doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.84rus
УДК 635.21:632.4:631.524:577.21
Работа выполнена при финансовой поддержке МНТЦ (проект № 3714п), РФФИ (проекты № 13-04-00163/14, №14-04-31613а и № 16-04-00098) и Министерства образования и науки Российской Федерации (Госконтракт № 16.М04.12.0007). Получение межвидовых гибридов картофеля, фитопатологическая оценка изолятов Phytophthora infestans, оценка устойчивости картофеля к фитофторозу и маркерный анализ генотипов картофеля выполнены в рамках Государственных заданий 0662-2014-0018, 0598-2015-0018, 0598-2015-0016 и 0574-2014-0020.
УПРЕЖДАЮЩАЯ СЕЛЕКЦИЯ: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ
МАРКЕРОВ ПРИ СОЗДАНИИ ДОНОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ КАРТОФЕЛЯ
(Solanum tuberosum L.) К ФИТОФТОРОЗУ НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ
МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ
О.А. ФАДИНА1, М.П. БЕКЕТОВА1, Е.А. СОКОЛОВА1, М.А. КУЗНЕЦОВА2,
Т.И. СМЕТАНИНА2, Е.В. РОГОЗИНА3, Э.Е. ХАВКИН1
Наиболее серьезной агрономической и экономической проблемой картофелеводства остается фитофтороз, вызываемый оомицетом Phytophthora infestans Mont. de Bary. Уникальная скорость эволюции этого патогена и его миграция — основные препятствия при создании сортов картофеля с долговременной устойчивостью к фитофторозу. Лучший способ противостоять такой угрозе — это упреждающая селекция на основе доноров, которые несут гены устойчивости к широкому спектру рас возбудителя. Объединение несколько генов устойчивости к фитофторозу в одном растении (пирамидирование генов) делает устойчивость долговременной. Наиболее перспективным подходом при получении таких доноров служит интрогрессивная селекция, то есть создание межвидовых гибридов картофеля с генами устойчивости, перенесенными из его дикорастущих сородичей — клубненосных видов Solanum L. Молекулярные маркеры, позволяющие надежно различать гены устойчивости разной специфичности и эффективно контролировать их перенос в процессах скрещивания и отбора, резко повышают эффективность интрогрессивной селекции на устойчивость к фитофторозу. Мы исследовали 39 сложных гибридов, которые были получены во Всероссийском НИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха (Московская обл.), Всероссийском институте генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (г. Санкт-Петербург) и Всероссийском НИИ защиты растений (г. Санкт-Петербург) с участием 16 клубненосных видов Solanum и поддерживаются в виде клонов. Каждый из этих клонов несет генетический материал, полученный от 2-8 дикорастущих видов — источников устойчивости к фитофторозу. Большинство клонов из года в год проявляют высокую устойчивость к фитофторозу в полевых испытаниях в условиях естественного заражения и в лабораторных исследованиях при инфицировании отделенных листьев высоковирулентным и агрессивным изолятом P. infestans. SCAR (sequence-characterized amplified region) маркеры, которые представляют собой фрагменты R генов расоспецифичной (вертикальной) устойчивости к фитофторозу, найденных у различных видов Solanum, были использованы для изучения клонов межвидовых гибридов. С устойчивостью клонов к фитофторозу сопоставили сведения о присутствии SCAR маркеров шести R генов — R1 (5-я хромосома), R2/Rpi-blb3 (4-я хромосома), R3a и R3b (11-я хромосома), RB/Rpi-blb1 = Rpi-sto1 (8-я хромосома) и Rpi-vnt1.3 (9-я хромосома). Сравнение показателей у клонов межвидовых гибридов и сортов картофеля, не содержащих маркеров R генов, свидетельствует о значимом вкладе R генов в общую устойчивость растений картофеля к фитофторозу. При этом увеличение числа маркеров R генов в одном растении сопровождалось существенным повышением устойчивости к фитофторозу. Можно ожидать, что применение молекулярных маркеров для пирамидирования Rгенов в процессе гибридизации обеспечит направленную интрогрессивную селекцию и ускорит получение сортов картофеля с долговременной устойчивостью к фитофторозу, которые будут способны сохранять продуктивность даже при значительных изменениях в популяциях P. infestans.
Ключевые слова:Phytophthora infestans,Solanum sp.,фитофтороз картофеля, межвидовые гибриды картофеля, клоновые коллекции, интрогрессивная селекция, R гены устойчивости к фитофторозу, Avr гены P. infestans.
O.A. Fadina1, M.P. Beketova1, E.A. Sokolova1, M.A. Kuznetsova2,
T.I. Smetanina2,
E.V. Rogozina3, E.E. Khavkin1
Potato late blight caused by oomycete Phytophthora infestans Mont de Bary remains the most significant agronomic and economic problem of potato husbandry. The unique rate of evolution of this pathogen as well as its migration are a major obstacle to producing varieties with durable late blight resistance. The best way to counter this threat is the anticipatory breeding based on donors that carry genes of resistance to a wide range of pathogen races. Combining multiple genes for late blight resistance in the same plant (pyramiding of genes) makes such resistance durable. The most promising way of obtaining such donors is introgression breeding of interspecific potato hybrids with resistance genes transferred from potato wild relatives — the tuber-bearing species of Solanum L. Molecular markers allowing to reliably distinguish between resistance genes of diverse specificity and successfully control their transfer in the process of crossing and selecting, dramatically increase the efficiency of introgression breeding for late blight resistance. We examined about 40 complex hybrids bred in the A.G. Lorkh All-Russian Research Institute of Potato Husbandry, the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources and the All-Russian Research Institute of Plant Protection using the germplasm of 16 species of tuber-bearing Solanum, and further maintained as clones. Each of these clones carries the genetic material introgressed from two to eight wild species established as the sources of resistance to late blight. Most of these clones have manifested, from year to year, high late blight resistance in field trials under natural infection and in vitro studies when detached leaves were infected with a highly virulent and aggressive isolate of P. infestans. SCAR (sequence-characterized amplified region) markers, the fragments of R genes of race-specific (vertical) resistance to late blight discerned in various Solanum species, were employed to screen the clones of interspecific hybrids. The information on the presence of SCAR markers for six R genes, i.e. R1 (chromosome 5), R2/Rpi-blb3 (chromosome 4), R3a and R3b (chromosome 11), RB/Rpi-blb1 = Rpi-sto1 (chromosome 8), and Rpi-vnt1.3 (chromosome 9), was juxtaposed against the indices of late blight resistance. Comparison of the resistance of the clones of interspecific hybrids and potato varieties devoid of R gene marker presumes a significant contribution of these genes to general late blight resistance of potato plants. The higher number of R gene markers per plant corresponded to superior late blight resistance. Presumably, future use of these clones for pyramiding resistance genes under the control of molecular markers will enable target introgression breeding. Such approach will streamline developing new potato varieties with durable late blight resistance to maintain high productivity even after significant changes in the populations of P. infestans.
Keywords:potato late blight, interspecific potato hybrids, wild Solanum species, introgression breeding, R genes for late blight resistance, Avr genes of P. infestans.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
