Выявление устойчивых к фитофторозу гибридов картофеля с использованием маркеров R-генов и искусственного заражения

   Актуальность. Фитофтороз является заболеванием, сопряженным со значительными экономическими потерями картофеля. Потери от данного заболевания в России в среднем составляют более 4 млн тонн ежегодно. Наиболее оптимальной стратегией по сдерживанию распространения патогена и борьбы с ним является создание устойчивых сортов картофеля, несущих один или несколько Rpi-генов в совокупности с высоким уровнем горизонтальной устойчивости.

   Цель исследования – выделить фитофтороустойчивые генотипы среди гибридов различного генетического происхождения и соотнести их уровень устойчивости с наличием Rpi-генов.

   Материалы и методы. Объектом исследования были гибриды картофеля различного генетического происхождения, отобранные по хозяйственно-биологическим признакам из 45 комбинаций скрещиваний. Устойчивость к фитофторозу оценивали лабораторным методом, путем искусственного заражения листьев и клубней. Оценка наличия молекулярных маркеров производилась методов ПЦР с использованием ранее опубликованных SCAR-маркеров 5-ти Rpi-генов (R1, R2, R3a, R3b и Rpi-blb1 = Rpi-sto1).

   Результаты. В рамках скрининга было выявлено 24 гибрида с высокой и очень высокой устойчивостью листьев к фитофторозу, большинство из которых несут хотя бы один Rpi-ген. Преобладающим среди очень высокоустойчивых и устойчивых образцов является ген R2. Ген R1 чаще встречается в группе гибридов со средней устойчивостью и с отсутствием устойчивости листьев. Уровень устойчивости клубней не зависит от количества и сочетания Rpi-генов и, вероятно, контролируется другим набором генов. Полученные результаты отражают сложность взаимодействия генотипа и фенотипа в системе «растение картофеля – Phytophthora infestans». Для повышения эффективности использования молекулярных маркеров в селекции при получении и отборе фитофтороустойчивых генотипов картофеля необходимо расширить линейку тестируемых маркеров известных R-генов, проводить анализ исходных родительских форм, на основании которого вести оценку гибридного потомства.

1. Информационный листок Россельхозцентра. № 22/2025 г., Исх. № 1-8/2610 от 01.08.2025 г.

2. https://potatosystem.ru/osobennosti-razvitiya-fitoftoroza/ (дата обращения 15. 06. 25)

3. https://www.agroxxi.ru/mirovye-agronovosti/ezhegodno-3-demon-stracionnyh-polja-kartofelja-s-ustoichivostyu-k-fitoftore-zakladyvayutsja-v-niderlandah.html (дата обращения 15. 06. 25)

4. Bagchi P., Sawicka B., Stamenkovic Z., Marković D., Bhattacharjee D. Potato Late Blight Outbreak: A Study on Advanced Classification Models Based on Meteorological Data. Sensors. 2024;24:7864. doi: 10.3390/s24237864

5. Kaukoranta T. Impact of global warming on potato late blight: risk, yield loss and control. Agricultural and Food Science. 1996;(5):311-327.

6. Rogozina E.V., Beketova M.P., Muratova O.A., Kuznetsova M.A., Khavkin E.E. Stacking Resistance Genes in Multiparental Interspecific Potato Hybrids to Anticipate Late Blight Outbreaks. Agronomy. 2021;11(1):115. doi: 10.3390/agronomy11010115

7. Gaiero P., Speranza P.R., De Jong H. Introgressive hybridization in potato revealed by novel cytogenetic and genomic technologies. Am. J. Potato Res. 2018;95:607–621.

8. Paluchowska P., Śliwka J. & Yin Z. Late blight resistance genes in potato breeding. Planta. 2022;255: 127. doi: 10.1007/s00425-022-03910-6

9. Muratova (Fadina) O.A., Beketova M.P., Kuznetsova M.A., Rogozina E.V., Khavkin E.E. South American species Solanum alandiae Card. and S. okadae Hawkes et Hjerting as potential sources of genes for potato late blight resistance. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2020;181(1):73-83. (In Russ.) doi: 10.30901/2227-8834-2020-1-73-83 https://elibrary.ru/nruqfx

10. Haas B.J., Kamoun S., Zody, M.C., Jiang R.H.Y., Handsaker R.E., Cano L.M., Nusbaum C. Genome sequence and analysis of the Irish potato famine pathogen Phytophthora infestans. Nature. 2009;461(7262):393–398. doi: 10.1038/nature0835

11. Su Y., Viquez-Zamora M., den Uil D. et al. Introgression of Genes for Resistance against Phytophthora infestans in Diploid Potato. Am. J. Potato Res. 2020;97:33–42. doi: 10.1007/s12230-019-09741-8

12. Fry W. Phytophthora infestans: The plant (and R gene) destroyer. Molecular Plant Pathology. 2008;9:385–402.

13. Khavkin E.E., Rogozina E.V., Kuznetsova M.A.Breeding of unique donors from interspecific potato hybrids by dna marker-assisted pyramiding of late blight resistance genes. Achievements of science and technology in agro-industrial complex. 2018;32(7):21–25. (In Russ.) doi: 10.24411/0235-2451-2018-10705 https://elibrary.ru/uyyiwz

14. FAOSTAT [Web resource] URL: https://www.fao.org/faostat/ru/#data/QCL. Access date: 20. 12. 25

15. Filippov A.V. Potato late blight. Supplement to the journal "Plant Protection and Quarantine". 2012;5. (In Russ.)

16. Guidelines for the evaluation of potato breeding material for resistance to late blight, rhizoctonia, bacterial diseases and mechanical damage. [Prepared by Yu.I. Schneider et al.]. Moscow, 1980. 53 p. (In Russ.)

17. Sokolova E., Pankin A., Beketova M., Kuznetsova M., Spiglazova S., Rogozina E, et al. SCAR markers of the R -genes and germplasm of wild Solanum species for breeding late blight-resistant potato cultivars. Plant Genet Res. 2011;9(2):309–12. doi: 10.1017/S1479262111000347

18. Kim H.J., Lee H.R., Jo K.R., Mortazavian S.M.M., Huigen D.J., Evenhuis B., et al. Broad spectrum late blight resistance in potato differential set plants MaR8 and MaR9 is conferred by multiple stacked R genes. Theor Appl Genet. 2012;124(5):923–935.

19. Rietman H., Bijsterbosch G., Cano L.M., Lee H.-R., Vossen J.H., Jacobsen E., Visser R.G.F., Kamoun S., Vleeshouwers V.G.A.A. Qualitative and quantitative late blight resistance in the potato cultivar Sarpo mira is determined by the perception of five distinct RXLR effectors. Mol. Plant-Microbe Interact. 2012;25:910–919. doi: 10.1094/MPMI-01-12-0010-R

20. Haesaert G., Vossen J.H., Custers R., De Loose M., Haverkort A., Heremans B., Hutten R., Kessel G., Landschoot S., van Droogenbroeck B. et al. Transformation of the potato variety Desiree with single or multiple resistance genes increases resistance to late blight under field conditions. Crop. Prot. 2015;77:163–175.

21. Bradshaw J.E., B. Pande G.J., Bryan C.A., Hackett K. McLean, H.E. Stewart, and R. Waugh. Interval mapping of quantitative trait loci for resistance to late blight [Phytophthora infestans (Mont.) de Bary], height and maturity in a tetraploid population of potato (Solanum tuberosum subsp. Tuberosum). Genetic. 2004; Oct;168(2):983–995. doi: 10.1534/genetics.104.030056

22. Simko, I., S. Costanzo, V. Ramanjulu, B.J. Christ, and K.G. Haynes. Mapping polygenes for tuber resistance to late blight in a diploid Solanum phureja × S. stenotomum hybrid population. Plant Breeding. 2006;125(4):385–389. doi: 10.1111/j.1439-0523.2006.01232.x

23. Liu Z., Halterman D. Different genetic mechanisms control foliar and tuber resistance to Phytophthora infestans in wild potato Solanum verrucosum. American Journal of Potato Research. 2009;86:476–480.

24. Mayton H., Griffiths H.I., Simko S., Cheng J., Lorenzen W., De Jong, Fry W.E. Foliar and tuber late blight resistance in a Solanum tuberosum breeding population. Plant Breeding. 2010;129(2):197–201. doi: 10.1111/j.1439-0523.2009.01671.x

25. Beketova M.P., Drobyazina P.E. & Khavkin E.E. The R1 gene for late blight resistance in early and late maturing potato cultivars. Russ J Plant Physiol. 2006;53:384–389. doi: 10.1134/S1021443706030149

26. Wang M., Allefs S., van den Berg R.G. et al. Allele mining in Solanum: conserved homologues of Rpi-blb1are identified in Solanum stoloniferum. Theor Appl Genet. 2008;116:933–943. doi: 10.1007/s00122-008-0725-3

27. Halterman D.A., Kramer L.C., Wielgus S., Jiang, J.M. Performance of Transgenic Potato Containing the Late Blight Resistance Gene RB. Plant Disease. 2008;92:339-343. doi: 10.1094/PDIS-92-3-0339

28. Chen S.H., Borza T., Byun B., Coffin R., Coffin J., Peters R. and Wang-Pruski, G. DNA Markers for Selection of Late Blight Resistant Potato Breeding Lines. American Journal of Plant Sciences. 2017;8:1197-1209. doi: 10.4236/ajps.2017.86079

29. Jo K.R., Kim C.J., Kim S.J., Kim T.Y., Bergervoet M., Jongsma M.A., Visser R.G., Jacobsen E., Vossen J.H. Development of late blight resistant potatoes by cisgene stacking. BMC Biotechnol. 2014; 14: 50. doi: 10.1186/1472-6750-14-50

30. Black W., Mastenbroek C., Mills W.R., Peterson L.C. A proposal for an international nomenclature of races of Phytophthor infestans and of genes controlling immunity in Solanum demissum derivatives. Euphytica. 1953;2:173–179. doi: 10.1007/BF00053724

31. Malcolmson J.F. Races of Phytophthora infestans occurring in Great Britain. Trans Br Mycol Soc. 1969;53:417–423. doi: 10.1016/S0007-1536(69)80099-9