Номенклатурные стандарты современных российских сортов картофеля, хранящиеся в гербарии ВИР (WIR): новые подходы к регистрации сортового генофонда в генбанках

В ВИР создается коллекция номенклатурных стандартов сортов различных культур в соответствии с положениями Международного кодекса номенклатуры культурных растений (МКНКР). Оформление номенклатурных стандартов проводится в виде гербарного образца в сотрудничестве с авторами сортов, которые на опытном поле своей организации отбирают растительный материал с выбранного ими растения каждого сорта и передают его в научный гербарий вместе с сопроводительными документами. После регистрации гербарного образца в научном гербарии проводится обнародование номенклатурных стандартов. В статье обсуждается новая стратегия регистрации в генбанке ВИР отечественных сортов, поступивших от их авторов, которая включает: оформление номенклатурных стандартов; разработку генетического паспорта сорта с использованием ДНК-образцов, выделенных из растения, переданного в научный гербарий; применение биотехнологических методов для сохранения в живом виде эксплантов (почки, меристемы), выделенных из полученного растительного материала. Предложенный комплексный подход позволяет документировать сорта не только с помощью номенклатурных стандартов, но и с использованием молекулярно-генетических методов, а также сохранять в in vitro и в крио коллекциях генотипированные образцы, переданные в гербарий. Данный подход может быть применен к любым вегетативно размножаемым культурам. В статье обобщены первые результаты реализации предложенной нами стратегии на примере современных отечественных сортов картофеля. Сбор, передача и подготовка растительного материала для оформления номенклатурных стандартов сортов картофеля имеют свою специфику; в данной статье приведен разработанный нами протокол для проведения этих работ. Осуществление этой стратегии в 2018-2020 годах привело к созданию 66 номенклатурных стандартов российских сортов картофеля и разработке их генетических паспортов, которые представлены в серии статей выпусков №3 и №4, том 3 журнала «Биотехнология и Селекция Растений», развивающих методические подходы к регистрации в коллекции ВИР современных отечественных сортов. Препараты ДНК, полученные из растительного материала, переданного авторами сортов для создания номенклатурных стандартов, будут использоваться и в дальнейшем для получения информации о генетическом потенциале сорта на основе расширения списка ДНК маркеров и применения новых генетических технологий.

1. Ames M., Spooner D.M. DNA from herbarium specimens settles a controversy about origins of the European potato. American Journal of Botany. 2008;95(2):252-257. DOI: 10.3732/ajb.95.2.252

2. Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Новикова Л.Ю., Шувалов О.Ю., Костина Л.И., Клименко Н.С., Шувалова А.Р., Гавриленко Т.А. Генетическое разнообразие сортов картофеля российской селекции и стран ближнего зарубежья по данным полиморфизма SSR-локусов и маркеров R-генов устойчивости. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(5):596-606). DOI: 10.18699/VJ16.181

3. Bali S., Sathuvalli V., Brown C., Novy R., Ewing L., Debons J., Douches D., Coombs J., Navarre D., Whitworth J., Charlton B., Yilma S., Shock C., Stark J., Pavek M., Knowles N. R. Genetic fingerprinting of potato varieties from the Northwest potato variety development program. American Journal of Potato Research. 2017;94(1):54-63. DOI: 10.1007/s12230-016-9547-z

4. Biniam M.G., Githiri S.M., Tadesse M., Remmy W.K., Marc G., Eric M. Genetic diversity assessment of farmers and improved potato (Solanum tuberosum) cultivars from Eritrea using simple sequence repeat (SSR) markers. Afr.J.Biotechnol. 2016;15(35):1883-1891. DOI: 10.5897/ajb2016.15237

5. Белозор Н.И. Гербаризация культурных растений: (методические указания). Ленинград: ВИР; 1989

6. Bieker V.C., Martin M.D. Implications and future prospects for evolutionary analyses of DNA in historical herbarium collections. Botany Letters. 2018;165(3-4):409-418. DOI: 10.1080/23818107.2018.1458651

7. Brickell C.D., Alexander C., Cubey J.J., David J.C., Hoffman M.H.A., Leslie A.C., Malécot V., Xiaobai Jin (eds). International code of nomenclature for cultivated plants. Ed. 9. Scripta Horticulturae. 2016;18:I-XVII+1-190.

8. Букасов С.М., Камераз А.Я., Лехнович В.С., Корнейчук В.А., Костина Л.И. Широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ видов картофеля секции Tuberarium (Dun.) Buk. рода Solanum L. Ленинград: ВИР; 1977

9. Côté M.J., Leduc L., Reid A. Evaluation of Simple Sequence Repeat (SSR) Markers Established in Europe as a Method for the Identification of Potato Varieties Grown in Canada. American Journal of Potato Research. 2013;90:340-350. DOI: 10.1007/s12230-013-9310-7

10. FAO. Genebank Standards for Plant Genetic Resources for Food and Agriculture Rev. ed. Rome; 2014.

11. Feingold S., Lloyd J., Norero N., Bonierbale M., Lorenzen J. Mapping and characterization of new EST-derived microsatellites for potato (Solanum tuberosum L.). Theoretical and Applied Genetics. 2005;111:456-466. DOI: 10.1007/s00122-005-2028-2

12. Фомина Н.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Гавриленко Т.А. Гербарные коллекции в молекулярно-генетических исследованиях. Turczaninowia. 2019;22(4):104-118 DOI: 10.14258/turczaninowia.22.4.12

13. Gavrilenko T., Antonova O., Ovchinnikova A., Novikova L., Krylova E., Mironenko N., Pendinen G., Islamshina A., Shvachko N., Kiru S., Kostina L., Afanasenko O., Spooner D. A microsatellite and morphological assessment of the Russian National Potato Collection. Genetic Resources and Crop Evolution. 2010;57:1151-1164. DOI: 10.1007/s10722-010-9554-8

14. Гавриленко Т.А., Чухина И.Г., Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Новикова Л.Ю. О происхождении чилийского культурного картофеля (Solanum sect. Petota Dumort.). В кн.: Систематика и эволюционная морфология растений: Материалы конференции, посвященной 85-летию со дня рождения Тихомирова В.Н. (31 января – 3 февраля 2017). Москва; 2017. С.136-140

15. Гавриленко Т.А., Дунаева С.Е., Трускинов Э.В., Антонова О.Ю., Пендинен Г.И., Лупышева Ю.В., Роговая В.В., Швачко Н.А. Стратегия долгосрочного сохранения генофонда вегетативно размножаемых сельскохозяйственных растений в контролируемых условиях среды. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2007;164:273-283

16. Ghislain M., Nunez J., Herera M. del R., Pignataro J., Guzman F., Bonierbale M., Spooner D.M. Robust and highly informative microsatellite-based genetic identity kit for potato. Molecular Breeding. 2009;23:377-388. DOI: 10.1007/s11032-008-9240-0

17. Ghislain M., Spooner D.M., Rodríguez F., Villamón F., Núñez J., Vásquez C., Waugh R., Bonierbale M. Selection of highly informative and user-friendly microsatellites (SSRs) for genotyping of cultivated potato. Theoretical and Applied Genetics. 2004;108(5):881-890. DOI: 10.1007/s00122-003-1494-7

18. Дьяченко Е.А., Кулакова А.В. , Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Вариабельность генома отечественных сортов картофеля: данные AFLP-анализа. Сельскохозяйственная биология. 2020;55(3):499-509). DOI: 10.15389/agrobiology.2020.3.499rus

19. Hammer K. A paradigm shift in the discipline of plant genetic resources. Genetic Resources and Crop Evolution. 2003;50:3-10. DOI: 10.1023/A:1022944910256

20. Hawkes J.G. The potato: еvolution, biodiversity and genetic resources. London: Belhaven Press; 1990.

21. Huaman Z., Williams J.T., Salhuana W., Vincent L. Descriptors for the cultivated potato and for the maintenance and distribution of germplasm collections. Rome, Italy: International Board for Plant Genetic Resources; 1977.

22. 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;125(6):1237-1251. DOI: 10.1007/s00122-012-1909-4

23. Inglis P.W., Marilia de Castro R.P., Resende L.V., Grattapaglia D. Fast and inexpensive protocols for consistent extraction of high quality DNA and RNA from challenging plant and fungal samples for highthroughput SNP genotyping and sequencing applications. PLoS ONE. 2018;13(10):e0206085. DOI: 10.1371/journal.pone.0206085

24. Юзепчук С.В., Букасов С.М. К вопросу о происхождении картофеля. В кн.: Труды Всесоюзного съезда по генетике, селекции, семеноводству и племенному животноводству. Т. 3. Ленинград, 1929; С.593-611

25. Karaagac E., Yilma S., Cuesta-Marcos A. et al. Molecular analysis of potatoes from the Pacific Northwest Tri-State Variety Development Program and selection of markers for practical DNA fingerprinting applications. American Journal of Potato Research. 2014; 91:195-20. DOI: 10.1007/s12230-013-9338-8

26. Хютти А.В.,Рыбаков Д.А., Гавриленко Т.А., Афанасенко О.С. Устойчивость к возбудителям фитофтороза и глободероза современного сортимента семенного картофеля и его фитосанитарное состояние в различных агроклиматических зонах европейской части России. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2020;24(4):363-375). DOI: 10.18699/VJ20.629

27. Колобова О.С., Малюченко О.П., Шалаева Т.В., Шанина Е.П., Шилов И.А., Алексеев Я.И., Велишаева Н.С. Генетическая паспортизация картофеля на основе мультиплексного анализа 10 микросателлитных маркеров. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):124-127 DOI: 10.18699/VJ17.230

28. Liao H., Guo H. Using SSR to evaluate the genetic diversity of potato cultivars from Yunnan province (SW CHINA) Hong Liao and Huachun Guo. Acta Biologica Cracoviensia, Series Botanica. 2014; 56:16-27. DOI: 10.2478/abcsb-2014-0003

29. Milbourne D., Meyer R.C., Collins A.J., Ramsay L.D., Gebhardt C., Waugh R. Isolation, characterisation and mapping of simple sequence repeat loci in potato. Molecular and General Genetics. 1998;259:233-245. DOI: 10.1007/s004380050809

30. Niino T., Arizaga M.V. Cryopreservation for preservation of potato genetic resources. Breeding Science, 2015;65(1):41-52. DOI: 10.1270/jsbbs.65.41.

31. RTG/0023/2 (от 26.12.2005). Методика проведения испытаний на отличимость, однородность и стабильность: Картофель (Solanum tuberosum L.). Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений). URL: https://gossortrf.ru/metodiki-ispytaniy-na-oos/ [дата обращения: 09.11.2020].

32. Salimi H., M. Bahar, A. Mirlohi, M. Talebi. Assessment of the genetic diversity among potato cultivars from different geographical areas using the genomic and EST microsatellites. Iranian Journal of Biotechnology. 2016;14(4):e1280. DOI: 10.15171/ijb.1280

33. Sharma V., Nandineni M.R. Assessment of genetic diversity among Indian potato (Solanum tuberosum L.) collection using microsatellite and retrotransposon based marker systems. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2014;73:10-17. DOI: 10.1016/j.ympev.2014.01.003

34. Швачко Н.А. Генетическое разнообразие селекционных сортов картофеля коллекции ВИР, выявленное SSR анализом: дис. … кандидата биологических наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2012

35. Смекалова Т.Н., Багмет Л.В., Чухина И.Г. Гербарий ВИР им. Н.И. Вавилова (WIR) и его роль в решении проблем мобилизации, сохранения и изучения генетических ресурсов растений. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;169:180-192

36. Spooner D., van Treuren R., de Vicente M.C. Molecular Markers for Genebank Management. Bioversity International: Rome, Italy; 2005.

37. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. 2020 URL: https://gossortrf.ru/gosreestr/ [дата обращения: 13.10.2020].

38. Tiwari J.K., Ali N., Devi S., Kumar V., Zinta R., Chakrabarti S.K. Development of microsatellite markers set for identification of Indian potato varieties. Scientia Horticulturae. 2018;231:22-30. DOI: 10.1016/j.scienta.2017.11.027

39. Turland N.J., Wiersema J.H., Barrie F.R., Greuter W., Hawksworth D.L., Herendeen P.S., Knapp S., Kusber W.-H., Li D.-Z., Marhold K., May T.W., McNeill J., Monro A.M., Prado J., Price M.J., Smith G.F. (eds.). International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants (Shenzhen Code). Adopted by the Nineteenth International Botanical Congress Shenzhen, China, July 2017. Regnum Vegetabile 159. Glashütten: Koeltz Botanical Books; 2018. DOI: 10.12705/Code.2018

40. Vetelainen M., Gammelgard E., Valkonen J.P.T. Diversity of Nordic landrace potatoes (Solanum tuberosum L.) revealed by AFLPs and morphological characters. Genetic Resources and Crop Evolution. 2005;52:999-1010. DOI: 10.1007/s10722-003-6129-y

41. Wang Y., Rashid M.A.R., Li X., Yao C., Lu L., Bai J., Li Y., Xu N., Yang Q., Zhang L., Bryan G.J., Sui Q., Pan Z. Collection and Evaluation of Genetic Diversity and Population Structure of Potato Landraces and Varieties in China. Frontiers in Plant Science. 2019;10:39. DOI: 10.3389/fpls.2019.00139