Мобилизация, сохранение и изучение генетических ресурсов культивируемого и дикорастущего картофеля


https://doi.org/10.18699/VJ17.219

Полный текст:


Аннотация

Сегодня в крупнейших картофельных генбанках мира, включая мировую коллекцию картофеля ВИР, хранится около 98 тыс. образцов картофеля и его диких родичей. Этот генофонд, накапливавшийся на протяжении почти столетия, представляет собой огромное генетическое разнообразие клубнеобразующих видов рода Solanum L., имеющего огромное значение для фундаментальных и прикладных научных исследований и для продовольственной безопасности человечества. Генные банки картофеля и других сельскохозяйственных растений выполняют три весьма важные задачи: постоянное пополнение коллекционного материала; обеспечение его сохранности при помощи разных способов хранения (семенное размножение и хранение в вегетативном состоянии); его всестороннее использование в фундаментальных и прикладных исследованиях для решения вопросов повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Выполнение вышеперечисленных задач в генбанках и научных организациях большинства стран, занимающихся хранением, изучением и использованием гермоплазмы картофеля, позволяет получать довольно высокие результаты как в области биологии картофеля, так и в области улучшения продовольственных качеств культуры. Вместе с тем пути выполнения обозначенных трех задач нуждаются в усовершенствовании в связи с произошедшим за многие десятилетия прогрессом, в частности в области фундаментальных и прикладных наук. В настоящей работе дан краткий анализ состояния дел в области сохранения, изучения и использования генетических ресурсов картофеля и его диких родичей в отечественной и зарубежной селекции, а также рассмотрены пути решения проблем в этих направлениях. Большим прорывом сегодня является использование молекулярно-генетических методов в генотипировании коллекционного материала для целей идентификации и инвентаризации коллекционных образцов в генных банках, а также для использования материала в фундаментальных и прикладных исследованиях, в том числе в селекционных программах. Координация усилий по сбору диких видов картофеля, которые отсутствуют в коллекциях или представлены малым числом образцов, а также обмен материалом и информацией о нем будут способствовать расширению как генетического разнообразия в генбанках, так и знаний о биологических особенностях картофеля.

Об авторах

С. Д. Киру
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова» (ВИР)
Россия
Санкт-Петербург


Е. В. Рогозина
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова» (ВИР)
Россия
Санкт-Петербург


Список литературы

1. Achenbach U., Paulo J., Ilarionova E., Lübeck J., Strahwald J., Tacke E., Hofferbert H.R., Gebhardt C. Using SNP markers to dissect linkage disequilibrium at a major quantitative trait locus for resistance to the potato cyst nematode Globodera pallida on potato chromosome. Theor. Appl. Genet. 2009;118:619-629.

2. 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 FSU countries based on the polymorphism for 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)

3. Aversano R., Contaldi F., Ercolano M.R., Grosso V., Iorizzo M., Tatino F., Xumerle L., Dal Molin A., Avanzato C., Ferrarini A., Delledonne M., Sanseverino W., Cigliano R.A., Capella-Gutierrez S., Gabaldón T., Frusciante L., Bradeen J.M., Carputo D. The Solanum commersonii genome sequence provides insights into adaptation to stress conditions and genome evolution of wild potato relatives. Plant Cell. 2015;27(4):954-968. DOI 10.1105/tpc.114.135954.

4. Bamberg J., del Rio A. Accumulation of genetic diversity in the US Potato Genebank Am. J. Potato Res. 2016;93(5):430-435. DOI 10.1007/s12230-016-9519-3.

5. Bamberg J.B., del Rio A., Douches D., Coombs J. Assessing SNPs for predicting heterogeneity and screening efficiency in wild potato species. Am. J. Potato Res. 2015;92:276-283. DOI 10.1007/s12230014-9428-2.

6. Biryukova V.A., Zaitsev V.S., Khavkin E.E., Khromov L.M. Genotyping of potato varieties by analysis of moderate repeats. Voprosy kartofelevodstva = Issues of Potato Industry. Moscow, VNIIKKh Publ., 2006;54-62. (in Russian)

7. Biryukova V.A., Zaytsev B.C., Khavkin E.E., Khromova L.M., Shilov I.A. DNA markers in potato breeding. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC, 2003;10:38-41. (in Russian)

8. Bohs L. Major clades in Solanum based in ndhF sequences. A Festschrift for William G. D’Arcy: The Legacy of a Taxonomist. Eds. R.C. Keating, V.C. Hollowell, T.B. Croat. Monographs in Syst. Botany. Missouri Bot. Garden. 2005;104:27-49.

9. Bradeen J.M., Haynes K.G. Introduction to potato. Genetics, Genomics and Breeding of Potatoes. Eds. J.J. Bradeen, K.G. Haynes. Enfield NH: Sci. Publ., 2011;1-19.

10. Bradshaw J. Potato breeding at the Scottish Plant Breeding Station and the Scottish Crop Research Institute: 1920–2008. Potato Res. 2009; 52:141-172. DOI 10.1007/s11540-009-9126-5.

11. Braun A., Wenzel G. Molecular analysis of genetic variation in potato (Solanum tuberosum L.). I. German cultivars and advanced clones. Potato Res. 2004;47(5):81-92. DOI 10.1007/BF02731971.

12. Brozynska M., Furtado A., Henry R. Genomics of crop wild relatives: expanding the gene pool for crop improvement. Plant Biotechnol. J. 2015;14:1070-1085. DOI 10.1111/pbi.12454.

13. Budin K.Z. Geneticheskie osnovy selektsii kartofelya [Genetic fundamentals of potato breeding]. Leningrad: Agropromizdat Publ., 1986. (in Russian)

14. Budin K.Z., Soboleva T.I. Hybrids of Solanum andigena Juz. et Buk. dihaploids with Solanum diploid species. Genetika = Genetics (Moscow). 1970;6(8):5-11. (in Russian)

15. Bukasov S.M. The taxonomy of potato species, section Tuberarium (Dun.) Buk. genus Solanum L. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektzii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1971;1:46. (in Russian)

16. Bukasov S.M. Principles of potato taxonomy. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektzii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1978;62(1):3-35. (in Russian)

17. Bukasov S.M., Kameraz A.Y. Selektsiya i semenovodstvo kartofelya [Potato breeding and seed production]. Moscow–Leningrad, Kolos Publ., 1972. (in Russian)

18. Cadima F.X. Conserving the genetic diversity of Bolivian wild potatoes. Wageningen, NL: Wageningen Univ., 2014.

19. Cardi T. Cisgenesis and genome editing: Combining concepts and efforts for a smarter use of genetic resources in crop breeding. Plant Breeding. 2015;135(2):139-147. DOI 10.1111/pbr.12345.

20. Castañeda-Álvarez N.P., de Haan S., Juárez H., Khoury C.K., AchicanoyH.A., SosaC.C., BernauV.V., SalasA., HeiderB., SimonR., Maxted N., Spooner D. Ex situ conservation priorities for the wild relatives of potato (Solanum L. section Petota). PLoS ONE. 2015;10(4):e0122599. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone. 0122599.

21. Chalaya N.A., Biryukova V.A., Kiru S.D. New sources of resistance to the golden potato cyst nematode G.rostochiensis (Woll.) from the VIR collection of wild potato species. Izvestya SPbGAU=Proceedings of the St.-Petersburg State Agrarian Univ. 2012;26:45. (in Russian)

22. Coca Morante M., Coca-Salazar A. Wild potato species (Solanum section Petota Solanaceae) in the Tunari National Park, Andean Region of Cochabamba, Bolivia. Open J. Ecology. 2014;4(2):28-32. DOI 10.4236/oje.2014.42004.

23. Correll D.S. The potato and its wild relatives. Texas Res. Foundation, 1962.

24. Estrada Ramos N. La biodiversidad en el mejoramento genético de la papa. Eds. B. Hardy, E. Martinez. La Paz, Bolivia: PROINPA/CID/CIP, 2000.

25. Feingold S., Lloyd J., Norero N., Bonierbale M., Lorenzen J. Mapping and characterization of new EST-derived microsatellites for potato (Solanum tuberosum L.). Theor. Appl. Genet. 2005;111:456-466.

26. Gavrilenko T., Antonova O., Ovchinnikova A., Novikova L., Krylova E., Mironenko N., Pendinen G., Islamshina A., Shvachko N., Kiru S., Kostina L., Afanasenko O., Spooner D. A microsatellite and morphological assessment of the Russian National cultivated potato collection Genet. Resour. Crop. Evol. 2010;57:1151-1164. DOI 10.1007/s10722-010-9554-8.

27. Gavrilenko T., Antonova O., Shuvalova A., Krylova E., Alpatyeva N., Spooner D.M., Novikova L. Genetic diversity and origin of cultivated potatoes based on plastid microsatellite polymorphism. Genet. Resour. Crop. Evol. 2013;60:1997-2015.

28. Gebhardt C., Ballvora A., Walkemeier B., Oberhagemann P., Schüler K. Assessing genetic potential in germplasm collections of crop plants by marker-trait association: a case study for potatoes with quantitative variation of resistance to late blight and maturity type. Mol. Breeding. 2004;13:93-102.

29. Gebhardt C., Bellin D., Henselewski H., Lehmann W., Schwarzfischer J., Valkonen J.P.T. Marker-assisted combination of major genes for pathogen resistance in potato. Theor. Appl. Genet. 2006; 112:1458-1464.

30. Ghislain M., Spooner D.M., Rodríguez F., Villamón F., Núñez J., Vásquez C., Waugh R., Bonierbale M. Selection of highly informative and user-friendly microsatellites (SSRs) for genotyping of cultivated potato. Theor. Appl. Genet. 2004;108:881-890.

31. Gorbatenko L.Y. Vidy kartofelya Yuzhnoy Ameriki (ekologiya, geografiya, introduktsiya, sistematika, selektsionnaya znachimost’) [Potato species of South America: Ecology, geography, introduction, taxonomy, and role in breeding]. St. Petersburg, 2006. (in Russian)

32. Gorbatenko L.Y., Kiru S.D. History of creation of VIR potato germplasm. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektzii=Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2007;163:22-38. (in Russian)

33. Hawkes J. The Potato, Evolution, Biodiversity and Genetic Resources. London: Belhaven Press, 1990. Solanaceae Source. Available at http://solanaceasource.org/

34. Hosaka K., Ogawa K. Genetic diversity in Japanese and North American potato cultivars evaluated by RAPD analysis. Sci. Rep. Faculty of Agriculture, Kobe Univ. 1994;21:39-42.

35. Hosaka K., Sanetomo R. Comparative differentiation in mitochondrial and chloroplast DNA among cultivated potatoes and closely related wild species. Genes Genetic Systems. 2009;84:371-378.

36. Hosaka K., Sanetomo R. Application of a PCR-based cytoplasm genotyping method for phylogenetic analysis in potato. Am. J. Potato Res. 2014;91(3):246-253. DOI 10.1007/s12230-013-9344-x.

37. Jacobs M.M.J., Smulders M.J.M., van den Berg R.G., Vosman B. What’s in a name: genetic structure in Solanum section Petota studied using population-genetic tools. BMC Evol. Biol. 2011;11:42. DOI 10.1186/1471-2148-11-42.

38. Jacobs M.M.J., van den Berg R.G., Vleeshouwers V.G.A.A., Visser M., Mank R., Sengers M., Hoekstra R., Vosman B. AFLP analysis reveals a lack of phylogenetic structure within Solanum section Petota. BMC Evol. Biol. 2008;8:145. DOI 10.1186/1471-2148-8-145.

39. Jansky S.H., Chung Y.S., Kittipadukal P. M6: A diploid potato inbred line for use in breeding and genetic research. J. Plant. Registr. 2014;8(2):195-199. DOI 10.3198/jpr2013.05.0024crg.

40. Jansky S.H., Dempewolf H., Camadro E.L., Simon R., Zimnoch-Guzowska E., Bisognin D.A., Bonierbale M. A case for crop wild relative preservation and use in potato. Crop Sci. 2013;53(3):746-754. DOI 10.2135/cropsci2012.11.0627.

41. Kameraz A.Y. Use of S. andigenum forms in potato breeding. Vestnik sotz. Rastenievodstva = Herald of Socialist Plant Industry. 1940;5:12-25. (in Russian)

42. Kameraz A.Y. Wild Chilean potatoes (S. leptostigma Juz., S. molinae Juz.) in potato breeding. Vestnik sotz. rastenievodstva = Herald of Socialist Plant Industry. 1941;1:10-15. (in Russian)

43. Kameraz A.Y. Use of the global gene pool in potato breeding for resistance to major diseases and pests. Tez. Dokl. Vsesyuznoi konferentzii po selektzii kartofelya “Problemy i puti povysheniya ustoichivosti rasteni k boleznyam i extremalnym usloviyam sredy v svyazi s zadachami selektzii” [Abstracts from the All-Union conference on potato breeding “Problems and approaches to the increase of plant resistance to diseases and environmental factors in connection with breeding tasks”]. Leningrad, 1981;53-54. (in Russian)

44. Kameraz A.Y. VIR world potato collection as the base of modern potato breeding. Vestnik Selskokhozyaystvennoy Nauki = Herald of Agricultural Sciences. 1983;4:60-64. (in Russian)

45. Kiru S.D. The VIR potato collection has 80 years. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektzii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 2007;163:5-21. (in Russian)

46. Kiru S.D., Gavrilenko T.A., Kostina L.I., Rogozina E.V., Antonova O.Y., Truskinov E.V., Shvachko N.A., Krylova E.A., Smirnova A.B. Conservation, evaluation and use in breeding of potato genetic diversity at N. Vavilov Institute of Plant Industry (VIR). Potato Production and Innovative Technologies. Eds. A. Havercort, B. Anisimov. Netherlands: Wageningen Acad. Publ., 2007;353-362.

47. Kiru S.D., Gavrilenko T.A., Kostina L.I., Rogozina E.V., Antonova O.Y., Truskinov E.V., Shvachko N.A., Krylova E.A., Smirnova A.B. Conservation, evaluation and use in breeding of potato genetic diversity at the Vavilov Institute of Plant Industry (VIR). Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements in Science and Technology, Agroindustrial complex. 2007;7:2-6. (in Russian)

48. Kolobayev V.A. Printsipy i metody sozdaniya vysokoeffektivnykh donorov gorizontal’noy ustoychivosti kartofelya k fitoftorozu. Metodicheskie rekomendatsii [Fundamentals and methods of the creation of highly efficient donors of horizontal resistance to late blight in potato. Methodological recommendations]. St.-Petersburg, VIZR Publ., 2001. (in Russian)

49. 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 from the Vavilov Institute of Plant Industry. Plant Breeding. 2014;133(5):660-665. DOI 10.1111/pbr.12195.

50. Lebedeva N.A. Polyploids of wild potato species and hybrids with polyploids in the long-term planting. Botanicheskiy zhurnal = Botanical Journal. 1961;6:14-15. (in Russian)

51. Lebedeva V.A. Selektsiya kartofelya na osnove mezhvidovoy gibridizatsii (Obobshchenie 60-letnego opyta nauchnoy raboty) [Potato breeding based on interspecific hybridization (Overview of 60-year practice)]. St.-Petersburg, Renome Publ., 2010. (in Russian)

52. Luebert F., Weigend M. Phylogenetic insights into Andean plant diversification. Front. Ecol. Evol. 2014;2:27. DOI 10.3389/fevo.2014. 00027.

53. Machida-Hirano R. Diversity of potato genetic resources. Breed. Sci. 2015;65(1):26-40.

54. Moisan-Thiery M., Marhadour S., Kerlan M., Dessenne N., Perramant M., Gokelaere T., LeHingrat Y. Potato cultivar identification using simple sequence repeats markers (SSR). Potato Res. 2005;48: 191-200. DOI 10.1007/BF02742376.

55. Pajerowska K.M., Parker J.E., Gebhardt C. Potato homologs of Arabidopsis thaliana genes functional in defense signaling – identification, genetic mapping, and molecular cloning. Mol. Plant-Microbe Interactions. 2005;18(10):1107-1119.

56. Sattarzadeh A., Achenbach U., Lübeck J., Strahwald J., Tacke E., Hofferbert H.R., Rothsteyn T., Gebhardt C. Single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping as basis for developing a PCR-based marker highly diagnostic for potato varieties with high resistance to Globodera pallida pathotype Pa2/3. Mol. Breeding. 2006;18(4):301-312.

57. Slater A., Cogan N., Benjamin J., Hayes B., Lee S., Finlay M., Dale B., Glenn J., Bryan J., Forster W. Improving breeding efficiency in potato using molecular and quantitative genetics. Theor. Appl. Genet. 2014;127(11):2279-2292. DOI 10.1007/s00122-014-2386-8.

58. Spooner D., Nunez J., Rodriguez F., Naik P.S., Ghislain M. Nuclear and chloroplast DNA reassessment of the origin of Indian potato varieties and its implications for the origin of the early European potato. Theor. Appl. Genet. 2005;110(6):1020-1026.

59. Spooner D.M., Ghislain M., Simon R., Jansky S., Gavrilenko T. Systematics, diversity, genetics, and evolution of wild and cultivated potatoes. Bot. Rev. 2014;80(4):283. DOI 10.1007/s12229-014-9146-y.

60. Spooner D.M., Jansky S.H., Simon R. Tests of taxonomic and biogeographic predictivity: resistance to disease and insect pests in wild relatives of cultivated potato. Crop Sci. 2009;49(4):1367-1376.

61. Spooner D.M., Salas A. Structure, biosystematics and genetic resources. Handbook of Potato Production, Improvement and Postharvest Management. Eds. J. Gopal, S.M.P. Khurana. N.Y.: Haworth Press, 2006;1-39.

62. Sukhotu T., Hosaka K. Origin and evolution of Andigena potatoes revealed by chloroplast and nuclear DNA markers. Genome. 2006; 49(6):636-647. URL: http://www.pgrportal.nl/en/Potato-geneticresources.

63. van den Berg R.G., Bryan G.J., del Rio A., Spooner D.M. Reduction of species in the wild potato Solanum section Petota series Longipedicellata: AFLP, RAPD and chloroplast SSR data. Theor. Appl. Genet. 2002;105:1109-1114.

64. van Weymers P.S.M., Baker K., Chen X., Harrower B., Cooke D.E.L., Gilroy E.M., Birch P.R.J., Thilliez G.J.A., Lees A.K., Lynott J.S., Armstrong M.R., McKenzie G., Bryan G.J., Hein I. Utilizing “Omic” technologies to identify and prioritize novel sources of resistance to the oomycete pathogen Phytophthora infestans in Potato Germplasm Collections. Front. Plant Sci. 2016;7:672. DOI 10.3389/fpls.2016.00672.

65. Vavilov N.I. Uchenie ob immunitete rasteniy k infektsionnym zabolevaniyam [The doctrine of the plant immunity to infectious diseases]. Teoreticheskie osnovy selektsii. Vol. 1 [The theoretical basis of breeding]. Moscow–Leningrad, Sel’khosgiz Publ., 1935;893-939. (in Russian)

66. Vélez J.M., Pineda R., Galindo L., Arango R., Morales J.G. Current situation of wild Solanum spp. L. sect. Petota (Solanum, Solanaceae) in some Colombian regions. Genet. Resour. Crop. Evol. 2016; 63(1):47-54. DOI 10.1007/s10722-015-0234-6.

67. Velishaeva N.S., Khavkin E.E., Shilov I.A. Genotipirovanie kartofelya i ego dikorastushchikh sorodichey metodom polimorfizma mikrosatelitov. [Genotyping of potato and its wild relatives by microsatellite analysis]. Rossiyskaya selskokhozyaystvennaya nauka=Russian Agricultural Sciences. 2006;5:3-5. (in Russian)

68. Visser R.G.F., Bachem C.W.B., de Boer J.M., Bryan G.J., Chakrabati S.K., Feingold S., Gromadka R., van Ham R.C.H.J., Huang S., Jacobs J.M.E., Kuznetsov B., de Melo P.E., Milbourne D., Orjeda G., Sagredo B., Tang X. Sequencing the potato genome: outline and first results to come from the elucidation of the sequence of the world’s third most important food crop. Am. J. Potato Res. 2009;86:417-429.

69. Zhitlova N.A. Metody polucheniya poliploidov razlichnykh vidov kartofelya. [Methods of obtaining polyploids of different potato species]. Sb. trudov aspirantov i molodykh nauchnykh sotrudnikov VIR [Collection of works of postgraduates and young scientists of VIR]. Leningrad, 1969;452-456. (in Russian)

70. Zykin A.G. The potatoes of Bolivia. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektzii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1973;50(3):241-267. (in Russian)


Дополнительные файлы

Просмотров: 1671

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


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


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