vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestib-293Research ArticleСтатьиДНК-МАРКЕРЫ ГЕНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К ФИТОФТОРОЗУ И К Y-ВИРУСУ У ОБРАЗЦОВ ДИКОГО АЛЛОТЕТРАПЛОИДНОГО ВИДА КАРТОФЕЛЯ SOLANUM STOLONIFERUMREPRESENTATIVENNESS OF DNA-MARKERS OF LATE BLIGHT AND PVY-RESISTANCE GENES IN ACCESSIONS OF WILD ALLOTETRAPLOID POTATO SPECIES SOLANUM STOLONIFERUMЛевыйА. В.LevyA. V.

аспирант

Postgraduate student

a30413@mail.ruВоронковаЕ. В.VoronkovaE. V.

канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Leading researcher

E.Voronkova@igc.byПолюховичЮ. В.PolyukchovichY. V.

канд. биол. наук, науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Researcher

yuliy1612@yandex.ruЕрмишинА. П.YermishinA. P.

д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

D. Sc. (Biol.), Professor, Head of the Laboratory

ermishin@igc.byИнститут генетики и цитологии НАН БеларусиInstitute of Genetic and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus201704082017024654Copyright © Левый А.В., Воронкова Е.В., Полюхович Ю.В., Ермишин А.П., 20172017Левый А.В., Воронкова Е.В., Полюхович Ю.В., Ермишин А.П.Levy A.V., Voronkova E.V., Polyukchovich Y.V., Yermishin A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/293

Мексиканский аллотетраплоидный дикий вид картофеля Solanum stoloniferum Schltdl. (серия Longipedicellata) представляет собой источник ряда ценных для селекции генов. Однако естественные репродуктивные барьеры между S. stoloniferum и культурным картофелем существенно затрудняют интрогрессию генов этого вида в селекционный материал. Ранее нами впервые показана возможность получения диплоидных гибридов в скрещиваниях между S. stoloniferum и диплоидными линиями S. tuberosum, что значительно упрощает этот процесс. Однако неясно, какие из ценных генов дикого вида, расположенные на разных геномах, удается перенести к диплоидным межвидовым гибридам. Целью настоящего исследования было отобрать генотипы аллотетраплоидного вида с максимально широкой представленностью ДНК-маркеров генов устойчивости к фитофторозу и Y-вирусу. Отобранные генотипы будут вовлечены в гибридизацию с диплоидами S. tuberosum, что позволит изучить перенос маркеров с геномом А (или В) дикого вида в диплоидные гибриды, в том числе при использовании других методов вовлечения в селекцию генофонда S. stoloniferum. В результате изучения 26 образцов S. stoloniferum выделен PI 205522, у которого имелись маркеры к генам устойчивости к фитофторозу (Rpi-sto1) и Y-вирусу картофеля (Ry-sto и Ry-fsto). Отсутствие расщепления по маркерам у потомства от самоопыления PI 205522 свидетельствует о гомозиготном состоянии этих генов. Сиквенс фрагмента маркера 1521/518 образца PI 205522 показал его гомологию (99 %) с известными последовательностями гена Rpi-sto1 S. stoloniferum и Rpi-blb1 S. bulbocastanum образцов этих видов, имеющих высокую устойчивость к фитофторозу. 

Wild allotetraploid potato species from Mexico Solanum stoloniferum Schltdl. (series Longipedicellata) is considered to be a source of the range of valuable for breeding genes. Nevertheless, natural reproductive barriers between S. stoloniferum and cultivated potatoes considerably hamper introgression of genes of this species into breeding material. We were the first who demonstrated earlier the possibility of production of diploid hybrids in crosses between S. stoloniferum and S. tuberosum diploid lines that can substantially simplify this process. However, it is not clear which of the wild species genes situated on different genomes may be transferred to diploid interspecific hybrids. The purpose of the study was to select wild species genotypes with the widest range of DNA-markers of LB- and PVY-resistance genes. They will be used in crosses with S. tuberosum diploid lines to investigate the transfer of the markers along with A (or B) genome of the wild species to diploid hybrids as well as in application of other methods of involvement of S. stoloniferum into breeding. As a result of study 26 accessions of wild allotetraploid species S. stoloniferum, the PI 205522 had been selected carrying markers of Rpi-sto1, Ry-sto and Ry-fsto genes. Lack of segregation on the markers in offspring from self-pollination of PI 205522 indicated about homozygous state of these genes. Sequence of the part of the 1521/518 marker in PI 205522 had shown its homology (99 %) with known sequences of genes Rpi-sto1 of S. stoloniferum and Rpi-blb1 of S. bulbocastanum of the accessions of these species having high LB-resistance.

картофельSolanum stoloniferumДНК-маркерыгены устойчивостиPVY (вирус Y картофеля)фитофторозpotatoSolanum stoloniferumDNA-markersresistance genesPVY (potato virus Y)LB (late blight)ReferencesЕрмишин, А. П. Генетические особенности аллотетраплоидных диких видов картофеля (Solanum) как объекта селекции / А. П. Ермишин // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2014. – № 1. – С. 23–31.Yermishin A. P. Genetic features of allotetraploid wild potato species (Solanum) as an object of selection. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnych navuk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, biological series], 2014, no. 1, pp. 23–31. (in Russian).Lamm, R. Investigation of some tuber-bearing Solanum hybrids / R. Lamm // Hereditas. – 1953. – Vol. 39, N 2. – P. 97–112.Lamm R. Investigation of some tuber-bearing Solanum hybrids. Hereditas, 1953, vol. 39, no. 2, рр. 97–112.Camadro, E. L. Germplasm transfer from the wild tetraploid species Solanum acaule Bitt. to the cultivated potato, S. tuberosum L. using 2n eggs / E. L. Camadro, J. C. Espinillo // Am. Potato J. – 1990. – Vol. 67. – P. 737–750.Camadro E. L., Espinillo J. C. Germplasm transfer from the wild tetraploid species Solanum acaule Bitt. to the cultivated potato, S. tuberosum L. using 2n eggs. American Potato Journal, 1990, vol. 67, рр. 737–750.Brown, C. R. Introgression of Solanum acaule germplasm from the endosperm balance number 2 gene pool into the cultivated endosperm balance number 4 potato gene pool via triplandroids / C. R. Brown, K. Adiwilaga // Genome. – 1990. – Vol. 33. – P 273–278.Brown C. R., Adiwilaga K. Introgression of Solanum acaule germplasm from the endosperm balance number 2 gene pool into the cultivated endosperm balance number 4 potato gene pool via triplandroids. Genome, 1990, vol. 33, рр. 273–278.Iwanaga, M. Breaking of the cross ability barriers between disomic tetraploid Solanum acaule and tetrasomic tetra-ploid S. tuberosum / M. Iwanaga, R. Freyre, K. Watanabe // Euphytica. – 1991. – Vol. 52, N 3. – P. 183–191.Iwanaga M., Freyre R., Watanabe K. Breaking of the cross ability barriers between disomic tetraploid Solanum acaule and tetrasomic tetraploid S. tuberosum. Euphytica, 1991, vol. 52, no. 3, рр. 183–191.Watanabe, K. N. Potato germ plasm enhancement with disomic tetraploid Solanum acaule. I. Efficiency of introgression / K. N. Watanabe, C. Arbizu, P. Schmiediche // Genome. – 1992. – Vol. 35, N 1. – P. 53–57.Watanabe K. N., Arbizu C., Schmiediche P. Potato germ plasm enhancement with disomic tetraploid Solanum acaule. I. Efficiency of introgression. Genome, 1992, vol. 35, no. 1, рр. 53–57.Potato germplasm enhancement with disomic tetraploid Solanum acaule. II Assessment of breeding value of tetraploid F1 hybrids between tetrasomic tetraploid S. tuberosum and S. acaule / K. N. Watanabe [et al.] // Theor. Appl. Genet. – 1994. – Vol. 88, N 2. – P. 135–140.Watanabe K. N., Watanabe K. N., Orrillo M., Vega S., Masuelli R., Ishiki K. Potato germplasm enhancement with disomic tetraploid Solanum acaule. II Assessment of breeding value of tetraploid F1 hybrids between tetrasomic tetraploid S. tuberosum and S. acaule. Theoretical and Applied Genetic, 1994, vol. 88, no. 2, рр. 135–140.Characterization of somatic hybrids between tetraploid Solanum tuberosum L. and dihaploid S. acaule / T. Yamada [et al.] // Breeding Sci. – 1997. – Vol. 47. – P. 229–236.Yamada T., Misoo S., Ishii T., Takaoka K., Kamijima O. Characterization of somatic hybrids between tetraploid Solanum tuberosum L. and dihaploid S. acaule. Breeding Science, 1997, vol. 47, рр. 229–236.Rokka, V.-M. Interspecific somatic hybrids between wild potato Solanum acaule Bitt. and anther-derived dihaploid potato (Solanum tuberosum L.) / V.-M. Rokka // Plant Cell Reports. – 1998. – Vol. 18. – P. 82–88.Rokka, V.-M. Interspecific somatic hybrids between wild potato Solanum acaule Bitt. and anther-derived dihaploid potato (Solanum tuberosum L.). Plant Cell Reports, 1998, vol. 18, рр. 82–88.Воронкова, Е. В. Диплоидные гибриды между аллотетраплоидными дикими видами картофеля Solanum acaule Bitt., Solanum stoloniferum Schltdl. и дигаплоидами Solanum tuberosum L. / Е. В. Воронкова, В. М. Лисовская, А. П. Ермишин // Генетика. – 2007. – Т. 43, № 8. – С. 1065–1073.Voronkova E. V., Lisovskaya V. M., Yermishin A. P. Diploid hybrids between allotetraploid wild potato species Solanum acaule Bitt., Solanum stoloniferum Schltdl. аnd dihaploids Solanum tuberosum L. Genetika [Genetics], 2007, vol. 43, no. 8, рр. 1065–1073. (in Russian).Лисовская, В. М. Интрогрессия генетического материала диких аллотетраплоидных видов картофеля в диплоидные селекционные формы Solanum tuberosum L.: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.02.07 / В. М. Лисовская, Ин-т генетики и цитологии Нац. акад. наук Беларуси. – Минск, 2009. – 20 с.Lisovskaya V. M. The introgression of the genetic material of wild allotetraploid potato species into diploid selection forms Solanum tuberosum L., Abstract of Ph. D. dissertation, Genetics. Institut genetiki i tsitologii Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi [Institute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus], Minsk, 2009, 20 p. (in Russian).Ермишин, А. П. Представленность специфических RAPD-локусов родительских видов у триплоидных и диплоидных гибридов между аллотетраплоидными видами картофеля и дигаплоидами Solanum tuberosum L. / А. П. Ермишин, Е. В. Воронкова // Докл. Нац. акад. навук Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 2. – С. 97–103.Yermishin A. P., Voronkova E. V. Representation of specific RAPD loci of parental species in triploid and diploid hybrids between allotetraploid potato species and digaploid Solanum tuberosum L. Doklady Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi [Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus], 2014, vol. 58, no. 2, рр. 97–103. (in Russian).Cоколова, Е. А. Молекулярные маркеры генов устойчивости и геномов-доноров устойчивости картофеля к фитофторозу: метод. указания / Е. А. Cоколова, О. А. Фадина, Э. Е. Хавкин; Всерос. науч.-исслед. ин-т с.-х. биотехнологии Россельхозакад. – М.: [б. и.], 2013. – 25 с.Sokolova E. A., Fadina O. A., Khavkin E. E. Molecular markers of resistance genes and donor genomes of potato resistance to late blight: methodical guidelines. Мoscow, All-Russian Scientific Research Institute of Agricultural Biotechnology of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 2013, 25 p. (in Russian).Development of a locus-specific marker and localization of the Rysto gene based on linkage to a catalase gene on chromosome XII in the tetraploid potato genome / I. Cernak [et al.] // Breed. Sci. – 2008. – Vol. 58. – P. 309–314.Cernak I., Decsi K., Nagy S., Wolf J., Polgar Z., Gulyas G., Hirata Yu., Taller J. Development of a locus-specific marker and localization of the Rysto gene based on linkage to a catalase gene on chromosome XII in the tetraploid potato genome. Breeding Science, 2008, vol. 58, рр. 309–314.Ry-fsto gene from Solanum stoloniferum for extreme resistant to Potato virus Y maps to potato chromosome XII and is diagnosed by PCR marker GP122718 in PVY resistant potato cultivars / B. Flis [et al.] // Mol. Breed. – 2005. – Vol. 15. – P. 95–101.Flis B., Hennig J., Strzelczyk-Zyta D., Gebhardt C., Marczewski W. Ry-fsto gene from Solanum stoloniferum for extreme resistant to Potato virus Y maps to potato chromosome XII and is diagnosed by PCR marker GP122718 in PVY resistant potato cultivars. Molecular Breeding, 2005, vol. 15, pp. 95–101.Wang, M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanum species. PhD thesis / M. Wang; University of Wageningen. – Wageningen, 2007. – P. 43–58.Wang M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanum species: Ph. D. thesis. University of Wageningen, Wageningen, 2007, pp. 43–58.Оценка исходного материала картофеля для селекции на устойчивость к болезням и вредителям с помощью специфических ПЦР-маркеров: метод. рекомендации / А. П. Ермишин [и др.]. – Минск: Право и экономика, 2010. – 60 с.Yermishin A. P., Voronkova E. V., Savchuk A. V., Luksha V. I., Poliukchovich Y. V., Makchanko O. V., Lisovskaya V. M. Evaluation of the initial potato material for breeding for resistance to diseases and pests with the help of specific PCR markers: methodological recommendations. Minsk, Law and Economics, 2010, 60 р. (in Russian).Методы вовлечения в селекцию 1 EBN диких диплоидных видов картофеля и скрининга селекционного материала на наличие генов устойчивости к фитофторозу: метод. рекомендации / А. П. Ермишин [и др.]. – Минск: Право и экономика, 2014. – 58 с.Yermishin A. P., Poliukchovich Y. V., Voronkova E. V., Savchuk A. V., Gukasjan O. N., Drobiazina P. E., Soko- lova E. A., Fadina O. A., Khavkin E. E. Methods of involving wild diploid species of potatoes in the selection of 1 EBN and screening of breeding material for the presence of resistance genes to late blight: guidelines. Minsk, Law and Economics, 2014, 58 р. (in Russian).Воронкова, Е. В. Методы молекулярно-генетического анализа для оценки потенциальной токсичности и аллергенности белковых продуктов трансгенов генно-инженерных растений (на примере ГМ-картофеля, устойчивого к колорадскому жуку): метод. рекомендации / Е. В. Воронкова, В. И. Лукша, А. П. Ермишин. – Минск: Право и экономика, 2014. – 72 с.Voronkova E. V., Luksha V. I., Yermishin A. P. Methods of molecular genetic analysis for assessing the potential toxicity and allergenicity of protein products of transgenes of genetically engineered plants (GM-potato, resistant to the Colorado beetle): methodological recommendations. Minsk, Law and Economics, 2014, 72 р. (in Russian).NCBI Standard Nucleotide BLAST [Электронный ресурс] // NCBI. – Режим доступа: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/. – Дата доступа: 09.06.2016.NCBI Standard Nucleotide BLAST. NCBI. Available: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/ (Accessed: 09.06.2016).Marker-assisted selection for the broad-spectrum potato late blight resistance conferred by gene RB derived from a wild potato species / L. M. Colton [et al.] // Crop Sci. – 2006. – Vol. 46. – P. 589–594.Colton L. M., Groza H. I., Wielgus S. M., Jiang J. Marker-assisted selection for the broad-spectrum potato late blight resistance conferred by gene RB derived from a wild potato species. Crop Science, 2006, vol. 46, рр. 589–594.Cernak, I. Analysis of the applicability of molecular markers linked to the PVY extreme resistance gene Rysto, and the identification of new markers / I. Cernak // Acta Biol. Hungarica. – 2008. – Vol. 59, N 2. – P. 195–203.Cernak I. Analysis of the applicability of molecular markers linked to the PVY extreme resistance gene Rysto, and the identification of new markers. Acta Biologica Hungarica, 2008, vol. 59, no. 2, рр. 195–203.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.