Frontiers in Plant Science, 15, 1376061. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1376061
Supplementary files
