Самонесовместимость подрода Cerasus (Mill.) A.Gray (обзор)
https://doi.org/10.31676/2073-4948-2023-75-7-15
Аннотация
Подбор опылителей при закладке насаждений в растениеводстве, и родительских пар при гибридизации в селекции, тесно связан с проблемой самонесовместимости. Результаты многочисленных исследований показывают, что самонесовместимость реализуется при помощи разнообразных биологических механизмов и направлена прежде всего на предотвращение инбридинга внутри популяции. Самонесовместимость у многих видов детерминируется одним S-локусом со множеством S-аллелей. При этом S-гаплотип сочетает мужские и женские детерминанты специфичности (S-детерминанты), а распознавание пыльцы происходит благодаря молекулярному аллель-специфическому взаимодействию между ними. У представителей рода Prunus самонесовместимость контролируется взаимодействием генов, принадлежащих локусу S, совокупность вариантов которого формирует конкретный S-гаплотип. Молекулярные методы S-генотипирования основываются на последовательностях генов S-РНКаз, которые позволяют идентифицировать S-аллели и классифицировать сорта относительно групп несовместимости. На сегодняшний день у вишни обыкновенной и черешни идентифицирован 31 S-гаплотип, причем некоторые из гаплотипов являются идентичными друг другу. У вишни обыкновенной описано 12 функциональных S-гаплотипов и 9 нефункциональных. Также были описаны 6 S-гаплотипов видовых форм данной культуры. К нарушению механизма самонесовместимости могут приводить мутации, возникающие не только в генах S-РНКазы и SFB, но и в участках, не связанных с S-локусом. Исследования по идентификации аллелей самонесовместимости представителей подрода Cerasus во многих случаях проводились на виде P. avium L. Формирование самонесовместимости тетраплоидных генотипов вишни обыкновенной обусловлено наличием мутаций в генах S-локуса, которые приводят к появлению нефункциональных S-гаплотипов. Самонесовместимость пыльцы у вишни обыкновенной возникает при условии соответствия одного полностью функционального S-аллеля в пыльце одному функциональному S-гаплотипу в пестике. В настоящее время продолжается изучение механизма самонесовместимости, проводится генотипирование сортов вишни обыкновенной и черешни по S-локусам. Данные ДНК-анализа являются перспективными для прогнозирования уровня совместимости сортов при опылении и завязываемости плодов при гибридизации.
Список литературы
1. Zhang D. et al. Molecular insights into self-incompatibility systems: from evolution to breeding, Plant Communications. 2023. DOI: 10.1016/j.xplc.2023.100719.
2. Igic B., Lande R., Kohn J. R. Loss of self-incompatibility and its evolutionary consequences. International Journal of Plant Sciences. 2008;169(1):93-104. DOI: 10.1086/523362.
3. Halasz J., Kodad O., Hegedűs A. Identification of a recently active Prunus‐specific non‐autonomous Mutator element with considerable genome shaping force. The Plant Journal. 2014:79(2):220-231. DOI: 10.1111/tpj.12551.
4. McCubbin A. G., Kao T. Molecular recognition and response in pollen and pistil interactions. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2000;16(1):333-364.
5. Takayama S., Isogai A. Self-incompatibility in plants. Annu. Rev. Plant Biol. 2005;56:467-489. DOI: 10.1146/annurev.arplant.56.032604.144249.
6. Iwano M., Takayama S. Self/non-self discrimination in angiosperm self-incompatibility. Current opinion in plant biology. 2012;15(1):78-83.DOI:10.1016/j.pbi.2011.09.003.
7. Bošković R., Tobutt K. R. Correlation of stylar ribonuclease zymograms with incompatibility alleles in sweet cherry. Euphytica. 1996;90:245-250. DOI:10.1007/BF00023865.
8. Tao R. et al. Molecular typing of S-alleles through identification, characterization and cDNA cloning for S-RNases in sweet cherry. Journal of the American Society for Horticultural Science. 1999;124(3)224-233. DOI:10.21273/jashs.124.3.224.
9. Yamane H. et al. A pollen-expressed gene for a novel protein with an F-box motif that is very tightly linked to a gene for S-RNase in two species of cherry, Prunus cerasus and P.bavium. Plant and Cell Physiology. 2003;44(7):764-769. https://doi.org/10.1093/pcp/pcg088.
10. Ikeda K. et al. Linkage and physical distances between the S-haplotype S-RNase and SFB genes in sweet cherry. Sexual Plant Reproduction. 2005;17:289-296. DOI: 10.1007/s00497-004-0240-x.
11. Tao R., Iezzoni A. F. The S-RNase-based gametophytic self-incompatibility system in Prunus exhibits distinct genetic and molecular features. Scientia Horticulturae.2010;124(4)423-433. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2010.01.025.
12. Капитонова М. А. и др. Основные подходы к контролируемой деградации белков в клетке. Молекулярная биология. 2021;55(4):543-561. DOI: 10.31857/S0026898421040066.
13. Wu J. et al. Molecular determinants and mechanisms of gametophytic self-incompatibility in fruit trees of Rosaceae. Critical Reviews in Plant Sciences. 2013;32(1):53-68. https://doi.org/10.1080/07352689.2012.715986.
14. De Cuyper B., Sonneveld T., Tobutt K. R. Determining self‐incompatibility genotypes in Belgian wild cherries. Molecular Ecology. 2005;14(4):945-955. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02460.x.
15. Vaughan S. P. et al. Characterisation of novel S-alleles from cherry (Prunus avium L.). Tree Genetics & Genomes. 2008;4:531-541. DOI: 10.1007/s11295-007-0129-6.
16. Hauck N. R. et al. Accumulation of nonfunctional S-haplotypes results in the breakdown of gametophytic self-incompatibility in tetraploid Prunus. Genetics. 2006;172(2):1191- 1198. https://doi.org/10.1534/genetics.105.049395.
17. Herrero M., Rodrigo J., Wünsch A. Flowering, fruit set and development, Cherries: Botany, production and uses. Wallingford UK: CABI, 2017, 14-35. DOI: 10.1079/9781780648378.0014.
18. Sebolt A. M. et al. S-genotyping of cultivars and breeding selections of sour cherry (Prunus cerasus L.) in the Michigan State University sour cherry breeding program. Acta Horticulturae. 2017;1161:31-40. DOI: 10.17660/actahortic.2017.1161.5.
19. Lewis D., Crowe L. K. Structure of the incompatibility gene. Heredity. 1954;8(3):357-363.
20. Sonneveld T. et al. Loss of pollen-S function in two self-compatible selections of Prunus avium is associated with deletion/mutation of an S haplotype-specific F-Box gene. The Plant Cell. 2005;17(1):37-51. https://doi.org/10.1105/tpc.104.026963.
21. Schuster M. Incompatible (S-) genotypes of sweet cherry cultivars (Prunus avium L.). Scientia Horticulturae. 2012;148:59-73. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2012.09.012.
22. Calabrese F., Fenech L., Raimondo A. Kronio: una cultivar di ciliegio molto precoce e autocompatibile. 1984; 46 (5):27–30.
23. Wünsch A., Hormaza J. I. Genetic and molecular analysis in Cristobalina sweet cherry, a spontaneous self-compatible mutant, Sexual plant reproduction.2004;17(4):203-210. DOI: 10.1007/s00497-004-0234-8.
24. Cachi A. M., Wünsch A. S-genotyping of sweet cherry varieties from Spain and S-locus diversity in Europe. Euphytica. 2014;197:229-236. DOI: 10.1007/s10681-014-1061-0.
25. Marchese A. et al. A new self-compatibility haplotype in the sweet cherry Kronio, S5′, attributable to a pollen-part mutation in the SFB gene. Journal of experimental botany. 2007; 58(15-16):4347-4356. https://doi.org/10.1093/jxb/erm322.
26. Cachi A. M., Wünsch A. Characterization of self-compatibility in sweet cherry varieties by crossing experiments and molecular genetic analysis. Tree genetics & genomes. 2014;10(5):1205-1212. DOI: 10.1007/s11295-014-0754-9.
27. Cachi A. M., Wünsch A. Characterization and mapping of non-S gametophytic self-compatibility in sweet cherry (Prunus avium L.). Journal of experimental botany. 2011;62(6):1847-1856. https://doi.org/10.1093/jxb/erq374.
28. Cachi A. M. et al. Pollen tube growth in the self‐compatible sweet cherry genotype, Cristobalina, is slowed down after self‐pollination. Annals of applied biology. 2014;164(1):73-84. https://doi.org/10.1111/aab.12079.
29. Quero-García J. et al. Cherries: botany, production and uses. Cherries: botany, production and uses. CABI, 2017, 549 p. DOI :10.1079/9781780648378.0000.
30. Безлепкина Е. В., Гуляева А. А., Пикунова А. В. Аллельный полиморфизм гена cамонесовместимости у сортов черешни селекции ВНИИСПК. Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2020;4:26-28. DOI: 10.30850/vrsn/2020/4/26-28.
31. Супрун И. И., Алёхина Е. М., Токмаков С. В. Использование молекулярно-генетического анализа и фенотипической оценки для определения совместимости сортов черешни при опылении. Садоводство и виноградарство. 2015;6:35-39.
32. Patzak J. et al. Molecular S-genotyping of sweet cherry (Prunus avium L.) genetic resources. Horticultural Science. 2019;46(3):146-152. https://doi.org/10.17221/245/2017-HORTSCI.
33. Patzak J. et al. Evaluation of S-incompatibility locus, genetic diversity and structure of sweet cherry (Prunus avium L.) genetic resources by molecular methods and phenotypic characteristics. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2020;95(1):84-92. https://doi.org/10.1080/14620316.2019.1647798.
34. Dervishi A. et al. Identification of self incompatibility genotypes in sweet cherry commercial cultivars. Poljoprivreda i Sumarstvo. 2022;68(3):83-91. DOI: 10.17707/AgricultForest.68.3.06.
35. Kivistik A. et al. Wild and rare self-incompatibility allele S17 found in 24 sweet cherry (Prunus avium l.) cultivars. Plant Molecular Biology Reporter. 2022;40(2):376-388. https://doi.org/10.1007/s11105-021-01327-1.
Рецензия
Для цитирования:
Спивак В.В. Самонесовместимость подрода Cerasus (Mill.) A.Gray (обзор). Плодоводство и ягодоводство России. 2023;75:7-15. https://doi.org/10.31676/2073-4948-2023-75-7-15
For citation:
Spivak V.V. Self-incompatibility of the subgenus Cerasus (Mill.) A.Gray (review). Pomiculture and small fruits culture in Russia. 2023;75:7-15. (In Russ.) https://doi.org/10.31676/2073-4948-2023-75-7-15