Ayçiçeğinde Mildiyö [Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni] Hastalığına Dayanıklı Genotiplerin Moleküler Markörler Kullanılarak Belirlenmesi

Öz

Ayçiçeği (Helianthus annuus L.), dünyada ve ülkemizde en önemli bitkisel yağ kaynaklarından biridir. Ülkemiz insanının bitkisel yağ tüketiminde çoğunlukla ayçiçeği yağını tercih etmesi ve son yıllarda artan yağ açığımız, ayçiçeğinin önemini giderek arttırmaktadır. Ayçiçeği yetiştiriciliğinde tohum verimini ve yağ oranını düşüren en önemli sınırlayıcı faktör mantari hastalıklar olup, etmeni Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni olan mildiyö hastalığı ayçiçeği üretiminde %100’lere varan kayıplara neden olmaktadır. Ayçiçeği üretimini kısıtlayan mildiyö hastalığına karşı dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesi ve kullanılması, ülkesel ayçiçeği üretim kaybını önleme açısından büyük önem arz etmektedir. Ayçiçeğinde bugüne kadar mildiyönün çok fazla ırkı belirlenmiş ve bunlara dayanıklı genetik materyal de geliştirilmiştir. Ancak mildiyö hastalığına dayanıklı çeşitlerin klasik ıslah yöntemleri ile geliştirilmesi hem masraflı, hem de uzun bir süreç olup, dayanıklı çeşit geliştirme çalışmalarında, biyoteknolojik yöntemler ve moleküler markör destekli seleksiyon (MAS) kullanılarak etkili ve kesin seleksiyon yapılarak, bu süreç hızlandırabilmektedir. Bu hedefler doğrultusunda yapılan bu çalışmada, Trakya Bölgesindeki tüm mildiyö ırklarına dayanıklılık sağlayan Pl6 ve PlArg dayanıklılık genlerinin seleksiyonunda kullanılabilecek moleküler markörlerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada Trakya Tarımsal Araştırma Enstitüsü’nden temin edilen, Pl6 ve PlArg genlerini taşıyan dayanıklı çeşitlerin hassas çeşitler ile melezlenmesi sonucu elde edilen BC4 kademesindeki 120 genotipte mildiyö hastalığına dayanıklılık testleri yapılmış ve aynı örneklerde Pl6 ve PlArg dayanıklılık genlerinin varlığı moleküler markörler ile belirlenmeye çalışılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda iki markörün Pl6 geni ile yakın bağlantılı olduğu ve ıslah çalışmalarında seleksiyon amaçlı kullanılabileceği tespit edilmiştir. PlArg geni için ise bu çalışmada kullanılan ve önceki çalışmalarda sunulan markörlerin hiç biri yeterince ayırıcı bulunmamıştır.

Anahtar Kelimeler

• Ayçiçeği,Helianthus annuus,mildiyö,Plasmopara halstedii,Pl6,PlArg,MAS

Determination of Downy Mildew [Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni] Resistant Genotypes by Using Molecular Markers in Sunflower

Abstract

Sunflower (Helianthus annuus L.) is one of the most important vegetable oil sources in the world and in Turkey. The preference of sunflower oil in the consumption of vegetable oil increases the importance of sunflower in Turkey. Fungal diseases are the most important limiting factors sunflower yield and oil content in sunflower production and downy mildew which is caused by the Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni leads until 100% yield loses. Therefore, development and the use of resistant varieties in sunflower production in Turkey help to reduce yield loses in sunflower. Several downy mildew resistance genes (Pl) have been identified and used in breeding for resistance cultivars. However, developing resistant varieties by classical breeding is a longer, costly and harder way and utilizing biotechnological methods and marker assistant selection (MAS) give to opportunity to accelerate the process with giving efficient and confident selection. In this study, it was aimed that to determine suitable molecular markers which will be used possibly in the selection related to Pl6 and PlArg genes conferring effective resistance against to virulent strains in Trakya region. Parents and 120 individuals at BC4 breeding level (Pl6 and PlArg genes sources were crossed with susceptible sunflower varieties) were used for molecular marker studies. All plant materials were also screened phenotypically by inoculation with pathogen spores. As results, two markers for Pl6 gene were detected as useful for MAS but no any suitable markers were found to detect PlArg gene among used markers in this and previous studies.

Keywords

• Sunflower,Helianthus annuus,downy mildew,Plasmopara halstedii,Pl6,PlArg,MAS

References

1. Aksoy, M. H. ve A. Öz. 2012. Bakteriyel patojenlere karşı bitkilerdeki dayanıklılık mekanizmaları. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi 165-173.
2. Aktaş, Y. L. ve A. Güven. 2005. Bitki savunma sistemlerinde hormonal sinyal moleküller ve çapraz iletişimleri. Journal of Arts and Sciences 1 (3): 1-12.
3. Anonim. 2008. TAGEM. Zirai Mücadele Teknik Talimatı. T.A. Müdürlüğü, Endüstri Bitkileri Hastalıkları. 8-12.
4. Anonim. 2014. Gümrük ve Ticaret Bakanlığı. Ayçiçeği Raporu 2014. Kooperatifçilik Genel Müdürlüğü.
5. Bretting, P. K., and M. P. Widrlechner. 1995. Genetic markers and plant genetic resource management. Edited by J. Janick. John Wiley & Son Inc. Canada. 11-86. ISBN: 978-0-471-57343-2.
6. Bouzidi, M. F., S. Badaoui, F. Cambon, F. Vear, D. T. De Labrouhe, P. Nicolas, and S. Mouzeyar. 2002. Molecular analysis of a major locus for resistance to downy mildew in sunflower with specific PCR-based markers. Theoretical and Applied Genetics 104 (4): 592-600.
7. Brahm, L., T. Rocher, and W. Friedt. 2000. PCR-based markers facilitating marker assisted selection in sunflower for resistance to downy mildew. Crop Science 40: 676-682.
8. Doyle, J. J., and J. L. Doyle. 1990. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus 12: 13-15.

9. Dussle, C. M., V. Hahn, S. J. Knapp, and E. Bauer. 2004. PlArg from Helianthus argophyllus is unlinked to other known downy mildew resistance genes in sunflower. Theor Appl Genetics 109 (5): 1083-1086.
10. Evci, G., V. Pekcan, M. I. Yilmaz, K. Akın, Y. Kaya. 2011. Bazı ayçiçeği hatlarının Trakya Bölgesindeki ayçiçeği mildiyösüne [(Plasmopara Halstedii (Farl.) Berl. & De Toni.)] dayanıklılıklarının belirlenmesi. Anadolu 21 (1): 36-43.
11. Filiz, E., B. S. Özdemir, M. Tuna, and H. Budak. 2009. Diploid Brachypodium distachyon of Turkey: Moleculer and Morphological Analysis. 83-89. In: T. Yamada ve G. Spangenberg (Eds.). The Proceedings of the 5th International Symposium on the Molecular Breeding of Forage and Turf. Springer Publishing.
12. Gulya, T. J. 2007. Distribution of Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni races from sunflower around the World. pp.121-134. Proc 2nd Int Downy Mildew Symp "Advances in Downy Mildew Research". July 2-6. Olomouc, Czech Republic. Hvarleva, Tz., I. Tarpomanova, M. Hristova-Cherbadji, M. Hristov, A. Bakalova, A. Atanassov, and I. Atanasov. 2009. Toward marker assisted selection for fungal disease resistance in sunflower. utilization of H. bolanderi as a source of resistance to downy mildew. Biotechnol. EQ. 23: 1427-1430.
13. Imerovski, I., A. Dimitrijevic, D. Miladinovic, S. Jocic, B. Dedic, S. Cvejic, and G. Surlan-Momirovic. 2014. Identification and validation of breeder-friendly DNA markers for Plarg gene in sunflower Mol Breeding 34: 779-788.
14. İmraz, G., F. Özdemir, N. M. Taş, B. Ercan, İ. Topal ve M. S. Karaca. 2015. Bitkilerde fungal ve bakteriyel hastalıklara karşı dayanıklılık genleri ve sinyal iletimi. Elektronik Mikrobiyoloji Dergisi 13 (1): 12-27.
15. Jocic, S., S. Cvejic, N. Hladni, D. Miladinovic, and V. Miklic. 2010. Development of sunflower genotypes resistant to downy mildew. Helia 33: 173-180.
16. Jones, J. D. G., and J. L. Dangl. 2006. The plant immune system. Nature 444: 323-329.
17. Kaya, Y. 2004. Ayçiçeği biyoteknolojisinde son gelişmeler ve ıslahında kullanım olanakları. Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 5 (2): 141-147.
18. Kaya, Y., S. Jocic, and D. Miladinovic. 2012. Sunflower. Vol. 1. pp. 85-130. In: S. K. Gupta (Ed.) Technological Innovations in Major World Oil Crops.
19. Kaya, Y., I. Balalic, and V. Miklic. 2015. Eastern Europe Perspectives on Sunflower Production and Processing. pp. 575-638. In: N. Dunford, E. M. Force (Eds.) Sunflower: Chemistry, Production, Processing, and Utilization. 710 pages. AOCS (American Oil Chemistry Society).
20. Liu, Z., T. J. Gulya, G. J. Seiler, B. A. Vick, and C. C. Jan, 2012. Molecular mapping of the Pl16 downy mildew resistance gene from HA-R4 to facilitate marker-assisted selection in sunflower. Theoretical and Applied Genetics 125: 121-131.
21. Ma, G. J., S. G. Markell, Q. J. Song, and L. l. Qi. 2017. Genotyping-by-sequencing targeting of a novel downy mildew resistance gene Pl20 from wild Helianthus argophyllus for sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics 130: 1519-1529.
22. Mouzeyar, S., P. Roeckel-Drevet, L. Gentzbittel, J. Philippon, D. Tourvieille De Labrouhe, F. Vear, and P. Nicolas. 1995. RFLP and RAPD mapping of the sunflower Pl1 locus for resistance to Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni race 1. Theoretical and Applied Genetics 5: 133-737.
23. Pankovic, D., N. Radovanovic, S. Jocic, Z. Satovic, and D. Skoric. 2007. Development of co-dominant amplified polymorphic sequence markers for resistance to sunflower downy mildew race 730. Plant Breeding 126: 440-444.
24. Qi, L. L., Y. M. Long, C. C. Jan, G. J. Ma, and T. J. Gulya. 2015. Pl17 is a novel gene independent of known downy mildew resistance genes in the cultivated sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics 128 (4): 757-767.
25. Qi, L. L., M. E. Foley, X. W. Cai, and T. J. Gulya. 2016. Genetics and mapping of a novel downy mildew resistance gene, Pl18, introgressed from wild Helianthus argophyllus into cultivated sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics 129 (4): 741-752.
26. Qi, L. L., Z. I. Talukder, B. S. Hulke, and M. E. Foley. 2017. Development and dissection of diagnostic SNP markers for the downy mildew resistance genes PlArg and Pl8 and marker-assisted gene pyramiding in sunflower (Helianthus annuus L.). Mol. Genet. Genomics 292: 1-13.
27. Porebski, S., L. G. Bailey, and B. R. Baum. 1997. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol Biol Rep. 15: 8-15.
28. Pérez-Vich, B., and S. T. Berry. 2010. Molecular breeding. pp 221-252 In: Hu J, Seiler G, Kole C (Eds.) Genetics, genomics and breeding of sunflower. CRC Science, Boca Raton, FL.
29. Ruiz, M. L., J. Dominguez, and M. Vara. 2000. Evaluation of Spanish Isolates of Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni for Tolarance to Metalaxyl, Helia 23: 33-38. Şimşek, Ö., F. E. Karaat, S. Serçe ve Y. A. Kaçar. 2008. Bazı meyve türlerinde dna izolasyon yöntemlerinin etkinliğinin karşılaştırılması. Derim 25: 59-69.
30. Škorić, D. 2012. The genetics of sunflower. pp 1-125. In: Kovacevic Z, Skoric D, Sakac Z (Eds.) Sunflower genetics and breeding-international monogram. Serbian Acad. Sci, Serbia.
31. Sönmezoğlu, Ö. A., A. Yıldırım, T. E. Güleç ve N. Kandemir. 2010. Markör destekli seleksiyonun buğday ıslahında kullanımı. GOÜ Ziraat Fakültesi Dergisi 27 (1): 105-112. Spring, O. 2019. Spreading and global pathogenic diversity of sunflower downy mildew - Review. Plant Protection Science 55 (3): 149-158.
32. Tan, A. S. 2010. Identification of rust (Puccinia helianthi Schw.) Races in sunflower (Helianthus annuus L.) in Turkey. Helia 33 (53): 181-190.
33. Trojanová, Z., M. Sedlarova, T. J. Gulya, and A. Lebeda. 2017. Methodology of virulence screening and race characterization of Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni, and resistance evaluation in sunflower-a Review. Plant Pathology 66: 171-185.
34. Usatov, A. V., A. I. Klimenko, K. V. Azarin, O. F. Gorbachenko, N. V. Markin, V. E. Tikhobaeva, Y. A. Kolosov, O. A. Usatova, S. Y. Bakoev, M. Y. Bibov, and L. V. Getmantseva. 2014. DNA markers of sunflower resistance to the downy mildew [(Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni], American Journal of Biochemistry and Biotechnology 10 (2): 125-129.
35. Viranyi, F., T. J. Gulya, and D. T. Labrouhe. 2015. Recent changes in the pathogenic variability of Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni (sunflower downy mildew) populations from different continents. Helia 38: 149-162.
36. Wieckhorst, S. 2011. Characterization of the PlArg Locus Mediating resistance against Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. and de Toni in Sunflower. PhD thesis. Technische Universität München.
37. Wieckhorst, S., E. Backlava, C. M. Dussle, S. Tang, V. Hahn, and E. Bauer. 2010. Fine mapping of the sunflower resistance locus PlARG introduced from the wild species Helianthus argophyllus. Theoretical and Applied Genetics 121 (8): 1633-1644.
38. Zhang, Z. W., G. J. Ma, J. Zhao, S. G. Markell, and L. l. Qi. 2017. Discovery and introgression of the wild sunflower-derived novel downy mildew resistance gene Pl19 in confection sunflower (Helianthus annuus L.). Theoretical and Applied Genetics 130 (1): 29-39.