Ph.D

The present research work entitled ‘Development and evaluation of high yielding, mosaic tolerant backcross progenies in bitter gourd (Momordica charantia L.) variety Preethi using morphological, biochemical and molecular markers’ was conducted in the Department of Plant Breeding and Genetics, College of Agriculture, Vellayani and Farming Systems Research Station (FSRS), Sadanandapuram during the year 2020-2023, with an objective to develop high yielding mosaic tolerant backcross progenies in bitter gourd using morphological, biochemical and molecular markers.
Thirty three bitter gourd genotypes, including KAU released varieties (2 No’s), NBPGR accessions (13 No’s), and local collections from all over India were used for screening mosaic tolerance. Out of the 33 genotypes, 26 genotypes were Momordica charantia var. charantia and seven were Momordica charantia var. muricata. All these genotypes were artificially inoculated with the three viruses Cucumber Mosaic Virus (CMV), Tomato Leaf Curl New Delhi Virus (ToLCNDV) and Papaya Ringspot virus (PRSV) through wedge grafting. Wedge grafting was done using the infected plant shoots as scion and the collected genotypes as root stock and regrowth from the cotyledonary axis was examined for symptom expression. Out of the 33 genotypes screened, three were highly resistant, four were resistant, five were moderately resistant, six were moderately susceptible, ten were susceptible and five were highly susceptible. The genotypes Lodhi local, Udayagiri local and Therthali local recorded a lowest Vulnerability Index of zero.
Molecular markers reported in Cucurbitaceae family were validated for bitter gourd mosaic resistance gene. SSR-11-1 marker for CMV resistance and CAPS marker for Potyvirus resistance gene were used, but no amplification was obtained. Double Antibody Sandwich ELISA (DAS-ELISA) was performed to confirm the resistance reaction of three highly resistant genotypes identified in seedling screening. Optical density (OD) value of the genotypes for the three viruses, CMV, ToLCNDV and PRSV were less than twice the OD value of the un-inoculated healthy plant which confirmed highly resistant disease reaction of genotypes. Molecular confirmation was done by using coat protein primer (Deng primer) specific to the Begomovirus group.
Deng primer amplifies coat protein gene of ToLCNDV (520 bp), so that band will be present in only susceptible genotypes and will be absent in resistant ones. Plant defense related enzymes such as peroxidase, polyphenol oxidase and phenyl alanine ammonialyase was estimated and there was increased rate of synthesis of these enzymes in the identified resistant genotypes. So the identified resistant genotypes, Lodhi local, Udayagiri local and Therthali local were used as the donor parent for imparting mosaic resistance into the bitter gourd variety Preethi. Lodhi local is M. charantia var. charantia genotype where as both Udayagiri local and Therthali local are M. charantia var. muricata genotypes.
High yielding variety released from KAU viz., ‘Preethi’ was selected as the recurrent parent in the study. Preethi was crossed with the three donor parents and F1s were produced. The F1s were morphologically evaluated with the parents for seventeen characters and it was observed that all the characters of F1 were approximately the average of two parents. All the F1s were backcrossed with Preethi to produce BC1F1 segregants. In the backcross progeny of the cross involving Preethi and Lodhi local, a total of 176 BC1F1 lines were developed. BC1F1 lines were artificially inoculated for their disease reaction. Among the 176 BC1F1 lines, 22 were found to be highly resistant to mosaic disease, 30 were resistant, 30 were moderately resistant, 26 were moderately susceptible, 35 were susceptible and 33 were highly susceptible. Confirmation of resistance was done using DAS- ELISA, Deng primers and estimation of defense enzymes. All the 17 biometrical characters were recorded and the Euclidean distance of the highly resistant BC1F1 lines from the recurrent parent Preethi was calculated using proximity dissimilarity matrix analysis. The 14 BC1F1 lines with high phenotypic similarity to Preethi was backcrossed to develop BC2F1 lines.
In the backcross progeny of the cross involving Preethi and Udayagiri local, a total of 170 BC1F1 lines were produced. Among them 15 BC1F1 lines were highly resistant. Resistant reaction of identified 15 BC1F1 was confirmed by DAS-ELISA, molecular screening and biochemical analysis. Euclidean distance of the highly resistant 15 BC1F1 lines from the recurrent parent revealed that eight lines showed similarity with Preethi and they were backcrossed to get BC2F1 lines. A total 147
BC1F1 lines of the cross involving Preethi and Therthali local were screened at seedling stage. Out of the 147 lines, 16 BC1F1 lines were highly resistant. DAS-ELISA, molecular screening using aforementioned Deng primer confirmed the resistant reaction of these lines. Euclidean distance using biometric characters found that, out of 16 highly resistant BC1F1 lines eight lines had close proximity with Preethi. These lines were used to produce BC2F1 lines.
The 190 BC2F1 lines of the cross involving Preethi and Lodhi local were screened at seedling stage and in 24 BC2F1 lines, there was absence of virus coat protein band which confirmed the highly resistant disease reaction of the aforementioned lines. The 12 BC2F1 lines with the shortest Euclidean distance and high phenotypic similarity with Preethi were selfed to generate BC2F2 seeds. In the 134 BC2F1 lines of the cross involving Preethi and Udayairi local, seedling screening recorded 17 highly resistant lines. After molecular confirmation of mosaic resistance four BC2F1 lines with close proximity to Preethi were selfed to get BC2F2 seeds. Out of the 143 BC2F1 lines of the cross involving Preethi and Therthali local, 20 BC2F1 lines were highly resistant. The molecular analysis of the 20 BC2F1 lines also confirmed the highly resistant reaction. Four BC2F1 lines with the shortest Euclidean distance was selected and selfed to produce BC2F2 seeds.
Although there were BC2F2 seeds of three different crosses, only the BC2F2 seeds of the cross involving Preethi and Lodhi local was carried forward for further backcrossing. This is due to the low yield potential of the backcross progenies of the crosses involving M. charantia var. muricata genotypes. So 206 BC2F2 lines of the cross involving Preethi and Lodhi local were artificially screened at seedling stage for mosaic incidence. Out of the 206 BC2F2 lines, 42 plants were highly resistant to bitter gourd mosaic viruses. The 42 mosaic tolerant backcross inbred lines developed in the study can be carried forward for the development of a mosaic tolerant essentially derived variety (EDV) in the background of high yielding variety Preethi. The backcross progenies obtained in the crosses involving muricata genotypes can be further evaluated for its nutraceutical values.
സംഗ്രഹം
ഡവലപ ്‌മെന റ ഓഫ ഹൈ യീൽഡിങ മെൊഹൈക ട ൊളറൻറ ബൊട്രൊസ്സ ട്പൊജനിൈ ഇൻ ബിറ്റർ ട ൊഡ മവഹററ്റി ്പീതി യൂൈിങ ടെൊർടഫൊളജിരൽ, ബടയൊമകെിരൽ, ടെൊളികയുലൊർ െൊർടരഴ ്‌ൈ എന്ധ ടവഷണം 2019-2023 കൊലയളവിൽ മവള്ളൊയണി കൊർഷിക ടകൊടളജിമല ൈൈയ്പൊജനന ജനിതക ശൊൈ ്ത വിഭൊ ത്തിൽ ൈംഘ ിപ്പിരുകയുണ്ടൊയി. ടെൊർടഫൊളജിരൽ, ബടയൊമകെിരൽ, ടെൊളികയുലൊർ െൊർരറുകൾ ഉപടയൊ ിച്ച കയ്പരയിൽ ഉയർന്ധ വിളവ നൽകുന്ധ മെൊഹൈക ട ൊളറൻ് റ ബൊര ്‌ട്കൊൈ ൈൈയങ്ങമള വികൈിപ്പിരുക എന്ധതൊയിരുന്ധു ടവഷണ ലക്ഷ്യം.
KAU പുറത്തിറരിയ ഇനങ്ങൾ (2 എണ്ണം), NBPGR ഹലനുകൾ (13 എണ്ണം), ഇന്ത്യയിമലമ്പൊ ുെുള്ള ്പൊടേശിക ടശഖരങ്ങൾ എന്ധിവ ഉൾമപ്പമ െുപ്പത്തിെൂന്ധ കയ്പര ജനിതകരൂപങ്ങൾ മെൊഹൈക ട ൊളറൻൈ പരിടശൊധിരുന്ധതിനൊയി ഉപടയൊ ിച്ചു. ഈ ജനിതക രൂപങ്ങളിടലമരല്ൊം മവഡ്ജ ് ൊഫ റ്റിം ിലൂമ െൂന്ധ ഹവറൈുകളൊയ കുരുമ്പർ മെൊഹൈക ഹവറൈ (CMV), മ ൊെൊടറ്റൊ ലീഫ ടകൾ നയൂ ഡൽൈി ഹവറൈ (ToLCNDV), പപ്പൊയ റിങ ്‌ൈ ്‌ടപൊട്ട ഹവറൈ (PRSV) എന്ധിവ കൃ്തിെെൊയി പകർന്ധു. ടരൊ ബൊധടയറ്റ മെ ികളുമ ശിഖരങ്ങൾ ൈടയൊണൊയും ടശഖരിച്ച ജനിതകരൂപങ്ങമള റൂട്ട ടറൊര ആയും ഉപടയൊ ിച്ചു. റൂട്ട ടറൊരിൽ നിന്ധും വളരുന്ധ ശിഖരങ്ങമള ടരൊ ലക്ഷ്ണങ്ങൾ ്പക ിപ്പിരുന്ധതിനൊയി പരിടശൊധിച്ചു. പരിടശൊധിച്ച 33 ജനിതകരൂപങ്ങളിൽ ടലൊധി ടലൊരൽ, ഉേയ ിരി ടലൊരൽ, ടതർത്തൊലി ടലൊരൽ എന്ധീ ജനിതകരൂപങ്ങൾ ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷി ടരഖമപ്പ ുത്തി.
്പതിടരൊധ ടശഷിയുള്ളതൊയി കമണ്ടത്തിയ ജനിതകരൂപങ്ങമള DAS ELISA യിലൂമ ഹവറൈ ന മറ ൈൊന്ധിധയം ഇല് എന്ധ ഉറപ്പു വരുത്തി. ടെൊളികയൂലർ കൺടഫൊെൊഷൻ മെയ്യുന്ധതിനൊയി ഹവറൈ ന മറ ടകൊട്ട ട്പൊ ീൻ ആംപ്ലിഹഫ മെയ്യുന്ധ ഹ്പെർ ഉപടയൊ ിച്ചു. ്പതിടരൊധ ടശഷിയുള്ള മെ ികളിൽ ഈ ഹവറൈ ന മറ ബൊൻഡ ഉണ്ടൊവുന്ധതല്. മബട ൊടെൊഹവറൈ ് ൂപ്പിൻ് മറ ്പടതയക ടകൊട്ട ട്പൊട്ടീൻ ഹ്പെർ (മഡം ഹ്പെർ) ഉപടയൊ ിച്ചൊണ തന്മൊ്തൊ സ്ഥിരീകരണം ന ത്തിയത .
മപടറൊക ്‌ൈിടഡൈ , ടപൊളിമഫടനൊൾ ഓക ്‌ൈിടഡൈ , ഫിഹനൽ അലഹനൻ അടെൊണിയൊ ലയൈ തു ങ്ങിയ ൈൈയൈംരക്ഷ്ണവുെൊയി
ബ􀘖മപ്പട്ട എൻഹൈെുകൾ കണരൊരുകയും തിരിച്ചറിഞ്ഞ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള ജനിതകരൂപങ്ങളിൽ ഈ എൻഹൈെുകളുമ ൈെനവയത്തിൻ് മറ നിരര വർധിരുകയും മെയ്തു. അതിനൊൽ തിരിച്ചറിഞ്ഞ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള ജനിതകരൂപങ്ങളൊയ ടലൊധി ടലൊരൽ, ഉേയ ിരി ടലൊരൽ, ടതർത്തൊലി ടലൊരൽ എന്ധിവമയ കയ്പര ഇനെൊയ ്പീതിയിടലര മെൊഹൈര ്പതിടരൊധം നൽകുന്ധതിന േൊതൊരളൊയി ഉപടയൊ ിച്ചു.
്പീതിമയ ഈ െൂന്ധ ഇനങ്ങളുെൊയി ൈങ്കരണം മെയ്തു. ഉത പൊേിപ്പിച്ച F1 ൈൈയങ്ങമള ്പീതിയുെൊയി ബൊട്രൊൈിങ ന ത്തി BC1F1 തലെുറമയ ഉത പൊേിപ്പിച്ചു. ്പീതിയും ടലൊധി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ബൊര ട്കൊൈ ൈന്ത്തിയിൽ, ആമക 176 BC1F1 ഹലനുകൾ വികൈിപ്പിമച്ച ുത്തു. BC1F1 ഹലനുകൾ അവയുമ ടരൊ ്പതികരണത്തിനൊയി ് ൊഫ്ട മെയ്തു. 176 BC1F1 ഹലനുകളിൽ, 22 എണ്ണം മെൊഹൈക ടരൊ മത്ത ്പതിടരൊധിരുന്ധവയും കമണ്ടത്തി. ്പതിടരൊധം സ്ഥിരീകരിരുന്ധത DAS-ELISA, മഡങ ഹ്പെറുകൾ, ്പതിടരൊധ എൻഹൈെുകളുമ എറിടെഷൻ എന്ധിവ ഉപടയൊ ിച്ചൊണ . എല്ൊ 17 ബടയൊമെ് ിരൽ ്പതീകങ്ങളും ടരഖമപ്പ ുത്തി, ഇനങ്ങളുമ ൈവഭൊവങ്ങൾ അ ിസ്ഥൊനെൊരി ട്പൊക ്‌ൈിെിറ്റി ഡിൈിെിലൊരിറ്റി െൊ് ിക്സ വിശകലനം ഉപടയൊ ിച്ച BC1F1 ഹലനുകളുമ യൂക്ലിഡിയൻ േൂരം കണരൊരി. BC2F1 ഹലനുകൾ വികൈിപ്പിരുന്ധതിനൊയി ്പീതിയുെൊയി ഉയർന്ധ ഫിടനൊഹ പ്പിക ൈൊെയെുള്ള 14 BC1F1 ഹലനുകൾ ബൊര ട്കൊൈ മെയ്തു.
്പീതിയും ഉേയ ിരി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ബൊര ്‌ട്കൊൈ ൈന്ത്തിയിൽ ആമക 170 BC1F1 ഹലനുകൾ നിർമ്മിച്ചു. അവയിൽ 15 BC1F1 ഹലനുകൾ ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ളവയൊയിരുന്ധു. തിരിച്ചറിഞ്ഞ 15 BC1F1 ൻ് മറ ്പതിടരൊധ ്പതികരണം DAS-ELISA, ടെൊളികയുലൊർ ൈ ്കീനിം , ബടയൊമകെിരൽ വിശകലനം എന്ധിവ സ്ഥിരീകരിച്ചു. ഇനങ്ങളുമ ൈവഭൊവങ്ങൾ അ ിസ്ഥൊനെൊരി ട്പൊക ്‌ൈിെിറ്റി ഡിൈിെിലൊരിറ്റി െൊ് ിക്സ വിശകലനം ഉപടയൊ ിച്ച BC1F1 ഹലനുകളുമ യൂക്ലിഡിയൻ േൂരം കണരൊരി. ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള 8 BC1F1 ഹലനുകൾ ്പീതിയുെൊയി ൈൊെയം കൊണിരുന്ധുമവന്ധും അവ BC2F1 ഹലനുകൾ ലഭിരൊൻ ബൊര ട്കൊൈ മെയ്യുകയും മെയ്തു. ്പീതിയും ടതർത്തൊലി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ബൊര ്‌ട്കൊൈ ൈന്ത്തിയിൽ ആമക 147 BC1F1 ഹലനുകൾ ഉണ്ടൊയി. 147 ഹലനുകളിൽ 16 BC1F1 ഹലനുകൾ ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ളവയൊയിരുന്ധു. DAS-ELISA, മഡങ ഹ്പെർ ഉപടയൊ ിച്ചുള്ള ടെൊളികയുലൊർ ൈ ്കീനിം എന്ധിവ ഈ
ഹലനുകളുമ ്പതിടരൊധ ്പതികരണം സ്ഥിരീകരിച്ചു. 16 ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള BC1F1 ഹലനുകളിൽ എട്ട ഹലനുകൾര ്പീതിയുെൊയി ൈൊെീപയെുമണ്ടന്ധ കമണ്ടത്തി. BC2F1 ഹലനുകൾ നിർമ്മിരൊൻ ഈ ഹലനുകൾ ഉപടയൊ ിച്ചു.
്പീതിയും ടലൊധി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ട്കൊൈിൽ 190 BC2F1 ഹലനുകൾ മെൊഹൈക ലക്ഷ്ണങ്ങൾരൊയി പരിടശൊധിച്ചു, 24 BC2F1 ഹലനുകളിൽ ഹവറൈ ടകൊട്ട ട്പൊട്ടീൻ ബൊൻഡിൻ് മറ അഭൊവെുണ്ടൊയിരുന്ധു, ഇത ടെൽപ്പറഞ്ഞ വരികളുമ ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള ടരൊ ്പതികരണം സ്ഥിരീകരിച്ചു. ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ യൂക്ലിഡിയൻ േൂരെുള്ള 12 BC2F1 ഹലനുകളും ്പീതിയുെൊയി ഉയർന്ധ ഫിടനൊഹ പ്പിക ൈെൊനതയും ഉള്ള BC2F1 ഹലനുകൾ BC2F1 വിത്ത ഉല്പൊേിപ്പിരൊൻ ഉപടയൊ ിച്ചു. ്പീതിയും ഉേഹയരി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ട്കൊൈിൽ 134 ബിൈി2എഫ 1 ഹലനുകളിൽ, ഹതകളുമ പരിടശൊധനയിൽ ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള 17 ഹലനുകൾ ടരഖമപ്പ ുത്തി. ്പീതിയും ടതർത്തൊലി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ട്കൊൈിൽ 143 BC2F1 ഹലനുകളിൽ 20 BC2F1 ഹലനുകൾ ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ളവയൊയിരുന്ധു. 20 BC2F1 ഹലനുകളുമ തന്മൊ്തൊ വിശകലനവും ഉയർന്ധ ്പതിടരൊധടശഷിയുള്ള ്പതികരണമത്ത സ്ഥിരീകരിച്ചു.
െൂന്ധ വയതയസ്ത ട്കൊൈിൽ BC2F2 വിത്തുകൾ ഉണ്ടൊയിരുമന്ധങ്കിലും, ്പീതിയും ടലൊധി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ട്കൊൈിൽ BC2F2 വിത്തുകൾ െൊ്തടെ കൂ ുതൽ ബൊര ട്കൊൈിം ിനൊയി െുടന്ധൊട്ട മകൊണ്ടുടപൊകൂ. M. charantia var muricata ഉൾമപ്പ ുന്ധ ട്കൊൈുകളുമ ബൊര ്‌ട്കൊൈ ൈൈയങ്ങളുമ കുറഞ്ഞ വിളവ ൈൊധയതയൊണ ഇതിന കൊരണം. ്പീതിയും ടലൊധി ടലൊരലും ഉൾമപ്പട്ട ട്കൊൈിൽ 206 BC2F2 ഹലനുകൾ മെൊഹൈക ലക്ഷ്ണങ്ങൾരൊയി പരിടശൊധിച്ചു. 206 BC2F2 ഹലനുകളിൽ, 42 മെ ികൾ പൊവയ ര മെൊഹൈക ്പതിടരൊധ ടശഷി ഉള്ളവ ആമണന്ധ കമണ്ടത്തി. പഠനത്തിൽ വികൈിപ്പിമച്ച ുത്ത 42 മെൊഹൈക ട ൊളറൻ് റ ബൊര ട്കൊൈ ഇൻമ്ബഡ ഹലനുകൾ ഉയർന്ധ വിളവ നൽകുന്ധ ഇനെൊയ ്പീതിയുമ പശ്ചൊത്തലത്തിൽ മെൊഹൈക ട ൊളറൻ് റ എമൈൻഷയലി മഡറിടവഡ ഇനത്തിൻ് മറ (EDV) വികൈനത്തിനൊയി െുടന്ധൊട്ട മകൊണ്ടുടപൊകൊം. Muricata ജനിതകരൂപങ്ങൾ ഉൾമപ്പ ുന്ധ ട്കൊൈിൽ ലഭിച്ച ബൊര ്‌ട്കൊൈ ൈൈയങ്ങമള അതിൻ് മറ ഔഷധ െൂലയങ്ങൾരൊയി കൂ ുതൽ വിലയിരുത്തൊവുന്ധതൊണ .