CC BY
155
УДК 632.938.1
ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ КОЛЛЕКЦИЙ ВНИИ КАРТОФЕЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА С ПОМОЩЬЮ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ
В.А. БИРЮКОВА1, кандидат биологических наук, зав. лабораторией (e-mail: [email protected])
И.В. ШМЫГЛЯ1, старший научный сотрудник
А.А. МЕЛЁШИН1, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом,
A.В. МИТЮШКИН1, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
B.В. МАНАНКОВ2, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. пунктом
C.Б. АБРОСИМОВА1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
1Всероссийский НИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха, ул. Лорха, 23, Красково, Московская обл.,140051, Российская Федерация
2Всероссийский пункт по испытанию устойчивости сортов и гибридов картофеля к раку и картофельной нематоде, ул. Лорха, 23, Красково, Московская обл., 140051, Российская Федерация
Резюме. С помощью молекулярных маркеров проведён скрининг 520 образцов генетических коллекций и перспективных гибридов ВНИИКХ на наличие генов устойчивости к Synchytrium endobioticum (Schilbersky) Percival, картофельной цистообразующей нематоде (Globodera rostochiensis Woll и Globodera pallida (Stone) Behrens), У и Х вирусам. Выделен образец S. chacoense Bitter 58d как источник гена Gro1-4 (контролирует устойчивость к золотистой картофельной нематоде). В создании генетических коллекций ВНИИКХ участвовал ограниченный круг генетических источников. Большинство (68%) генотипов картофеля созданы на основе двух форм S. chacoense (f. garciae 55d и f. commersonii 58d) и содержат маркер 38-530 гена Rychc устойчивости к У вирусу картофеля (УВК). Проведена оценка диагностического потенциала SCAR маркера Nl25 гена Sen1 устойчивости к раку картофеля, SCAR маркеров TG 689, 57 R, N 146 и N 195 гена H1 и STS маркера Gro1-4-1 гена Gro1-4 устойчивости к золотистой картофельной нематоде. Выявлены случаи с «ложноотрицательными» (когда есть устойчивость, но нет маркера) и «ложноположи-тельными» (есть маркер, но нет устойчивости) результатами. Наиболее эффективные маркеры для селекции картофеля на устойчивость к Globodera rostochiensis, характеризующиеся высоким уровнем корреляции между наличием маркерных компонентов и фенотипической устойчивостью - 57 R и N146. В результате маркер опосредованной селекции выделено 24 образца генетических коллекций картофеля с комплексом генов устойчивости, представляющие интерес для дальнейшей селекции как родительские формы и доноры групповой устойчивости к патогенам.
Ключевые слова: картофель, молекулярные маркеры, гены устойчивости, маркер опосредованная селекция (МОС) Для цитирования: Изучение генетических коллекций ВНИИ картофельного хозяйства с помощью молекулярных маркеров /В.А. Бирюкова, И.В. Шмыгля, А.А. Мелёшин, А.В. Митюшкин, В.В. Мананков, С.Б. Абросимова //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 10. С. 22-26.
Учитывая размножение картофеля вегетативным способом, важная задача селекции - повышение уровня устойчивости к наиболее вредоносным и распространённым болезням и вредителям (вирусам, фитофторозу, картофельной цистообразующей нематоде и др.). При низкой устойчивости требуется применение химических средств защиты, отрицательно влияющих на экологическую обстановку. Поэтому для картофелеводства особое значение имеют сорта с
высокой резистентностью к патогенам [1]. Успех в их выведении во многом зависит от использования генетического разнообразия клубнеобразующих видов Solanum L. - источников устойчивости, созданных на их основе эффективных доноров и специально от-селектированных родительских линий, обладающих набором хозяйственно-ценных признаков, а также применения современных биотехнологий, например, маркер опосредованной селекции (МОС). МОС дает возможность значительно интенсифицировать поиск резистентных генотипов, увеличивая выборку анализируемого материала, что особенно актуально для селекции на устойчивость к карантинным объектам (рак картофеля и золотистая картофельная нематода), основанной на достаточно трудоёмкой лабораторно-полевой оценке. С помощью молекулярных маркеров можно проводить параллельный скрининг на устойчивость к нескольким патогенам и выделять формы с групповой резистентностью [2].
Для повышения эффективности селекции картофеля в направлении создания новых высокопродуктивных сортов с комплексной устойчивостью к болезням и вредителям во ВНИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха в результате многолетней экспериментальной работы созданы уникальные генетические коллекции, содержащие гибриды-беккроссы, полученные на основе межвидовой и интрогрессивной гибридизации.
Цель исследования - выявить генотипы картофеля с генами, контролирующими устойчивость к картофельной цистообразующей нематоде (Globodera rostochiensis Woll и Globodera pallida (Stone) Behrens), раку (Synchytrium endobioticum (Schilbersky) Percival) и вирусам Х (ХВК) и У (УВК) картофеля среди образцов генетических коллекций и перспективных гибридов ВНИИКХ с использованием молекулярных маркеров.
Условия, материалы и методы. Молекулярный скрининг проводили на базе лаборатории биоинженерии с использованием приборно-аппаратной линии для проведения ПЦР-анализа. Материалом для исследований послужили световые ростки клубней, молодые листья полевых растений и in vitro растения образцов признаковых коллекций отдела генетики, представленные гибридами-беккроссами межвидового происхождения и полученными на их основе сортами и исходными родительскими линиями, а также перспективные гибриды, отселектированные по комплексу агрономических признаков (урожайность, пригодность к промпереработке, крахмали-стость, форма клубня).
Используя молекулярные маркеры генов устойчивости к картофельной цистообразующей нематоде (КЦН), раку и вирусам Х и У картофеля исследовано 520 генотипов, из них 284 - образцы генетических коллекций ВНИИКХ, 237 - перспективные гибриды.
Молекулярно-генетический анализ проводили на препаратах тотальной ДНК, выделенной по протоколу, основанному на CTAB-методе [3]. Для оценки генотипов использовали ДНК маркеры: устойчивости к УВК -STS маркер YES3-3A, тесно сцепленный с геном Rysto
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 М
1000
250
GBSS-►
Ry186-*
N146
Gpa 2-2--
N195--
Рисунок. Метод мультиплексной ПЦР для одновременной детекции Н1, Gpa2, ЯусЬс, генотипы: 1 - Жуковский ранний, 2 -Брянский деликатес, 3 - Метеор, 4 - гибрид 2662-4 (Юбилей Жукова х 92.21-88), 5 - Кумач, 6 - гибрид 1647-1 ^е!ох х Ягодка), 7 - Вымпел, 8 - гибрид 1647-4 ^е!ох х Ягодка), 9 - Крепыш, 10 - Россиянка, 11 - Северное сияние, 12 - Юбиляр, 13 - Памяти Лорха, М - маркер молекулярной массы 1 КЬ.
[4], и SCAR-маркер RYSC3 гена Ryadg [5], RAPD маркер 38-530 гена Rychc [6] и STS маркер Ry186 гена Rychc [7]; устойчивости к раку картофеля S. endobioticum патотипу 1 - SCAR маркер N125, сцепленный с геном Sen1 [2, 8]; устойчивости к золотистой картофельной нематоде G. rostochiensis - SCAR маркеры гена H1 -TG 689 [9, 10], 57 R [11], N 146 и N 195 [7], STS маркер Gro1-4-1 гена Gro1-4 [12]; устойчивости к бледной картофельной нематоде Globodera pallida - STS маркер Gpa2-2 гена Gpa2 [12]; устойчивости к ХВК - STS маркер PVX гена Rx1 [7].
Нуклеотидные последовательности праймеров и условия индивидуальных ПЦР взяты из литературных источников [2, 4-13]. Амплификацию ДНК проводили в термоциклере PTC-100 (MJ Research). Стандартная реакционная смесь объёмом 25 мкл содержала 10Х буфер для Taq ДНК-полимеразы (Синтол), 2,5 мМ смесь dNTP (Хеликон), 25 мМ водный раствор хлорида магния (Fermentas), 5-10 пкмоль каждого праймера (Синтол), 0,5 е.а. Taq ДНК-полимеразы (Синтол), 20 нг пробы ДНК и 13-10 мкл автоклавированной бидистиллиро-ванной воды. Присутствие специфического фрагмента детектировали электрофоретическим разделением продуктов амплификации в 1,5%-ном агарозном геле, окрашенном бромистым этидием.
В целях оптимизации процедуры МОС использовали серию двух мультиплексных ПЦР для одновременной детекции генов H1, Gro1-4, Ryadg [13] и одновременного отбора генотипов с генами H1, Gpa2, Rychc [7, 12] (см. рисунок).
BCH маркер, амплифицирующий консервативный участок бета-каротингидроксилазы [10] и GBSS маркер waxy (GBSSI) гена, контролирующего содержание амилопектина в крахмале [7], использовали как
внутренний, положительный контроль, свидетельствующий о качестве матрицы ДНК и правильности проведения ПЦР.
Для проверки ассоциации «маркер - признак» сопоставляли результаты молекулярного анализа с лабораторно-полевой оценкой образцов картофеля на устойчивость к раку и золотистой картофельной нематоде методом искусственного заражения клубней, которую проводили на базе Всероссийского пункта по испытанию устойчивости сортов и гибридов картофеля к раку и картофельной нематоде согласно методики [14]. Уровень корреляции между присутствием (отсутствием) маркера и фенотипическим проявлением устойчивости у анализируемых образцов картофеля определяли с помощью коэффициента Фехнера по формуле:
Кф = (Па - nb)/(na + nb) х 100%,
где na - число совпадений; nb - число несовпадений.
Результаты и обсуждение. Наибольшая частота встречаемости (68%) среди изученных генотипов картофеля выявлена у маркера N125 гена Sen 1 устойчивости к раку картофеля. Несмотря на то, что молекулярный скрининг широкого разнообразия дикорастущих и культурных видов Solanum показал низкую эффективность использования этого маркера для отбора резистентных генотипов [15], на образцах генетических коллекций ВНИИКХ установлен относительно высокий уровень (87%) корреляции между наличием N125 и результатами фитопатологической оценки на устойчивость к Synchytrium endobioticum (табл. 1). Однако специфический продукт амплификации размером 1400 п.н. не был обнаружен у 19 генотипов картофеля, которые по результатам фенотипической оценки от-
Таблица 1. Наличие маркеров устойчивости к раку картофеля и ЗКН у анализируемых образцов
Признак Присутствие/отсутствие маркера Фенотип N, шт. Уровень ассоциации «маркер - признак», %
У (СВ), шт. 1 В, шт.
Устойчивость к раку N125 (ген Sen1) + 122 1 164 87
картофеля - 19 22
Устойчивость к золо- TG689 (ген H1) + 115 7 233 87
тистой картофельной - 23 88
нематоде 57R (ген H1) + 136 0 233 99
— 2 95
N146 (ген H1) + 135 0 233 98
- 3 95
N195 (ген H1) + 134 2 233 97
- 4 93
Gro1-4-1 (ген Gro1-4) + 65 6 194 95
- 3 120
У(СВ) - устойчивые (слабовосприимчивые) генотипы, В - восприимчивые генотипы; N - общее число проанализированных генотипов.
несены к числу «устойчивых», причём 15 из них прошли предварительное испытание в лабораторных условиях и 4 образца - государственное испытание в поле на высоком инфекционном фоне. Отсутствие маркера N125 у таких форм картофеля можно объяснить несколькими предположениями. Во-первых, плохо состоявшимся процессом заражения, который зависит от строгого соблюдения кондиционирующих условий - влажности, температуры, механического состава субстратов, сроков заражения, определенной стадии прорастающих глазков клубней. Поэтому предварительные и государственные испытания картофеля в лабораторно-полевых условиях на устойчивость к раку проводят в течение двух-четырёх лет. Как правило, при повторном тестировании, часть образцов поражается Synchytrium endobioticum. Во-вторых, недостаточной специфичностью маркера N125. В третьих, сложной генетической природой признака ракоустойчивости картофеля. Кроме гена Sen1, устойчивость к патотипу 1 может быть обусловлена другими доминантными генами, а также локусами количественной устойчивости (OTL) [16], поэтому для повышения точности молекулярного анализа возникает необходимость в комбинации нескольких диагностических маркеров.
Ген H1 (источник - форма CPC 1673 S. andigenum Juz. Et Buk.) по результатам молекулярного скрининга содержат 85% устойчивых к золотистой картофельной нематоде (ЗКН) образцов картофеля, включая сорта и перспективные гибриды селекции ВНИИКХ, что связано с широким использованием клона S. andigenum в селекции культуры, а также его генетической близостью к S. tuberosum (L.) [17].
Анализ результатов изучения различных SCAR маркеров гена H1 позволил сделать сравнительную оценку их диагностического потенциала как предикторов устойчивости к ЗКН. У 87% генотипов картофеля, содержащих ген H1, присутствовали все четыре маркера TG689, 57R, N195 и N146. При сопоставлении сведений о наличии маркерных компонентов с фенотипической оценкой на устойчивость сортов и гибридов картофеля выявлены случаи с «ложноотрицательными» (когда есть устойчивость, но нет маркера) и «ложно-положительными» (есть маркер, но нет устойчивости) результатами исследований (см. табл. 1). Отсутствие молекулярных маркеров у устойчивых форм картофеля («ложноотрицательные» случаи), вероятно, указывает на несостоявшийся процесс заражения, наибольшее влияние на который оказывает температурный фактор, а также группа спелости (возраст) и физиологическое состояние тестируемых генотипов. У средне- и позднеспелых форм картофеля рост корней и световых ростков (прорастающих глазков) происходит медленнее, что сказывается на коэффициенте размножения нематоды, так как на более слабой корневой системе развивается меньшее количество цист [18]. Поэтому при повторных фитопатологических испытаниях такие формы картофеля могут поражаться ЗКН. Присутствие молекулярных маркеров у восприимчивых генотипов картофеля («ложноположительные» случаи), вероятно, связано с их недостаточной специфичностью по отношению к генам H1. Валидационные испытания диагностических маркеров на образцах генетических коллекций ВНИИКХ показали, что наиболее эффективны для селекции картофеля на устойчивость к G. rostochiensis - 57R и N146.
Известно, что ген H1 обеспечивает резистентность только к двум патотипам Ro1 и Ro4, тогда как селекция
на устойчивость должна быть направлена на защиту картофеля против всевозможных популяций нематоды. Поэтому интерес представляют образцы картофеля, у которых детектирован маркер Gro1-4-1 другого доминантного гена Gro1-4, контролирующего устойчивость к пяти патотипам (Ro1-Ro5) G. rostochiensis. В иностранные сорта картофеля он интрогрессирован от южноамериканского вида S. spegazzinii Bitter [2].
В результате молекулярного анализа с учётом родословных изученных генотипов картофеля установлено, что источником гена Gro1-4 среди образцов генетических коллекций ВНИИКХ послужила форма S. chacoense Bitter 58 d-22, полученная от самоопыления S. chacoense К-3693 (по данным ВИР ранее был как S. commersonii DunJ. Через амфидиплоид S. vernei Bitt. et Wittm. (К-5428) x S. chacoense f. commersonii 58 d-22 (2n = 24) от этого дикого вида происходят нема-тодоустойчивые исходные формы 591m-29 и 655 m-30, на основе которых созданы сорта Брянский деликатес, Слава Брянщины и популяция 92.13 (Ресурс x 655m-30) [19]. Прослеживается интрогрессия Gro1-4-1 от этих форм в комбинации гибридов 2643 (Слава Брянщины x 92.4-75), 2505 (Брянский деликатес x Пушкинец), 2646 (92.13-186 x (Россиянка x 88/34/14)). Маркер гена Gro1-4 также идентифицирован у сорта Лира селекции ВНИИКХ, содержащего генетический материал S. acaule Bitt, и иностранного сорта Alwara, широко используемого в качестве материнского компонента скрещивания. Согласованность между результатами молекулярного скрининга и фенотипической устойчивостью к ЗКН для разных маркеров гена H1 составила 87-99%, для маркера гена Gro1-4 - 95%.
Маркерные технологии позволяют идентифицировать устойчивые по фенотипу растения, у которых резистентность к G. rostochiensis контролируют несколько генов от разных источников, что обеспечивает более надежную и продолжительную защиту. Комбинация генов Н1 и Gro1-4 выявлена у иностранных сортов Arosa (Alwara x Duca) и Roko (Alwara x MA 81-536), у образцов гибридных комбинаций, полученных на их основе - 4421 и 4704 (Roko (H1Gro1-4) x Русский сувенир), 1575 (Arosa (H1Gro1-4) x Наяда(Н1)), и у гибридов, выделенных в потомстве беккросса 655m-30, представленном популяциями 93.13 (Жуковский ранний (H1) x 655m-30 (Gro1-4)), 2646 (92.13-186 (Gro1-4)) x (Россиянка (H1) x 88.34/14)). Среди образцов отечественной селекции комплексная устойчивость к ЗКН отмечена у сорта Кумач (ВНИИКХ).
Несмотря на соблюдение строгих карантинных мероприятий, проводимых на территории РФ, нельзя исключать возможность случайной интродукции более агрессивного вида G. pallida. Поэтому большое внимание уделяется созданию сортов резистентных к широкому спектру патотипов обоих видов нематоды. Частичная устойчивость к G. pallida (популяции Pa2 и Pa3) детерминируется доминантным геном Gpa2, источником которого, как и для гена H1 служит S. andigenum (главным образом CPC 1673-20). Хотя селекцию на устойчивость к бледной картофельной нематоде во ВНИИКХ специально не проводилаи, STS маркер Gpa2 детектирован у 14% образцов генетических коллекций, а также у сортов картофеля - Мастер, Вектор и Великан. Совместная интрогрессия H1 и Gpa2 обнаружена у 6% гибридов и сортов - Дарёнка, Дарковичский, Жуковский ранний, Маэстро, Метеор, Россиянка, Утёнок, Юбиляр. Гибриды 2646-11 (92.13-186 (Gro1-4)) x (Россиянка (H1, Gpa2) x 88.34/14)) и 1327-1 (Лира (Gro1-4) x
Raja (H1, Gpa2)) по результатам МОС содержат гены H1, Gro1-4, Gpa2 и выступают источниками устойчивости к нескольким патотипам КЦН.
Гены устойчивости Ryadg, Rychc, Rysto к УВК, переданные от разных источников, содержат 76% образцов генетических коллекций. Большинство из них характеризуются высокой полевой устойчивостью (79 баллов) к вирусным болезням. Причём у 65% генотипов детектирован RAPD маркер 38-530 гена Rychc, что связано с широким использованием в селекционных программах ВНИИКХ родительских линий 88.16/20 и 88.34/14, выделенных в поколении беккроссов от двух форм южноамериканского вида S. chacoense (f. garciae 55d и f. commersonii 58d) [19]. По сравнению с 38-530, маркер Ry186 гена Rychc встречается редко и обнаружен у 1% генотипов картофеля, в том числе у сорта Sarpo Mira, внимание селекционеров к которому в последние годы обусловлено неординарной устойчивость к фитофторозу.
Таблица 2. Генотипы с групповой устойчивостью
655m-30) по результатам МОС содержит три гена (Ryadg, Ryst0' RYchc) устойчивости к УВК.
Маркер PVX гена Rx1, контролирующего устойчивость к ХВК, встречается у 15% генотипов. Большинство (80%) сортов и гибридов картофеля с наличием Rx1 имеют маркер гена Gpa2, что связано с их близким расположением (меньше 200 Кб) и образованием общего кластера генов устойчивости к вирусам и нематоде. Кроме того, Rx1 очень схож по строению с Gpa2 (идентичны 93% нуклеоти-дов и гомологичны 88% аминокислот) [12]. Устойчивость к разным вирусам картофеля (УВК и ХВК) отмечена у 8% генотипов картофеля и сортов Гранд (Rysto, Rx1), Вектор ((Ryadg, Ry^, Rx1), Ресурс (Rysto, Rx1), Юбилей Жукова (Ryo Rx1),AIwara (Rysto, Rx1), Sarpo Mira (Rychc, Rx1).
В результате молекулярного скрининга из общего объёма изученных образцов, выделено 5% сортов и гибридов картофеля с пятью-шестью генами (табл. 2), 9% - с четырьмя генами, 21% - с тремя генами устойчивости к патогенам. к патогенам, выделенные по результатам МОС
Селекционный номер Происхождение Наличие ДНК маркеров генов устойчивости
NL 25 (ген Sen1) 57R* (ген H1) Gro1-4 (ген Gro1-4) Gpa 2-2 (ген Gpa 2) YES3-3А (ген RyJ RYSC3 (ген Ryadg) 38-530 (ген RycJ PVX (ген Rx1)
2646-11 92.13-186 х 91.30-66 — + + + - + + +
1327-1 Лира х Raja + + + + - - + +
4707-32 Alwara х 88.17/72 + - + + + - + +
2646-13 92.13-186 х 91.30-66 + - + + - - + +
2678-1 2292-20 х Свенский + + - + - - + +
92.13-163 Ресурс х 655 m -30 + + - - + + + -
Вектор 1977-76 х Зарево + - - + - + + +
2747-1 Вектор х Romanze + - - + - + + +
2747-25 + + - + - - + +
2747-34 + + - + - - + +
4525-4 Вектор х Аврора - + - + - + + +
2546-14 Эффект х Пушкинец + + - + - - + +
4707-35 Alwara х 88.17/72 + - + + - - + +
4701-14 Alwara х Русский су- + - + + + - - +
4701-16 венир + - - + + - + +
4421-16 Roko х Русский суве- + + + - + - + -
4704-61 нир + + + - + - + -
4434-1 Roko х Аврора + + + - + - + -
1575-3 Arosa х Наяда + + + - + - + -
1575-18 + + + - + - + —
1604-2 96.5-7 х Maestro + + - + - - + +
1370-33 Лира х Ausonia + + - + - - + +
4622-4 Победа х Victoria + + - + - - + +
97.19-2 88.16/20 х Россиянка + + - + - - + +
* наличие наиболее эффективного маркера 57R гена H1
Ryadg выявлен у иммунных к УВК сортов Голубизна, Эффект, Вектор и гибридов картофеля, полученных на основе родительской формы 128-6, отобранной из беккроссов английской селекции. Маркер YES3-3A гена Rysto отмечен у сортов Колобок, Ресурс, Юбилей Жукова, в родословной которых присутствуют сложные межвидовые гибриды 69.54.03.259 и KZ-1001 венгерской селекции, содержащие генетический материал S. stoloniferum Schltdt & Bouche. Наличие YES3-3A подтверждено у иностранных сортов картофеля Alwara, Arosa, Roko [5]. Просматривается наследование маркера YES3-3A от этих форм в популяции гибридов 4609 (Колобок х Аврора), 4421 (Roko х Русский сувенир), 4707 (Alwara х 88.17/72), 4701(Alwara х Русский сувенир), 1575 (Arosa х Наяда) и др. Комплекс генов устойчивости к УВК обнаружен у 5% образцов картофеля, в том числе у сортов Эффект (Ryadg, Rychc) и Вектор (Ryadg, Rychc). Гибрид-беккросс 92.13-163 (Ресурс х
Генотипы картофеля, у которых диагностировано наибольшее количество молекулярных маркеров генов устойчивости (см. табл. 2), характеризуются рядом важных хозяйственно-ценных признаков, и представляют интерес для дальнейшей селекции как родительские формы и источники групповой устойчивости к Synchytrium endobioticum, КЦН, ХВК и УВК. Молекулярные маркеры полностью отсутствовали лишь у 4% образцов картофеля.
Выводы. Генетические коллекции ВНИИКХ созданы с участием ограниченного числа источников устойчивости - двух форм S. chacoense (f. garciae 55d и f. commersonii 58d) и сложных межвидовых гибридов венгерской и английской селекции. Поэтому необходимо пополнять и расширять их генетическую базу, обогащать полученный генофонд, вовлекая новые формы культурных и дикорастущих видов Solanum, которые содержат доминантные гены, отличные от известных и ранее интрогрессированных в сорта кар- 25
тофеля, обеспечивающие устойчивость к широкому спектру патогенов.
Использование генотипов картофеля, которые содержат комплекс генов устойчивости от разных источников (согласно результатам МОС), в качестве родительских форм для дальнейшей селекции позволяет разнообразить исходный материал и дает возможность выводить сорта
картофеля, сочетающие групповую резистентность к патогенам с другими хозяйственно-ценными признаками.
Относительно высокий (87-99%) уровень ассоциации «маркер-признак» подтверждает пригодность изученных молекулярных маркеров устойчивости к раку и золотистой картофельной нематоде для использования в селекции картофеля.
Литература.
1. Яшина И.М. Значение сорта в современных технологиях производства картофеля //Материалы научно-практической конференции «Картофель-2010» «Актуальные проблемы современной индустрии производства картофеля». Чебоксары. 2010. С. 41-44.
2. Marker-assisted combination of major genes for pathogen resistance in potato / C. Gebhardt, D. Bellin, H. Henselewski, W. Lehmann, J. Schwarzfischer, J. P. Valkonen // TheorAppl Genet. 2006. 112. Рр. 1458-1464.
3. Ribosomal dNA spacer-length polymorphism in barley: mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics / M. A. Sagai-Maroof, K. M. Soliman, R. A. Jorgensen, R. W. Allard//Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 81. 1984. Рр. 8014-8018.
4. Mapping of extreme resistance to PVY(Rysto) on chromosome XII using anther-culture-derived primary dihaploid potato lines/Y.S. Song, L. Hepting, G. Schweizer, L. Hartl, G. Wenzel, A. Schwarzfischer // Theoretical and Applied Genetics 2005. 111. Рр. 879-887.
5. Development of SCAR markers to the PVY resistance gene Ryadg based on a common feature of plant disease resistance genes /K. Kasai, Y. Morikawa, V.A. Sorri, J.P.T. Valkonen, C. Gebhardt, K.N. Watanabe//Genome. 2000. 43. Рр. 1-8.
6. Detection of a simplex RAPD marker linked to resistance to potato virus Yin a tetraploid potato / K. Hosaka, Y. Hosaka, M. Mori, T. Maida, H. Matsunaga //American Potato Journal. 2001. 78. Рр. 191-196.
7. Development of a multiplex PCR method for simultaneous detection of diagnostic DNA markers of five disease and pest resistance genes in potato/K. Mori, Y.Sakamoto, N. Mukojima, S. Tamiya, T. Nakao, T. Ishii, K. Hosaka //Euphytica. 2011. 180. Рр. 347-355.
8. TMV resistance gene N homologues are linked to Synchytrium endobioticum resistance in potato / R. Hehl, E. Faurie, J. Hesselbach, F. Salamini, S. Whitham, B. Baker, C. Gebhardt // Theor Appl Genet. 1999. 98. Рр. 379-386.
9. Использование молекулярных маркеров генов H1 и Gro1 устойчивости к золотистой картофельной нематоде / В.А. Бирюкова, А.А. Журавлев, С.Б. Абросимова, Л.И. Костина, Л.М. Хромова, И.В. Шмыгля, Н.Н. Морозова, С.Н. Кирсанова //Доклады РАСХН. № 6. 2008. C. 3-6.
10. Application of DNA markers linked to the potato H1 gene conferring resistance to pathotype Ro1 of Globodera rostochiensis / R. Galek, M. Rurek, W.S. De Jong, G. Pietkiewicz, H.C. Augustyniak, E.S. Sienkiewicz// J. Appl. Genet. 2011. 52. Рр. 407-411.
11. Evaluation and implementation of a potential diagnostic molecular marker for H1-conferred potato cyst nematode resistance in potato (Solanum tuberosum L.) L. Schultz, NOI Cogan, K. McLean, MFB Dale, G.J. Bryan, J.W. Forster, A.T. Slater//РШП Breed. 2012. 131. Р. 315-321.
12. DNA marker assisted evaluation of potato genotypes for potential resistance to potato cyst nematode pathotypes not yet invading into Japan /K. Asano, A. Kobayashi, S. Tsuda, M. Nishinaka, S. Tamiya // Breed. Sci. 2012. 62. Рр. 142-150.
13. Milczarek D. A Multiplex PCR Method of Detecting Markers Linked to Genes Conferring Resistance to Globodera rostochiensis //Am. J. Potato Res. 2012. 88. Рр. 245-255.
14. Методика исследований по защите картофеля от болезней, вредителей, сорняков и иммунитету / А.С. Воловик, Л.Н. Трофимец, А.Б. Долягин, В.М. Глез. М.: ВНИИКХ, 1995. 105с.
15. Characterization of resistance to synchytrium endobioticum in cultivated potato accessions from the collection of vavilov institute of plant industry/A. Khiutti, O. Afanasenko, N. Mironenko, O. Antonova, O. Shuvalov, L. Novikova, E. Krylova, N. Chalaya, T. Gavrilenko, D.M. Spooner//РШ Breeding. 2012. 131. Р. 744-750.
16. Obidiegwu JE, Flath K, Gebhardt C. Managing potato wart: a review of present research status and future perspective // Theor Appl Genet. 2014. 127(4). Р. 763-780.
17. Рогозина Е.В., Киру С.Д. Доноры устойчивости к патогенам и качества продукции. В кн.: Идентифицированный генофонд растений и селекция. Санкт-Петербург, 2005. С. 443-470.
18. Деккер Х. Нематоды растений и борьба с ними. М.: Колос, 1972. 444 с.
19. Яшина И.М. Методические указания по технологии управления процессом интрогрессии ценных генов от диких видов картофеля в селекционные сорта и гибриды. М.: РАСХН, 2003. 32с.
STUDY OF GENETIC COLLECTIONS OF THE ALL-RUSSIAN RESEARCH INSTITUTE OF POTATO FARMING BY MEANS OF MOLECULAR MARKERS
V.A. Biryukova1, I.V. Shmyglya1, A.A. Meleshin1, A.V. Mitushkin1, V.V. Manankov2, S.B. Abrosimova1
'All-Russian Institute of Potato Research, ul. Lorcha, 23, Moscowskaya obl., Kraskovo, 140051, Russian Federation
2All-Russian Center on the Resistance Test of Potato Cultivars and Hybrids to Wart Disease and Nematode, ul. Lorcha, 23, Moscowskaya
obl., Kraskovo, 140051, Russian Federation
Summary. By means of molecular markers, 520 samples from genetic collections and promising hybrids of the All-Russian Research Institute of Potato Farming (ARRIPF) were screened for the presence of genes of resistance to Synchytrium endobioticum (Schilbersky) Percival, potato cyst nematode (Globodera rostochiensis Woll and Globodera pallida (Stone) Behrens) and the PVY and PVX viruses of potato. It was selected the sample S. chacoense Bitter 58d as the source of the gene Gro1-4, which encodes resistance to Golden potato cyst nematode. A limited range of genetic sources was involved in the creation of genetic collections of the ARRIPF. The most genotypes (68%) of potato was developed on the basis of two forms of S. chacoense (f. garciae 55d and f. commersonii 58d) and contain 38-530 marker of the gene Ry(chc) of resistance to PVY. We evaluated the diagnostic potential of the SCAR marker Nl25 of the gene Sen1 of resistance to potato wart, SCAR markers TG 689, 57 R, N146 and N195 of the gene H1 and STS marker Gro1-4-1 of the gene Gro1-4 of resistance to Golden potato cyst nematode. It was revealed the cases of "false negative" (when there is resistance and no marker) and "false positive" (there is a marker, but no resistance) results of the studies. The most effective markers for breeding on the resistance to Globodera rostochiensis are 57R and N146, which have a high level of correlation between the presence of marker components and phenotypic resistance. Based on the results of marker-assisted selection, 24 samples from genetic collections of potato were identified with a set of genes for resistance, that are of interest for breeding as parental forms and donors of group resistance to pathogens.
Key words: potato, molecular markers, resistance genes, marker-assisted selection (MAS).
Author Detalis: V.A. Biryukova, Cand. Sc. (Biol.), head of laboratory (е-mail: [email protected]); I.V. Shmyglya, senior research fellow; A.A. Meleshin, Cand. Sc. (Agr.), head of division; A.V. Mitushkin, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory; V.V. Manankov, Cand. Sc. (Agr.), center manager; S.B. Abrosimova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow.
For citation: Biryukova V.A., Shmyglya I.V., Meleshin A.A., Mitushkin A.V., Manankov V.V., Abrosimova S.B. Study of Genetic Collections of the All-Russian Research Institute of Potato Farming by Means of Molecular Markers. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. Vol. 30. No. 10. Pp. 22-26 (in Russ.).
