Комплексный подход к регистрации и сохранению сортового генофонда в генбанке ВИР на примере сортов картофеля селекции Уральского федерального аграрного научно-исследовательского центра Уральского отделения РАН

В рамках комплексной программы регистрации и сохранения генофонда российских сортов в генбанке ВИР, инициированной во Всероссийском институте генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, были назначены номенклатурные стандарты сортов картофеля, выведенных в ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр Уральского отделения РАН»: ‘Аляска’, ‘Арго’, Браво’, ‘Ирбитский’, ‘Легенда’, ‘Люкс’, ‘Терра’, ‘Шах’, а также представлен гербарный ваучер предсорта ‘Багира’. Номенклатурные стандарты этих сортов переданы на хранение в фонд Номенклатурных типов Гербария культурных растений мира, их диких родичей и сорных растений (Гербарий ВИР, WIR). Для каждого из них был разработан генетический паспорт с использованием ДНК-препаратов, выделенных из растительного материала, переданного автором сортов в гербарий ВИР. Генетический паспорт, включающий информацию об аллельном составе восьми хромосомоспецифичных микросателлитных локусов, дополнен данными молекулярного скрининга с маркерами 11 R-генов устойчивости к вредным организмам, а также данными о типах цитоплазм сортов. Автор сортов также передала в ВИР образцы безвирусных in vitro растений. Пробирочные растения пяти уральских сортов и одного предсорта были генотипированы с использованием тех же SSR-маркеров и включены в in vitro коллекцию ВИР, а затем в программу по криоконсервации. Большинство образцов характеризовались сравнительно высоким уровнем посткриогенной регенерации – выше 39%. Замороженные экспланты генотипированных образцов уральских сортов ‘Аляска’, ‘Арго’, ‘Легенда’, ‘Терра’, ‘Шах’ и предсорта ‘Багира’ заложены на долгосрочное хранение в Криобанк ВИР.

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. Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Рыбаков Д.А., Фомина Н.А., Желтова В.В., Новикова Л.Ю., Гавриленко Т.А. SSR-анализ современных российских сортов картофеля с использованием ДНК номенклатурных стандартов. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(4):77-96. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o2

3. 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

4. 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

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

6. 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.

7. Bryan G.J, McNicoll J., Ramsay G., Meyer R.C., De Jong W.S. Polymorphic simple sequences repeat markers in chloroplast genomes of Solanaceous plants. Theoretical and Applied Genetics. 1999;99(5):859-867. DOI: 10.1007/s001220051306

8. Букасов С.М. Картофель на Урале. Свердловск: ОблИздат; 1947.

9. 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;64:1937-1953. DOI: 10.1007/s10722-016-0484-y

10. Дунаева С.Е., Пендинен Г.И., Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Ухатова Ю.В., Шувалова Л.Е., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Сохранение вегетативно размножаемых культур в in vitro- и криоколлекциях: методические указания / под ред. Т.А. Гавриленко. 2-е изд. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

11. Ефремова О.С., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Длительное сохранение современных российских сортов картофеля в криобанке ВИР. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):68-76. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o1

12. Ефремова О.С., Волкова Н.Н., Рыбаков Д.А., Лисицына О.В., Озерский П.В., Гавриленко Т.А. Расширение криоколлекции образцов картофеля, сохраняемой в криобанке ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(3):9-20. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-3-9-20

13. 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(3):456-466. DOI: 10.1007/s00122-005-2028-2

14. Flis B., Hennig J., Strzelczyk-Zyta D., Gebhardt C., Marczewski W. The Ry-f sto gene from Solanum stoloniferum for extreme resistant to potato virus Y maps to potato chromosome XII and is diagnosed by PCR marker GP122718 in PVY resistant potato cultivars. Molecular Breeding. 2005;15(1):95-101. DOI: 10.1007/s11032-004-2736-3

15. 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. 2020a;3(3):55-67. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o4

16. Фомина Н.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Рыбаков Д.А., Cафонова А.Д., Мелешин А.А., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты, ваучерные образцы и генетические паспорта сортов картофеля, выведенных в селекционных центрах Сибири и Урала. Биотехнология и селекция растений. 2020b;3(4):53-76. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o3

17. 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

18. 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

19. Гавриленко Т.А., Швачко Н.А., Волкова Н.Н., Ухатова Ю.В. Модифицированный метод дроплет-витрификации для криоконсервации апексов in vitro растений картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(4):422-429. DOI: 10.18699/VJ19.505

20. Ghebreslassie B.M., Githir S.M., Mehari T., Kasili R.W., Ghislain M., Magembe E. Genetic diversity assessment of farmers’ and improved potato (Solanum tuberosum) cultivars from Eritrea using simple sequence repeat (SSR) markers. African Journal of Biotechnology. 2016;15(35):1883-1891. DOI: 10.5897/AJB2016.15237

21. Ghislain M., Nunez J., del Rosario Herrera M., 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

22. Hosaka K. Distribution of the 241 bp deletion of chloroplast DNA in wild potato species. American Journal of Potato Research. 2002;79(2):119-123. DOI: 10.1007/BF02881520

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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;178(4):66-75. DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-66-75

27. 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, выведенные селекционерами Ленинградского НИИСХ «Белогорка». Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):18-54. DOI: 10.30901/2658-6266- 2020-3-o3

28. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Москва: Физматлит; 2006.

29. Кокшаров В.П., Е.П. Шанина, Е.М. Клюкина. История и современное состояние селекции картофеля на Среднем Урале. Достижения сельскохозяйственной науки Урала – агропромышленному комплексу 2006;61:105-113.

30. 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

31. Lihodeevskiy G.A., Shanina E.P. The use of long-read sequencing to study the phylogenetic diversity of the potato varieties plastome of the Ural selection. Agronomy. 2022;12:846. DOI: 10.3390/agronomy12040846

32. Lössl 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. 2000;116(3):221-230. DOI: 10.1023/A:1004039320227

33. 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

34. 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

35. Panis B., Piette B., André E., Van den Houwe I., Swennen R. Droplet vitrification: the first generic cryopreservation protocol for organized plant tissues. Acta Horticulturae. 2011;908:157-164. DOI: 10.17660/ActaHortic.2011.908.17

36. Panis B., Piette B., Swennen R. Droplet vitrification of apical meristems: a cryopreservation protocol applicable to all Musaceae. Plant Science. 2005;168(1):45-55. DOI: 10.1016/ j.plantsci.2004.07.022

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

38. Рыбаков Д.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Фомина Н.А., Клименко Н.С., Желтова В.В., Мелешин А.А., Кочиева Е.З., Овэс Е.В., Апшев Х.Х., Симаков Е.А., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Всероссийского научно-исследовательского института картофеля им. А.Г. Лорха. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(4):5-52. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o1

39. Рыбаков Д.А., Черемисин А.И., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Омского Аграрного научного центра. Биотехнология и селекция растений. 2022;5(4):6-23. DOI: 10.30901/2658-6266-2022-4-o4

40. Sanetomo R., Hosaka K. A maternally inherited DNA marker, descended from Solanum demissum (2n=6x=72) to S. tuberosum (2n=4x=48). Breeding Science. 2011;61(4):426-434. DOI: 10.1270/jsbbs.61.426

41. 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

42. Шанина Е.П., Клюкина Е.М. Картофель на Урале. Екатеринбург; 2018.

43. Шанина Е.П., Клюкина Е.М. Картофель на Среднем Урале. Екатеринбург; 2021.

44. Шанина Е.П., Клюкина Е.М., Кокшаров В.П., Шанин А.А. Создание нематодоустойчивых сортов — приоритетное направление в селекции картофеля на Среднем Урале. Аграрный вестник Урала. 2011;2(81):59-61.

45. Шанина Е.П., Сергеева Л.Б., Стафеева М.А., Клюкина Е.М. Применение ДНК-маркеров для оценки исходного селекционного материала картофеля. Достижения науки и техники АПК. 2018;32(12):47-49. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11213

46. Шанина Е.П., Зенин Н.Н., Клюкина Е.М. Современное состояние селекции картофеля на Среднем Урале. Современное состояние картофелеводства: проблемы и пути развития: Материалы Международной научно-практической конференции XX Инновационного совета НИУ Урала, Западной Сибири, Поволжья и Северного Казахстана по картофелеводству; 17-18 июля 2014 г.; Екатеринбург, Россия. Екатеринбург: Уральский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии; 2014. С.5-10. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22533357 [дата обращения: 15.04.2023]

47. 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

48. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). Москва: ФГБНУ «Росинформагротех»; 2023.

49. 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.

50. Valkonen J., Wiegmann K., Hämäläinen J., Marczewaski W., Watanabe K. Evidence for utility of the same PCR-based 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(1):121-130. DOI: 10.1111/j.1744-7348.2007.00194.x

51. Volk G.M., Henk A.D., Jenderek M.M., Richards C.M. Probabilistic viability calculations for cryopreserving vegetatively propagated collections in genebanks. Genetic Resources and Crop Evolution. 2017;64:1613-1622. DOI: 10.1007/s10722-016-0460-6

52. 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

53. Зайцева Н.Д. Определитель сортов картофеля / под общ. ред. Н.П. Трошиной. Москва: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы; 1950.

54. 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