Generate QR code
Open Access
Subscription Access
Use of DNA markers in breeding programs to increase the post-harvest shelf life of fruits (A review)
https://doi.org/10.31676/2073-4948-2025-82-18-28
Abstract
Breeding research involves the widespread adoption of biotechnological methods. In this context, the use of DNA marking is of particular relevance. This method allows identifi cation of parental varieties with longterm, genetically determined post-harvest shelf life and, on this basis, selection of hybrid off spring before the seedlings begin bearing fruit. Enzymes and their coding genes that participate in the above metabolic processes were identifi ed. A relationship between the alleles of the Md-ACO1 and Md-ACS1 genes and the intensity of ethylene biosynthesis was determined. Fruit pulp softening during storage was found to depend on the enzymatic activity of expansin (Md-Exp7 gene) and ethylene-dependent endopolygalacturonase (Md-PG1 gene). Identifi cation of the genetic sources of the breeding-priority alleles of the Md-ACS1, Md-ACO1, Md-Exp7, and Md-PG1 genes using DNA markers is successfully used in practical breeding work by both domestic and foreign researchers. This approach facilitates the identifi cation of the allelic composition of genes responsible for the shelf life of apple fruits.
Supporting agencies: The research was carried out within the state order of FSBSO ARHCBAN for the topic «Genetic and biotechnological approaches to selection process management and improvement of existing selection methods for creating new genetic modifications of fruit, berry, vegetable, and field crops meeting modern requirements for agricultural production» (FGUW-2021-0001).
About the Authors
E. M. Feshchenko
Federal Horticulture Center for Breeding, Agrotechnology and Nursery
Russian Federation
Russian Federation
Moscow.
A. N. Yushkov
I. V. Michurin Federal Scientific Center
Russian Federation
Russian Federation
Michurinsk.
References
1. Das J. et al. Genetic improvement in fruit crops-breeding for desirable traits advance, Horticulture: Modern approaches for enhancing fruits and vegetable production. 2024:340. DOI: 10.22271/ed.book.2806.
2. Kulikov I. M., Burmenko J. V., Svistunova N. Y. et al. Regionally adapted model of an ideal Malus×domestica Borkh apple variety for industrial-scale cultivation in European Russia, Agriculture. 2022;12(12):2124. DOI: 10.3390/agriculture12122124.
3. Фещенко Е. М. История селекции яблони и селекционные достижения в ФГБНУ ФНЦ Садоводства, Плодоводство и ягодоводство России. 2024;77:34-48. DOI: 10.31676/2073-4948-2024-77-34-48.
4. Ульяновская Е. В., Чернуцкая Е. А., Балапанов И. М., Токмаков С. В. Перспективы селекционного обновления сортимента яблони, Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2022;99:175-180. DOI: 10.21515/1999-1703-99-175-180.
5. Дулов М. И., Сергеев М. С. Молекулярно-генетические методы исследований в селекции яблони: Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей XXXIV Международной научно-практической конференции в 2 ч. Часть 1, 15 мая, Пенза, Пенза, 2020 г., Пенза, 2020, 135-139.
6. Ульяновская Е. В., Чернуцкая Е. А., Балапанов И. М., Степанов И. В. Оценка полиморфизма гена Md-ACS1 яблони для выделения идентифицированного состава генофонда и селекции на длительную лежкость плодов, Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2024;19(1):101110. DOI: 10.22363/2312-797X2024-19-1-101-111.
7. Седов Е. Н., Янчук Т. В., Корнеева С. А., Макаркина М. А. Создание российских адаптивных сортов яблони (Malus×domestica Borkh.) ВНИИСПК – смена задач и развитие методов селекции (обзор), Сельскохозяйственная биология. 2022;57(5):897-910. DOI: 10.15389/agrobiology.2022.5.897rus.
8. Лыжин А. С., Савельева Н. Н. Молекулярно-генетический анализ гибридных сеянцев яблони по генам Md-ACS1 и Md-ACO1 биосинтеза этилена, Научные труды СКФНЦСВиВ. 2020;30:9-14. DOI: 10.30679/2587-9847-2020-30-9-14.
9. Урбанович О. Ю., Кузмицкая П. В., Козловская З. А., Картель Н. А. Аллельный состав генов Md-ACS1, Md-ACO1 и Md-Exp7 сортов яблони (Malus domestica) с различным сроком хранения плодов, Известия национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2013;3:47-55.
10. Шамшин И. Н., Тележинский Д. Д., Шлявас А. В. Оценка сортов яблони Свердловской селекционной станции садоводства по генам биосинтеза этилена с использованием молекулярных маркеров, Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020;21(6):706-712. DOI: 10.30766/2072-9081.2020.21.6.706-712.
11. Супрун И. И., Токмаков С. В., Аль-Накиб Е. А., Лободина Е. В. Идентификация аллелей генов Md-Exp7 и Md-PG1 в селекционных формах яблони, устойчивых к парше, Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(7):645-651. DOI: 10.18699/VJGB-22-79.
12. Ульяновская Е. В., Чернуцкая Е. А., Балапанов И. М., Токмаков С.В. Перспективы селекционного обновления сортимента яблони, Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2022;99:175-180. DOI: 10.21515/1999-1703-99-175-180.
13. Laurens F., Aranzana M. J., Arus P. et al. An integrated approach for increasing breeding efficiency in apple and peach in Europe, Horticulture Research. 2018;5:1-14.
14. Iezzoni A. F. McFerson J., Luby J. et al. RosBREED: bridging the chasm between discovery and application to enable DNA-informed breeding in rosaceous crops, Horticulture Research. 2020;7:177. DOI: 10.1038/s41438-020-00398-7.
15. Hasan N., Choudhary S., Naaz N et al. Recent advancements in molecular marker-assisted selection and applications in plant breeding programmes, Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. 2021;19(1):128. DOI: 10.1186/s43141-021-00231-1.
16. Ульяновская Е. В., Супрун И. И., Токмаков С. В. Селекция яблони на устойчивость к парше и качество плодов, Защита и карантин растений. 2014;7:21-22.
17. Ярмолич С. А., Марудо Г.М. Оценка качества плодов перспективных гибридов яблони белорусской селекции, Плодоводство. Минск: Республиканское унитарное предприятие «Издательский дом «Белорусская наука». 2022;34:7-11. DOI: 10.47612/0134-9759-2022-34-7-11.
18. Bharati A. C., Prasad B. P., Mallick S.et al. Animal and plant hormone, Handbook of Biomolecules. 2023, 151-175. DOI: 10.1016/B978-0-323-91684-4.00028-1.
19. Dhurve L. A comprehensive review on role of bio- regulators in the growth and development of fruit and vegetable crops international, Journal of environment and climate change. 2023;13(11):2879-2892. DOI: 10.9734/IJECC/2023/v13i113458.
20. Fatma M., Asgher M., Iqbal N. et al. Ethylene signaling under stressful environments: analyzing collaborative knowledge, Plants. 2022;11(17):2211. DOI: 10.3390/plants11172211.
21. Khan S., Alvi A. F., Saify S. et al. The ethylene biosynthetic enzymes, 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) synthase (ACS) and ACC oxidase (ACO): the less explored players in abiotic stress tolerance, Biomolecules. 2024;14(1):90. DOI: 10.3390/biom14010090.
22. Costa F., Sara S., Weg W.E.V.D. et al. Role of the genes Md-ACO1 and Md-ACS1 in ethylene production and shelf life of apple (Malus domestica Borkh), Euphytica. 2005;14(1-2):181-190. DOI: 10.1007/s10681-005-6805-4.
23. Дулов М. И. Состав аллелей генов, вовлеченных в контроль лежкости плодов осеннего срока созревания, среди сортов яблони зарубежной селекции, Наукосфера. 2023;3-2:150-158.
24. Дулов М. И. Частота встречаемости аллелей генов, вовлеченных в биосинтез этилена и лежкость плодов у сортов яблони российской и зарубежной селекций, Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2023;3(63):51-57. DOI: 10.18286/1816-4501-2023-3-51-57.
25. Дулов М. И. Аллельный состав генов биосинтеза этилена в отечественной генплазме яблони осеннего срока созревания плодов, Наукосфера. 2023;3-2:143-149.
26. Дулов М. И. Полиморфизм генов биосинтеза этилена Md-ACS1 и Md-ACO1 у сортов яблони российской селекции зимнего срока созревания плодов, Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса, 2024;1(59):53-60. DOI: 10.32935/2221-7312-2024-59-1-53-60.
27. Дулов М. И. Состав аллелей гена биосинтеза этилена Md-ACS1 у сортов яблони европейской селекции зимнего срока созревания плодов Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса 2024;2(60):31-38. DOI: 10.32935/22217312-2024-60-2-31-38.
28. Дулов М. И. Частота встречаемости аллелей генов, вовлеченных в биосинтез этилена и лежкость плодов у сортов яблони российской и зарубежной селекций, Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2023;3(63):51-57. DOI: 10.18286/1816-4501-2023-3-51-57.
29. Шамшин И. Н., Шлявас А. В., Трифонова А. А. и др. Полиморфизм генов биосинтеза этилена и экспансина у местных и стародавних сортов яблони (Malus domestica Borkh.) из коллекции генетических ресурсов растений ВИР, Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(6):660-666. DOI: 10.18699/VJ18.408.
30. Савельева Н. Н., Лыжин А. С., Ван-Ункан Н. Ю. Биосинтез этилена в геноплазме некоторых сортов яблони: Актуальные проблемы развития научных исследований и инноваций в сельскохозяйственном производстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием и Всероссийской Школы молодых ученых, Белгород, 28–30 июня 2023 г., Белгород, 2023, 370-373. DOI: 10.48608/FANCRAS.2023.68.83.002.
31. Юшков A. Н., Савельева Н. Н., Чивилев B. В. и др. Инновационные технологии в повышении эффективности селекционного процесса плодовых культур, Достижения науки и техники АПК. 2019;33(2):27-30. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10207.
32. Ульяновская Е. В., Чернуцкая Е. А., Богданович Т.В., Степанов И.В. Маркерный отбор по генам Rvi6, Md-ACS1, Md-ACO1 перспективных для селекции образцов генофонда яблони, Аграрный научный журнал. 2024;3:71-76. DOI: 10.28983/asj.y2024i3pp71-76.
33. Ульяновская Е. В., Богданович Т. В., Супрун И. И., Токмаков С. В. Комплексный подход к селекционному совершенствованию яблони, Селекция и сорторазведение садовых культур. 2018;5(1):139-41.
34. Nybom H., Ahmadi-Afzadi M., Garkava-Gustavsson L., Sehic J. Selection for improved fruit texture and storability in apple, Acta Hortic. 2012;934:849-854. DOI: 10.17660/ActaHortic.2012.934.112.
35. Nybom H., Ahmadi-Afzadi M., Sehic J., Hertog M. DNA marker-assisted evaluation of fruit fi rmness at harvest and post-harvest fruit softening in a diverse apple germplasm, Tree Genetics & Genomes. 2012;9(1):279-290. DOI: 10.1007/s11295-012-0554-z.
36. Kwon Y. S., Kwon S.I., Kim S. А. et al. Estimation of storability for Korean apples Malus domestica using Md-ACS1 and Md-ACO1 DNA marker, Korean Journal of Food Preservation. 2017;24(7):891-897. DOI: 10.11002/kjfp.2017.24.7.891.
Review
For citations:
Feshchenko E.M., Yushkov A.N. Use of DNA markers in breeding programs to increase the post-harvest shelf life of fruits (A review). Pomiculture and small fruits culture in Russia. 2025;82:18-28. (In Russ.) https://doi.org/10.31676/2073-4948-2025-82-18-28
Views:
22
Email this article 
