Increasing the resistance of varieties to diseases and pests is a priority in potato breeding. Many potato varieties created in the Leningrad Scientific Research Institute of Agriculture "Belogorka" are multi-species hybrids possessing complex resistance to the most spread pathogens in combination with a high plasticity, which determined their zoning in many regions of the Russian Federation. Potato varieties and hybrids created in different periods of time in this institute and in the Ltd Breeding company "LiGa" were included in marker-assisted selection with 22 markers of 14 R genes conferring extreme resistance to viruses PVY and PVX, resistance to cyst nematodes Globodera pallida (patotypes Pa2, Pa3) and G. rostochiensis (pathotype Ro1) and resistance to late blight. The data of molecular screening were compared with the results of the State Test of Varieties for Disease Resistance, as well as with other published sources. Markers of sterile and fertile cytoplasm types were also used in the study. Based on the results of molecular screening, varieties and hybrids with different combinations of markers of R genes conferring resistance to the most harmful pathogens (Ry sto , Ryf sto , Rx1, Rx2, Gro14, H1, Gpa2, R1, R3a, Rpiblb1, Rpisto1) were detected. Among them, genotypes with sterile D-, T-, W/gamma cytoplasmic types were selected. Analysis of their pollen fertility, crossability and pedigree data showed that breeders succeed in obtaining fertile forms with the D-and Задача повышения устойчивости сортов к болезням и вредителям является приоритетной для селекции картофеля. Многие сорта, созданные селекционерами северо-западной зоны Российской Федерации, являются многовидовыми гибридами, обладают ком-плексной устойчивостью к наиболее вредоносным патогенам в сочетании с высокой пластичностью, о чем свидетельствует их районирование в разных регионах нашей страны. В статье пред-ставлены результаты молекулярного скрининга сортов и гибридов, созданных в разные годы в ЛенНИИСХ «Белогорка» и в ООО Селек-ционная фирма «ЛиГа». Молекулярный скрининг проведен с ис-пользованием 22 маркеров 14 R-генов устойчивости к вирусам PVY и PVX, к цистообразующим нематодам -Globodera pallida (патотипы Pa2, Ра3) и G. rostochiensis (патотип Ro1) и к фитофторозу. Данные молекулярно-генетического анализа сопоставлялись с результа-тами Государственного испытания сортов на устойчивость к бо-лезням и с другими опубликованными источниками. В работе ис-пользованы также маркеры стерильных и фертильных типов цито-плазм. По результатам молекулярного скрининга выделены сорта и гибриды c разными сочетаниями маркеров R-генов (Ry sto , Ryf sto , Rx1, Rx2, Gro14, H1, Gpa2, R1, R3a, Rpiblb1, Rpisto1), обладающие D-, T-, W/gamma стерильными типами цитоплазм. Анализ фертиль-но сти пыльцы, результатов скрещиваний и данных родословных показал, что селекционерам удалось получить фертильные формы с D-и Т-типами цитоплазм, несущие генетический материал мекси-канских полиплоидных видов Solanum stoloniferum и S. demissum. Информация о наличии у гибридов и с...

Male sterility in potato is little studied since traditional breeding is based on the vegetative reproduction of highly heterozygous tetraploid varieties. The rapid development of hybrid diploid breeding contributes to growing interest in studying the male sterility of this important crop. In this work, a set of 6 cytoplasmic markers was employed to describe cytoplasmic genetic diversity of 185 potato cultivars bred in Russia and FSU countries. Three cytoplasm types were identified, T (40.0 %), D (50.8 %) and W/γ (8.7 %), which according to literature are associated with male sterility. With a single exception (0.5 %), cytoplasm types characteristic of male fertile forms (A, P) were not found in the subset of 185 cultivars. A comparison of these results with previously published data suggested expanding the subset to up to 277 cultivars, all developed in Russia or FSU countries; however, the resulting differentiation into three cytoplasm types (T, D and W/γ) was nearly the same. Fertility phenotyping helped identify both male-sterile and male-fertile genotypes within the three groups of varieties with T-, D-and W/γ-type cytoplasm. Fifteen genotypes differing in cytoplasm type and male sterility/fertility traits were selected for direct sequencing of 8 mtDNA loci. Fragments of the nad2, nad7, cox2, atp6 and CcmFc genes were identical in all 15 selected genotypes. The polymorphism, detected in the rps3, atp9 and CcmFc loci, was not associated with male sterility. Two SNPs in the nad1/ atp6 and nad2 loci differentiated 7 genotypes with W/γ-type cytoplasm into five genotypes with tetrad sterility, and two with fertile pollen. The results of an NGS analysis confirmed the association of these SNPs with tetrad sterility in a larger set of 28 genotypes of different origin, all with W/γ-type cytoplasm. A heteroplasmy state was observed both in male-sterile and in male-fertile genotypes.

In the present paper, the potato cultivars bred at the Leningrad Research Institute for Agriculture “Belogorka”, were taken as an example for demonstrating the results of elaboration of methodological approaches that are currently developed at the N.I. Vavilov Institute of Plant Genetic Resources (VIR) for the preparing of nomenclatural standards and their genotyping. In 2018, joint research of VIR scientists and breeders from the Leningrad Research Institute for Agriculture “Belogorka” began in the field of preparing nomenclatural standards for potato cultivars bred at this institute. Nomenclatural standards were prepared according to the ‘International Code of Nomenclature for Cultivated Plants’. Plant material for herbarium specimens was collected in the experimental field of the “Belogorka” Institute in 2018 by cultivar authors and handed over to the VIR Herbarium of cultivated plants, their wild relatives and weeds (WIR). The plant material included stems with inflorescences and later - tubers of 21 cultivars which were bred at the “Belogorka” Institute. Two precultivars undergoing State variety testing and three breeding clones were also included in this study. Just before herbarium preparation, the obtained plant material was photographed, plant morphological characters described, and the results compared with the description given in such official documents as the “Cultivar Questionnaireˮ and “Description of selection achievementˮ. The nomenclatural standards of 21 cultivars registered in the VIR Herbarium Database and transferred for conservation to the VIR herbarium, are published in this paper. Before herbarium preparation, the plant material was sampled for DNA extraction and subsequent genotyping and molecular screening. The genetic passports include information about the polymorphism of 10 chromosome-specific microsatellite loci, as well as the data on the presence/absence of diagnostic fragments of 12 markers of the 11 R-genes conferring resistance to diseases and pests, and for some cultivars – the information about their cytoplasm type. These genetic passports are valuable not only because different types of DNA markers were used in their preparing (SSR, SCAR and CAPS markers of the R genes; markers specific to different loci of the nuclear and organelle genomes), but first of all because of the material itself, as the DNA samples were isolated from the plants with the assigned status of nomenclatural standard for each particular cultivar. Based on the genetic passports data, trueness to type of the “Belogorka” cultivar samples obtained from various sources was verified.

No abstract

Успех селекционных исследований во многом определяется удачным подбором родительских форм для гибридизации. В последние годы при подборе пар в комбинациях скрещиваний наряду с традиционными подходами активно используются результаты маркер-опосредованного отбора (marker assisted selection, MAS) для комбинирования ценных аллелей родительских генотипов. Такой методический прием широко распространен в селекционных программах для различных сельскохозяйственных растений во многих странах, в том числе в России. Применение MAS перспективно как на начальном этапе при подборе родительских сортов для скрещиваний, так и при оценке расщепляющихся гибридных популяций. В представленной работе пары для межсортовых скрещиваний подбирали таким образом, чтобы они дополняли друг друга, объединяя у гибридов доминантные аллели разных R-генов устойчивости к различным болезням и вредителям и хозяйственно ценные признаки родительских сортов. Для повышения результативности отбора перспективных гибридных генотипов использовали комплексный подход, сочетающий MAS c маркерами R-генов устойчивости к разным болезням и вредителям с традиционными методами оценки хозяйственно ценных признаков гибридных популяций. Полученные межсортовые гибриды трех комбинаций (Гусар ½ Чароит), (Гусар ½ Алый парус), (Гусар ½ Сиреневый туман) также участвовали в MAS с 8 маркерами шести R-генов: устойчивости к Y-вирусу картофеля PVY (Rysto) и Xвирусу картофеля PVX (Rx1), к золотистой Globodera rostochiensis (Wollenweber) Behrens (H1) и бледной G. pallida (Stone) Behrens (Gpa2) картофельным нематодам, расоспецифической устойчивости к фитофторозу (R1, R3а) (возбудитель Phytophthora infestans Mont. de Bary). Фактически все полученные гибриды обладали различными комбинациями ДНК маркеров R-генов. Для выявления аллельного состава R-генов у родительских форм был изучен характер наследования ДНК маркеров в каждой комбинации, что позволило определить уровень гетерозиготности маркированных локусов родительских сортов. По результатам оценки 144 гибридов в полевых и лабораторных условиях выделили 31 генотип с теми или иными хозяйственно ценными признаками (продуктивность, товарность, выравненность гнезд и клубней в гнезде, крахмалистость, полевая устойчивость к фитофторозу), 113 гибридов были забракованы. В отобранной группе, включающей 31 генотип, 23 гибридных генотипа имели относительно высокую продуктивность, которая варьировала от 600 до 1525 г/растение, и 12 из них характеризовались комплексом хозяйственно ценных признаков (высокие показатели продуктивности и товарности клубней, выравненность гнезд и клубней в гнезде), а также обладали различными комбинациями маркеров генов Rysto, Rx1, H1, Gpa2, R1 и R3а. Таким образом, использование комплексного подхода, сочетающего традиционные методы селекции и MAS, повышает результативность отбора перспективных межсортовых гибридов с заданным набором признаков. Отобранные гибридные генотипы представляют интерес для создания конкурентоспособных по продуктивности и качеству сортов с комплексной устойчивостью к различным возбудителям забо...