Устойчивость листьев и клубней диких видов картофеля к Phytophthora infestans и взаимосвязь этих признаков

Актуальность. Phytophthora infestans  (Mont.) de Bary – широко известный злостный патоген, поражающий целый ряд выращиваемых в настоящее время сортов картофеля. Меры защиты, включая селекционный процесс, усложняет то, что устойчивость листьев к  P. infestans  часто не связана с устойчивостью клубней, что приводит к необходимости выделения индивидуальных растений с устойчивостью листьев и/или клубней для привлечения в гибридизацию. В связи с этим исследование, посвященное выявлению таких источников устойчивости, является весьма актуальным.

Целью работы был анализ связи признаков устойчивости листьев и клубней у диких видов картофеля, а также поиск видов, у которых встречаемость образцов с устойчивостью обоих органов достаточно высока.

Материалы и методы. Методами искусственного заражения оценили устойчивость листьев и клубней 97 образцов 36 видов картофеля. Для статистического анализа взаимосвязи устойчивости листьев и клубней с учетом данных, полученных для каждого индивидуального растения, использовали критерий парных сравнений Вилкоксона (Wilcoxon matched-pairs test) и коэффициент корреляции Спирмана.

Результаты. В изученной выборке образцов определены виды картофеля с высокой частотой растений, у которых устойчивы к болезни и листья, и клубни, а также виды, для которых характерно преобладание растений с устойчивостью либо листьев, либо клубней. Статистический анализ не показал 100-процентной корреляции между устойчивостью листьев и клубней ни у одного из изученных видов. У части из них выявлена значимая положительная либо отрицательная корреляция двух признаков. Данные оценки образцов/видов могут облегчить поиск источников устойчивости листьев и/или клубней для улучшения восприимчивых к фитофторозу сортов.

1. Bradshaw J.E., Hackett C.A., Lowe R., McLean K., Stewart H.E., Tierney I. et al. Detection of a quantitative trait locus for both foliage and tuber resistance to late blight [Phytophthora infestans (Mont.) de Bary] on chromosome 4 of a dihaploid potato clone (Solanum tuberosum subsp. tuberosum). Theoretical and Applied Genetics. 2006;113(5):943-951. DOI: 10.1007/s00122-006-0353-8

2. Bubolz J., Sleboda P., Lehrman A., Hansson S.O., Lagerkvist C.J., Andersson B. et al. Genetically modified (GM) late blight-resistant potato and consumer attitudes before and after a field visit. GM Crops and Food. 2022;13(1):290-298. DOI: 10.1080/21645698.2022.2133396

3. Чалая Н.А., Бирюкова В.А., Киру С.Д. Новые источники устойчивости к золотистой картофельной нематоде G. rostochiensis (Woll.) из коллекции дикорастущих видов картофеля ВИР. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2012;(26):45-50.

4. Cooke L.R., Schepers H.T.A.M., Hermansen A., Bain R.A., Bradshaw N.J., Ritchie F. et al. Epidemiology and integrated control of potato late blight in Europe. Potato Research. 2011;54(2):183-222. DOI: 10.1007/s11540-011-9187-0

5. Еланский С.Н., Кокаева Л.Ю., Стацюк Н.В., Дьяков Ю.Т. Структура и динамика популяций Phytophthora infestans – возбудителя фитофтороза картофеля и томата. Защита картофеля. 2017;(3):3-44.

6. Gao L., Bradeen J.M. Contrasting potato foliage and tuber defense mechanisms against the late blight pathogen Phytophthora infestans. PLoS One. 2016;11(7):e0159969. DOI: 10.1371/journal.pone.0159969

7. Haverkort A.J., Struik P.C., Visser R.G.F., Jacobsen E. Applied biotechnology to combat late blight in potato caused by Phytophthora infestans. European Potato Journal. 2009;52(3):249-264. DOI: 10.1007/s11540-009-9136-3

8. Hawkes J.G. The potato: evolution, biodiversity and genetic resources. London: Belhaven Press; 1990. IBAN. COUNTRY CODES ALPHA-2 & ALPHA-3: [website]. Available from: https://www.iban.com/country-codes [accessed Oct. 22, 2023].

9. Jones J., Foster S.J., Chu Z., Park T.H., van der Vossen E.A.G., Pel M.A., Visser R.G.F. Late blight resistance genes and methods. UK; patent number: WO/2009/013468; 2009.

10. Karki H.S., Jansky S.H., Halterman D.A. Screening of wild potatoes identifies new sources of late blight resistance. Plant Disease. 2021;105(2):368-376. DOI: 10.1094/PDIS-06-20-1367-RE

11. Kirk W.W., Felcher K.J., Douches D.S., Niemira B.A., Hammerschmidt R. Susceptibility of potato (Solanum tuberosum L.) foliage and tubers to the US8 genotype of Phytophthora infestans. American Journal of Potato Research. 2001;78(4):319-322. DOI: 10.1007/BF02875697

12. Lokossou A.A., Rietman H., Wang M., Krenek P., van der Schoot H., Henken B. et al. Diversity, distribution, and evolution of Solanum bulbocastanum late blight resistance genes. Molecular Plant–Microbe Interactions. 2010;23(9):1206-1216. DOI: 10.1094/MPMI-23-9-1206

13. Наследов А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных. Санкт-Петербург: Речь; 2012.

14. Park T.H., Vleeshouwers V.G.A.A., Kim J.B., Hutten R.C.B., Visser R.G.F. Dissection of foliage and tuber late blight resistance in mapping populations of potato. Euphytica. 2005;143(1-2):75-83. DOI: 10.1007/s10681-005-2658-0

15. Радченко Е.Е. Устойчивость картофеля к тлям. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):74-82. DOI: 10.18699/VJ17.225

16. Ristaino J.B. Tracking historic migrations of the Irish potato famine pathogen, Phytophthora infestans. Microbes and Infection. 2002;4(13):1369-1377. DOI: 10.1016/s1286-4579(02)00010-2

17. Rogozina E.V., Gurina A.A., Chalaya N.A., Zoteyeva N.M., Kuznetsova M.A., Beketova M.P. et al. Diversity of late blight resistance genes in the VIR potato collection. Plants. 2023;12(2):273. DOI: 10.3390/plants12020273

18. Runno-Paurson E., Agho C.A., Zoteyeva N., Koppel M., Hansen M., Hallikma T. et al. Highly diverse Phytophthora infestans populations infecting potato crops in Pskov region, North-West Russia. Journal of Fungi. 2022;8(5):472. DOI: 10.3390/jof8050472

19. Sliwka J., Jakuczun H., Chmielarz M., Hara-Skrzypiec A., Tomczynska I., Kilian A. et al. Late blight resistance gene from Solanum ruiz-ceballosii is located on potato chromosome X and linked to violet flower colour. BMC Genetics. 2012;13:11. DOI: 10.1186/1471-2156-13-11

20. Song J., Bradeen J.M., Naess S.K., Raasch J.A., Wielgus S.M., Haberlach G.T. et al. Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2003;100(16):9128-9133. DOI: 10.1073/pnas.1533501100

21. StatSoft, Inc. Electronic Statistics Textbook. Tulsa, OK: StatSoft; 2013. Available from: http://statsoft.ru/home/textbook/default.htm [accessed Oct. 15, 2021].

22. Stewart H.E., Bradshaw J.E., Wastie R.L. Correlation between resistance to late blight in foliage and tubers in potato clones from parents of contrasting resistance. Potato Research. 1994;37(4):429-34. DOI: 10.1007/BF02358357

23. Tiwari J.K., Chakrabarti S.K., Singh B.P., Thakur G., Kaushik S., Sharma S. et al. QTL mapping underlying resistance to late blight in a diploid potato population of Solanum spegazzinii × S. chacoense. European Potato Journal. 2014;57:1-11.

24. Verzaux E., van Arkel G., Vleeshouwers V.G.A.A., van der Vossen E.A.G., Niks R.E., Jacobsen E. High-resolution mapping of two broad-spectrum late blight resistance genes from two wild species of the Solanum circaeifolium group. Potato Research. 2012;55(2):109-123. DOI: 10.1007/s11540-012-9213-x

25. Verzaux E.C., Budding D., de Vetten N., Niks R.E., Vleeshouwers V.G.A.A., van der Vossen E.A.G. et al. High resolution mapping of a novel late blight resistance gene Rpi-avl1, from the wild Bolivian species Solanum avilesii. American Journal of Potato Research. 2011;88(6):511-519. DOI: 10.1007/s12230-011-9218-z

26. Wang M., Allefs S., van den Berg R.G., Vleeshouwers V.G.A.A., van der Vossen E.A.G., Vosman B. Allele mining in Solanum: conserved homologues of Rpi-blb1 are identified in Solanum stoloniferum. Theoretical and Applied Genetics. 2008;116(7):933-943. DOI: 10.1007/s00122-008-0725-3

27. Zarzycka H. Evaluation of resistance to Phytophthora infestans in detached leaflet as-say. Preparation of the inoculum. In: IHAR Monografie i Rozprawy Naukowe. Radzików: IHAR; 2001. p.75-77.

28. Zoteyeva N., Skrabule I., Mežaka I., Vilcāne D., Usele G., Rostoks N. The impact of R1 and R3a genes on tuber resistance to late blight of the potato breeding clones. Proceedings of the Latvian Academy of Sciences. Section B. Natural Exact and Applied Sciences. 2016;70(2):58-63. DOI: 10.1515/prolas-2016-0010

29. Zoteyeva N., Sprûde G., Klimenko N., Mezaka I. Identification of interspecific potato hybrids with combined resistance to late blight (Phytophthora infestans) and nematode (Globodera rostochiensis). Proceedings of the Latvian Academy of Sciences. Section B. Natural Exact and Applied Sciences. 2020;74(3):188-195. DOI: 10.2478/prolas-2020-0030

30. Зотеева Н.М. Устойчивость диких видов картофеля к фитофторозу в полевых условиях Северо-Запада РФ. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(4):159-169. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-4-159-169

31. Зотеева Н.М., Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Апаликова О.В., Карлсон-Нильссон У., Карабицина Ю.И. и др. Использование молекулярных маркеров R-генов и типов цитоплазмы при интрогрессивной гибридизации диких полиплоидных мексиканских видов картофеля. Сельскохозяйственная биология. 2017;52(5):964-975. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.5.964rus

32. Zoteyeva N.M., Chrzanowska М., Flis B., Zimnoch-Guzowska E. Resistance to pathogens of the potato accessions from the collection of N.I. Vavilov Institute of Plant Industry (VIR). American Journal of Potato Research. 2012;89(4):277-293. DOI: 10.1007/s12230-012-9252-5

33. Зотеева Н.М., Зимнох-Гузовска Е.М. Новый метод изучения устойчивости клубней картофеля к фитофторозу. Микология и фитопатология. 2004;38(1):89-93.