danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"dan-460Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYДИПЛОИДНЫЕ ГИБРИДЫ МЕЖДУ ДИКИМ АЛЛОТЕТРАПЛОИДНЫМ ВИДОМ КАРТОФЕЛЯ SOLANUM STOLONIFERUM SCHLDTL. & BOUCHET И ДИПЛОИДНЫМИ КЛОНАМИ КУЛЬТУРНОГО КАРТОФЕЛЯ S. TUBEROSUM L., ИМЕЮЩИЕ ГЕНОМ В ДИКОГО ВИДАDIPLOID HYBRIDS BETWEEN THE WILD ALLOTETRAPLOID POTATO SPECIES SOLANUM STOLONIFERUM SCHLDTL & BOUCHET AND DIPLOID CLONES OF CULTIVATED POTATO S. TUBEROSUM L. HAVING GENOME В OF WILD SPECIESЕрмишинА. П.YermishinA. P.

д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072

D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072

Ermishin@igc.byЛевыйА. В.LevyA. V.

аспирант

ул. Академическая, 27, 220072

Postgraduate student

27, Akademicheskaya Str., 220072

A30413@mail.ruВоронковаЕ. В.VoronkovaE. V.

канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072

Ph. D. (Biology), Leading researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

E.Voronkova@igc.byПолюховичЮ. В.PolyukhovichYu. V.

канд. биол. наук, науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072

Ph. D. (Biology), Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

yuliy1612@yandex.ruЛукшаВ. И.LukshaV. I.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072

Ph. D. (Biology), Senior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

V.Luksha@igc.byАгееваА. С.AgeevaA. S.

студент

пр. Независимости, 4, 220030

Student

4, Nezavisimosti Ave., 220030

nastya_ageeva95@mail.ruИнститут генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси, МинскInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus, MinskБелорусский государственный университет, МинскBelarusian State University, Minsk2017171220176158089Copyright © Ермишин А.П., Левый А.В., Воронкова Е.В., Полюхович Ю.В., Лукша В.И., Агеева А.С., 20172017Ермишин А.П., Левый А.В., Воронкова Е.В., Полюхович Ю.В., Лукша В.И., Агеева А.С.Yermishin A.P., Levy A.V., Voronkova E.V., Polyukhovich Y.V., Luksha V.I., Ageeva A.S.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/460

Среди гибридов между дикими тетраплоидными видами картофеля и диплоидными клонами S. tuberosum наряду с ожидаемыми триплоидными гибридами встречаются диплоидные гибриды. Ранее нами было показано, что у них сохраняется только один из геномов дикого вида (геном А). В сообщении впервые представлены результаты выявления диплоидных межвидовых гибридов, несущих геном В дикого вида. Среди 235 сеянцев гибридов от скрещивания ценных для селекции образцов S. stoloniferum и фертильного диплоидного клона S. tuberosum отобраны четыре гибрида, формирующих жизнеспособную пыльцу. Анализ мейоза в материнских клетках пыльцы показал наличие у них 24 хромосом. У всех диплоидных гибридов, как и у родительских клонов S. stoloniferum и триплоидных гибридов выявлен ДНК маркер генома В SolB. Все диплоидные гибриды наследовали характерные для дикого вида маркеры генов устойчивости к Y-вирусу картофеля RYSC 3 и Yes3-3A, а также маркеры генов устойчивости к фитофторозу R1 и R3b. Два гибрида без потерь наследовали маркеры гена устойчивости к фитофторозу Rpi-sto1, представленные у родительских клонов дикого вида. У одного диплоидного гибрида не детектировался маркер 517/1519, а у одного гибрида произошла утрата обоих маркеров (517/1519 и 1521/518). Получение гибридов с геномом В делает приоритетной версию о возможном механизме их формирования за счет избирательной элиминации одного из геномов дикого вида в процессе развития изначально триплоидных межвидовых гибридов. 

We were the first who demonstrated the possibility to produce diploid hybrids (along with triploid ones) while pollinating some wild allotetraploid potato species with the pollen of S. tuberosum diploid clones. It was determined that these hybrids only retained one of the genomes of wild species (genome A). Here, we present the results of revealing diploid interspecific hybrids having genome B of wild species. There were selected four hybrids producing the viable pollen among 235 hybrids between valuable for breeding accessions of S. stoloniferum and fertile diploid clone of S. tuberosum. The analysis of meiosis in pollen mother cells showed that they had 24chromosomes. The DNA marker SolB of genome B of wild species was detected in diploid hybrids, as well as in parental clones of S. stoloniferum and triploid interspecific hybrids. The diploid hybrids inherited the typical for wild species markers RYSC 3 and Yes3-3A of Y-virus resistance genes, as well as the markers of late blight resistance genes R1 and R3b. Two of the diploid hybrids inherited markers of late blight resistance gene Rpi-sto1 presented in parental clones of the wild species lossless. The marker 517/1519 of this gene was not detected in one diploid hybrid and both markers (517/1519 and 1521/518) − in another one. Production of the hybrids with genome B makes the version on a possible mechanism of their formation through the selective elimination of one of the genomes of wild species in ontogenesis of initially triploid interspecific hybrids to be priority. 

картофельSolanum stoloniferumмежвидовая гибридизацияДНК-маркерыгены устойчивостиPVYфитофторозpotatoSolanum stoloniferuminterspecific hybridizationDNA markersresistance genesPVYlate blightThis research has been supported by Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (Grant Б16Р-103).This research has been supported by Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (Grant Б16Р-103).ReferencesThe importance of reproductive barriers and the effect of allopolyploidization on crop breeding / K. Tonosaki [et al.] // Breed. Sci. – 2016. – Vol. 66, N 3. – P. 333−349. doi.org/10.1270/jsbbs.15114Tonosaki K., Osabe K., Kawanabe T., Fujimoto R. The importance of reproductive barriers and the effect of allopolyploidization on crop breeding. Breeding Science, 2016, vol. 66, no. 3, pp. 333−349. doi.org/10.1270/jsbbs.15114Воронкова, Е. В. Диплоидные гибриды между аллотетраплоидными дикими видами картофеля Solanum acaule Bitt., Solanum stoloniferum Schltdl. и дигаплоидами Solanum tuberosum L. / Е. В. Воронкова, В. М. Лисовская, А. П. Ермишин // Генетика. – 2007. – Т. 43, № 8. – С. 882–890.Voronkova E. V., Lisovskaja V. M., Yermishin A. P. Diploid hybrids between allotetraploid wild potato species Solanum acaule Bitt., S. stoloniferum Schltdl. and dihaploids of S. tuberosum L. Russian Journal of Genetics, 2007, vol. 43, no. 8, pp. 882–889. doi.org/10.1134/s102279540708008xЕрмишин, А. П. Представленность специфических RAPD-локусов родительских видов у триплоидных и диплоидных гибридов между аллотетраплоидными видами картофеля и дигаплоидами Solanum tuberosum L. / А. П. Ермишин, Е. В. Воронкова // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 2. – С. 97–103.Yermishin A. P., Voronkova E. V. Representability of the RAPD-loci specific for the parental species of triploid and diploid hybrids between allotetraploid potato species and dihaploids of Solanum tuberosum L. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2014, vol. 58, no. 2, pp. 97–103 (in Russian).Ермишин, А. П. Генетические особенности аллотетраплоидных диких видов картофеля (Solanum) как объекта селекции / А. П. Ермишин // Весцi НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2014. – № 1. – С. 23–31.Yermishin A. P. Genetic peculiarities of wild allotetraploid potato (Solanum) species the as object of breeding. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2014, no. 1, pp. 23–31 (in Russian).Гавриленко, Т. А. Межвидовая гибридизация картофеля: теоретические и прикладные аспекты / Т. А. Гавриленко, А. П. Ермишин // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2017. – Т. 21, № 1. – С. 16−29. doi 10.18699/VJ17.220Gavrilenko T. A., Yermishin A. P. Interspecific hybridization of potatoes: theoretical and applied aspects. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2017, vol. 21, no. 1, pp. 16–29. doi.org/10.18699/vj17.220 (in Russian).Представленность ДНК-маркеров генов устойчивости к фитофторозу и к PVY у образцов дикого аллотетраплоидного вида картофеля Solanum stoloniferum / В. А. Левый [и др.] // Весцi НАН Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2017. – № 2. – С. 46–54.Levy A. V., Voronkova E. V., Polyukhovich Yu. V., Yermishin A. P. Representativenness of DNA-markers of late blight and PVY-resistance genes in accessions of wild allotetraploid potato species Solanum stoloniferum. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2017, no. 2, pp. 46–54 (in Russian).Hosaka, 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. 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. doi.org/10.1007/s00122-012-1909-4Pallais, N. Research on the physiology of potato sexual seed production / N. Pallais, N. Fong, D. Berrios // Innovative methods for propagating potatoes: CIP Rep. 28th Planning Conf., CIP, Lima, 1984. – Lima, 1984. – P. 149–168.Pallais N., Fong N., Berrios D. Research on the physiology of potato sexual seed production. Innovative methods for propagating potatoes. CIP Rep. 28th Planning Conf. CIP, Lima, 1984. Lima, 1984, pp. 149–168.Cоколова, Е. А. Молекулярные маркеры генов устойчивости и геномов-доноров устойчивости картофеля к фитофторозу: методические указания / Е. А. Cоколова, О. А. Фадина, Э. Е. Хавкин. – Москва, 2013. – 25 с.Sokolova E. A., Fadina O. A., Khavkin E. E. Molecular markers of resistance genes and genomes that are donors of resistance of potatoes to late blight. Moscow, 2013. 25 p. (in Russian).Development of SCAR markers to the PVY resistance gene Ryadg based on a common feature of plant disease resistance genes / K. Kasai [et al.] // Genome. – 2000. – Vol. 43, N 1. – P. 1–8. doi.org/10.1139/gen-43-1-1Kasai 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, vol. 43, no. 1, pp. 1–8. doi.org/10.1139/gen-43-1-1Song, Y.-S. Development of STS markers for selection of extreme resistance (Rysto) to PVY and maternal pedigree analysis of extremely resistant cultivars / Y.-S. Song, A. Schwarzfischer // Amer. J. Potato Res. – 2008. – Vol. 85, N 2. – P. 159–170. doi.org/10.1007/s12230-008-9012-8Song 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, vol. 85, no. 2, pp. 159–170. doi.org/10.1007/s12230-008-9012-8Wang, M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanum species: PhD-thesis / M. Wang. – Wageningen, Netherlands: Wageningen Universiteit, 2007. − P. 43–58.Wang M. Diversity and evolution of resistance genes in tuber-bearing Solanum species. PhD-thesis. Wageningen, Netherlands: Wageningen Universiteit, 2007, pp. 43–58.Dvorak, J. Evidence for genetic suppression of heterogenetic chromosome pairing in polyploid species of Solanum, sect. Petota / J. Dvorak // Can. J. Genet. Cytol. – 1983. – Vol. 25, N 5. – P. 530–539. doi.org/10.1139/g83-080Dvorak J. Evidence for genetic suppression of heterogenetic chromosome pairing in polyploid species of Solanum, sect. Petota. Canadian Journal of Genetics and Cytology, 1983, vol. 25, no. 5, pp. 530–539. doi.org/10.1139/g83-080Hanneman, R. E. Jr. The reproductive biology of the potato and its implication for breeding / R. E. Hanneman Jr. // Potato Res. – 1999. – Vol. 42, N 2. – P. 283−312. doi.org/10.1007/bf02357859Hanneman R. E. Jr. The reproductive biology of the potato and its implication for breeding. Potato Research, 1999, vol. 42, no. 2, pp. 283−312. doi.org/10.1007/bf02357859Cytological and molecular observations on Solanum phureja-induced dihaploid potatoes / S. A. Clulow [et al.] // Theor. Appl. Genet. – 1991. – Vol. 82, N 5. – P. 545−551. doi: 10.1007/BF00226789Clulow 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. Theoretical and Applied Genetics, 1991, vol. 82, no. 5, pp. 545−551. doi. org/10.1007/bf00226789

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