Создание селекционного материала томата с генами устойчивости на основе линий с функциональной мужской стерильностью

Оригинальная статья / Original article

Среди овощных культур наиболее популярной в России является томат. Плоды томата всесторонне используются в кулинарии и на перерабатывающих предприятиях. Из-за популярности культуры и широкого спектра использования томаты выращивают как крупные агрокомплексы, так и дачники на своих приусадебных участках [1]. В Краснодарском крае томат поражает множество болезней, вызванных вирусами, бактериями, грибами и оомицетами [2]. Среди распространенных болезней, повреждающих томат на всех стадиях вегетации наиболее опасны Fusarium oxysporum var. lycopersici, вызывающий фузариозное увядание, Phytophtora infestans Mont. de Bary, вызывающий заболевание фитофтороз и Alternaria alternata var. lycopersici, возбудитель альтернариоза. Поэтому, наряду с высокими показателями хозяйственно-ценных признаков, необходимо повышение устойчивости селекционных достижений к наиболее вредоносным заболеваниям.

В южных регионах России фитофтороз встречается повсеместно,хотя интенсивность его проявления в разные годы неодинакова и в основном определяется погодными условиями, устойчивостью сортов и расовым составом популяции патогенов. Возбудитель фитофтороза отличается не только высокой вредоносностью, но и сильной изменчивостью, благодаря которой он быстро преодолевает устойчивость сортов и защитное действие фунгицидов [3]. К настоящему времени у томата найден ряд генов вертикальной устойчивости. Ген Ph-1 (хромосома 7) – доминантный ген обеспечивает устойчивость к расе T0 и нескольким изоля-там расы T1. Ген Ph-2 (хромосома 10) неполно-доми-нантный ген, обеспечивает частичную устойчивость к нескольким изолятам расы T1,замедляет,но не останавливает прогрессирование заболевания. Ген (Ph-3) (хромосома 9) обеспечивает неполную доминирующую устойчивость к широкому спектру изолятов Phytophtora infestans томатов, в том числе и к тем, которые преодолевают Ph-1 и Ph-2 гены [4, 5, 6,7].

Также серьезный вред посадкам томата причиняет альтернариоз.Патоген поражает все надземные части растения, его можно идентифицировать по темнокоричневым пятнам с концентрическими кольцами. Вырабатываемый болезнетворным грибом АL L -токсин распространяется в тканях растения,приводит к некрозу ткань листа,опоясывает стебель и образует сначала серые, а затем вдавленные концентрические круги на плодах [8, 9]. Дожди, орошение и наличие рос, являются благоприятными факторами для распространения заболевания [10]. В исследованиях видового состава возбудителей альтернариоза томата, выделяют три вида: A. alternata, A. solani и A. Infectoria. В Краснодарском крае отмечается распространение вида A. Alternata [11]. Из литературных источников известно, что за устойчивость к A. Alternata на томате отвечает ген Asc, который располагается на длинном плече хромосомы 3 томата [12].

Фузариозное увядание, возбудитель которого гриб рода Fusarium, является опасным заболеванием на культуре томата, как в открытом, так и закрытом грунте. Этот почвенный гриб вызывает у томата болезнь увядания, которая может привести к потере более 30% урожая. На растениях болезнь проявляется в задержке роста и развития, пожелтении, преждевременном опадении нижних листьев,а также дальнейшим увяданием и гибелью растений.

В настоящее время идентифицированы три расы Fusarium oxysporium f. sp. lycopersici у томата. В России были выявлены две расы, но наносит существенный ущерб (более 90%) раса 1, в единичных хозяйствах встречается раса 2 [13]. Контролируют устойчивость к фузариозу гены I ; I-2 ; I-3 . Нгуен Т.Л. (2015) установил, что применение молекулярных маркеров сокращает процесс селекции путем отбора устойчивых генотипов к фузариозу томата и рекомендовали использовать линии томата, содержащие ген I-2 в состоянии гомозиготы [14].

В настоящее время самым распространенным способом борьбы с этими заболеваниями является применение химических препаратов.Для снижения вредоносности патогенов на рынке представлено большое количество фунгицидов [15]. Но их применение не всегда гарантирует эффективную защиту. Поэтому важным является внедрение в производство сортов и гибридов томата, обладающих устойчивостью к распространенным заболеваниям. В связи с этим, селекционная работа в этом направлении является актуальной.

Перспективным остается направление селекции сортов томатов различного целевого назначения. Различают несколько групп: салатные сорта (употребляют как в свежем виде, так и используют для приготовления томатного сока); консервные сорта (пригодны для цельноплодной консервации и других видов переработки). Важным признаком у сортов, пригодных к употреблению в свежем виде является высокие вкусовые качества, которые определяются сахарокислотным коэффициентом,а у сортов консервного направления – высокое содержание сухого вещества и плотность мякоти [16].

Среди профессионалов и любителей существует потребность в сортах с плодами разной формы,окрас-ки и размеров, от самых мелких (черри) до крупноплодных (биф), от плоскоокруглых и сливовидных до перцевидных и сердцевидных, от желто-оранжевой окраски до малиновой.Форма плода – важный признак у сортов, предназначенных для цельноплодного консервирования. Для этой цели подходят сорта с мелкими и средними плодами, округлой, овальной и сливовидной формы. Сочетания таких размеров и форм плодов позволяют увеличить массовую долю продукта в консервах.

Наиболее востребованы на рынке гетерозисные гиб-риды,превосходящие линейные сорта по многим показателям. Создание гибридов, путем опыления предварительно кастрированных бутонов – трудозатратный и долгий процесс. Облегчает эту задачу введение в селекционный процесс линий с функциональной мужской стерильностью (ФМС), которые производят жизнеспособную пыльцу,но являются стерильными по механическим причинам. Гибридизация таких стерильных линий проводится легче и почти в два раза быстрее, чем фертильных. Поэтому одним из перспективных направлений селекции томатов в ФГБНУ «ФНЦ риса» является создание линий с ФМС,несущих гены устойчивости к основным заболеваниям юга России и создание на их основе гетерозисных гибридов различного целевого направления.

Цель исследований

Создание селекционного материала томата различного направления с генами устойчивости к альтерна-риозу,фузариозу и фитофторозу путем внутривидовой гибридизации на базе линий с функциональной мужской стерильностью.

Материалы и методы.

Исследования проводили в лабораторных условиях, селекционной пленочной теплице и камере искусственного климата ФГБНУ «ФНЦ риса». Материалом для исследований служили стерильные линии томата, коллекционный, селекционный материал, сорта, гибриды селекции ФГБНУ «ФНЦ риса» и коллекции Федерального исследовательского центра "Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова". В селекционной работе использовали методы классической селекции на основе результатов молекулярно-генетического анализа.

Молекулярно-генетический анализ образцов проводился в лаборатории информационных, цифровых и биотехнологий ФГБНУ «ФНЦ риса». Молекулярногенетический анализ проводился при помощи ПЦР с использованием SCAR и SNP-маркеров. Идентификация гена устойчивости к фитофторозу Ph3 проводилась с использованием маркера R 2M1S. Наличие гена устойчивости к фузариозному увяданию I2 определялось с использованием праймерной пары I -2/5, гена устойчивости к альтернариозу Asc – с помощью набора SSR -маркера 0022+0181 и 0022+1170. Электрофоретическое разделение продуктов амплификации проводилось при 200 В в течение 3 ч в 8 % ПААГ геле. [17,18,19]. Для молекулярно-генетического анализа ДНК выделялся образец ткани из свежесрезанной части листовой пластинки растений томата на стадии 4-5 листьев методом СТАВ с модификациями [20, 21].

На основе полученных в 2022 году результатов был создан новый селекционный материал путем гибридизации стерильных линий с донорами генов устойчивости I-2, Asc и Ph3 из коллекции ВИРа в камере искусственного климата в осенне-зимний период. Отбор стерильных растений из расщепляющегося гибридного поколения проводили в питомнике гибридизации,раз-мещающейся в пленочной весенней не отапливаемой теплице с боковой и коньковой вентиляцией.

Результаты и обсуждения

С 2015 года в селекционном питомнике проводились работы по созданию и изучению новых стерильных линий томата для открытого грунта. На основе материнских исходных форм с функциональной мужской стерильностью полудетерминантного типа роста и низкорослых доноров были созданы гибриды, обладающие целым рядом полезных хозяйственно-ценных признаков.

Из расщепляющихся популяций гибридов F 2 и F 3 путем индивидуального отбора получены новые формы различного назначения, отличающиеся по окраске и форме плода,обладающие признаком ФМС и адаптивных к условиям возделывания.

С 2018 года в отделе начата работа по введению в селекционный процесс генетического материала от доноров, обладающих генами устойчивости к патогенам: фитофторозу (Ph), фузариозу (I-2) и альтернарио-зу (Asc). Ускорение процесса создания устойчивого селекционного материала возможно при применении современных методов, в частности молекулярного маркирования. Надо отметить, что данные подходы в нашем отделе применены на томате впервые,с целью создания устойчивого исходного материала, как стерильных линий, так и линий-опылителей, который планируется включить в дальнейшем в селекционный процесс.

Вовлечение линий с функциональной мужской стерильностью с заданными параметрами устойчивости к болезням и адаптивностью к условиям выращивания в процесс гибридизации позволяет создавать высокопродуктивные гетерозисные гибриды, способные конкурировать с зарубежными и отечественными аналогами.

Для создания генетически чистых гомозиготных материнских и отцовских форм с генами устойчивости провели ряд инбредных скрещиваний линий,имеющих гены интереса. Одновременно проводились отборы линейного материала по наличию и аллельному состоянию интересующего гена. Для этого совместно с лабораторией информационных, цифровых и биотехнологий провели анализ ДНК ФМС-линий и отцовских форм.Селекционный питомник ФМС – линий и линий-опылителей был представлен 188 образцами. В результате исследований выполнен скрининг селекционных образцов на наличие в их генотипах целевых генов устойчивости к альтернариозу, фузариозу и фитофторозу [18,19].

По итогу получен селекционный материал,который оценен по биометрическим показателям.Все выделившиеся линии имели хорошую нагрузку плодами. Работа по оценке перспективного материала с генами устойчивости будет продолжена, в том числе будет дана фенотипическая оценка и оценка комбинационной способности по продуктивности.

Все генотипы значительно различались как по размеру, так по форме и окраске плодов. Из таблицы 1 видно, что среди стерильных линий салатного назначения (106-1 и 107-2) имели крупные плоды красной и малиновой окраски, плоскоокруглой и округлой формы. Линии универсального назначения (101-2, 1042, 124-6) - плоды массой до 100 грамм, плоскоокруглой и округлой формы,красной окраски,пригодные как для потребления в свежем виде,так и для переработки на томатопродукты. Образцы 91-1, 100-2 и 105-1 характеризовались мелкими плодами (50-70 г) округлой и кубовидной формы, что делает их пригодными для цельноплодного консервирования и переработки на томатопродукты.

Отсутствие сочленения плодоножки у образцов 911, 105-1, 107-2 и 124-6 косвенно указывает на возможность использования их в качестве реципиентов при селекции на сокращение количества сборов или машинную уборку.

По результатам ПЦР-анализа стерильных линий 4 образца (101-2, 104-2, 106-1 и 107-2) обладают генами устойчивости к фитофторозу ( Ph3 ), 2 образца (100-2 и 124-6) – к фузариозному увяданию (I-2 ) и 4 образца (91-1, 101-2, 105-1, 106-1) к альтернариозу ( Asc ) [18,19].

Таблица 1. Характеристика выделенных стерильных образцов томата Table 1. Characteristics of isolated sterile tomato samples

Образец	Характеристика плодов			Наличие гена устойчивости	Дружность созревания, %	Наличие сочленения
	Вариация по массе, г	Форма	Окраска
91-1	50-70	округлая	желто-зеленая	Asc	80,1	отсутствует
100-2	50-70	округлая	красная	I-2	80,4	имеется
101-2	90-100	плоско-округлая	красная	Asc, Ph3	78,8	имеется
104-2	90-100	округлая	красная	Ph3	79,6	имеется
105-1	70-80	кубовидная	желтая	Asc		отсутствует
106-1	110-120	плоско-округлая	красная	Asc, Ph3	56,7	имеется
107-2	120-130	округлая	малиновый	Ph3	58,1	отсутствует
124-6	90-100	округлая	красная	I-2	79,1	отсутствует

Среди фертильных линий образцы салатного назначения (137-5 и 140-1) имеют плоды розово-малиновой окраски, сердцевидной и плоскоокруглой формы. Образцы универсального назначения 127-3 и 129-4 - средние плоды (80-100г) сердцевидной формы красной окраски. Образцы 94-5, 99-5, 92-3 и 95-2 характеризуются мелкими плодами округлой формы желтой и красной окраски с плотной мякотью и кожицей, подходящие для цельноплодного консервирования (табл. 2). Линии 94-5, 99-5 и 92-3 имеют признак несочлененной плодоножки.

Среди линий-опылителей по результатам ПЦР-ана-лиза генами устойчивости к фитофторозу обладали образцы: 127-3, 129-4, 137-5, 140-1; к фузариозу: 1273, 99-5, 137-5; к альтернариозу: 94-5, 92-3 и 95-2

Линии универсального и консервного направления характеризуются дружным созреванием плодов (78,382,9%), а линии салатного направления – растянутым (55,6-58,1%). Все выделившиеся линии относятся к растениям детерминантного типа,имеют хорошо облиственный куст,предохраняющий плоды от солнечных ожогов.

Таблица 2. Характеристика выделенных линий-опылителей томата Table 2. Characteristics of selected tomato pollinator lines

Образец	Характеристика плодов			Наличие гена устойчивости	Дружность созревания, %	Наличие сочленения
	вариация по массе, г	форма	окраска
127-3	80-90	сердцевидная	красная	I-2, Ph3	78,5	имеется
129-4	90-100	сердцевидная	красная	Ph3	78,3	имеется
94-5	50-70	округлая	желтая	Asc	82,6	отсутствует
99-5	70-90	округлая	красная	I-2	81,4	отсутствует
137-5	100-110	сердцевидная	розовая	I-2, Ph3	55,6	имеется
140-1	100-120	плоско-округлая	малиновая	Ph3	57,0	имеется
92-3	40-50	округлая	желтая	Asc	82,9	отсутствует
95-2	50-70	округлая	красная	Asc	82,5	имеется

Выводы

В результате научных исследований проведен скрининг имеющегося селекционного материала томата в отделе овощеводства.По результатам ДНК-анализа и по комплексу хозяйственно-ценных признаков выделены генотипы,имеющие различное целевое направление (салатные, универсальные и консервные) и гомозиготное состояние генов Asc, Ph3 и I-2, контролирующих высокую толлерантность к альтер-нариозу, фитофторозу и фузариозу. Среди стерильных линий 4 образца (101-2, 104-2, 106-1 и 107-2) обладают генами устойчивости к фитофторозу (Ph3), 2 образца (100-2 и 124-6) – к фузариозному увяданию (I-2) и 4 образца (91-1, 101-2, 105-1, 106-1) к альтер-нариозу (Asc), среди линий-опылителей генами устойчивости к фитофторозу обладают образцы: 127-3, 129-4, 137-5, 140-1; к фузариозу: 127-3, 99-5, 137-5; к альтернариозу: 94-5, 92-3 и 95-2. Из всех образцов, имеющие комплекс генов устойчивости 4 образца обладают функциональной мужской стерильностью: 101-2, 106-1 (Asc, Ph3); 2 образца ̶ линии-опылители: 127-3 и 137-5 (I-2, Ph3). Выделенные линии различаются по форме, массе и окраске плодов. Линии универсального и консервного направления характеризуются дружным созреванием плодов (78,3-82,9%), а линии салатного направления – растянутым (55,658,1%). Все выделившиеся линии относятся к растениям детерминантного типа, имеют хорошо облиственный куст,предохраняющий плоды от солнечных ожогов. Подобраны родительские формы для гибридизации. Будет продолжена работа по оценке перспективного материала с генами устойчивости,в том числе будет дана фенотипическая оценка и оценка комбинационной способности по продуктивности.

Об авторах:

Irina V. Kozlova – Researcher of the Vegetable Growing Department, , ,

ISSN 2618-7132 (Online) Овощи России №2 2025

[ 19

Vegetable crops of Russia №2 2025 ISSN 2072-9146 (Print)