Determination of resistance to Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici via molecular markers in tomato lines

Abstract

Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) is common in tomato production areas where intensive production causes huge losses. Other plant species as well as biological and chemical control is insufficient to fight with the disease. The most effective solution to this problem is the use of resistant varieties. Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici resistance has been transferred to most of the commercial varieties via classical and molecular marker-assisted selection (MAS). The use of molecular markers in the development of new varieties resistant to this disease, but not allelic race-specific resistance genes allows pyramiding to these genes at one cultivar. Markers which linked to resistance genes for FOL races (0, 1, 2) were improved and routinely used in tomato breeding programs. In this study, 450 pure tomato lines from the gene pool of tomato to the fore in terms of yield and some quality characteristics in Alata Horticultural Research Station Directorate were screened for Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) resistance via developed SCAR and CAPS markers linked to I-1 and I-2. The 88 tomato lines had I-1 gene and 74 of tomato lines yielded band of homozygote resistance allele for I-2. Obtained results in this study show that developed molecular markers for Fusarium oxysporum f. sp. resistance can use easily for the developing of new cultivars.

Keywords

• Tomato; Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici; SCAR; CAPS

Domates hatlarında Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici’ye dayanıklılığın moleküler markörler yardımıyla belirlenmesi

Abstract

Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL) domates üretiminin yoğun olarak yapıldığı alanlarda yaygın olup üretim alanlarında büyük kayıplara sebep olmaktadır. Diğer bitki türlerinde olduğu gibi söz konusu hastalıkla savaşma konusunda biyolojik ve kimyasal mücadele yetersiz kalmaktadır. Bu sorunun en etkin çözümü dayanıklı çeşit kullanımıdır. Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici’ye dayanıklılık, klasik ve moleküler markör yardımlı seleksiyon (MAS) ile birçok ticari çeşitlere aktarılmış durumdadır. Fakat bu hastalığa dayanıklı yeni çeşitlerin geliştirilmesinde moleküler markörlerin kullanımı allelik olmayan ırk-spesifik dayanıklılık genlerinin bir hat üzerinde piramitlenmesine imkan vermektedir. Domateste FOL ırklarına (0, 1, 2) dayanıklılık sağlayan genlere bağlı markörler geliştirilmiş ve rutin ıslah programlarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Alata Bahçe Kültürleri Araştırma İstasyonu Müdürlüğü domates gen havuzunda yer alan verim ve bazı kalite özellikleri bakımından ön plana çıkan 450 adet domates hattında I-1 ve I-2 genlerine bağlı olarak geliştirilen SCAR ve CAPS markörleri ile tarama yapılmıştır. Domates hatlarının 88 adeti I-1 geni, 74 adeti I-2 geni dayanıklılık alleline ait bandı üretmiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici etmenine karşı dayanıklılık için geliştirilmiş moleküler markörlerin söz konusu populasyonlarda çeşit geliştirmede rahatlıkla kullanılabileceğini göstermektedir.

Keywords

• Domates; Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici; SCAR; CAPS

References

1. Arens, P., Mansilla, C., Deinum, D., Cavellini, L., Moretti, A., Rolland, S., Schoot, H.V.D., Calvache, D., Ponz, F., Collonnier, C., Mathis, R., Smilde, D., Caranta, C., Vosman, B. 2009. Development and Evaluation of Robust Molecular Markers Linked to Disease Resistance in Tomato for Distinctness, Uniformity and Stability Testing. Theor Appl Genet., DOI 10.1007/s00122-009-1183-2.
2. Bai, Y., Huang C.C., van der Hulst, R., Meijer, D.F., Bonnema, G., Lindhout, P. 2003. QTLs for Tomato Powdery Mildew Resistance (Oidium lycopersici) in Lycopersicon parviflorum G1.1601 Co-localize with Two Qualitative Powdery Mildew Resistance Genes. Mol. Plant Microbe Interact. 16: 169–176.
3. Barone, A. 2004. Molecular Marker Assisted Selection for Resistance to Pathogens in Tomato. Marker Assisted Selection: A Fast Track to Increase Genetic Gain Plant and Animal Breeding Session 1: MAS in Plants, pp: 29-35.
4. Beckman, C.H. 1987. The Nature of Wilt Diseases of Plants. APS Press, St Paul, MN, 1—175.
5. Bertrand C., Collard, Y., Mackill, D.J. 2008. Marker-Assisted Selection: An Approach For Precision Plant Breeding in The Twenty-First Century. Phil. Trans. R. Soc. B, 363, 557–572.
6. Çolak, A., Biçici, M. 2011. Doğu Akdeniz Bölgesi Örtü Altı Domates Yetiştiriciliğinde Fusarium oxysporum Spesiyal Formlarının Simptomatolojik Ayrımı ile Solgunluk ve Kök- Kök Boğazı Çürüklüğü Hastalıklarının Çıkış, Şiddet ve Yaygınlıklarının Belirlenmesi. Bitki Koruma Bülteni, 51(4):331-345.
7. Doyle, J.J., Doyle, J.L. 1990. Isolation of Plant Dna From Fresh Tissue. Focus 12:13-15.
8. El Mohtar, C.A., Atamian, H.S., Dagher, R.B., Abou-Jawdah, Y., Salus, M.S., Maxwell, D.P. 2007. Marker-assisted Selection of Tomato Genotypes with the I-2 Gene for Resistance to Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici Race 2. Plant Dis., 91:758-762.

9. Erol, F. Y. 2007. Samsun İlinde Kök ve Kök Boğazı Çürüklüğü Hastalığının Yayılışı, Şiddeti ve Hastalığa Neden Olan Etmenlerin Belirlenmesi. OMU Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Samsun 117 s.
10. FAO, 2010. www.faostat.com.
11. Frary, A., Tanksley, D. 2001: The Molecular Map of Tomato. In: R. L. Phillips, and I. K. Vasil (eds), DNA-based Markers in Plants, 2nd edn. Advances in Cellular and Molecular Biology of Plants, Vol. 6, 405—420. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/ London.
12. Grube, R.C., Radwanski, E.R., Jahn, M. 2000. Comparative Genetics of Disease Resistance within the Solanaceae. Genetics, 155: 873–887.
13. Huang, C.C.H., Lindhout, P. 1997. Screening for Resistance in Wild Lycopersicon Species to Fusarium oxysporum Race 1 and Race 2. Euphytica 93, 145—153.
14. Kumar, P., Gupta, V.K., Misra, A.K., Modi, D.R., Pandey, B.K. 2009. Potential of Molecular Markers in Plant Biotechnology. Plant Omics Journal 2(4):141-162.
15. Malhotra, S.K., Vashistha, R.N. 1993. Genetics of Resistance to Fusarium Wilt Race 1 in Current Tomato (Lycopersicon pimpinellifolium). Indian J. Agric. Sci. 63, 246—347.
16. McGrath, D.J., Gillespie, G., Vawdrey, L. 1987: Inheritance of resistance to Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici races 2 and 3 in Lycopersicon pennellii. Aust. J. Agric. Res. 38, 729—733.
17. Scott J.W., Agrama, H.A., Jones, J.P. 2004. RFLP-based Analysis of Recombination Among Resistance Genes to Fusarium Wilt Races 1, 2 and 3 in Tomato. J Amer. Soc Hortic Sci. 129(3):394–400.
18. Simons, G., Groenendijk, J., Wijbrandi, J., Reijans, M., Groenen, J., Diergaarde, P., Van der Lee, T., Bleeker, M., Onstenk, J., de Both, M., Haring, M., Mes, J., Cornelissen, B., Zabeau, M., Vos, P. 1998. Dissection of the Fusarium I2 Gene Cluster in Tomato Reveals Six Homologs and One Active Gene Copy. Plant Cell 10:1055–1068
19. Stall, R.E., Walter, J.M. 1965. Selection and Inheritance of Resistance in Tomato to Isolates of Races 1 and 2 of the Fusarium Wilt Organism. Phytopathology 55, 1213—1215.
20. -
21. Staniaszek, M., Kozik, E.U., Marczewski, W. 2007. A CAPS Marker TAO1902 Diagnostic for the I-2 Gene Conferring Resistance to Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici Race 2 in Tomato. Plant Breeding 126, 331–333
22. Stevens, M.A., Rick, C.M. 1986. Genetics and Breeding. In: J. G. Atherton, and J. Rudich (eds), The Tomato Crop, 35—109. Chapman & Hall Ltd, London.