Протокол анализа количественных характеристик опушения листа картофеля

Опушение листьев у растений – один из важных признаков, отвечающих за формирование микроклимата у поверхности листа, – участвует в защите от неблагоприятных биотических и абиотических факторов среды. У пасленовых, к которым относится картофель Solanum tuberosum L., опушение листа представлено многоклеточными неветвистыми трихомами разного размера и морфологии. Опушение этой культуры способствует сопротивлению растения насекомым-вредителям, в частности колорадскому жуку и тле, которая является переносчиком вирусных заболеваний. В процессе селекционно-генетических экспериментов возникает необходимость оценить интенсивность опушения листьев растений картофеля. Для этого, как правило, используют микроизображения или микрофотографии листьев листа, сделанные под микроскопом. С их помощью оценивают количество трихом разного типа на поверхности листа и затем нормируют на единицу площади. Такой подход трудоемок, поскольку требует визуального подсчета трихом под микроскопом. Разработанный нами протокол описывает технологию быстрой количественной оценки характеристик опушения у картофеля (числа трихом на поверхности листа и их средней длины) для решения задач генетики и селекции этой культуры. Он состоит из описания технологии приготовления препаратов и получения цифровых изображений сгибов листа с помощью оптического микроскопа в проходящем свете и последующей автоматической обработке этих изображений на компьютере с помощью программы LHDetect2.

1. Afonnikov D.A., Genaev M.A., Doroshkov A.V., Komyshev E.G., Pshenichnikova T.A. Methods of high-throughput phenotyping of plants for large-scale breeding experiments. Genetika = Genetics (Moscow). 2016;52(7):788-803. DOI 10.7868/s001667581607002x. (in Russian)

2. Doroshkov A.V., Afonnikov D.A., Dobrovolskaya O.B., Pshenichnikova T.A. Interactions between leaf pubescence genes in bread wheat as assessed by high throughput phenotyping. Euphytica. 2016; 207(3):491-500. DOI 10.1007/s10681-015-1520-2.

3. Doroshkov A.V., Simonov A.V., Safonova A.D., Afonnikov D.A., Likhenko I.E., Kolchanov N.A. Quantitative assessment of potato pubescence by analysis of digital microimages. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2016;30(10):12-14. (in Russian)

4. Fasulati S.R., Limantseva L.A., Ivanova O.V., Rogozina E.V. Extensive drug resistance to Colorado potato beetle, potato ladybird, and yellow potato cyst nematode. Zashchita i karantin rasteniy = Plant Protection and Quarantine. 2011;10. (in Russian)

5. Flanders K.L., Hawkes, J.G., Radcliffe, E.B., Lauer, F.I. Insect resistance in potatoes: sources, evolutionary relationships, morphological and chemical defenses, and ecogeographical associations. Euphytica. 1992;61(2):83-111. DOI 10.1007/BF00026800.

6. Genaev M.A., Doroshkov A.V., Pshenichnikova T.A., Kolchanov N.A., Afonnikov D.A. Extracting quantitative characteristics of wheat leaf hairiness using image processing technique. Planta. 2012;236(6): 1943-1954. DOI 10.1007/s00425-012-1751-6.

7. Gregory P., Tingey W.M., Ave D.A., Bouthyette P.Y. Potato glandular trichomes: a physicochemical defense mechanism against insects. In: Maurice B., Green P., Hedin A. (eds) Natural resistance of plants to pests. Am. Chemical Society. Washington, 1986;296:160-167.

8. Kennedy G.G. Tomato, pests, parasitoids, and predators: tritrophic interactions involving the genus Lycopersicon. Ann. Rev. Entomol. 2003;48(1):51-72. DOI 10.1146/annurev.ento.48.091801.112733.

9. Maharijaya A., Vosman B. Managing the Colorado potato beetle; the need for resistance breeding. Euphytica. 2015;204(3):487-501. DOI 10.1007/s10681-015-1467-3.

10. Pshenichnikova T.A., Doroshkov A.V., Simonov A.V., Afonnikov D.A., Börner A. Diversity of leaf pubescence in bread wheat and relative species. Gen. Resourc. Crop Evol. 2016;1-13. DOI 10.1007/s10722-016-0471-3.

11. Schilmiller A.L., Last R.L., Pichersky E. Harnessing plant trichome biochemistry for the production of useful compounds. Plant J. 2008; 54(4):702-711. DOI 10.1111/j.1365-313x.2008.03432.x.

12. Simmons A.T., Gurr G.M. Trichomes of Lycopersicon species and their hybrids: effects on pests and natural enemies. Agricultur. Forest Entomol. 2005;7(4):265-276. DOI 10.1111/j.1461-9555.2005.00271.x

13. Tingey W.M., Plaisted R.L., Laubengayer J.E., Mehlenbacher S.A. Green peach aphid resistance by glandular trichomes in Solanum tuberosum xS. berthaultii hybrids. Am. Potato J. 1982;59(6):241-251. DOI 10.1007/BF02856560.