Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ СКРИНИНГ СОРТОВ И ГИБРИДОВ КАРТОФЕЛЯ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

https://doi.org/10.18699/VJ18.329

Полный текст:

Аннотация

Задача повышения устойчивости сортов к болезням и вредителям является приоритетной для селекции картофеля. Многие сорта, созданные селекционерами северо-западной зоны Российской Федерации, являются многовидовыми гибридами, обладают комплексной устойчивостью к наиболее вредоносным патогенам в сочетании с высокой пластичностью, о чем свидетельствует их районирование в разных регионах нашей страны. В статье представлены результаты молекулярного скрининга сортов и гибридов, созданных в разные годы в ЛенНИИСХ «Белогорка» и в ООО Селекционная фирма «ЛиГа». Молекулярный скрининг проведен с использованием 22 маркеров 14 R-генов устойчивости к вирусам PVY и PVX, к цистообразующим нематодам – Globodera pallida (патотипы Pa2, Ра3) и G. rostochiensis (патотип Ro1) и к фитофторозу. Данные молекулярно-генетического анализа сопоставлялись с результатами Государственного испытания сортов на устойчивость к болезням и с другими опубликованными источниками. В работе использованы также маркеры стерильных и фертильных типов цитоплазм. По результатам молекулярного скрининга выделены сорта и гибриды c разными сочетаниями маркеров R-генов (Rysto, Ry-fsto, Rx1, Rx2, Gro1-4, H1, Gpa2, R1, R3a, Rpi-blb1, Rpi-sto1), обладающие D-, T-, W/gamma стерильными типами цитоплазм. Анализ фертильности пыльцы, результатов скрещиваний и данных родословных показал, что селекционерам удалось получить фертильные формы с D- и Т-типами цитоплазм, несущие генетический материал мексиканских полиплоидных видов Solanum stoloniferum и S. demissum. Информация о наличии у гибридов и сортов маркеров R-генов и о типах цитоплазм, полученная в настоящей работе, позволит повысить эффективность дальнейших селекционных программ, в том числе направленных на пирамидирование генов устойчивости к патогенам. Данные молекулярного скрининга позволили уточнить родословные ряда сортов и гибридов, которые создавались на протяжении нескольких десятилетий.

Об авторах

Т. А. Гавриленко
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР); Санкт-Петербургский государственный университет
Россия


Н. С. Клименко
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Санкт-Петербург



О. Ю. Антонова
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Санкт-Петербург



В. А. Лебедева
Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка»; ООО Селекционная фирма «ЛиГа»
Россия

Ленинградская область, Гатчинский район



З. З. Евдокимова
Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка»
Россия

Ленинградская область, Гатчинский район



Н. М. Гаджиев
Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка»; ООО Селекционная фирма «ЛиГа»
Россия

Ленинградская область, Гатчинский район



О. В. Апаликова
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Санкт-Петербург



Н. В. Алпатьева
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Санкт-Петербург



Л. И. Костина
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Санкт-Петербург



Н. М. Зотеева
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия

Санкт-Петербург



Ф. Т. Мамадбокирова
Санкт-Петербургский государственный университет
Россия


К. В. Егорова
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР); Санкт-Петербургский государственный университет
Россия


Список литературы

1. Ahmadvand R., Wolf I., Gorji A.M., Polgár Z., Taller J. Development of molecular tools for distinguishing between the highly similar Rx1 and Rx2 PVX extreme resistance genes in tetraploid potato. Potato Res. 2013;56(4):277-291. DOI 10.1007/s11540-013-9244-y.

2. Anisimova I.N., Gavrilenko T.A. Cytoplasmic male sterility and prospects for its utilization in breeding, genetic studies and seed production of potato. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2017,21(1):83-95. DOI 10.18699/VJ17.226.

3. Antonova O.Y., Shvachko N.A., Novikova L.Y., Shuvalov O.Y., Kostina L.I., Klimenko N.S., Shuvalova A.R., Gavrilenko T.A. Genetic diversity of potato varieties bred in Russia and near-abroad countries based on polymorphism of SSR-loci and markers associated with resistance R-genes. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(5):596-606. DOI 10.18699/VJ16.181 (in Russian)

4. Asano K., Kobayashi A., Tsuda S., Nishinaka M., Tamiya S. DNA marker-assisted evaluation of potato genotypes for potential resistance to potato cyst nematode pathotypes not yet invading into Japan. Breed. Sci. 2012;62(2):142-150. DOI 10.1270/jsbbs.62.142.

5. Asano K., Tamiya S. Breeding of pest and disease resistant potato cultivars in Japan by using classical and molecular approaches. JARQ. 2016;50(1):1-6.

6. Bakker E., Achenbach U., Bakker J., Vliet J., Peleman J., Segers B., Heijden S., Linde P., Graveland R., Hutten R., Eck H., Coppoolse E., Vossen E., Bakker J., Goverse A. A high-resolution map of the H1 locus harbouring resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Theor. Appl. Genet. 2004;109:146-152. DOI 10.1007/s00122-004-1606-z.

7. Ballvora A., Ercolano M.R., Weiss J., Meksem K., Bormann C.A., Oberhagemann P., Salamini F., Gebhardt C. The R1 gene for potato resistance to late blight (Phytophthora infestans) belongs to the leucine zipper/NBS/LRR class of plant resistance genes. Plant J. 2002; 30:361-371. DOI 10.1046/j.1365-313X.2001.01292.x.

8. Bendahmane A., Kanyuka K., Baulcombe D.C. High-resolution genetical and physical mapping of the Rx gene for extreme resistance to potato virus X in tetraploid potato. Theor. Appl. Genet. 1997;95:153-162. DOI 10.1007/s001220050543.

9. Biryukova V., Shmyglya I., Abrosimova S., Zapekina T., Meleshin A., Mityushkin A., Manankov V. Molecular marker-based search for sources of genes for resistance to pathogens among accessions of breeding–genetic collections of the All-Russia Research Institute of Potato Farming. Zashhita kartofelya = Potato Protection. 2015;1: 3-7. (in Russian)

10. Bryan G.J., McNicoll J., Ramsay G., Meyer R.C., DeJong W.S. Polymorphic simple sequence repeat markers in chloroplast genomes of Solanaceous plants. Theor. Appl. Genet. 1999;99:859-867. DOI 10.1007/s001220051306.

11. CABI/EPPO. Synchytrium endobioticum. Distribution maps of plant diseases. 2015. Available at http://www.cabi.org.

12. Colton L.M., Groza H.I., Wielgus S.M., Jiang J. Marker-assisted selection for the broad-spectrum potato late blight resistance conferred by gene RB derived from a wild potato species. Crop Sci. 2006;46:589-594. DOI 10.2135/cropsci2005.0112.

13. Dionne L.A. Cytoplasmic sterility in derivatives of Solanum demissum. Am. Potato J. 1961;38:117-120.

14. Evdokimova Z.Z. Creation of high-performance early-ripening potato varieties of a new generation, resistant to late blight and environmental stress factors. Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Aktual’nye problemy sovremennoy industrii proizvodstva kartofelya» [Proceedings of the Research and Practical Conference “Urgent Problems of Present-Day Potato Industry”]. Cheboksary, 2010;49-53. (in Russian)

15. Evdokimova Z.Z., Kalashnik M.V. Use of the genetic resources of complex interspecies hybrids in potato breeding. Kartofelevodstvo. Sbornik nauchnyh trudov [Potato Farming: Collection of Research Papers]. Minsk, 2013;21:161-168. (in Russian)

16. Evdokimova Z.Z., Kalashnik M.V. Search for sources of late blight resistance and other economically valuable traits among complex interspecific potato hybrids. Materialy Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Sovremennye problemy i strategiya razvitiya agrarnoy nauki Evropeyskogo Severa Rossii» [Proceedings of the International Research Conference “Current Issues and Strategy of Development of the Agrarian Science in northern European Russia”]. Petrozavodsk, 2015;75-80. (in Russian)

17. Evdokimova Z.Z., Kalashnik M.V. Potential of complex interspecific potato hybrids in resistance to diseases and other economically valuable traits. Trudy Kubanskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo universiteta = Works of the Kuban State Agrarian University. 2016;3(60):73-76. (in Russian)

18. Finkers-Tomczak A., Danan S., van Dijk T., Beyene A., Bouwman L., Overmars H., van Eck H., Goverse A., Bakker J., Bakker E. A highresolution map of the Grp1 locus on chromosome V of potato harbouring broad-spectrum resistance to the cyst nematode species Globodera pallida and Globodera rostochiensis. Theor. Appl. Genet. 2009;119:165-173. DOI 10.1007/s00122-009-1026-1.

19. Flis B., Hennig J., Strzelczyk-Żyta D., Gebhardt C., Marczewski W. The Ry-fsto gene from Solanum stoloniferum for extreme resistant to Potato virus Y maps to potato chromosome XII and is diagnosed by PCR marker GP122718 in PVY resistant potato cultivars. Mol. Breed. 2005;15(1):95-101. DOI 10.1007/s11032-004-2736-3.

20. Gadzhiev N.M., Lebedeva V.A. Origin of some Belogorsk potato cultivars. Kartofel i ovoshchi = Potatoes and Vegetables. 2010;8:21. (in Russian)

21. Gadzhiev N.M., Lebedeva V.A. High plasticity of varieties that are multi-species potato hybrids. Materialy VI mezhregional’noy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Sovremennaya industriya kartofelya: sostoyanie i perspektivy razvitiya» [Proceedings of the 6th Interregional Research and Practical Conference “Present-day Potato Industry: State and Prospects”]. Cheboksary, 2014:39-40. (in Russian)

22. Gavrilenko T., Antonova O., Shuvalova A., Krylova E., Alpatyeva N., Spooner D., Novikova L. Genetic diversity and origin of cultivated potatoes based on plastid microsatellite polymorphism. Genet. Resour. Crop Evol. 2013;60:1997-2015. DOI 10.1007/s10722-013-9968-1.

23. Gebhardt C. Bridging the gap between genome analysis and precision breeding in potato. Trends Genet. 2013;29(4):248-256. DOI 10.1016/j.tig.2012.11.006.

24. Gebhardt C., Bellin A., Henselewski A., Lehmann W., SchwarzfischerA., Valkonen J. Marker-assisted combination of major genes for pathogen resistance in potato. Theor. Appl. Genet. 2006;112:1458-1464. DOI 10.1007/s00122-006-0248-8.

25. Gosudarstvennyy reestr selektsionnykh dostizheniy, dopushchennykh k ispol’zovaniyu [State Register of Breeding Achievements Approved for Use]. Available at: http://reestr.gossort.com/docs/reestr_2017.pdf. (in Russian)

26. Gruzdeva L.I., Matveeva E.M. Expansion of the area of potato cystforming nematodes in northwestern Russia. Trudy Tsentra parazitologii = Transactions of Center for Parasitology. 2010;XLVI:71-80. (in Russian)

27. Haverkort A.J., Boonekamp P.M., Hutten R., Jacobsen E., Lotz L.A.P., Kessel G.J.T., Vossen J.H., Visser R.G.F. Durable late blight resistance in potato through dynamic varieties obtained by cisgenesis: scientific and societal advances in the DuRPh Project. Potato Res. 2016:59:35-66. DOI 10.1007/s11540-015-9312-6.

28. Hosaka K. T-type chloroplast DNA in Solanum tuberosum L. ssp. Tuberosum was conferred from some populations of S. tarijense Hawkes. Am. J. Potato Res. 2003;80:21-32.

29. Hosaka K., Sanetomo R. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections. Theor. Appl. Genet. 2012;125(6):1237-1251. DOI 10.1007/s00122-012-1909-4.

30. Hosaka K., Sanetomo R. Application of a PCR-based cytoplasm genotyping method for phylogenetic analysis in potato. Am. J. Potato Res. 2014;91:246-253. DOI 10.1007/s12230-013-9344-x.

31. Huang S., van der Vossen E.A.G., Kuang H., Vleeshouwers V.G., Zhang N., Borm T.J.A., van Eck H.J., Baker B., Jacobsen E., Visser R.G.F. Comparative genomics enabled the isolation of the R3a late blight resistance gene in potato. Plant J. 2005;42(2):251-261. DOI 10.1111/j.1365-313X.2005.02365.x.

32. Janssen G.J.W., van Norel A., Verkerk-Bakker B., Janssen R., Hoogendoorn J. Introgression of resistance to root-knot nematodes from wild Central American Solanum species into S. tuberosum ssp. tuberosum. Theor. Appl. Genet. 1997;95(3):490-496.

33. Kasai K., Morikawa Y., Sorri V.A., Valkonen J.P.T., Gebhardt C., Watanabe K.N. Development of SCAR markers to the PVY resistance gene Ryadg based on a common feature of plant disease resistance genes. Genome. 2000;43:1-8. DOI 10.1139/g99-092.

34. Khiutti А.V., Antonova O.Yu., Mironenko N.V., Gavrilenko T.A., Afanasenko O.S. Potato resistance to quarantine diseases. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2017;21(1):51-61. DOI 10.18699/VJ17.223. (in Russian)

35. Klimenko N.S., Antonova O.Y., Kostina L.I., Mamadbokirova F.T., Gavrilenko T.A. Marker-associated selection of Russian potato varieties with using markers of resistance genes to the golden potato cyst nematode (pathotype Ro1). Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2017;178(4):70-79.

36. Lebedeva V.A. Selektsiya kartofelya na osnove mezhvidovoy gibridizatsii: obobshchenie 60-letnego opyta nauchnoy raboty [Potato breeding involving interspecific hybridization: summary of 60 years of research experience]. SPb: Renome Publ., 2010;139. (in Russian)

37. Lebedeva V.A., Gadzhiev N.M. Creation of ultra-early potato hybrids using wild species. Kartofel i ovoshchi = Potatoes and vegetables 2011;7:21. (in Russian)

38. Lebedeva V.A., Gadzhiev N.M. Experimental polyploidy and inbreeding in potato breeding for high performance and tuber quality. Zashhita kartofelya = Potato Protection. 2014;1:16-17. (in Russian)

39. Lebedeva V.A., Gadzhiev N.M. Breeding for resistance to diseases and pests is a basis of environmentalization in potato production. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Metody i tekhnologii v selektsii rasteniy i rastenievodstve» [Proceedings of the Research and Practical Conference “Methods and Technologies in Plant Breeding and Farming”]. Kirov, 2015;137-139. (in Russian)

40. Lebedeva V.A., Gadzhiev N.M. More intense use of the gene pool is the main pathway for potato breeding. Kartofelevodstvo. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Razvitie novykh tekhnologiy selektsii i sozdanie otechestvennogo konkurentosposobnogo semennogo fonda kartofelya» [Potato Farming. Proceedings of the International Research and Practical Conference “Development of New Breeding Technologies and Raise of a Commercially Viable Domestic Potato Seed Stock]. Moscow, 2016: 42-45. (in Russian)

41. Lebedeva N.A. Polyploids of wild potato species and hybrids with polyploids in a multi-year planting. Botanicheskiy zhurnal = Botanical Journal. 1961;6:14-15. (in Russian)

42. Lebedeva N.A. Raise and use of polyploids in potato breeding. Vtoroe soveshchanie po poliploidii, Leningrad, 14–18 yanvarya 1963 g.: Tezisy dokladov [Abstracts from the 2nd Conference on Polyploidy. Leningrad January 14-18, 1963]. Leningrad, 1963;28-29.

43. Limantseva L., Mironenko N., Shuvalov O., Antonova O., Khiutti A., Novikova L., Afanasenko O., Spooner D., Gavrilenko T. Characterization of resistance to Globodera rostochiensis pathotype Ro1 in cultivated and wild potato species accessions. Plant Breed. 2014; 133(5):660-665. DOI 10.1111/pbr.12195.

44. Lössl A., Götz M., Braun A., Wenzel G. Molecular markers for cytoplasm in potato: male sterility and contribution of different plastidmitochondrial configurations to starch production. Euphytica. 2000; 116:221-230. DOI 10.1023/A:1004039320227.

45. Milczarek D., Flis B., Przetakiewicz А. Suitability of molecular markers for selection of potatoes resistant to Globodera spp. Am. J. Potato Res. 2011;88:245-255. DOI 10.1007/s12230-011-9189-0.

46. Mori K., Mukojima N., Nakao T., Tamiya S., Sakamoto Y., Sohbaru N., Hayashi K., Watanuki H., Nara K., Yamazaki K., Ishii T., Hosaka K. Germplasm release: Saikai 35, a male and female fertile breeding line carrying Solanum phureja-derived cytoplasm and potato cyst nematode resistance (H1) and Potato virus Y resistance (Rychc) genes. Am. J. Potato Res. 2012;89:63-72. DOI 10.1007/s12230-011-9221-4.

47. Mori K., Sakamoto Y., Mukojima N., Tamiya S., Naka T., Ishii T., Hosaka K. Development of a multiplex PCR method for simultaneous detection of diagnostic DNA markers of five disease and pest resistance genes in potato. Euphytica. 2011;18(3):347-355. DOI 10.1007/s10681-011-0381-6.

48. Ohbayashi K., Nakata N., Chaya M., Komura K. Development of a detection method of resistance to potato disease and pest using DNA markers. 1. Detection methods of resistance to potato virus X, potato cyst nematode and late blight. Bull. Nagasaki Agri. Fore. Tech. Dev. Cen. 2010;1:1-26.

49. Osipova E.A. Potato domestication and breeding achievements. Sbornik nauchnykh trudov SZNIISKh «Uluchshenie kul’turnykh rasteniy metodami selektsii» [Collection of Works of the Northwestern Research Institute for Agriculture “Crop Improvement by Breeding Methods”]. 1979;233-264. (in Russian)

50. Osipova E.A. Breeding of high-yield late blight-resistant potato varieties for the Non-Black Earth Area. Byulleten VIR = Bulletin of the Institute of Plant Industry (Leningrad). 1980;105:41-45. (in Russian)

51. Osipova E.A. Using of interspecific hybridization in potato breeding. Chetvertyy s”ezd Vsesoyuznogo obshchestva genetikov i selektsionerov im. N.I. Vavilova, Kishinev, 1–5 fevralya 1982 g.: Tezisy dokladov [Abstracts from the 4th Congress of the Vavilov All-Union Society for Geneticists and Breeders, Kishinev, February 1–5, 1982]. Kishinev, 1982;3:131-139. (in Russian)

52. Pausheva Z.P. Praktikum po tsitologii rasteniy [Practical Course on Plant Cytology]. Мoscow: Agropromizdat Publ., 1988. (in Russian).

53. Ramakrishnan A.P., Ritland C., Blas Sevillano R.H., Riseman A. Review of potato molecular markers to enhance trait selection. Am. J. Potato Res. 2015;92(4):455-472. DOI 10.1007/s12230-015-9455-7.

54. Ross H. Potato Breeding – Problems and Perspectives. Berlin: V.P. Parey, 1986.

55. Rouppe van der Voort J., Kanyuka K., van der Vossen E., Bendahmane A., Mooijman P., Klein-Lankhorst R., Stiekema W., Baulcombe D., Bakker J. Tight physical linkage of the nematode resistance gene Gpa2 and the virus resistance gene Rx on a single segment introgressed from the wild species Solanum tuberosum subsp. Andigena CPC 1673 into cultivated potato. Mol. Plant-Microbe Interact. 1999;12(3):197-206. DOI 10.1094/MPMI.1999.12.3.197.

56. Sanetomo R., Gebhardt C. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits. BMC Plant Biol. 2015;15:162. DOI 10.1186/s12870-015-0545-y.

57. Sanetomo R., Hosaka K. A recombination-derived mitochondrial genome retained stoichiometrically only among Solanum verrucosum Schltdl. and Mexican polyploid wild potato species. Genet. Resour. Crop Evol. 2013;60:2391-2404. DOI 10.1007/s10722-013-0007-z.

58. Schultz L., Cogan N.О.I., McLean K., Dale M.F.B., Bryan G.J., Forster J.N.W., Slater A.T. Evaluation and implementation of a potential diagnostic molecular marker for H1-conferred potato cyst nematode resistance in potato (Solanum tuberosum L.). Plant Breed. 2012;131:315-321. DOI 10.1111/j.1439-0523.2012.01949.x.

59. Sieczka M. Ocena odpornosci na zaraze ziemniaka w warunkach naturalnej infekcji. Monografie i rozprawy naukowe. IHAR, Radzikow. 2001;10:74-76.

60. Simko I., Jansky S., Stephenson S., Spooner D. Genetics of resistance to pests and disease. In: Vreugdenhil D. (Ed.). Potato Biology and Biotechnology: Advances and Perspectives. Amsterdam: Elsevier, 2007;117-155.


Просмотров: 238


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)