Плодоводство и виноградарство Юга России, 2015, №33
Покупка
Основная коллекция
Наименование: Плодоводство и виноградарство Юга России
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 151
Дополнительно
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Эл. журнал № 33(03) Агротехнологические приемы управления продукционным процессом многолетних культур в интенсивных условиях возделывания Agric and technological methods of regulation of productional process of the perennial crops under the intensive cultivation conditions Генетические ресурсы, сортоизучение, селекция 1. Супрун И.И., Володин В.А., Токмаков С.В., Щербатко В.Д. Анализ аллельного полиморфизма генов MD-EXP7 И MD-PG1, детерминирующих признаки качества плодов у современных и автохтонных сортов яблони Крыма 2. Щербаков С.В., Коваленко А.Г., Курденкова Е.К. Новые перспективные высокоурожайные сорта винограда Размножение и производство посадочного материала 3. Никольский М.А., Курманкулов Н.Б., Бортникова К.А., Ержанов К.Б., Визер С.А. Применение биоэффективных росткорректирующих препаратов при производстве саженцев плодовых культур и винограда 4. Хилько Л.А., Щеглов С.Н. Сортоспецифичность реакций растений крыжовника на биопрепараты нового поколения Общая агротехника (системы, технологии) 5. Дорошенко Т.Н., Рязанова Л.Г., Чумаков С.С. Влияние способов содержания почвы на особенности роста и плодоношения яблони в органическом саду 6. Петров В.С., Павлюкова Т.П., Соколова В.В. Влияние факторов среды возделывания на закладку эмбриональных соцветий в центральных почках глазков винограда Минеральное питание растений 7. Фоменко Т.Г., Попова В.П., Пестова Н.Г. Влияние локального применения удобрений и водных мелиораций на изменение параметров почв садовых ценозов и их продуктивность 8. Сергеева Н.Н., Якуба Ю.Ф., Пестова Н.Г., Мироненко Н.Я. Исследование содержания макро- и микроэлементов в серой лесостепной почве под садом 9. Сергеева Н.Н., Пестова Н.Г. Параметры содержания основных минеральных элементов в листьях яблони в зависимости от этапа индивидуального развития растений и конструкции насаждений Управление качеством 10. Макаров А.С., Бурдинская А.В., Шалимова Т.Р., Лутков И.П., Шмигельская Н.А. Физико-химические показатели винограда красных интродуцированных сортов 11. Вьюгина М.А., Ткаченко М.Г., Чурсина О.А. , Загоруйко В.А., Максимовская В.А. Исследование полифенольного состава и антиоксидантной активности продуктов из сортов винограда с целью повышения их биологической ценности 12. Ширшова А.А., Палагина М.В., Агеева Н.М. Оценка качества винных напитков из актинидии Аргута Декоративные формы садовых пород в ландшафтном строительстве 13. Тыщенко Е.Л., Приходько Г.Ю. Агротехнологические аспекты создания ландшафтных проектов на основе использования хозяйственно-биологического потенциала гибискуса сирийского Публикации молодых ученых и аспирантов 14. Айба И.Г. Программно-целевой подход к развитию виноградарства и плодоводства
в Республике Абхазия 15. Евдокимов А.Б. Талаш А.И., Особенности защиты виноградников от комплекса вредителей в личных подсобных хозяйствах Краснодарского края
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г.
http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf.
1
УДК 634.11:57.5
АНАЛИЗ АЛЛЕЛЬНОГО
ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНОВ
MD-EXP7 И MD-PG1,
ДЕТЕРМИНИРУЮЩИХ ПРИЗНАКИ
КАЧЕСТВА ПЛОДОВ
СОВРЕМЕННЫХ И АВТОХТОННЫХ
СОРТОВ ЯБЛОНИ КРЫМА*
Супрун Иван Иванович
канд. биол. наук
зав. лабораторией генетики
и микробиологии
Федеральное государственное бюджетное
научное учреждение «Северо-Кавказский
зональный научно-исследовательский
институт садоводства и
виноградарства»
Краснодар, Россия
Володин Виталий Александрович
аспирант
Национальный институт винограда
и вина «Магарач», Ялта, АР Крым
Токмаков Сергей Вячеславович
канд. биол. наук,
науч. сотрудник лаборатории
генетики и микробиологии
Федеральное государственное бюджетное
научное учреждение «Северо-Кавказский
зональный научно-исследовательский
институт садоводства и
виноградарства»
Краснодар, Россия
Щербатко Валерий Дмитриевич
канд. с.-х. наук,
зав. сектором предгорного садоводства
лаборатории южных плодовых культур
Крымская помологическая станция
Никитского ботанического сада,
Севастополь, АР Крым
UDC 634.11:57.5
THE ANALYSIS OF ALLELIC
POLYMORPHISM OF MD-EXP7
AND MD-PG1 GENES,
DETERMINING QUALITY TRAITS
OF APPLE FRUITS OF MODERN
AND INDIGENOUS
CRIMEAN APPLE VARIETIES
Suprun Ivan
Cand. Biol. Sci.
Head of Laboratory of Genetics
and Microbioilogy
Federal State Budget Scientific
Оrganization “North Caucasian
Regional Research Institute
of Horticulture and Viticulture”,
Krasnodar, Russia
Volodin Vitaliy
Post Graduate
National Institute for Vine and Wine
"Magarach", Yalta, Crimea
Tokmakov Sergey
Cand. Biol. Sci.
Research Associate of Laboratory
of Genetics and Microbiology
Federal State Budget Scientific
Оrganization “North Caucasian Regional
Research Institute of Horticulture
and Viticulture”, Krasnodar, Russia
Shcherbatko Valeriy
Cand. Agr. Sci.
Head of Sector of Foothill gardening
of Laboratory of Southern fruit crops
Crimean Pomology Station
of Nikitsky Botanical Garden,
Sevastopol, Crimea
* Исследования выполнены в рамках проекта РФФИ № 14-34-50931 мол_нр и госзадания ФАНО
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 2 Изучен аллельный полиморфизм двух генов яблони, влияющих на плотность и текстуру мякоти плодов – Md-EXP7 и Md-PG1 – у 21 современного и автохтонного (народной селекции) сорта яблони Крыма. В работе использованы микросателлитные маркеры к указанным геном, меченые флуоресцентными красителями. В результате по гену Md-EXP7 выявлено 9 гетерозиготных образцов (аллельные комбинации 198:202; 202:206; 202:214) и 11 гомозиготных образцов (аллели 200:200 и 202:202 п. н.). По локусу гена Md-PG1 идентифицировано 14 гомозиготных образцов с аллельной комбинацией 298:298 и 7 гетерозиготных образцов (аллели 288:298 и 291:298). Известно, что чем короче микросателлитный повтор маркера Md-EXP7, тем плотнее мякоть плода: наиболее ценными генотипами являлись Синап белый, Синап судакский, Амулет, Балаклавское и Татарское зимнее. По маркеру Md-PG1 наиболее ценными оказались сорта Амулет, Балаклавское, Демир Алма, Кандиль синап, Салгирское и Синап белый с аллельным набором 288:298, а также сорта Румянка крымская и Татарское зимнее с аллельным набором 291:298. Рассмотрение результатов анализа аллельного полиморфизма и комбинаций аллелей гена Md-EXP7 у автохтонных сортов Крыма показало, что 9 из 11 сортов народной селекции несут аллели 198, 200 или 202 п.н., определяющие высокий (198) или средний уровень плотности (200 и 202 п.н). На основании этих данных можно сделать предположение о наличии целенаправленного отбора форм яблони по признаку «качество плодов» в процессе народной селекции яблони в регионе происхождения изученных сортов. Ключевые слова: ЯБЛОНЯ, КАЧЕСТВО ПЛОДОВ, MD-EXP7, MD-PG1, АБОРИГЕННЫЙ ГЕНОФОНД, АЛЛЕЛЬНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ, МАРКЕРНАЯ СЕЛЕКЦИЯ Allelic polymorphism of two apple-tree Md-EXP7 and Md-PG1 genes affected the density and the texture of fruits pulp of 21 modern and autochthonic (national breeding) apple-tree varieties of the Crimean are studied. The microsatellite markers to the specified genes, marked by fluorescent colers are used in the work. As result on a gene of Md-EXP7 9 heterozygotic samples (allelic combinations 198:202; 202:206; 202:214) and 11 homozygotic samples (alleles 200:200 and 202:202) are revealed. On a locus of Md-PG1 gene 14 homozygotic samples with an allelic combination 298:298 and 7 heterozygotic samples (alleles 288:298 and 291:298) are identified. It is known when the microsatellite repetition of Md-EXP7 marker is shorter, the fruit pulp is more dense: were Sinap white, Sinap Sudaksky, Amulet, Balaklavskoye and Tatar winter were the most valuable genotypes. On Md-PG1 marker the most valuable were the Amulet, Balaklavskoye, Demir Alma, Kandil Sinap, Salgirskoye and Sinap white with an allelic set 288:298, and also the Rumyanka Crimean and Tatarskoye winter with an allelic set 291:298. The consideration of results of the analysis of allelic polymorphism and combinations of alleles of Md-EXP7 gene of autochthonic Crimea varieties showed that 9 from 11 of national breeding varieties have the alleles of 198, 200 or 202 defining the high (198) or the average level of density (200 and 202). On the basis of its data it is possible to assume the existence of purposeful selection of an apple-tree forms by sign "quality of fruits" in the course of national breeding of an apple-tree in the region of studied varieties origin. Key words: APPLE, FRUIT QUALITY, MD-EXP7, MD-PG1, INDIGENOUS GERMPLASM, ALLELIC DIVERSITY, MARKER-ASSISTED BREEDING
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 3 Введение. В процессе созревания плоды претерпевают ряд физиоло гических и биохимических изменений, в конечном счете, определяющих их органолептические характеристики, обусловливающие потребительский интерес. Среди комплекса этих сложных процессов размягчение мякоти является наиболее очевидным изменением, влияющим на сенсорные ха рактеристики плодов. Чрезмерное размягчение не только делает фрукты менее привлекательными для потребителей, но также и увеличивает стои мость самой продукции, так как транспортировка и хранение таких плодов связаны с дополнительными затратами, и такие плоды больше подвержены заболеваниям. Процесс размягчения плодов при хранении включает комплексные перестройки в архитектонике клеточных стенок, вызываемые энзиматиче ским гидролизом полисахаридов. Несколько гидролаз, вовлеченных в этот процесс, действуют на ковалентные связи, удерживающие вместе полиса хариды различных классов. Тем не менее, было показано, что известные энзимы клеточных стенок (эндо-1,4-β-глюканаза, пектин-метил-эстераза, пектат-лиаза, гликозидаза) не могут полностью объяснить процесс размяг чения [1]. Было установлено также достоверное влияние ферментов экспанси нов на деполимеризацию полисахаридов клеточной стенки, приводящую к размягчению плодов. Один из генов, контролирующих уровень активности экспансина у яблони, – ген Md-EXP7 локализован на 1-й хромосоме [2, 3]. Согласно двухступенчатой модели регуляции, первый этап размяг чения мякоти плодов обусловлен действием экпансинов, в то время как на втором этапе данный процесс детерминирован ферментами полигалакту роназами [4]. У яблони в процессе хранения плодов под влиянием этилена на ак тивность ферментных систем происходит ферментативное разрушение клеточных стенок и ламеллярного слоя в плодах. Один из этих ферментов
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 4 – полигалактуроназа вовлечен в процесс деградации пектина, который приводит к размягчению богатых пектином слоев ткани плодов. Главный локус количественного признака (major QTL) Md-PG1 яблони детермини рует активность этилен-зависимой эндополигалактуроназы и достоверно влияет на процесс размягчения мякоти плодов при хранении [3, 5, 6]. В селекции на высокое качество плодов применение ДНК-маркеров для идентификации аллелей целевых генов имеет важное значение. Это обусловлено возможностью выявления селекционно-ценных форм, несу щих аллельный набор, детерминирующий высокие показатели качества плодов, на ранних этапах вегетации – до вступления гибридных форм в плодоношение. Таким образом, появляется возможность провести отбор и выбраков ку сеянцев с «нежелательными» аллелями уже на первом году жизни сеян цев, что позволяет существенно сократить объем селекционного материала и повысить экономическую эффективность селекции. Для генов Md-EXP7 и Md-PG1 в настоящее время идентифицирова ны функциональные ДНК маркеры – SSR-локусы, косегрегирующие с дан ными генами [2, 7]. Длина микросателлитного повтора достоверно взаимо связана с уровнем экспрессии гена Md-EXP7 и плотностью мякоти, соот ветственно. Было показано, что при наличии аллели с размером амплифициро ванной последовательности 198 пар нуклеотидов (п. н.), показатель плот ности будет максимальным, размер аллелей 202 п.н. характеризует сред ний уровень показателя. При размере аллелей 214 п.н. показатель плотно сти будет наиболее низким [2]. Для гена Md-PG1 также присутствие комбинаций аллелей с разной длиной SSR повтора влияет на показатели плотности при хранении. Соче тание аллелей 288:298 и 291:298 достоверно соответствует среднему уров ню активности этилен-зависимой полигалакуроназы, что препятствует
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 5 значительному снижению плотности мякоти [7, 8]. Очевидно, что указан ные ДНК-маркеры могут быть использованы в селекционных программах для отбора сеянцев с ценными аллельными вариантами, а также в ходе предселекционной оценки генофонда для подбора оптимальных родитель ских пар скрещиваний. По данному направлению выполнен ряд исследований, подтвер ждающих перспективность использования ДНК-маркеров для идентифи кации генов Md-Exp7 и Md-PG1 [2, 3, 9], Md-EXP7 [10, 11]. В задачи наших исследований входило выполнение ДНК–маркерной идентификации аллельных комбинаций генов Md-EXP7 и Md-PG1 у сортов яблони, представляющих как современный генофонд Крыма, так и авто хтонный генофонд (сорта народной селекции). Объекты и методы исследований. Объектами исследования послу жил 21 сорт яблони из коллекции генетических ресурсов Никитского Бо танического сада (г. Ялта). В выборку изучаемых генотипов входили как сорта современной селекции, так и автохтонные сорта Крыма. Для экстракции ДНК использовали метод ЦТАБ в модификации S.O. Rogers & A.J. Bendich [12]. Анализ наличия генов Md-EXP7 и Md-PG1 проводили с использованием сонаследуемых с ними SSR-маркеров: Md Exp7ssr [2] и Md-PG1ssr10kd [7], соответственно. Прямой праймер каждого из маркеров на 5’ конце был мечен флуоресцентной меткой: Md-Exp7ssr – FAM, Md-PG1ssr10kd – R6G. Постановку ПЦР проводили по следующей программе: начальная денатурация – 3 мин при 95°С, далее 35 циклов: 10 секунд при 94°С – де натурация, 45 секунд – отжиг праймеров при 58°С, 45 секунд при 72°С – элонгация; завершающий цикл элонгации – 5 минут при 72°С. При этом использовали следующие концентрации компонентов реакционной смеси: 0,05 мМ дезоксинуклео-тидтрифосфатов, 0,3 мкM каждого праймера,
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 6 2,5 мкл ПЦР-буфера и 1 ед. Taq ДНК-полимеразы (ООО «СибЭнзим»), 50 нг ДНК. ПЦР проводили в общем объеме 25 мкл. Анализ полиморфизма амплифицированных фрагментов для ДНК-маркеров генов Md-EXP7 и Md-PG1 проводили с использованием фрагментного анализа на автоматическом генетическом анализаторе ABI prism 3130. Результаты обрабатывали в программе GeneMapper 4.1. Обсуждение результатов. В ходе исследования аллельного поли морфизма генов Md-EXP7 и Md-PG1 были идентифицированы как гомози готные генотипы по локусам данных генов, так и гетерозиготные. По гену Md-EXP7 было выявлено 9 гетерозиготных образцов (ал лельные комбинации 198:202; 202:206; 202:214) и 11 гомозиготных образ цов (аллели 200:200 202:202 п. н.). По локусу гена Md-PG1 было идентифицировано 14 гомозиготных образцов с аллельной комбинацией 298:298 и 7 гетерозиготных образцов (аллели 288:298, 291:298). Гомозиготные образцы характеризуются 1 пи ком на электрофореграмме, гетерозиготные – двумя пиками (рис.). Как видно из рисунка, использование двух маркеров генов Md-EXP7 и Md-PG1 в одном мультиплексном наборе позволяет достоверно иденти фицировать целевые пики на электрофореграмме. Видно, что все образцы имеют четкие, легко идентифицируемые спектры. Представленные на рисунке сорта яблони Чемпион, Салгирское и Белоснежка несут по гену Md-EXP7 идентичный аллельный вариант – 202:202, о чем свидетельствует наличие одного пика на одинаковой пози ции у всех трех сортов. По гену Md-PG1 сорта Чемпион (1) и Белоснежка (3) несут аллель ные наборы 298:298, что выражено присутствием одного пика на одинако вой позиции у данных сортов. В то же время сорт Салгирское (2), наряду с аллелем 298, несет второй аллель с размером фрагмента в 288 п.н., что
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 7 идентифицируется по наличию пика на позиции перед пиком, специфич ным для аллели с размером фрагмента 298 п.н. Рис. Аллельный полиморфизм локусов Md-EXP7 и Md-PG1 сортов яблони: 1 – Чемпион, 2 – Салгирское, 3 – Белоснежка (результаты электрофореза представлены в рабочем окне программы GeneMapper 4.1.) В результате выполнения исследований были идентифицированы ал лельные варианты генов Md-EXP7 и Md-PG1 у 21 сорта яблони (табл.). Наиболее приоритетными аллелями для гена Md-EXP7 являются ал лели с размером продукта амплификации по маркеру 198 п.н. – высокий уровень плотности мякоти плодов; 200 и 202 п.н. – средний уровень плот ности мякоти. Аллели 198 и 200 выявлены у сортов Синап белый, Синап судакский, Амулет, Балаклавское и Татарское зимнее. Перечисленные сор 1 2 3 Md-EXP7 Md-EXP7 Md-EXP7 Md-PG1 Md-PG1 Md-PG1
Плодоводство и виноградарство Юга России № 33(03), 2015 г. http://journal.kubansad.ru/pdf/15/03/01.pdf. 8 та являются донорами наиболее ценных аллельных комбинаций гена Md EXP7. При этом наиболее селекционно-ценным набором аллелей обладает сорт Синап белый (198:198). Аллели генов Md-EXP7 и Md-PG1 у изученных сортов яблони Сорт Md-EXP7 Md-PG1 Амулет 198:202 288:298 Балаклавское 198:202 288:298 Белоснежка 202:202 298:298 Гульпембе 202:202 298:298 Демир Алма 202:206 288:298 Джестер 202:202 298:298 Долхран 202:202 298:298 Кандиль синап 202:206 288:298 Киммерия 202:206 298:298 Крымское зимнее 198:202 298:298 Ласпи 202:202 298:298 Мавка 202:202 298:298 Румянка крымская 202:202 291:298 Салгирское 202:202 288:298 Синап Алма-Атинский 202:202 298:298 Синап белый 198:198 288:298 Синап Сары н.а.* 298:298 Синап судакский 200:200 298:298 Татарское зимнее 198:202 291:298 Фаворит 202:214 298:298 Чемпион 202:202 298:298 * – нет амплификации Примечательно, что значительная часть сортов из изученной выбор ки по гену Md-EXP7 несет аллель 202, в том числе и в гомозиготном со стоянии, – 10 сортов, из которых шесть аборигенных. Учитывая сорта Си нап белый, Синап судакский и Татарское зимнее, которые также несут се лекционно-ценные аллельные варианты, очевидно, что все аборигенные сорта, за исключением сортов Демир Алма и Кандиль Синап, обладают ал