Validity Determination of Some Molecular Markers Used in Melon Breeding

Abstract

The present work aimed to validate some molecular markers (AM, FM, Fom2-R408, Fom2-S342, SCAPB051046, SCOPE14541, T1, T1ex, M3A and M3a SCAR markers and Fom1R-Fom1S, CAPS-Dde I, CAPS2, CAPS3 and EX1-C170T CAPS markers) developed for melon breeding in the literature on some melon cultivars and genotypes in Turkey with the aid of marker-assisted selection. For this purpose, these molecular markers developed for resistance to Fusarium oxysporum f. sp. melonis (FOM), Cucumber mosaic virus (CMV) and powdery mildew or sex determination have been tested. AM, FM, Fom2-R408 and Fom2-S342, (SCAR) and Fom1R-Fom1S, CAPS2, and CAPS3 (CAPS) markers for FOM; SCAPB051046 and SCOPE14541, (SCAR) for CMV; CAPS-Dde I for powdery mildew; T1, T1ex, CAPS EX1-C170T, M3a and M3A markers for sex determination were employed. These selected markers were examined in 24 melon genotypes, 11 of which were commercial F1 cultivars. The results were obtained from FM, Fom2-R408 and Fom2-S342 SCAR markers and Fom1R-Fom1S CAPS marker for Fusarium wilt disease and SCAR SCOPE14541 for CMV. In this context, it is seen that the resultant SCAR and CAPS markers could be used effectively in MAS studies.

Keywords

• Cucumis melo L.
• CAPS
• SCAR
• MAS
• Melon

Öz

Bu çalışmada, literatürde kavunda geliştirilen AM, FM, Fom2-R408, Fom2-S342, SCAPB051046, SCOPE14541, T1, T1ex, M3A, M3a, SCAR belirteçleriyle; Fom1R-Fom1S, CAPS-Dde I, CAPS2, CAPS3, EX1-C170T CAPS belirteçlerinin, markör destekli seleksiyon yardımıyla ülkemizdeki bazı kavun çeşitleri ve genotipleri üzerinde geçerliliğini tespit etmek amaçlanmıştır. Bu amaçla Fusarium oxysporum f. sp. melonis (FOM), hıyar mozaik virüsü (CMV), külleme hastalığı ve cinsiyet tanımlanması için geliştirilmiş olan bu moleküler belirteçler test edilmiştir. FOM için; AM, FM, Fom2-R408, Fom2-S342, (SCAR) ile Fom1R-Fom1S, CAPS2, CAPS3, (CAPS) belirteçleriyle testleme yapılmıştır. CMV için; SCAPB051046, SCOPE14541, (SCAR), külleme için, CAPS-Dde I, cinsiyet belirleme için T1, T1ex, CAPS EX1-C170T, M3a, M3A markörleri kullanılmıştır. Bu seçilen belirteçlerin, 11’i F1 çeşit olmak üzere ve bazı egzotik tipleri de içeren toplam 24 kavun genotipinde etkinliği incelenmiştir. Çalışılan belirteçlerden Fusarium solgunluğu için, SCAR; FM, Fom2-R408, Fom2-S342 ve CAPS Fom1R-Fom1S, CMV için SCAR SCOPE14541 markörlerinden sonuç alınabilmiştir. Bu bağlamda sonuç alınan SCAR ve CAPS belirteçlerinin kavunda MAS çalışmalarında etkin bir şekilde kullanılabileceği öngörülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• CAPS
• MAS
• SCAR
• Kavun
• Cucumis melo

References

1. Agrios, G. N. (1997). Plant diseases caused by viruses. In Plant Pathology, 479-556.
2. Akakaçar, Y. (2001). Türkiye’de yetiştirilen önemli kiraz (Prunus avium L.) ve vişne (Prunus cerasus L.) çeşit ve tiplerinin DNA parmakizi yöntemi ile sınıflandırılması, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, Doktora Tezi, 192s.
3. Anonim. (2016). www.bitkisagligi.net Erişim tarihi: 09.11.2017
4. Baker, B., Zambryski, P., B., Staskawicz, S.P., & Dinesh-Kumkar. (1997). Signalling in plant-microbe interactions. Science. 276, 726-733.
5. Ballvora, A., Hesselbach. J., Niewöhner. J., Leister. D., Salamini. F., & Gebhardt. C. (1995). Marker enrichment and high- resolution map of the segment of potato chromosome VII harbouring the nematode resistance gene Gro1. Mol Gen. Genet. 249, 82-90.
6. Bradshaw, J.E., C.A., Hackett, R.C., Meyer, D. Milbourne, J.W.McNicol, M.S., Philips, & R.Waugh. (1998). Identification of AFLP and SSR markers associatedwith quantitative resistance to Globodera pallida (Stone) in tetraploidpotato (Solonum tuberosum subsp. tuberosum) with a view to marker-assisted selection. Theor. Appl. Genet. 97, 202-210.
7. Daryono B.S., K.W, Natsuaki KT. (2009). Development of random amplified polymorphism DNA markers linked to CMV-B2 resistance gene in melon. Journal of Biosciences., 142-146.
8. Demir S. Ö. Türkmen S., Sensoy, A. Akköprü, C. Erdinc, M. Yıldız, & T. Kabay (2006). Reactions of melon landraces grown in the lake Van Basin to the physiological races of Fusarium oxysporum f.sp. melonis. Eur. J. Hort. Sci.71(2), 91-95 domestication patterns. Euphytica 164, 445-461.

9. Doyle, J.J., Doyle, J.L. (1990). A rapid total DNA preparation procedure for fresh plant tissue. Focus, 12, 13-15.
10. Erdinc, C., Ekincialp, A., Yildiz, M., Kabay, T., Turkmen, O., & Sensoy, S. (2013). Molecular genetic diversity in Lake Van Basin melons (Cucumis melo L.) based on RAPD and ISSR markers. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 23(3), 264-270.
11. FAO, (2020). Statistic database. http://faostat.fao.org/. Erişim tarihi: 17.06.2021
12. Grube, R. C., Radwanski, E. R., & Jahn, M. (2000). Comparative genetics of disease resistance within the Solanaceae. Genetics, 155(2), 873-887.
13. Hosseinalizadeh, S., Erincik, Ö., & Açikgöz, S. (2021). Ege bölgesi bağ alanlarından elde edilen phomopsis viticola izolatlarının morfolojik moleküler ve patojenik karakterizasyonu. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 31(2), 305-317.
14. Ibrahim, A. S., & Erdinç, Ç. (2020). Determination of Genetic Relations among Tomato Accessions in Sulaymaniyah Region through ISSRs Markers Genetic Relations in Tomato Accessions. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 30(4), 810-820.
15. Jeffrey, C. (2001). Cucurbitacae. In: Hanelt P. and Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (Eds.), Mansfeld’s Encyclopedia of Agricultural and Horticultural Crops. Springer, New York, NY, USA.
16. Jiang, G., Qu, W., Cruz, Y., Chang, C. J., Ho, G. Y., Klein, R. S., & Burk, R. D. (1997). PCR detection of human papillomavirus: comparison between MY09/MY11 and GP5+/GP6+ primer systems. Journal of Clinical Microbiology, 35(6), 1304-1310.
17. Joobeur, T., King, J.J., Nolin, S.J., Thomas, C.E., & Dean, R. A. (2004). The Fusarium wilt resistance locus Fom-2 of melon contains a single resistance gene withcomplex features. The Plant Journal, 39, 283-297
18. Kearney, C. M., Gonsalves, D., Provvıdentı, R. (1990). A severe strain of cucumber mosaic virus from china and associated satellite RNA. Plant Disease, 74,819-823.
19. Lu, Z.-X., K. Sossey-Alaoui, G.L. Reighard, Wm.V. Baird, & A.G. Abbott. (1999). Development and characterization of a codominant marker linked to root-knot nematode resistance, and its application to peach rootstoc breeding. Theor. Appl. Genet. 99,115-122
20. Luan, F., Delannay, I., & Staub, J. E. (2008). Chinese melon (Cucumis melo L.) diversity analyses provide strategies for germplasm curation, genetic improvement, and evidentiary support domestication patterns. Euphytica, 164(2), 445-461.
21. Martyn, R. D., & Gordon, T. R. (1997). The evolutionary biology of Fusarium oxysporum. Annual review of phytopathology, 35(1), 111-128.
22. McCreight, J. D., Nerson H., & Grumet, R. (1993). Melon (Cucumis melo L). In: Kalloo G, Berch BO (Eds.) Genetic Improvement of Vegetable Crops, (pp. 267–294). Pergamon Press, Oxford. Nakata, E., Staub, J.E., Lopez-Sese, A.L., & Katzir, N. (2005). Genetic diversity of Japanese melon cultivars (Cucumis melo L.) as assessed by random amplified polymorphic DNA and simple sequence repeat markers. Genetic Resources Crop Evolution 52 (4), 405-419.
23. Nogay, A. (1983). Marmara bölgesi cucurbitaceae familyası kültür bitkilerinde görülen virus hastalıklarının tanılanması, tohumla geçiş durumlarının ve konukçu dizilerinin saptanması üzerinde araştırmalar. (Doktora Tezi). Erenköy – İstanbul, 120s.
24. Oumouloud, A., Arnedo-Andres, M.S., Gonzalez-Torres, R., & Alvarez, J.M. (2008). Development of molecular markers linked to the Fom-1 locus for resistance to Fusarium race 2 in melon. Euphytica, 164,347–356.
25. Oumouloud, A., El Otmani, M., & Álvarez, J. M. (2015). Molecular characterization of Fom-1 gene and development of functional markers for molecular breeding of resistance to Fusarium race 2 in melon. Euphytica, 205(2), 491-501.
26. Oumouloud, A., Mokhtari, M., Chikh-Rouhou, H., Arnedo-Andres,M.S., Gonzalez- Torres, R., & Alvarez, J.M. (2012). Characterization of the Fusarium wilt resistance Fom-2 gene in melon. Molecular breeding, Mol Breeding 30(1),325-334
27. Özcan, S ,. Babaoğlu, M., & Sancak, C. (2001), Bitki Biyoteknolojisi I Doku Kültürü ve Uygulamaları, Babaoğlu, M., Gürel, E., Özcan, S., S.Ü. Vakfı Yayınları, Konya, 71-88.
28. Palukaitis, P., Roossinck, M. J., Dietzgen, R. G., & Francki, R. I. (1992). Cucumber mosaic virus. Advances in virus research, 41, 281-348.
29. Pitrat, M., Hanelt, P., & Hammer, K. (2000). Some comments on infraspecific classification of cultivars of melon. In VII Eucarpia Meeting on Cucurbit Genetics and Breeding 510 (pp. 29-36). Rajapakse, S., (2003). Progress in Application of Molecular Markers to Genetic Improvement of Horticultural Crops. Acta.Hort., 625, 29-35.
30. Sari, N., Tan, A., Yanmaz, R., Yetisir, H., Balkaya, A., Solmaz, İ., & Aykas, L. (2008). General status of cucurbit genetic resources in Turkey. M. Pitrat (Ed), Proc of the IXth EUCARPIA meeting on genetics and breeding of Cucurbitaceae Avignon (France) May 21-24th pp. 21-32.
31. Sensoy, S. (2005). Türkiye kavunlarındaki genetik varyasyonun ve fusarium solgunluğuna dayanıklılığın fenotipik ve moleküler yöntemlerle araştırılması. 164 (Doktora Tezi), Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı,Van,Türkiye.
32. Sensoy, S., Buyukalaca, S., & Abak, K. (2007a). Evaluation of genetic diversity in Turkish melons (Cucumis melo L.) based on phenotypic characters and RAPD markers. Genetic Resources Crop Evolution 54 (6), 1351-1365.
33. Sensoy, S., Demir, S., Buyukalaca, S., & Abak, K. (2007b). Response of Turkish melon genotypes to Fusarium oxysporum f. sp. melonis race 1 determined by inoculation tests and RAPD markers sequence repeat markers. Genetic Resources Crop Evolution 52 (4), 405-419.
34. Sheng, Y., Luan, F., Chen, K., Cui, X., & Staub, J.E. (2007). Genetic diversity of Chinese thin-skinned melon cultivars (Cucumis melo L.) based on simple sequence repeat markers. Acta Horticulturae 763, 169-176
35. Staub, J.E., Serquen, F.C., & Gubta, M. (1996). Genetic Markers, Map Construction, and Their Application in Plant Breeding. Hort Science 31,729- 740
36. Üstün, A., Smith, R. L. & Gülümser, A. (1996). Moleküler markörler ve bitki ıslahında kullanımları. Om Ü. Zf Dergisi, 11(2), 249-263.
37. Wang, Y. H., Thomas, C.E., Dean, R. A. (2000). Genetic mapping of a Fusarium wilt resistance gene Fom-2 in melon (Cucumis melo L.). Mol Breed 6, 379–389 Üniversitesi Basım Evi, Bornova, İzmir.
38. Weeden, N. F., Muehlbauer, F. J., & Ladizinsky, G. (1992). Extensive conservation of linkage relationships between pea and lentil genetic maps. Journal of Heredity, 83(2), 123-129.
39. Yildiz, M., Ekbic, E., Keles, D., Sensoy, S., & Abak, K. (2011). Use of ISSR, SRAP, and RAPD markers to assess genetic diversity in Turkish melons. Scientia Horticulturae, 130(1), 349-353.
40. Yılmaz, M.A., & Davis, R. F. (1984). Purification and Particle Morphology of TMV, CMV and ZYMV Isolated from Various Cultivated Crops Grown along the Mediterranean Coast of Turkey. J. Turkish Phytopathology, 13, 20-28.
41. Yılmaz, M.A., Kaska, N., Gezerel, O., & Çınar, A. (1979). Turfanda Domateslerde Ekim ve Dikim Zamanlarının Virüs Hastalıklarına Etkisi. Tübitak Proje No. 11.
42. Zitter, T. A., & Murphy, J. F. (2009). Cucumber mosaic. The Plant Health Instructor. doi: 10.1094. PHI-I-2009-0518-01.
43. Zitter, T.A. (1999). Fusarium Wilt of melon, a Wordwide Problem in temperate and tropical regions. Acta Horticulturae 492,157-160