Создание исходного материала для маркер-опосредованной селекции родительских линий картофеля (Solanum tuberosum L.) на диплоидном уровне (обзор)

Создание исходного материала для маркер-опосредованной селекции родительских линий картофеля (Solanum tuberosum L.) на диплоидном уровне (обзор)

Автор: Ермишин А.П., Воронкова Е.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Картофелеводство: наука и технологии

Статья в выпуске: 1 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

Для повышения эффективности селекции картофеля важно, чтобы селекционные линии были мультиплексными (имеющими по два и более доминантных аллеля) по многим хозяйственно ценным генам (прежде всего, генам устойчивости к болезням и вредителям) (J.E. Bradshaw с cоавт., 1994). Мультиплексные родительские линии по нескольким генам устойчивости среди существующих сортов встречаются достаточно редко (А.П. Ермишин с соавт., 2016) и вследствие биологических особенностей культуры картофеля могут быть получены только при отборе на диплоидном уровне. В представляемом обзоре описаны генетические принципы и опыт их практического применения в исследованиях авторов по созданию исходного материала, позволяющего проводить эффективную маркер-опосредованную селекцию родительских линий на диплоидном уровне. Материал включает коллекцию первичных дигаплоидов сортов картофеля, отобранных по жизнеспособности, клубневой продуктивности, культурным признакам и наличию ДНК-маркеров генов устойчивости к болезням и вредителям; диплоидный селекционный материал с широким набором генов устойчивости к фитофторозу и вирусам, интрогрессированных от диких видов с помощью оригинальных методов преодоления межвидовых репродуктивных барьеров; диплоидные линии - доноры генов самосовместимости и высокой мужской фертильности, эффективных как в гетерозиготном, так и гомозиготном состоянии; диплоидные линии - доноры генов образования мужски фертильных FDR (first division restitution) 2 n -гамет. Лучшие диплоидные линии с комплексом генов устойчивости к болезням и вредителям, выделенные по результатам диплоидной селекции (на основе первичных дигаплоидов, межвидовых гибридов и доноров фертильности), используют для получения мультиплексных тетраплоидных родительских линий с помощью митотического удвоения хромосом. С использованием доноров генов образования фертильных FDR 2 n -гамет выводят диплоидные родительские линии, способные к гибридизации с сортами картофеля. Кроме того, созданный диплоидный исходный материал представляет интерес для перспективных альтернативных направлений селекции картофеля с применением отбора на диплоидном уровне: выведения диплоидных сортов картофеля, а также родительских линий для получения размножаемых ботаническими семенами гибридов и гибридных популяций.

Еще

Картофель, отбор на диплоидном уровне, маркер-опосредованная селекция (мос, мультиплексные родительские линии, мужская фертильность, нередуцированные гаметы

Короткий адрес: https://sciup.org/142213769

IDR: 142213769   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.50rus

Список литературы Создание исходного материала для маркер-опосредованной селекции родительских линий картофеля (Solanum tuberosum L.) на диплоидном уровне (обзор)

  • Bradshaw J.E., Mackay G.R. Breeding strategies for clonally propagated potatoes. In: Potato genetics/J.E. Bradshaw, G.R. Mackay (eds.). CABI, Wallingford (UK), 1994: 109-132.
  • Ермишин А.П., Свиточ О.В., Воронкова Е.В., Гукасян О.Н., Лукша В.И. Определение состава и аллельного состояния генов устойчивости к болезням и вредителям у родительских линий картофеля с помощью ДНК-маркеров. Генетика, 2016, 5: 569-578 ( ) DOI: 10.7868/S0016675816050052
  • Ortiz R., Peloquin S.J., Freyre R., Iwanaga M. Efficiency of potato breeding using FDR 2n gametes for multitrait selection and progeny testing. Theor. Appl. Genet., 1991, 82(5): 602-608 ( ) DOI: 10.1007/BF00226797
  • Montelongo-Escobedo H., Rowe P.R. Haploid induction in potato: сytological basis for the pollinator effect. Euphytica, 1969, 18: 116-123 ( ) DOI: 10.1007/BF00021990
  • Clulow S.A., Wilkinson M.J., Waugh R., Baird E., De Maine M.J., Powell W. Cytological and molecular observations on Solanum phureja-induced dihaploid potatoes. Theor. Appl. Genet., 1991, 82: 545-551 ( ) DOI: 10.1007/BF00226789
  • Hermsen J.G.Th., Verdenius J. Selection from Solanum tuberosum group Phureja of genotypes combining high frequency haploid induction with homozygosity for embryo-spot. Euphytica, 1973, 22: 244-259 ( ) DOI: 10.1007/BF00022632
  • Воронкова Е.В., Лукша В.И., Гукасян О.Н., Савчук А.В., Ермишин А.П. Получение и отбор дигаплоидов S. tuberosum, перспективных для маркер-сопутствующей селекции на комплексную устойчивость к болезням и вредителям. Картофелеводство (Минск), 2011, 19: 215-226.
  • Jansky S.H., Peloquin S.J., Yerk G.L. Use of potato haploids to put 2½ wild species germplasm in usable form. Plant Breeding, 1990, 104: 290-294 ( ) DOI: 10.1111/j.1439-0523.1990.tb00438.x
  • Ермишин А.П., Маханько О.В., Воронкова Е.В. Использование в селекции соматических гибридов между дигаплоидами картофеля Solanum tuberosum и дикими диплоидными видами из Мексики: получение и беккроссирование дигаплоидов соматических гибридов. Генетика, 2006, 42(12): 1674-1682 ( ) DOI: 10.1134/S1022795406120088
  • Ермишин А.П., Маханько О.В., Воронкова Е.В. Получение диплоидного селекционного материала картофеля на основе соматических гибридов между дигаплоидами Solanum tuberosum L. и диким диплоидным видом из Мексики Solanum bulbocastsnum Dunal. Генетика, 2008, 44(5): 645-653 ( ) DOI: 10.1134/S1022795408050086
  • Ермишин А.П. Несовместимость при межвидовой и внутривидовой гибридизации диплоидного картофеля и пути ее преодоления. Известия НАН Беларуси, сер. биол. наук, 2001, 3: 105-118.
  • Полюхович Ю.В., Маханько О.В., Савчук А.В., Воронкова Е.В., Ермишин А.П. Создание линий-посредников для преодоления межвидовой несовместимости у картофеля. Известия НАН Беларуси, сер. биол. наук, 2010, 2: 51-58.
  • Yermishin A.P., Polyukhovich Y.V., Voronkova E.V., Savchuk A.V. Production of hybrids between 2 EBN bridge species Solanum verrucosum and 1 EBN diploid potato species. Amer. J. Potato Res., 2014, 91: 610-617 ( ) DOI: 10/1007/s12230-014-9385-9
  • Полюхович Ю.В., Воронкова Е.В., Савчук А.В., Ермишин А.П. Использование Solanum verrucosum для преодоления односторонней несовместимости в скрещиваниях с аллотетраплоидными дикими видами картофеля. Картофелеводство (Минск), 2013, 21(1): 136-145.
  • Воронкова Е.В., Лисовская В.М., Ермишин А.П. Диплоидные гибриды между аллотетраплоидными дикими видами картофеля Solanum acaule Bitt., S. stoloniferum Schltdl. и дигаплоидами S.tuberosum L. Генетика, 2007, 43(8): 1065-1073 ( ) DOI: 10.1134/S1022795400708008X
  • Ермишин А.П. Генетические особенности аллотетраплоидных диких видов картофеля (Solanum) как объекта селекции. Известия НАН Беларуси, сер. биол. наук, 2014, 1: 23-31.
  • Воронкова Е.В., Лисовская В.М., Павлючук Н.В., Савчук А.В., Ермишин А.П. Устойчивость к вирусным болезням потомства диплоидных межвидовых гибридов на основе аллотетраплоидных видов Solanum acaule и S. stoloniferum. Картофелеводство (Минск), 2008, 14: 144-152.
  • Воронкова Е.В., Полюхович Ю.В., Савчук А.В., Гукасян О.Н., Ермишин А.П. Полевая устойчивость к фитофторозу гибридов, полученных путем опыления вида-посредника Solanum verrucosum и SvSv-линий на его основе диплоидными 1 EBN видами картофеля. Молекулярная и прикладная генетика (Минск), 2013, 15: 104-110.
  • Yeh B.P., Peloquin S.J., Hougas R.W. Meiosis in Solanum tuberosum haploids and haploid-haploid F1 hybrids. Can. J. Genet. Cytol., 1964, 6: 393-402 ( ) DOI: 10.1139/g64-050
  • Carroll C.P., Low R.J. Flowering behavior and seed fertility in dihaploid Solanum tuberosum. Potato Res., 1975, 18: 416-427 ( ) DOI: 10.1007/BF00023782
  • Trognitz B.R. Female fertility of potato (Solanum tuberosum ssp. tuberosum) dihaploids. Euphytica, 1995, 81(1): 27-33 ( ) DOI: 10.1007/BF00022456
  • Carroll C.P., Low R.J. Aspects of male fertility in group Tuberosum dihaploids. Potato Res., 1976, 19: 109-121.
  • Trognitz B.R. Comparison of different pollen viability assays to evaluate pollen fertility of potato dihaploids. Euphytica, 1991, 56(2): 143-148 ( ) DOI: 10.1007/BF00042057
  • Pallais N., Fong N., Berrios D. Research on the physiology of potato sexual seed production. Proc. Int. Conf. «Innovative methods for propagating potatoes». CIP Rep. 28th Planning Conf. Lima, CIP, 1984: 149-168.
  • M'Ribu H.K., Veilleux R.E. Fertility of doubled monoploids of Solanum phureja. Am. Potato J., 1992, 69(7): 447-459 ( ) DOI: 10.1007/BF02852295
  • Ермишин А.П., Воронкова Е.В. Показатели фертильности гибридного потомства вторичных дигаплоидов картофеля. Известия НАН Беларуси, сер. биол. наук, 1998, 3: 45-52.
  • Grun P. Evolution of the cultivated potato: a cytoplasmic analysis. In: The biology and taxonomy of the Solanaceae. Linnean Soc. Symp. Ser. № 7. Acad. Press, London, 1979: 655-665.
  • Sanetomo R., Gebhardt C. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits. BMC Plant Biol., 2015, 15: 162-178 ( ) DOI: 10.1186/s12870-015-0545-y
  • Cipar M.S., Peloquin S.J., Hougas R.W. Haploidy and the identification of self-incompatibility alleles in cultivated diploid species. Can. J. Genet. Cytol., 1967, 9: 511-518 ( ) DOI: 10.1139/g67-055
  • Anoshenko B.Yu. Prediction of compatibility between diploid potato varieties. Abstr. 13th Triennial EAPR Conf. Wageningen, NL, 1996: 518-519.
  • Olsder J., Hermsen J.G.Th. Genetics of self-compatibility in dihaploids of Solanum tuberosum L. 1. Breeding behavior of two self-compatible dihaploids. Euphytica, 1976, 25(3): 597-607 ( ) DOI: 10.1007/BF00041597
  • Cipar M.S., Peloquin S.J., Hougas R.W. Variability in the expression of self-incompatibility in tuber-bearing diploid Solanum species. Am. Potato J., 1964, 41: 155-162 ( ) DOI: 10.1007/BF02855317
  • Hosaka K., Hanneman R.E., Jr. Genetics of self-compatibility in a self-incompatible wild diploid potato species Solanum chacoense. 1. Detection of an S locus inhibitor (Sli) gene. Euphytica, 1998, 99: 191-197 ( ) DOI: 10.1023/A:1018353613431
  • Lindhout P., Meijer D., Schtte T., Hutten R., Visser R., van Eck H. Towards F1 hybrid seed potato breeding. Potato Res., 2011, 54: 301-312 ( ) DOI: 10.1007/s11540-011-9196-z
  • Yermishin A.P. The development of initial parental material for breeding disease resistant potatoes at the diploid level. Plant Breeding and Seed Science, 2000, 44: 105-115.
  • Лукша В.И., Савчук А.В., Воронкова Е.В., Ермишин А.П. Результаты отбора по признаку «высокая функциональная фертильность пыльцы» и ряду селекционно важных показателей в популяциях вторичных дигаплоидов Solanum tuberosum L. Картофелеводство (Минск), 2010, 17: 137-148.
  • Ramanna M.S. A re-examination of the mechanisms of 2n-gamete formation in potato and its implications for breeding. Euphytica, 1979, 28: 537-561 ( ) DOI: 10.1007/BF00038921
  • Mok D.W.S., Peloquin S.J. The inheritance of three mechanisms of diplandroid (2n pollen) formation in diploid potatoes. Heredity, 1975, 35: 295-302 ( ) DOI: 10.1038/hdy.1975.100
  • Подлисских В.Е., Анкудо Т.М., Аношенко Б.Ю. Особенности формирования веретена деления и поведения хромосом в мейозе у образцов диплоидного картофеля с мутацией «слияние веретен». Цитология, 2002, 44: 996-1003.
  • Hermsen J.G.Th. Mechanisms and genetic implications of 2n-gamete formation. Iowa State J. Research, 1984, 58: 421-434.
  • Bani-Aameur F., Laurer F.I., Veilleux R.E. Frequency of 2n pollen in diploid hybrids between Solanum phureja and Solanum chacoense. Potato Res., 1992, 35: 161-172 ( ) DOI: 10.1007/BF02357610
  • Jacobsen E. Diplandroid formation and its importance for the seed set in 4½ ½ 2½ crosses in potato. Z. Pflanzenzuchtg, 1980, 84: 240-249.
  • Ortiz R., Peloquin S.J. Recurrent selection for 2n gamete production in 2½ potatoes. J. Genet. Breed., 1992, 46: 383-390.
  • Mooney J., Peloquin S.J. Phenotypic recurrent selection for 2n pollen frequency. Am. Potato J., 1992, 69: 599.
  • Ермишин А.П. Мейотическое удвоение хромосом в селекции картофеля с использованием отбора на диплоидном уровне. Молекулярная и прикладная генетика (Минск), 2013, 15: 39-47.
  • Galek R., Rurek M., De Jong W., Pietkievicz G., Augustyniak H., Sawicka-Sienkiewicz E. Application of DNA markers linked to the potato H1 gene conferring resistance to pathotype Ro1 of Globodera rostochiensis. J. Appl. Genet., 2011, 52: 407-411 ( ) DOI: 10.1007/s13353-011-0056-y
  • Gebhardt C., Bellin D., Henselewski H., Lehmann W., Schwarzfischer J., Valkonen J.P. Marker-assisted combination of major genes for pathogen resistance in potato. Theor. Appl. Genet., 2006, 112: 1458-1464 ( ) DOI: 10.1007/s00122-006-0248-8
  • Kasai K., Morikawa Y., Sorri V.A., Valkonen J.P., 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: 1-8 ( ) DOI: 10.1139/gen-43-1-1
  • Almekinders C.J.M., Chujoy E., Thiele G. The use of true potato seeds as a pro-poor technology: the efforts of an International Agricultural Research Institute to innovating potato production. Potato Res., 2009, 52: 275-293 ( ) DOI: 10.1007/s11540-009-9142-5
  • Jansky S.H., Charkowski A.O., Douches D.S., Gusmini G., Richael C., Bethke P.C., Spooner D.M., Novy R.G., De Jong H., De Jong W.S., Bamberg J.B., Thompson A.L., Bizimungu B., Holm D.G., Brown C.R., Haynes K.G., Sathuvalli V.R., Veilleux R.E., Miller C., Jr., Bradeen J.M., Jiang J.M. Reinventing potato as a diploid inbred line-based crop. Crop Sci., 2016, 56: 1412-1422 ( ) DOI: 10.2135/cropsci2015.12.0740
  • KWS to fully focus on hybrid potato breeding and divest its conventional seed potato business. Режим доступа: http://kws.com/aw/KWS/company-info/Potatoes/News-Articles/-hjqx/KWS-to-fully-focus-on-hybrid-potato-bree/. Без даты.
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp