Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Всероссийского научно-исследовательского института картофеля им. А.Г. Лорха

Для сохранения разнообразия сортового генофонда рекомендуется развивать подходы к его документированию на основе создания номенклатурного стандарта сорта в соответствии с Международным кодексом номенклатуры культурных растений. Это направление развивается в ВИР параллельно с использованием технологий ДНК маркирования – SSR генотипирования и молекулярного скрининга с маркерами генов, контролирующих селекционно ценные признаки. По инициативе сотрудников Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова совместно с ведущим центром страны по селекции картофеля – Всероссийским научно-исследовательским институтом картофеля им. А.Г. Лорха (cейчас – Федеральный исследовательский центр картофеля им. А.Г. Лорха) в 2018 году была начата работа по оформлению номенклатурных стандартов сортов картофеля, выведенных в этом институте, в том числе в соавторстве с селекционерами других учреждений, а также по генетической паспортизации этих сортов. В статье представлены 30 номенклатурных стандартов сортов картофеля, которые сохраняются в фонде Номенклатурных типов Гербария культурных растений мира, их диких родичей и сорных растений (Гербарий ВИР, WIR). В статье также представлены генетические паспорта 30 сортов, разработанные с использованием препаратов ДНК, выделенной из растений номенклатурных стандартов. В генетические паспорта сортов включена информация об аллельном составе восьми монолокусных хромосомспецифичных микросателлитов и о результатах молекулярного скрининга, выполненного с использованием 15 маркеров 11 генов устойчивости к наиболее опасным патогенам и вредителям – вирусам Y и Х картофеля, возбудителю фитофтороза и цистообразующим картофельным нематодам. Сопоставление SSR-профилей номенклатурных стандартов и 66 образцов сортов, полученных из различных источников, позволило проверить их подлинность и однородность.

1. Ahmadvand R., Wolf I., Gorji A.M., Polgár Z., Taller J. Development of molecular tools for distinguishing between the highly similar Rx1 and Rx2 PVX extreme resistance genes in tetraploid potato. Potato Research. 2013;56(4):277-291. DOI: 10.1007/s11540-013-9244-y

2. Анисимов Б.В, Овэс E.B. Банк здоровых сортов картофеля – важнейший элемент в системе оригинального семеноводства. Картофель и овощи. 2011;6:5-7.

3. Анисимов Б.В., Еланский С.Н., Зейрук В.Н., Кузнецова М.А., Симаков Е.А., Склярова Н.П., Филиппов С.Н., Яшина И.М. Сорта картофеля, возделываемые в России. Москва: Агроспас; 2013.

4. Antonova O.Y., Klimenko N.S., Evdokimova Z.Z., Kostina L.I., Gavrilenko T.A. Finding RB/Rpi-blb1/Rpi-sto1-like sequences in conventionally bred potato varieties. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(6):693-702. DOI: 10.18699/VJ18.412

5. 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

6. Asano K., Kobayashi A., Tsuda S., Nishinaka M., Tamiya S. DNA marker-assisted evaluation of potato genotypes for potential resistance to potato cyst nematode pathotypes not yet invading into Japan. Breeding Science. 2012;62(2):142-150. DOI: 10.1270/jsbbs.62.142

7. Ballvora A., Ercolano M.R., Weiss J., Meksem K., Bormann C.A., Oberhagemann P., Salamini F., Gebhardt C. The R1 gene for potato resistance to late blight (Phytophthora infestans) belongs to the leucine zipper/NBS/LRR class of plant resistance genes. The Plant Journal. 2002;30(3):361-371. DOI: 10.1046/j.1365-313X.2001.01292.x

8. Бекетова М.П., Хавкин Э.Е. Ген R1 устойчивости к фитофторозу у восприимчивых и устойчивых сортов картофеля. Сельскохозяйственная биология. 2006;3:109-114)

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

10. Бирюкова В.А., Журавлев А.А., Абросимова С.Б., Костина Л.И., Хромова Л.М., Шмыгля И.В., Морозова Н.Н., Кирсанова С.Н. Использование молекулярных маркеров генов H1 и Gro1 устойчивости к золотистой картофельной нематоде. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2008;6:3-6.

11. Бирюкова В.А., Шмыгля И.В., Абросимова С.Б., Запекина Т.И., Мелешин А.А., Митюшкин А.В., Мананков В.В. Поиск источников генов устойчивости к патогенам среди образцов селекционно-генетических коллекций ВНИИКХ с использованием молекулярных маркеров. Защита картофеля. 2015;1:3-7.

12. Бирюкова В.А., Шмыгля И.В., Мелёшин А.А., Митюшкин А.В., Мананков В.В., Абросимова С.Б. Изучение генетических коллекций ВНИИ картофельного хозяйства с помощью молекулярных маркеров. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(10):22-26.

13. Бирюкова В.А., Шмыгля И.В., Жарова В.А., Бекетова М.П., Рогозина Е.В., Митюшкин А.В., Мелешин А.А. Молекулярные маркеры генов экстремальной устойчивости к Y вирусу картофеля в сортах и гибридах Solanum tuberosum L. Российская сельскохозяйственная наука. 2019;(5):17-22. DOI: 10.31857/S2500-26272019517-22

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

15. Cicatelli A., Baldantoni D., Iovieno P., Carotenuto M., Alfani A., De Feis I., Castiglione S. Genetically biodiverse potato cultivars grown on a suitable agricultural soil under compost amendment or mineral fertilization: yield, quality, genetic and epigenetic variations, soil properties. Science of the Total Environment. 2014;493:1025-1035. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.05.122.

16. Dalamu, Bhardwaj V., Umamaheshwari R., Sharma R.P., Kaushik S.K., Joseph T.A., Singh B.P., Gebhardt C. Potato cyst nematode (PCN) resistance: genes, genotypes and markers – an update. SABRAO Journal of Breeding and Genetics. 2012;44(2):202-228.

17. Diekmann K., Seibt K.M., Muders K., Wenke T., Junghans H., Schmidt T., Dehmer K.J. Diversity studies in genetic resources of Solanum spp. (section Petota) by comparative application of ISAP markers. Genetic Resources and Crop Evolution. 2017;64(8):1937-1953. DOI: 10.1007/s10722-016-0484-y

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. 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

20. Flis B., Hennig J., Strzelczyk-Zyta D., Gebhardt C., Marczewski W. The Ry-fsto gene from Solanum stoloniferum for extreme resistant to Potato virus Y maps to potato chromosome XII and is diagnosed by PCR marker GP122 718 in PVY resistant potato cultivars. Molecular Breeding. 2005;15:95-101.

21. Фомина Н.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Гимаева Е.А., Сташевски З., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Татарского НИИСХ «Казанский научный центр РАН». Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):55-67. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o4

22. Гаджиев Н.М., Лебедева В.А., Рыбаков Д.А., Иванов А.В., Желтова В.В., Фомина Н.А., Антонова О.Ю., Гавриленко Т.А. Использование в практической селекции картофеля результатов ДНК-маркирования исходных родительских форм и межсортовых гибридов. Сельскохозяйственная биология. 2020;55(5):981-994.

23. Гавриленко Т.А., Афанасенко О.С., Антонова О.Ю., Рогозина Е.В., Хютти А.В., Шувалов О.Ю., Исламшина А.Р., Чалая Н.А. Разработка технологии оценки генетического разнообразия культурных и диких видов картофеля по устойчивости к вирусным заболеваниям и к раку на основе современных молекулярно-генетических и фитопатологических методов. В кн.: Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России: материалы конференции. Сергиев Посад; 2009. С.94-100.

24. Gavrilenko T., Antonova O., Shuvalova A., Krylova E., Alpatyeva N., Spooner D.M., Novikova L. Genetic diversity and origin of cultivated potatoes based on plastid microsatellite polymorphism. Genetic Resources and Crop Evolution. 2013;60(7):1997-2015. DOI: 10.1007/s10722-013-9968-1

25. Гавриленко Т.А., Чухина И.Г. Номенклатурные стандарты современных российских сортов картофеля, хранящиеся в гербарии ВИР (WIR): новые подходы к регистрации сортового генофонда в генбанках. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):6-17. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o2

26. Gavrilenko Т.А., Klimenko N.S., Alpatieva N.V., Kostina L.I., Lebedeva V.A., Evdokimova Z.Z., Apalikova O.V., Novikova L.Y., Antonova O.Yu. Cytoplasmic genetic diversity of potato varieties bred in Russia and FSU countries. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2019;23(6):753-764. DOI: 10.18699/VJ19.534

27. Гавриленко Т.А., Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Лебедева В.А., Евдокимова З.З., Гаджиев Н.М., Апаликова О.В., Алпатьева Н.В., Костина Л.И., Зотеева Н.М., Мамадбокирова Ф.Т., Егорова К.В. Молекулярный скрининг сортов и гибридов картофеля северо-западной зоны Российской Федерации. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):35-45. DOI: 10.18699/VJ18.329

28. Gebhardt C., Bellin A., Henselewski A., Lehmann W., Schwarzfischer A., Valkonen J. Marker-assisted combination of major genes for pathogen resistance in potato. Theoretical and Applied Genetics. 2006;112:1458-1464. DOI: 10.1007/s00122-006-0248-8

29. 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

30. Gorji A.M., Poczai P., Polgar Z., Taller J. Efficiency of arbitrarily amplified dominant markers (SCOT, ISSR and RAPD) for diagnostic fingerprinting in tetraploid potato. American Journal of Potato Research. 2011;88:226-237. DOI: 10.1007/s12230-011-9187-2

31. 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

32. Huang S., van der Vossen E.A.G., Kuang H., Vleeshouwers V. G.A.A., Zhang N., Borm T.J.A., van Eck H.J., Baker B., Jacobsen E., Visser R.G.F. Comparative genomics enabled the isolation of the R3a late blight resistance gene in potato. The Plant Journal. 2005;42(2):251-261. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2005.02365.x

33. Kasai K., Morikawa Y., Sorri V.A., Valkonen J.P.T., Gebhardt C., Watanabe K.N. Development of SCAR markers to the PVY resistance gene Ryadg based on a common feature of plant disease resistance genes. Genome. 2000;43(1):1-8. DOI: 10.1139/g99-092

34. Клименко Н.С., Антонова О.Ю., Костина Л.И., Мамадбокирова Ф.Т., Гавриленко Т.А. Маркеропосредованная селекция отечественных сортов картофеля с маркерами генов устойчивости к золотистой картофельной нематоде (патотип Ro1). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017;178(4):66-75. DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-66-75

35. Клименко Н.С, Антонова О.Ю., Желтова В.В., Фомина Н.А., Костина Л.И., Мамадбокирова Ф.Т., Гавриленко Т.А. Скрининг сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) Российской селекции с помощью маркеров R-генов устойчивости к Y-вирусу картофеля. Сельскохозяйственная биология. 2019a;54(5):958-969. DOI: 10.15389/agrobiology.2019.5.958rus

36. Клименко Н.С., Гавриленко Т.А., Костина Л.И., Мамадбокирова Ф.Т., Антонова О.Ю. Поиск источников устойчивости к Globodera pallida и к PVX в коллекции отечественных сортов картофеля с использованием молекулярных маркеров. Биотехнология и селекция растений. 2019b;2(1):42-48. DOI: 10.30901/2658-6266-2019-1-42-48

37. Клименко Н.С., Гавриленко Т.А., Чухина И.Г., Гаджиев Н.М., Евдокимова З.З., Лебедева В.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Ленинградского НИИСХ «Белогорка». Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):18-54. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o3

38. 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

39. Liao H.-Y., Guo H. Using SSR to evaluate the genetic diversity of potato cultivars from Yunnan province (SW China). Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica. 2014;56(1):16-27. DOI:10.2478/ABCSB-2014-0003

40. 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

41. Mori K., Sakamoto Y., Mukojima N., Tamiya S., Naka T., Ishii T., Hosaka K. Development of a multiplex PCR method for simultaneous detection of diagnostic DNA markers of five disease and pest resistance genes in potato. Euphytica. 2011;180(3):347-355. DOI: 10.1007/s10681-011-0381-6

42. Onamu R., Legaria J., Rodriguez J L., Sahagun J., Perez J. Molecular characterization of potato (Solanum tuberosum L.) genotypes using random amplified polymorphic DNA (RAPD) and inter simple sequence repeat (ISSR) markers. African Journal of Biotechnology. 2016;15(22):1015-1025. DOI: 10.5897/ajb11.2656

43. Печенкина В.А., Жуланов А.А., Пришнивская Я.В., Васильева Ю.С., Боронникова С.В. Молекулярно-генетический анализ отечественных сортов Solanum tuberosum L. Бюллетень науки и практики. 2018.4(3):11-19.

44. Сорта картофеля, включенные в эколого-географическое испытание 2017-2018 годов. Новосибирск: СО РАН; 2018.

45. Ramakrishnan A.P. Review of Potato Molecular Markers to Enhance Trait Selection. American Journal of Potato Research. 2015;92(4):455-472. DOI: 10.1007/s12230-015-9455-7

46. Рыжова Н.Н., Мартиросян Е.В., Кочиева Е.З. Анализ полиморфизма микросателлитных локусов сортов картофеля Solanum tuberosum отечественной селекции. Генетика. 2010;46(4):481-487.

47. Salimi H., Bahar M., Mirlohi A., Talebi M. Assessment of the genetic diversity among potato cultivars from different geographical areas using the genomic and EST microsatellites. Iran Journal of Biotechnology. 2016;14(4):270-277. DOI: 10.15171/ijb.1280

48. Сайнакова А.Б., Романова М.С., Красников С.Н., Литвинчук О.В., Алексеев Я.И., Никулин А.В., Терентьева Е.В. Исследование коллекционных образцов картофеля на наличие генетических маркеров устойчивости к фитопатогенам. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(1):18-24. DOI: 10.18699/VJ18.326

49. Schultz L., Cogan N.О.I., McLean K., Dale M.F.B., Bryan G.J., Forster J.N.W., Slater A.T. Evaluation and implementation of a potential diagnostic molecular marker for H1-conferred potato cyst nematode resistance in potato (Solanum tuberosum L.). Plant Breeding. 2012;131(2):315-321. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2012.01949.x

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

51. СибЭнзим : [сайт]. URL: http://russia.sibenzyme.com [дата обращения: 13.11.2020].

52. Симаков Е.А., Анисимов Б.В., Склярова Н.П., Яшина И.М., Еланский С.Н. Сорта картофеля, возделываемые в России. Москва: НП «Русский университет современного дополнительного образования молодежи»; 2005.

53. Симаков Е.А., Анисимов Б.В., Склярова Н.П., Яшина И.М., Еланский С.Н. Сорта картофеля, возделываемые в России. Москва: Агроспас; 2009.

54. Симаков Е.А., Анисимов Б.В., Мелешин А.А., Апшев Х.Х., Журавлев А.А., Митюшкин А.В., Жарова В.А., Салюков С.С., Овечкин С.В., Гайзатулин А.С., Шанина Е.П., Клюкина Е.М., Сташевски З., Замалиева Ф.Ф., Дергачева Н.В., Черемисин А.И., Новоселов А.В., Волик Н.М., Долов М.С., Абазов А.Х., Сергеева З.Ф., Синцова Н.Ф., Гаджиев Н.М., Лебедева В.А., Серегина Н.И., Дубинин С.В. Сорта картофеля российской селекции / под ред. Е.А. Симакова. Москва: ФГБНУ ВНИИКХ; 2018.

55. Соколова Е.А., Бекетова М.П., Хавкин Э.Е. ДНК-маркеры генов R1 и R3 как предикторы устойчивости к фитофторозу картофеля. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2010;5:12-15.

56. Solis J.S., Ulloa D.M., Rodríguez L.A. Molecular description and similarity relationships among native germplasm potatoes (Solanum tuberosum ssp. Tuberosum L.) using morphological data and AFLP markers. Electronic Journal of Biotechnology. 2007;10(3):436-443. DOI: 10.2225/vol10-issue3-fulltext-14

57. 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;85(2):159-170. DOI: 10.1007/s12230-008-9012-8

58. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. 2020. URL: https://reestr.gossortrf.ru/ [дата обращения: 13.11.2020]

59. Takeuchi, T., Sasaki J., Suzuki T., Horita H., Hiura S., Iketani S., Fujita R., Senda K. DNA markers for efficient selection of disease and pests resistance genes in potato [in Japanese]. Hokkaido Nogyo-Shiken-Kaigi-Shiryo 2008. 2009;1-26.

60. Tierno R., de Galarreta R.J.I. Characterization of high anthocyanin-producing tetraploid potato cultivars selected for breeding using morphological traits and microsatellite markers. Plant Genetic Resources. 2015;15(02):147-156. DOI: 10.1017/s1479262115000477

61. Tillault A.-S., Yevtushenko D.P. Simple sequence repeat analysis of new potato varieties developed in Alberta, Canada. Plant Direct. 2019.3(6):e00140. DOI: 10.1002/pld3.140

62. Tiwari J.K., Gopal J., Singh B.P. Marker-assisted selection for virus resistance in potato: Options and challenges. Potato Journal. 2012;39(2):101-117.

63. Tiwari J.K., Siddappa S., Singh B.P., Kaushik S.K., Chakrabarti S.K., Bhardwaj V., Chandel P. Molecular markers for late blight resistance breeding of potato: an update. Plant Breeding. 2013;132(3):237-245. DOI: 10.1111/pbr.12053

64. Valkonen J., Wiegmann K., Hämäläinen J., Marczewaski W., Watanabe K. Evidence for utility of the same PCR-base markers for selection of extreme resistance to potato virus Y controlled by Rysto of Solanum stoloniferum derived from different sources. Annals of Applied Biology. 2008;152:121-130. DOI: 10.1111/j.1744-7348.2007.00194.x

65. ВНИИГМИ-Мировой центр данных. 2020. URL: http://meteo.ru [дата обращения: 13.11.2020].

66. Wang M., Allefs A., van den Berg R.G., Vleeshouwers V.G.A.A., van der Vossen E., Vosman B. Allele mining in Solanum: conserved homologues of Rpi-blb1 are identified in Solanum stoloniferum. Theoretical and Applied Genetics. 2008;116(7):933-943. DOI: 10.1007/s00122-008-0725-3

67. Яшина И.М. Генетические основы селекции картофеля на полевую устойчивость к фитофторе. В кн.: Яшина И.М. Селекция на устойчивость к болезням и семеноводство картофеля. Москва: Колос; 1967.

68. Яшина И.М. Теоретические и методические основы практической селекции картофеля на устойчивость к болезням и вредителям. В кн.: Селекция картофеля на иммунитет и защита от болезней и вредителей: научные труды НИИКХ. Москва; 1986.

69. Генетика морфологических и хозяйственно-ценных признаков картофеля / под ред. И.М. Яшиной, О.А. Першутиной, Э.В. Кирасновой. Москва: Наука; 1973.

70. Яшина И.М., Склярова Н.П., Симаков Е.А. Результаты использования генетических источников из коллекции ВИР в селекции картофеля на устойчивость к болезням и вредителям. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2007;163:118-135.

71. Есимсеитова А.К., Шустов А.В., Ахметоллаев И.А., Красавин В.Ф., Какимжанова А.А. Молекулярно-генетическая паспортизация сортов и форм картофеля с использованием SSR-маркеров. Биотехнология. Теория и практика. 2015;2:51-54. DOI: 10.11134/btp.2.2015.6

72. Зайнуллин В.Г., Юдин А.А., Кущ А.А., Некрасова А.И., Малюченко О.П., Быков С.А. Исследование сортов и гибридов картофеля из селекционного питомника ФИЦ Коми НЦ УрО РАН на наличие маркеров устойчивости к фитопатогенам. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2019;7:85-91. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-sortov-i-gibridov-kartofelya-iz-selektsionnogo-pitomnika-fits-komi-nts-uro-ran-na-nalichie-markerov-ustoychivosti-k [дата обращения: 20.11.2020].

73. Zhu S., Li Y., Vossen J.H., Visser R.G.F., Jacobsen E. Functional stacking of three resistance genes against Phytophthora infestans in potato. Transgenic Research. 2012;21(1):89-99. DOI: 10.1007/s11248-011-9510-1