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"10.29235/1029-8940-2018-63-1-33-38vestib-343Research ArticleСтатьиГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЦИТОПЛАЗМ ДИКОГО АЛЛОТЕТРАПЛОИДНОГО ВИДА КАРТОФЕЛЯ SOLANUM STOLONIFERUM В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ МУЖСКОЙ СТЕРИЛЬНОСТИ МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВEVALUATION OF CYTOPLASMIC GENETIC DIVERSITY OF WILD ALLOTETRAPLOID POTATO SPECIES SOLANUM STOLONIFERUM IN CONNECTION WITH THE PROBLEM OF MALE STERILITY OF INTERSPECIFIC HYBRIDSПолюховичЮ. В.PolyukhovichYu. V.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Senior researcher

yuliy1612@yandex.ruЛукшаВ. И.LukshaV. I.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Senior researcher

V.Luksha@igc.byВоронковаЕ. В.VoronkovaE. V.

канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Leading researcher

E.Voronkova@igc.byГукасянО. Н.GukasianO. N.

науч. сотрудник

Researcher

ЕрмишинА. 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 Беларуси, МинскInstitute of Genetic and Cytology of the National Academy of Science of Belarus, Minsk2018040420186313338Copyright © Полюхович Ю.В., Лукша В.И., Воронкова Е.В., Гукасян О.Н., Ермишин А.П., 20182018Полюхович Ю.В., Лукша В.И., Воронкова Е.В., Гукасян О.Н., Ермишин А.П.Polyukhovich Y.V., Luksha V.I., Voronkova E.V., Gukasian O.N., 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/343

Известно, что из-за односторонней несовместимости ценный для селекции дикий аллотетраплоидный вид картофеля S. stoloniferum может использоваться в скрещиваниях с культурным картофелем только в качестве материнской формы. Однако с цитоплазмой W/γ дикого вида связана мужская стерильность сортов картофеля, что ограничивает их использование в селекции. Изучение разнообразия генетических типов цитоплазм коллекции из 26 образцов S. Stoloniferum показало, что генный пул этого дикого вида наряду с цитоплазмой W/γ представлен цитоплазмами W/α, D/α, D/γ и редким типом цитоплазмы, который не укладывается в имеющуюся классификацию. Предполагается, что при обнаружении в генетическом пуле этого вида образцов с отличной от W/γ цитоплазмой могут быть получены межвидовые гибриды, на основе которых возможно выведение мужски фертильных сортов картофеля.

Valuable for breeding wild allotetraploid potato species S. stoloniferum can be only used as a female in crosses with cultivated potatoes. However, male sterility of potato varieties is associated with W/γ cytoplasm of the wild species that limits their use in breeding. The collection of 26 accessions of S. stoloniferum was studied to evaluate the cytoplasmic genetic diversity. It has been revealed that W/α, D/α, D/γ cytoplasms as well as rare type of cytoplasm that does not fit to existing nomenclature are present in genic pool of the species along with W/γ cytoplasm. It is believed that discovery of S. stoloniferum accessions with cytoplasm different from W/γ makes it possible to produce interspecific hybrids that can be used for breeding male fertile potato varieties.

картофельSolanum stoloniferumДНК-маркерыцитоплазматическая мужская стерильностьpotatoSolanum stoloniferumDNA-markerscytoplasmic male sterilityReferencesOrtiz, R. Potato breeding via ploidy manipulation / R. Ortiz // Plant Breeding Rev. – 1998. – Vol. 16. – P. 15–86.Ortiz R. Potato breeding via ploidy manipulation. Plant Breeding Reviews, 1998, vol. 16, рр. 15–86. DOI: 10.1002/9780470650110.ch2Росс, Х. Селекция картофеля. Проблемы и перспективы : пер. с англ. / Х. Росс ; пер. с англ. В. А. Лебедева ; ред. И. М. Яшина. – М. : Агропромиздат, 1989. – 183 с.Ross H. Potato Breeding. Problems and Perspectives. Berlin, Hamburg, Parey, 1986. 132 p. (Russ. ed.: Ross H. Selektsiya kartofelya. Problemy i perspektivy. Moscow, Agropromizdat Publ., 1989. 183 p.).Swiezynski, K. M. Resistance to the potato leafroll virus (PLRV) in diploid potatoes / K. M. Swiezynski, M. A. Dziewonska, K. Ostrowska // Plant Breeding. – 1989. – Vol. 103, N 3. – P. 221–227.Swiezynski K. M., Dziewonska M. A., Ostrowska K. Resistance to the potato leafroll virus (PLRV) in diploid potatoes. Plant Breeding, 1989, vol. 103, no. 3, pp. 221–227. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1989.tb00375.xConservation, evaluation and use in breeding of potato genetic diversity at the N. I. Vavilov Institute of Plant Industy (VIR) / S. D. Kiru [et al.] // Potato production and innovative technologies / ed. : A. S. Haverkort, B. V. Anisimov. – Wageningen, 2007.– P. 353–363.Kiru S. D., Gavrilenko T. A., Kostina L. I., Rogozina E. V. Conservation, evaluation and use in breeding of potato genetic diversity at the N. I. Vavilov Institute of Plant Industy (VIR). Potato production and innovative technologie. Wageningen, 2007, рр. 353–363.Jackson, S. A. Crossability between cultivated and wild tuber- and non-tuber-bearing Solanums / S. A. Jackson, R. E. Jr. Hanneman // Euphytica. – 1999. – Vol. 109, N 1. – P. 51–67.Jackson S. A., Hanneman R. E. Jr. Crossability between cultivated and wild tuber- and non-tuber-bearing Solanums. Euphytica, 1999, vol. 109, no. 1, рр. 51–67. DOI: 10.1023/A:1003710817938Hayes, R. J. Unilateral and bilateral hybridization barriers in inter-series crosses of 4x 2EBN Solanum stoloniferum, S. pinnatisectum, S. cardiophyllum and 2x 2EBN S. tuberosum haploids and haploid-species hybrids / R. J. Hayes, I. I. Dinu, C. A. Thill // Sexual Plant Reproduction. – 2005. – Vol. 17, N 6. – P. 303–311.Hayes R. J., Dinu I. I., Thill C. A. Unilateral and bilateral hybridization barriers in inter-series crosses of 4x 2EBN Solanum stoloniferum, S. pinnatisectum, S. cardiophyllum and 2x 2EBN S. tuberosum haploids and haploid-species hybrids. Sexual Plant Reproduction, 2005, vol. 17, no. 6, рр. 303–311. DOI 10.1007/s00497-005-0244-1Molecular markers for cytoplasm in potato: male sterility and contribution of different plastid-mitochondrial configu-rations to starch production / A. Lössl [et al.] // Euphytica. – 2000. – Vol. 116, N 3. – P. 221–230.Lössl A., Götz M., Braun A., Wenzel G. Molecular markers for cytoplasm in potato: male sterility and contribution of different plastid-mitochondrial configurations to starch production. Euphytica, 2000, vol. 116, no. 3, рр. 221–230. DOI: 10.1023/A:1004039320227Song, Y.-S. Development of STS markers for selection of extreme resistance (Ry sto) to PVY and maternal pedigree analysis of extremely resistant cultivars / Y.-S. Song, A. Schwarzfischer // Amer. J. of Potato Research. – 2008. – Vol. 85, N 2. – P. 159–170.Song Y.-S., Schwarzfischer A. Development of STS markers for selection of extreme resistance (Rysto) to PVY and maternal pedigree analysis of extremely resistant cultivars. American Journal of Potato Research, 2008, vol. 85, no. 2, pp. 159–170. DOI: 10.1007/s12230-008-9012-8An extreme cytoplasmic bottleneck in the modern European cultivated potato (Solanum tuberosum) is not reflected in decreased levels of nuclear diversity / J. Provan [et al.] // Proc. of the Royal Society. Ser. B: Biological Sciences. – 1999. – Vol. 266, N 1419. – P. 633–639.Provan J., Powell W., Dewar H., Bryan G., Machray G. C., Waugh R. An extreme cytoplasmic bottleneck in the modern European cultivated potato (Solanum tuberosum) is not reflected in decreased levels of nuclear diversity. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 1999, vol. 266, no. 1419, рр. 633–639. DOI: 10.1098/rspb.1999.0683Adiwilaga, K. D. Use of 2n pollen-producing triploid hybrids to introduce tetraploid Mexican wild species germ plasm to cultivated tetraploid potato gene pool / K. D. Adiwilaga, C. R. Brown // Theoretical and Appl. Genetics. – 1991. – Vol. 81, N 5. – P. 645–652.Adiwilaga K. D., Brown C. R. Use of 2n pollen-producing triploid hybrids to introduce tetraploid Mexican wild species germ plasm to cultivated tetraploid potato gene pool. Theoretical and Applied Genetics, 1991, vol. 81, no. 5, рр. 645–652. DOI: 10.1007/bf00226732Создание линий-посредников для преодоления межвидовой несовместимости у картофеля / Ю. В. Полюхович [и др.] // Вес. Нац. Акад. навук Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2010. – № 2. – С. 51–58.Polyukhovich Yu. V., Makhan’ko O. V., Savchuk A. V., Voronkova E. V., Yermishin A. P. Development of bridge lines for overcoming interspecific incompatibility in potatoes. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2010, no. 2, pp. 51–58 (in Russian).Использование Solanum verrucosum и Sv-линий для преодоления односторонней несовместимости при вовлечении в селекцию дикого аллотетраплоидного вида картофеля S. stoloniferum / А. В. Левый [и др.] // Проблемы систематики и селекции картофеля: тез. докл. Междунар. науч. конф., посвящ. 125-летию со дня рожд. С. М. Букасова (Санкт-Петербург, 3–5 авг. 2016 г.) / Федер. Исслед. центр Всерос. ин-та генет. ресурсов растений им. Н. И. Вавилова, Вавил. о-во генетиков и селекционеров. – СПб., 2016. – С. 69–70.Levyj A. V., Polyuhovich Yu. V. Voronkova E. V., Gukasyan O. N., Ermishin A. P. Use of Solanum verrucosum and Sv-lines for overcoming unilateral incompatibility during the involvement into breeding of the wild allotetraploid potato species S. stoloniferum. Problemy sistematiki i selekcii kartofelya: tezisy dokladov Mezhdunarodnoi konferentsii, posvyashchennoi 125-letiyu so dnya rozhdeniya S. M. Bukasova [Problems of systematics and potato breeding. Аbstracts of the International conference dedicated to the 125th anniversary of S. M. Bukasov]. Saint Petersburg, 2016, pp. 69–70 (in Russian).Hermsen, J. G. Th. Selection from Solanum tuberosum group Phureja of genotypes combining high frequency haploid formation with homozygosity for embryo-spot / J. G. Th. Hermsen, J. Verdenius // Euphytica. – 1973. – Vol. 22, N 2. – P. 244–259.Hermsen J. G. Th., Verdenius J. Selection from Solanum tuberosum group Phureja of genotypes combining high frequency haploid formation with homozygosity for embryo-spot. Euphytica, 1973, vol. 22, no. 2, pp. 244–259. DOI: 10.1007/BF00022632Pallais, N. Research on the physiology of potato sexual seed production / N. Pallais, N. Fong, D. Berrios // Innovative methods for propagating potatoes : report of the 28 planning conf., 1984, Lima / Intern. Potato Center. – Lima, 1984. – P. 149–168.Pallais N., Fong N., Berrios D. Research on the physiology of potato sexual seed production. Innovative methods for propagating potatoes: report of the 28. planning conference (1984, Lima). Lima, 1984, pp. 149–168.Hosaka, K. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections / K. Hosaka, R. Sanetomo // Theoretical and Appl. Genetics. – 2012. – Vol. 125, N 6. – P. 1237–1251.Hosaka K., Sanetomo R. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections. Theoretical and Applied Genetics, 2012, vol. 125, no. 6, pp. 1237–1251. DOI: 10.1007/s00122-012-1909-4Sanetomo, R. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits / R. Sanetomo, C. Gebhardt // BMC Plant Biol. – 2015. – Vol. 15, N 1. – P. 162.Sanetomo R., Gebhardt C. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits. BMC Plant Biology, 2015, vol. 15, no. 1, p. 162. DOI: 10.1186/s12870-015-0545-yDionne, L. A. Cytoplasmic sterility in derivatives of Solanum demissum / L. A. Dionne // Amer. Potato J. – 1961. – Vol. 38, N 4. – P. 117–120.Dionne L. A. Cytoplasmic sterility in derivatives of Solanum demissum. American Potato Journal, 1961, vol. 38, no. 4, pp. 117–120. DOI: 10.1007/bf02870217Ермишин, А. П. Картофель / А. П. Ермишин, Е. В. Воронкова, В. А. Козлов // Генетические основы селекции растений : в 4 т. / Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т генетики и цитологии. – Минск, 2008–2014. – Т. 2 : Частная генетика растений / ред. : А. В. Кильчевский, Л. В. Хотылева. – 2010. – С. 156–234.Ermishin A. P., Voronkova E. V., Kozlov V. A. Potatoes. The Genetic basis of plant breeding. Vol. 2. Private plant genetics. Minsk, 2010, pp. 156–234 (in Russian).

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