Роза - самое известное и любимое декоративное растение во всем мире.
Как и в большинстве других программ селекции декоративных растений, молекулярные инструменты до сих пор использовались редко. Существует ряд препятствий для осуществления молекулярной селекции роз. Они включают его тетраплоидную природу, тот факт, что он размножается вегетативно, и что большие генетические выгоды все ещё могут быть достигнуты простым скрещиванием и отбором.
В то время как для крупных сельскохозяйственных культур основное внимание уделяется урожайности и другим количественным признакам как для академического сообщества, так и для селекционеров, исследования роз сосредоточились на качественных характеристиках, таких как наличие/отсутствие «двойного цветка», а также на некоторых устойчивостях к болезням и на цветочном развитии. Хотя роза является идеальным модельным видом для изучения молекулярной основы этих признаков.
Мировое сообщество исследователей роз сравнительно мало. Поэтому разработка новой информации и инструментов для селекции роз и генетики в последние несколько лет стала важным шагом. Наличие последовательностей генома розы сделало возможным выявление генов-кандидатов по этим признакам. Как только ген-кандидат найден, аллельное разнообразие может быть связано с функциональным разнообразием, что приводит к «кандидатным аллелям», которые широко используются в высокогетерозиготной и полиплоидной культуре.
Секвенирование следующего поколения также облегчило создание транскриптомов и большого количества маркеров однонуклеотидного полиморфизма.
Благодаря недавно разработанному программному обеспечению для оценки доз и генетического картирования в полиплоидах недавно были созданы сверхплотные генетические карты для диплоидных и тетраплоидных роз, которые содержат намного больше маркеров, чем генетические карты из предыдущих популяций диплоидных роз.
Генетическое разнообразие у роз
Историческое селекция роз включало в себя сложную последовательность межвидовых гибридизаций от семи до пятнадцати диких видов, которые внесли вклад в зародышевую плазму современных роз (количество зависит от интерпретации и важности, приписываемой их вкладу в одомашнивание), формируя, таким образом, геномы современных сортов после три века размножения.
Это нетипичное генетическое узкое место означает, что генетическое разнообразие у роз в настоящее время охватывает два источника изменения последовательности.
- С одной стороны, генетическое разнообразие роз включает от 140 до 180 диких видов, включая все генетические вариации в них.
- С другой стороны, он включает огромное количество сортов роз, которые в настоящее время превышают 30 000 культурных сортов.
Несколько исследований генетического разнообразия у роз были проведены в основном в культивируемой зародышевой плазме. Эти исследования пролили некоторый свет на общие закономерности генетического разнообразия, но дают мало информации о вкладе конкретных предков в гибридизацию с желаемыми признаками.
Важные черты в розе
1. Режим цветения: периодическое или одноцветное
Дикие розы цветут весной в течение нескольких недель. Те, которые имеют способность цвести снова после первого цветения, описываются как периодические цветения. Есть много повторяющихся цветущих видов в декоративном секторе, в том числе жасмин, гвоздика, гортензия, пеларгония и лаванда. После первого периода цветения повторяющаяся цветущая роза обладает способностью цвести во второй раз, либо непрерывно в течение благоприятного сезона, либо позже в сезон, который может быть случайным. Фенотип с непрерывным цветением обусловлен мутацией в гене репрессора цветения.
В настоящее время изучены только экстремальные фенотипы (непрерывное или однократное цветение).
2. Количество лепестков
У цветов дикой розы пять лепестков.
Во время одомашнивания и отбора роз были отобраны цветы с многочисленными лепестками, которые назывались «двойной цветок». В одном цветке было обнаружено до 517 лепестков. Было высказано предположение, что фенотип двойного цветка обусловлен нарушением регуляции генов во время цветочного развития.
Доминантный ген, контролирует одиночные и двойные лепестки (фенотип двойного цветка является доминирующей качественной характеристикой).
Идеальное количество лепестков для срезанных роз, с коммерческой точки зрения, составляет от 40 до 60 лепестков, в то время как в коммерческих сортах садовых роз большее разнообразие.
3. Развитие и цвет лепестков
Цвет розы играет важную роль в привлекательности цветка для насекомых, и для людей; поэтому цвет имеет важное эстетическое значение. В роду Rosa присутствуют большинство цветов, за исключением синего, и доступно большое разнообразие цветовых вариантов, включая интенсивность и организацию цвета на лепестках.
Эти цвета происходят из разных генетических фонов: розовый и фиолетовый от Rosa rugosa и желтый от Rosa ecae, Rosa foetida и Rosa hemisphaerica.
- Оранжевый цвет, индуцированный пеларгонидиновым пигментом, был введен Кордесом. Более темная центральная зона розовых цветов, вероятно, произошла от Rosa persica.
- Желтый и оранжевый цвета являются результатом накопления каротиноидного пигмента, в то время как красный цвет объясняется накоплением антоцианов, в основном гликозилированного ксантоцианидина. У розы уникальный фермент гликозилтрансфераза осуществляет гликозилирование в двух разных положениях.
- Синий/фиолетовый цвет обычно является результатом накопления антоцианинов на основе дельфинидинов. Отсутствие дельфинидина в розе объясняется отсутствием флавоноида-гидроксилазы.
Благодаря подробной аннотации каротиноид-связанных и флавоноидных генов биосинтеза в геноме розы, теперь можно исследовать совместную локализацию между генами и анализировать гены-кандидаты.
Это может помочь ответить на некоторые интригующие вопросы, касающиеся цвета в розе:
- Почему красный цвет преобладает в современных розах;
- Почему трудно получить ярко-желтый цвет;
- Каковы источники разнообразия.
4. Аромат
Ароматы садовых роз очень разнообразны, и в процессе выбора аромат всегда был важной чертой. Однако не все продаваемые розы сильно ароматизированы, несмотря на усилия заводчиков. В частности, розы, выращиваемые на рынке срезанных цветов, часто не имеют запаха. В современных розах аромат в основном производится из лепестков, хотя тычинки также вносят вклад. Из лепестков роз были выделены сотни летучих молекул, принадлежащих к различным путям биосинтеза. Сочетание этих молекул создает особый букет с ароматом розы. Биосинтетические пути многих соединений с ароматом розы полностью не известны. Биосинтез 3,5-диметокситолуола, ответственного за «чайный запах» некоторых сортов, с участием O-метилтрансферазы, были расшифрованы первыми. Путь, ведущий к 2-фенилэтанолу, также был детально изучен, с идентификацией ключевых ферментов фенилацетальдегидсинтаза и фенилацетальдегидредуктаза.
Недавно для роз 2-фенилэтанола был выявлен альтернативный путь, который вызван сезонно летом. Этот новый путь использует ароматическую аминокислоту аминотрансферазу и фенилпируват декарбоксилазу.
Терпеноиды, особенно монотерпеновые спирты, такие как гераниол, также являются основными компонентами летучих компонентов розовых цветов, в основном ответственными за «типичный аромат розы».
В заключение
Если селекционеры роз объединятся с исследователями и начнут внедрять методы селекции на основе маркеров и геномных исследований, то улучшится селекция и урожайность роз в соответствии с новыми требованиями.