Ispanak Islahı ve Ispanak Islahında Yeni Yaklaşımlar

Öz

Ispanak (Spinacia oleracea L., 2n=2x=12), Amaranthaceae familyasına ait, yüksek besin ve mineral içeriği nedeniyle sağlıklı beslenmede önemli sebze türlerinden biridir. Ekim alanlarını daha fazla genişletmenin mümkün olmadığı günümüzde, artan nüfusun besin ihtiyacını karşılamanın en etkili yolu, birim alan verimini artırmaktır. Ispanakta verimdeki artış ancak hastalık ve zararlılara dayanıklı, stabilitesi yüksek ve her yörenin kendi ekolojik koşullarına uygun çeşitlerin geliştirilmesi ile sağlanabilir. Dünyada ıspanak yetiştiriciliğinin yapıldığı değişik ülkelerde, yaklaşık 200 yıldan beri ıspanak mildiyösü en tahripkâr ve ekonomik açıdan en önemli hastalık olarak tanımlanmaktadır. Hastalık doğrudan kayıplar yanında ürün kalitesini de düşürmektedir. Özellikle son 25 yılda patojenin ırk sayısının hızla artması mevcut çeşitlerin yerine yeni ırklara dayanıklı yeni çeşitlerin geliştirilmesi zorunluluğunu ortaya çıkarmıştır. Bu nedenle gelişmiş ülkelerde son yıllarda patojenin genetik varyasyonu ve yeni ıspanak çeşitlerinin geliştirilmesi üzerinde araştırmalar yoğunlaşmıştır. Türkiye’de önemi bilinmesine karşın bugüne kadar hastalığın yayılış ve şiddeti ile ilgili herhangi bir araştırmaya rastlanmamış olduğu gibi hastalık etmeninin ülkede bulunan ırkları hakkında da herhangi bir bilgi bulunmamaktadır. Uzun yıllar süren seleksiyonlarla genlerin belirli yönde seçilmesi genetik varyasyonu daraltmış ve istenen özellikleri taşıyan çeşitlerin klasik bitki ıslahıyla geliştirilmesini zorlaştırmıştır. Markör destekli seleksiyon (MAS) klasik bitki ıslahında karşılaşılan sorunları çözmek için kullanılan alternatif ve yardımcı bir tekniktir. Markör destekli seleksiyon agronomik olarak önemli ve birden fazla gen veya lokus tarafından kontrol edilen karakterlerin hızlı bir şekilde aktarılmasına olanak sağlamaktadır. Markör destekli seleksiyon tek başına klasik ıslahın yerine kullanılamamakla birlikte, klasik ıslahın başarısını arttıran tamamlayıcı ve destekleyici teknikler olarak kabul edilmektedir. Bu derleme, ıspanakta kullanılan klasik ve moleküler temelli ıslah yöntemleri ve ıspanak ıslahındaki güncel hedefler sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Ispanak
• bitki ıslahı
• markör destekli seleksiyon

Spinach Breeding and New Approaches in Spinach Breeding

Abstract

Spinach (Spinacia oleracea L., 2n=2x=12) is a plant belonging to the Amaranthaceae family. Spinach is an important vegetable species in healthy diet because of its high nutritional and mineral content. Nowadays, it is not possible to expand the cultivation areas further therefore, the most effective way to meet the nutritional needs of the growing population is to increase the yield per unit area. Yield increase in spinach can only be achieved by developing varieties that are resistant to diseases and pests and which are suitable for each region’s own ecological conditions. Spinach mildew has been described as the most destructive and economically most important disease for nearly 200 years in different countries where spinach is cultivated in the world. The disease, decrease product quality as well as direct losses. New races of this pathogen have been emerging at a rapid rate over the last 25 years. Therefore, in recent years, research has focused on the genetic variation of the pathogen and the development of new spinach varieties in developed countries. The selection of genes in certain directions through long years of selection narrowed the genetic variation. Therefore, varieties with the desired characteristics have become difficult to develop with classical plant breeding. Marker assisted selection (MAS) is an alternative and ancillary technique used to solve problems encountered in classical plant breeding. Marker assisted selection allows for the rapid transmission of agronomically important characters controlled by multiple genes or loci. Marker assisted selection alone cannot be used in place of classical plant breeding. MAS is considered to be complementary and supportive techniques that increase the success of classical breeding. This review presents classical and molecular based breeding methods used in spinach and current objectives in spinach breeding.

Keywords

• Spinach
• plant breeding
• marker assisted selection

Kaynakça

1. Brandenberger, L.P., Morelock, T.E., Correll, J.C., 1992. Evaluation of spinach germplasm for resistance to a new race (race 4) of Peronospora farinosa f.sp. spinaciae. Hortscience 27:1118-1119.
2. Bremer, H., 1954. Türkiye fitopatolojisi, bahçe kültürleri hastalıkları. Ziraat Vekâleti Neşriyat ve Haberleşme Müdürlüğü, Ankara, 3:295.
3. Choi, Y., Thines, M., Han, J., Shin, H., 2011. Mitochondrial Phylogeny reveals intraspecific variation in Peronospora effusa, the spinach downy mildew pathogen. The Journal of Microbiology 49:1039-1043.
4. Collard, B.C.Y., Jahufer, M.Z.Z., Brouwer, J.B., Pang, E.C.K., 2005. An introduction to markers, quantitative trait loci (QTL) mapping and marker-assisted selection for crop improvement: the basic concepts. Euphytica 142:169-196.
5. Collard, B.C.Y., Mackill, D.J., 2008. Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Phil. Trans. R. Soc. B.12; 363:557-572. https://doi. org/10.1098/rstb.2007.2170 PMID:17715053.
6. Correll, J.C., Bluhm, B.H., Feng, C., Lamour, K., du Toit, L.J., Koike, S.T., 2011. Spinach: better management of downy mildew and white rust through genomics. European Journal of Plant Pathology 129:193-205.
7. Correll, J.C., C. Feng, M.E. Matheron, M. Porchas, S.T. Koike, 2017. Evaluation of spinach varieties for downy mildew resistance. Plant Disease Management Reports 11:108.
8. Correll, J.C., Feng, C., Irish, B.M., Koike, S.T., Morelock, T.E., Bentley, T.C., Tomlinson, A.N., 2007. Spinach downy mildew: overview of races and the development of molecular markers linked to major resistance genes. Pages 135-142 in: Advances in downy mildew research, vol. 3. A.S.P. Lebeda, P.T.N., ed.

9. Correll, J.C., Morelock, T.E., Black, M.C., Koike, S.T., Brandenberger, L P., Dainello, F.J., 1994. Economically important diseases of spinach. Plant Disease 78:653-660.
10. Deschamps, S., Llaca, V., May, G.D., 2012. Genotyping by sequencing in plants biology 1:460-483.
11. Dicoteau, D.R., 2000. Vegetable crops. 221-237 Prentice Hall.
12. Elmer, I., Humira, S., Francëois B., 2015. Association mapping of QTLs for sclerotinia stem rot resistance in a collection of soybean plant introductions using a genotyping by sequencing (GBS) approach. BMC Plant Biol. 15(1):5.
13. Elshire, RJ., Glaubitz, JC., Sun Q., 2011.A robust, simple genotyping-by-sequencing (GBS) approach for high diversity species. PloS One 6(5):19379.
14. FAO, 2017. http://www.fao.org/faostat/en/# data/qc (Erişim Tarihi: Kasım 2019).
15. Feng, C., Correll, J.C., Kammeijer, K.E., Koike, S.T., 2014. Identification of new races and deviating strains of the spinach downy mildew pathogen Peronospora farinosa f.sp. spinaciae. Plant Disease 98:145-152.
16. Groben, R., Wricke, G., 1998. Occurrence of microsatellites in spinach sequences from computer databases and development of polymorphic SSR markers. Plant Breeding 117:71-274.
17. Hue, J., Mou, B., Vick, B.A., 2007. Genetic diversity of 38 spinach (Spinacia oleracea L.) germplasm accessions and 10 commercial hybrids assessed by TRAP markers. Genet. Resour. Crop Evol. 54(8):1667-1674.
18. Irish, B., M., Correll, J.C., Feng, C., Bentley, T., De Los Reyes, B.G., 2008. Characterization of a resistance locus (Pfs-1) to the spinach downy mildew pathogen (Peronospora farinosa f.sp. spinaciae) and development of a molecular marker linked to Pfs-1. Phytopathology 98(8):894-900.
19. Irish, B.M., Correll, J.C., Koike, S.T., Morelock, T.E., 2007. Three new races of the spinach downy mildew pathogen identified by a modified set of spinach differentials. Plant Disease 91:1392-1396.
20. Karaca, İ., 1965. Sistematik bitki hastalıkları (Phycomycetes, Basidiomycetes) Cilt 2. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Yayın No: 107, İzmir, 180s.
21. Khattak, J.Z.K., Torp, A.M., Andersen, S.B., 2006. A genetic linkage map of Spinacia oleracea and localization of a sex determination locus. Euphytica 148:311-318.
22. Khattak, J.Z.K., Christiansen, L., Torp, AM., Andersen, SB., 2007. Genic microsatellite markers for discrimination of spinach cultivars. Plant Breed. 126(4):454-456.
23. Koike, S.T., 2012. Race 15 new spinach downy mildew race confirmed. (http://ucanr.edu/ blogs/blogcore/postdetail.cfm?postnum= 15035; Erişim Tarihi: Kasım 2019).
24. Koike, S.T., Correll, J., 2014. Race Pfs:14 another new race of the spinach downy mildew pathogen (http://ucanr.edu/blogs/blogcore/post detail.cfm?postnum=8353; Erişim Tarihi: Kasım 2019).
25. Lestrange, M., Koike, S., Valencia, J., Chaney, W., 1999. Spinach production in California. Vegetable Research and in Information Center of America, Vegetable Production Series. University of California Division of Agriculture and Natural Resources 653-659.
26. Minoche, A.E., Dohm, J.C., Schneider, J., Holtgrawe, D., Viehover, P., Montfort, M., 2015. Exploiting single molecule transcript sequencing for eukaryotic gene prediction. Genome Biol. 16:184.27.
27. Moose, S.P., Mumm, R.H., Molecular plant breeding as the foundation for 21. Century crop improvement. Plant Physiol. 2008. 147:969-977. https://doi.org/10.1104/pp.108.118232 PMID: 18612074.
28. Morelock, T.E., Correll, J.C., 2008. Spinach breeding. In J. Prohens & F. Nuez (Eds.). Vegetables I pp:183-212. New York: Springer.
29. Morelock, T.E., Correll, J.C., 2008. Spinach, handbook of plant breeding. Ed. J. Prohens, F. Nuez, M.J. Carena. (pp:196-199). Springer Science.
30. Nimmakayala, P., Levi, A., Abburi, L., Abburi, V.L., Tomason, Y.R., Saminathan, T., 2014. Single nucleotide polymorphisms generated by genotyping by sequencing to characterize genome-wide diversity, linkage disequilibrium and selective sweeps in cultivated watermelon. BMC Genomics 15(1):767.
31. Nonnicke, I.L., 1989. Vegetable production. Van Nostrand Runhold.
32. Plantum, 2016. Denomination of Pfs: 16, a new race of downy mildew in spinach (http://www. plantum.nl/321519635/document?documentregistrationid=780926983; Erişim Tarihi: Kasım 2019).
33. Poland, J.A., Rife, T.W., 2012. Genotyping by sequencing for plant breeding and genetics the plant. Genome 5:92-102. (doi:10.3835/plant genome2012.05.0005).
34. Richards, M.C., 1939. Downy mildew of spinach and its control. Cornell Univ. Agr. Expt. Sta. Bull. 718.
35. Ryder, E.J., 1979. Leafy salad vegetables. New York: AVI.
36. Schmitz-Linneweber, C., Maier, R.M., Alcaraz, J., Cottet, A., Herrmann, R. Gl, Mache, R., 2001. The plastid chromosome of spinach (Spinacia oleracea): complete nucleotide sequence and gene organization. Plant Molecular Biology. 45:307-315.
37. Sonah, H., Bastien, M., Iquira, E., Tardivel, A., Legare, G., 2013. An improved genotyping by sequencing (GBS) approach offering increased versatility and efficiency of SNP discovery and genotyping. PLoS One 8:54603.
38. TUİK, 2018. Türkiye İstatistik Kurumu (https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=92&locale=tr; Erişim Tarihi: Kasım 2019).
39. Van Dijk, EL., Auger, H., Jaszczyszyn, Y., Thermes, C., 2014. Ten years of next-generation sequencing technology. Trends Genet. 30(9):418-26. https://doi.org/10.1016/ j.tig.2014.07.001 PMID: 25108476.
40. Xu, Y., Crouch, JH., 2008. Marker assisted selection in plant breeding: from publications to practice. Crop Sci. 48:391-407.