Полиморфизм гена Ry_chc у отечественных сортов и гибридных клонов картофеля

Актуальность. Широко распространенный вирус картофеля Y (YВК) способен вызвать до 80% потерь урожая. Создание сортов, устойчивых к YВК, основано на интрогресии генов Ry_adg, Ry_sto, Ry-_fsto и Ry_chc, источниками которых служат виды Solanum andigenum Juz. et Buk., S. stoloniferum Schltdl. и S. chacoense Bitt. соответственно. Идентифицированы два аллеля гена Ry_chc: Ry_chc-1 в японских сортах картофеля и Ry_chc-2 у генотипа 40-3 образца S. chacoense PI320285 из коллекции генбанка США. Известны устойчивые к YВК российские сорта картофеля, созданные на основе форм S. chacoense (f. garciae 55d и f. commersonii 58d). Цель исследования: оценить отечественные сорта картофеля, клоны межвидовых гибридов и образцы S. chacoense в коллекции ВИР на наличие гена Ry_chс и разработать эффективный CAPS-маркер, позволяющий дифференцировать аллели гена Ry_chc.

Материалы и методы. Выполнена иммунологическая оценка 10 отечественных сортов и 25 клонов межвидовых гибридов картофеля. Для идентификации гена Ry_chc у сортов и гибридов картофеля, а также у 31 генотипа S. chacoense использовали SCAR-маркеры MG64-17 и MG64-17-1. Аллели Ry_chc-1 и Ry_chc-2 идентифицировали с помощью маркера CAPS_Rychc, разработанного в данном исследовании. Амплифицированныефрагменты MG64-17-1 клонировали и секвенировали по методу Сэнгера.

Результаты. Маркер MG64-17-1 гена Ry_chc найден у девяти сортов картофеля, созданных на основе S. chacoense, и у шести гибридных клонов F₁ (99-10-1 × ‘Русский сувенир’); связь между наличием маркера MG64-17-1 и устойчивостью к YВК статистически значимая: χ² = 4,01 (р = 0,046). Все устойчивые образцы защищены эффективным аллелем гена Ry_chc-2. У сортов ‘Белоснежка’, ‘Башкирский’ идентифицированы маркерные фрагменты двух аллельных вариантов гена Ry_chc, причем в нуклеотидных последовательностях сорта ‘Белоснежка’ обнаружены дополнительные полиморфные сайты по сравнению с референсными последовательностями Ry_chc-1 и Ry_chc-2. Полученные в работе последовательности депонированы в международную базу данных NCBI (GenBank: PX309300–PX309303).

1. Akai K., Asano K., Suzuki C., Shimosaka E., Tamiya S., Suzuki T. et al. De novo genome assembly of the partial homozygous dihaploid potato identified PVY resistance gene (Rychc) derived from Solanum chacoense. Breeding Science. 2023;73(2):168-179. DOI: 10.1270/jsbbs.22078

2. Antipov A., Gurina A., Zlobin N., Rogozina E. Role of Rychc gene diversity in the resistance of wild potato relative Solanum chacoense to potato virus Y. Scientific Reports. 2025. [preprint]

3. Asama K., Ito H., Murakami N., Ito T. New potato variety Konafubuki. Bulletin of Hokkaido Prefectural Agricultural Experiment Station. 1982;48:75-84.

4. Asano K., Endelman J.B. Development of KASP markers for the potato virus Y resistance gene Rychc using whole-genome resequencing data. American Journal of Potato Research. 2024;101:114-121. DOI: 10.1007/s12230-024-09944-8

5. Basic Local Alignment Search Tool: [website]. Available from: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi [accessed May 12, 2025].

6. Бирюкова В.А., Шмыгля И.В., Абросимова С.Б., Запекина Т.И., Мелёшин А.А., Митюшкин А.В. и др. Поиск источников генов устойчивости к патогенам среди образцов селекционно-генетических коллекций ВНИИКХ с использованием молекулярных маркеров. Защита картофеля. 2015;(1):3-7.

7. Бирюкова В.А., Жарова В.А., Чалая Н.А., Шмыгля И.В., Рогозина Е.В. Молекулярные маркеры как инструмент в селекции на устойчивость к Y-вирусу картофеля. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022;23(6):777-787. DOI: 10.30766/2072-9081.2022.23.6.777-787

8. Bradshaw J.E. Potato breeding: theory and practice. Cham: Springer International Publishing; 2021. DOI: 10.1007/978-3-030-64414-7

9. 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(3):289-296. DOI: 10.1007/s12230-020-09777-1

10. Evrogen: pAL-TA vector: [website]. [in Russian] (Евроген: pAL-TA вектор [сайт]). URL: http://evrogen.ru/kit-user-manuals/pAL-TA.pdf [дата обращения: 12.05.2025].

11. Gavrilenko T., Antonova O., Shuvalova A., Krylova E., Alpatyeva N., Spooner D.M. et al. Genetic diversity and origin of cultivated potatoes based on plastid microsatellite polymorphism. Genetic Resources and Crop Evolution. 2013;60(7):1997-2015. DOI: 10.1007/s10722-013-9968-1

12. Гавриленко Т.А., Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Лебедева В.А., Евдокимова З.З., Гаджиев Н.М. и др. Молекулярный скрининг сортов и гибридов картофеля северо-западной зоны Российской Федерации. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):35-45. DOI: 10.18699/VJ18.329

13. Grech-Baran M., Witek K., Szajko K., Witek A.I., Morgiewicz K., Wasilewicz-Flis I. et al. Extreme resistance to potato virus Y in potato carrying the Rysto gene is mediated by a TIR-NLR immune receptor. Plant Biotechnology Journal. 2020;18(3):655-667. DOI: 10.1111/pbi.13230

14. Hall T.A. BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 1999;(41):95-98.

15. Kreuze J.F., Souza-Dias J.A.C., Jeevalatha A., Figueira A., Valkonen J.P.T., Jones R. Viral diseases in potato. In: H. Campos, O. Ortiz (eds). The Potato Crop. Its Agricultural, Nutritional and Social Contribution to Humankind. Cham: Springer; 2020. p.389-430. DOI: 10.1007/978-3-030-28683-5_11

16. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets. Molecular Biology and Evolution. 2016;33(7):1870-1874. DOI: 10.1093/molbev/msw054

17. Li G., Shao J., Wang Y., Liu T., Tong Y., Jansky S. et al. Rychc confers extreme resistance to potato virus Y in potato. Cells. 2022;11(16):2577. DOI: 10.3390/cells11162577

18. Malko A., Frantsuzov P., Nikitin M., Statsyuk N., Dzhavakhiya V., Golikov A. Potato pathogens in Russia’s regions: an instrumental survey with the use of real-time PCR/RT-PCR in matrix format. Pathogens. 2019;8(1):18. DOI: 10.3390/pathogens8010018

19. NCBI. National Center for Biotechnology Information: [website]. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov [accessed May 12, 2025].

20. Рогозина Е.В., Чалая Н.А., Бекетова М.П., Бирюкова В.А., Кирпичева Т.В., Кузнецова М.А., Мананков В.В., Фадина О.А., Хлопюк М.С., Хавкин Э.Е. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 866. Межвидовые гибриды картофеля, устойчивые к возбудителям болезней. Санкт-Петербург: ВИР; 2018.

21. Рогозина Е.В., Гурина А.А. Распространение мозаичных вирусов картофеля на видах секции Petota Dumort. рода Solanum L. в коллекции ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(2):226-234. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-2-226-234

22. Rogozina E.V., Ulianich P.S., Volkov V.A., Chalaya N.A., Potokina E.K. Genetic diversity of Solanum pinnatisectum Dun. and S. chacoense Bitt. by resistance to potato virus Y and results of DNA analysis. Russian Journal of Genetics. 2019;55(11):1330-1337. DOI: 10.1134/S1022795419110139

23. Slater A.T., Schultz L., Lombardi M., Rodoni B.C., Bottcher C., Cogan N.O.I. et al. Screening for resistance to PVY in Australian potato germplasm. Genes. 2020;11(4):429. DOI: 10.3390/genes11040429

24. Стахеев А.А., Усков А.И., Варицев Ю.А., Галушка П.А., Ускова Л.Б., Жевора С.В. и др. Изучение изолятов Y-вируса картофеля, распространенных на территории различных регионов Российской Федерации, с использованием новых молекулярных маркеров. Земледелие. 2023;(6):37-40. DOI: 10.24412/0044-3913-2023-6-37-40

25. StatSoft Russia: [website]. [in Russian] (StatSoft Russia: [сайт]). URL: http://statsoft.ru/products [дата обращения: 10.02.2023].

26. Takeuchi T., Sasaki J., Suzuki T., Horita H., Iketani S. High-resolution maps and DNA markers of the potato virus Y resistance gene Rychc and the potato cyst nematode resistance gene H1. Breeding Research. 2008;10(1):148.

27. Torrance L., Talianksy M.E. Potato virus Y emergence and evolution from the Andes of South America to become a major destructive pathogen of potato and other Solanaceous crops worldwide. Viruses. 2020;12(12):1430. DOI: 10.3390/v12121430

28. Valkonen J.P.T., Gebhardt C., Zimnoch-Guzowska E., Watanabe K. Resistance to potato virus Y in potato. In: C. Lacomme, L. Glais, D.U. Bellstedt, B. Dupuis, A.V. Karasev, E. Jacquot (eds). Potato Virus Y: Biodiversity, Pathogenicity, Epidemiology and Management. Cham: Springer; 2017. p.207-241. DOI: 10.1007/978-3-319-58860-5_8

29. Воронкова Е.В., Русецкий Н.В., Лукша В.И., Гукасян О.Н., Жарич В.М., Ермишин А.П. Маркер-опосредованный отбор селекционных линий картофеля с комбинацией генов устойчивости к PVY от разных диких видов. Биотехнология и селекция растений. 2019;2(4):6-14. DOI: 10.30901/2658-6266-2019-4-o1

30. Yanagisawa H., Matsushita Y., Khiutti A., Mironenko N., Ohto Y., Afanasenko O. Occurrence and distribution of viruses infecting potato in Russia. Letters in Applied Microbiology. 2021;73(1):64-72. DOI: 10.1111/lam.13476

31. Яшина И.М., Склярова Н.П., Симаков Е.А. Результаты использования генетических источников из коллекции ВИР в селекции картофеля на устойчивость к болезням и вредителям. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2007;163:118-135.