doi: 10.15389/agrobiology.2017.5.964rus

УДК 633.491:631.527.51:577.21

Исследования по оценке устойчивости к фитофторозу в эпифитотийный сезон 2016 года, молекулярному скринингу и определению фертильности пыльцы (2016-2017 годы, ВИР, г. Санкт-Петербург, Россия) поддержаны грантом РНФ № 16-16-04125. Гибридизация, оценка устойчивости к фитофторозу и Y-вирусу картофеля (2012-2015 годы, Swedish University of Agricultural Sciences — SLU, Швеция) выполнены при поддержке фонда E. & I. Nilssons Foundation.

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ R ГЕНОВ И ТИПОВ
ЦИТОПЛАЗМЫ ПРИ ИНТРОГРЕССИВНОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ ДИКИХ
ПОЛИПЛОИДНЫХ МЕКСИКАНСКИХ ВИДОВ КАРТОФЕЛЯ

Н.М. ЗОТЕЕВА1, О.Ю. АНТОНОВА1, Н.С. КЛИМЕНКО1, О.В. АПАЛИКОВА1,
U. CARLSON-NILSSON2, 3, Ю.И. КАРАБИЦИНА1, Ю.В. УХАТОВА1,
Т.А. ГАВРИЛЕНКО1, 4

Задачи расширения генетического разнообразия селекционного материала и получения сортов картофеля, сочетающих высокую продуктивность с комплексной и групповой устойчивостью к патогенам, решаются на основе совместного использования межвидовой гибридизации и маркер-опосредованного отбора (MAS, marker-assisted selection). Нами выполнен молекулярный скрининг оригинальных гибридов от 11 комбинаций скрещиваний, полученных с участием мексиканских (Solanum stoloniferum, S. guerreroense) и южно-американских (S. microdontum, S. tarijense, S. kurtzianum) диких видов картофеля, и их потомств; S. guerreroense был вовлечен в селекционный процесс впервые. MAS существенно повышает эффективность работ по пирамидированию целевых генов устойчивости и, кроме того, позволяет контролировать распространение нежелательных генетических факторов, например интрогрессированного отS. stoloniferum митотипа g (W/g тип цитоплазмы), ассоциированного с мужской стерильностью сортов и гибридов. В настоящей работе показана возможность повысить эффективность интрогрессивной гибридизации культурного картофеля с мексиканскими полиплоидными видами S. neoantipoviczii(=S. stoloniferum) и S. guerreroense на основе использования в молекулярном скрининге ДНК-маркеров различных типов цитоплазмы и маркеров, ассоциированных с R генами устойчивости к наиболее вредоносным патогенам картофеля. По результатам молекулярного скрининга были отобраны генотипы с различным сочетанием маркеров генов, детерминирующих устойчивость к фитофторозу(R2 like, R, Rpi-blb1, Rpi-sto1),Y-вирусу картофеля (PVY) (Ryadg, Rysto, Ry-fsto) и золотистой картофельной нематоде (Н1), и среди них выявлены клоны с высокой полевой устойчивостью к фитофторозу (7-8 баллов) и к YВК. Из 35 гибридных клонов, отобранных в разных комбинациях скрещиваний (исходными материнскими формами служили образцы полиплоидных мексиканских видов), 18 характеризовались мужской стерильностью и имели тип цитоплазмы W/g, стабильно передающийся по материнской линии. Остальные гибриды с цитоплазмой W/a типа формировали фертильную пыльцу. Часть из них использовали в скрещиваниях в качестве опылителей, что позволило получить многовидовые гибриды, объединяющие в одном генотипе маркеры генов устойчивости от разных мексиканских полиплоидных видов. Можно полагать, что при поиске источников устойчивости к патогенам в популяциях полиплоидных мексиканских видов целесообразно одновременно проводить отбор против генотипов, которые служат донорами стерилизующего типа цитоплазмы W/g, нежелательного для традиционной селекции. Отбор гибридных клонов с типом цитоплазмы W/a позволяет увеличить вероятность получения интрогрессивных форм с мужской фертильностью. Совместное использование двух систем молекулярных маркеров (ядерных, ассоциированных с R генами устойчивости, и цитоплазматических, детектирующих различные типы цитоплазмы) позволит повысить результативность подбора пар для скрещиваний, сокращая сроки и снижая затраты на перенос в один генотип целевых генов из разных источников.

Ключевые слова: Solanum spp., картофель, ДНК-маркеры, R гены, типы цитоплазмы, межвидовая гибридизация.

 

Полный текст

 

 

FACILITATION OF INTROGRESSIVE HYBRIDIZATION OF WILD POLYPLOID
MEXICAN POTATO SPECIES USING DNA MARKERS OF R GENES AND OF DIFFERENT CYTOPLASMIC TYPES

N.M. Zoteyeva1, O.Yu. Antonova1, N.S. Klimenko1, O.V. Apalikova1,
U. Carlson-Nilsson1, 3, Yu.I. Karabitsina1, Yu.V. Ukhatova1,
T.A. Gavrilenko1, 4

Nowadays potato breeding is targeting to develop genetically divers high yielding varieties with multiple pathogen resistance traits. Interspecific hybridization jointed with marker-assistant-selection (MAS) can effectively combine the R genes from different resistance sources. Additionally to effective pyramiding the target genes, MAS allows to restrict introgression of genetic factors conferring the undesirable traits, for example, male sterility of interspecific hybrids associated with Solanum stoloniferum-derived W/gamma cytoplasm that complicate the traditional breeding. Current study is targeting to search for the opportunities to improve the efficiency of introgressive hybridization between common potato and Mexican polyploid species Solanum. neoantipoviczii (=S. stoloniferum) and S. guerreroense using MAS with DNA markers for different cytoplasmic types and markers associated with major R-genes to the most harmful potato pathogens. DNA-based markers of genes for late blight resistance (R2 like, R3a, Rpi-blb1, Rpi-sto1), for extreme resistance to Potato virus Y (PVY) (Ryadg, Rysto, Ry-fsto) and for H1 gene for resistance to the root cyst nematode (Globodera rostochiensis, pathotype Ro1) were used in this study. Based on the MAS, hybrid genotypes with different combinations of these markers were selected. Among them, there were the clones with high field resistance to late blight and to PVY. Of 29 hybrid clones from different combinations of crossing with polyploid Mexican species used as the maternal forms, 15 had a W/g cytoplasmic type and were male sterile; both these traits were maternally inherited. The remaining hybrids with W/a cytoplasm produced fertile pollen and were used in interspecific crosses as pollinators. Selection of resistant clones with W/alpha cytoplasm and elimination of genotypes with sterile W/g cytoplasm among wild species germplasm could increase the probability of obtaining male fertile introgressive lines. This approach allows to obtain the multi-species hybrid genotypes that combine R genes for resistance to pathogens from different Mexican species and to avoid various types of male sterility in breeding. The joint use of two systems of DNA markers, i.e. nuclear markers associated to R genes, and cytoplasmic markers for male sterility factors, could reduce costs and increase efficiency of target gene pyramiding programs.

Keywords: Solanum spp., potato, DNA markers, R genes, cytoplasmic types, interspecific hybridization.

 

1ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт
генетических ресурсов растений
им. Н.И. Вавилова,

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44,
e-mail: tatjana9972@yandex.ru;
2The Nordic Genetic Resource Centre (NordGen),
P.O. Box 41, SE-230 53 Alnarp, Sweden;
3Swedish University of Agricultural Sciences (SLU),
P.O. Box 7070, SE-750 07 Uppsala, Sweden;
4ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университет, Биологический факультет,
199034 Россия, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9
Поступила в редакцию
27 июня 2017 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало