danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2025-69-6-488-497dan-1284Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYЭкспрессия генов R1 и PR1 в листьях картофеля (Solanum tuberosum L.) сортов белорусской селекции, различных по устойчивости к фитофторозуExpression of R1 and PR1 genes in leaves of belarusianbreeded potato (Solanum tuberosum L.) varieties with different resistance to late blightСмирновА. А.SmirnovA. A.

Смирнов Андрей Александрович – мл. науч. cотрудник 

ул. Академическая, 27, 220072, Минск 

Smirnov Andrei A. – Junior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

aasm96@bk.ruКабачевскаяЕ. М.KabachevskayaE. M.

Кабачевская Елена Михайловна – канд. биол. наук, доцент, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, Минск 

Kabachevskaya Elena M. – Ph. D. (Biology), Associate Professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

kabachevskaya@ibce.byВолотовскийИ. Д.VolotovskyI. D.

Волотовский Игорь Дмитриевич – академик, д-р биол. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск 

Volotovsky Igor D. – Academician, D. Sc. (Biology), Professor, Chief Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

volotovski@yahoo.comИнститут биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus202505012026696488497Copyright © Смирнов А.А., Кабачевская Е.М., Волотовский И.Д., 20262026Смирнов А.А., Кабачевская Е.М., Волотовский И.Д.Smirnov A.A., Kabachevskaya E.M., Volotovsky I.D.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/1284

Проведено исследование динамики экспрессии генов R1 и PR1 в тканях листьев картофеля (Solanum tuberosum L.) высокоустойчивого к фитофторозу сорта Вектар и низкоустойчивого сорта Уладар в норме и при их заражении в течение 3 суток Phytophthora infestans (Mont.) de Bary, определены общие и сортоспецифические закономерности в защитных ответах на уровне относительной экспрессии изученных генов. Обнаружено, что в отсутствии заражения в листьях сорта Вектар детектируется экспрессия R1, которая незначительно возрастает после заражения листьев фитофторой. В неустойчивом сорте Уладар экспрессия R1 не зафиксирована ни в здоровых, ни в зараженных листьях. Экспрессия PR1 в сорте Вектар присутствует в клетках незараженных листьев и увеличивается при заражении. Сорт Уладар характеризуется существенно более низким уровнем экспрессии PR1 в незараженных и зараженных листьях по сравнению с сортом Вектар, однако более существенной в сравнении с ним ее активацией в ответ на атаку патогена. Обнаружено, что экзогенный донор этилена этефон оказывает стимулирующее влияние на экспрессию R1 в сорте Вектар и экспрессию PR1 в обоих сортах. Салициловая кислота оказывает существенное положительное влияние на экспрессию R1 и PR1 в сорте Вектар, но ингибирует накопление транскриптов PR1 в сорте Уладар. Синтетический брассиностероид эпин оказывает отрицательное действие на транскрипцию R1 и PR1 в обоих сортах. Полученные профили экспрессии генов R1 и PR1 у чувствительного и устойчивого сортов картофеля к действию фитофторы на фоне одновременного действия фитогормонов могут стать основой для ранней оценки чувствительности селекционных сортов картофеля к действию указанного фитопатогена.

The dynamics of R1 and PR1 gene expression in leaves of potato (Solanum tuberosum L.) highly resistant cultivar Vectar and susceptible to late blight cultivar Uladar under normal conditions and after 3-day infection with Phytophthora infestans (Mont.) de Bary was studied. In the absence of infection, the expression of R1 was detected in the leaves of the Vectar, which was slightly increased after infection of leaves with late blight. In the susceptible Uladar R1 expression was not detected in either healthy or infected leaves. PR1 expression in the Vectar was present in the cells of uninfected leaves and increased during infection. The Uladar was characterized by a significantly lower level of PR1 expression in uninfected and infected leaves as compared to Vectar, but activation of PR1 expression in response to the pathogen attack was more significant in the Uladar than in the Vectar. The exogenous ethylene donor ethephon has a stimulating effect on expression of R1 in the Vectar and expression of PR1 in both cultivars. Exogenous salicylic acid has a significant positive effect on the expression of R1 and PR1 in the Vectar, but inhibited the accumulation of PR1 transcripts in the Uladar. The synthetic brassinosteroid epin has an inhibitory effect on the transcription of R1 and PR1 in both cultivars. The obtained data reflect general and cultivar-specific patterns in defense responses at the level of relative expression of the studied genes. The obtained expression profiles of the R1 and PR1 genes in potato varieties sensitive and resistant to the action of phytopathogenic microflora, against the background of the simultaneous action of phytohormones, can become the basis for an early assessment of the sensitivity of breeding potato varieties to the action of the specified microflora.

картофель (Solanum tuberosum L.)фитофторозR-геныPR-генысалициловая кислотаэтиленбрассиностериодыpotato (Solanum tuberosum L.)late blightR-genesPR-genessalicylic acidethylenebrassinosteroidsReferencesGlobal expression patterns of R-genes in tomato and potato / J. K. von Dahlen, K. Schulz, J. Nicolai, L. E. Rose // Frontiers in Plant Science. – 2023. – Vol. 14. – Art. 1216795. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1216795Von Dahlen J. K., Schulz K., Nicolai J., Rose L. E. Global expression patterns of R-genes in tomato and potato. Frontiers in Plant Science, 2023, vol. 14, art. 1216795. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1216795Plant NBS-LRR proteins: adaptable guards / L. McHale, X. Tan, P. Koehl, R. W. Michelmore // Genome Biology. – 2006. – Vol. 7. – Art. 212. https://doi.org/10.1186/gb-2006-7-4-212McHale L., Tan X., Koehl P., Michelmore R. W. Plant NBS-LRR proteins: adaptable guards. Genome Biology, 2006, vol. 7, art. 212. https://doi.org/10.1186/gb-2006-7-4-212A genetic analysis of quantitative resistance to late blight in potato: towards marker-assisted selection / P. Oberhagemann, C. Chatot-Balandras, R. Schäfer-Pregl [et al.] // Molecular Breeding. – 1999. – Vol. 5. – P. 399–415. https://doi.org/10.1023/A:1009623212180Oberhagemann P., Chatot-Balandras C., Schäfer-Pregl R., Wegener D., Palomino C., Salamini F., Bonnel E., Gebhardt C. A genetic analysis of quantitative resistance to late blight in potato: towards marker-assisted selection. Molecular Breeding, 1999, vol. 5, pp. 399–415. https://doi.org/10.1023/A:1009623212180The R1 gene for potato resistance to late blight (Phytophthora infestans) belongs to the leucine zipper/NBS/LRR class of plant resistance genes / A. Ballvora, M. R. Ercolano, J. Weiß [et al.] // Plant Journal. – 2002. – Vol. 30, N 3. – P. 361–371. https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.2001.01292.xBallvora 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. Plant Journal, 2002, vol. 30, no. 3, pp. 361–371. https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.2001.01292.xРезультаты по созданию нового исходного материала картофеля / В. А. Козлов, А. В. Чашинский, Н. В. Русецкий [и др.] // Картофелеводство. – 2022. – Т. 30. – С. 61–68. https://doi.org/10.47612/0134-9740-2022-30-61-68Kozlov V. A., Chashinskiy A. V., Rusetskiy N. V., Mihalkovich I. A., Semanyuk T. V. Results on the creation of a new potato basic material. Kartofelevodstvo = Potato Growing, 2022, vol. 30, pp. 61–68 (in Russian). https://doi.org/10.47612/0134-9740-2022-30-61-68The function of plant PR1 and other members of the CAP protein superfamily in plant-pathogen interactions / Z. Han, D. Xiong, R. Schneiter, C. Tian // Molecular Plant Pathology. – 2023. – Vol. 24, N 6. – P. 651–668. https://doi.org/10.1111/mpp.13320Han Z., Xiong D., Schneiter R., Tian C. The function of plant PR1 and other members of the CAP protein superfamily in plant-pathogen interactions. Molecular Plant Pathology, 2023, vol. 24, no. 6, pp. 651–668. https://doi.org/10.1111/mpp.13320Expression profiling of pathogenesis-related Protein-1 (PR-1) genes from Solanum tuberosum reveals its critical role in phytophthora infestans infection / M. Zaynab, J. Peng, Y. Sharif [et al.] // Microbial Pathogenesis. – 2021. – Vol. 161, Part B. – Art. 105290. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2021.105290Zaynab M., Peng J., Sharif Y., Al-Yahyai R., Jamil A., Hussain A., Khan K. A., Alotaibi S. S., Li S. Expression profiling of pathogenesis-related Protein-1 (PR-1) genes from Solanum tuberosum reveals its critical role in phytophthora infestans infection. Microbial Pathogenesis, 2021, vol. 161, part B, art. 105290. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2021.105290Exploring the vital role of phytohormones and plant growth regulators in orchestrating plant immunity / A. Shafqat, S. Abbas, M. Ambreen [et al.] // Physiological and Molecular Plant Pathology. – 2024. – Vol. 133. – Art. 102359. https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2024.102359Shafqat A., Abbas S., Ambreen M., Bhatti A. S., Kausar H., Gull T. Exploring the vital role of phytohormones and plant growth regulators in orchestrating plant immunity. Physiological and Molecular Plant Pathology, 2024, vol. 133, art. 102359. https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2024.102359О механизмах формирования устойчивости картофеля (Solanum tuberosum L.) к фитофторозу на различных этапах фенилпропаноидного метаболизма / А. А. Смирнов, Е. М. Кабачевская, С. В. Суховеева, И. Д. Волотовский // Ботаника. Исследования. – 2024. – Вып. 54. – С. 316–325.Smirnov A. A., Kabachevskaya E. M., Suhoveeva S. V., Volotovski I. D. The formation mechanisms of potato (Solanum tuberosum L.) resistance to late blight on various steps of phenylpropanoid metabolism. Botanika. Issledovaniya [Botany. Research], 2024, no. 54, pp. 316–325 (in Russian).Оценка первичных дигаплоидов S. tuberosum на наличие генов устойчивости к болезням и вредителям методом ПЦР-анализа / В. И. Лукша, Е. В. Воронкова, О. Н. Гукасян, А. П. Ермишин // Молекулярная и прикладная генетика. – Мн., 2012. – Т. 13. – С. 82–87.Luksha V. I., Voronkova E. V., Gukasian O. N., Yermishin A. P. Estimation S. tuberosum primary dihaploids on possession of disease and pest resistance genes by means of PCR analysis. Molekulyarnaya i prikladnaya genetika [Molecular and Applied Genetics]. Minsk, 2012, vol. 13, pp. 82–87 (in Russian).Клименко, Н. С. Генетическое разнообразие сортов картофеля отечественной селекции, изученное с использованием различных типов ДНК-маркеров: дис. ... канд. биол. наук: 03.02.07 / Клименко Наталья Станиславовна. – СПб., 2022. – 225 с.Klimenko N. S. Genetic diversity of domestically bred potato varieties studied using different types of DNA markers. PhD thesis. Saint Petersburg, 2022. 225 p. (in Russian).Expression of late blight resistance gene markers in potato varieties and wild Solanum species / E. Sokolova, M. Beketova, O. Kazakov, V. Martynov // Journal of Applied Biology and Biotechnology. – 2025. – Vol. 13, N 3. – P. 82–88. https://doi.org/10.7324/JABB.2025.220736Sokolova E., Beketova M., Kazakov O., Martynov V. Expression of late blight resistance gene markers in potato varieties and wild Solanum species. Journal of Applied Biology and Biotechnology, 2025, vol. 13, no. 3, pp. 82–88. https://doi.org/10.7324/JABB.2025.220736Systemic acquired resistance is induced by R gene-mediated responses independent of cell death / P.-P. Liu, S. Bhattacharjee, D. F. Klessig, P. Moffett // Molecular Plant Pathology. – 2010. – Vol. 11, N 1. – P. 155–160. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2009.00564.xLiu P.-P., Bhattacharjee S., Klessig D. F., Moffett P. Systemic acquired resistance is induced by R gene-mediated responses independent of cell death. Molecular Plant Pathology, 2010, vol. 11, no. 1, pp. 155–160. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2009.00564.xVan Loon, L. C. Ethylene as a modulator of disease resistance in plants / L. C. van Loon, B. P. J. Geraats, H. J. M. Linthorst // Trends in Plant Science. – 2006. – Vol. 11, N 4. – P. 184–191. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2006.02.005Van Loon L. C., Geraats B. P. J., Linthorst H. J. M. Ethylene as a modulator of disease resistance in plants. Trends in Plant Science, 2006, vol. 11, no. 4, pp. 184–191. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2006.02.005Glazebrook, J. Contrasting mechanisms of defense against biotrophic and necrotrophic pathogens / J. Glazebrook // Annual Review of Phytopathology. – 2005. – Vol. 43. – P. 205–227. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.43.040204.135923Glazebrook J. Contrasting mechanisms of defense against biotrophic and necrotrophic pathogens. Annual Review of Phytopathology, 2005, vol. 43, pp. 205–227. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.43.040204.135923

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