NR 286 BIULETYN INSTYTUTU HODOWLI I AKLIMATYZACJI ROŚLIN 2019 e-ISSN 2657-8913 389 MAŁGORZATA KORBIN SYLWIA KELLER-PRZYBYŁKOWICZ AGNIESZKA MASNY BOGUSŁAWA IDCZAK KRYSTYNA STRĄCZYŃSKA
Kierownik Tematu: prof. dr hab. Małgorzata Korbin Instytut Ogrodnictwa w Skierniewicach, Pracownia Niekonwencjonalnych Metod Hodowli Roślin
ul. Pomologiczna 18, 96-100 Skierniewice; +48 46 834 52 54; e-mail:sylwia.keller@inhort.pl
Prace zostały wykonane w ramach badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej na podstawie decyzji Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi nr HOR.hn.802.20.2018, Zadanie 74.
Badania nad saturacją mapy genetycznej ‘Elsanta’
× ‘Senga Sengana’ pod kątem lokalizacji genów
sprzężonych z ważnymi cechami użytkowymi
truskawki (Fragaria × ananassa)
Research on saturation of the genetic map of ‘Elsanta Senga’ × ‘Sengana’ for locating genes linked to important traits of strawberry (Fragaria × ananassa)
Słowa kluczowe: jakość owoców, korelacja fenotypowo-genotypowa, mapa genetyczna, QTL, stres
suszy, truskawka
Celem badań było pozyskanie subpopulacji segregującej ‘Elsanta’ × ‘Senga Sengana’ (oznaczonej jako subpopulacja G) i ocena fenotypowa roślin mieszańcowych należących do tej populacji pod kątem tolerancji na stres suszy, a także ocena wybranych parametrów jakości owoców pojedynków należących do przygotowanej do tego celu subpopulacji A utrzymywanej w kwaterze polowej. Pojedynki z subpopulacji G po ocenie czystości genetycznej włączono do populacji bazowej dla zagęszczenia mapy genetycznej (analizy molekularne), na bazie której przeprowadzono ocenę korelacji fenotypowo-genotypowych oraz analizę terminalną wytypowanych grup sprzężeń.
Rośliny mieszańcowe z populacji A (min. 100 genot.) i G (132 genot.) poddano analizie fenotypowej pod kątem parametrów jakości owoców (subpop. A) oraz wytrzymałości na deficyt wodny (subpop. G). Rozkład fenotypowy cechy tolerancji
Truskawka
390
na stres suszy oraz cech warunkujących jakość owoców wskazał na wystąpienie zjawiska segregacji w uzyskanej puli genotypów mieszańcowych.
Do analiz segregacji alleli markerów SSR w obrębie populacji mapującej wytypowano 100 starterów mikrosatelitarnych (Sargent, 2006, 2007, 2008, 2009, 2012; Zorrilla-Fontanesi, 2011). Na podstawie przeprowadzonych testów PCR-SSR, zidentyfikowano 583 alleli polimorficznych, segregujących w genomach roślin mieszańcowych (Van Ooijen, 2001). Uzyskana zintegrowana mapa genetyczna truskawki (2 386,5 cM) zawiera 76 grup sprzężeń, stanowiących fragmenty siedmiu chromosomów genomu gatunku
Fragaria (rys. 1).
Rys. 1. Fragment zintegrowanej mapy genetycznej grupy sprzężeń 1 (homologia do chromosomu I) genomu gatunku Fragaria (analiza populacji ‘Elsanta’ × ‘Senga Sengana’)
Ocenę korelacji fenotypowo-genotypowych w subpopulacjach badanych w latach 2014–2018 (A i G), przeprowadzono po potwierdzeniu statusu mieszańców (analiza polimorfizmu DNA po amplifikacji z 5 oligonuleotydami mikrosatelitarnymi). W wyniku przeprowadzonych testów z początkowej puli roślin mieszańcowych wyeliminowano 4 genotypy pochodzące z nieplanowanego zapylenia.
Analiza zależności pomiędzy loci alleli markerów SSR oraz wartościami ocenianych parametrów fenotypowych w roślinach mieszańcowych potwierdziła, że markery SSR zlokalizowane w grupie sprzężeń LG 2 genomów obu odmian wykazywały istotny stopień korelacji ze wszystkimi badanymi cechami (współ. korelacji K*= 2,2–11,2). Ponad to, wysoki poziom wpływu odnotowano pomiędzy markerami zlokalizowanymi
FVH4041d 0 FVH4010cyz FVH4010c 2 ChFaM147h 4 FVH4041e 8 ChFaM147f 10 ChFaM110b 11 FVH4026a FVH4026b 12 FVH4059z 17 FVH4082eyx 22 ChFaM147g 23 FVH4059y 24 ChFaM111 25 FVH4053a 28 FVH4083y FVH4083a FVH4053c 29 FVH4042d FVH4042z 33 FVH4082xy FVH4019c FVH4019za ChFaM088b 34 ChFaM088c 36 FVH4059d FVH4059xy 40 ChFaM088e 41 ChFaM129 47 FVH4050a FVH4050c 49 FVH4040xzy 51 FVH4040d 57 FVH4040e 59 FVH4053a 0 FVH4053c 1 FVH4059d FVH4059xy 12 FVH4040e 30 FVH4040d FVH4010c FVH4010cyz 33 FVH4026b FVH4026a 45 FVH4042d FVH4042z 65 FVH4049c 0 FHV4091d 13 FVH4014d 21 FVH4026b 28 FVH4090d 30 FVH4082e 34 FVH4053a 35 FVH4010c 39 FVH4040d 42 FVH4026a 44 FVH4056b 47 FVH4040f 50 FVH4080c 57 FVH4080b 60 FVH4059d 62 FVH4080a 66 FVH4076d 71 FVH4053c 74 FVH4026c 75 FVH4076b 76 FVH4097f ChFam098b 80 FVH4098e 83 FVH4097a 85 FVH4056a 87 FVH4098b 89 FVH4059b FVH4050d 99 FVH4049b 102 FVH4090c 112
Truskawka
391 w grupie sprzężeń LG 7 genomu odmiany ‘Senga Sengana’ (K* > 6) oraz ‘Elsanta’ (K* > 9) a cechą tolerancji roślin truskawki na stres suszy. Wysoki stopień korelacji (K* > 9) dla cechy wytrzymałości na deficyt wody odnotowano także z markerami zlokalizowanymi w grupie LG 2 genomu odmiany ‘Elsanta’. Ponad to istotną zależność pomiędzy jędrnością owoców, zawartością ekstraktu oraz witaminy C a markerami zlokalizowanymi odpowiednio w grupach LG 4 (Vit. C i jędrność), 6 i 7 (Bix i Vit. C) zidentyfikowano w genomach obu badanych form rodzicielskich (Sujeet, 2017), (tab. 1).
Tabela 1
Zidentyfikowane regiony QTL w genomach odmian ‘Elsanta’ i ‘Senga Sengana’ oraz współczynnik korelacji (K*) cechy z markerami zlokalizowanymi w grupach sprzężeń mapy genetycznej truskawki
(p = 0,05)
LG ‘Elsanta’ ‘Senga Sengana’ Badana cecha
LG 2 K* 11,2 K* 11 jakość owoców (wszystkie parametry)
LG 7 K* 9 K* 6 stres suszy
LG 4, K*4,5 K* 8 jędrność
LG 6, 7 K*10 K*10,8 zaw. ekstraktu, wit.C
LG 2 - K*9,6 stres suszy
Na tym etapie badań wytypowano markery (FVH4076a, FVH4059z, ChFaM094xz, FVH4059z, ChFaM092, ChFv2013-13, ChFaM092) regulujące parametry warunkujące jakość owoców (dane z trzech sezonów badawczych), dla których odnotowano stabilną wartość współczynnika korelacji. Markery, te mogą stanowić bazę dla selekcji genotypów produkujących wysokiej jakości owoce truskawki, uzyskanych w programach hodowlanych.
Dodatkowo, na podstawie analiz segregacji 68 alleli 30 markerów SSR, różnicujących analizowane formy rodzicielskie przeprowadzono analizę terminalną wybranych regionów QTL. Loci segregujących alleli zidentyfikowano w obrębie 18 zmapowanych fragmentów chromosomów odmiany ‘Elsanta’ (383 cM) oraz piętnastu zmapowanych fragmentów chromosomów genomu odmiany ‘Senga Sengana’ (237 cM). Wydzielony region genomu ‘Elsanta’ zawiera 43 allele, a odmiany ‘Senga Sengana’ — 39 alleli markerów SSR.
WNIOSKI
1. Rozkład cech tolerancji na deficyt wody oraz wybranych cech warunkujących jakość owoców w badanej populacji wskazuje na wystąpienie zjawiska segregacji w puli genotypów mieszańcowych, a więc jest to właściwa dla badań genetycznych populacja mapująca.
2. Zagęszczona mapa genetyczna ‘Elsanta’ × ‘Senga Sengana’ stanowi bazę loci genów przydatną do dalszej identyfikacji regionów QTL sprzężonych z ważnymi cechami użytkowymi truskawki.
3. Rozkład alleli pochodzących z form rodzicielskich wskazuje, że genotypy wykorzystane dla celów zagęszczania mapy genomów truskawki mają status mieszańców z planowanego zapylenia.
Truskawka
392
4. Wstępna analiza regionów QTL w grupach sprzężeń LG 2, 4, 6 i 7 genomów badanych odmian truskawki wskazuje na korelacje markerów z badanymi cechami użytkowymi tego gatunku.
LITERATURA
Sargent D. J., Clarke J., Simpson D. W., Tobutt K. R., Arús P, Monfort A., Vilanova S., Denoyes-Rothan B., Rousseau M., Folta K. M., Bassil N. V., Battey N. H. 2006. An enhanced microsatellite map of diploid
Fragaria. Theor. Appl. Genet. 112: 1349 — 1359.
Sargent D. J., Rys A., Nier S., Simpson D. W., Tobutt K. R. 2007. The development and mapping of functional markers in Fragaria and their transferability and potential for mapping in other genera. Theor. Appl. Genet. 114: 373 — 384.
Sargent D. J., Cipriani G., Vilanova S., Gil-Ariza D., Arús P., Simpson D. W., Tobutt K.R., Monfort A. 2008. The development of a bin mapping population and the selective mapping of 103 markers in the diploid
Fragaria reference map. Genome 51: 120 — 127.
Sargent D., Fernandéz-Fernandéz F., Ruiz-Roja J., Sutherland B., Passey A., Whitehouse A., Simpson D. 2009. A genetic linkage map of the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) and its comparison to the diploid Fragaria reference map. Mol. Breeding 24 (3): 293 — 303.
Sargent D. J., Passey T., Šurbanovski N., Girona L. L., Kuchta P., Davik J., Harrison R., Passey A., Whitehouse A. B., Simpson D. W. 2012. A microsatellite linkage map for the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa) suggests extensive regions of homozygosity in the genome that may have resulted from breeding and selection. Theor. Appl. Genet. 124: 1229 — 1240.
Sujeet Verma, Zurn Jason D., Salinas Natalia, Mathey Megan M., Denoyes Beatrice, Hancock James F., Finn Chad E, Bassil Nahla V., Whitaker Vance M. 2017. Clarifying sub-genomic positions of QTLs for flowering habit and fruit quality in U.S. strawberry (Fragaria×ananassa) breeding populations using pedigree-based QTL analysis. Horticulture Research 4, 17062; DOI:10.1038/hortres.2017.62.
Van Ooijen J. W., Voorrips R. E. 2001. JoinMap (R) 3.0, Software for the calculation of genetic linkage maps. Plant Research International, Wageningen, The Netherlands.
Zorrilla-Fontanesi Y., Cabeza A., Torres A.M. 2011. Development and bin mapping of strawberry genic-SSRs in diploid Fragaria and their transferability across the Rosoideae subfamily. Mol. Breed., 27: 137 — 156.
