Комплексный подход в пополнении генофонда ореха грецкого на основе изучения местных семенных популяций Краснодарского края

В селекции ореха грецкого актуальным подходом является поиск и отбор новых перспективных генотипов в местах произрастания данного вида. Выделение селекционно ценных форм ореха грецкого из местных семенных популяций даёт возможность ускорить решение селекционных задач и пополнить коллекции генетических ресурсов ценными образцами. В рамках выполняемой работы нами была поставлена задача оценки перспективности использования новых форм для решения задач селекции с использованием фенотипической оценки и молекулярногенетического анализа. Поиск перспективных форм проводили в 2022-2023 гг. на территории населённых пунктов в различных районах Краснодарского края. Учёты хозяйственно ценных признаков осуществляли согласно «Программе и методике сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур». Для оценки уровня генетического разнообразия выборки новых, перспективных форм ореха грецкого было выполнено SSR-генотипирование с использованием семи микросателлитных ДНК-маркеров: WGA001, WGA376, WGA069, WGA276, WGA009, WGA202, WGA089. В изучаемую выборку вошла также гетерогенная группа сортов и элитных форм селекции ФГБНУ СКФНЦСВВ, представляющая общее разнообразие коллекции. Сравнение уровня полиморфизма, как отдельных маркеров, так и среднего показателя всей выборки маркеров у изученных образцов, позволяет говорить об относительно высокой гетерогенности новых перспективных форм, включённых в работу. Использование методов UPGMA, PCoA и анализа в программе STRUCTURE позволило установить генетические взаимосвязи между новыми перспективными формами и образцами из генетической коллекции СКФНЦСВВ. Выявлено, что новые формы не образовывали отдельного кластера и занимают в основном промежуточное положение между тремя группами генотипов из коллекции генофонда. Для новых форм установлено влияние среднеазиатской генплазмы, что обуславливает наличие ряда селекционно ценных признаков. Исходя из данных генетического разнообразия новых перспективных форм ореха грецкого относительно генетически контрастной выборки селекционных форм, можно говорить о целесообразности внедрения новых форм в селекцию для обогащения местного генофонда ореха грецкого.

1. McGranahan G. H., Leslie C. A. Walnuts (Juglans). Acta Hortic. 1991; 290:905-951.

2. Луговской А. П., Мурзинова Д. Г. Совершенствование системы возделывания ореха грецкого на Северном Кавказе. Плодоводство и виноградарство Юга России. 2010;6(5):15-23.

3. Germain E. Genetic improvement of the Persian walnut (Juglans regia L.). Acta Hortic. 1997;442:21-32.

4. Vahdati K., Arab M. M., Sarikhani S., Sadat-Hosseini M., Leslie C. A., Brown P .J. Advances in Persian walnut (Juglans regia L.) breeding strategies. In Advances in Plant Breeding Strategies: Nut Beverage Crops. 2019;4:401-472.

5. Chand L., Singh D. B., Sharma O. C., Mir J. I. et al. Lateral Bearing Trait in Indian Walnut (Juglans regia L.) Germplasm: a Potential Yield Contributing Trait in Early Age of the Tree. International Journal of Bio-resource and Stress Management. 2017;8(5):605-610. DOI: 10.23910/IJBSM/2017.8.5.1840.

6. Sharma R. M., Kour K., Singh B., Yadav S. et al. Selection and characterization of elite walnut (Juglans regia L.) clone from seedling origin trees in North Western Himalayan region of India,. Australian Journal of Crop Science. 2014;8(2):257-262.

7. Rezaei Z., Khadivi A., ValizadehKaji B., Abbasifar A. The selection of superior walnut (Juglans regia L.) genotypes as revealed by morphological characterization. Euphytica. 2018;214:69. https://doi.org/10.1007/s10681-018-2153-z.

8. Hajinia Z., Sarikhani S., Vahdati K. Exploring low-chill genotypes of Persian walnut (Juglans regia L.) in west of Iran. Genet Resour Crop Evol. 2021;68:2325-233. https://doi.org/10.1007/s10722-021-01131-6.

9. Khadivi A., Montazeran A., Yadegari P. Superior spring frost resistant walnut (Juglans regia L.) genotypes identified among mature seedling origin trees. Scientia Horticulturae. 2019;253:147-153. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.04.041.

10. Kavosi H., Khadivi A. The selection of superior late-leafing genotypes of Persian walnut (Juglans regia L.) among seedling originated trees based on pomological characterizations. Scientia Horticulturae. 2021;288:110299. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110299.

11. Soveili S., Khadivi A. Selecting the superior late-leafing genotypes of Persian walnut (Juglans regia L.) using morphological and pomological evaluations. BMC Plant Biol. 2023;23(1): 379. https://doi.org/10.1186/s12870-023-04386-6

12. Mirmahdi N., Khadivi A. Identification of the promising Persian walnut (Juglans regia L.) genotypes among seedling-originated trees. Food Sci Nutr. 2021;9:2217–2226. doi: 10.1002/ fsn3.2193.eCollection 2021.

13. Cosmulescu S., Botu M. Walnut biodiversity in South-Western Romania-resource for perspective cultivars. Pak. J. Bot. 2012;44(1):307-311.

14. Cosmulescu S., Stefanescu D., Ionescu B. Genetic diversity among Juglans Regia genotypes based on morphological characters of nut. Erwerbs-Obstbau. 2018;60:137–143. https://doi.org/10.1007/s10341-017-0347-5.

15. Karadağ H., Akça Y. Phenological and pomological properties of promising walnut (Juglans regia L.) genotypes from selected native population in Amasya Province. African Journal of Biotechnology. 2011;10(74):16763-16768.

16. Bayram M. A. Pomological and phenological characterization of promising walnut (Juglans regia L.) genotypes from Malatya, Turkey. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus. 2012;11(4):169-178.

17. Akca Y. Y., Bilgen Y., Bilgen Sezai, Ercisli Sezai, Selection of superior persian walnut (Juglans regia L.) from seedling origin in Turkey January 2015. Acta Scientiarum Polonorum Hortorum Cultus. 2015;14(3):103-114.

18. Ipek M., Arıkan Ş., Pırlak L. et al. Phenological, morphological and molecular characterization of some promising walnut (juglans regia l) genotypes in Konya. Erwerbs-Obstbau. 2019;61:149-156. https://doi.org/10.1007/s10341-018-0411-9.

19. Bujdoso G., Cseke K. The Persian (English) walnut (Juglans regia L.) assortment of Hungary: Nut characteristics and origin. Scientia Horticulturae. 2021;283:110035. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110035.

20. Луговской А. П., Супрун И. И., Балапанов И. М., Подгорная М. Е. Современные сорта и технологии возделывания Грецкого ореха в условиях юга России: методические рекомендации. Краснодар: ФГБНУ СКФНЦСВВ, 2018, 69 с.

21. Ebrahimi A., Zarei A., Fardadonbeh M. Z., Lawson S. Evaluation of genetic variability among «Early Mature» Juglans regia using microsatellite markers and morphological traits, Peer J. 2017;5:e3834. DOI 10.7717/peerj.3834.

22. Shamlu F., Rezaei M., Lawson S. Genetic diversity of superior Persian walnut genotypes in Azadshahr, Iran. Physiol Mol Biol. Plants. 2018;24:939–949. https://doi.org/10.1007/s12298-018-0573-9.

23. Davoodi F., Rezaei M., Heidari P. Identification and DNA fingerprinting of some superior Persian walnut genotypes in Iran. Erwerbs-Obstbau. 2021;63:393-402. https://doi.org/10.1007/s10341-021-00597-z.

24. Ebrahimi A., Fatahi R., Zamani Z. Analysis of genetic diversity among some Persian walnut genotypes (Juglans regia L.) using morphological traits and SSRs markers. Scientia Horticulturae. 2011;130(1):146-151. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2011.06.028.

25. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур: монография. Орёл, 1999, 606 с.

26. Rogers S. O., Bendich A. J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant. Mol. Biol. 1985;5:69-76. (In Russ)

27. Dangl G. S., Woeste K., Aradhya M. K., Koehmstedt A., Simon C., Potter D., Leslie C. A., McGranahan G., Characterization of 14 microsatellite markers for genetic analysis and cultivar identification of walnut. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2005;130(3):348-354.

28. Peakall R., Smouse P. E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update. Bioinformatics. 2012;28:2537-2539. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts460.

29. Hammer O., Harper D. A. T., Ryan P. D. Past: paleontological statistics software package for education and data analysis, Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):1-9.

30. Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol Ecol. 2005;14:2611-2620.

31. Vahdati K., Mohseni Pourtaklu S., Karimi R. Genetic diversity and gene flow of some Persian walnut populations in southeast of Iran revealed by SSR markers. Plant Syst Evol. 2015;301:691-699. https://doi.org/10.1007/s00606-014-1107-8.

32. Orhan E., Eyduran S.P., Poljuha D., Akin M. et al. Genetic diversity detection of seed-propagated walnut (Juglans regia L.) germplasm from Eastern Anatolia using SSR markers. Folia Horticulturae. 2020;32(1):1-10. DOI: 10.2478/fhort-2020-0004 • AoP.

33. Vischi M., Chiabà C., Raranciuc S., Poggetti L. et al. Genetic diversity of walnut (Juglans regia l.) in the Eastern Italian Alps. Forests. 2017;8:81. https://doi.org/10.3390/f8030081.

34. Ebrahimi A., Zarei A., Lawson S., Woeste E. K. et al. Genetic diversity and genetic structure of Persian walnut (Juglans regia) accessions from 14 European, African, and Asian countries using SSR markers. Tree Genetics & Genomes. 2016;12:14. https://doi.org/10.1007/s11295-016-1075-y.

35. Bernard A., Barreneche T., Lheureux F., Dirlewanger E. Analysis of genetic diversity and structure in a worldwide walnut (Juglans regia L.) germplasm using SSR markers. PLoS ONE. 2018;13(11): e0208021. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0208021.