Конструирование новых геномов колонновидной яблони во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур
Колонновидные сорта яблони характеризуются особым габитусом. Деревья растут преимущественно вверх, образуют очень мало боковых побегов, взрослое дерево в пространстве занимает очень мало места, что позволяет создавать сверхплотные насаждения порядка 20–22 тыс. растений на 1 га. Листья толстые, имеют дополнительный слой столбчатой ткани, темно-зеленого цвета, с большим количеством хлоропластов. Первый колонновидный сорт Vijeik появился в результате спонтанной мутации на 50-летнем дереве сорта Мекинтош в Канаде в 1964 году. В Россию колонновидная форма яблони попала в виде пыльцы сорта Vijeik в 1972 году.
Скороплодность, ежегодное плодоношение и высокая урожайность с единицы площади обеспечивают высокую эффективность использования колонн для закладки производственных суперинтенсивных насаждений с быстрым возвратом инвестируемых средств.
Колонновидная форма яблони — перспективный объект для селекционеров. Так, ген Со, отвечающий за особенности габитуса этой формы яблони, является доминантным, что позволяет прогнозировать результаты скрещиваний.
Самым вредоносным заболеванием яблони, снижающим товарные качества плодов, ухудшающим ассимиляционную деятельность, ослабляющим общее состояние деревьев, снижающим зимостойкость и урожайность, является парша. В связи с этим одна из задач при создании новых колонновидных сортов — наличие у них устойчивости к парше. Для этого в селекционные программы включают доноры гена Rvi6.
Повышенная плоидность ведет к увеличению размеров клеток и, как следствие, массы вегетативных и генеративных органов, что повышает хозяйственную ценность подобных генотипов. Известно, что полиплоиды характеризуются большей устойчивостью к абиотическим и биотическим факторам окружающей среды, поэтому получение триплоидных форм колонновидной яблони является весьма актуальной задачей селекции.
Спонтанное возникновение полиплоидов происходит редко, поэтому целенаправленная работа по получению триплоидных сортов — одно из перспективных селекционных направлений. Использование тетраплоидных форм в качестве доноров диплоидных гамет и колонновидных сортов в качестве доноров гена Co в интервалентных скрещиваниях типа 2х × 4х позволяет создавать триплоидные сорта с колонновидным габитусом.
Цитологический контроль, сопровождающий данную работу, позволяет интенсифицировать и ускорить ее, так как еще на ранних этапах онтогенеза сеянцев (на второй год жизни растений) лабораторными методами можно установить плоидность гибридного потомства и провести отбор нужных форм.
В ФНЦ им. И.В. Мичурина (г. Мичуринск) созданы 5 колонновидных сортов, из них колонновидный габитус с моногенной устойчивостью к парше сочетает один — сорт Каскад. В ФНЦ «Садоводства» (г. Москва) созданы 9 колонновидных сортов, иммунитетом к парше обладают сорта Валюта, Червонец, Лукомор, Триумф. Во ВНИИСПК получены 5 колонновидных сортов, 4 из которых имеют ген Rvi6 (Приокское, Восторг, Поэзия, Гирлянда).
Колонновидные сорта Россошанской опытной станции Виктория, Корал, Михайловская, Натальюшка и сорт Белоснежка селекции Крымской опытной станции садоводства гена Rvi6 не имеют.
В качестве родительских форм зарубежных колонновидных сортов часто используется Vijeik или первые гибридные формы, полученные от него. Все они характеризуются низким уровнем хозяйственно ценных признаков, передающихся потомству. В частности, посредственный вкус плодов, низкое содержание аскорбиновой кислоты, периодичность плодоношения, низкая зимостойкость. Триплоидных колонновидных сортов яблони и тем более сортов, сочетающих тройной набор хромосом, иммунитет к парше и колонновидный габитус кроны, нет. Целенаправленная селекционная работа в этом направлении ведется только во ВНИИСПК.
Цель исследования — создание новых генотипов колонновидной яблони с уникальным сочетанием в одном генотипе колонновидности, триплоидного набора хромосом и моногенной устойчивости к парше (ген Rvi6) на основе интервалентных скрещиваний типа 2х × 4х с использованием методов традиционной селекции и элементов ускоренной оценки гибридных форм цитоэмбриологическими и молекулярно-генетическими методами.
Материалы и методы исследования
Для получения гибридного фонда, из которого проводится отбор ценных генотипов, проведен ряд целенаправленных скрещиваний доноров колонновидности (гена Со), гена Rvi6 и доноров диплоидных гамет.
Объектами исследования являются сеянцы 9 гибридных семей:
- колонновидный сорт яблони Поэзия × тетраплоидная форма яблони селекции ВНИИСПК 30-47-88;
- колонновидный сорт яблони Московское ожерелье × 30-47-88 (4х);
- колонновидный сорт Восторг × тетраплоидная форма яблони селекции ВНИИСПК 25-37-45;
- колоннновидный сорт Приокское × 25-37-45 (4х);
- Приокское × 30-47-88 (4х);
- колоннновидный сорт Гирлянда × 30-47-88 (4х);
- колоннновидный сорт Созвездие × 30-47-88 (4х);
- колоннновидный сорт Гирлянда × 25-37-45 (4х);
- отборный колонновидный гибрид 29-35-123 × 25-37-45 (4х).
Сорта Поэзия, Приокское, Восторг, Гирлянда получены во ВНИИСПК. Они характеризуется высокой скороплодностью, высокими товарными и вкусовыми качествами плодов, стабильным плодоношением, высокой устойчивостью к парше, обусловленной геном Rvi6.
Сорт Московское ожерелье получен селекционером кандидатом с.-х. наук М.В. Качалкиным. Сорт скороплодный, высокоурожайный с плодами позднеосеннего срока созревания. Характеризуется частичной самоплодностью и регулярностью плодоношения.
29-35-123 — отборная колонновидная форма яблони селекции ВНИИСПК зимнего срока созревания.
Отцовские формы — тетраплоиды 30-47-88 и 25-37-45 селекции ВНИИСПК. Они являются донорами диплоидных гамет, а форма 30-47-88 еще и донором гена Rvi6. С их участием уже получен ряд триплоидных сортов яблони.
Для цитологического анализа плоидности гибридного потомства яблони использовался пропионово-лакмоидный метод. Прямой подсчет числа хромосом осуществлялся на временных давленых препаратах, приготовленных из меристем и молодых листочков точек роста. Исследования проводили на микроскопе Nikon-80i (Nikon, Япония).
Наличие гена Rvi6 у гибридов выявляли с помощью ПЦР (полимеразная цепная реакция) анализа Vfc-маркера. ДНК выделяли из молодых листьев по методике Plant DNA Extraction Protocol for DArT. Продукты ПЦР визуализировали в 1,7% агарозном геле.
Плоидность, колонновидный габитус и наличие гена Rvi6 при отборе гибридов определяются еще в школке у однолетних сеянцев. Оценка набора хозяйственно ценных признаков в саду первичного сортоизучения — согласно общепринятой методике. Колонновидный габитус оценивали по показателю степени компактности (отношение длины междоузлия к толщине однолетнего побега), отбору подлежат гибриды с коэффициентом не более 2,5 [1].
Математическая обработка результатов исследований проводилась методом дисперсионного анализа с использованием компьютерной программы Ехсеl (США). Существенность различий в степени вариации выхода триплоидных сеянцев оценивалась по критерию F. Оценка соответствия между теоретическими и практическими результатами скрещивания по признаку колонновидности и наличия гена Rvi6 представлена данными критерия χ2 при уровне значимости 0,05.
Результаты и обсуждение
Для получения нужных генотипов с 2010 по 2014 г. были проведены целенаправленные скрещивания с использованием доноров колонновидного габитуса кроны, гена Rvi6 и диплоидных гамет.
Гибридологический анализ 559 сеянцев, полученных от колонновидных сортов, показал, что фактическое расщепление между колонновидными фенотипами и неколонновидными соответствует теоретически ожидаемому (1:1), что подтверждается данными статистической обработки результатов. Значения χ2 по всем изученным семьям значительно меньше критического значения (3,84) при уровне значимости 0,05 (табл. 1). В среднем 54,4% гибридного потомства характеризуются колонновидным габитусом.
Молекулярно-генетический анализ показал, что из 160 образцов в комбинации скрещивания Поэзия × 30-47-88 ген Rvi6 обнаружену 118 из них. В комбинации скрещивания Приокское × 30-47-88 ген Rvi6 обнаружен у 48 сеянцев из 70 проанализированных. В гибридной семье Созвездие × 30-47-88 из 53 сеянцев 37 имеют ген Rvi6.
Оценка наследования гена Rvi6 в гибридных семьях, полученных на основе колонновидных сортов селекции ВНИИСПК (Приокское, Поэзия, Созвездие), имеющих ген Rvi6 и тетраплоидной формы 30-47-88 (в свою очередь обладающей геном Rvi6), свидетельствует о гетерозиготном состоянии изучаемого гена у обоих родителей. Полученные значения χ2 меньше критического при уровне значимости 0,05, что подтверждает расщепление по этому признаку 3:1.
В семьях Гирлянда × 25-37-45, 29-35-123 × 25-37-45, Московское ожерелье × 30-47-88, Созвездие × 25-37-45 сеянцы с геном Rvi6 встречались реже: в 44 случаях из 81, в 17 из 30, 47 из 91, 10 из 18 соответственно. В данных семьях только один из родителей обладает геном Rvi6, и теоретическое расщепление 1:1 по этому признаку подтверждается анализом и статистической обработкой полученных данных (значение χ2 колеблется в пределах 1,2–0,2 и меньше критического (3,84) при уровне значимости 0,05).
Ряд гибридов сочетают в своем генотипе тройной набор хромосом, колонновидный габитус и ген Rvi6. В комбинации скрещивания Поэзия × 30-47-88 подобных сеянцев 20,6% (33 шт. из 160 проанализированных), в семьях Приокское × 30-47-88 — 27,1% (19 из 70), Гирлянда × 25-37-45 — 40,7% (33 из 81), 29-35-123 × 25-37-45 — 40,0% (12 из 30). Созвездие × 30-47-88 (4х) — 18,9% (10 из 53), Московское ожерелье × 30-47-88 (4х) — 24,2% (22 из 91). В семьях Восторг × 25-37-45 (4х) и Созвездие × 25-37-45 (4х) подобных генотипов не обнаружено.
Цитологический анализ плоидности полученных гибридных сеянцев показал, что из 559 сеянцев диплоидов (2n = 2х = 34) 95 шт., триплоидов (2n = 2х = 51) 464 шт., тетраплоидов (2n = 4х = 68) 0 шт. (табл. 1).
Сравнительная оценка доноров диплоидных гамет 25-37-45 и 30-47-88 в скрещиваниях с колонновидными сортами по всем комбинациям скрещивания показала, что в семьях, где в качестве отцовской формы использовался тетраплоид 30-47-88 81,7% гибридных сеянцев имеют тройной набор хромосом, что всего на 9,6% меньше, чем в семьях тетраплоидной формы 25-37-45, что является несущественным различием (Fф < Fт). В семье Приокское × 25-37-45 100% сеянцев являются триплоидными. Наименьшая доля новых генотипов с тройным набором хромосом отмечена в семье Поэзия × 30-47-88, но и это значение большое — 70%.
В среднем по всем проанализированным семьям большая доля триплоидных сеянцев — 83,0%, это подтверждает перспективность тетраплоидных форм 30-47-88 и 25-37-45 как доноров качественных диплоидных гамет. Полученные данные свидетельствуют о высокой ценности этих тетраплоидых форм для селекционных программ по созданию новых сортов яблони.
Лучшие сеянцы (получившие высокую оценку степени культурности) селекционерами перенесены в сад для дальнейших наблюдений и изучения колонновидного габитуса, набора хозяйственно ценных признаков и уровня адаптивности.
Из этих гибридных сеянцев на основе полевых наблюдений и результатов лабораторных исследований выделены отборные и элитные формы.
35-1-74 [Созвездие × 25-37-45 (4х) (Орловская гирлянда × Уэлси тетраплоидный)] — сеянец колонновидного габитуса с геном Rvi6.
35-1-105 {Поэзия × 30-47-88 (4х) [Либерти × 13-6-106 (сеянец Суворовца)]} — триплоидный колонновидный гибридный сеянец.
35-1-106 {Поэзия × 30-47-88 (4х) [Либерти × 13-6-106 (сеянец Суворовца)]} — триплоидный колонновидный гибридный сеянец.
35-1-109 {Поэзия × 30-47-88 (4х) [Либерти × 13-6-106 (сеянец Суворовца)]} — триплоидный колонновидный гибридный сеянец.
Элитный сеянец 35-2-28 [Гирлянда × 25-37-45 (4х) (Орловская гирлянда × Уэлси тетраплоидный)] — триплоидный с геном Rvi6 сеянец колонновидного габитуса.
Элитный сеянец № 295 {Поэзия × 30-47-88 (4х) [Либерти × 13-6-106 (сеянец Суворовца)]} — триплоидный колонновидный (Со), обладающий моногенной устойчивостью к парше (Rvi6) сеянец зимнего срока созревания плодов. Такие сорта составят основу будущего суперинтенсивного садоводства и обеспечат высокую конкурентоспособность отечественного плодоводства.
Выводы
Из 559 сеянцев восьми гибридных семей выявлены 464 триплоидных растения. В среднем по всем семьям соотношение количества сеянцев по плоидности следующее: диплоиды составляют 17,0%, триплоиды — 83,0%.
Доля гибридов с геном Rvi6 в изученных семьях составила 61,7% от общего количества сеянцев. Более высокий выход таких сеянцев в комбинациях Поэзия × 30-47-88 (4х), Приокское × 30-47-88 (4х), Созвездие × 30-47-88 (4х) (от 69,8 до 73,8%) обусловлен наличием гена Rvi6 как у материнской, так и у отцовской родительской формы. Сочетание в одном генотипе трех признаков — колонновидности, триплоидного набора хромосом, гена Rvi6 — отмечено у 23,0% сеянцев.
Гибридологический анализ потомства показывает, что все сорта колонновидной формы яблони, взятые в рамках исследования в качестве родительских форм в целенаправленных скрещиваниях, имеют гетерозиготный генотип по гену колонновидности (Сосо), их использование в селекции обеспечит большой выход колонновидных сеянцев.
Сравнительнаяселекционная оценка изученных гибридных семей показала, что выдающейся по выходу отборных и элитных сеянцев является семья Поэзия × 30-47-88 (4х), от этой комбинации скрещивания получены 3 отборные формы и 1 элитный сеянец.
Полученные данные свидетельствуют о перспективности привлечения тетраплоидных форм 30-48-88, 25-37-45 и колонновидных сортов в селекцию яблони для получения уникальных генотипов, характеризующихся колонновидным габитусом, высоким потенциалом хозяйственно ценных признаков, адаптивностью. Подобные сорта составят основу современного и суперинтенсивного садоводства и сыграют значительную роль в реализации программы по импортозамещению плодовой продукции.
Об авторах
Светлана Александровна Корнеева; кандидат сельскохозяйственных наук
ksv81_57@bk.ru; orcid:0000-0003-2772-5311
Евгений Николаевич Седов; академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
sedov@orel.vniispk.r; orcid:0000-0002-2067-1894
Татьяна Владимировна Янчук; кандидат сельскохозяйственных наук
yanchuk@orel.vniispk.ru; orcid: 0000-0003-4077-7095
Анна Викторовна Пикунова; кандидат биологических наук
pikuanna84@mail.ru; orcid: 0000-0003-4269-4250
Наталья Геннадьевна Лаврусевич; кандидат сельскохозяйственных наук
lavrusevich@orel.vniispk.ru; orcid: 0000-0001-8985-8967
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур, дер. Жилина, Орловская обл., 302530, Россия
УДК 634.11.631.52
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-387-10-154-158
