SvSv-линии – эффективный инструмент для вовлечения в селекцию ценного генофонда 1 EBN диплоидных диких видов картофеля

Имеется ряд ценных для селекции диких видов картофеля, в частности 1 EBN мексиканские диплоидные виды, которые практиче- ски не скрещиваются с культурным картофелем, включая дигаплоиды Solanum tuberosum (2х, 2 EBN), из-за жестких пре- и постзиготных межвидовых репродуктивных барьеров. Для вовлечения в селекцию генофонда этих видов предлагается использовать оригинальные SvSv-линии (F2 дигаплоиды S. tuberosum×S. verrucosum), у которых St -аллели культурного картофеля замещены на Sv от самосовместимого диплоидного вида S. verrucosum, не образующего пестичных S-РНКаз. Предполагалось, что благодаря наличию в гомозиготном состоянии S-генов, привнесенных от S. verrucosum, SvSv-линии имеют те же возможности для устранения презиготной несовместимости при межвидовой гибридизации, что и этот дикий вид, однако их использование позволит устранить нежелательные эффекты, связанные с его применением (мужская стерильность гибридов, пониженное клубнеобразование). Целью исследования была оценка эффективности использования SvSv-линий (по сравнению с S. verrucosum) в качестве посредника для вовлечения в селекцию 1 EBN видов картофеля S. bulbocastanum, S. pinnatisectum и S. polyadenium. Установлено, что SvSv-линии превосходят S. verrucosum по эффективности гибридизации с 1 EBN видами благодаря обильному и продолжительному цветению в более поздние, по сравнению с S. verrucosum, сроки, когда наступает цветение видов-опылителей. Среди гибридов между SvSv-линиями и 1 EBN дикими видами было достоверно меньше стерильных и низкофертильных генотипов и больше генотипов со средней и высокой функциональной фертильностью пыльцы. Они обладали более высокой способностью к клубнеобразованию, благодаря чему, в отличие от гибридов на основе S. verrucosum, были пригодны для многолетней селекционной оценки в полевых условиях. Полученные межвидовые гибриды удалось скрестить в качестве материнских форм с дигаплоидами S. tuberosum.

картофель, отдаленная гибридизация, презиготная несовместимость, балансовое число эндосперма – EBN, S. verrucosum, SvSv-линии

1. Abdalla M.M., Hermsen J.G.Th. Plasmons and male sterility types in Solanum verrucosum and its interspecific hybrid derivatives. Euphytica. 1972;21:209-220.

2. Abdalla M.M., Hermsen J.G.Th. An evaluation of Solanum verrucosum Schlechtd. for its possible use in potato breeding. Euphytica. 1973;22:19-27.

3. Bamberg J.B. A practical method for making wild potato germplasm from Mexico accessible for evaluation and utilization. Am. Potato J. 1990;67:539.

4. Cardi T., D’Ambrosio F., Consoli D., Puite K.J., Ramulu K.S. Production of somatic hybrids between frost resistant Solanum commersonii and S. tuberosum. Theor. Appl. Genet. 1993;87:193-200.

5. Carputo D., Barone A., Cardi T., Sebastiano A., Frusciante L., Peloquin S.J. Endosperm Balance Number manipulation for direct in vivo germplasm introgression to potato from a sexually isolated relative (Solanum commersonii Dun.). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997;94(22):12013-12017.

6. Carputo D., Monti L., Werner J.E., Frusciante L. Uses and usefulness of endosperm balance number. Theor. Appl. Genet. 1999;98:478-484.

7. Dinu I.I., Hayes R.J., Kynast R.G., Phillips R.L., Thill C.A. Novel inter-series hybrids in Solanum, section Petota. Theor. Appl. Genet. 2005;110(3):403-415.

8. Eijlander R. Mechanisms of self-incompatibility and unilateral incompatibility in diploid potato (Solanum tuberosum L.). NL: Wageningen Agricult. Univ., 1998.

9. Hanneman R.E., Jr. The reproductive biology of the potato and its implication for breeding. Potato Res. 1999;42:283-312.

10. Hawkes J.C. The Potato. Evolution, Biodiversity and Genetic Resources. London: Belhaven Press, 1990.

11. Helgeson J.P., Pohlman J.D., Austin S., Haberlach G.T., Wielgus S.M., Ronis D., Zambolin L., Tooley P., McGrath J.M., James R.V., Stevenson W.R. Somatic hybrids between Solanum bulbocastanum and potato: a new source of resistance to late blight. Theor. Appl. Genet. 1998;96:738-742.

12. Hermsen J.G.Th., Ramanna M.S. Double-bridge hybrids of Solanum bulbocastanum and cultivars of Solanum tuberosum. Euphytica. 1973;22:457-466.

13. Hermsen J.G.Th., Ramanna M.S. Barriers to hybridization of Solanum bulbocastanum Dun. and Solanum verrucosum Schlechtd. and structural hybridity in their F1 plants. Euphytica. 1976;25:1-10.

14. Jansky S.H., Hamernik A.J. The introgression of 2x 1 EBN Solanum species into the cultivated potato using Solanum verrucosum as a bridge. Genet. Resour. Crop Evol. 2009;56:1107-1115.

15. Jansky S.H., Peloquin S.J., Yerk G.L. Use of potato haploids to put 2x wild species germplasm in usable form. Plant Breeding. 1990;104:290-294.

16. Johnston S.A., Hanneman R.E., Jr. Support of the endosperm balance number hypothesis utilizing some tuber-bearing Solanum species. Am. Potato J. 1980;57(1):7-14.

17. Johnston S.A., Hanneman R.E., Jr. Manipulations of endosperm balance number overcome crossing barriers between diploid Solanum species. Science. 1982;217:446-448.

18. Kameraz A.Ya., Vavilova M.A., Zhitlova N.A. Interspecific hybridization of potatoes with participation of Mexican wild diploid species S. verrucosum Schlechtd. Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. 1982;73:56-65. (in Russian)

19. Luksha V.I., Savchuk A.V., Voronkova E.V., Yermishin A.P. Results of selection on character “high functional pollen fertility” and a set of breeding indexes in populations of Solanum tuberosum L. dihaploids. Kartofelevodstvo = Potato Growing (Minsk). 2010;17:137-148. (in Russian)

20. Makhan’ko O.V. Interspecific incompatibility in potato diploid breeding. Zemlyarobstva i akhova raslin=Agriculture and Plant Protection. 2008;1:11-14. (in Russian)

21. Nyman M., Waara S. Characterization of somatic hybrids between Solanum tuberosum and its frost-tolerant relative Solanum commersonii. Theor. Appl. Genet. 1997;95:1127-1132.

22. Pallais N., Fong N., Berrios D. Research on the physiology of potato sexual seed production. Innovative Methods for Propagating Potatoes. CIP Rep. 28th Planning Conf. CIP, Lima, 1984;149-168.

23. Pankin A., Sokolova E., Rogozina E., Kuznetsova M., Deal K., Jones R., Khavkin E. Allele mining in the gene pool of wild Solanum species for homologues of late blight resistance gene RB/Rpi-blb1. Plant Genet. Resources. 2011;9(2):305-308.

24. Polyukhovich Yu.V., Makhan’ko O.V., Savchuk A.V., Voronkova E.V., Yermishin A.P. Development of bridge lines for overcoming interspecific incompatibility in potatoes. Vestsi NAN Belarusi. Ser. biyal. navuk = Proc. Nat. Acad. Sci. Belarus. Ser. Biol. Sci. 2010;2:51-58. (in Russian)

25. Polyukhovich Yu.V., Savchuk A.V., Voronkova E.V., Yermishin A.P. The efficacy of hybridization between Solanum verrucosum Schldl and 1 EBN wild diploid potato species with use of rescue pollination by S. phureja IvP 35. Doklady NAN Belarusi = Reports Nat. Acad. Sci. Belarus. 2011;55(3):88-92. (in Russian)

26. Polyukhovich Yu.V., Voronkova E.V., Savchuk A.V., YermishinA.P. Use of Solanum verrucosum for overcoming unilateral incompatibility in crosses with allotetraploid wild potato species. Kartofelevodstvo = Potato Growing (Minsk). 2013;21(1):136-145. (in Russian)

27. Sokolova E.A., Fadina O.V., Khavkin E.E. Metodicheskie ukazaniya: molekulyarnye markery genov ustoychivosti i genomov-donorov ustoychivosti kartofelya k fitoftorozu [Methodology guidelines: molecular markers of resistance genes and genomes that are donors of resistance of potatoes to late blight]. Мoscow, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology Publ., 2013. (in Russian)

28. Thieme R., Darsow U., Gavrilenko T., Dorokhov D., Tiemann H. Production of somatic hybrids between S. tuberosum L. and late blight resistant Mexican wild potato species. Euphytica. 1997;97:189-200.

29. Voronkova E.V., Polyukhovich Yu.V., Savchuk A.V., Gukasyan O.N., Yermishin A.P. Field resistance to late blight of hybrids produced by pollination of bridge species Solanum verrucosum and SvSv-lines derived from it by diploid 1 EBN potato species. Molekulyarnaya i prikladnaya genetika = Molecular and Applied Genetics (Minsk). 2013;15:104-110. (in Russian)

30. Yermishin A.P. Incompatibility in interspecific and intraspecific hybridization of diploid potatoes and the approaches to its overcoming. Vestsi NAN Belarusi. Ser. biyal. navuk = Proc. Nat. Acad. Sci. Belarus. Ser. Biol. Sci. 2001;3:105-118. (in Russian)

31. Yermishin A.P., Makhan’ko O.V., Voronkova E.V. Application of somatic hybrids between dihaploids of potato Solanum tuberosum L. and wild diploid species from Mexico in breeding: generation and backcrossing of dihaploids of somatic hybrids. Genetika = Genetics (Moscow). 2006;42(12):1414-1421. (in Russian)

32. Yermishin A.P., Polyukhovich Yu.V., Savchuk A.V., Voronkova E.V. A new look at the problem of inter-EBN interspecific crosses in potato. EAPR 2011: Abstracts of the 18th Triennial Conf. of the Eur. Assoc. for Potato Research, July 24-29, 2011, Oulu, Finland. Eds. J. Santala, J.P.T. Valkonen. Helsinki, Finland, 2011;71.

33. Yermishin A.P., Polyukhovich Y.V., Voronkova E.V., Savchuk A.V. Production of hybrids between 2 EBN bridge species Solanum verrucosum and 1 EBN diploid potato species. Am. J. Potato Res. 2014;91:610-617. https://doi.org/10/1007/s12230-014-9385-9.

34. Yermishin A.P., Teltsova Yu.V., Savchuk A.V., Makhan’ko O.V. Development of the bridge lines with the sc-system from Solanum verrucosum for overcoming interspecific incompatibility in potatoes. Materialy mezhdunarodnoi konferentsii “Otdalennaya gibridizatsiya. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya” [Proc. Intern. Conf. “Distant hybridization: State of the art and prospects of development”, Moscow 16-17 December 2003]. M.: MSKhA Publ., 2003;96-100. (in Russian)