Некоторые аспекты межвидовой гибридизации Solanum lycopersicum L. и Solanum sisymbriifolium Lam.

Межвидовая гибридизация играет большую роль в селекции томата (Solanum lycopersicum L.), позволяет обогащать генофонд новыми признаками и создавать сорта и гибриды с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам. Перспективным источником для интрогрессии ценных признаков может быть паслен гулявниколистный (Solanum sisymbriifolium Lam.). Сведения о результатах гибридизации между S. lycopersicum и S. sisymbriifolium противоречивы: одни исследователи описывают полученные растения как удвоенные гаплоиды, другие – как типичные межвидовые гибриды. В настоящей работе мы уточнили природу потомства от гибридизации S. lycopersicum и S. sisymbriifolium путем анализа начальных стадий развития семязачатков и описания морфологических и цитогенетических особенностей полученных растений. Получение межвидовых гибридов между S. lycopersicum и S. sisymbriifolium сопряжено с постзиготическими барьерами нескрещиваемости. Сравнительный анализ развивающихся семязачатков от самоопыления линий томата с функциональной мужской стерильностью и от их опыления S. sisymbriifolium выявил, что лишь часть семязачатков развивается по типичному пути, в то время как большинство либо останавливается в развитии, либо формирует партенокарпические структуры с псевдоэмбриональной тканью. С использованием эмбриокультуры нами было получено 12 растений от гибридизации S. lycopersicum и S. sisymbriifolium. По морфологическим признакам все растения были близки S. lycopersicum, однако отмечено появление признаков, не характерных для родительских линий томата, например желто-оранжевой окраски зрелых плодов у растений, полученных при скрещивании линии зеленоплодных томатов с красноплодным пасленом гулявниколистным. При анализе числа хромосом в меристемах корня наблюдали миксоплоидию (2n = 16–26), а при микроспорогенезе регистрировали множественные нарушения мейоза. Таким образом, комплексный эмбриологический, морфологический и цитогенетический анализ предоставляет доказательства гибридного происхождения полученных растений, что подтверждает возможность преодоления постзиготических барьеров между данными видами и открывает путь к использованию S. sisymbriifolium в селекции томата.

1. Abbas M.M., Ghani M.A., Ziaf K., Khan T.N., Jahangir M.M., Awan F.S., Hussain M.M. Development and characterization of F1 hybrid tomato by inter and intraspecific hybridization. Pak J Agric Sci. 2024;61(1):199-207. doi 10.21162/PAKJAS/24.218

2. Ajaharuddin S.M., Lal M., Yadav A., Kumar N., Dhakad A., Sinha G., Singh B.P., Upadhyay A. Breeding for resistance against pest and diseases in tomatoes: a review. J Sci Res Rep. 2024;30(6):469-479. doi 10.9734/jsrr/2024/v30i62063

3. Baek Y.S., Royer S.M., Broz A.K., Covey P.A., López‐Casado G., Nuñez R., Kear P.J., Bonierbale M., Orillo M., van der Knaap E., Stack S.M., McClure B., Chetelat R.T., Bedinger P.A. Interspecific reproductive barriers between sympatric populations of wild tomato species (Solanum section Lycopersicon). Am J Bot. 2016;103(11): 1964-1978. doi 10.3732/ajb.1600356

4. Bal U., Abak K. Attempts of haploidy induction in tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) via gynogenesis I: pollination with Solanum sisymbriifolium Lam. pollen. Pak J Biol Sci. 2003;6(8):745-749. doi 10.3923/pjbs.2003.745.749

5. Barykina R.P., Veselova T.D., Devyatov A.G., Dzhalilova Kh. Kh., Iljina G.M., Chubatova N.V. Handbook of Botanical Microtechnique. Principles and methods. Moscow: MSU Publ., 2004 (in Russian)

6. Biswas D., Haque S.M., Ghosh B. Solanum sisymbriifolium Lam.: an underutilised plant with future prospects in nutrition and medicine. Proc Indian Natl Sci Acad. 2023;89(3):445-469. doi 10.1007/s43538-023-00191-9

7. Chaban I., Baranova E., Kononenko N., Khaliluev M., Smirnova E. Distinct differentiation characteristics of endothelium determine its ability to form pseudo-embryos in tomato ovules. Int J Mol Sci. 2020;21(1):12. doi 10.3390/ijms21010012

8. Chambonnet D. Essais d’haploidisation de la tomate. In: Report D’Activite 1995–1996 Station D’Amelioration Des Plantes Maraicheres D’Avignon-Montfavet, 1996;84-85

9. Collonnier C., Fock I., Daunay M.C., Servaes A., Vedel F., Siljak-Yakovlev S., Souvannavong V., Sihachakr D. Somatic hybrids between Solanum melongena and S. sisymbriifolium, as a useful source of resistance against bacterial and fungal wilts. Plant Sci. 2003;164(5):849-861. doi 10.1016/S0168-9452(03)00075-X

10. Cooper D.C. Macrosporogenesis and the development of the macrogametophyte of Lycopersicon esculentum. Am J Bot. 1931;18(9): 739-748. doi 10.1002/j.1537-2197.1931.tb04945.x

11. Flier W.G., Van Den Bosch G.B.M., Turkensteen L.J. Epidemiological importance of Solanum sisymbriifolium, S. nigrum and S. dulcamara as alternative hosts for Phytophthora infestans. Plant Pathol. 2003; 52(5):595-603. doi 10.1046/j.1365-3059.2003.00922.x

12. Foolad M.R. Genome mapping and molecular breeding of tomato. Int J Plant Genomics. 2007;2007(1):64358. doi 10.1155/2007/64358

13. Gavrilenko T., Thieme R., Rokka V.M. Cytogenetic analysis of Lycopersicon esculentum (+) Solanum etuberosum somatic hybrids and their androgenetic regenerants. Theor Appl Genet. 2001;103(2): 231-239. doi 10.1007/s001220100626

14. Hajihassani A., Rutter W.B., Schwarz T., Woldemeskel M., Ali M.E., Hamidi N. Characterization of resistance to major tropical root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) in Solanum sisymbriifolium. Phytopathology. 2020;110(3):666-673. doi 10.1094/PHYTO-10-19-0393-R

15. Harberd D.J. A simple effective embryo culture technique for brassica. Euphytica. 1969;18:425-429. doi 10.1007/BF00397792

16. Kapil R.N., Tiwari S.C. The integumentary tapetum. Bot Rev. 1978; 44(4):457-490. doi 10.1007/BF02860847

17. Kirov I., Divashuk M., Van Laere K., Soloviev A., Khrustaleva L. An easy “SteamDrop” method for high quality plant chromosome preparation. Mol Cytogenet. 2014;7(1):21. doi 10.1186/1755-8166-7-21

18. Lindstrom E.W., Koos K. Cyto-genetic investigations of a haploid tomato and its diploid and tetraploid progeny. Am J Bot. 1931;18(6): 398-410. doi 10.1002/j.1537-2197.1931.tb09599.x

19. Palamarchuk I.A., Veselova T.D., Antonova T.S. Peculiarities of the reproductive organ development in glasshouse tomatoes. Vestnik Moskovskogo Universiteta. 1975;8(6):113-116 (in Russian)

20. Piosik Ł., Ruta-Piosik M., Zenkteler M., Zenkteler E. Development of interspecific hybrids between Solanum lycopersicum L. and S. sisymbriifolium Lam. via embryo calli. Euphytica. 2019;215(2):31. doi 10.1007/s10681-019-2358-9

21. Roth M., Florez-Rueda A.M., Griesser S., Paris M., Städler T. Incidence and developmental timing of endosperm failure in post-zygotic isolation between wild tomato lineages. Ann Bot. 2018;121(1):107-118. doi 10.1093/aob/mcx133

22. Rubio F., Alonso A., García-Martínez S., Ruiz J.J. Introgression of virus-resistance genes into traditional Spanish tomato cultivars (Solanum lycopersicum L.): effects on yield and quality. Sci Hortic. 2016; 198:183-190. doi 10.1016/j.scienta.2015.11.025

23. Ruzin S.E. Plant Microtechnique and Microscopy. Oxford University Press, 1999

24. Sadashiva A.T., Hanson P., Reddy M.K., Ravishankar K.V., Prasad M., Prasanna H.C., Madhavi Reddy K., … Kumar M., Kaushal A., Rai A.K., Jatav V., Bhat L. Breeding tomato (Solanum lycopersicum L.) for resistance to biotic and abiotic stresses. J Hortl Sci. 2017;12(2):91-105. doi 10.24154/jhs.v12i2.2

25. Schindfessel C., De Storme N., Trinh H.K., Geelen D. Asynapsis and meiotic restitution in tomato male meiosis induced by heat stress. Front Plant Sci. 2023;14:1210092. doi 10.3389/fpls.2023.1210092

26. Yerasu S.R., Gowda M.T., Krishna R., Kaur C., Singh S., Saha S., Kumar R. Development of interspecific hybrids through embryo rescue for heat-stable nematode resistance (Mi­9 gene) from Solanum arcanum in tomato. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2023;154(3):703-711. doi 10.1007/s11240-023-02544-0