Development of grape breeding as an effective way to combine resistance and quality. Scientific review

Full Text

Введение

Vitis vinifera L. является наиболее культивируемым видом в мире для производства винограда, покрывая около 94 % коммерческой площади виноградников. Большая часть винограда используется для виноделия, за ним следует употребление в свежем виде, изюма, соков, желе и мармелада. V. vinifera защищают от болезней аэрозольными обработками, которые оказывают воздействие на окружающую среду, экономику и общество. Дикие виноградные лозы, с другой стороны, устойчивы к болезням, но имеют низкое качество винограда. Способом сочетать устойчивость к болезням с качеством винограда является селекция, целью которой является получение новых сортов. Программы разведения были разработаны в XIX веке как в Старом (Европе), так и в Новом Свете, как способ продвижения устойчивого виноградарства.

Исторические аспекты селекционной работы

Целевая селекционная работа началась примерно в начале 19-го века преимущественно в Северной Америке. Переселившиеся туда европейцы не могли получать привычный урожай лозы Vitis vinifera L. из-за сильных повреждений от мороза, а также из-за уничтожения винограда местными вредителями, такими как филлоксера (Dactylosphaera vitifoliae F.), или грибными заболеваниями, такими как оидиум (Uncinula necator B.) и милдью (Plasmopara viticola B.&C.). При возделывании местного винограда получались вина с грубым вкусом, менее утонченные и элегантные. Уже в 1822 году исследователи из Гарвардского университета пришли к выводу о необходимости создания гибридов европейских лоз и местного винограда для сочетания морозостойкости и устойчивости к заболеваниям американского винограда с приятным ароматом винограда Vitis vinifera L. (Cattell, Miller, 1980). В последующем селекционерами-энтузиастами – Уильям В. Валк, Николас Хербемонт, Герман Йегер, Томас Мансон – выведены новые сорта, такие как Ада, Хербемонт, Брайтон и Даймонд. Большинство сортов, полученных в этот период, было выделено в группу так называемых американских гибридов (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – Этапы в селекции винограда

 

В Европе селекционная работа по созданию резистентных сортов винограда была начата после завоза филлоксеры и милдью из Северной Америки во второй половине 19 века. Особенно пострадала Франция, где филлоксера уничтожила сотни тысяч гектаров виноградников, здесь многие частные французские селекционеры начали свои собственные программы селекции. Селекционеры, такие как Гуйлард, Бертиль Сиив, Зибель, Кудерк, Кульманн, Бако, Сиив Виллард, Ландо и другие, создали тысячи новых сортов с целью сочетания устойчивости к филлоксере и грибным болезням с высоким качеством, так называемых прямых производителей. Но многие сорта успешными не стали. Вероятно, причиной неудачи послужило недостаточное исследование качественных характеристик получаемых вин, помимо наличия характеристик устойчивости. Это стало одной из главных причин, почему в общественном восприятии резистентные лозы стали ассоциироваться с плохим качеством вина (Eibach, Töpfer, 2014).

Открытие в 1885 году фунгицидных свойств меди и серы привели в конечном итоге к полному сворачиванию частной селекционной деятельности во Франции, поскольку дали виноградарям надежный инструмент в борьбе с грибными болезнями виноградной лозы. Однако историческая заслуга этих селекционеров заключалась в создании очень ценного генетического ресурса. Созданные ими культурные сорта, названные французскими гибридами, интенсивно использовались в дальнейшей селекционной деятельности во второй половине XX века.

Ранее началась работа по селекции сортов в качестве подвойного материала, с целью создать толерантные к филлоксере сорта. Первые успешные прививки были выполнены в 1872 году Базилем. Прорывом в области селекции подвоя стало открытие Виалом в 1887 году Vitis berlandieri, широко распространенного в Техасе и хорошо приспособленного к известняковым почвам. Около 1896 года Кобер и Телеки отобрали подвойные сорта из комбинаций скрещиваний между V. berlandieri и V. riparia, используемые до сих пор. Повышение устойчивости к филлоксере могло быть достигнуто за счет использования генофонда Vitis cinerea. Результатом стали такие сорта, как, например, Бернер, представляющий собой комбинацию скрещивания между Vitis riparia и Vitis cinerea. Итак, современное виноградарство во всем мире практически полностью основано на использовании привитого посадочного материала с участием недавно выведенных филлоксероустойчивых подвоев (Eibach, Töpfer, 2014).

В других странах селекционная деятельность, направленная на развитие резистентности, началась позже. В Германии она была начата Э. Бауром в 1926 году. Первое поколение скрещиваний привело к появлению таких сортов, как Арис или Зигфридребе. Арис стал первым сортом (межвидовым гибридом), доказавшим возможность сочетания высокой устойчивости к болезням и хорошего качества вина. Но из-за наличия других виноградарских недостатков сорт не получил успеха на рынке. Успехом дальнейшей работы стало создание таких сортов, как Йоханнитер, Мерцлинг, Солярис, Рондо, Регент и Феникс (Töpfer, Trapp, 2022). Феникс и Регент стали первыми сортами, полученными в результате селекции на устойчивость, принятыми для производства качественного вина в Европейском союзе (Röckel et al., 2021; 2022; Bavaresco, Squer, 2022; De Rosso et al., 2023).

В мировых селекционных центрах ведутся исследования по сортоизучению и выделению доноров и источников хозяйственно-ценных признаков и показателей качества урожая. Во многих странах мира были разработаны селекционные программы с участием ведущих селекционеров: Брюс Райш, Энди Уокер, Виолета Цолова (США), Беккер и Аллевелдт, Рейнхард Топер, Ричард Айбах (Германия), Буке, Кристоф Шнайдер, Мердиноглы (Франция), Ксимазия и Koзьма (Венгрия), Ян Драй (Австралия), Энрико Петерлунгер, Марко Стефанини, Луиджи Бавареско, Риккардо Веласко, Ди Гасперо (Италия) и др., что привело к созданию целого ряда новых сортов, среди которых Сторгосия, Поморийский бисер, Дунайски лазурь, Мерцлинг, Солярис, Приор, Монарх, Гелиос, Орион, Феникс, Сириус, Регент, Виктор, Циллам, Артабан, Видок, Блан дю Буа, Каюга Вайт, Горизонт, Флертай, Сорели, Юлиус и др. (Bavaresco, 1990; 2017; Töpfer, Trapp, 2022). Их можно объединить как сорта нового поколения, полученные методом классической селекции.

Российскими учеными для решения этих же задач разработаны научные основы создания исходного материала, совершенствования генетического разнообразия и выведения новых высокопродуктивных сортов винограда (Кострикин и др., 2002; Волынкин и др., 2009; Клименко, 2014; Ильницкая и др., 2016). В работе селекционеров института «Магарач» одним из ключевых направлений является выведение сортов винограда, обладающих качественными характеристиками традиционно возделываемых в конкретной виноградарской зоне, с коротким вегетационным периодом, устойчивых к болезням, вредителям и неблагоприятным факторам среды, адаптивных к конкретным условиям культивирования (Лиховской, 2019). Базовой основой для работы стала гипотетическая модель «идеального сорта» винограда, разработанная под руководством П.Я. Голодриги (Голодрига, Трошин, 1978). Она получила развитие в иммуноселекционной программе «Аналог», концепция которой предусматривала создание сортов винограда в зональном разрезе, с высокой урожайностью, качеством продукции, раннеспелостью и устойчивостью к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям среды. Решением поставленных задач занимались Усатов В.Т., Киреева Л.К., Волынкин В.А., Клименко В.П., Олейников Н.П. Результатом стало создание модели сортов винограда с комплексной устойчивостью к патогенам и хорошим качеством продукции – Рубиновый Магарача, Ранний Магарача, послужившие основой создания сортов Антей магарачский, Аврора Магарача, Первенец Магарача, Подарок Магарача, Тавквери Магарача, Юбилейный Магарача, Цитронный Магарача, Данко, Альминский, Южнобережный, Ассоль и представляющие 3…11-е поколение от межвидовых скрещиваний (Volynkin еt аl., 2020; 2021a; Vasylyk еt аl., 2022).

Итогом более чем 100-летней работы по селекции на резистентность и качество, стал значительный прогресс в плане улучшения сортов, сочетающих в себе качество с признаками устойчивости. Этот прогресс потребовал огромных усилий и временных затрат. Причиной тому стали биологические особенности культуры: длинный цикл воспроизводства и получения урожая.

Маркер-вспомогательная селекция (MAS) в создании сортов винограда

Важной причиной трудностей проводимого селекционного процесса являлось недостаточность точных знаний о наследовании важных признаков. В последние десятилетия в отношении генетики винограда достигнут огромный успех. Интенсивная исследовательская деятельность в разных странах привела к разработке различных генетических карт в сочетании с фенотипированием (для идентификации локусов количественных признаков (QTL) по ряду характеристик (Dalbo et al., 2001; Merdinoglu et al., 2003; Riaz et al., 2006; Welter et al., 2007; Hoffmann et al., 2008; Bellin et al., 2009; Volynkin et al., 2021b; Fort et al., 2023).

Метод микросателлитного профилирования широко используется как наиболее информативный для анализа генотипов растений. Метод базируется на генотипировании специфических микросателлитных локусов (SSК-маркеры). Преимущества SSК-маркеров заключаются в возможности тестировать генотипы на любой стадии развития, при кодоминантном типе наследования, в объективности полученных результатов. Система SSК-маркеров имеет высокую дифференцирующую способность и характеризуется высоким уровнем стандартизации. Всё это позволяет получать уникальные генетические профили (молекулярно-генетические паспорта) исследуемых образцов, т.е. идентифицировать их (This et al., 2004; This, 2007; Рисованная, 2009; Рисованная, Гориславец, 2013; Власов и др., 2015; Likhovskoi et al., 2023). Число видов растений и животных, геном которых полностью отсеквенирован (как модельных, так и тех, что используются в сельском хозяйстве), стремительно возрастает. В 2007 году было завершено полногеномное секвенирование винограда (Хлесткина, 2013; Zharkikh et al., 2008).

Использование молекулярных маркеров позволяет значительно ускорять процесс селекции (Altukhov, Salmenkova, 2002; Банникова, 2004; Сулимова, 2004; Смарагдов, 2009; Матвеева и др., 2011; Хлесткина, 2011). В традиционной селекции отбор ведется на основании анализа фенотипа, где при полном доминировании невозможно отличить доминантные гомозиготы от гетерозигот и, следовательно, выбрать индивидуумы для скрещивания в текущем поколении. С помощью молекулярных маркеров можно проводить отбор по генотипу, подобрать подходящие пары и осуществить гибридизацию в текущем поколении; уже на ранней стадии развития можно оценить наследование и провести последующий отбор генотипов гибридных сеянцев, что существенно ускоряет селекционный процесс (Рисованная, Гориславец, 2013; Хлесткина, 2013).

Кроме того, секвенирование различных геномов винограда (Jaillon et al., 2007; Velasco et al., 2007; Myles et al., 2010) стимулировало развитие молекулярных маркеров, связанных с определенными признаками. Это все чаще приводило к регулярному внедрению маркер-вспомогательной селекции (MAS) в программы разведения виноградной лозы.

Пирамидирование различных источников резистентности

Традиционные программы селекции виноградной лозы, направленные на устойчивость к грибам, в целом следуют схеме, показанной на рисунке 2. Сеянцы проходят этап отбора на устойчивость к оидиуму или милдью на искусственно созданном и/или естественном инфекционном фоне.

 

Рисунок 2 – Традиционные программы селекции винограда

 

Этот вид фенотипического отбора работает достаточно хорошо, если учитывать один источник резистентности, расположенный в одном локусе генома. Крайне желательна комбинация различных источников устойчивости к одному и тому же патогену, расположенных в разных локусах генома, так как это позволит получить более высокую резистентность в долгосрочной перспективе (Eibach, Töpfer, 2014). Но фенотипически эти генотипы с комбинированными локусами резистентности могут быть трудно дифференцируемыми. Применение молекулярных маркеров, связанных с локусами, имеющими отношение к резистентности, решают данную проблему. В рамках практической селекционной программы фенотипический и генотипический отбор часто сочетается. На первом этапе применяют фенотипический скрининг для устранения восприимчивых саженцев, а на втором этапе проводят маркер-вспомогательную селекцию (MAS), для определения генотипов с пирамидальной устойчивостью. Рисунок 3 демонстрирует пример данного подхода.

Так исследуемая популяция (150 растений) была получена от скрещивания между Gf.1984-58-988 и VRH3082-1-49. Гибридная форма Gf.1984-58-988 является результатом скрещивания Домина × Регент, и несет в себе локус, отвечающий за устойчивость к милдью Rpv3, и локус, связанный с устойчивостью к оидиуму Ren3, унаследованный от Регента (Fischer et al., 2004; Welter et al., 2007). Г.ф.VRH3082-1-49 – это BC4 от Vitis rotundifolia и несет локус для Run1 соотв. Rpvl (Merdinoglu et al., 2003; Barker, et al., 2005). Фенотипический отбор, основанный на естественном инфицировании в полевых условиях, не выявил симптомов заболевания оидиумом. Симптомы заболевания милдью либо отсутствовали, либо были незначительными у 66 генотипов из всей популяции (44 %). MAS после этого применяли только для фенотипически устойчивых сеянцев. 64 из 66 сеянцев показали локус Runl/Rpvl, что свидетельствует о достоверности фенотипического отбора. Идентифицированы 17 генотипов по комбинации всех локусов устойчивости, что особенно ценно для отбора новых сортов либо дальнейшей селекционной работы.

 

Рисунок 3 – Схема с примером для отбора генотипов с пирамидированными локусами устойчивости

 

До настоящего времени идентифицированные локусы устойчивости к милдью и оидиуму демонстрируют доминантно-рецессивное наследование, что означает скрещивание генотипа, демонстрирующего гетерозиготный локус устойчивости, и генотипа, являющегося гомозиготным рецессивным в этом локусе, что приводит к уровню сегрегации 1:1 (устойчивый : восприимчивый). Для пирамидирования большего числа несвязанных локусов устойчивости от доноров с гетерозиготными локусами устойчивости решающим моментом может стать размер популяции. В целом можно утверждать, что требуемый для получения одного сеянца с полными пирамидированными локусами устойчивости у потомства размер популяции должен составлять 2N (N = количество несвязанных локусов). Учитывая тот факт, что селекция по другим признакам, таким как качество, требует дальнейшей генетической вариации, значительно возрастет требуемый размер потомства.

Для эффективной стратегии пирамидальной резистентности может быть полезным создание линий размножения с пирамидированными гомозиготными локусами устойчивости. Преимущество использования такого рода генотипов в селекции связано с тем, что все потомство, полученное от таких линий, несет все локусы устойчивости, и, следовательно, вся генетическая вариация может использоваться для выбора других признаков, таких как качественные характеристики. Это может компенсировать тот факт, что размеры популяций, необходимых для идентификации генотипов с комбинированными локусами гомозиготной устойчивости, значительно выше (22N; N = количество несвязанных локусов). Особенно, в случае, когда популяции создаются методом перекрестного опыления вследствие самоопыления подходящих генотипов, создание популяции достаточных размеров не должно стать такой уж большой проблемой.

На рисунке 3 продемонстрирован процесс и результаты подхода к идентификации генотипов с локусами устойчивости, гомозиготными для Run1/Rpv1, Ren3 и Rpv3.

Помимо этих селекционных линий с полной гомозиготностью по всем локусам устойчивости были идентифицированы другие сеянцы с частично гомозиготными локусами устойчивости, которые также могут быть очень ценными для дальнейшей селекционной работы (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Схема идентификации генотипов с гомозиготными локусами устойчивости, полученными из популяции, полученной путем открытого опыления генотипа с пирамидированными локусами устойчивости Run1/Rpv1, Ren3 и Rpv3

 

Отбор родительских сортов с потенциалом пирамидирования

Для милдью и оидиума была выявлена связь нескольких локусов устойчивости с молекулярными маркерами (Wiedemann-Merdinoglu et al., 2006; Welter et al., 2007; Bellin et al., 2009; Peressotti et al., 2010; Marguerit et al., 2009; Hoffmann et al., 2008; Dalbo et al., 2001; Barker et al., 2005) Их можно использовать для проверки родительских сортов на способность пирамидировать различные локусы устойчивости. Очевидно, что пирамидирования всех связанных с резистентностью локусов за один шаг скрещивания достичь невозможно. Только комбинации группы сортов 5 с группой сортов 7 или 8 (таблица 1) имеют потенциал для объединения четырех связанных с резистентностью локусов (Ren1 + Ren3 + Run1/Rpv1 + Rpv3 соотв. Ren3 + Run1/Rpv1 + Rpv3 + Rpv10). Предполагая конструкцию будущих сортов, имеющих как минимум локус Run1/Rpv1 и один дополнительный локус и для оидиума, и для милдью (для повышения долгосрочной устойчивости), селекционерам следует принять во внимание третью резистентность (например, к вредителям) на будущее, чтобы обеспечить перспективность новых сортов.

Таблица 1 – Классификация родительских сортов по наличию (+) соотв. отсутствию (-) локусов, связанных с устойчивостью к милдью

Группа сортов	оидиум			| милдью
	Ren1	Ren3	Run1/Rpv1		Rpv3	Rpv10
1*	-	-	-		-	-
2	-	-	+		-	-
3	-	-	+		+	-
4	-	+	+		-	-
5	-	+	+		+	-
6	-	+	-		+	-
7	-	-	-		-	+
8	+	-	-		-	-

* – все традиционные сорта Vitis vinifera без устойчивости к милдью и оидиуму

Применяемый к родительским сортам маркер-вспомогательный отбор не только позволяет отобрать родителей с потенциалом пирамидирования, но и избежать скрещиваний с отсутствием потенциального пирамидирования, которые ранее, когда родительский отбор основывался только на фенотипической оценке, было невозможно исключить.

Новые инструменты селекции, такие как MAS, открывают новые возможности для введения характеристик устойчивости от резистентных видов в геном Vitis vinifera L., становятся очень эффективны, а также ускоряют селекционную работу. Пирамидирование локусов устойчивости с помощью MAS обещает сочетание качества и высокую устойчивость к болезням. Стратегии селекции, основанные на эмпирическом опыте в прошлом, в ближайшей перспективе будут заменены селекцией, основанной на знаниях, в значительной степени при поддержке селекции с помощью маркеров (Eibach et al., 2010).

Использование устойчивых сортов винограда, полученных в рамках селекционных программ, представляет собой потенциальную альтернативу для борьбы с милдью и оидиумом винограда, хотя этот подход ограничен пределами естественной устойчивости. Последние достижения в изучении взаимодействия инфекции и виноградной лозы приводит к идентификации локусов резистентности с ассоциированными молекулярными маркерами для использования в эффективном скрининге генотипов виноградной лозы и для программ предварительной селекции. Разработка протоколов контролируемой инфекции и современные стратегии «омики» (секвенирование/геномика следующего поколения, QTLomics, транскриптомика, протеомика и метаболомика), интегрированные со сравнительными исследованиями, проливают свет на ранние реакции хозяина на атаку милдью и сложные защитные механизмы растений, которые запускаются. (Buonassisi et al., 2017).

Оптимизация программы псевдо-обратного скрещивания с дикими видами на генетическом фоне Vitis vinifera L. с применением MAS

Дикие виды являются ценным ресурсом резистентности от целого ряда вредителей и болезней. С другой стороны, им не хватает качественных признаков, в то время как сорта, принадлежащие к генофонду Vitis vinifera L., характеризуются отличными качественными характеристиками. До настоящего времени имеется очень мало знаний о генетике комплекса соединений, влияющих на качество. Вполне вероятно, что в геноме существует целый ряд локусов, отвечающих за различные влияющие на качество соединения. Поэтому целесообразно установить интрогрессионные линии, обладающие, помимо целевого локуса устойчивости, преимущественно высоким процентом генома Vitis vinifera L. Применение MAS для определения таких интрогрессионных линий может не только существенно повысить эффективность, но и ускорить маркер-вспомогательное обратное скрещивание (MABC). Данная процедура показана на примере введения устойчивости против филлоксеры в генофонд Vitis vinifera L. (Zhang et al., 2009; Hausmann et al., 2014). На основе популяции F₁ от скрещивания сорта Vitis vinifera ‘Gf.V3125’ и подвойного сорта Бернер, обладающего высокой устойчивостью к филлоксере на корнях, Занг и др. (Zhang et al., 2009) создали генетическую карту и идентифицировали QTL (локус количественных признаков) по устойчивости к филлоксере на корнях по группе сцепления 13.

Исследования, проводимые в последнее десятилетие Хаусманом и группой исследователей (Hausmann et al., 2014; Frommer et al., 2022) выявили узкие фланкирующие маркеры, подходящие для определения локуса устойчивости Rdv1. Демонстрирующие локус устойчивости растения F₁ использовали для создания поколения возвратного скрещивания (pBC₁). 117 сеянцев продемонстрировали отвечающие за устойчивость аллели по всем протестированным маркерам. Для 17 из 25 сеянцев получилось определить связанные с устойчивостью аллели для непосредственно фланкирующих маркеров, но произошла рекомбинация между нисходящими/восходящими маркерами. Девять из 14 саженцев показали наличие связанных с резистентностью к филлоксере аллелей, только в восходящем/ нисходящем от локуса Rdv1. Для этих сеянцев события рекомбинации происходили вблизи локуса Rdv1, и они представляют интерес для дальнейших исследований по выявлению дополнительных маркеров ближе к локусу-мишени. Для 157 сеянцев, демонстрирующих маркеры устойчивости, непосредственно фланкирующие локус Rdvl, была проведена фоновая селекция (Zhang et al., 2009; Hausmann et al., 2014). Всего было проанализировано 99 равномерно распределенных по всему геному SSR-маркеров. Родители и прародители были включены в исследования, что позволило дифференцировать, были ли аллели унаследованы от Vitis vinifera L. в насыщающих скрещиваниях или от генотипа диких видов в родословной. Максимальное количество сеянцев классифицируются в диапазоне от 72,5 до 77,5 %, подтверждая уровень ожиданий в 75 % от доли генома Vitis vinifera L. в pBC₁. С другой стороны, наблюдали значительное отклонение от среднего значения. Удалось идентифицировать шесть саженцев с унаследованными от Vitis vinifera L. аллелями, в диапазоне от 82,5 % до 87,5 %. Если предположить, что маркеры равномерно распределены по всему геному, можно сделать вывод, что родитель Vitis vinifera L. передал от 65 % до 75 % своего генома этим сеянцев.

Результатом геномного чтения подвойного сорта винограда Boerner (Vitis riparia GM183 × Vitis cinerea Arnold) стало создание полнофазной высококачественной последовательности генома, названной BoeRC. Для описания локуса устойчивости к филлоксере Rdv1 была проведена комплексная аннотация генов обоих гаплотипов ′Boerner′, обозначенных как BoeRip и BoeCin. С помощью картографической популяции, полученной от чувствительного сорта V. vinifera и ′Boerner′, локус Rdv1 был дополнительно разграничен. Rdv1, происходящий от V. cinerea и включенный в гаплотип BoeCin, был сравнен с последовательностями восприимчивых к филлоксере и устойчивых к филлоксере сортов. Между фланкирующими областями, которые демонстрировали высокую синтению, обнаружены и точно охарактеризованы разнообразные области последовательностей, которые охватывают от 202 до 403 кбп в разных гаплотипах. В BoeCin были идентифицированы пять предполагаемых генов устойчивости к болезням, которые представляют собой вероятных кандидатов для придания устойчивости к филлоксере (Frommer et al., 2020; 2022).

По сравнению с традиционными подходами применение MAS в контексте фонового отбора является своего рода прорывом по обеспечению доступности ценных признаков диких видов в программах селекции в управляемые сроки. Это сравнение показывает, что при применении фонового отбора число поколений для установления интрогрессионных линий может быть уменьшено с пяти до трех поколений. С учетом четырехлетнего цикла от семени до сеянца винограда, полезную для дальнейшего размножения линию интрогрессии можно получить через 12 лет после установления популяции F1. Оптимизацией агротехники сеянцев можно сократить цикл от семени до сеянца до двух лет, а это означает, что линию интрогрессии можно получить уже через восемь лет после формирования популяции F₁.

Редактирование генома

В последнее время стали доступны многообещающие методы быстрого получения устойчивых к болезням лоз при сохранении остальных признаков. Наиболее мощным является редактирование генома, такое как CRISPR/Cas (clustered regulary short palindromic repeats – короткие палиндромные повторы, последовательно расположенные группами), которое требует знания нуклеотидной последовательности и функции сайт-мишени. Традиционные винные сорта винограда с различными правками известных мишеней могут быть получены за один этап и отобраны для углубленных испытаний по фенотипическим признакам. Селекция с помощью геномики извлекает выгоду из этих достижений, позволяя быстро идентифицировать гены, связанные с климатическими агрономическими признаками, для селекции культур, адаптированных к меняющемуся климату (Scheben et al., 2016; 2017). Создание новых сортов методом редактирования генома возможно благодаря значительному прогрессу в области геномики, поскольку у генетиков появляется возможность использования больших баз данных.

В мировой практике получены первые положительные опыты с использованием данного метода для целевого мутагенеза и эффективного создания мутаций посредством нокаута на винограде V. vinifera L., которые условно можно разделить на 2 группы. Первая группа генов-мишеней – гены восприимчивости к фитопатогенам. Мутации этих генов могут приводить к сдвигу рамки считывания гена, и нарушению его функции, обеспечивающей восприимчивость, что влечет за собой повышение устойчивости полученных модифицированных растений к заболеванию. У винограда V. vinifera L. мишенями для нокаута послужили 2 гена MLO-7 WКKY52, ответственность за чувствительность к оидиуму и серой гнили соответственно (Тихонова, Хлесткина, 2019; Malnoy, et al., 2016; Wang, et al., 2018). Вторая группа генов-мишеней – это потенциальные репрессоры цветения и роста растений. На винограде сорта Шардоне в качестве гена-мишени был применен ген L-идонатдегидрогеназы (IdnDH), контролирующий биосинтез винной кислоты (Osakabe, et al., 2018; Ren et al., 2022). Нокаут гена IdnDH не демонстрировал изменения фенотипа трансгенных растений, но три линии существенно отличались по содержанию винной кислоты, что представляет интерес для выведения сортов винограда столового направления.

Выводы

Непрерывная селекционная деятельность, проводившаяся в течение многих десятилетий в различных странах, привела к значительному успеху с точки зрения создания новых сортов, сочетающих высокое качество с признаками устойчивости, в основном по отношению к грибным болезням. В настоящее время с развитием геномных технологий становится все более возможным установить в геноме винограда гены устойчивости к патогенам и перейти от традиционной генеративной селекции сортов винограда к маркерной селекции (МАС) на уровне генов и геномов. Однако нельзя забывать также об эволюционной изменчивости возбудителей, с одной стороны, так и о преодолении защитного действия отдельных генов устойчивости растений винограда.

Предубеждения, касающиеся качества вин новых устойчивых сортов до сих пор популярны и могут быть причиной того, что большая часть винодельческого сообщества игнорирует существенный прогресс в селекции. В тоже время, новым вызовом для селекционеров является необходимость повышения устойчивости виноградарства и адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

 

Отказ от ответственности: заявления, мнения и данные, содержащиеся в публикации, принадлежат исключительно авторам и соавторам. ФГБНУ ВНИИСПК и редакция журнала снимают с себя ответственность за любой ущерб людям и/или имуществу в результате использования любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в публикации.

About the authors

Irina Vasylyk

All-Russian National Research Institute of Viticulture and Winemaking «Magarach» RAS

Email: kalimera@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-8231-0613
SPIN-code: 5333-3333

PhD in Agriculture, senior researcher in the laboratory of generative and clonal selection

Russian Federation, Kirova str., 31, Yalta, Republic of Crimea 298600

Svetlana Levchenko

All-Russian National Research Institute of Viticulture and Winemaking «Magarach» RAS

Author for correspondence.
Email: svelevchenko@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-5423-0520
SPIN-code: 6665-0084

Doctor of agricultural sciences, senior researcher, chief researcher in the laboratory of grape storage

Russian Federation, Kirova str., 31, Yalta, Republic of Crimea 298600

References

Supplementary files