Комплексная фенотипическая оценка по признакам качества плодов и анализ генетического разнообразия перспективных элитных форм ореха грецкого селекции ФГБНУ СКФНЦСВВ

   Грецкий орех является источником полезных питательных веществ (жирные кислоты, витамины, фенольные соединения) и имеет высокую калорийность. В селекции этой культуры одним из ключевых направлений является отбор на качество плодов. Современный сорт должен соответствовать стандартам внешнего вида плода (крупноплодность, светлый цвет ядра, округлая форма, легкая выделяемость ядра). Не менее актуально изучение генетической структуры коллекций ореха грецкого с помощью микросателлитных маркеров.

   Целью представленной работы является комплексная оценка хозяйственно ценных признаков плодов и анализ генетического разнообразия перспективных элитных форм ореха грецкого селекции ФГБНУ СКФНЦСВВ с использованием микросателлитных ДНК-маркеров.

   Морфологическую оценку плодов проводили по 13 признакам, биохимический анализ включал общий анализ содержания жиров, фенольных соединений, макроэлементов (Na, K, Mg, Ca) и водорастворимых сухих веществ. Молекулярно-генетический анализ проводили с использованием восьми SSR-маркеров: WGA001, WGA069, WGA376, WGA276, WGA009, WGA202, WGA089, WGA321. В результате комплексной фенотипической и биохимической оценки плодов выделены элитные формы, превосходящие сорт-контроль: масса плода – 17-1-18 (13,36 г), МП-82 (14,80 г), ЯБ-18 (13,47 г); содержание ядра – 17-2-23 (61,24 %), 17-5-5 (58,49 %), 17-2-16 (57,7 %); содержание жиров – МП-34 (68 %), 17-1-18 (61 %), 17-2-16 (62 %), МП-39 (60 %), ЯБ-5 (60 %). Микросателлитный анализ выявил среднее значение аллелей на локус, равное 7,13, что говорит о высоком уровне генетической гетерогенности изученной выборки элитных форм. В результате UPGMA и PCoA анализов было установлено наличие двух генетически отличных групп. К первой отнесены крупноплодные образцы, превосходящие контроль по массе плода (МП-82, ЯБ-18). Во второй группе преобладали высокомасличные формы с высоким процентом выхода ядра (17-1-18, ЯБ-5, 17-2-23, 17-2-16, МП-39, МП-34, 17-5-5), формы с хорошей выделяемостью ядра (17-2-5, 17-2-16, 17-5-5, 17-5-10, МП-39, МП-67, МП-69 и МП-170). Это позволяет сделать вывод о перспективности скрещивания генетически удаленных форм не только для решения селекционных задач, но также в целях сохранения и повышения генетической гетерогенности селекционного генофонда ореха грецкого.

1. FAO (2022). Statistical Yearbook “World Food and Agriculture” - 2022 [electronic resource] // Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://www.fao.org/documents/card/en/c/cc2211en (access date: 09/10/2023).

2. Корниенко П. С. Сравнительный анализ состояния и распространения ореха грецкого в мире, а также проблематика его возделывания в России. Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. 2022;29(192): 46-58.

3. Щепотьев Ф. Л., Рихтер А. А., Павленко Ф. А. Орехоплодные лесные и садовые культуры. М.: Агропромиздат, 1985, 244 с.

4. Erdoğan Ü., Argin S., Turan M., Çakmakçı R., Olgun M. Biochemical and bioactive content in fruits of walnut (Juglans Regia L.) genotypes from Turkey. Fresenius Environmental Bulletin. 2021;30(6A):6713-6727.

5. Sarikhani S., Vahdati K., Ligterink W. Biochemical properities of superior Persian walnut genopyes originated from Southwest of Iran, International journal of horticultural science and technology. 2021;8(1):13-24. doi: 10.22059/ijhst.2020.309363.392.

6. Leahu A., Damian C., Orolan M., Hretcanu C. E. Estimation of biochemical properties of walnuts from the region of Suceava-Romania. Food and Environment Safety Journal. 2016;12(2).

7. Bizera M., Giura S., Scutelnicu A., Preda S., Botu M., Vijan L. Physico-Chemical Characterization of some Walnut Fruits Collected in 2018 from University of Craiova-SCDP Vâlcea, România, Current Trends in Natural Sciences. 2019;8(15):169-178.

8. Slatnar A., Mikulic-Petkovsek M., Stampar F., Veberic R., Solar A. Identification and quantification of phenolic compounds in kernels, oil and bagasse pellets of common walnut (Juglans regia L.). Food Research International. 2015;67:255-263. doi: 10.1016/j.foodres.2014.11.016

9. Okatan V., Gündeşli M. A., Kafkas N. E. Phenolic compounds, antioxidant Aactivity, fatty acids and volatile profi les of 18 different walnut (Juglans regia L.) cultivars and genotypes, Erwerbs-Obstbau. 2022;64:247–260. doi: 10.1007/s10341-021-00633-y.

10. Shah U.N., Mir J.I., Ahmed N.Bioeffi cacy potential of different genotypes of walnut Juglans regia L., J Food Sci Technol. 2018;55:605–618. doi: 10.1007/s13197-017-2970-4

11. Kornsteiner M., Wagner K.-H., Elmadfa I. Tocopherols and total phenolics in 10 different nut types, Food Chemistry. 2006;98(2), 2006:381-387. doi: 10.1016/J.FOODCHEM.2005.07.033

12. Gharibzahedi S. M. T., Mousavi S. M., Hamedi M. et al. Determination and characterization of kernel biochemical composition and functional compounds of Persian walnut oil, J Food Sci Techno. 2014;l 51:34–42 doi: 10.1007/s13197-011-0481-2.

13. Cosmulescu S. N., Baciu A., Achim G., Mihai B. O. T. U., Trandafir I. Mineral composition of fruits in diff erent walnut (Juglans regia L.) cultivars, Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 2009;37(2):156-160. URL: https://www.researchgate.net/publication/40424140_Mineral_Composition_of_Fruits_in_Different_Walnut_Juglans_regia_L_Cultivars.

14. Kazankaya A., Koyuncu M. A., Koyuncu F., Yarilgac T. Sen S. M. Some nut properties of walnuts (Juglans Regia l.) of edremit country, Acta Hortic. 2001;544:97-100. DOI: 10.17660/ActaHortic.2001.544.11.

15. Arzani K. et al. Morphological variation among Persian walnut (Juglans regia) genotypes from central Iran, New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 2008;36:159-168. doi: 10.1080/01140670809510232.

16. Фелалиев А. С., Шомамадова З. Д., Махрамов А. М. Некоторые морфобиологические и биохимические показатели плодов перспективных местных форм ореха грецкого (Juglans regia l.), Доклады Академии наук Республики Таджикистан. 2018;61(7-8):674-67.

17. Хохлов С. Ю. Изучение морфологической изменчивости плодов и оценка перспективных сортов ореха грецкого, Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2017;67: 273-277.

18. Берзегова А. А. Химический состав плодов грецкого ореха, Новые технологии. 2007;4:42-43.

19. Славский В. А., Николаев Е. А., Тимащук Д. А. Оценочные критерии качества плодов ореха грецкого в Центральном Черноземье, Лесотехнический журнал. 2015;5(20):58-66.

20. Супрун И. И., Аль-Накиб Е. А., Семенова М. Н. Оценка перспективных интродукционных форм ореха грецкого по комплексу хозяйственно ценных признаков, Плодоводство и виноградарство Юга России. 2022; 78(6):219-234. DOI: 10.30679/2219-5335-2022-6-78-219-234.

21. Артюхова Л. В., Якуба Ю. Ф., Балапанов И. М. Оценка перспективных форм ореха грецкого селекции СКФНЦСВВ по качеству плодов, Плодоводство и виноградарство Юга России. 2021;№67(1):55-65. DOI: 10.30679/2219-5335-2021-1-67-55-65. – EDN GVEOIT.

22. Егоров Е. А., Еремин Г. В., Сухоруких Ю. И. Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве. Краснодар: СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии, 2012, 569 с.

23. Биганова С. Г., Сухоруких Ю. И., Луговской А. П. Современные тенденции селекции ореха грецкого в России, Современные проблемы науки и образования. 2015; 2: 531-531.

24. 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.

25. 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. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0208021.

26. Orhan E., Eyduran S., Poljuha D., Akın M., Weber T., Ercişli S.. Genetic diversity detection of seed-propagated walnut (Juglans regia L.) germ plasm from Eastern Anatolia using SSR markers, Folia Horticulturae. 2020;32(1). DOI: 10.2478/fhort-2020-0004

27. Yildiz E., Pinar H., Uzun A., Yaman M., Sumbul A., Ercisli S. Identifi cation of genetic diversity among Juglans regia L. genotypes using molecular, morphological, and fatty acid data, Genetic Resources and Crop Evolution. 2021; 68:1425-1437. doi: 10.1007/s10722-020-01072-6

28. Mahmoodi R., Dadpour M. R., Hassani D., Zeinalabedini M., Vendramin E., Leslie C. A. Composite core set construction and diversity analysis of Iranian walnut germplasm using molecular markers and phenotypic traits., PLoS One. 2021; 16(3):e0248623. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0248623

29. Abbasi Holasou H., Mohammadzadeh Jalaly, H., Mohammadi R., Panahi B. Genetic diversity and structure of superior spring frost tolerant genotypes of Persian walnut (Juglans regia L.) in East Azerbaijan province of Iran, characterized using inter simple sequence repeat (ISSR) markers, Genetic Resources and Crop Evolution.2023;70(2):539-548. doi: 10.1007/s10722-022-01445-z

30. Сухоруких Ю. И., Луговской А. П., Биганова С.Г. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Орёл: ВНИИСПК, 1999, 608 с.

31. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Орёл: ВНИИСПК, 1995. 504 с.

32. Chatrabnous N., Yazdani N., Vahdati K. Determination of nutritional value and oxidative stability of fresh walnut, Journal of Nuts. 2018;№9(1):11-20. DOI:10.1016/j.foodres.2014.11.016.

33. Брыкало А. В. Применение капиллярного электрофореза и газовой хроматографии для исследования биологически активных соединений. Краснодар: КубГАУ, 2019. 120 с.

34. ГОСТ ISO 2173-2013 Продукты переработки фруктов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ.

35. Денисенко Т. А., Вишникин А. Б., Цыганок Л. П. Спектрофотометрическое определение суммы фенольных соединений в растительных объектах с использованием хлорида алюминия, 18-молибдодифосфата и реактива Фолина-Чокальтеу. Аналитика и контроль. 2015;19(4):373-380.

36. Rogers S. O., Bendich A. J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummifi ed plant tissues, Plant. Mol. Biol. 1985; 5:69–76. doi: 10.1007/BF00020088.

37. 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 identifi cation of walnut. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2005;130(3):348-354. doi: 10.21273/JASHS.130.3.348.

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

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

40. Shamlu F., Rezaei M., Lawson S., Ebrahimi A., Biabani A., Khan-Ahmadi A. Genetic diversity of superior Persian walnut genotypes in Azadshahr, Iran. Physiology and Molecular Biology of Plants. 2018;24:939-949. DOI: 10.1007/s12298-018-0573-9.

41. Bozhuyuk M. R., Ercisli S., Orhan E., Koc A. Determination of the genetic diversity of walnut (Juglans regia L.) cultivar candidates from Northeastern Turkey using SSR markers, Mitt. Klost. 2020;70,269-277.

42. Guney M., Kafkas S., Keles H., Zarifi khosroshahi M., Gundesli M. A., Ercisl S., Bujdoso G. Genetic diversity among some walnut (Juglans regia L.) genotypes by SSR markers. Sustainability. 2021;13(12),6830. DOI:10.3390/agronomy11040671.