Молекулярные маркеры как инструмент в селекции на устойчивость к Y-вирусу картофеля

Для картофеля, как вегетативно размножаемой культуры, Y-вирус (YВК) является экономически важным патогеном. Крайняя устойчивость ко всем штаммам YВК детерминируется Ry-генами, которые интрогрессированы в современные сорта картофеля от ограниченного числа источников устойчивости – Solanum stoloniferum Schlechtd. et Bche., Solanum andigenum Juz. et Buk., Solanum chacoense Bitt. Использование новых видов Solanum и межвидовых гибридов на их основе позволяет расширить существующий генофонд картофеля в селекции на устойчивость к YВК. Традиционная селекция на устойчивость к вирусам по-прежнему имеет большой потенциал, однако является длительным и трудоемким процессом. Для повышения эффективности в практическую селекцию широко интегрируются молекулярные маркеры, сцепленные с Ry-генами. Проведенные ранее исследования позволили выявить ряд недостатков при применении молекулярных маркеров Ry-генов. Для оценки прогностических способностей молекулярных маркеров RYSC3, М45, М6 гена Ryadg и YES3-3A гена Rysto устойчивости к YВК изучено поколение F1 двух популяций картофеля, в создании которых использовались межвидовые гибриды. Характер расщепления 5:3, полученный по фенотипу, показал, что исходные родительские формы могут являться источниками не только ранее выявленных, но и не идентифицированных Ry-генов, а также Ny-генов сверхчувствительности. Коэффициент корреляции между наличием маркеров и устойчивостью к YВК для YES3-3-маркера составил 0,64 (79 % совпадений), а для маркеров RYSC3, М45, М6 – 0,54 (76 % совпадений). Обнаружены случаи «ложноположительных» (наличие маркера в восприимчивых генотипах) результатов исследования, которые указывают на недостаточную эффективность используемых маркеров. Расщепление по маркерам, наблюдаемое в популяциях, соответствует хроматидному расщеплению, подтверждающему симплексный характер наследования Ry-генов от устойчивых родителей. Соотношение генотипов с присутствием/отсутствием маркеров составило 0,86:1.

1. Song Y.-S., Schwarzfischer A. Development of STS markers for selection of extreme resistance (Ry sto ) to PVY and maternal pedigree analysis of extremely resistant cultivars. American Journal of Potato Research. 2008;85:159-170. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-008-9012-8

2. Valkonen J. P. T. Elucidation of virus-host interactions to enhance resistance breeding for control of virus diseases in potato. Breeding Science. 2015;65(1):69-76. DOI: https://doi.org/10.1270/jsbbs.65.69

3. Бекетова М. П., Соколова Е. А., Рогозина Е. В., Кузнецова М. А., Хавкин Э. Е. Два ортолога гена R1 устойчивости к фитофторозу у дикорастущих и культурных форм картофеля. Физиология растений. 2017;64(5):372-382. DOI: https://doi.org/10.7868/S0015330317050025

4. Гавриленко Т. А., Клименко Н. С., Алпатьева Н. В., Костина Л. И., Лебедева В. А., Евдокимова З. З., Апаликова О. В., Новикова Л. Ю., Антонова О. Ю. Генетическое разнообразие сортов картофеля российской селекции и стран ближнего зарубежья по типам цитоплазм. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(6):753-764. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ19.534

5. Бирюкова В. А., Шмыгля И. В., Жарова В. А., Бекетова М. П., Рогозина Е. В., Митюшкин А. В., Мелёшин А. А. Молекулярные маркеры генов экстремальной устойчивости к Y вирусу картофеля в сортах и гибридах Solanum tuberosum L. Российская сельскохозяйственная наука. 2019;(5):17-22. DOI: https://doi.org/10.31857/S2500-26272019517-22

6. Slater A. T., Schultz L., Lombardi M., Rodoni B. C., Bottcher C., Cogan N. O. I., Forster J. W. Screening for Resistance to PVY in Australian Potato Germplasm. Genes. 2020;11(4):429. DOI: https://doi.org/10.3390/genes11040429

7. Kasai K., Morikawa Y., Sorri V. A., Valkonen J. P. T., Gebhardt C., Watanabe K. N. Development of SCAR markers to the PVY resistance gene Ryadg based on a common feature of plant disease resistance genes. Genome. 2000; 43(1):1-8. DOI: https://doi.org/10.1139/g99-092

8. Sagredo B. D., Mathias R. M., Barrientos P. C., Acuña B. I., Kalazich B. J., Rojas J. S. Evaluation of a SCAR RYSC3 marker of the Ry adg gene to select resistant genotypes to potato virus Y (PVY) in the INIA potato breeding program. Chilean Journal of Agricultural Research. 2009;69(3):305-315. URL: https://scielo.conicyt.cl/pdf/chiljar/v69n3/at02.pdf

9. Ortega F., Lopez-Vizcon C. Application of Molecular Marker-Assisted Selection (MAS) for Disease Resistance in a Practical Potato Breeding Programme. Potato Research. 2012;55:1-13 DOI: https://doi.org/10.1007/s11540-011-9202-5

10. Fulladolsa A. C., Navarro F. M., Kota R., Severson K., Palta J. P., Charkowski A. O. Application of Marker Assisted Selection for Potato Virus Y Resistance in the University of Wisconsin Potato Breeding Program. American Journal of Potato Research. 2015;92(3):444-450. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-015-9431-2

11. Dalla Rizza M., Vilar F. L., Torres D. G., Maeso D. Detection of PVY Extreme Resistance Genes in Potato Germplasm from the Urnguayan Breeding Program. Amer J of Potato Res. 2006;83:297-304. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02871590

12. Ottoman R. J., Hane D. C., Brown C. R., Yilma S., James S. R., Mosley A. R., Crosslin J. M., Vales M. I. Validation and Implementation of Marker-Assisted Selection (MAS) for PVY Resistance (Ry adg gene) in a Tetraploid Potato Breeding Program. American Journal of Potato Research. 2009;86:304-314. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-009-9084-0

13. Lopez Pardo R., Barandalla L., Ritter E., de Galarreta J. I. R. Validation of molecular markers for pathogen resistance in potato. Plant Breeding. 2013;132(3):246-251. DOI: https://doi.org/10.1111/pbr.12062

14. Herrera M. D. R., Vidalon L. J., Montenegro J. D., Riccio C., Guzman F., Bartolini I., Ghislain M. Molecular and genetic characterization of the Ry adg locus on chromosome XI from Andigena potatoes conferring extreme resistance to potato virus Y. Theoretical and Applied Genetics. 2018;131(9):1925-1938. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-018-3123-5

15. Gebhardt C., Valkonen J. P. T. Organization of genes controlling disease resistance in the potato genome. Annual Review of Phytopathology. 2001;39: 79-102. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.39.1.79

16. Elison G. L., Hall D. G., Novy R. G., Whitworth J. L. Development and Application of a Multiplex Marker Assay to Detect PVY Resistance Genes in Solanum tuberosum. American Journal of Potato Research. 2020;97:289-296. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-020-09777-1

17. Sanetomo R., Gebhardt C. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits. BMC Plant Biology. 2015;15(162):162. DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-015-0545-y

18. Рогозина Е. В., Бирюкова В. А., Симаков Е. А., Жарова В. А., Чалая Н. А., Кузнецова М. А., Рогожин А. Н., Бекетова М. П., Фадина О. А., Хавкин Э. Е. Межвидовые гибриды как родительские формы для упреждающей селекции картофеля на устойчивость к болезням и вредителям. Достижения науки и техники АПК. 2018;32(1):26-31. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-1010519.

19. Рогозина Е. В., Терентьева Е. В., Потокина Е. К., Юркина Е. Н., Никулин А. В., Алексеев Я. И. Идентификация родительских форм для селекции картофеля, устойчивого к болезням и вредителям, методом мультиплексного ПЦР-анализа. Сельскохозяйственная биология. 2019;54(1):19-30. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.1.19rus

20. Склярова Н. П., Яшина И. М. Аутотетраплоидное наследование у картофеля. Картофель и овощи. 1970;10:11-14.

21. Ермишин А. П., Свиточ О. В., Воронкова Е. В., Гукасян О. Н., Лукша В. И. Определение состава и аллельного состояния генов устойчивости к болезням и вредителям у родительских линий картофеля с помощью ДНК-маркеров. Генетика. 2016;52(5):569-578. DOI: https://doi.org/10.7868/S0016675816050052