Поиск источников устойчивости к Globodera pallida и к PVX в коллекции отечественных сортов картофеля с использованием молекулярных маркеров

Большой ущерб картофелеводству наносят цистообразующие нематоды, к которым относятся два вида: Globodera pallida (Stone) Behrens - объект внешнего карантина и Globodera rostochiensis (Wollenweber) Behrens - объект внутреннего карантина в Российской Федерации. Создание сортов картофеля, устойчивых к G. rostochiensis является одним из приоритетных направлений российской селекции уже несколько десятилетий, в то время как целенаправленный поиск источников устойчивости к G. pallida в нашей стране до последнего времени фактически не проводился, поскольку данный патоген в России не выявлен, хотя обнаружен в соседних странах. Возможно­сти проведения отбора устойчивых к G. pallida генотипов с исполь­зованием традиционных фитопатологических методов предельно ограничены, поэтому информация о наличии в отечественном селек­ционном генофонде источников устойчивости к данному патогену имеет особое значение.

В статье представлены результаты молекулярного скрининга 160 сортов российской селекции и селекции стран ближнего зарубежья из коллекции ВИР на наличие аллель-специфичного маркера гена Gpa2, обеспечивающего устойчивость селекционных сортов кар­тофеля к G. pallida (патотипам Pa2/Pa3). Показано, что среди 160 сортов выборки 19 имеют диагностический фрагмент маркера гена Gpa2 - Gpa2-2. Выделенные в молекулярном скрининге 19 сортов одновременно содержали аллель-специфичные маркеры гена Rxl, контролирующего устойчивость к вирусу Х картофеля (PVX).

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

2. Antonova OY, Shvachko NA, Novikova LY, Shuvalov OY, Kostina LI, Klimenko NS, Shuvalova AR, Gavrilenko TA (2016) Genetic diversity of potato varieties bred in Russia and near-abroad countries based on polymorphism of SSR-loci and markers associated with resistance R-genes. Vavilov Journal of Genetics and Breeding; 20(5): 596-606 [in Russian] (Антонова О.Ю., Швачко Н. А., Новикова Л.Ю., Шувалов О.Ю., Костина Л. И., КлименкоН. 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. Т. 20. № 5. С. 596-606). DOI: 10.18699/VJ16.181

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

4. Bendahmane A, Kanyuka K, Baulcombe DC (1997) High-resolution geneticaland physical mapping of the Rx gene for extreme resistance to potato virus X in tetraploid potato. Theor Appl Genet; 95: 153-162. DOI: 10.1007/s001220050543

5. Bendahmane A, Kanyuka K, Baulcombe DC (1999) The Rx gene from potato controls separate virus resistance and cell death responses. Plant Cell; 11: 781-791. DOI: 10.1105/tpc.11.5.781

6. Birjukova VA, Zhuravlev AA, Abrosimova SB, Kostina LI, Hromova LM, Shmyglja IV, Morozova NN, Kirsanova SN (2008) Using of molecular markers of the H1 and Gro1 genes of Globodera rostochiensis resistance (Ispol'zovanie molekuljarnyh markerov genov H1 i Gro1 ustojchivosti k zolotistoj kartofel’noj nematode). Dokl. RASHN—Reports of the RAAS; 6: 3-6 [in Russian] (Бирюкова В. А., Журавлев А. А., Абросимова С. Б., Костина Л.И., Хромова Л.М., Шмыгля И. В., МорозоваН. Н., Кирсанова С. Н. Использование молекулярных маркеров генов H1 и Gro1 устойчивости к золотистой картофельной нематоде // Доклады РАСХН. 2008. № 6. C. 3-6.)

7. Biryukova VA, Shmyglya IV, Abrosimova SB, Zapekina TI, Meleshin AA, Mityushkin AV, Manankov VV (2015) The search for sources of resistance genes to pathogens among the samples of plant breeding and genetics collections of All-Russian A. G. Lorh Research Institute of Potato Farming using molecular markers. Zashhita kartofelya—Potato Protection; 1: 3-7 [in Russian] (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. № 5. С. 3-7).

8. Biryukova VA, Shmyglya IV, Melyoshin AA, Mityushkin AV, Manankov VV, Abrosimova SB (2016) The study of genetic collections of the Lorch Potato Research Institute using molecular markers. Dostizheniya nauki i tekhniki APK—Achievements of Science and Technology of AIC; 30(10): 22-26 [in Russian] (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. Т. 30. № 10. С. 22-26.

9. Bradshaw JE, Bryan GJ, Ramsay G. (2006) Genetic recourses (including wild and cultivated Solanum species) and progress in their utilization in potato breeding. Potato Res. 49: 49-65. DOI 10.1007/ s11540-006-9002-5

10. CABI/EPPO. Globodera rostochiensis. Distribution maps of plant diseases. 2011. http://www.cabi.org.

11. CABI/EPPO. Synchytrium endobioticum. Distribution maps of plant diseases. 2015. http://www.cabi.org.

12. EPPO A2 List of pests recommended for regulation as quarantine pests. 2003. https://www.eppo.int.

13. EPPO. Pest quarantine database. Paris, France. 2014. http://www.eppo.int.

14. Evans K, Stone AR (1977) A Review of the Distribution and Biology of the Potato Cyst-Nematodes Globodera rostochiensis and G. pallida. International Journal of Pest Management; 23(2): 178-189. DOI: 10.1080/09670877709412426

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

16. Gavrilenko ТА, Klimenko NS, Antonova OY, Lebedeva VA, Evdokimova ZZ, Gadjiyev NM, Apalikova OV, Alpatyeva NV, Kostina LI, Zoteyeva NM, Mamadbokirova FT, Egorova KV (2018) Molecular screening of potato varieties bred in the northwestern zone of the Russian Federation. Vavilov Journal of Genetics and Breeding; 22(1): 35-45 [in Russian] (Гавриленко Т. А., КлименкоН. С., Антонова О. Ю., Лебедева В. А., Евдокимова З. З., Гаджиев Н. М., Апаликова О. В., Алпатьева Н. В.,

17. 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. Т. 22. № 1. С. 35-45). DOI: m.18699/VJ18.329

18. Gebhardt C, Bellin D, Henselewski H., Lehmann W, Schwarzfischer J, Valkonen JPT (2006) Marker-assisted combination of major genes for pathogen resistance in potato. Theor Appl Genet; 112(8): 1458-1464. DOI: 10.1007/s00122-006-0248-8

19. Holgado R, Magnusson C (2010) Management of PCN (Globodera spp.) populations under Norwegian conditions. Aspects of Applied Biology; 103: 85-92.

20. Kanyuka K, Bendahmane A, Rouppe van der Voort JNAM, Vossen EAG, Baulcombe DC (1999) Mapping of intra-locus duplications and introgressed DNA: Aids to map-based cloning of genes from complex genomes illustrated by physical analysis of the Rx locus in tetraploid potato. Theor Appl Genet; 98(5): 679-689. DOI: 10.1007/s001220051121

21. Khiutti AV, Antonova OY, Mironenko TA, Gavrilenko OS, Afanasenko OS (2017) Potato Resistance to Quarantine Diseases. Vavilov Journal of Genetics and Breeding; 7(8): 833-844 [in Russian] (Хютти А. В., Антонова О. Ю., Мироненко Н. В., Гавриленко Т. А., Афанасенко О. С. Устойчивость картофеля к карантинным болезням // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017. Т. 21. № 1. С. 51-61). DOI: 10.18699/ VJ17.223

22. Klimenko NS, Antonova OY, Kostina LI, Mamadbokirova FT, Gavrilenko TA (2017) Marker-associated selection of Russian potato varieties with using markers of resistance genes to the golden potato cyst nematode (pathotype Ro1). Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding; 178(4): 66-75 [in Russian] (Клименко Н. С., Антонова О. Ю., Костина Л. И., Мамадбокирова Ф. Т., Гавриленко Т. А. Маркер- опосредованная селекция отечественных сортов картофеля с маркерами генов устойчивости к золотистой картофельной нематоде (патотип Ro1) // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017. Т. 178. № 4. С. 66-75). DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-66-75

23. Limantseva L, Mironenko N, Shuvalov O, Antonova O, Khiutti A, Novikova L, Afanasenko O, Spooner D, Gavrilenko T (2014) Characterization of resistance to Globodera rostochiensis pathotype Ro1 in cultivated and wild potato species accessions from the Vavilov Institute of Plant Industry. Plant Breeding; 133(5): 660-665. DOI: 10.1111/pbr.12195

24. Makhanko OV, Seliverstova AI, Drobot NI, Schurko KA, Yakovleva GA (2014) Detection of genes conferring resistance to nematodes in potato varieties using SCAR-markers (Detekcija genov ustojchivosti k cistoobrazujushhim nematodam v sortoobrazcah kartofelja s pomoshh'ju SCAR-markerov). Zashhita kartofelya — Potato Protection; 1: 17-18 [in Russian] (Маханько О. В., Силиверстова А.И., ДроботН. И., Щурко К. А., Яковлева Г. А. Детекция генов устойчивости к цистообразующим нематодам в сортообразцах картофеля с помощью SCAR-маркеров // Защита картофеля. 2014. № 1. С. 17-18).

25. Milczarek D, Flis B, Przetakiewicz А (2011) Suitability of molecular markers for selection of potatoes resistant to Globodera spp. Am J Potato Res; 88(3): 245-255. DOI: 10.1007/s12230-011-9189-0

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

27. Nie X, Dickison V, Brooks S, Nie B, Singh M, De Koeyer D, Murphy A (2018). High resolution DNA melting assays for detection of Rxl and Rx2 for high-throughput marker-assisted selection for extreme resistance to Potato virusX in tetraploid potato. Plant Disease; 102(2): 382-390. DOI: 10.1094/PDIS-07-17-0968-RE.

28. Ohbayashi K, Nakata N, Chaya M, Komura K (2010) Development of a detection method of resistance to potato disease and pest using DNA markers. 1. Detection methods of resistance to potato virus X, potato cyst nematode and late blight. Bull Nagasaki Agri Fore Tech Dev Cen; 1: 1-26.

29. Pylypenko LA, Uehara T, Phillips MS, Sigareva DD, Blok VC (2005) Identification of Globodera rostochiensis and G. pallida in the Ukraine by PCR. European Journal of Plant Pathology; 111(1): 39-46. DOI: 10.1007/s10658-004-2732-9

30. Rouppe van der Voort J, Kanyuka K, van der Vossen E, Bendahmane A, Mooijman P, Klein-Lankhorst R, Stiekema W, Baulcombe D, Bakker J (1999) Tight physical linkage of the nematode resistance gene Gpa2 and the virus resistance gene Rx on a single segment introgressed from the wild species Solanum tuberosum subsp. andigena CPC1673 into cultivated potato. Mol. Plant-Microbe Interact; 12(3): 197-206. DOI: 10.1094/MPMI.1999.12.3.197

31. Rouppe van der Voort J, Wolters P, Folkertsma R, Hutten R, van Zandvoort P, Vinke H, Kanyuka K, Bendahmane A, Jacobsen E, Janssen R, Bakker J (1997) Mapping of the cyst nematode resistance locus Gpa2 in potato using a strategy based on comigrating AFLP markers. Theoretical and Applied Genetics; 95(5-6): 874-880. DOI: 10.1007/s001220050638

32. Sajnakova AB, Romanova MS, Krasnikov SN, Litvinchuk OV Alekseev YAI, Nikulin AV, Terent'eva EV (2018) Testing potato collection samples for the presence of genes for resistance to phytopathogens by means of DNA markers. Vavilovskij zhurnal genetiki i selekcii — Vavilov Journal of Genetics and Breeding; 22(1): 18-24 [in Russian] (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. Т. 22. № . 1. С. 18-24. DOI 10.18699/VJ18.326

33. TrudgillDL (1986). Yield losses caused by potato cyst nematodes: a review of the current position in Britain and prospects for improvements. Ann Appl Biol; 108: 181-198. DOI: 10.1111/j.1744-7348.1986. tb01979.x

34. Van der Vossen EAG, van der Voort JR, Kanyuka K, Bendahmane A, Sandbrink H., Baulcombe DC, Bakker J, Stiekema WJ, Klein- Lankhorst RM (2000) Homologues of a single resistance-gene cluster in potato confer resistance to distinct pathogens: a virus and a nematode. Plant J; 23(5): 567-576. DOI: 10.1046/j.1365- 313x.2000.00814.x http://www.dialat.ru http://www.kartofel.org