Дикие родичи и межвидовые гибриды картофеля – исходный материал для селекции на устойчивость к золотистой нематоде

Актуальность. Использование в селекции картофеля преимущественно генов Н1 и Gro1-4 устойчивости к золотистой картофельной нематоде (ЗКН) свидетельствует о необходимости расширения генетического разнообразия устойчивости к этому патогену.

Материалы и методы. Материалом служили 34 генотипа диких видов картофеля северо- и южноамериканского происхождения, 14 межвидовых гибридов и 10 сортов. Для оценки образцов на устойчивость к ЗКН, патотипу Ro1, использовали фитопатологический тест и молекулярный скрининг на маркеры генов H1 и Gro1-4. Продукты амплификации маркера гена Gro1-4 секвенировали.

Результаты. Из 34 образцов два генотипа Solanum brachystotrichum (Bitt.) Rydb., четыре S. lesteri Hawkes et Hjerting и один S. kurtzianum Bitt. et Wittm. оказались восприимчивы к ЗКН, остальные были высоко- и среднеустойчивы (HR и MR). Детерминация устойчивости у 13 генотипов южноамериканских видов S. alandiae Cárd., S. × doddsii Corr., S. kurtzianum, S. leptophyes Bitt.и S. yungasense Hawkes обусловлена геном Gro1-4. У остальных 14 генотипов предполагается наличие генов устойчивости, неидентичных генам Н1 и Gro1-4. Гибриды S. tuberosum L. с устойчивыми к ЗКНобразцами диких видов S. kurtzianum, S. leptophyes, S. sparsipilum (Bitt.) Juz. et Buk., S. alandiae и S. × doddsii унаследовали признак устойчивости к нематоде, генетическая детерминация которого обусловлена либо геном Gro1-4, либо отличными от Н1 и Gro1-4 генами. Секвенирование участка гена Gro1-4 показало, что изменения в структуре этого участка по сравнению с референсной последовательностью не оказало влияния на выраженность признака устойчивости.

Заключение. Впервые найдены источники устойчивости к ЗКН среди североамериканских видов S. brachystotrichum (к-23201) и S. lesteri (к-24475). Среди диких южноамериканских видов Solanum выявлены источники, устойчивость которых детерминирована отличными от Н1 и Gro1-4 генами. Устойчивые межвидовые гибриды могут являться донорами гена устойчивости Gro1-4 и новых генов устойчивости. 

1. Antonova O.Y., Shvachko N.A., Novikova L.Y., Shuvalov O.Y., Kostina L.I., Klimenko N.S. et al. Genetic diversity of potato varieties bred in Russia and near-abroad countries based on polymorphism of SSR-loci and markers associated with resistance R-genes. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(5):596-606. [in Russian] DOI: 10.18699/VJ16.181

2. Bakker E., Achenbach U., Bakker J., van Vliet J., Peleman J., Segers B. et al. A high-resolution map of the H1 locus harbouring resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109(1):146-152. DOI: 10.1007/s00122-004-1606-z

3. Barone A., Ritter E., Schachtschabel U., Debener T., Sa lamini F., Gebhardt C. Localization by restriction fragment length polymorphism mapping in potato of a major domi nant gene conferring resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Molecular and General Genetics. 1990;224(2):177-182. DOI: 10.1007/bf00271550

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

5. Brodie B.B. The identification and distribution of a second pathotype of potato cyst nematodes in the United States. Nematropica. 1996;26(3):246.

6. Brodie B.B. The occurrence of a second pathotype of potato cyst nematodes in New York. Journal of Nematology. 1995;27:493-494.

7. Castelli L., Ramsay G., Bryan G., Neilson S.J., Phillips M.S. New sources of resistance to the potato cyst nematodes Globodera pallida and G. rostochiensis in the Commonwealth Potato Collection. Euphytica. 2003;129(3):377-386. DOI: 10.1023/A:1022264111096

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

9. Dalamu B.V., Umamaheshwari R., Sharma R., Kaushik S., Joseph T., Singh B. et al. Potato cyst nematode (PCN) resistance: genes, genotypes and markers – an update. SABRAO Journal of Breeding and Genetics. 2012;44(2):202-228.

10. 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

11. Gebhardt C., Mugniéry D., Ritter E., Salamini F., Bonnel E. Identification of RFLP markers closely linked to the H1 gene conferring resistance to Globodera rostochiensis in potato. Theoretical and Applied Genetics. 1993;85(5):541- 544. DOI: 10.1007/bf00220911

12. Хютти А.В., Рыбаков Д.А., Гавриленко Т.А., Афанасенко О.С. Устойчивость картофеля к карантинным болезням. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):51-61. DOI: 10.18699/VJ17.223

13. 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

14. 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: 10.30901/2227-8834-2017-4-66-75

15. Kreike C.M., Kok-Westeneng A.A., Vinke J.H., Stiekema W.J. Mapping of QTLs involved in nematode resistance, tuber yield and root development in Solanum sp. Theoretical and Applied Genetics. 1996;92(3-4):463-470. DOI: 10.1007/BF00223694

16. Limantseva L., Mironenko N., Shuvalov O., Antonova O., Khiutti A., Novikova L. et al. 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: 10.1111/pbr.12195

17. Milczarek D., Flis B., Przetakiewicz А. Suitability of molecular markers for selection of potatoes resistant to Globodera spp. American Journal of Potato Research. 2011;88(3):245-255. DOI: 10.1007/s12230-011-9189-0

18. Мироненко Н.В., Гавриленко Т.А., Хютти А.В., Афанасенко О.С. Потенциально опасные для отечественного картофелеводства карантинные виды и патотипы нематод: изменчивость популяций и генетика устойчивости. Вавиловский журнал генетики и селекции. [в печати] 2020.

19. Normes OEPP / EPPO Standards. PM 7/40 (4) Globodera rostochiensis and Globodera pallida. Bulletin OEPP / EPPO Bulletin. 2017;47(2):174-197. DOI: 10.1111/epp.12391

20. Nunziata A., Ruggieri V., Greco N., Frusciante L., Ba ro ne A. Genetic diversity within wild potato species (So lanum spp.) revealed by AFLP and SCAR markers. American Journal of Plant Sciences. 2010;1(2):012. DOI: 10.4236/ajps.2010.12012

21. Paal J., Henselewski H., Muth J., Meksem K., Menéndez C.M., Salamini F. et al. Molecular cloning of the potato Gro1-4 gene conferring resistance to pathotype Ro1 of the root cyst nematode Globodera rostochiensis, based on a candidate gene approach. Plant Journal. 2004;38(2):285-297. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2004.02047.x

22. Plantard O., Picard D., Valette S., Scurrah M., Grenier E., Mugniéry D. Origin and genetic diversity of Western European populations of the potato cyst nematode (Globodera pallida) inferred from mitochondrial sequences and microsatellite loci. Molecular Ecology. 2008;17(9):2208-2218. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2008.03718.x

23. Przetakiewicz A. The first report of Globodera rostochiensis pathotypes Ro5 occurrence in Poland. Plant Disease. 2013;97(8):1125. DOI: 10.1094/PDIS-12-12-1156-PDN

24. Przetakiewicz A., Milczarek D., Zimnoch-Guzowska E., Flis B. Improvement level of nematode resistance in potato facing changes in population of Globodera spp. The Journal of Animal and Plant Sciences. 2017;27(6):1958-1962.

25. Рогозина Е.В., Лиманцева Л.А., Гуськова Л.А. Новые источники и донор устойчивости картофеля к золотистой картофельной нематоде Globodera rostochiensis Woll., патотип Ro1. Вестник защиты растений. 2008;(1):39-44.

26. Рогозина Е.В., Лиманцева Л.А., Бирюкова В.А. Доноры устойчивости к патотипу Ro1 золотистой картофельной нематоды, производные от Solanum alandiae Card. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2012;(3):16-19.

27. Rousselle-Bourgeois F., Mugniéry D. Screening tuber-bearing Solanum spp. for resistance to Globodera rostochiensis Ro1 Woll. and G. pallida Pa2/3 Stone. Potato Research. 1995;38:241-249. DOI: 10.1007/BF02359906

28. Schultz L., Cogan N.O.I., Mclean K., Dale M.F.B., Bryan G.J., Forster J.W. et al. Evaluation and implementation of a potential diagnostic molecular marker for H1-conferred potato cyst nematode resistance in potato (Solanum tuberosum L.). Plant Breeding. 2012;131(2):315-321. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2012.01949.x

29. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва; 2019. URL: https://gossortrf.ru/wp-content/uploads/2019/07/REESTR_2019-3.pdf [дата обращения: 17.07.2020].

30. Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleic Acids Research. 1994;22(22):4673-4680. DOI: 10.1093/nar/22.22.4673

31. Turner S.J., Evans K. The origins, global distribution and biology of potato cyst nematodes (Globodera rostochiensis (Woll.) and Globodera pallida Stone). In: R. Marks and B. Brodie (eds). Potato Cyst Nematodes. Biology, Distribution and Control. Cambridge, UK: University Press; 1998. p.7-26.

32. Положение о порядке испытания сортов и гибридов картофеля на устойчивость к возбудителю рака картофеля (патотип I) и золотистой картофельной нематоде (патотип RoI) / под ред. В.А. Яковлевой, А.Б. Долягина. Москва; 1993.