danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-1-41-50dan-1110Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYМужская фертильность растений сортов картофеля с различным типом цитоплазмMale fertility of varieties of potato whith different cytoplasma typehttps://orcid.org/0000-0001-9747-8622ВоронковаЕ. В.VoronkovaE. V.

Воронкова Елена Васильевна – канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Voronkova Elena V. – Ph. D. (Biology), Leader Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

e.voronkova@igc.byЛукшаВ. И.LukshaV. I.

Лукша Виктория Ивановна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Luksha Victoria I. – Ph. D. (Biology), Senior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

v.luksha@igc.byПолюховичЮ. В.PoliukhovichJ. V.

Полюхович Юлия Владимировна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Poliukhovich Julia V. – Ph. D. (Biology), Senior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

yu.paliukhovich@igc.byГукасянО. Н.GukasianO. N.

Гукасян Ольга Николаевна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Gukasian Olga N. – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

ЖаричВ. М.ZharichV. M.

Жарич Виктор Михайлович – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Zharich Victor M. – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

https://orcid.org/0000-0002-3106-4926ЕрмишинА. П.YermishinA. P.

Ермишин Александр Петрович – д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Yermishin Alexander P. – D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

Ermishin@igc.byИнститут генетики и цитологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Science of Belarus2023040320236714150Copyright © Воронкова Е.В., Лукша В.И., Полюхович Ю.В., Гукасян О.Н., Жарич В.М., Ермишин А.П., 20232023Воронкова Е.В., Лукша В.И., Полюхович Ю.В., Гукасян О.Н., Жарич В.М., Ермишин А.П.Voronkova E.V., Luksha V.I., Poliukhovich J.V., Gukasian O.N., Zharich V.M., Yermishin A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1110

Для картофеля как вегетативно размножаемой культуры характерно преобладание сортов и родительских линий с пониженной мужской фертильностью. В последние годы отмечается рост доли мужски стерильных сортов, что связывают с широким использованием в селекции межвидовых гибридов, имеющих цитоплазмы стерильного типа. Это ведет к сужению генетической базы современных сортов картофеля, так как ограничивает выбор опылителей для комбинативной селекции. Целью работы являлась оценка показателей мужской фертильности 130 сортов картофеля из коллекции Института генетики и цитологии НАН Беларуси и определение типа их цитоплазм с помощью набора молекулярных маркеров. Результаты исследования предполагается использовать для выделения сортов-опылителей для традиционной селекции картофеля, а также отбора сортов для получения первичных дигаплоидов картофеля с фертильным типом цитоплазмы, пригодных для гетерозисной селекции на диплоидном уровне. Установлено, что в коллекции преобладают образцы с цитоплазмой T- и D-типа (46,0 и 35,4 % соответственно), доля образцов с типом цитоплазмы W составила 18,5 %. Наибольшее число эффективных опылителей выделено среди образцов с цитоплазматическим типом T/β (44,6 %). По комплексу селекционных признаков выбраны как наиболее перспективные для названных выше целей сорта с цитоплазмой этого типа Аксамит, Бриз, Дубрава, Уладар, Alwara, Ausonia, Carlita, Fresco, Labadia, Latona, Liu, Lyra, Quarta, Satina, Sissi. В изученной нами коллекции представлены сорта с цитоплазмой D/α. Около трети из них (32,6 %) были способны образовывать функционально фертильную пыльцу (ФФП), однако уровень ФФП был, как правило, невысоким. Тем не менее, сорта Башкирский, Дельфин, Olga, Ponto формировали пыльцу с фертильностью, достаточной для гарантированного получения семян. Большинство изученных сортов с типами цитоплазмы W/α, W/β и W/γ были мужски стерильны. Однако и среди них выявлены сорта Атлант и Весна Белая, способные образовывать функционально фертильную пыльцу.

The predominance of varieties and parental lines having low male fertility is a characteristic feature of potatoes as a culture with asexual reproduction. The growth of the share of male sterile varieties has been recently noticed as a result of use in breeding interspecific hybrids with sterile-type cytoplasm. It leads to narrowing the genetic basis of modern potato varieties since it limits the choice of pollinators for breeding. The objectives of this research were to assess male fertility characters of 130 potato varieties from the collection of the Institute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus and identify their cytoplasm type using the set of DNA markers. The obtained results are intended for selection of pollinators for conventional breeding of potato, as well as of varieties for production of dihaploids with fertile-type cytoplasm suitable for hybrid breeding at the diploid level. It was revealed that the accessions with T- and D-type cytoplasm prevailed in the collection (46.0 and 35.4 %, respectively), the share of the accessions with W-type cytoplasm was 18.5 %. Most of the effective pollinators were selected among the varieties having T/β-type cytoplasm (44.6 %). The varieties Aksamit, Briz, Dubrava, Uladar, Alwara, Ausonia, Carlita, Fresco, Labadia, Latona, Liu, Lyra, Quarta, Satina, Sissi with this cytoplasm type were selected as most promising for our purposes according to the combination of breeding characters. The potato varieties with D/α-type cytoplasm were present in the collection under study. Approximately one third (32.6 %) was able to produce functionally fertile pollen (PFF), however the level of its fertility was as a rule low. Nevertheless, the varieties Bashkirski, Delfin, Olga and Ponto formed pollen with PFF suitable to guarantee seed production in crosses. Most of the studied varieties with W/α-, W/β-, and W/γ-type cytoplasm were male sterile. The varieties Atlant and Vesna Belaya were revealed among them that were able to produce functionally fertile pollen.

сорта картофеля Solanum tuberosumцитоплазматический типфункциональная фертильность пыльцы (ФФП)ПЦР-анализpotato varieties Solanum tuberosumcytoplasmic typespollen functional fertilityPCR-analysisReferencesCarroll, C. P. Aspects of male fertility in group Tuberosum dihaploids / C. P. Carroll, R. J. Low // Potato Research. ‒ 1976. ‒ Vol. 19, N 2. – P. 109–121. https://doi.org/10.1007/bf02360411Carroll C. P., Low R. J. Aspects of male fertility in group Tuberosum dihaploids. Potato Research, 1976, vol. 19, no. 2, pp. 109–121. https://doi.org/10.1007/bf02360411Diploid potato germplasm derived from wild and land race genetic resources / K. Watanabe [et al.] // American Potato J. ‒ 1994. ‒ Vol. 71, N 9. ‒ P. 599–604. https://doi.org/10.1007/bf02851525Watanabe K., Orrillo M., Iwanaga M., Ortiz R., Freyre R., Perez S. Diploid potato germplasm derived from wild and land race genetic resources. American Potato Journal, 1994, vol. 71, no. 9, pp. 599–604. https://doi.org/10.1007/bf02851525Sanetomo, R. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits / R. Sanetomo, C. Gebhardt // BMC Plant Biology. ‒ 2015. – Vol. 15, N 6. – Art. 162. https://doi.org/10.1186/s12870-015-0545-ySanetomo R., Gebhardt C. Cytoplasmic genome types of European potatoes and their effects on complex agronomic traits. BMC Plant Biology, 2015, vol. 15, no. 6, art. 162. https://doi.org/10.1186/s12870-015-0545-yИспользование молекулярных маркеров R генов и типов цитоплазмы при интрогрессивной гибридизации диких полиплоидных мексиканских видов картофеля / Н. М. Зотеева [и др.] // Сельскохозяйственная биология. ‒ 2017. ‒ Т. 52, № 5.‒ С. 964–975. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.5.964rusZoteyeva N. M., Antonova O. Yu., Klimenko N. S., Apalikova O. V., Carlson-Nilsson U., Karabitsina Yu. I., Ukhatova Yu. V., Gavrilenko T. A. Facilitation of introgressive hybridization of wild polyploid Mexican potato species using DNA markers of R genes and of different cytoplasmic types. Selskokhozajstvennaja biologija = Agriculture biology, 2017, vol. 52, no. 5, pp. 964–975 (in Russian). https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.5.964rusCytoplasmic diversity in potato breeding: case study from the International Potato Center / E. Mihovilovich [et al.] // Mol. Breed. – 2015. – Vol. 35, N 6. – Art. 137. https://doi.org/10.1007/s11032-015-0326-1Mihovilovich E., Sanetomo R., Hosaka K., Ordoñez B., Aponte M., Bonierbale M. Cytoplasmic diversity in potato breeding: case study from the International Potato Center. Molecular Breeding, 2015, vol. 35, no. 6, art. 137. https://doi.org/10.1007/s11032-015-0326-1Towards F1 hybrid seed potato breeding / P. Lindhout [et al.] // Potato Research. ‒ 2011. ‒ Vol. 54, N 4. ‒ P. 301–312. https://doi.org/10.1007/s11540-011-9196-zLindhout P., Meijer D., Schotte T. Ronald C. B., Hutten R. C. B., Visser R. G. F., van Eck H. J. Towards F1 hybrid seed potato breeding. Potato Research, 2011, vol. 54, no. 4, pp. 301–312. https://doi.org/10.1007/s11540-011-9196-zYeh, B. P. Meiosis in Solanum tuberosum haploids and haploid–haploid F1 hybrids / B. P. Yeh, S. J. Peloquin, R. W. Hougas // Canadian J. Genet. Cytol. – 1964. – Vol. 6, N 4. – P. 393–402. https://doi.org/10.1139/g64-050Yeh B. P., Peloquin S. J., Hougas R. W. Meiosis in Solanum tuberosum haploids and haploid– haploid F1 hybrids. Canadian Journal of Genetic and Cytology, 1964, vol. 6, no. 4, pp. 393–402. https://doi.org/10.1139/g64-050Hosaka, K. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections / K. Hosaka, R. Sanetomo // Theor. Appl. Genet. ‒ 2012. ‒ Vol. 125, N 6. ‒ P. 1237–1251. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1909-4Hosaka K., Sanetomo R. Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections. Theoretical and Applied Genetics, 2012, vol. 125, no. 6, pp. 1237–1251. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1909-4Grun, P. Evolution of cytoplasmic factors in tetraploid cultivated potatoes (Solanaceae) / P. Grun, C. Ochoa, D. Capage // American J. of Botanic. – 1977. – Vol. 64, N 4. – P. 412–420. https://doi.org/10.1002/j.1537-2197.1977.tb12363.xGrun P., Ochoa C., Capage D. Evolution of cytoplasmic factors in tetraploid cultivated potatoes (Solanaceae). American Journal of Botany, 1977, vol. 64, no. 4, pp. 412–420. https://doi.org/10.1002/j.1537-2197.1977.tb12363.xDionne, L. A. Cytoplasmic sterility in derivatives of Solanum demissum / L. A. Dionne // American Potato J. ‒ 1961. ‒ Vol. 38, N 4. – P. 117–120. https://doi.org/10.1007/bf02870217Dionne L. A. Cytoplasmic sterility in derivatives of Solanum demissum. American Potato Journal, 1961, vol. 38, no. 4, pp. 117–120. https://doi.org/10.1007/bf02870217Molecular markers for cytoplasm in potato: male sterility and contribution of different plastid- mitochondrial configurations to starch production / A. Lőssl [et al.] // Euphytica. – 2000. – Vol. 116, N 3. – P. 221–230. https://doi.org/10.1023/a:1004039320227Lőssl A., Gőtz 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, vol. 116, no. 3, pp. 221–230. https://doi.org/10.1023/a:1004039320227Ермишин, А. П. Создание исходного материала для маркер-опосредованной селекции родительских линий картофеля (Solanum tuberosum L.) на диплоидном уровне / А. П. Ермишин, Е. В. Воронкова // Сельскохозяйственная биология. ‒ 2017. – Т. 52, № 1. ‒ С. 50−62. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.1.50rusYermishin A. P., Voronkova E. V. Development of initial material for marker assisted potato (Solanum tuberosum L.) parental line breeding at the diploid level (review). Selskokhozjajstvennaja biologija = Agriculture Biology, 2017, vol. 52, no. 1, pp. 50–62 (in Russian). https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.1.50rusPallais, N. Research on the physiology of potato sexual seed production / N. Pallais, N. Fong, D. Berrios // Proc. int. conf. “Innovative methods for propagating potatoes”. CIP Rep. 28th Planning Conf. – Lima, CIP, 1984. – P. 149–168.Pallais N., Fong N., Berrios D. Research on the physiology of potato sexual seed production. Proceeding of International conference “Innovative methods for propagating potatoes”. Lima, CIP, 1984, pp. 149–168.Hosaka K., Sanetomo R. Application of a PCR-based cytoplasm genotyping method for phylogenetic analysis in potato / K. Hosaka, R. Sanetomo // American J. Potato Research. – 2014. – Vol. 91, N 3. – P. 246–253. https://doi.org/10.1007/s12230-013-9344-xHosaka K., Sanetomo R. Application of a PCR-based cytoplasm genotyping method for phylogenetic analysis in potato. American Journal of Potato Research, 2014, vol. 91, no. 3, pp. 246–253. https://doi.org/10.1007/s12230-013-9344-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.