Der Anbau von Spinat (Spinacia oleracea L.), einem beliebten und nährstoffreichen Gemüse, ist stark von der Falschen Mehltaukrankheit bedroht. Diese Krankheit wird durch den wirtsspezifischen Erreger Peronospora effusa verursacht, der sich in 19 verschiedene Rassen entwickelt hat.
Durch die Selbstbefruchtung weiblicher Spinatpflanzen entstehen Inzuchtsamen, denen die gewünschte Kombination komplementärer RPF-Loci (Resistenz gegen Peronospora farinosa) fehlt, was zu einer Infektion mit Falschem Mehltau führt. Da neue Krankheitserregerrassen auftauchten und zuvor resistenten Spinat wieder anfällig machten, war eine kontinuierliche Erforschung neuer RPF-Gene erforderlich.
Durch fortgeschrittene genetische Sequenzierung wurden mehrere RPF-Loci auf dem Spinatchromosom lokalisiert, was die Entwicklung resistenter Stämme unterstützt. Die anhaltende Herausforderung unterstreicht den Forschungsbedarf, um einen nachhaltigen Spinatanbau sicherzustellen.
Im April 2023, Gartenbauforschung veröffentlichte eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Die Skim-Resequenzierung kartiert die Falschen Mehltau-Resistenzorte RPF2 und RPF3 in den Spinatsorten Whale und Lazio genau„.
In dieser Studie wurden die Differenzialsorten Lazio und Whale (resistent gegen Rasse 5 von P. effusa) mit Viroflay (anfällig für alle Rassen von P. effusa) gekreuzt, um F1-Samen zu erzeugen. Die männlichen und weiblichen F1-Pflanzen durften sich mit F2-Samen kreuzen, die von weiblichen Pflanzen geerntet und für Inokulationen und genetische Analysen verwendet wurden.
Die Forscher verwendeten zunächst Inokulationsexperimente, um die Resistenzreaktion bei Spinatnachkommen gegen P. effusa Rasse 5, die Elternlinien Lazio, die nahe isogene Linie 2 (NIL2) und NIL3 zu verstehen, die Resistenz zeigten, während Viroflay und NIL4 anfällig waren. Nachkommen aus der Kreuzung Viroflay x Lazio wiesen ein Mendelsches Segregationsverhältnis von 3:1 für Resistenz auf, was auf die Regulierung durch ein einzelnes dominantes Gen schließen lässt.
Durch die Sequenzierung der Nachkommenpopulation von Viroflay x Lazio wurden Sequenzdaten von 173,79 Gb generiert, und hochwertige Sequenzablesungen wurden mit dem Sp75-Referenzgenom für den Aufruf von Einzelnukleotidpolymorphismus (SNP) abgeglichen. Aus den ersten SNP-Rohdatensätzen führten Filter- und Imputationsverfahren zu 15.021 SNPs auf sechs Spinatchromosomen, die für die GWAS-Analyse als geeignet erachtet wurden. Ein weiterer Satz von SNPs wurde auch durch die Kombination von Daten der Nachkommen von Viroflay x Whale erhalten, was insgesamt 34.234 SNPs für die nachgelagerte GWAS-Analyse ergab.
Hinsichtlich der genetischen Vielfalt des Nachkommenpanels differenzierten sich Viroflay x Lazio und Viroflay x Whale in vier Subpopulationen. Diese Ergebnisse waren für die GWAS-Analyse von Bedeutung und halfen bei der Kontrolle der Bevölkerungsstruktur. Das Hauptziel dieser Studie war die Kartierung des RPF2-Locus. Durch Assoziationsanalyse wurden 23 SNPs identifiziert, die mit dem RPF2-Locus auf Chromosom 3 zwischen den Positionen 0,47 bis 1,46 Mb assoziiert sind.
Eine umfassendere Untersuchung von 384 Nachkommenlinien, die gegen P. effusa Rasse 5 bewertet wurden, ergab 28 SNPs in vier TASSEL- und GENESIS-Modellen. Die kombinierte GWAS-Analyse führte zur Entdeckung einzigartiger Resistenzregionen für RPF2 in Latium und RPF3 in Whale. Bei der Suche nach assoziierten Genen wurden drei signifikante Gene (Spo12793, Spo12908, Spo12916) in unmittelbarer Nähe der RPF2-assoziierten SNPs sowie Spo12908 identifiziert, das 14–16 Kb von den Spitzen-SNPs entfernt liegt (Chr3_1, 221, 009). .
Zusammenfassend kartierte diese Studie den RPF2-Locus, der mit der Resistenz gegen Falschen Mehltau im Bereich von 0,47 bis 1,46 Mb von Chromosom 3 in der Sorte Latium verbunden ist. Die Entdeckung von RPF2-assoziierten Genen, insbesondere von Spo12821, bietet vielversprechende Aussichten für zukünftige Forschungen zur Entwicklung von gegen Falschen Mehltau resistenten Spinatsorten, von denen Spinatproduzenten und -konsumenten gleichermaßen profitieren werden.
Mehr Informationen:
Gehendra Bhattarai et al., Skim-Resequencing kartiert die Falschen Mehltau-Resistenzorte RPF2 und RPF3 in den Spinatsorten Whale und Lazio genau. Gartenbauforschung (2023). DOI: 10.1093/hr/uhad076