Создание селекционного материала томата с генами устойчивости на основе линий с функциональной мужской стерильностью
Автор: Козлова И.В., Мазыкина Е.А.
Журнал: Овощи России @vegetables
Рубрика: Селекция, семеноводство и биотехнология растений
Статья в выпуске: 2 (82), 2025 года.
Бесплатный доступ
Актуальность. Выращивание томата в Краснодарском крае в открытом грунте более затратно по сравнению с другими регионами. Одной из основных причин является дорогостоящая система защиты от болезней, которые широко распространённых на томате. Наиболее опасными заболеваниями являются фитофтороз, альтернариоз и фузариоз, в годы эпифитотия потери урожая плодов могут достигать до 90%. Данные заболевания вызываются патогенными грибами и оомицетами. Самым эффективным способом борьбы с ними является создание высоко толерантных гибридов. Особенно это актуально для юга России, где погодные условия являются благоприятными для развития болезней и стрессовая нагрузка на растения максимальна. Цель исследования. Создать селекционный материал томата (Solarium lycopersicum) различного направления использования на базе линий с функциональной мужской стерильностью с генами устойчивости к наиболее вредоносным заболеваниям Материалы и методы. С 2018 года в отделе овощеводства начата работа по введению в линии с признаком функциональной мужской стерильности различного целевого назначения генетического материала от доноров, обладающих генами устойчивости к патогенам: фитофторозу, фузариозу и альтернариозу. В селекционной работе использовали методы классической селекции. На первом этапе идентифицированы гены Ph-3,1-2 и Asc, обеспечивающие устойчивость к этим заболеваниям в селекционном материале, имеющемся в отделе овощеводства ФГБГУ «ФНЦ риса». В 2023 году проведен анализ 188 инбредных линий на наличие и аллельное состояние генов устойчивости к по методу Murray 8nd Результаты. По результатам исследования выделен селекционный материал, обладающий генами устойчивости к патогенам, работа по оценке которого будет продолжена. 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 альтернариозу (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. 4 образца имеют комплекс генов устойчивости ФМС-линии: 101-2, 106-1 (Asc, Ph3); линии-опылители: 127-3 и 137-5 (I-2, Ph3). Выделенные линии различаются по форме, массе и окраске плодов.
Томат, линия, селекционный материал, устойчивость, функциональная мужская стерильность, селекция
Короткий адрес: https://sciup.org/140309940
IDR: 140309940 | DOI: 10.18619/2072-9146-2025-2-14-19
Текст научной статьи 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)