Российская коллекция Brassicaceae: от Н.И. Вавилова и Е.Н. Синской до наших дней

Представлена история  создания  российской государственной коллекции  семейства  Капустные (Brassicaceae), сохраняемой в ФИЦ Всероссийский институт генетических  ресурсов растений  им. Н.И. Вавилова (ВИР). В настоящее время  это одна из самых обширных в мире коллекций,  включающая более  10 750 образцов различного статуса, принадлежащих 11 родам и 32 видам овощных, кормовых, масличных, пряно-вкусовых  и декоративных культур. Коллекция пополняется за счет регулярных  экспедиционных сборов  и обмена  материалом. Первые внутривидовые ботанические и агробиологические эколого-географические классификации  многих культур – капусты, репы, редьки, редиса, брюквы – были сделаны Е.Н. Синской и Т.В. Лизгуновой в процессе многолетнего изучения. Затем эти уникальные работы продолжили М.А. Шебалина и Л.В. Сазонова. Исследования проводятся в ВИР и сегодня: выделены  сортотипы пекинской и китайской капусты, в стадии доработки находится агробиологическая  классификация белокочанной капусты, брокколи,  редиса  и репы. В статье приведены результаты изучения  закономерностей изменчивости ценных биохимических  признаков. Так, сравнительный анализ  накопления  питательных и биологически активных соединений, прежде  всего вторичных метаболитов,  позволил установить для родственных  видов капуста и репа общие компоненты биохимического состава, встречающиеся с различной частотой и уникальные у видов, подвидов  и отдельных сортотипов,  что является подходом к хемосистематике. Благодаря фитопатологическим исследованиям определены общие заболевания капустных культур на Северо-Западе России, показана  степень распространения и развития  болезней в зависимости от культуры. Генетические  исследования коллекций  Brassicaceae  в ВИР включают ДНК-анализ для поиска  дублетов, сравнения оригинальных семян с репродукциями и установления аутентичности  сохраняемых  в генном банке образцов, оценки  биоразнообразия, в том числе биоразнообразия нового  экспедиционного материала, проведения  филогенетических исследований. С помощью QTL-анализа и ассоциативного картирования капустных культур были установлены  хромосомные локусы, контролирующие время  перехода к цветению, морфологические и биохимические признаки, при этом найденные молекулярные маркеры используют для скрининга  коллекционного и селекционного материала. Выделены источники и доноры ценных признаков по новым направлениям селекции для различных селекционных  программ.

1. Artemyeva A.M. Ecological differentiation of Chinese cabbage Bras­ sica rapa ssp. pekinensis (Lour.) Olsson. In: Genetic Collections of Vegetable Crops. St. Petersburg, 2001;148-166. (in Russian)

2. Artemyeva A.M. Donors and sources for breeding of leafy vegetable Brassica rapa L. crops. In: Catalogue VIR. St. Petersburg, 2004; 740:132. (in Russian)

3. Artemyeva A.M., Abremskaya S.S. The sources of breeding valuable characters of leafy Brassica rapa L. (Chinese cabbage, pakchoi, tatsoi, zicaitai, mizina, broccoletto). In: Catalogue VIR. St. Petersburg, 2017;850:84. (in Russian)

4. Artemyeva A.M., Ignatov A.N., Volkova A.I., Kocherina M.N., Konopleva N.V., Chesnokov Y.V. Physiological and genetic components of black rot resistance in double haploid lines of Brassica rapa L. Agricultural Вiology (Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya). 2018; 53(1):157-169. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.157eng.

5. Artemyeva A.M., Kocherina N.V., Kurina A.B., Fateev D.A., Chesnokov Y.V. Mapping of economically valuable loci traits in vegetable crops of the Cabbage family (Brassicaceae Burnett). In: Proc. Int. Conf. devoted to the 85th anniversary of the Agrophysical Research Institute “Agrophysical Trends: From Actual Challenges in Arable Farming and Crop Growing Towards Advanced Technologies”, St. Petersburg, Sept. 27-29, 2017. St. Petersburg, 2017;231-235. (in Russian)

6. Artemyeva A.M., Solovjova A.E., Kocherina N.V., Berensen F.A., Rudneva E.N., Chesnokov Yu.V. Mapping of chromosome loci determined manifestation of morphological and biochemical traits of quality in Brassica rapa L. crops. Russ. J. Plant Physiol. 2016; 63(2):259-272. https://doi.org/10.1134/S1021443716020047.

7. Bradshaw J.E. Root and Tuber Crops (Ser. Handbook of Plant Breeding). N.Y.: Springer-Verlag, 2010. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92765-7.

8. Chalhoub B., Denoeud F., Liu S., Parkin I.A., Tang H., Wang X., Chiquet J., Belcram H., Tong C., Samans B., Corréa M., Da Silva C., Just J., Falentin C., Koh C.S., Le Clainche I., Bernard M., Bento P., Noel B., Labadie K., Alberti A., Charles M., Arnaud D., Guo H., Daviaud C., Alamery S., Jabbari K., Zhao M., Edger P.P., Chelaifa H., Tack D., Lassalle G., Mestiri I., Schnel N., Le Paslier M.C., Fan G., Renault V., Bayer P.E., Golicz A.A., Manoli S., Lee T.H., Ha Dinh Thi V., Chalabi S., Hu Q., Fan C., Tollenaere R., Lu Y., Battail C., Shen J., Sidebottom C.H.D., Wang X., Canaguier A., Chauveau A., Bérard A., Deniot G., Guan M., Liu Z., Sun F., Lim Y.P., Lyons E., Town C.D., Bancroft I., Wang X., Meng J., Ma J., Pires J.C., King G.J., Brunel D., Delourme R., Renard M., Aury J.M., Adams K.L., Batley J., Snowdon R.J., Tost J., Edwards D., Zhou Y., Hua W., Sharpe A.G., Paterson A.H., Guan C., Wincker P. Early allopolyploid evolution in the post-neolithic Brassica napus oilseed genome. Science. 2014;345(6199):950-953. https://doi.org/10.1126/science.1253435.

9. Gasich Е.L., Khlopunova L.B., Artemyeva А.М., Gannibal F.B., Levitin М.М. Evaluation of Brassica oleracea L. collection on resistance to diseases in North-west region of Russia. In: Phytosanitary Optimization of Agroecosystems. 2013;386-389. (in Russian)

10. Ghamkhar K., Croser Ja., Aryamanesh N., Campbell M., Kon’kova N., Francis C. Camelina (Camelina sativa (L.) Crantz) as an alternative oilseed: molecular and ecogeographic analyses. Genome. 2010; 53(7):558-567. https://doi.org/10.1139/g10-034.

11. Gladis T.H., Hammer K. Die Gaterslebener Brassica Kollektion. Feddes Reportium. 1992;103:469-507.

12. Gómez-Campo C., Prakash S. Origin and domestication. In: Gómez-Campo C. (Ed.). Biology of Brassica Coenospecies. Amsterdam: Elsevier Press, 1999;33-58. https://doi.org/10.1016/S0168-7972(99)80003-6.

13. Hanelt P. Cruciferae. Rudolf Mansfelds. Berlin, 1986;272-332.

14. Liu S., Liu Y., Yang X., Tong C., Edwards D. The Brassica oleracea genome reveals the asymmetrical evolution of polyploid genomes. Nat. Commun. 2014;5:3930. https://doi.org/10.1038/ncomms4930.

15. Lizgunova T.V. The history of botanical study of Brassica oleracea L. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1959; 32(3):37-70. (in Russian)

16. Lizgunova T.V. The Cabbage. Leningrad, 1965. (in Russian)

17. Lizgunova T.V. Flora of Cultivated Plants. Vol. 11. Cabbage. 1984. (in Russian)

18. Methodics on Evaluation and Regeneration of Cabbage Worldwide Collection. Leningrad: VIR Publ., 1988. (in Russian)

19. Methodics on Evaluation and Regeneration of Rooted Worldwide Collection (Beet, Turnip, Fodder Turnip, Swede). Leningrad: VIR Publ.. 1989;167. (in Russian)

20. Nagornov S.A., Kornev A.J., Meshcheryakova J.V., Busin I.V., Konkova N.G., Mescheryakov A.G. Biofuel from non-traditional vegetable oils. Nauka v Tsentralnoi Rossii = Science in Central Russia. 2017; 2(26):53-61. (in Russian)

21. Parkin I.A., Koh C., Tang H., Robinson S.J., Kagale S. Transcriptome and methylome profiling reveals relics of genome dominance in the mesopolyploid Brassica oleracea. Genome Biol. 2014;15(6):R77. https://doi.org/10.1186/gb-2014-15-6-r77.

22. Pino Del Carpio D., Basnet R.K., De Vos R.C.H., Maliepaard C., Paulo M.J., Bonnema G. Comparative methods for association studies: a case study on metabolite variation in a Brassica rapa core collection. PLoS One. 2011;6(5):e19624. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0019624.

23. Raiola A., Errico A., Petruk G., Monti D.M., Barone A., Rigano M.M. Bioactive compounds in Brassicaceae vegetables with a role in the prevention of chronic diseases. Molecules. 2018;23:15. https://doi.org/10.3390/molecules23010015.

24. Romantsova S.V., Gavrilova V.A., Konkova N.G., Pashinin V.A. Composition and spectral characteristics of components of biofuels synthesized from canola oil, false flax and сrаmbе. Vestnik TGU = Bulletin of Tomsk University. 2012;17(1):339-341. (in Russian)

25. Sainger M., Chaudhary D., Jaiwal P.K., Jaiwal A., Sainger P.A., Jaiwal R. Advances in genetic improvement of camelina sativa for biofuel and industrial bio-products. Renew. Sust. Energ. Rev. 2017; 68:623-637. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.10.023.

26. Shebalina M.A. Turnip, Fodder Turnip, Rutabaga. Leningrad, 1974. (in Russian)

27. Shebalina M.A., Sazonova L.V. Root Crops (Brassica - Turnip, Rutabaga, Radish, Small Radish). In: Flora of Cultivated Plants. Vol. 18. Leningrad, 1985;12. (in Russian)

28. Shu J., Liu Y., Zhang L., Li Z., Fang Z., Yang L., Zhuang M., Zhang Y., Lu H. QTL-seq for rapid identification of candidate genes for flowering time in broccoli × cabbage. Theor. Appl. Genet. 2018;131(4): 917-928. https://doi.org/10.1007/s00122-017-3047-5.

29. Sinskaya E.N. The oleiferous plants and root crops of the family Cruciferae. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1928; 19(3). (in Russian)

30. Sinskaya E.N. Brassica L. Genera. In: Flora of the USSR. Vol. 8. Moscow; Leningrad, 1939. (in Russian)

31. Sinskaya E.N. To specification of systematics and phylogeny of fodder, vegetable and oilseed plants of family Cruciferae. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1960;33(3):233-250. (in Russian)

32. Sinskaya E.N. Historical Geography of Cultivated Flora. Leningrad, 1969. (in Russian)

33. Specht C.E., Diederichsen A. Brassica. In: Hanelt P. (Ed.). Mansfelds Encyclopedia of Agricultural and Horticultural Crops. Vol. 3. Berlin: Springer-Verlag, 2001;3:1435-1465.

34. Vavilov N.I. The Centers of Origin of Cultivated Plants. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1926;2:248. (in Russian) Wang X., Kole C. (Eds.). The Brassica rapa genome. In: Compendium of Plant Genomes. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2015. https://doi.org/10.1007/978-3-662-47901-8_2.

35. Wang X., Wang H., Wang J., Sun R., Wu J., Liu S., Bai Y., Mun J.H., Bancroft I., Cheng F., Huang S., Li X., Hua W., Wang J., Wang X., Freeling M., Pires J.C., Paterson A.H., Chalhoub B., Wang B., Hayward A., Sharpe A.G., Park B.S., Weisshaar B., Liu B., Li B., Liu B., Tong C., Song C., Duran C., Peng C., Geng C., Koh C., Lin C., Edwards D., Mu D., Shen D., Soumpourou E., Li F., Fraser F., Conant G., Lassalle G., King G.J., Bonnema G., Tang H., Wang H., Belcram H., Zhou H., Hirakawa H., Abe H., Guo H., Wang H., Jin H., Parkin I.A., Batley J., Kim J.S., Just J., Li J., Xu J., Deng J., Kim J.A., Li J., Yu J., Meng J., Wang J., Min J., Poulain J., Wang J., Hatakeyama K., Wu K., Wang L., Fang L., Trick M., Links M.G., Zhao M., Jin M., Ramchiary N., Drou N., Berkman P.J., Cai Q., Huang Q., Li R., Tabata S., Cheng S., Zhang S., Zhang S., Huang S., Sato S., Sun S., Kwon S.J., Choi S.R., Lee T.H., Fan W., Zhao X., Tan X., Xu X., Wang Y., Qiu Y., Yin Y., Li Y., Du Y., Liao Y., Lim Y., Narusaka Y., Wang Y., Wang Z., Li Z., Wang Z., Xiong Z., Zhang Z.; Brassica rapa Genome Sequencing Project Consortium. The genome of the mesopolyploid crop species Brassica rapa. Nat. Genet. 2011; 43:1035-1039. https://doi.org/10.1038/ng.919.

36. Warwick S.I., Hall J.C. Phylogeny of Brassica and wild relatives. In: Gupta S. (Eds.). Biology and Breeding of Crucifers. New York: CRC Press, 2009;19-36.

37. Warwick S.I., Mummenhoff K., Sauder C.A., Koch M.A., Al-Shehbaz I.A. Closing the gaps: phylogenetic relationships in the Brassicaceae based on DNA sequence data of nuclear ribosomal ITS region. Plant Syst. Evol. 2010;285:209-232. https://doi.org/10.1007/s00606-010-0271-8.

38. Xiao D., Wang H.G., Basnet R.K., Zhao J.J., Lin K., Hou X., Bonnema G. Genetic dissection of leaf development in Brassica rapa using a “genetical genomics” approach. Plant Physiol. 2014;164: 1309-1325.