Получение мужски фертильных межвидовых гибридов культурного картофеля с ценным для селекции аллотетраплоидным видом Solanum stoloniferum

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).

1. Ortiz, 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.

2. 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).

3. 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.

4. 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:1003710817938

5. Hanneman, 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/BF02357859

6. Hayes, 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/s00497-005-0244-1

7. Molecular 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:1004039320227

8. Song, 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/s12230-008-9044-0

9. Создание линий-посредников для преодоления межвидовой несовместимости у картофеля / Ю. В. Полюхович [и др.] // Вес. НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2010. – № 2. – С. 51−58.

10. 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/BF00041523

11. Jansky, 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/s10722-009-9433-3

12. SvSv-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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Wang, M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanumspecies : Ph. D. thesis / M. Wang. – Wageningen, 2007. – 108 p.

17. 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.

18. 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- 4