Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, e-mail: d.milczarek@ihar.edu.pl, tel. 22 7299248 w. 222
Prace zostały wykonane w ramach badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej na podstawie decyzji Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi nr HOR.hn.802.19.2018 Zadanie nr 60.
Słowa kluczowe: cechy użytkowe, mapowanie, mątwik, odporność, Solanum gourlayi , ziemniak
Celem zadania jest poznanie genetycznych uwarunkowań odporności na mątwiki, zaobserwo-wanej w gatunku Solanum gourlayi oraz wyróż-nienie w obrębie ziemniaka o różnych kierunkach użytkowania form o złożonej odporności na mątwi-ki atakujące ziemniak (patotypy mątwika ziem-niaczanego - Globodera rostochiensis i mątwika agresywnego - G. pallida).
Celem tematów realizowanych w ramach zadania w 2019 roku było: a) Przeprowadzenie oceny odporności wybranych klonów tetraplo-idalnych na patotypy G. rostochiensis; b) Przepro-wadzenie doświadczenia polowego z udziałem wybranych klonów tetraploidalnych: ocena plonu bulw, ich morfologii oraz zawartości skrobi. Selekcja form o złożonej odporności na mątwiki będzie częściowo prowadzona z wykorzystaniem diagnostycznych markerów molekularnych. Prze-prowadzenie krzyżowań interploidalnych mają-cych na celu wprowadzenie odporności ze źródła Solanum gourlayi na poziom tetraploidalny; c) stworzenie mapy genetycznej i przeprowadze-nie analizy QTL, co pozwoli na poznaprzeprowadze-nie gene-tycznych uwarunkowań odporności na mątwiki zaobserwowanej w gatunku S. gourlayi oraz namnożenie materiału bulwowego wybranej populacji mapującej.
Materiał badawczy obejmował: (a) klony
z diploidalnej populacji mapującej DW 94-4235 × Sg 2/7 oraz (b) 50 klonów tetraploidalnych o złożonej odporności na patotypy Globodera spp. pochodzących z 3 kombinacji krzyżówko-wych. Dla klonów tetraploidalnych przeprowa-dzono ocenę odporności na patotypy Ro1, 2, 3, 4 i 5 G. rostochiensis. Klony tetraploidalne prowa-dzono w doświadczeniu polowym (7 krzakowe poletka × 2 powtórzenia) i oceniono plon bulw, zawartość i plon skrobi, morfologię bulw (w skali 1-9, 9 = najlepsze oceny) oraz nasilenie wystę-powania defektów bulw (w skali 1-4, 4 = brak wad). Dla klonów tych wykonano również analizę molekularną obecności fragmentów diagnostycz-nych markera GP122 genu Ry-fsto, warunkującego odporność na wirus Y ziemniaka oraz marke-ra Nl25 genu Sen1, warunkującego odporność na raka ziemniaka. Ponadto wybrane wyróżnia-jące się klony oceniono pod kątem cech kuli-narnych. Wykonano także program krzyżowań interploidalnych mający na celu wprowadzenie odporności z Solanum gourlayi na poziom tetra-ploidalny.
Stworzono mapę genetyczną oraz przeprowa-dzono analizy QTL. Analizy QTL przeprowaprzeprowa-dzono stosując mapowanie interwałowe. QTL wykry-wano przyjmując wartość LOD = 3, za krytycz-ną. Wykorzystano programy: Van Oojien JW
BIULETYN IHAR Nr 291 (1) / 2020
120
(2006) JoinMap®4 oraz Van Ooijen JW (2009) MapQTL®6.
W praktyce hodowlanej korzystne jest łączenie genów odporności. Kumulacja genów odporności (łączenie genów nadających odporność na różne patogeny) zapewnia odporność na szerokie spek-trum szkodników. Natomiast piramidyzacja genów odporności (łączenie genów nadających odporność na ten sam patotyp) utrudnia powstawanie wiru-lentnych ras patogenów (Kim i in., 2012). Wybra-ne na podstawie amplifikacji markerów genów H1, Gro1-4 i GpaVvrn klony tetraploidalne, charaktery-zujące się odpornością n apatotypy Pa2,3 G. pallida, przetestowano pod kątem odporności na wszystkie patotypy G. rostochiensis. Spośród 50 klonów tetra-ploidalnych, przetestowanych pod kątem odporno-ści na patotypy G. rostochiensis 48 było odpornych na patotyp Ro1, 36 klonów było odpornych na pato-typ Ro2, 48 było odpornych na patopato-typ Ro3, 46 klonów było odpornych na patotyp Ro4 a 32 klony wykazały się odpornością na patotyp Ro5. 31 spośród badanych klonów charakteryzowało się odpornością na wszystkie patotypy G. rostochien-sis.
Ocena plonowania klonów tetraploidalnych, uzyskanych w wyniku krzyżowań form o złożonej odporności na Globodera spp., wskazuje na porów-nywalny poziom ich plonu bulw i plonu skrobi w porównaniu do wykorzystanych w doświadcze-niu odmian wzorcowych. Również cechy morfologii bulw badanych klonów były na poziomie porówny-walnym do wartości uzyskanych dla odmian wzor-cowych.
Przeprowadzono porównanie średnich warto-ści cech pomiędzy grupą klonów charakteryzu-jących się amplifikacją markerów genów H1, Gro1-4 i GpaVvrn. Klony posiadające wszystkie markery charakteryzowały się najwyższym plonem bulw. Badane klony nie wykazywały zróżnicowania w ramach pozostałych badanych cech. Klony posia-dające markery HC, Gro1-4 i 57R charakteryzo-wały się dobrym poziomem cech agronomicznych, co wskazuje na możliwość wytypowania spośród populacji tetraploidalnych klonów o dobrym pozio-mie badanych cech połączonych z odpornością na patotypy Ro1, Ro4 i Ro5 G. rostochiensis oraz Pa2/3 G. pallida.
Prezentowana praca wskazuje na możliwość kreowania materiałów hodowlanych o złożo-nych opornościach oraz materiałów, które wnoszą odporność na szkodniki od niedawna szerzące się w Europie, jak G. pallida (Przetakiewicz i in. 2017). Ponadto wyselekcjonowano 6 klonów łączących
odporność na patotypy mątwika ziemniaczanego i agresywnego z odpornością na wirus Y ziemnia-ka i na raziemnia-ka ziemniaziemnia-ka (potwierdzone amplifiziemnia-kacją markerów genów odporności: H1, Gro1-4, GpaVvrn, sen1 i Ry-fsto).
W wyniku przeprowadzenia programu krzyżo-wań interploidalnych uzyskano 55 jagód, a z nasion uzyskanych z krzyżowań interploidanych 2018 zebrano 8 klonów, które wytworzyły bulwy. Wska-zuje to na możliwość wprowadzenia odporności z Solanum gourlayi na poziom tetraploidalny.
W ramach tematu przeprowadzono krzyżowania diploidalnej formy S. gourlayi (formy Sg) odpornej na patotypy Pa2 i Pa3 G. pallida z diploidalną formą podatną DW 94-4235 uzyskując populację, która posłużyła do stworzenia mapy genetycznej z wyko-rzystaniem markerów DArTseq. Uzyskana mapa genetyczna liczy 1316 loci i mierzy łącznie 1021 cM. Na podstawie utworzonej mapy przeprowa-dzono analizę QTL dla odporności na patotypy Pa2 i Pa3 mątwika agresywnego (G. pallida). Analiza została przeprowadzona osobno dla każdego zbio-ru danych (liczba cyst i ocena odporności w latach) oraz na wartościach średnich a następnie porównano uzyskane wyniki. Dla danych dotyczących odpor-ności na mątwika agresywnego patotyp Pa2 wyzna-czono 69 pozycji o LOD > 3, na chromosomach II, V, VIII, IX, X, XI i XII. Żadna z tych lokalizacji nie była jednak powtarzalna w latach. Dla danych dotyczących odporności na mątwika agresywne-go patotyp Pa3 wyznaczono 212 pozycji o LOD > 3, na chromosomach IV, V, VI, VII, X, XI i XII. Powtarzalne w latach, ocenie vs liczbie cyst, było 5 lokalizacji uzyskanch dla chromosomu XI. Uzyska-ne wyniki wskazują, że badana cecha (odporność na G. pallida) jest warunkowana wieloma genami o sumujących się efektach. Różne wyniki uzyskane w latach sugerują natomiast modyfikujący wpływ środowiska na tą cechę.
Ocena odporności wybranych klonów tetraplo-idalnych potwierdza wysoką złożoną odporność klonów pochodzących z krzyżowań łączących odporność na G. rostochiensis z odpornością na G. pallida. Grupa wybranych klonów może więc posłużyć do zbadania zależności pomiędzy odpor-nością na mątwiki a jakością bulw ziemniaka.
Wyniki doświadczenia polowego wskazu-ją, że klony łączące odporności na różne patoty-py mątwika ziemniaczanego i agresywnego nie odbiegają do odmian wzorcowych pod względem badanych cech agronomicznych (plon, skrobia, morfologia bulw). Nagromadzenie odporności na mątwiki nie ma więc negatywnego wpływu Dorota Milczarek, Bogdan Flis, Anna Podlewska-Przetakiewicz
na te cechy.
Wyselekcjonowano 6 klonów charakteryzują-cych się amplifikacją markerów 5 genów odporno-ści: H1, Gro1-4, GpaVvrn, sen1 i Ry-fsto.
Uzyskano łącznie 24 jagody z krzyżowania form Sg z klonem 11-VIII-86 oraz 30 jagód z krzyżowa-nia z udziałem klonu PW363, a z nasion uzyska-nych z krzyżowań interploidauzyska-nych 2018 zebrano 8 klonów, które wytworzyły bulwy co wskazuje na możliwość wprowadzenia odporności z S. gour-layi na poziom tetraploidalny.
Bazując na danych uzyskanych z analizy DArTseq dla populacji mapującej stworzono mapę genetyczną Solanum gourlayi. Uzyskana mapa genetyczna liczy 1316 loci i mierzyła łącznie 1021 cM. Na jej podstawie przeprowadzono analizę QTL.
Analizę QTL przeprowadzono wyznaczając loci na chromosomie XI tłumaczące średnio od 12,9 do 14,8% zmienności w przypadku oceny odporno-ści na patotyp Pa3 G. pallida.
Literatura
Kim, H. J., Lee, H. R., Jo, K. R., Mahdi, Mortazavian, S. M., Huigen, D. J., Evenhius, B., Kessel, G., Visser, R. G. F., Jacobsen, E., Vossen, J. H. (2012). Broad spectrum late blight resistance in potato differential set plants MaR8 and
MaR9 is conferred by multiple stacked R genes.
Theoreti-cal and Applied Genetics 124: 923–935.
Przetakiewicz, A., Milczarek, D., Zimnoch-Guzowska, E., & Flis, B. (2017). Improvement level of nematode resis-tance in potato facing changes in population of Globodera spp. JAPS: Journal of Animal & Plant Sciences, 27(6).
Komunikat
Short communication
BIULETYN INSTYTUTU HODOWLI I AKLIMATYZACJI ROŚLIN Nr 291 (1) / 2020: 123–125 E-ISSN: 2657–8913
Dorota Michałowska , Agnieszka Przewodowska, Włodzimierz Przewodowski, Joanna Piskorz, Oksana Olejnik