Hodowla i genetyka
O
O
O
D
D
D
P
P
P
O
O
O
R
R
R
N
N
N
O
O
O
Ś
Ś
Ś
Ć
Ć
Ć
N
N
N
A
A
A
W
W
W
I
I
I
R
R
R
U
U
U
S
S
S
Y
Y
Y
M
M
M
I
I
I
S
S
S
W
W
W
T
T
T
E
E
E
T
T
T
R
R
R
A
A
A
P
P
P
L
L
L
O
O
O
I
I
I
D
D
D
A
A
A
L
L
L
N
N
N
Y
Y
Y
C
C
C
H
H
H
I
I
I
D
D
D
I
I
I
P
P
P
L
L
L
O
O
O
I
I
I
D
D
D
A
A
A
L
L
L
N
N
N
Y
Y
Y
C
C
C
H
H
H
M
M
M
A
A
A
T
T
T
E
E
E
R
R
R
I
I
I
A
A
A
Ł
Ł
Ł
A
A
A
C
C
C
H
H
H
Z
Z
Z
I
I
I
E
E
E
M
M
M
N
N
N
I
I
I
A
A
A
K
K
K
A
A
A
mgr Krystyna Michalak, mgr Iwona Wasilewicz-Flis
IHAR-PIB, Zakład Genetyki i Materiałów Wyjściowych Ziemniaka (ZGiMW) w Młochowie ul. Platanowa 19, 05-831 Młochów, e-mail: k.michalak@ihar.edu.pl
irus M ziemniaka (Potato virus M, PVM) i wirus S ziemniaka (Potato
virus S, PVS) są zaliczane do
ro-dzaju Carlavirus rodziny Flexiviridae. W na-siennictwie i uprawie są określane mianem „lekkich”, ponieważ na ogół nie powodują na roślinach silnych objawów chorobowych. Czasem jednak takie objawy można zaob-serwować, zależy to od reakcji odmiany na infekcję i szczególnie dotyczy wirusa M (Chrzanowska, Zagórska 1996). Oba wirusy są zaliczane do tzw. nietrwałych,
przenoszo-nych niekrążeniowo na kłujce mszyc, co znacznie ułatwia ich rozprzestrzenianie.
PVM występuje we wszystkich rejonach uprawy ziemniaka, ale problemem jest głów-nie we wschodgłów-niej i południowo-wschodgłów-niej Europie. Straty plonu powodowane przez PVM mogą sięgać 30%, a w skrajnych przy-padkach nawet 75% (Kostiw 2011). PVS jest również szeroko rozpowszechniony w Pol-sce i na świecie (Chrzanowska 2000), jed-nak nie ma dużego znaczenia gospodarcze-go. Z badań prowadzonych w oddziale
IHAR-PIB w Młochowie wynika, że niektóre odmiany mogą być porażone PVS w 100%. Straty plonu odmian całkowicie zainfekowa-nych są oceniane na kilka do 20% (Brunt 2001).
Na porażonych roślinach ziemniaka obja-wy wirusa S na ogół są słabe, ale bywają również bardzo wyraźne, szczególnie na liściach roślin zacienionych uprawianych w szklarni. Takie objawy (chlorotyczne rysunki, zielone plamki na żółknącym tle) zaobser-wowano w szklarni w Młochowie na odmia-nach Jasia i Kuba (Chrzanowska i in. 2011). Wirus S stwarza problemy w produkcji zdro-wych sadzeniaków, szczególnie w krajach, w których jest on normowany, np. w Szkocji. W Polsce nie ma takich wymogów.
PVS może sprawiać trudności w pracach
in vitro, gdyż jest wirusem, którego trudno
pozbyć się z rośliny. Jego eliminacja jest procesem długotrwałym, ale w rezultacie dającym efekty w postaci kultur wolnych od PVS.
Odmiany będące w krajowym rejestrze (KR) nie są standardowo badane przed reje-stracją pod kątem odporności na PVM i PVS, a w konsekwencji nie przypisuje im się stop-nia odporności.
Odporność na PVM w diploidalnych klonach oraz tetraploidalnych odmianach ziemniaka
W diploidalnych klonach, wywodzących się z syntezy form rodzicielskich prowadzonej od ponad 40 lat w oddziale IHAR-PIB w Mło-chowie, odporność na PVM pochodzi głów-nie z dzikiego diploidalnego gatunku
Sola-num gourlayi. Opracowano metodę oceny
odporności, która pozwala na wyselekcjono-wanie form bardzo wysoko odpornych na PVM (Wasilewicz-Flis 2001). Pierwszym etapem jest inokulacja mechaniczna roślin badanego genotypu, a w następnych dwóch latach inokulacja przez szczepienie, gdzie badana forma jest podkładką, a zrazem zain-fekowany pęd pomidora. W obu wypadkach ocenia się porażenie pierwotne i wtórne za pomocą testu ELISA. Stosuje się silny izolat PVM z odmiany Uran, namnażany na rośli-nach pomidora. Wzorcem odpornym jest wysoko odporny diploidalny klon DW 84- -1457.
Odporność wywodząca się z S. gourlayi, warunkowana występowaniem genu Gm, ma charakter tolerancji, która przejawia się wy-soką odpornością na infekcję w połączeniu z powolnym namnażaniem, słabym prze-mieszczaniem się oraz niską koncentracją wirusa w porażonej roślinie (Waś i in. 1980). Odporność ta jest niezależna od szczepu PVM i przejawia się w szerokim zakresie temperatur. Jej źródłem dla materiałów diplo-idalnych, a dzięki tworzeniu męskich gamet o niezredukowanej liczbie chromosomów również dla tetraploidalnych, jest klon DW 84-1457 (Dziewońska, Wawrzyczek 1991). Klon ten, rozmnażany w polu przez prawie 30 lat, nie uległ porażeniu PVM. W 1993 r. po raz pierwszy przekazano hodowcom te-traploidalne materiały wyjściowe z odporno-ścią na PVM determinowaną genem Gm (Chrzanowska i in. 2002).
W materiałach diploidalnych istnieje nie-wielka grupa klonów z odpornością na PVM, która wywodzi się z dzikiego diploidalnego gatunku S. megistacrolobum i jest związana z reakcją nadwrażliwości warunkowaną ge-nem Rm (Dziewońska i in. 1978). Odporność oparta na reakcji nadwrażliwości może wy-stępować równocześnie z odpornością na porażenie pochodzącą z odmian i rodów hodowlanych (Butkiewicz 1984). Rośliny posiadające ten typ odporności pozostają zdrowe nawet przy dużej presji wirusa.
Poziom odporności form z genem Rm za-leży od tła genetycznego (Dziewońska i in. 1978). Rośliny klonów z odpornością opartą na reakcji nadwrażliwości nie ulegają me-chanicznemu zakażeniu PVM, a po szcze-pieniu wykazują reakcję nekrotyczną (Chrzanowska 1988). Waś i inne (1980) oceniły odporność pochodzącą od S.
gour-layi jako silniejszą niż wywodząca się z S. megistacrolobum. Pierwsze materiały
wyj-ściowe z genem Rm przekazano hodowcom w 1985 r. (Chrzanowska i in. 2002). Od 1997 w ofercie materiałów wyjściowych są tetra-ploidalne rody łączące odporność z dwóch źródeł: z S. gourlayi i S. megistacrolobum.
Do oceny odporności na PVM determino-wanej równocześnie genami Gm i Rm sto-sowana jest metoda inokulacji mechanicznej i przez szczepienie. Po szczepieniu badane rośliny powinny być prowadzone w stałej temperaturze 27oC, która pozwala na
ujaw-nienie się reakcji nekrotycznej warunkowanej genem Rm, hamowanej w niższych tempera-turach przez obecność genu Gm (Miętkiew-ska 1997). W selekcji form odpornych na PVM będzie możliwe stosowanie markerów molekularnych, ponieważ lokalizacja genów
Rm i Gm w genomie ziemniaka jest znana.
Prace molekularne są na etapie wdrażania do syntezy materiałów wyjściowych.
W aktualnym KR odporność odmian na PVM jest związana z obecnością genu reak-cji nadwrażliwości Rm. W latach 2008-2011 w oddziale IHAR-PIB w Młochowie przete-stowano 37 odmian ziemniaka w celu okre-ślenia ich reakcji na PVM po mechanicznym zakażeniu roślin w warunkach szklarniowych (tab. 1). Ocena 102 odmian została przed-stawiona w publikacji Chrzanowskiej i innych (2011).
Tabela 1
Reakcja 37 odmian ziemniaka na infekcję silnym szczepem PVM
Objawy chorobowe po inokulacji roślin silnym szczepem PVM
słabe średnie średnie do silnych silne do bardzo silnych
Aruba Bellarosa Bosman Etola* Jutrzenka* Miłek Tucan Zagłoba Zuzanna Cyprian Ewelina Flaming Gawin* Meridian Michalina* Owacja Tetyda Wiarus Carrera Pokusa Roko Soplica* Almera Altesse* Arielle Berber Danuta* Ingrid* Justa Kuras Promyk
Nie uległy infekcji: Ametyst, Bursztyn*, Eugenia, Finezja, Gustaw*, Legenda*
* nieujęte w publikacji Chrzanowskiej i innych (2011)
Ocenę przeprowadzono zgodnie z meto-dyką opisaną przez Chrzanowską i inne (2011). Każdy genotyp reprezentowało 20 roślin, które w warunkach szklarniowych były zakażane mechanicznie silnym szczepem PVM z odmiany Uran. Po ok. 7 dniach rośli-ny wysadzano w polu w celu obserwacji ob-jawów PVM. Jesienią pobierano po 2 bulwy z rośliny do próby oczkowej w warunkach szklarniowych. Opisano wtórne objawy cho-robowe, a obecność wirusa w roślinach sprawdzono testem ELISA.
W zależności od nasilenia objawów PVM na roślinach odmiany podzielono na reagu-jące słabo, średnio lub silnie. Odmiany,
któ-rych rośliny nie uległy zakażeniu, w następ-nym roku szczepiono infekcyjnastęp-nymi zrazami w celu uzyskania reakcji nekrotycznej na odro-stach podszczepiennych. Odmiany, których rośliny wykazały brak porażenia po mecha-nicznej inokulacji oraz reakcję nekrotyczną, uważa się za odporne na PVM. Pierwszymi odmianami w Polsce, w których wykryto gen
Rm, były: Triada zarejestrowana w 1996 r. i
Korona zarejestrowana w 2002. W puli 37 ocenianych odmian u 6 – Ametyst, Bursztyn, Eugenia, Finezja, Gustaw i Legenda – stwierdzono reakcję nadwrażliwości na PVM związaną z obecnością genu Rm (tab. 2).
Tabela 2
Odmiany ziemniaka odporne na PVM z reakcją nadwrażliwości
Odmiana Formy rodzicielskie Rok rejestracji Hodowla
Ametyst PW 353 x Bila 2009 PMHZ Strzekęcino
Bursztyn M 62633 x Fianna 2010 PMHZ Strzekęcino
Eugenia PW 368 x Pamir 2006 HZ Zamarte
Finezja PS 1669 x Karlena 2007 HZ Zamarte
Gustaw DS 2 x PS 647 2010 PMHZ Strzekęcino
Dotychczas nie wykorzystano w hodowli ziemniaka odporności na PVM pochodzącej z S. gourlayi, determinowanej genem Gm.
Odporność na PVS w diploidalnych klonach i tetraploidalnych odmianach ziemniaka
Stwierdzona w diploidach oraz niektórych odmianach odporność na PVS pochodzi z tetraploidalnego gatunku uprawnego S.
tube-rosum subsp. andigena i jest determinowana
przez gen Ns (Baerecke 1967). Ekspresja tego genu wyraża się reakcją nadwrażliwości po inokulacji roślin przez szczepienie. Gen ten zapewnia wysoką odporność na zakaża-nie PVS w warunkach polowych, chociaż Butkiewicz i Dziewońska (dane niepubliko-wane) zaobserwowały, że rośliny rodów z genem Ns sporadycznie porażały się PVS w polu.
Pierwszymi odmianami posiadającymi gen Ns były węgierska Szignal i niemiecka Fantasia (Ross 1986). Do tej pory odporność na PVS opartą na reakcji nadwrażliwości warunkowaną genem Ns stwierdzono u 5 odmian: Barycz, Klepa, Meduza i Omulew (Chrzanowska 2000) oraz Neptun, których obecnie nie ma w KR. Opracowano markery molekularne sprzężone z genem Ns, które mogą mieć zastosowanie w selekcji diplo-idalnych i tetraplodiplo-idalnych form odpornych na PVS (Marczewski 2001). Spośród diplo-idalnych klonów ziemniaka wyróżniono ge-notypy odporne na PVS, które włączono do prac genetycznych.
W oddziale IHAR-PIB w Młochowie od wielu lat testuje się rośliny z prób sadzenia-ków pod względem porażenia wirusem S (Chrzanowska, Zagórska 2005). W latach 2007-2012 przetestowano 20-bulwowe próby sadzeniaków kwalifikowanych 100 odmian ziemniaka. Z tej grupy 71% prób okazało się wolnych od PVS, 19% wykazało porażenie 0-20%, a 10% było porażonych w 90-100% przynajmniej raz na 3-4 próby: z HZ Zamarte Gwiazda, Hubal, Stasia, z PMHZ Strzekęci-no Ametyst i Michalina. Odmiany, u których stwierdzono najwyższe porażenie PVS, na-leżą do nowszych i jeszcze nie przeszły pro-cesu odwirusowania w kulturach in vitro.
Spośród testowanych odmian wyróżniono 9, których rośliny okazały się wolne od wiru-sa S w kilku kolejnych latach. Do oceny
od-porności na PVS użyto metody mechanicz-nego zakażania 10 roślin każdej odmiany izolatem zwykłym z odmiany Leona. Po in-okulacji rośliny były prowadzone w szklarni, ponieważ w tych warunkach objawy poraże-nia PVS są wyraźne. Na dolnych liściach pojawiają się drobne, zielone plamki na żółknącym tle. W czwartym tygodniu po in-okulacji rośliny były badane na obecność wirusa testem ELISA. PVS nie wykryto w roślinach 7 odmian: Etola, Jutrzenka, Skawa, Ślęza, Sonda, Tajfun i Zenia. Odporność odmiany Tajfun na PVS pochodzi od form rodzicielskich wyhodowanych w Młochowie i jest warunkowana genem Ns. Źródła odpor-ności pozostałych odmian nie są znane, dla-tego też wymagają one dalszych badań.
Podsumowując, należy zauważyć, że chociaż PVM i PVS są zaliczane do wirusów o mniejszym znaczeniu gospodarczym, trze-ba je uwzględniać w hodowli odpornościo-wej. Nie ma postępu hodowlanego w zakre-sie odporności odmian na oba wirusy. W KR jedynie 6 odmian jest odpornych na PVM (z genem Rm), a odporności determinowanej genem Gm hodowcy dotychczas nie wyko-rzystali. Podobnie, tylko 7 odmian ma gene-tyczną odporność na PVS. Wykorzystanie diploidalnych klonów ziemniaka jako źródła odporności na PVM i PVS może być równo-ległą drogą, obok tradycyjnej hodowli, do podniesienia poziomu odporności na te wiru-sy w nowych odmianach.
Literatura
1. Baerecke M. L. 1967. Überempfindlichkeit gegen
das S-Virus der Kartoffel in einem bolivianischen Andi-gena-Klon. – Züchter 37: 281-286; 2. Brunt A. 2001. Potato virus S (PVS; Genus Carlavirus). [W:] Loeben-stein G., Berger P. H., Brunt A. A., Lawson R. H. (eds). Virus and virus like diseases of potatoes and produc-tion of seed-potatoes. Kluwer Acad. Publ.: 109-112;
3. Butkiewicz H. 1984. Synteza materiałów
wyjścio-wych odpornych na wirusy. – Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 273: 135-148; 4. Chrzanowska M. 1988. Reakcja rodów ziemniaka polowo odpornych na wirus liścio-zwoju (PLRV) oraz wirusy Y (PVY) i M (PVM) po zaka-żeniu roślin metodą szczepienia. – Biul. Inst. Ziemn. 38: 9-19; 5. Chrzanowska M., Zagórska H. 1996. Reakcja odmian ziemniaka na silny szczep wirusa M po sztucznej inokulacji roślin. – Biul. Inst. Ziemn. 46: 17-27; 6. Chrzanowska M. 2000. Krańcowa odpor-ność na wirusy Y i X ziemniaka oraz polowa odporodpor-ność
na wirus S ziemniaka w polskich odmianach ziemnia-ka. – Biul. IHAR 214: 231-238; 7. Chrzanowska M.,
Sieczka M. T., Zagórska H. 2002. Resistance to PVM
in potato parental lines bred in Młochów Research Center. IHAR. – Plant Breed. Seed Sci. 46, 2: 57-65;
8. Chrzanowska M., Zagórska H. 2005. Izolaty wirusa
S w materiałach nasiennych odmian ziemniaka upra-wianych w Polsce. – Ziemn. Pol. 4: 7-10; 9.
Chrza-nowska M., Michalak K., Zagórska H., Szajko K. 2011. Reakcja na wirusy odmian ziemniaka
znajdują-cych się w Krajowym Rejestrze w 2010 roku. – Biul. IHAR 260/261: 309-324; 10. Dziewońska M. A.,
Czech B., Ostrowska K., Waś M. 1978. Reaction to
potato virus M (PVM) of hybrids with gene Rm derived from Solanum megistacrolobum. [W:] 7th Trienn. Conf. EAPR, Warsaw. Abstr.: 155-156; 11. Dziewońska M.
A., Wawrzyczek M. 1991. Synteza ziemniaków
odpor-nych na wirusy – dorobek i perspektywa. [W]: Synteza materiałów wyjściowych dla hodowli ziemniaka – doro-bek i perspektywa. Mater. konf. zorganizowanej przez ZGiSMW. Bonin, 20-21.02.1991. Inst. Ziemn. Bonin:
17-27; 12. Kostiw M. 2011. Ocena zagrożenia planta-cji nasiennych ziemniaka przez choroby wirusowe. – Wieś Jutra 150/151: 27-29; 13. Marczewski W. 2001. Inter-simple sequence repeat (ISSR) markers for the
Ns resistance gene in potato (Solanum tuberosum L.).
– J. Appl. Genet. 42 (2): 139-144; 14. Miętkiewska E.
1997. Współdziałanie dwóch typów odporności na
wirus M ziemniaka (PVM), pochodzących od Solanum
gourlayi i S. megistacrolobum w ziemniakach
tetraplo-idalnych. Rozpr. dokt. IHAR Oddz. Młochów: 73 s.;
15. Ross H. 1986. Potato breeding – problems and
perspectives. – Advances in Plant Breeding. Suppl. J. Plant Breed.: 74 s.; 16. Wasilewicz-Flis I. 2001. Se-lekcja rodów hodowlanych odpornych na wirus M ziemniaka (PVM), w których odporność determinowa-na jest gedeterminowa-nami Gm i Rm. – Monogr. i Rozp. Nauk. 10/2001: 49-51; 17. Waś M., Dziewońska M. A.,
Ostrowska K., Kowalska A. 1980. Reaction of So-lanum gourlayi and its hybrids with SoSo-lanum tubero-sum to potato virus M (PVM). – Phytopath. Z. 97: 186-
