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"10.29235/1029-8940-2019-64-2-202-209vestib-429Research ArticleСтатьиПолучение мужски фертильных межвидовых гибридов культурного картофеля с ценным для селекции аллотетраплоидным видом Solanum stoloniferumProduction of male fertile interspecific hybrides between cultivated potatoes and valuable for breeding allotetraploid species Solanum stoloniferumЛевыйА. В.LevyA. V.

Левый Александр Васильевич –мл. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск.

Alexander V. Levy–Junior researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk.

a30413@mail.ruАгееваА. С.AgeevaA. S.

Агеева Анастасия Сергеевна – мл. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск.

Anastastaia  S.  Ageeva – Junior researcher.  

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk.

nastya_ageeva95@mail.ruИнститут генетики и цитологии НАН Беларуси.Institute of Genetic and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus.201917052019642202209Copyright © Левый А.В., Агеева А.С., 20192019Левый А.В., Агеева А.С.Levy A.V., Ageeva A.S.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/429

Дикий аллотетраплоидный вид картофеля Solanum stoloniferumредко используется в селекции из-за пре- и постзиготных репродуктивных барьеров. Одним из факторов, затрудняющих скрещивания между S. stoloniferumи S. tuberosum, является односторонняя несовместимость (англ.unilateral incompatibility, UI).

В статье представлены результаты использования оригинальных SvSv-линий для преодоления UI в скрещивани-ях с S. stoloniferumи получения мужски фертильных гибридов с участием дикого вида.SvSv-линии представляют собой гибриды F2 между дигаплоидами S. tuberosum иS. verrucosum. Они мужски фертильны, а их цитоплазма от-носится к типу D/γ. Так как эти гибриды гомозиготны по Sv-гену от S. verrucosum,  они не образуют пестичных S-РНКаз и благодаря этому их использование в скрещиваниях позволяет устранить презиготную несовместимость. В результате опыления семи SvSv-линий пыльцой 26 образцов S. stoloniferumполучено большое количество семян, из которых, несмотря на низкий процент прорастания (1,9 %), сформировалось 40 сеянцев межвидовых гибридов. Эксперимент по гибридизации между SvSv-линиями и S. stoloniferumвоспроизведен с использованием образца дикого вида PI205522, у которого ранее выявлены ДНК-маркеры генов устойчивости к PVY, фитофторозу, а также маркеры цитоплазмы «стерильного» типа W/γ: получено 950 гибридных семян и 12 жизнеспособных сеянцев. Геном сеянцев был удвоен при помощи колхицина, в результате чего образовались мужски фертильные гексаплоиды (F1), которые завязывали семена при самоопылении. Удвоенные гибриды удалось скрестить в качестве материнских растений с сортом Katahdin. Полученные из семян пентаплоидные гибриды (BC1) образовывали выполненные семена при опылении их пыльцой сорта Quarta. Отобранные по маркерам гибриды ВС2 были вовлечены в гибридизацию с сор-тами картофеля как в качестве материнских форм, так и в качестве опылителей. Значительная доля гибридов F1, BC1 и BC2 была мужски фертильна (формировали функционально активную пыльцу).

The germplasm of valuable for breeding wild allotetraploid potato species Solanum stoloniferumis rarely used because of pre- and postzygotic reproductive barriers with cultivated potatoes. One of the factors that complicate crosses between S. stoloniferum and S. tuberosumis unilateral incompatibility (UI).

Here, we present the results of application of original SvSv-lines for overcoming UI in crosses with S. stoloniferum and of generating male fertile hybrids derived from this species. SvSv-lines are F2 S. tuberosum dihaploid× S. verrucosum that are male fertile and have D/γ-type cytoplasm. Since they are hybrids on homozygous for Svgene from S. verrucosum, they do not form SvSv-lines and have the same ability for elimination of prezygotic incompatibility as this species.As a result of pollination seven SvSv-lines were pollinated by 26 accessions of S. stoloniferum and a lot of hybrid seeds have been produced.In spite of low percentage of germination (1.9 %), formed 40 seedlings of interspecific hybrids. The experiment on hybridization between SvSv-lines and S. stoloniferum has been reproduced with the accession PI205522 of the wild species, which had DNA markers of PVY and LB resistance genes and “sterile” type cytoplasm W/γ: 950 hybrid seeds and 12 viable seedlings were produced. The genome of the seedlings was doubled by colchicine treatment, which generated hexaploids (F1) that formed highly fertile pollen and set seeds from self-pollination. We were able to cross them as females with the variety Katahdin. Produced pentaploid hybrids (BC1) were readily backcrossed by potato variety Quarta. Seedlings of BC2 were then backcrossed by potato varieties as female and, some of them, as male parents. The substantial part of F1, BC1 and BC2 plants of interspecific hybrids were male fertile (produced a lot functionally fertile pollen).

картофельSvSv-линииSolanum stoloniferumгибридизацияфертильностьДНК-маркерыгены устойчивостиPVY (вирус Y картофеля)фитофторозpotatoSvSv-linesSolanum stoloniferumhybridizationfertilityDNA markersresistance genesPVY (potato virus Y)late blightReferencesOrtiz, R. Potato breeding via ploidy manipulation / R. Ortiz // Plant Breeding Reviews / ed. : G. R. Askew, F. A. Bliss, M. Gilbert. – New York, 1998. – Vol. 16. – P. 15–86.Ortiz R. Potato breeding via ploidy manipulation. Plant Breeding Reviews. Vol. 16. New York, 1998, pp. 15−86.Ross, H. Potato breeding − problems and perspectives / H. Ross / H. Ross. – Berlin ; Hamburg : V. P. Parey, 1986. – 132 p. – (Advances in Plant Breeding, Series N 13).Ross H. Potato breeding – problems and perspectives. Berlin, Hamburg, V. P. Parey, 1986. 132 p.Conservation, 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 : Proceedings Potato Russia International Conference, Moscow, Agust 21–22, 2007 / eds. : A. S. Haverkort, B. V. Anisimov. – Wageningen, 2007. – P. 353−363.Kiru S. D., Gavrilenko T. A., Kostina L. I., Rogozina E. V., Antonova O. Y., Truskinov E. V., Shvachko N. A., Krylova E. A., Smirnova A. B. Conservation, evaluation and use in breeding of potato genetic diversity at the N. I. Vavilov Institute of Plant Industy (VIR). Potato production and innovative technologies: Proceedings Potato Russia International Conference, Moscow, Agust 21–22, 2007. Wageningen, 2007, pp. 353−363.Jackson, S. A. Crossability between cultivated and wild tuber- and non-tuber-bearing Solanums / S. A. Jackson, R. E. Hanneman (Jr.) // Euphytica. – Vol. 109, N 1. – P. 51–67. https://doi.org/10.1023/A:1003710817938Jackson S. A., Hanneman R. E. (Jr.) Crossability between cultivated and wild tuber- and non-tuber-bearing Solanums. Euphytica, 1999, vol. 109, no. 1, pp. 51−67. https://doi.org/10.1023/A:1003710817938Hanneman, R. E. Jr. The reproductive biology of the potato and its implication for breeding / R. E. Hanneman (Jr.) // Potato Res. – 1999. – Vol. 42, N 2. – P. 283–312. https://doi.org/10.1007/BF02357859Hanneman R. E. Jr. The reproductive biology of the potato and its implication for breeding. Potato Research, 1999, vol. 42, no. 2, pp. 283−312. https://doi.org/10.1007/BF02357859Hayes, R. J. Unilateral and bilateral hybridization barriers in inter-series crosses of 4x 2EBN Solanum stoloniferum, S. pinnatisectum, S. cardiophyllumand 2x 2EBN S. tuberosumhaploids and haploid-species hybrids / R. J. Hayes, I. I. Dinu, C. A. Thill // Sex. Plant Reprod. – Vol. 17, N 6. – P. 303−311. https://doi.org/10.1007/s00497-005-0244-1Hayes 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. cardiophyllumand 2x 2EBN S. tuberosum haploids and haploid-species hybrids. Sexual Plant Reproduction, 2005, vol. 17, no. 6, pp. 303−311. https://doi.org/10.1007/s00497-005-0244-1Molecular markers for cytoplasm in potato: male sterility and contribution of different plastid-mitochondrial configurations to starch production / A. Lössl [et al.] // Euphytica. – Vol. 116, N 3. – P. 221−230. https://doi.org/10.1023/A:1004039320227Lössl 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, vol. 116, no. 3, pp. 221−230. https://doi.org/ 10.1023/A:1004039320227Song, Y-S. Development of STS markers for selection of extreme resistance (Rysto) to PVY and maternal pedigree analysis of extremely resistant cultivars / Y.-S. Song, A. Schwarzfischer // Amer. J. Potato Res. – 2008. – Vol. 85, N 5. – P. 392–393. https://doi.org/10.1007/s12230-008-9044-0Song 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. 5, pp. 392–393. https://doi.org/10.1007/s12230-008-9044-0Создание линий-посредников для преодоления межвидовой несовместимости у картофеля / Ю. В. Полюхович [и др.] // Вес. НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2010. – № 2. – С. 51−58.Polyukhovich Yu. V., Makhan’ko O. V., Savchuk A. V., Voronkova E. V., Ermishin A. P. Development of bridge lines for overcoming interspecific incompatibility in potatoes. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2010, no. 2, pp. 51−58 (in Russian).Hermsen, J. G. Th. Barriers to hybridization of Solanum bulbocastanumDun. and Solanum verrucosumSchlechtd. and structural hybridity in their F1 plants / J. G. Th. Hermsen, M. S. Ramanna // Euphytica. – Vol. 25, N 1. – P. 1–10. https://doi.org/10.1007/BF00041523Hermsen J. G. Th., Ramanna M. S. Barriers to hybridization of Solanum bulbocastanumDun. and Solanum verrucosumSchlechtd. and structural hybridity in their F1 plants. Euphytica, 1976, vol. 25, no. 1, pp. 1–10. https://doi.org/10.1007/BF00041523Jansky, S. H. The introgression of 2x 1 EBN Solanumspecies into the cultivated potato using Solanum verrucosumas a bridge / S. H. Jansky, A. J. Hamernik // Genet. Resour Crop Evol. – Vol. 56, N 8. – P. 1107–1115. https://doi.org/10.1007/s10722-009-9433-3Jansky S. H., Hamernik A. J. The introgression of 2x 1 EBN Solanumspecies into the cultivated potato using Solanum verrucosumas a bridge. Genetic Resources and Crop Evolution, 2009, vol. 56, no. 8, pp. 1107–1115. https://doi.org/10.1007/s10722-009-9433-3SvSv-линии – эффективный инструмент для вовлечения в селекцию ценного генофонда 1 EBN диплоидных диких видов картофеля / А. П. Ермишин [и др.] // Вавилов. журн. генетики и селекции. – 2017. – Т. 21, № 1. – C. 42–50.Ermishin A. P., Polyukhovich Yu. V., Voronkova E. V., Gukasyan O. N. SvSv-lines is an effective tool for involvement of valuable genepool of 1EBN diploid potato species into breeding. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2017, vol. 21, no. 1, pp. 42−50 (in Russian).ДНК-маркеры генов устойчивости к фитофторозу и к Y-вирусу у образцов дикого аллотетраплоидного вида картофеляSolanum stoloniferum / А. В. Левый [и др.] // Вес. НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2017. – № 2. – С. 46–54.Levyi A. V., Voronkova E. V., Polyukhovich Yu. V., Ermishin A. P. DNA-markers of late blight and PVY-resistance genes in accessions of wild allotetraploid potato species Solanum stoloniferum. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2017, no. 2, pp. 46−54 (in Russian).Pallais, N. Research on the physiology of potato sexual seed production / N. Pallais, N. Fong, D. Berrios // Proceedings of the Innovative Methods for Propagating Potatoes Report of the 28th CIP Planning Conference, December 10–14, Lima, 1984. – Lima, 1984. – P. 149–168.Pallais N., Fong N., Berrios D. Research on the physiology of potato sexual seed production. Proceedings of the Innovative Methods for Propagating Potatoes Report of the 28th CIP Planning Conference, December 10–14, Lima, 1984.Lima, 1984, pp. 149–168.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 ; ВНИИ СХБ Россельхозакадемии. – М., 2013. – 25 с.Sokolova E. A., Fadina O. V., Khavkin E. E. Molecular markers of resistance genes and donor resistance genomes of potato to late blight: guidelines. Moscow, 2013. 25 p. (in Russian).Wang, M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanumspecies : Ph. D. thesis / M. Wang. – Wageningen, 2007. – 108 p.Wang M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanum species. Ph. D. thesis. Wageningen, 2007. 108 p.Воронкова, Е. В. Диплоидные гибриды между аллотетраплоидными дикими видами картофеля Solanum acauleBitt., Solanum stoloniferum Schltdl. и дигаплоидами Solanum tuberosumL. / Е. В. Воронкова, В. М. Лисовская, А. П. Ермишин // Генетика. – 2007. – Т. 43, № 8. – С. 1065–1073.Voronkova E. V., Lisovskaya V. M., Ermishin A. P. Diploid hybrids between allotetraploid wild potato species Solanum acaule Bitt., S. stoloniferum Schltdl. and dihaploids of S. tuberosum L]. Genetika [Genetics], 2007, vol. 43, no. 8, pp. 1065–1073 (in Russian).Hosaka, K. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections / K. Hosaka, R. Sanetomo // Theor. Appl. Genet. – 2012. – Vol. 125, N 6. – P. 1237−1251. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1909- 4Hosaka 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. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1909- 4

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