Preview

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Расширенный поиск

Южноамериканские виды Solanum alandiae Card. и S. okadae Hawkes et Hjerting как потенциальные источники генов устойчивости к фитофторозу картофеля

https://doi.org/10.30901/2227-8834-2020-1-73-83

Полный текст:

Аннотация

Дикорастущие виды Solanum L. секция Petota Dumort., сначала S. demissum Buk., а позже S. bulbocastanum Dun., S. stoloniferum Schlechtd. et Bché, S. venturii Hawkes et Hjerting (здесь и далее по системе Hawkes, 1990) и другие – служат источниками генов устойчивости к Phytophthora infestans (Mont.) de Bary (genes for resistance to P. infestans, Rpi-гены) в селекции картофеля на устойчивость к фитофторозу методами отдаленной гибридизации и транс- или цисгеноза. В отличие от Rpi-генов, детально охарактеризованных у видов Solanum из Северной и Центральной Америки, прежде всего серий Bulbocastana (Rydb.) Hawkes, Demissa Buk. и Longipedicellata Buk., Rpi-гены южноамериканских видов, включая серию Tuberosa (Rydb.) Hawkes, изучены очень слабо. К числу последних относятся S. alandiae Card. и S. okadae Hawkes et Hjerting. Четыре образца S. alandiae, образец S. okadae и 11 клонов межвидовых гибридов S. alandiae с культурным картофелем из коллекции ВИР исследовали методом ПЦР с помощью специфичных SCAR-маркеров (Sequence Characterized Amplified Region) восьми Rpi-генов. Последовательности SCAR-маркеров пяти обнаруженных Rpi-генов валидировали, сравнивая их с генами-прототипами из Генбанка NCBI. Среди структурных гомологов Rpi-генов, найденных у S. alandiae и S. okadae, особый интерес представляют гомологи Rpi-генов с широкой расовой специфичностью: R2=Rpi-blb3, R8, R9a, Rpi-vnt1 и Rpi-blb2 (соответственно 94–99, 94–99, 86–89, 92–98 и 91% сходства с генами-прототипами). Полученные данные будут способствовать лучшему пониманию дивергенции Rpi-генов в процессе эволюции клубненосных видов Solanum, особенно в серии Tuberosa.

Об авторах

О. А. Муратова (Фадина)
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, 42


М. П. Бекетова
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, 42


М. А. Кузнецова
Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии (ВНИИФ)
Россия
143050 Московская обл., Большие Вяземы, ул. Институт, 5 


Е. В. Рогозина
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия
190000 г. Санкт Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44 


Э. Е. Хавкин
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ)
Россия
127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, 42


Список литературы

1. Aguilera-Galvez C., Champouret N., Rietman H., Lin X., Wouters D., Chu Z. et al. Two different R gene loci co-evolved with Avr2 of Phytophthora infestans and confer distinct resistance specificities in potato. Studies in Mycology. 2018;89:105-115. DOI: 10.1016/j.simyco.2018.01.002

2. Armstrong M.R., Vossen J., Lim T.Y., Hutten R.C.B., Xu J., Strachan S.M. et al. Tracking disease resistance deployment in potato breeding by enrichment sequencing. Plant Biotechnology Journal. 2019;17(2):540-549. DOI: 10.1111/pbi.12997

3. Bethke P.C., Halterman D.H., Jansky S.H. Potato germplasm enhancement enters the genomics era. Agronomy. 2019;9(10):575. DOI: 10.3390/agronomy9100575

4. Bhardwaj V., Dalamu, Srivastava A.K., Sharma S., Kumar V., Kaushik S.K. et al. Late blight resistance status in wild potato species against Indian population of Phytophthora infestans. Indian Journal of Horticulture. 2018;75(1):99-104. DOI: 10.5958/0974-0112.2018.00017.8

5. Chen X., Lewandowska D., Armstrong M.R., Baker K., Lim T.Y., Bayer M. et al. Identification and rapid mapping of a gene conferring broad spectrum late blight resistance in the diploid potato species Solanum verrucosum through DNA capture technologies. Theoretical and Applied Genetics. 2018;131:1287-1297. DOI: 10.1007/s00122-018-3078-6

6. Coca Morante M., Castillo Plata W. Wild potato species threatened by extinction in the Department of Laz Paz, Bolivia. Spanish Journal of Agricultural Research. 2007;5(4):487-496. DOI: 10.5424/sjar/2007054-271

7. Cooke D.E.L., Cano L.M., Raffaele S., Bain R.A., Cooke L.R., Etherington G.J. et al. Genome analyses of an aggressive and invasive lineage of the Irish Potato Famine pathogen. PLoS Pathogens. 2012;8(10):e1002940. DOI: 10.1371/journal.ppat.1002940

8. Fadina O.A., Beketova M.P., Sokolova E.A., Kuznetsova M.A., Smetanina T.I., Rogozina E.V. et al. Anticipatory breeding: molecular markers as a tool in developing donors of potato (Solanum tuberosum L.) late blight resistance from complex interspecific hybrids. Agricultural Biology. 2017;52(1):84-94. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.84eng

9. Fry W.E. Phytophthora infestans: New tools (and old ones) lead to new understanding and precision management. Annual Review of Phytopathology. 2016;54:529-547. DOI: 10.1146/annurev-phyto-080615-095951

10. Fuentes X.C. Conserving the genetic diversity of Bolivian wild potatoes [dissertation]. Wageningen: Wageningen University & Research; 2014. Available from: https://ede-pot.wur.nl/323230 [accessed Jan. 08, 2020].

11. Grünwald N.J., Flier W.G. The biology of Phytophthora infestans at its center of origin. Annual Review of Phytopathology. 2005;43:171-190. DOI: 10.1146/annurev.phyto.43.040204.135906

12. Haesaert G., Vossen J.H., van Droogenbroeck B., Custers R., De Loose M., Landschoot S. et al. Transformation of the potato variety Désirée with single or multiple resistance genes increases resistance to late blight under field conditions. Crop Protection. 2015;77:163-175. DOI: 10.1016/j.cropro.2015.07.018

13. Hardigan M.A., Bamberg J., Buell C.R., Douches D.S. Taxonomy and genetic differentiation among wild and cultivated germplasm of Solanum sect. Petota. The Plant Genome. 2015;8(1). DOI: 10.3835/plant-genome2014.06.0025

14. Hardigan M.A., Laimbeer F.P.E., Newton L., Crisovan E., Hamilton J.P. Vaillancourt B. et al. Genome diversity of tuber-bearing Solanum uncovers complex evolutionary history and targets of domestication in the cultivated potato. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2017;114(46):E9999-E10008. DOI: 10.1073/pnas.1714380114

15. Hawkes J.G. The potato: evolution, biodiversity and genetic resources. London: Belhaven Press; 1990.

16. Hein I., Birch P.R.J., Danan S., Lefebvre V., Odeny D.A., Gebhardt C. et al. Progress in mapping and cloning qualitative and quantitative resistance against Phytophthora infestans in potato and its wild relatives. Potato Research. 2009;52(3):215-227. DOI: 10.1007/s11540-009-9129-2

17. Jiang R., Li J., Tian Z., Du J., Armstrong M., Baker K. et al. Potato late blight field resistance from QTL dPI09c is conferred by the NB-LRR gene R8. Journal of Experimental Botany. 2018;69(7):1545-1555. DOI: 10.1093/jxb/ery021

18. Jo K., Visser R.G.F., Jacobsen E., Vossen J.H. Characterisation of the late blight resistance in potato differential MaR9 reveals a qualitative resistance gene, R9a, residing in a cluster of Tm-2 (2) homologs on chromosome IX. Theoretical and Applied Genetics. 2015;128(5):931–941. DOI: 10.1007/s00122-015-2480-6

19. Jupe F., Pritchard L., Etherington G.J., Mackenzie K., Cock P.J.A., Wright F. et al. Identification and localisation of the NB-LRR gene family within the potato genome. BMC Genomics. 2012;13:75. DOI: 10.1186/1471-2164-13-75

20. Kim H.J., Lee H.R., Jo K.R., Mortazavian S.M.M., Huigen D.J., Evenhuis B. et al. Broad-spectrum late blight resistance in potato differential set plants MaR8 and MaR9 is conferred by multiple stacked R genes. Theoretical and Applied Genetics. 2012;124(5):923–935. DOI: 10.1007/s00122-011-1757-7

21. Muratova (Fadina) O.A., Beketova M.P., Kuznetsova M.A., Rogozina E.V., Khavkin E.E. Solanum alandiae as a potential source of late blight resistance genes. In: H.T.A.M. Schepers (ed.). Proceedings of the Seventeenth EuroBlight Workshop. WUR Special Report No. 19. Wageningen: Wageningen University & Research; 2019. p.217-226. Available from: https://agro.au.dk/fileadmin/euroblight/Workshops/Proceedings/Special_Report_19_Totaal_LR.pdf [accessed Feb. 25, 2020].

22. PBI Solanum Project. Solanaceae Source. Solanum okadae. 2013. Available from: http://solanaceaesource.org/content/solanum-okadae [accessed Jan. 08, 2020].

23. Pel M.A. Mapping, isolation and characterization of genes responsible for late blight resistance in potato [dissertation]. Wageningen: Wageningen University & Research; 2010. Available from: https://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/392076 [accessed Jan. 08, 2020].

24. Pérez W.A.S., Salas A., Raymundo R., Huaman Z., Nelson R., Bonierbale M. Evaluation of wild potato species for resistance to late blight. In: Scientist and Farmer: Partners in Research for the 21st Century: Program Report 1999–2000. Lima, Peru: CIP; 2001. p.49-62. Available from: https://books.google.ru/books?id=GVBCnXl_hWIC&pg=PA49&hl=ru&source=gbs_toc_r&cad=3#v=onepage&q&f=false [accessed Jan. 08, 2020].

25. Rietman H., Bijsterbosch G., Cano L.M., Lee H.R., Vossen J.H., Jacobsen E. et al. Qualitative and quantitative late blight resistance in the potato cultivar Sarpo Mira is determined by the perception of five distinct RXLR effectors. Molecular Plant–Microbe Interaction. 2012;25(7):910-919. DOI: 10.1094/MPMI-01-12-0010-R

26. Rodewald J., Trognitz B. Solanum resistance genes against Phytophthora infestans and their corresponding avirulence genes. Molecular Plant Pathology. 2013;14(7):740-757. DOI: 10.1111/mpp.12036

27. Рогозина Е.В., Чалая Н.А., Кузнецова М.А., Демидова В.Н., Рогожин А.Н., Сметанина Т.И. и др. Устойчивые к фитофторозу гибридные клоны картофеля в коллекции генетических ресурсов растений ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):278-292. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-278-292

28. Sokolova E., Pankin A., Beketova M., Khavkin E., Yashina I., Kuznetsova M. et al. SCAR markers of the R-genes and germplasm of wild Solanum species for breeding late blight-resistant potato cultivars. Plant Genetic Resources: Characterisation and Utilisation. 2011;9(2):309-312. DOI: 10.1017/S1479262111000347

29. Spooner D.M., Ghislain M., Simon R., Jansky S.H., Gavrilenko T. Systematics, diversity, genetics, and evolution of wild and cultivated potatoes. The Botanical Review. 2014;80(4):283-383. DOI: 10.1007/s12229-014-9146-y

30. Van der Vossen E.A.G., Gros J., Sikkema A., Muskens M., Wouters D., Wolters P. et al. The Rpi-blb2 gene from Solanum bulbocastanum is an Mi-1 gene homolog conferring broad-spectrum late blight resistance in potato. The Plant Journal. 2005;44(2):208-222. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2005.02527.x

31. Van Weymers P.S.M., Baker K., Chen X., Harrower B., Cooke D.E.L., Gilroy E.M. et al. Utilizing “Omic” technologies to identify and prioritize novel sources of resistance to the oomycete pathogen Phytophthora infestans in potato germplasm collections. Frontiers in Plant Science. 2016;7:672. DOI: 10.3389/fpls.2016.00672

32. Vossen J.H., Jo K.R., Vosman B. Mining the genus Solanum for increasing disease resistance. In: R. Tuberosa (ed.). Genomics of Plant Genetic Resources. Dordrecht: Springer; 2014. p. 27-46. DOI: 10.1007/978-94-007-7575-6_2

33. Vossen J.H., van Arkel G., Bergervoet M., Jo K.R., Jacobsen E., Visser R.G.F. The Solanum demissum R8 late blight resistance gene is an Sw-5 homologue that has been deployed worldwide in late blight resistant varieties. Theoretical and Applied Genetics. 2016;129(9):1785-1796. DOI: 10.1007/s00122-016-2740-0

34. 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

35. 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

36. Zoteyeva N., Chrzanowska M., 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


Для цитирования:


Муратова (Фадина) О.А., Бекетова М.П., Кузнецова М.А., Рогозина Е.В., Хавкин Э.Е. Южноамериканские виды Solanum alandiae Card. и S. okadae Hawkes et Hjerting как потенциальные источники генов устойчивости к фитофторозу картофеля. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(1):73-83. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2020-1-73-83

For citation:


Muratova (Fadina) O.A., Beketova M.P., Kuznetsova M.A., Rogozina E.V., Khavkin E.E. South American species Solanum alandiae Card. and S. okadae Hawkes et Hjerting as potential sources of genes for potato late blight resistance. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2020;181(1):73-83. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2020-1-73-83

Просмотров: 202


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-8834 (Print)
ISSN 2619-0982 (Online)