Состояние и перспективы селекции картофеля с высокой антиоксидантной активностью в России и мире (обзор)

Цель обзора – провести анализ результатов научных исследований по влиянию на здоровье человека антиоксидантной активности картофеля, рассмотреть современные подходы к селекции картофеля с высокой антиоксидантной активностью. Картофель с ярко окрашенной кожурой и мякотью клубней является источником важнейших природных антиоксидантов (антоцианы, каротиноиды, фенольные соединения, витамины и т. д.). Потребление антиоксидантов с пищей на регулярной основе защищает человека от преждевременного старения, снижает риск ишемической болезни сердца, замедляет атеросклеротические процессы, предупреждает сердечнососудистые заболевания, сахарный диабет, язву двенадцатиперстной кишки, артрит, ожирение, патологии зрения, различные виды рака и многие другие заболевания, а также эффективно укрепляет иммунитет. С применением современных молекулярно-генетических подходов в селекции картофеля содержание антиоксидантов можно повысить в несколько раз (до 2000–4000 мк/кг). Основой для такой селекции служат преимущественно южноамериканские формы с высоким содержанием антоцианов и каротиноидов. Повышение эффективности селекции по признакам окраски мякоти клубня (красная, синяя или фиолетовая) соотносят с разработкой ДНК-маркеров для выявления аллелей ключевых генов биосинтеза антоцианов, который у картофеля контролируется преимущественно транскрипционным комплексом MYB-bHLH-WD40 (MBW). С данным признаком связывают два основных гена StAN1 и StF3´5´H и следующие ферменты: халконсинтазы (CHS); халконфлаванонизомеразы (CHI); дигидрофлавонол-4-редуктазы (DFR); флавонон-3-гидроксилазы (F3H); флавоноид-3´-гидроксилазы (F3ʹH); флавоноид-3´,5´-гидроксилазы (F3´5´H); антоцианидинсинтазы (ANS). Прогресс в области изучения молекулярных механизмов антоциановой пигментации, а также развитие современных молекулярно-генетических методов в значительной степени позволят облегчить многие задачи селекционного процесса при создании сортов картофеля с повышенным содержанием антиоксидантов.

1. Жевора С. В., Старовойтов В. И., Яшин А. Я., Манохина А. А., Яшин Я. И. Исследования химического состава и антиоксидантной активности картофеля. Наука в центральной России. 2021;(1(49)):80–86. DOI: https://doi.org/10.35887/2305-2538-2021-1-80-87 EDN: PZCJIU

2. Стрыгина К. В., Хлесткина Е. К. Синтез антоцианов у картофеля (Solanum tuberosum L.): генетические маркеры для направленного отбора (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2017;52(1):37–49. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.1.37rus EDN: YFQFCR

3. Гинс Е. М., Москалев Е. А., Поливанова О. Б., Митюшкин А. В., Симаков Е. А. Оценка содержания веществ с антиоксидантной активностью в образцах картофеля коллекции исходных форм Федерального исследовательского центра картофеля имени А. Г. Лорха. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2020;15(3):242–252. DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2020-15-3-242-252 EDN: IHYMLA

4. Бординова В. П., Макарова Н. В. Антиоксидантные свойства продуктов питания. Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России: мат-лы II Междунар. научн.-практ. конф. Орел, 2010. С. 187–192.

5. Корчина Т. Я., Кушникова Г. И., Корчина И. В., Сорокун И. В., Козлова Л. А., Кузьменко А. П., Ямбарцев В. А. Роль антиоксидантов в функциональном питании. Вестник угроведения. 2011;4(7):163–168.

6. Леонтьева Н. В. Флавоноиды - природные антиоксиданты. Актуальные проблемы теоретической и клинической медицины. 2024;(1):55–64. DOI: https://doi.org/10.24412/2790-1289-2024-1-42-49 EDN: WOEWHW

7. Симаков Е. А., Митюшкин А. В., Журавлев А. А., Гайзатулин А. С., Салюков С. С., Овечкин С. В., Семенов В. А. Сравнительная оценка антиоксидантной активности сортов картофеля с различной пигментацией мякоти клубней. Вестник КрасГАУ. 2021;(11):24–31. DOI: https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-11-24-31 EDN: VGOOBZ

8. Лудан В. В., Польская Л. В. Роль антиоксидантов в жизнедеятельности организма. Таврический медико-биологический вестник. 2019;22(3):86–92. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=42525811 EDN: QVIYNX

9. Поливанова О. Б., Гинс Е. М. Антиоксидантная активность пигментированного картофеля (Solanum tuberosum L.), содержание антоцианов, их биосинтез и физиологическая роль. Овощи России. 2019;(6):84–90. DOI: https://doi.org/10.18619/2072-9146-2019-6-84-90 EDN: ITVJJO

10. Гольдштейн В. Г., Дегтярев В. А., Коваленок В. А., Семенова А. В., Морозова А. А. Определение пригодности различных сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) с белой и пигментированной мякотью для переработки на картофелепродукты. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022;23(1):98–109. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2022.23.1.98-109 EDN: WDTPET

11. Пискун Г. И. Методологические основы и результаты селекции сортов картофеля с высоким содержанием антиоксидантов и витамина С. Картофелеводство. 2022;30(1):25–30. DOI: https://doi.org/10.47612/0134-9740-2022-30-25-30

12. Симаков Е. А., Митюшкин А. В., Журавлев А. А., Митюшкин А. В., Гайзатулин А. С. Сравнительная оценка исходного материала картофеля в селекции на повышение питательной ценности клубней. Картофелеводство. 2020;27(2):30–36. Режим доступа: https://potato.belal.by/jour/article/view/59

13. Grudzinska M., Czerko Z., Zarzynska K., Borowska-Komenda M. Bioactive compounds in potato tubers – effects of farming system, cooking method and flesh color. Plos One. 2016;11(5):e0153980. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0153980

14. Симаков Е. А., Митюшкин А. В., Журавлев А. А. Современные требования к сортам картофеля различного целевого использования. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(11):45–48. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28140587 EDN: XRUUWR

15. Голубев К. С., Хабарова Л. Н., Калашникова Е. А., Киракосян Р. Н., Темирбекова С. К. Изучение в культуре in vitro перспективных генотипов картофеля с высоким содержанием антиоксидантов. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2021;(5):55–64. DOI: https://doi.org/10.26897/0021-342X-2021-5-55-64 EDN: VNWHKL

16. Тайков В. В., Удовицкий А. С., Киру С. Д., Дергилева Т. Т., Ахмет А. З. Новый сорт картофеля Киру с окрашенной мякотью клубней создан совместно селекционерами Казахстана и России. Актуальные вопросы садоводства и картофелеводства: сб. тр. Междунар. дистан. научн.-практ. конф. Челябинск: ФГБНУ «Южно-Уральский НИИ садоводства и картофелеводства», 2018. С. 377–382. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35014614 EDN: XOZMDJ

17. Черепанова К. А. Корригирующее влияние дигидрокверцетина на состояние окислительного метаболизма у больных сахарным диабетом 2 типа, проживающих на севере. Ульяновский медикобиологический журнал. 2021;(2):16–24. DOI: https://doi.org/10.34014/2227-1848-2021-2-16-24 EDN: CZVRJT

18. Миняйло Л. А., Корчина Т. Я., Корчин В. И., Нехорошева А. В., Нехорошев С. В. Оценка антиоксидантного действия дигидрокверцетина у взрослых жителей Севера в условиях неблагоприятных воздействий среды обитания. Здоровье населения и среда обитания - ЗНиСО. 2023;31(4):63–69. DOI: https://doi.org/10.35627/2219-5238/2023-31-4-63-69 EDN: REMDBD

19. Albishi T., John J. A., Al-Khalifa A. S., Shahidi F. Phenolic content and antioxidant activities of selected potato varieties and their processing by-products. Journal of Functional Foods. 2013;5(2):590–600. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jff.2012.11.019

20. Шанина Е. П., Оберюхтин Д. А., Черницкий А. Е. Картофель: новый взгляд на традиционный пищевой продукт и его употребление в виде сока (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2024;59(1):22–38. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2024.1.22rus EDN: MKHXDY

21. Лыскова И. В., Пермяков П. В., Кратюк Е. И. Результаты изучения коллекционных сортов и новых селекционных номеров картофеля по хозяйственно полезным признакам. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2024;25(6):1019–1027. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2024.25.6.1019-1027 EDN: UUWSBI

22. Singh J., Kaur L., Rao M. A. Chapter 16 - Textural Characteristics of Raw and Cooked Potatoes Eds. Advances in potato chemistry and technology (Second Edition). Elsevier, 2016. pp. 475–501. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/b978-0-12-800002-1.00016-9

23. Watanabe K. Potato genetics, genomics and applications. Breeding Science. 2015;65(1):53–68. DOI: https://doi.org/10.1270/jsbbs.65.53

24. Гаспарян И. Н., Петрова М. А., Гаспарян Ш. В. Комплексная оценка новых столовых и пригодных к промышленной переработке сортов картофеля. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2023;(5(74)):25–36. DOI: https://doi.org/10.24411/2078-1318-2023-5-25-36 EDN: DENKQA

25. Молявко А. А., Марухленко А. В., Борисова Н. П., Белоус Н. М., Ториков В. Е. Пригодность сортов картофеля к промышленной переработке. Вестник Брянской ГСХА. 2021;(1(83)):24–29. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44657559 EDN: HMHNJF

26. Николаева О. В. Сравнительная оценка сортов картофеля с окрашенной мякотью. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2023;(1):68–74. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=50745258 EDN: FSIYSN

27. Furrer A. N., Chegeni M., Ferruzzi M. G. Impact of potato processing on nutrients, phytochemical and human health. Critical Reviews in Food Science Nutrition. 2018;58(1):146–168. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2016.1139542

28. Шпаар Д., Быкин Д., Дрегер Д. Картофель. Возделывание, уборка, хранение: научно-практическое руководство. Под общ. ред. Д. Шпаара. 4-е изд., дораб. и доп. М.: ДЛВ Агродело, 2022. 439 с.

29. Семенова А. В., Гольдштейн В. Г., Дегтярев В. А. Изучение состава картофеля по хозяйственно ценным признакам, определяющим его пригодность к промышленной переработке. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022;23(6):841–851. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2022.23.6.841-851 EDN: KFBDKR

30. Balasundram N., Sundram К., Samman S. Phenolic compounds in plants and agri-industrial by products: antioxidant activity, occurrence, and potential uses. Food Chemistry. 2006;99(1):191–203. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2005.07.042

31. Ramalakshmi K., Kubra I. R., Rao J. M. Antioxidant potential of low-grade coffee beans. Food Research International. 2008;41(1):96–103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2007.10.003

32. Michalska A., Ceglinska А., Amarowicz R., Piskula M. K., Szawara-Nowak D., Zielinski H. Antioxidant contents and antioxidative properties of traditional rye breads. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(3):734–740. DOI: https://doi.org/10.1021/JF062425W

33. Le S. H., Oh S. H., Hwang I. G., Kim H. Y., Woo K. S., Woo Sh. H. et al. Antioxidant contents and antioxidant activity of white and colored potatoes. Preventive Nutrition and Food Science. 2016;21(2):110–116. DOI: https://doi.org/10.3746/pnf.2016.21.2.110

34. Pietta P. G. Flavonoids as antioxidants. Journal of Natural Products. 2000;63(7):1035–1042. DOI: https://doi.org/10.1021/np9904509

35. Chu Y. H., Chang C. L., Hsu H. F. Flavonoid content of several vegetables and their antioxidant activity. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2000;80(5):561–566. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(200004)80

36. Peng Y., Lin-Wang K., Cooney J. M., Wang T., Espley R. V., Allan A. C. Differential regulation of the anthocyanin profile in purple kiwifruit (Actinidia species). Horticulture Research. 2019;6(3). DOI: https://doi.org/10.1038/s41438-018-0076-4

37. Ким И. В., Клыков А. Г. Изучение антоцианов в кожуре и мякоти клубней гибридов картофеля (Solanum tuberosum L.). Овощи России. 2024;(2):100–105. DOI: https://doi.org/10.18619/2072-9146-2024-2-100-105 EDN: KMMXGM

38. Ким И. В., Волков Д. И., Захаренко В. М., Захаренко А. М., Голохваст К. С., Клыков А. Г. Состав и содержание антоцианов в диетических сортах картофеля, перспективных для выращивания и селекции в условиях Дальнего Востока России. Сельскохозяйственная биология. 2020;55(5):995–1003. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.5.995rus EDN: DDPBQV

39. Yang R., Huang S., Li D., Sun Y., Zhou G., Zhou D., Huang B. Transcriptomic and targeted metabolomic analysis identifies genes involved in differential anthocyanin accumulation in potato tubers. Frontiers in Plant Science. 2025;16:1615972. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1615972

40. Ким И. В., Клыков А. Г. Исследование антоцианов в клубнях картофеля (Solanum tuberosum L.) в условиях Приморского края. Вестник КрасГАУ. 2023;(4):12–20. DOI: https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-4-12-20 EDN: UQQSIZ

41. Herberg S., Galan P., Preziosi P., Alfarez M. J., Vazquez C. The potential role of antioxidant vitamins in preventing cardiovascular diseases and cancers. Nutrition. 1998;14(6):513–520. DOI: https://doi.org/10.1016/s0899-9007(98)00040-9

42. Aljadi A. M., Singh R. P., Jayaprasha G. K., Jena B. S. Evaluation of the phenolic contents and antioxidant capacities of two Malaysian floral honeys. Food Chemistry. 2004;85(4):513–518. DOI: https://doi.org/10.1016/S0308-8146(02)00596-4

43. Valcarcel J., Reilly K., Gaffney M., O’Brien N. M. Antioxidant activity, total phenolic and total flavanoid content in sixty varieties of potato grown in Ireland. Potato Research. 2015;58:221–244. DOI: https://doi.org/10.1021/jf062740i

44. Pazderu K., Hamouz K., Lachman J., Kasal P. Yield potential and antioxidant activity of potatoes with coloured flesh. Plant, Soil and Environment. 2015;61(9):417–421. DOI: https://doi.org/10.17221/416/2015-PSE

45. Kalita D., Jajanty S. S. Comparison of polyphenol content and antioxidant capacity of colored potato tubers, pomegranate and bluederries. Journal Food Processing & Technology. 2014;5(8):1000358. DOI: https://doi.org/10.4172/2157-7110.1000358

46. Zaheer K., Akhtar M. H. Potato production, usage and nutrition-a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2016;56(5):711–721. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2012.724479

47. Zou S. C., Zhuo M. G., Abbas F., Hu G. B., Wang H. C., Huang X. M. Transcription factor LcNAC002 coregulates chlorophyll degradation and anthocyanin biosynthesis in litchi. Plant Physiol. 2023;192(3):1913–1927. DOI: https://doi.org/10.1093/plphys/kiad118

48. Chen M., Cao X., Huang Y., Zou W., Liang X., Yang Y. et al. The bZIP transcription factor MpbZIP9 regulates anthocyanin biosynthesis in Malus’ Pinkspire’ fruit. Plant Sci. 2024;342:112038. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2024.112038

49. Lu Z., He J., Fu J., Huang Y., Wang X. WRKY75 regulates anthocyanin accumulation in juvenile citrus tissues. Molecular Breeding. 2024;44:52. DOI: https://doi.org/10.1007/s11032-024-01490-9

50. Song R. F., Hu X. Y., Liu W. C., Yuan H. M. ABA functions in low phosphate-induced anthocyanin accumulation through the transcription factor ABI5 in Arabidopsis. Plant Cell Reports. 2024;43:55. DOI: https://doi.org/10.1007/s00299-024-03146-6

51. Roginsky V., Lissi E. A. Review of methods to determine chain-breaking antioxidant activity in food. Food Chemistry. 2005;92(2):235–254. DOI: http://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.08.004

52. Иванова К. А., Герасимова С. В., Хлесткина E. К. Регуляция биосинтеза стероидных гликоалкалоидов картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):25–34. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ18.328 EDN: YPNTQJ

53. Ni J., Wang S., Yu W., Liao Y., Pan C., Zhang M. et al. The ethylene responsive transcription factor PpERF9 represses PpRAP2.4 and PpMYB114 via histone deacetylation to inhibit anthocyanin biosynthesis in pear. Plant Cell. 2023;35(6):2271–2292. DOI: https://doi.org/10.1093/plcell/koad077

54. Loo A. Y., Jain K., Darah I. Antioxidant and radical scavenging activitities of the pyroligneous acid from a mangrove plant, Rhizophora apiculate. Food Chemistry. 2007;104(1):300–307. DOI: https://doi.org/10.1016/J.FOODCHEM.2006.11.048

55. Galani J. H. Y., Monkad R. M., Shah A. K., Patel N. J., Acharya R. R., Talati J. G. Effect of storage temperature on vitamins C, total phenolics, UPLC phenolic acid profile and antioxidant activity of eleven potato varieties. Horticultural Plant Journal. 2017;3(2):73–89. DOI: https://doi.org/10.1016/j.hpj.2017.07.004

56. Мозаева Ю. В., Пугачева Г. М., Папихин Р. В. Cорта картофеля с яркой цветной окраской клубней. Наука и образование. 2022;5(2):278. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=49458818 EDN: FMYQMH

57. Быкова И. В., Шмаков Н. А., Афонников Д. А., Кочетов А. В., Хлесткина Е. К. Достижения и перспективы использования методов высокопроизводительного секвенирования в генетике и селекции картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):96–103. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ17.227 EDN: XYEBFH

58. Ермишин А. П., Левый А. В., Агеева А. С., Воронкова Е. В., Лукша В. И., Гукасян О. Н., Жарич В. М. Особенности переноса ДНК-маркеров генов дикого аллотетраплоидного вида картофеля Solanum stoloniferum в геном культурного картофеля в зависимости от их субгеномной принадлежности и применяемых схем интрогрессии. Генетика. 2023;59(7):741–754. DOI: https://doi.org/10.31857/S0016675823070056 EDN: QKFUVA

59. Козлов В. А. Создание исходного материала картофеля с цветной мякотью клубней. Картофелеводство. 2014;22(1):29–34. Режим доступа: https://potato.belal.by/jour/article/view/226

60. Diretto G., Al-Babili S., Tavazza R., Papacchioli V., Beyer P., Giuliano G. Metabolic engineering of potato carotenoid content through tuber-specific overexpression of a bacterial mini-pathway. PLoS One. 2007;2(4):e350. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000350

61. Ayoob K. T. Carbohydrate confusion and dietary patterns: unintended public health consequences of "food swapping". Frontiers in Nutrition. 2023;10:1266308. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2023.1266308