Состав коллекции примитивных культурных видов секции Petota Dumort. рода Solanum L. и актуальные направления их исследования

Сохраняемая в ВИР коллекция генетических ресурсов картофеля является одним из первых в мире собраний образцов примитивных культурных видов – аборигенных сортов картофеля, возделываемых индейским населением стран Южной Америки. Самые старые образцы поступили в коллекцию в 1927 г. Примерно одна пятая часть коллекции (106 образцов из 573) является уникальным материалом, собранным в ходе экспедиций ВИР в Боливии, Колумбии, Эквадоре и Перу. Обнаруженное экспедициями ВИР разнообразие возделываемых высокогорных картофелей, согласно системе С. М. Букасова, относится к видам Solanum ajanhuiri Juz. et Buk., S. × chaucha Juz. et Buk., S. mammilliferum Juz. et Buk., S. phureja Juz. et Buk., S. rybinii Juz. et Buk., S. goniocalyx Juz. et Buk., S. stenotomum Juz. et Buk., S. tenuifilamentum Juz. et Buk., S. × juzepczukii Buk. и S. × curtilobum Juz. et Buk. В этой группе выделяют виды S. × ajanhuiri, S. phureja, S. stenotomum, которые по своим признакам наиболее близки ранним доместицированным формам клубнеобразующих видов рода Solanum L. В статье представлен аналитический обзор современного состава коллекции примитивных культурных видов картофеля и результатов их изучения за предшествующий период. Приведены эколого-географические характеристики мест возделывания культурных родичей картофеля, сведения об источниках поступления образцов в коллекцию ВИР. Масштабная оценка образцов примитивных культурных видов картофеля по комплексу признаков, проведенная в полевых и лабораторных опытах, отражает селекционный потенциал и является первичной информацией для проведения более углубленных исследований. Обсуждается значимость изучения S. phureja и близкородственных культурных видов для разработки фундаментальных проблем биологии растений. Накопленный объем данных позволяет сегодня осуществить точечный выбор образцов наиболее перспективных для молекулярно-генетического изучения разнообразия генофонда видов картофеля.

картофель, близкородственные виды, ex situ, клубнеобразование, период покоя клубней, ДНК-анализ, гены хозяйственно ценных признаков

1. Anglin N.L., Amri A., Kehel Z., Ellis D. A case of need: linking traits to genebank accessions. Biopreservation and Biobanking. 2018;16(5):337-349. DOI: 10.1089/bio.2018.0033

2. Антонова О.Ю., Апаликова О.В., Ухатова Ю.В., Крылова Е.А., Шувалов О.Ю., Шувалова А.Р. и др. Оздоровление микрорастений трех культурных видов картофеля (Solanum tuberosum L., S phureja Juz. & Buk. и S. stenotomum Juz. & Buk.) от вирусов методом комбинированной термо-химиотерапии. Сельскохозяйственная биология. 2017; 52 (1): 95-104. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.95rus

3. Arce A., de Haan S., Juarez H., Burra D.D., Plasencia F., Ccanto R. et al. The spatial-temporal dynamics of potato agrobiodiversity in the highlands of Central Peru: A case study of smallholder management across farming landscapes. Land. 2019;8(11):169. DOI: 10.3390/land8110169

4. Aversano R., Contaldi F., Ercolano M.R., Grosso V., Iorizzo M., Tatino F. et al. The Solanum commersonii genome sequence provides insights into adaptation to stress conditions and genome evolution of wild potato relatives. The Plant Cell. 2015; 27(4):954-968. DOI: 10.1105/tpc.114.135954

5. Бавыко Н.Ф. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 519. Примитивные культурные виды картофеля Южной Америки. Ленинград: ВИР; 1989.

6. Бавыко Н.Ф. Толерантность и устойчивость к отдельным вирусам примитивных культурных видов картофеля. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1987;115:49-53.

7. Bradshaw J. Potato breeding at the Scottish Plant Breeding Station and the Scottish Crop Research Institute: 1920–2008. Potato Research. 2009;52(2):141-172. DOI: 10.1007/s11540-009-9126-5

8. Букасов С.М. Принципы систематики картофеля. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1978;62(1):3-35.

9. Burgos G., Salas E., Amoros W., Auqui M., Muñoa L., Kimura M. et al. Total and individual carotenoid profiles in Solanum phureja of cultivated potatoes: I. Concentrations and relationships as determined by spectrophotometry and HPLC. Journal of Food Composition and Analysis. 2009;22(6):503-508. DOI: 10.1016/j.jfca.2008.08.008

10. 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: 10.18699/VJ17.227

11. Camacho Villa T.C., Maxted N., Scholten M., Ford-Lloyd B. Defining and identifying crop landraces. Plant Genetic Resources. 2005;3(3):373-384. DOI: 10.1079/PGR200591

12. Correll D.S. The potato and its wild relatives: Section Tuberarium of the genus Solanum. Renner, Texas: Texas Research Foundation; 1962. Cuesta Subía X. Potato quality traits: variation and genetics in Ecuadorian potato landraces [dissertation]. Wageningen: Wageningen University; 2013.

13. De Haan S., Rodrigues F. Potato origin and production. In: J. Singh, L. Kaur (eds). Advances in Potato Chemistry and Technology. 2nd ed. San Diego: Elsevier Science Publishing Co. Inc.; 2016. p.1-32. DOI: 10.1016/B978-0-12-800002-1.00001-7

14. Ellis D., Salas A., Chavez O., Gomez R., Anglin N. Ex situ conservation of potato [Solanum section Petota (Solanaceae)] genetic resources in genebanks. In: H. Campos, O. Ortiz (eds). The Potato Crop. Its Agricultural, Nutritional and Social Contribution to Humankind. Cham, Switzerland: Springer International Publishing; 2020. p.109-138. DOI: 10.1007/978-3-030-28683-5_4

15. FAO. The Second Report on the World’s Plant Genetic Resources for Food and Agriculture. Rome, Italy: FAO; 2010. Available from: http://www.fao.org/3/i1500e/i1500e00.htm [accessed May 06, 2020].

16. 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

17. Гавриленко Т.А., Швачко Н.А. Волкова Н.Н., Ухатова Ю.В. Модифицированный метод дроплетвитрификации для криоконсервации апексов in vitro растений картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(4):422-429. DOI: 10.18699/VJ19.505

18. Горбатенко Л.Е. Виды картофеля Южной Америки: экология, география, интродукция, систематика и селекционная значимость. Санкт-Петербург: ВИР; 2006.

19. 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. PNAS. 2017;114(46).E9999-E10008. DOI: 10.1073/pnas.1714380114

20. Harlan J.R., de Wet J.M.J. Toward a rational classification of cultivated plants. Taxon. 1971;20(4):509-517. DOI: 10.2307/1218252

21. Hawkes J.G. The potato: Evolution, biodiversity and genetic resources. London: Belhaven Press, 1990.

22. Hawkes J.G., Hjerting J.P. The potatoes of Argentina, Brazil, Paraguay and Uruguay. Biosystematic Study. Oxford: Clarendon Press; 1969.

23. Hawkes J.G., Hjerting J.P. The potatoes of Bolivia: Their breeding value and evolutionary relationships. Oxford; Clarendon Press; 1989.

24. Huamán Z., Hawkes J.G., Rowe P.R. Solanum ajanhuiri: An important diploid potato cultivated in the andean altiplano. Economic Botany. 1980;34(4):335-343. DOI: 10.1007/BF02858307

25. Jacobs M.M.J., Smulders M.J.M., van den Berg R.G., Vosman B. What’s in a name; Genetic structure in Solanum section Petota studied using population-genetic tools. BMC Evolutionary Biology. 2011;11:42. DOI: 10.1186/1471-2148-11-42

26. Jia J., Li H., Zhang X., Li Z., Qiu L. Genomics-based plant germplasm research (GPGR). The Crop Journal. 2017;5(2):166-174. DOI: 10.1016/j.cj.2016.10.006

27. Juyó D., Sarmiento F., Álvarez M., Brochero H., Gebhardt C., Mosquera T. Genetic diversity and population structure in diploid potatoes of Solanum tuberosum group Phureja. Crop Science. 2015;55(2):760-769. DOI: 10.2135/cropsci2014.07.0524

28. Киру С.Д., Бавыко Н.Ф., Палеха С.В., Евстратова Л.П. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 738. Культурные виды картофеля. Санкт-Петербург: ВИР; 2002.

29. Киру С.Д., Палеха С.В., Маковская С.А., Патрикеева М.В., Евстратова Л.П. Южноамериканские культурные виды картофеля как генетический источник для селекции на устойчивость к патогенам. Вестник защиты растений. 2003; 2:48-53.

30. Киру С.Д., Рогозина Е.В. Мобилизация, сохранение и изучение генетических ресурсов культивируемого и дикорастущего картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):7-15. DOI: 10.18699/VJ17.219

31. Хлесткина Е.К., Шумный В.К., Колчанов Н.А. Маркерориентированная селекция и примеры ее использования в мировом картофелеводстве. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(10):5-8.

32. Kochetov A.V., Glagoleva A.Y., Strygina K.V., Khlestkina E.K., Gerasimova S.V., Ibragimova S.M. et al. Differential expression of NBS-LRR-encoding genes in the root transcriptomes of two Solanum phureja genotypes with contrasting resistance to Globodera rostochiensis. BMC Plant Biology. 2017;17 Suppl 2:251. DOI: 10.1186/s12870-017-1193-1

33. Костина Л.И., Косарева О.С. Генеалогия отечественных сортов картофеля. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

34. Лехнович В.С. Культурные виды картофеля. В кн.: Культурная Флора СССР. Т. 9. Картофель / под ред. В.С. Жуковского, С.М. Букасова. Ленинград: Колос; 1971. С.41-304.

35. Leisner C.P., Hamilton J.P., Crisovan E., Manrique-Car pintero N.C., Marand A.P., Newton L. et al., Genome sequence of M6, a diploid inbred clone of the high-glycoalkaloid-producing tuber-bearing potato species Solanum chacoense, reveals residual heterozygosity. The Plant Journal. 2018;94(3):562-570. DOI: 10.1111/tpj.13857

36. Li Y., Colleoni C., Zhang J., Liang Q., Hu Y., Ruess H. et al. Genomic analyses yield markers for identifying agronomically important genes in potato. Molecular Plant. 2018;11(3):473-484. DOI: 10.1016/j.molp.2018.01.009

37. Monteros-Altamirano A., Buitrón-Bustamante J., OrbeVergara K., Cuesta-Subía X. Ecuadorian potato landraces: traditional names and genetic identity. Revista Fitotecnia Mexicana. 2017;40(4):481-489.

38. Morante M.C. Potato production system in the Andean region of Bolivia: Modern seed potato production, the use of agricultural technology, and genetic erosion. Research and Reviews: Journal of Agriculture and Allied Sciences. 2019;8(1):86-95.

39. Ochoa C.M. The potatoes of South America: Peru, Part 1. The wild species. Lima, Peru: CIP; 2004.

40. Ovchinnikova А., Krylova E., Gavrilenko T., Smekalova T., Zhuk M., Knapp S., Spooner D. Taxonomy of cultivated potatoes (Solanum section Petota: Solanaceae). Botanical Journal of the Linnean Society. 2011;165(2):107-155. DOI: 10.1111/j.1095-8339.2010.01107.x

41. Ross H. Potato breeding: Problems and perspectives. Journal of Plant Breeding. 1986; Suppl 13:132.

42. Spooner D.M., Ghislain M., Simon R., Jansky S.H., Gav rilenko 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

43. Spooner D.M., McLean K., Ramsay G., Waugh R., Bryan G.J. A single domestication for potato based on multilocus amplified fragment length polymorphism genotyping. PNAS. 2005;102(41):14694-14699. DOI: 10.1073/pnas.0507400102

44. Вавилов Н.И. Ботанико-географические основы селекции. В кн.: Теоретические основы селекции растений. Т.1. Москва; Ленинград; 1935.

45. Vincent H., Wiersema J., Kell S., Fielder H., Dobbie S., Castañeda-Álvarez N.P. et al. A prioritized crop wild relative inventory to help underpin global food security. Biological Conservation. 2013;167:265-275. DOI: 10.1016/j.biocon.2013.08.011

46. Wambugu P.W., Ndjiondjop M.N., Henry R.J. Role of genomics in promoting the utilization of plant genetic resources in genebanks. Briefings in Functional Genomics. 2018;17(3):198-206. DOI: 10.1093/bfgp/ely014 Xu X.,

47. Pan S., Cheng S., Zhang B., Mu D., Ni P. et al. Genome sequence and analysis of the tuber crop potato. Nature. 2011;475(7355):189-195. DOI: 10.1038/nature10158

48. Зыкин А.Г. Картофели Боливии. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции.1973;50(3):241-267.