Способ создания мужски-стерильных F1-гибридов лука репчатого, устойчивых к заболеваниям Российский патент 2025 года по МПК A01H1/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в селекционных программах по ускоренному созданию на основе ядерно-цитоплазматической мужской стерильности F1-гибридов лука репчатого с моногенной доминантной устойчивостью к пероноспорозу и толерантностью к розовой гнили корней.

Известен способ интрогрессии в геном лука репчатого (Allium сера) доминантного гена устойчивости к пероноспорозу (Pd1) (возбудитель - Peronospora destructor) из генома Allium roylei (Euphytica, 2007, 156, pp. 345-353, DOI: 10.1007/s10681-007-9383-9). Известен способ создания устойчивых к пероноспорозу линий лука репчатого при внутривидовой гибридизации (Картофель и овощи, 2019, 10, pp. 38-40, DOI: 10.25630/PAV.2019.82.92.006). Известен способ оценки лука репчатого на устойчивость к розовой гнили лука репчатого (Euphytica, 1985, 34, pp. 385-391, DOI: 10.1007/BF00022933).

Конкурентоспособные F1-гибриды лука репчатого (Allium сера) в комплексе хозяйственно ценных признаков (урожайность, товарность, морфологическая однородность, лежкость, устойчивость к абиотическим стрессорам и др.) должны содержать признак устойчивости к наиболее вредоносным заболеваниям, пероноспорозу, альтернариозу, стемфилиозу и др. Устойчивость к болезни, в частности к пероноспорозу лука репчатого, -важнейший признак, который позволит исключить многократные обработки товарных посевов лука фунгицидами, снизить пестицидную нагрузку на агроэкосистему, повысить экономическую эффективность возделывания лука и обеспечить безопасность продукции. На рынке семян Российской Федерации отсутствуют сорта и F1 -гибриды лука репчатого отечественной и зарубежной селекции с генетической устойчивостью к пероноспорозу. Восприимчивые к данному заболеванию сорта и F1-гибриды при высокой инфекционной нагрузке и условиях окружающей среды, способствующих патогенезу Peronospora destructor, поражаются пероноспорозом, вследствие чего существенно снижается их продуктивность и товарность. Для ускоренной селекции конкурентоспособных устойчивых к инфекционным заболеваниям коммерческих F1-гибридов лука репчатого необходима: 1 - надежная генетико-селекционная платформа, включающая устойчивые способы (методы и/или технологии) создания генетического материала с экономически-ценными признаками и свойствами; 2 - генетическое разнообразие, представленное чистыми линиями (линии гомозиготные по всем генам) с высокоэффективными генами вертикальной и горизонтальной устойчивости к инфекционным заболеваниям, цитоплазматическими и ядерными генами биологического контроля гибридизации.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков относится способ (Овощи России, 2021, 3, pp. 34-39., DOI: 10.18619/2072-9146-2021-3-34-39) создания линий закрепителей стерильности лука репчатого устойчивых к ложной мучнистой росе, включающий следующие этапы: внутривидовая половая гибридизация линии 136 лука репчатого гомозиготной по аллелям гена устойчивости ложной мучнистой росе, Pd1, взятой в качестве отцовского компонента скрещивания, с восприимчивыми линиями закрепителями стерильности, содержащими N-цитоплазму и гомозиготный рецессивный ген ms; получение гибридных потомств; проведение самоопыления для создания и отбора генотипов, гомозиготных по доминантным аллелям гена Pd1 и гомозиготных по рецессивным аллелям гена ms; оценка их устойчивости/восприимчивости к ложной мучнистой росе на искусственном инфекционном фоне с одновременным проведением маркер-опосредованного отбора (MAS); выделение из расщепляющихся потомств устойчивых растений гомозиготных по доминантному аллелю гена устойчивости Pd1 и гену ms; и последующее создание инбредных линий закрепителей стерильности.

Заявляемое изобретение направлено на решение проблемы ускоренного создания F1-гибридов лука репчатого; расширения генетического разнообразия вида А. сера L.; эффективному объединению в чистых линиях лука репчатого генов биологического контроля половой гибридизации и генов устойчивости к инфекционным заболеваниям, в частности гена устойчивости к пероноспорозу Pd1 и локусов, отвечающих за проявление устойчивости к розовой гнили корней.

Технический результат предлагаемого изобретения - F1-гибриды лука репчатого (А. сера) с генетической системой определения стерильности пыльцы, моногенной доминантной устойчивостью к одному из самых вредоносных фитопатогенов, Peronospora destructor, вызывающего заболевание пероноспороз, толерантностью к фитопатогену Phoma terrestris, вызывающего заболевание розовая гниль корней.

Для решения указанной проблемы и достижения заявленного результата в способе создания мужски-стерильных F1-гибридов лука репчатого (Allium сера) устойчивых к заболеваниям, включающем отдаленную половую гибридизацию, беккроссирование, создание линий удвоенных гаплоидов, отбор на искусственном и естественном инфекционном фоне, маркер-опосредованный отбор и объединение генов устойчивости с генами хозяйственно ценных признаков, обеспечивающих гибридное семеноводство, создают генетическую коллекцию образцов, представленную свободноопыляемыми сортами, коммерческими F1 - гибридами и гибридными популяциями лука репчатого(1); с помощью молекулярных маркеров Jnurf13 - молекулярный маркера гена ms, 5' cob:orfa501 - система молекулярных маркеров для определения типа цитоплазмы (N, S, Т) из исходной генетической коллекции образцов дифференцируют генотипы Smsms, доноры цитоплазмы с фактором мужской стерильности и Nmsms - закрепители стерильности (ЗС), из которых при оценке на инфекционном фоне дифференцируют и выделяют толерантные к розовой гнили корней(Т1)(2); из коллекции образцов ЗС методом производства линий удвоенных гаплоидов создают коллекцию чистых линий закрепителей стерильности (ЛУГ ЗС NmsmsT1) толерантных к розовой гнили корней, оценивают ЛУГ ЗС в системе скрещивания двух групп генотипов, выделяют перспективный F1-гибрид и ЛУГ ЗС с высокой комбинационной способностью(3а); проводят отдаленную гибридизацию коллекций линий ЗС А.сера, взятыми в качестве материнского компонента скрещивания, с Allium roylei гомозиготным по аллелям устойчивости к пероноспорозу (Pd1Pd1); с полученным межвидовым гибридным потомством проводят ряд насыщающих скрещиваний ЛУГ ЗС NmsmsT1 с высокой комбинационной способностью до пятого беккроссного поколения (ВС5); дифференцируют устойчивые и восприимчивые к пероноспорозу растения в расщепляющихся потомствах каждого поколения на искусственном инфекционном фоне при инокуляции патогеном, Peronospora destructor, и выявляя на инфекционном фоне толерантные к розовой гнили корней (возбудитель Phoma terrestris); проводят маркер-опосредованный отбор с молекулярными маркерами DMR1 и Jnurf13, отбирая гетерозиготные растения по гену Pd1 и гомозиготные по рецессивному гену ms; устойчивые к пероноспорозу и толерантные к розовой гнили корней растения потомства ВС5 самоопыляют и фиксируют аллель устойчивости к пероноспорозу и аллель закрепителя мужской стерильности в гомозиготном состоянии, подтверждая гомозиготный статус аллелей Pd1Pd1msms линии BC5F2 молекулярным генотипированием с использованием маркеров DMR1 и Jnurf13(3б); четырьмя насыщающими скрещиваниями донора фактора стерильности в цитоплазме ЦМС Smsms с линией закрепителем стерильности создают мужски-стерильную линию, аналог линии закрепителя стерильности устойчивого к пероноспорозу и толерантного к розовой гнили корней(4); скрещиванием P1 SmsmsPd1Pd1T1 с Р2 ЗС ЛУГ NmsmsT1 создают F1-гибридные семена мужски-стерильных лука репчатого (Allium сера) устойчивого к заболеваниям(5).

Существенными признаками, характеризующими изобретение, являются: комплексная схема создания мужски-стерильных F1-гибридов лука репчатого (Allium сера) устойчивых к заболеваниям, включающей на этапе 3 одновременное создание линий с высокой комбинационной способностью с генами устойчивости и локусами толерантности (Pd1 и Т1, соответственно), продолжительностью 12 поколений, проведение отдаленной гибридизации донора гена (Pd1) устойчивости к пероноспорозу A.roylei в качестве отцовской формы и донора гена (ms) закрепителя мужской стерильности А.сера в качестве материнской формы, передача комплекса генов отвечающих за толерантность к розовой гнили корней, проведение молекулярно-генетического анализа и определение аллельного состояния гена устойчивости к пероноспорозу Pd1 с использованием молекулярного маркера DMR1 и аллельного состояния гена закрепителя мужской стерильности ms с использованием молекулярного маркера Jnurf13.

Предложенный способ поясняется схемой создания мужски-стерильных F1 гибридов с устойчивостью к заболеваниям (схема 1). Где: А, В, С, D, Е, N - образцы лука репчатого исходной генетической коллекции, MAS - маркер-опосредованный отбор, DMR1 - молекулярный маркер аллеля Pd1, Jnurf13 - молекулярный маркер аллеля ms, 5'cob:orfa501 -система молекулярных маркеров типа цитоплазмы (N, S, Т), ЦМС - цитоплазматическая мужская стерильность, Smsms - генотип стерильной линии, Т1 - локусы толерантности к розовой гнили корней, Pd1 -доминантный аллель устойчивости к пероноспорозу, pd1 - рецессивный аллель восприимчивости к пероноспорозу, Ms - ядерный доминантный аллель восстановления фертильности, ms - ядерный рецессивный аллель закрепления стерильности, F1 - гибридное потомство первого поколения, ВС1…5 - беккроссные потомства 1…5 поколений, BC5F2 - потомство от самооопыления, ЗС - закрепитель стерильности, Nmsms - генотип линии - закрепителя стерильности, УГ - линии удвоенных гаплоидов, - перспективная гибридная комбинация, Р1 - родительская линия 1, Р2 - родительская линия.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления способа. Пример 1.

Интрогрессию гена устойчивости в геном лука репчатого (А. сера) проводили посредством половой межвидовой гибридизации восприимчивой к пероноспорозу линии лука репчатого А1 (2n=16) гомозиготной по аллелю ms и дикорастущего лука Allium roylei (2n=16) гомозиготного по доминантному гену устойчивости к пероноспорозу Pd1. Оценку устойчивости полученных гибридных популяций осуществляли на искусственном инфекционном фоне по методике М.Ф. Хайсина (Защита овощных культур от болезней и сорняков, 1978, рр 21-36, DOI - нет), проводили ряд насыщающих скрещиваний до ВС5 линиями закрепителями мужской стерильности с генотипом Nmsms предварительно отобранных по признаку высокой комбинационной способности, далее проводили самоопыление устойчивых растений для перевода генов ms и Pd1 в гомозиготное состояние, затем проводили молекулярное генотипирование с использованием молекулярного маркера DMR1 (Euphytica, 2016, 208, pp. 561-569, DOI 10.1007/s10681-015-1601-2) и Jnurf13 (Molecular breeding, 2014, 34, pp. 769-778, DOI 10.1007/s11032-014-0073-8) для выделения генотипа NPd1Pd1msms, одновременно с созданием линий устойчивых к пероноспорозу создавали изогенные пары линий, линию А2 с генотипом Nmsms и толерантностью к розовой гнили корней самоопыляли в ряду поколений, линию А2 с ЦМС создавали насыщающими скрещиваниями генотипа Smsms и линии А2 до третьего беккроссного поколения в сопровождении маркер-опосредованного отбора. Скрещиванием толерантной к розовой гнили корней стерильной линии А2 (ЦМС) и устойчивой к пероноспорозу линии А1 получали устойчивое F1 - гибридное потомство с устойчивостью к пероноспорозу, толерантностью к розовой гнили корней и комплексом хозяйственно ценных признаков.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет создать F1-гибрид лука репчатого (А. сера), сочетающий цитоплазматическую мужскую стерильность и групповую устойчивость к грибковым заболеваниям.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу получения мужски-стерильных F1-гибридов лука репчатого (Allium сера) с групповой устойчивостью ложной мучнистой росе, возбудитель гриб Peronospora destructor, и толерантностью к розовой гнили корней, возбудитель гриб Phoma terrestris. Изобретение может быть использовано в селекционных программах по созданию F1-гибридов лука репчатого с групповой устойчивостью к заболеваниям за счет ускоренного создания устойчивых и толерантных линий с эффективным проведением отборов по результатам фенотипирования и генотипирования. 1 ил., 1 пр.

Способ получения мужски-стерильных F1-гибридов лука репчатого с групповой устойчивостью ложной мучнистой росе, возбудитель гриб Peronospora destructor, и толерантностью к розовой гнили корней, возбудитель гриб Phoma terrestris, характеризующийся тем, что с помощью молекулярных маркеров Jnurf13 и 5'cob:orfa501 и инфекционного фона из исходной коллекции образцов проводят отбор генотипов NmsmsT1 и Smsms и проводят отдаленную гибридизацию лука репчатого с донором устойчивости к пероноспорозу Allium roylei, получая устойчивое гибридное потомство от отдаленного скрещивания, одновременно создают чистые линии закрепителей стерильности методом производства удвоенных гаплоидов и проводят ряд насыщающих скрещиваний до ВС5 линиями удвоенных гаплоидов закрепителей стерильности, полученные потомства оценивают на инфекционном фоне, проводят маркер-опосредованный отбор с использованием молекулярных маркеров Jnurf13 и DMR1 и самоопыление устойчивых растений, расщепляющиеся популяции BC5F2 генотипируют и отбирают растения с генотипом msmsPd1Pd1, и для получения мужски-стерильных аналогов устойчивых линий проводят три насыщающих скрещивания BC5F2 с донорами Smsms, и гибридизацией P1 SmsmsPd1Pd1 с Р2 NmsmsT1 получают семена мужски-стерильного F1-гибрида с групповой устойчивостью к заболеваниям.