Молекулярный скрининг сортов картофеля Фаленской селекционной станции на устойчивость к фитопатогенам

Генотипы картофеля селекции Фаленской селекционной станции изучали на наличие маркеров генов устойчивости к ряду патогенов: цистообразующим золотистой и бледной нематодам, раку картофеля, вирусам X (PVХ) и Y (PVY). Использовали метод мультиплексного ПЦР-анализа. В работе исследовали сорта Шурминский 2, Алиса, Виза, Чайка, Огниво, Дарик, Глория, Голубка, Вираж и перспективный сортообразец 56-09. У большинства (8 из 10) генотипов выявлен маркер, сцепленный с геном устойчивости к раку картофеля (Sen1). ДНК-маркер гена устойчивости к золотистой цистообразующей нематоде (Н1) и маркер гена устойчивости к бледной нематоде (Gpa2) обнаружены у шести генотипов. Маркер гена устойчивости к PVХ (Rx1) выявлен у сортов Шурминский 2, Алиса, Чайка, Голубка, Вираж. Установлено, что ни один из исследованных генотипов картофеля не несет маркеров RYSC3, Ry186, YES3-3A, сцепленных с генами устойчивости к PVY. Хотя полевая оценка устойчивости свидетельствует о наличии таковой у образцов Чайка, Дарик, Вираж, Алиса. Молекулярные маркеры, сцепленные с наибольшим количеством исследованных генов устойчивости (H1, Gpa2, Sen1, Rx1), выявлены у сортов Шурминский 2, Голубка, Вираж. Среди использованных в работе ДНК-маркеров в меньшей степени полевым наблюдениям соответствовали данные оценки генотипов картофеля с применением маркеров генов вирусоустойчивости (маркеры PVX, RYSC3, Ry186, YES3-3A). Использование молекулярных маркеров позволяет определить наличие генов устойчивости и оценить перспективность образца за короткий промежуток времени, но при этом требует тщательного выбора ДНК-маркера, в высокой степени коррелирующего с проявлением признака.

1. Кузнецова М. А. Защита картофеля. Защита и карантин растений. 2007;(S5):62(2)-88(28). Режим доступа: https://www.studmed.ru/kuznecova-ma-zaschita-kartofelya_29ebc5835a5.html

2. Сайнакова А. Б., Романова М. С., Красников С. Н., Литвинчук О. В., Алексеев Я. И., Никулин А. В., Терентьева Е. В. Исследование коллекционных образцов картофеля на наличие генетических маркеров устойчивости к фитопатогенам. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):18-24. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ18.326

3. Хютти А. В., Антонова О. Ю., Мироненко Н. В., Гавриленко Т. А., Афанасенко О. С. Устойчивость картофеля к карантинным болезням. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):51-61. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ17.223

4. Пересыпкин В. Ф. Болезни сельскохозяйственных культур. Т. 2. Болезни технических культур и картофеля. Киев: Урожай, 1990. 248 с. Режим доступа: https://www.studmed.ru/peresypkin-vf-bolezni-selskohozyaystvennyh-kultur-t-2-bolezni-tehnicheskih-kultur-i-kartofelya_a21c34fa4a8.html

5. 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: https://doi.org/10.1111/pbr.12195

6. Шестеперов А. А., Грибоедова О. Г. Создание нематодоустойчивых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. Аграрная наука. 2019;(S2):130-134. DOI: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2019-326-2-130-134

7. Lico C., Benvenuto E., Baschieri S. The Two-Faced Potato Virus X: From Plant Pathogen to Smart Nano-particle. Front. Plant Sci. 2015;6:1009. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01009

8. Макарова С. С., Макаров В. В., Тальянский М. Э., Калинина Н. О. Устойчивость картофеля к вирусам: современное состояние и перспективы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):62-73. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ17.224

9. Симаков Е. А., Склярова Н. П., Яшина И. М. Методические указания по технологии селекционного процесса картофеля. Российская акад. с.-х. наук, Всероссийский науч.-исслед. ин-т картофельного хоз-ва им. А. Г. Лорха. М.: Изд-во Достижения науки и техники АПК, 2006. 70 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01002983570

10. Gebhardt C. Bridging the gap between genome analysis and precision breeding in potato. Trends in Genetics. 2013;29(4):248-256. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tig.2012.11.006

11. Gebhardt C., Bellin A., Henselewski A., Lehmann W., Schwarzfischer A., Valkonen J. Markerassisted combination of major genes for pathogen resistance in potato. Theor. Appl. Genet. 2006;112:1458-1464. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-006-0248-8

12. 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

13. Slater A. T., Noel O. I. Cogan N. O. I., Forster J. W. Cost analysis of the application of marker-assisted selectionin potato breeding. Mol Breeding. 2013;32:299-310. DOI: https://doi.org/10.1007/s11032-013-9871-7

14. Ramakrishnan A. P., Ritland C. E., Sevillano R. H. B., Riseman A. Review of potato molecular markers to enhance trait selection. American journal of potato research. 2015; 92(4):455-472. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-015-9455-7

15. Хлесткина Е. К., Шумный В. К., Колчанов Н. А. Маркёр-ориентированная селекция и примеры ее использования в мировом картофелеводстве. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(10):5-8. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27175115

16. Mori K., Sakamoto Y., Mukojima N., Tamiya S., Nakao T., Ishii T., Hosaka K. Development of a multiplex PCR method for simultaneous detection of diagnostic DNA markers of five diseaseand pest resistance genes in potato. Euphytica. 2011;180:347-355. DOI: https://doi.org/10.1007/s10681-011-0381-6

17. Hehl R., Faurie E., Hesselbach J., Salamini F., Whitham S., Baker B., Gebhardt C. TMV resistance gene N homologues are linked to Synchytrium endobioticum resistance in potato. Theor Appl Genet. 1999;98:379-386. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s001220051083

18. Asano K., Kobayashi A., Tsuda S. Nishinaka M., Tamiya S. DNA marker-assisted evaluation of potato genotypes for potential resistance to potato cyst nematode pathotypes not yet invading into Japan. Breeding Science. 2012;62(2):142–150. DOI: https://doi.org/10.1270/jsbbs.62.142

19. Milczarek D., Flis B., Przetakiewicz А. Suitability of molecular markers for selection of potatoes resistant to Globodera spp. Am. J. Potato Res. 2011;88:245-255. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-011-9189-0

20. Finkers-Tomczak A., Bakker E., de Boer J., van der Vossen E., Achenbach U., Golas T., Suryaningrat S., Smant G., Bakker J., Goverse A. Comparative sequence analysis of the potato cyst nematode resistance locus H1 reveals a major lack of colinearity between three haplotypes in potato (Solanum tuberosum ssp.). Theor Appl Genet. 2011;122(3):595-608. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-010-1472-9

21. 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

22. Song Y. S., Hepting L., Schweizer G., Hartl L., Wenzel G., Schwarzfischer A. Mapping of extreme resistance to PVY (Rysto) on chromosome XII using anther-culture-derived primary dihaploid potato lines. Theor Appl Genet 2005;111:879-887. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-005-0010-7

23. Бирюкова В. А., Шмыгля И. В., Абросимова С. Б., Мананков В. В., Митюшкин А. В., Рогозина Е. В., Киру С. Д., Чалая Н. А., Мелешин А. А., Жарова В. А. Применение молекулярных маркеров в селекции на устойчивость к картофельной цистообразующей нематоде. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017;178(1):92-103. DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2017-1-92-103

24. Schultz L., Cogan N. О. I., McLean K., Dale M. F. B., Bryan G. J., Forster J. W., Slater A. T. Evaluation and implementation of a potential diagnostic molecular marker for H1-conferred potato cyst nematode resistance in potato. Plant Breeding. 2012;131(2):315-321. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2012.01949.x

25. Лукша В. И., Воронкова Е. В., Гукасян О. Н., Ермишин А. П. Оценка первичных дигаплоидов S. tuberosum на наличие генов устойчивости к болезням и вредителям методом ПЦР-анализа. Молекулярная и прикладная генетика. 2012;13:82-87. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38473563

26. Бирюкова В. А., Шмыгля И. В., Абросимова С. Б., Запекина Т. И., Мелешин А. А., Митюшкин А. В., Мананков В. В. Поиск источников генов устойчивости к патогенам среди образцов селекционногенетических коллекций ВНИИКХ с использованием молекулярных маркеров. Защита картофеля. 2015;(1):3-7. Режим доступа: http://www.kartofel.org/zakart/zk1_2015.pdf

27. Антонова О. Ю., Швачко Н. А., Новикова Л. Ю., Шувалов О. Ю., Костина Л. И., Клименко Н. С., Шувалова А. Р., Гавриленко Т. А. Генетическое разнообразие сортов картофеля российской селекции и стран ближнего зарубежья по данным полиморфизма SSR-локусов и маркеров R-генов устойчивости. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(5):596-606. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ16.181

28. Синцова Н. Ф., Лыскова И. В., Сергеева З. Ф. Перспективные направления селекции картофеля на Фаленской селекционной станции. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2011;6(25):8-13. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17039038

29. Lellbach H., Effmert M. Ergebnisse einer Diallelanalyse zur Vererbung der Resistenz gegen Synchytrium endobioticum (Schilb.) Perc., Pathotyp 1 (D1) bei Kartoffeln (Solarium tuberosum L.) Potato Research 1990;33:251-256. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02358454

30. Prodhomme C., Vos P., Paulo M. J., Tammes J. E., Richard G. F., Visser R. G. F., Jack H., Vossen J. H., Eck H. J. Distribution of P1(D1) wart disease resistance in potato germplasm and GWAS identification of haplotype-specific SNP markers. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133:1859-1871. DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-020-03559-3

31. Van der Vossen E. A., van der Voort J. N. R., Kanyuka K., Bendahmane A., Sandbrink H., Baulcombe D. C., Bakker J., Stiekema W. J., Klein‐Lankhorst R. M. Homologues of a single resistance‐gene cluster in potato confer resistance to distinct pathogens: a virus and a nematode. The Plant Journal. 2000;23(5):567-576. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1046/j.1365-313x.2000.00814.x

32. Клименко Н. С., Гавриленко Т. А., Костина Л. И., Мамадбокирова Ф. Т., Антонова О. Ю. Поиск источников устойчивости к Globodera pallida и к PVX в коллекции отечественных сортов картофеля с использованием молекулярных маркеров. Биотехнология и селекция растений. 2019;2(1):42-48. DOI: https://doi.org/10.30901/2658-6266-2019-1-42-48

33. Рогозина Е. В., Мироненко Н. В., Афанасенко О. С., Мацухито Ю. Широко распространенные и потенциально опасные для российского агропроизводства возбудители вирусных болезней картофеля. Вестник защиты растений. 2016;4(90):24-33. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28376320&

34. Клименко Н. С., Антонова О. Ю., Костина Л. И., Мамадбокирова Ф. Т., Гавриленко Т. А. Маркеропосредованная селекция отечественных сортов картофеля с маркерами генов устойчивости к золотистой картофельной нематоде (патотип Ro1). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017;178(4):66-75. DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2017-4-66-75