Determination of Resistance to Mildew and Powdery Mildew Diseases of Narince x Regent Cross F1 Genotypes by Molecular Markers

Year 2024, , 770 - 779, 31.08.2024

İlknur Polat , Esra Suluhan

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1462684

Abstract

The most important problem in grapevine cultivation is the control of fungal diseases such as powdery mildew (Uncinula necator) and downy mildew (Plasmopara viticola). One of the most effective methods in the defence against diseases is cultivation with resistant varieties. In breeding studies, selection by molecular methods is important in terms of both time and reliability. In this study, the resistance/sensitivity of F1 genotypes obtained from Narince x Regent crosses to mildew and powdery mildew diseases were investigated by using molecular markers. In the molecular tests performed on a total of 33 genotypes including Narince (♀), Regent (♂) as parents and 31 F1 genotypes in the study, 21 genotypes were found to be resistant in the analyses performed with UDV737 and GF18-06 primers linked to the Rpv3 gene associated with resistance to mildew. In the analyses performed with ScORA7 and GF15-66 primers linked to Ren9-Ren3 gene associated with powdery mildew resistance, 18 F1 genotypes were found resistant. However, 14 genotypes resistant to both diseases were identified. The markers we used have provided significant benefits for pyramiding in breeding.

Keywords

Downy mildew, MAS, PCR, Powdery mildew, Resistance related genes, Viticulture

Narince x Regent Melezi F1 Genotiplerinin Mildiyö ve Külleme Hastalıklarına Dayanıklılığının Moleküler Markörlerle Belirlenmesi

Abstract

Asma yetiştiriciliğinde hastalıklar bakımından en önemli sorun, fungal hastalıklardan olan külleme (Uncinula necator) ve mildiyö (Plasmopara viticola) ile mücadeledir. Hastalıklarla mücadelede en etkin yöntemlerden birisi dayanıklı çeşitlerle yetiştiricilik yapmaktır. Islah çalışmalarında moleküler yöntemlerle seleksiyon yapmak hem zaman hem de güvenirlilik açısından önemlidir. Bu çalışmada, Narince x Regent melezlemesi sonucu elde edilen F1 genotiplerinde mildiyö ve külleme hastalıklarına dayanıklılık/duyarlılık durumları moleküler markörler kullanılarak incelenmiştir. Çalışmada ebeveyn olarak Narince (♀), Regent (♂) ve 31 adet F1 genotipi olmak üzere toplamda 33 adet genotipte yapılan moleküler testlemelerde, mildiyöye dayanıklılık ile ilişkili Rpv3 geni ile bağlantılı UDV737 ve GF18-06 primelerleriyle yapılan analizlerde 21 genotip dayanıklı olarak tespit edilmiştir. Küllemeye dayanıklılıkta Ren9-Ren3 genleriyle bağlantılı ScORA7 ve GF15-66 primerleriyle yapılan analizlerde 18 adet F1 genotip dayanıklı bulunmuştur. Bununla birlikte, her iki hastalığa da dayanıklı 14 genotip tespit edilmiştir. Araştırmada kullanılan markörler, ıslah çalışmasında piramitleme için önemli faydalar sağlamıştır.

Keywords

Bağcılık, Dayanıklılıkla ilişkili genler, Külleme, MAS, Mildiyö, PCR

Thanks

Çalışmada kullanılan materyaller, Prof. Dr. H. İbrahim UZUN’un yürütücülüğünü yaptığı TÜBİTAK (proje no:118O226) tarafından desteklenen projeden elde edilmiştir. Yazarlar olarak hem TÜBİTAK’a hem de proje yürütücülerine teşekkür ederiz.

References

• Akçalı, E., & Demiray, S. T. (2020). Akdeniz Bölgesinde bağ mildiyösü hastalığı (Plasmopara viticola) ile mücadelede Fluopicolide+ Fosetyl-Al (Profiler®)’ın alt dozlarının biyolojik etkinliğinin belirlenmesi. Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences, 30(2), 229-233. https://doi.org/10.29133/yyutbd.697623
• Akkurt, M., Welter, L., Maul, E., Töpfer, R., & Zyprian, E. (2007). Development of SCAR markers linked to powdery mildew (Uncinula necator) resistance in grapevine (Vitis vinifera L. and Vitis sp.). Molecular Breeding, 19(2), 103-111. https://doi.org/10.1007/s11032-006-9047-9
• Akkurt, M., Şenses, I., Aktürk, B., Tozlu, I., Özer, N., & Uzun, H. (2022). Marker assisted selection (MAS) for downy mildew resistance in grapevines using Rpv3. 1 associated markers. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 50(1). https://doi.org/10.15835/nbha50112708
• Anonim. (2008). Zirai mücadele teknik talimatları Cilt IV. Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü, Ankara. Erişim tarihi: 12.03.2024. https://www.tarimorman.gov.tr/TAGEM/Belgeler/Teknik%20tal%C4%B1matlar%202008/C%C4%B0LT%204.pdf
• Anonim. (2024). Bağlardaki mildiyö hastalığı üzüm üretimini ciddi oranda düşürdü. Alaşehir Manşet 13 Ocak 2024 tarihli. Erişim tarihi: 16.03.2024. https://www.alasehirmanset.com/baglardaki-mildiyo-hastaligi-uzum-uretimini-ciddi-oranda-dusurdu/12949/
• Barker, C. L., Donald, T., Pauquet, J., Ratnaparkhe, M. B., Bouquet, A., Adam-Blondon, A.F., … & Dry, I. (2005). Genetic and physical mapping of the grapevine powdery mildew resistance gene, RUN1, using a bacterial artificial chromosome library. Theoretical and Applied Genetics, 111, 370-377. https://doi.org/10.1007/s00122-005-2030-8
• Bellin, D., Peresotti, E., Merdinoglu, D, Wiedemann-Merdinoglu, S., Adam-Blondon A.F., Cipriani, G., … & di Gaspero G. (2009). Resistance to Plasmopara viticola in grapevine ‘Bianca’ is controlled by a majör dominant gene causing localised necrosis at infection site. Theoretical and Applied Genetics, 75, 669-673. https://doi.org/10.1007/s00122-009-1167-2
• Blasi, P., Blanc, S., Wiedemann-Merdinoglu, S., Prado, E., Rühl, E. H., Mestre, P., & Merdinoglu, D. (2011). Construction of a reference linkage map of Vitis amurensis and genetic mapping of Rpv8, a locus conferring resistance to grapevine downy mildew. Theoretical and Applied Genetics, 123, 43-53. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1565-0
• Cangi, R., & Yağcı, A. (2017). Bağdan sofraya yemeklik asma yaprak üretimi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6, 137-148. https://doi.org/10.17100/nevbiltek.288316
• Cangi, R., Adınır, M., Yağcı, A., Topçu, N., & Sucu, S. (2011). Salamuralık yaprak üretilen bağlarda farklı üretim modellerinin ekonomik analizi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1(2), 77-84.
• Choi, Y. R., Lee, J. Y., Hwang, S., & Kim, H. U. (2020). PCR-based InDel marker associated with powdery mildew-resistant MR-1. Agronomy, 10(9), 1274-1283. https://doi.org/10.3390/agronomy10091274
• Dalbó, M. A., Ye, G. N., Weeden, N. F., Wilcox, W. F., & Reisch, B. I. (2001). Marker-assisted selection for powdery mildew resistance in grapes. Journal of the American Society for Horticultural Science, 126(1), 83-89. https://doi.org/10.21273/JASHS.126.1.83
• Di Gaspero, G., Copetti, D., Coleman, C., Castellarin, S. D., Eibach, R., Kozma, P., ... & Testolin, R. (2012). Selective sweep at the Rpv3 locus during grapevine breeding for downy mildew resistance. Theoretical and Applied Genetics, 124, 277-286. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1703-8
• Donald, T. M., Pellerone, F., Adam-Blondon, A. F., Bouquet, A., Thomas, M. R., & Dry, I. B. (2002). Identification of resistance gene analogs linked to a powdery mildew resistance locus in grapevine. Theoretical and Applied Genetics, 104, 610-618. https://doi.org/10.1007/s00122-001-0768-1
• Doyle, J. J., & Doyle, J. L. (1990). Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus, 12, 13-15.
• Eibach, R., & Töpfer, R. (2003). Success in resistance breeding: “Regent” and its steps into the market. Proceedings of the VIIIth Int. Conf. Grape Genetic Breeding Kecskemét, Hungary, 687-692.
• Ertürk, A. (2009). Tekirdağ ilinde yetiştirilen yapıncak üzüm çeşidinin yapraklarında salamura öncesi ve sonrası fungisit kalıntı miktarları. (Yüksek Lisans tezi), Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tokat, Türkiye.
• Fischer, B. M., Salakhutınov, I., Akkurt, M., Eıbach, R., Edwards, K. J., Töpfer, R., & Zyprian, E. (2004). Quantitative trait locus analysis of fungal disease resistance factors on a molecular map of grapevine. Theoretical and Applied Genetics, 108, 501-515. https://doi.org/10.1007/s00122-003-1445-3
• Gargın, S., & Öztürk, Y. (2013). Eğirdir koşullarında bazı üzüm çeşitlerinin bağ mildiyösüne (Plasmopara viticola (Berk. et. Curt.)) karşı reaksiyonlarının araştırılması. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi, 1(1), 134-136.
• İşçi, B. (2008). Asmada QTL (kantitatif karakter lokus) analizi. Anadolu Ege Tarımsal Araştırma Enstitüsü Dergisi, 18(2), 11-37.
• Kunter, B., & Keskin, N. (2018, Temmuz). Üzümün antioksidan ve ayurvedik önemi. Uluslararası Avrasya Doğal Beslenme ve Sağlıklı Yaşam Zirvesi, Ankara, Türkiye.
• Luo, S. L., He, P. C., Zhou, P., & Zheng, X. Q. (2001). Identificaton of molecular genetic markers tightly linked to downy mildew resistant genes in grape. Acta Genet. Sinica, 28(1), 76-82.
• Marguerit, E., Boury, C., Manicki, A., Donnart, M., Butterlin, G., Némorin, A., … & Decroocq, S. (2009). Genetic dissection of sex determinism, inflorescence morphology and downy mildew resistance in grapevine. Theoretical and Applied Genetics, 118(7), 1261-1278. https://doi.org/10.1007/s00122-009-0979-4
• Merdinoglu, D., Wiedemann-Merdinoglu, S., Coste, P., Dumas, V., Haetty, S., Butterlin, G., & Greif, C. (2003). Genetic analysis of downy mildew resistance derived from Muscadinia rotundifolia. Acta Horticulturae, 60, 451-456. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2003.603.57
• Moreira, F. M., Madini, A., Marino, R., Zulini, L., Stefanini, M., Velasco, R., … & Grando, M. S. (2011). Genetic linkage maps of two interspecific grape crosses (Vitis spp.) used to localize quantitative trait loci for downy mildew resistance. Tree Genetics & Genomes, 7, 153-167. https://doi.org/10.1007/s11295-010-0322-x
• Pauquet, J., Bouquet, A., This, P., & Adam-Blondon, A. F. (2001). Establishment of a local map of AFLP markers around the powdery mildew resistance gene Run1 in grapevine and assessment of their usefulness for marker assisted selection. Theoretical and Applied Genetics, 103, 1201-1210. https://doi.org/10.1007/s001220100664
• Polat, İ., & Suluhan, E. (2024). Marker-assisted selection to determine downy and powdery mildew resistance in ‘Manisa Sultanı’ × ‘Regent’ crossing population using Rpv3.1 and Ren9 gene associated markers. Acta Horticulture, 1385, 65-72. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2024.1385.9
• Sapkota, S., Chen, L-L., Yang, S., Hyma, K. E., Cadle-Davidson, L., & Hwang, C-F. (2019). Construction of a high-density linkage map and QTL detection of downy mildew resistance in Vitis aestivalis-derived ‘Norton. Theoretical and Applied Genetics, 132, 137-147. https://doi.org/10.1007/s00122-018-3203-6
• Sargolzaei, M., Maddalena, G., Bitsadze, N., Maghradze, D., Bianco, P.A., Failla, O., … & De Lorenzis, G. (2020). Rpv29, Rpv30 and Rpv31: Three novel genomic loci associated with resistance to Plasmopara viticola in Vitis vinifera. Frontiers in Plant Science, 11, 562432. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.562432
• Schwander, F., Eibach, R., Fenchter, I., Hausmann, L., Zyprian, E., & Töpfer, R. (2012). Rpv10: a new locus from the Asian vitis gene pool for pyramiding downy mildew resistance loci in grapevine. Theoretical and Applied Genetics, 124, 163-176. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1695-4
• Söylemezoğlu, G., Ergül, A., Akkurt, M., & Çakır, A. (2012). Asmalarda külleme ve mildiyö hastalıklarına dayanıklı çeşit ıslahında marköre dayalı seleksiyon (marker assisted selection-MAS) yöntemi ile hızlandırılmış seleksiyon, (Kesin Raporu. Proje No: 09B4347002). Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi https://dspace.ankara.edu.tr/xmlui/bitstream/handle/20.500.12575/72374/09B4347002%20kesin%20rapor.pdf?sequence=1
• Sucu, S., & Yağcı, A. (2020). Farklı anaçlar üzerine aşılı şaraplık üzüm çeşitlerinde fidan randıman ve kalite özelliklerinin belirlenmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 7(2), 790-801. https://doi.org/10.35193/bseufbd.690371
• Tanksley, S. D. (1983) Molecular markers in plant breeding. Plant Molecular Biology Reporter, 1, 3-8. https://doi.org/10.1007/BF02680255
• Tummala, K. S. (2021). Marker-assisted selection to determine the ıntrogression of Rpv-3 mediated downy mildew resistance in 'Chambourcin' X 'Caberenet Sauvignon' grapevine population. (Graduate Theses), Missouri State University. https://bearworks.missouristate.edu/theses/3652
• Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK). (2024). Erişim tarihi: 07.03.2024. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/
• Uzun, H. İ. (2015). Bağcılık el kitabı. Hasad Yayıncılık.
• Uzun, İ., Özer, N., Akkurt, M., Özer, C., & Aydın, S. (2018). Asmalarda mildiyö hastalığına dayanıklılığın marköre dayalı seleksiyon ve fenotipleme yardımıyla erken teşhisi. TÜBİTAK Proje No: 1150176; Antalya
• Uzun H. İ., & Özer, N. (2021). Salamuralık yapraklı ve mildiyö hastalığına dayanıklı yeni üzüm çeşitleri geliştirme. TÜBİTAK Proje No: 1180226.
• Venuti, S., Copetti, D, Foria, S., Falginella, L., Hoffmann, S., Bellin, D., … & di Gaspero, G. (2013). Historical intogression of downy mildew resistance gene Rpv12 from the Asian species Vitis amurensis into grapevine varieties. PlosOne, 4, 1-7. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061228
• Welter, L. J., Göktürk Baydar, N., Akkurt, M., Maul, E., Eibach, R., Töpfer, R., & Zyprian, E. (2007). Genetic mapping and localization of quantitative tarit loci affecting fungal disease resistance and leaf morpholgy in grapevine (Vitis vinifera L.). Moleculer Breeding, 20, 359-374. https://doi.org/10.1007/s11032-007-9097-7
• Yıldırım, Z., Atak, A., & Akkurt, M. (2019). Determination of downy and powdery mildew resistance of some Vitis spp. Ciência e Técnica Vitivinícola, 34(1), 15-24. https://doi.org/10.1051/ctv/20193401015
• Zendler, D., Töpfer, R., & Zyprian, E. (2020). Confirmation and fine mapping of the resistance locus Ren9 from the grapevine cultivar ‘Regent’. Plants, 10(1), 24. https://doi.org/10.3390/plants10010024