DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1716290
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41783412
تاريخ النشر: 2026-02-12
المؤلف: Matthias Pfeifer وآخرون
الموضوع الرئيسي: أمراض الفطريات العفن البودري
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الأساس الجيني لمقاومة العفن البودري في زراعة التفاح، مع التركيز بشكل خاص على المقاومة التي يوفرها Malus baccata ‘Jackii’ ضد العامل الممرض Podosphaera leucotricha. أظهرت النتائج السابقة أن سمة المقاومة، المعينة باسم Plbj، تتواجد مع علامة AFLP على مجموعة الربط 10. كانت هذه الدراسة تهدف إلى بناء خرائط الربط الجيني، وتطوير علامات جزيئية، وتحديد الجينات المرشحة المرتبطة بـ Plbj باستخدام تسلسل الجينوم لـ M. baccata ‘Jackii’.
استخدمت الدراسة مجموعة سكانية من الجيل الأول مشتقة من التهجين بين ‘Idared’ و M. baccata ‘Jackii’، حيث تم تصنيف المجموعة على مدى عدة سنوات وتحديد جينومها باستخدام SNPs من التسلسل المستهدف (tGBS) وSSRs. أكدت خرائط الربط الجيني وجود موضع Plbj على مجموعة الربط 10، مع تحديد QTL صغير أيضًا على مجموعة الربط خمسة. تم تحديد موضع Plbj بدقة إلى منطقة بطول 3,287,286 قاعدة على النمط الوراثي الأول من جينوم M. baccata ‘Jackii’، حيث تم تحديد مرشحين محتملين لجينات المقاومة. تؤكد النتائج على فائدة العلامات الجزيئية في برامج التربية وتضع الأساس للدراسات الوظيفية المستقبلية لموضع Plbj.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية التفاح المستأنس (Malus domestica) كنوع من الفواكه المعتدلة الذي يواجه تهديدات متزايدة من الضغوط البيولوجية، وخاصة العفن البودري الناتج عن جنس Podosphaera. هذا العامل الممرض قابل للتكيف بشكل كبير، قادر على إصابة العديد من الأنواع النباتية، ويشكل تحديات اقتصادية كبيرة في زراعة التفاح بسبب قدرته على التسبب في تأخر النمو وتشوهات في أجزاء مختلفة من النبات. تشمل استراتيجيات الإدارة الحالية الممارسات الثقافية واستخدام المبيدات الفطرية، على الرغم من أن ظهور مقاومة المبيدات الفطرية يتطلب تطوير أصناف تفاح مقاومة كطريقة تحكم أكثر استدامة.
تسلط الورقة الضوء على وجود عدة جينات مقاومة رئيسية ضد العفن البودري داخل جنس Malus، مثل Pl-1 و Pl-2 و Plbj، من بين آخرين. ومع ذلك، يمكن التغلب على المقاومة، مما يشير إلى الحاجة إلى دمج جينات مقاومة مختلفة لتعزيز المتانة. تهدف الدراسة إلى تحسين رسم الخرائط الجينية لموضع مقاومة Plbj على مجموعة الربط 10 وتقييم فعاليتها في الظروف الميدانية. كما تسعى لتطوير علامات جزيئية للاختيار المعزز بالعلامات وتحديد مرشحي جينات المقاومة المحتملة باستخدام تسلسل الجينوم المحلّل للنمط الوراثي لنسخة التفاح المعنية في الدراسة.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. كما يصف قسم الطرق البروتوكولات المتبعة، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها، أحجام العينات، والضوابط المنفذة للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، المدة، وأي تقنيات محددة استخدمت لجمع البيانات. يسمح هذا النهج الشامل بفهم واضح لكيفية إجراء البحث، مما يسهل تقييم موثوقية وصحة النتائج التي تم الحصول عليها.
نتائج
تكشف نتائج التصنيف من مجموعات ‘Idared’ × Mbj F1 عن رؤى مهمة في مقاومة العفن البودري. في مجموعة الخرائط الأولية، التي تضم 122 فردًا من الجيل الأول، بلغ متوسط درجة شدة المرض ذروته عند 2.76 في صيف 2023، بينما تم تسجيل أدنى درجة 1.34 في ربيع 2010. تراوحت تقييمات الشدة بين النسل من 7 إلى 9، مما يشير إلى ضغط عدوى مرتفع مستمر عبر التجارب الميدانية. من الجدير بالذكر أن 71 فردًا تم تصنيفهم على أنهم مقاومون، بينما تم تحديد 51 على أنهم عرضة على الأقل مرة واحدة طوال الدراسة.
في التقييمات اللاحقة لعامي 2023 و2024، تم تقييم 120 فردًا فقط بسبب فقدان نوعين وراثيين. أظهرت معاملات الارتباط سبيرمان لتقييمات الحقل اتساقًا قويًا، تراوحت من 0.61 إلى 0.97 عبر سنوات مختلفة. أظهرت التوزيعات الظاهرية نمطًا مائلًا إلى اليمين. في مجموعة F1 الثانوية، التي تتكون من 127 فردًا تم تقييمهم في الدفيئة في 2025، كان 46 مقاومين و81 عرضة. بشكل تراكمي، عبر كلا المجموعتين، تم تصنيف 117 فردًا على أنهم مقاومون و132 على أنهم عرضة، مما يبرز التباين في سمات المقاومة داخل هذه المجموعات.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في الأساس الجيني لمقاومة العفن البودري في التفاح باستخدام الصنف العرضة ‘Idared’ والنمط الوراثي المقاوم Mbj. تم إنشاء مجموعة خرائط من التهجين بين هذين النوعين، مما أسفر عن 122 فردًا من الجيل الأول، تم تصنيفهم لمقاومة العفن البودري على مدى عدة سنوات. كشفت التصنيفات عن ارتباط كبير بين المقاومة وعلامات محددة على مجموعات الربط (LG) 10 و5، مع وجود موضع المقاومة الرئيسي، Plbj، يقع بين علامات SSR LKSSRchr10_1998 وLKSSRchr10_2318B. أوضح هذا الموضع ما يصل إلى 74% من التباين الظاهري، بينما كان QTL صغير على LG 5 يمثل 9.1% إلى 16.0%.
استخدمت الدراسة تقنيات تحديد الجينات المتقدمة، بما في ذلك التسلسل القابل للتعديل (tGBS) وPCR المحدد للأليلات التنافسية (KASP)، لتحديد تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNPs) وتطوير علامات مرتبطة بالمقاومة. تم بناء خريطة ربط جينية لـ Mbj HT1، تتكون من 17 مجموعة ربط و948 علامة SNP، مما سهل تحديد مرشحي جينات المقاومة داخل موضع Plbj. تؤكد النتائج على أهمية دمج جينات مقاومة متنوعة في برامج تربية التفاح لتعزيز المتانة ضد العفن البودري، وهو أمر بالغ الأهمية نظرًا لزيادة انتشار هذا المرض والطلب المتزايد على ممارسات الزراعة المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1716290
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41783412
Publication Date: 2026-02-12
Author(s): Matthias Pfeifer et al.
Primary Topic: Powdery Mildew Fungal Diseases
Overview
The research investigates the genetic basis of powdery mildew resistance in apple cultivation, specifically focusing on the resistance conferred by Malus baccata ‘Jackii’ against the pathogen Podosphaera leucotricha. Previous findings indicated that the resistance trait, designated as Plbj, co-segregates with an AFLP marker on linkage group 10. This study aimed to construct genetic linkage maps, develop molecular markers, and identify candidate genes associated with Plbj using the genome sequence of M. baccata ‘Jackii’.
The study utilized an F1 population derived from the cross between ‘Idared’ and M. baccata ‘Jackii’, phenotyping the population over multiple years and genotyping it with SNPs from targeted genotyping by sequencing (tGBS) and SSRs. The genetic linkage maps confirmed the presence of the Plbj locus on linkage group 10, with a minor QTL also identified on linkage group five. The Plbj locus was precisely delimited to a 3,287,286-bp region on haplotype one of the M. baccata ‘Jackii’ genome, where potential resistance gene candidates were identified. The findings underscore the utility of molecular markers in breeding programs and lay the groundwork for future functional studies of the Plbj locus.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of the domesticated apple (Malus domestica) as a temperate fruit crop that is increasingly threatened by biotic stresses, particularly powdery mildew caused by the genus Podosphaera. This pathogen is highly adaptable, capable of infecting numerous plant species, and poses substantial economic challenges in apple cultivation due to its ability to cause delayed growth and deformities in various plant parts. Current management strategies include cultural practices and the use of fungicides, although the emergence of fungicide resistance necessitates the development of resistant apple cultivars as a more sustainable control method.
The paper highlights the existence of several major resistance genes against powdery mildew within the Malus genus, such as Pl-1, Pl-2, and Plbj, among others. However, resistance can be overcome, indicating the need for pyramiding different resistance genes to enhance durability. The study aims to refine the genetic mapping of the Plbj resistance locus on linkage group 10 and assess its effectiveness in field conditions. It also seeks to develop molecular markers for marker-assisted selection and identify potential resistance gene candidates using the haplotype-resolved genome sequence of the apple clone involved in the study.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methods section also describes the protocols followed, including any statistical analyses performed, sample sizes, and controls implemented to validate the findings.
Additionally, the section may include information on the experimental conditions, such as temperature, duration, and any specific techniques used for data collection. This comprehensive approach allows for a clear understanding of how the research was conducted, facilitating the assessment of the reliability and validity of the results obtained.
Results
The phenotyping results from the ‘Idared’ × Mbj F1 populations reveal significant insights into powdery mildew resistance. In the primary mapping population, comprising 122 F1 individuals, the mean disease severity score peaked at 2.76 in summer 2023, while the lowest score of 1.34 was recorded in spring 2010. The severity ratings among the offspring ranged from 7 to 9, indicating a persistent high infection pressure across the field trials. Notably, 71 individuals were classified as resistant, whereas 51 were identified as susceptible at least once throughout the study.
In the subsequent evaluations for 2023 and 2024, only 120 individuals were assessed due to the loss of two genotypes. The Spearman correlation coefficients for field assessments demonstrated strong consistency, ranging from 0.61 to 0.97 across different years. The phenotypic distributions exhibited a right-skewed pattern. In the secondary F1 population, consisting of 127 individuals evaluated in the greenhouse in 2025, 46 were resistant and 81 were susceptible. Cumulatively, across both populations, 117 individuals were classified as resistant and 132 as susceptible, underscoring the variability in resistance traits within these populations.
Discussion
In this study, the genetic basis of powdery mildew resistance in apples was investigated using the susceptible cultivar ‘Idared’ and the resistant genotype Mbj. A mapping population was created from a cross between these two, resulting in 122 F1 individuals, which were phenotyped for powdery mildew resistance over multiple years. The phenotyping revealed a significant association between resistance and specific markers on linkage groups (LG) 10 and 5, with the major resistance locus, Plbj, located between the SSR markers LKSSRchr10_1998 and LKSSRchr10_2318B. This locus explained up to 74% of the phenotypic variance, while a minor QTL on LG 5 accounted for 9.1% to 16.0%.
The study employed advanced genotyping techniques, including tunable genotyping-by-sequencing (tGBS) and Kompetitive Allele Specific PCR (KASP), to identify single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and develop markers linked to resistance. A genetic linkage map of Mbj HT1 was constructed, comprising 17 linkage groups and 948 SNP markers, which facilitated the identification of resistance gene candidates within the Plbj locus. The findings underscore the importance of incorporating diverse resistance genes into apple breeding programs to enhance durability against powdery mildew, a critical concern given the increasing prevalence of this disease and the growing demand for sustainable agricultural practices.