doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.19rus
УДК 635.21:632.4:631.524:577.21
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 14.579.21.0012 от 05.06.2014, ID RFMEFI57914X0012) с использованием растительного материала, поддерживаемого в рамках темы № 0662-2019-0004 (ВИР).
ИДЕНТИФИКАЦИЯ РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ КАРТОФЕЛЯ, УСТОЙЧИВОГО К БОЛЕЗНЯМ И ВРЕДИТЕЛЯМ, МЕТОДОМ МУЛЬТИПЛЕКСНОГО ПЦР-АНАЛИЗА
Е.В. РОГОЗИНА1, Е.В. ТЕРЕНТЬЕВА2, 3, Е.К. ПОТОКИНА1, Е.Н. ЮРКИНА1, А.В. НИКУЛИН2, Я.И. АЛЕКСЕЕВ3, 4
Селекция картофеля на основе традиционных технологий гибридизации и отбора индивидуальных растений — длительный и трудоемкий процесс. Использование ДНК маркеров, сцепленных с генами устойчивости к болезням и вредителям, позволяет существенно повысить эффективность отбора ценных генотипов на ранних этапах селекции. В представленной работе чилийские аборигенные сорта картофеля впервые охарактеризованы с использованием ДНК маркеров генов H1 и Gro1-4, контролирующих устойчивость к золотистой нематоде Globodera rostochiensis (Wollenweber) Behrens патотипов Ro1, Ro4, гена Gpa2, определяющего устойчивость к бледной нематоде G. pallida (Stone) Behrens патотипа Pa2, генов Ryadg , Rychc и Rysto (иммунитет к Y-вирусу картофеля), гена Rx (иммунитет к X-вирусу картофеля) и гена Sen1 устойчивости к раку картофеля Synchytrium endobioticum (Schilb.) Percival. Получены результаты одновременного тестирования клонов межвидовых гибридов и сортов картофеля по нескольким генам. Нашей целью был молекулярный скрининг сортов и селекционного материала картофеля из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) для идентификации форм с генами устойчивости к цистообразующим нематодам, раку, X- и Y-вирусам картофеля, а также оценка эффективности этого подхода. Исследовали 90 образцов из коллекции ВИР, среди которых были формы культурного картофеля подвидов Solanum tuberosum subsp. chiloense (A.DC.) Kostina(аборигенные сорта Чили) и S. tuberosum subsp. tuberosum (селекционные сорта), а также гибридные клоны — источники и доноры устойчивости картофеля к возбудителям экономически значимых или карантинных заболеваний. Использовали 10 маркеров: TG 689, 57 R, N 195 гена H1 и Gro1-4-1 гена Gro1-4, маркер Gpa 2-2 гена Gpa2, маркеры RYSC3 гена Ryadg, Ry 186 гена Rychc и YES3-3A гена Rysto, маркер PVX гена Rx и маркер NL 25 гена Sen1. Эффективность мультиплексной ПЦР оценивали посредством сопоставления результатов ДНК-анализа коллекционных образцов с их фенотипической характеристикой по устойчивости к золотистой нематоде, раку и Y-вирусу картофеля. Мультиплексный ПЦР-анализ позволил идентифицировать среди генетически разнообразных форм картофеля генотипы с несколькими (до пяти) генами устойчивости разной специфичности, в том числе обеспечивающими устойчивость к нематоде G. rostochiensis Ro1, возбудителю рака S. endobioticumи Y-вирусу картофеля. Установлена тесная связь между маркерами гена H1 и устойчивостью образцов картофеля к нематоде G. rostochiensis Ro1 (rА = 0,59, rs = 0,72-0,79), между маркером NL 25 гена Sen1 и устойчивостью к раку (rА = 0,62). Связь маркеров генов Ryadg и Rysto с устойчивостью образцов картофеля к Y-вирусу не выявлена из-за большого числа устойчивых генотипов, у которых маркеры известных генов иммунитета не обнаружены.
Ключевые слова: картофель, Solanum ssp., межвидовые гибриды, ДНК маркеры, маркер-опосредованная селекция, рак картофеля, Synchytrium endobioticum, нематода, Globodera rostochiensis Ro1, Y-вирус картофеля.
E.V. Rogozina1, E.V. Terentjeva2, 3, E.K. Potokina1, E.N. Yurkina1,
A.V. Nikulin2, Ya.I. Alekseev3, 4
The breeding of potatoes with the traditional technology of hybridization and selection of individual plants is a time-consuming process. The use of DNA markers linked to genes underlying resistance to diseases and pests can significantly improve the efficiency of the selection of valuable genotypes in the early stages of breeding process. The aims of the work were i) screening of potato genetic resources from the VIR collection (Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources, St. Petersburg) for the presence of genes encoding resistance to cyst-forming nematodes, potato wart, potato viruses X and Y (PVX and PVY) by the multiplex PCR method; ii) evaluation of the effectiveness of molecular markers for the identification of potato genotypes resistant to the golden nematode, potato wart and PVY. A total of 90 accessions from the VIR collection were studied, among them the cultivated potatoes from two subspecies, the S. tuberosum subsp. chiloense (native varieties of Chile) and S. tuberosum subsp. tuberosum (breeding varieties), as well as hybrid clones have been distinguished as sources and donors of potato resistance to pathogens of the economically significant or quarantine diseases. In this work, several molecular markers that were early recommended for the identification of potato genes responsible for the resistance to cyst nematodes, Y and X viruses, and potato wart were first used for the multiplex PCR analysis of genetically diverse material. Ten markers used were TG 689, 57 R, N 195 of H1 gene and Gro1-4-1 of Gro1-4 gene (resistance to the golden nematode Globodera rostochiensis pathotypes Ro1, Ro4), marker Gpa 2-2 of Gpa2 gene (resistance to the pale nematode G. pallida pathotype Pa2), RYSC3 marker of Ryadg gene, Ry 186 marker of Rychc gene and YES3-3A marker of Rysto gene (all genes provide immunity to the potato virus Y), the PVX marker of the Rx gene (immunity to potato virus X) and the NL 25 marker of the Sen1 for resistance to potato wart caused by Synchytrium endobioticum (Schilb.) Percival. The PCR screening results were matched with the phenotypic characteristics of the test potato genotypes for resistance to the golden nematode, wart and potato virus Y. Multiplex PCR analysis allowed us to identify potato genotypes with several (up to five) resistance genes, including those providing resistance to the nematode G. rostochiensis patotype Ro1, S. endobioticum patotype 1 and potato virus Y. A significant association was established between the molecular markers linked to the H1 gene and the resistance of potato genotypes to the nematode G. rostochiensis Ro1 (rA = 0.59, rs = 0.72-0.79), and between the marker N L25 of Sen1 gene and potato resistance to wart (rA = 0.62). No association was detected between Ryadg and Rysto molecular markers and plant resistance to potato virus Y due to a large number of tested resistant potato genotypes which possibly carry unknown immunity genes.
Keywords: potato, Solanum ssp., interspecific hybrids, DNA markers, marker assisted selection, potato wart, Synchytrium endobioticum, nematodes, Globodera rostochiensis Ro1, potato virus Y.
1ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт |
Поступила в редакцию |
