Quarantine nematode species and pathotypes potentially dangerous for domestic potato production: populations diversity and the genetics of potato resistance

N V Mironenko,A V Khiutti,T A Gavrilenko,O S Afanasenko

doi:10.18699/vj20.665

Abstract

Обзор посвящен проблеме потенциально опасных для отечественного картофелеводства каран- тинных видов и патотипов нематод. Картофель поражают более 30 видов паразитических нематод, однако в статье основное внимание уделено самым вредоносным, приносящим большой ущерб картофелеводству пред- ставителям родов Globodera, Ditylenchus, Nacobbus и Meloidogyne. Проанализированы фитопатологические и молекулярные методы идентификации видов и патотипов и основные достижения в изучении изменчивости популяций паразитических нематод картофеля. Показано, что, благодаря особенностям жизненного цикла не- матод и лабильности их геномов, генетическая изменчивость этих организмов очень велика, что создает угрозу образования новых патогенных генотипов паразита. Сведения о внутри- и межпопуляционной изменчивости нематод важны для изучения путей интродукции и распространения отдельных видов, а также поиска корреля- ций молекулярных маркеров с определенным патотипом. Филогенетические исследования, основанные на со- временных данных по генетической изменчивости популяций, позволили выявить комплексы видов у Globodera pallida (Stone) Behrens и Nacobbus aberrans (Thorne) Thorne & Allen (sensu lato), включающие криптические виды. К основным составляющим успешной защиты, предотвращающей массовое распространение паразитических нематод, относятся карантинные мероприятия, агротехнические приемы, биологические способы защиты и возделывание устойчивых сортов. Особое внимание в обзоре уделено вопросам селекции сортов картофеля с длительной устойчивостью к различным видам нематод, поскольку возделывание таких сортов – экологически наиболее безопасный и экономически выгодный способ предотвращения эпифитотий. В настоящее время до- стигнуты значительные успехи в генетической защите сортов картофеля, особенно в отношении цистообразую- щих нематод. Приведены сведения об источниках устойчивости картофеля к паразитическим нематодам, выде- ленных в коллекциях диких и культурных видов. Проанализированы данные об идентифицированных R-генах и QTL устойчивости, которые были интрогрессированы в селекционный материал с помощью различных методов и подходов. Представлены результаты изучения структурной и функциональной организации генов устойчиво- сти к цистообразующим нематодам картофеля. Рассмотрены результаты исследований по использованию моле- кулярных маркеров определенных генов в маркер-опосредованной селекции для создания новых устойчивых сортов, в том числе с групповой устойчивостью.

Highlights

Quarantine nematode species and pathotypes potentially dangerous for domestic potato production bus and Meloidogyne
The information about the intra- and interpopulation variability of nematodes is important for studying the ways of introduction and distribution of separate species, as well as for searching for the correlations of molecular markers with the pathotype
Phylogenetic studies based on modern data on genetic variability of populations have allowed to reveal species complexes in Globodera pallida (Stone) Behrens and Nacobbus aberrans (Thorne) Thorne & Allen, including cryptic species

Summary

Potato differentials

Ro1,2,3,4,5; Pa1,2,3 отмечено появление размножающейся популяции ЗКН, которая была определена как патотип Ro2 (Brodie, 1995; 1996). Что из-за длительного использования устойчивых сортов картофеля с геном H1 развитие вирулентной популяции (Ro2) может быть результатом недавней мутации, а не интродукции нового патотипа ЗКН (Mimee et al, 2015). У ряда устойчивых образцов культурных и близкородственных диких видов картофеля было идентифицировано около 25 генетических факторов, детерминирующих устойчивость к ЦКН: R-гены, обеспечивающие реакцию сверхчувствительности (H1, Gpa2) или конститутивно экспрессирующиеся во всех тканях растения (Gro1-4), и локусы количественных признаков (QTL), вовлеченные в контроль длительной олиго- и полигенной устойчивости либо в контроль частичной устойчивости к одному или нескольким патотипам одного из видов нематод Для детекции у растений функциональных аллелей R-генов устойчивости к ЦКН, а также локусов количест венных признаков, контролирующих частичную устойчивость к глободерозам, разработаны многочисленные ДНК-маркеры, которые широко применяются в маркеропосредованной селекции (MAS) (Dalamu et al, 2012; Хютти и др., 2017), а также мультиплексные системы (Asano et al, 2012), позволяющие существенно повысить эффективность селекционно-генетических программ по созданию устойчивых к ЦКН сортов картофеля. В цитированных выше работах описано различное число маркеров, но в большинстве случаев в наборы входили и наиболее информативные из них: Gro гена Gro, а также маркеры TG689 и 57R гена Н1

Interspecific hybrids

Meloidogyne fallax