Development of a rapid identification method for potato cytoplasm and its use for evaluating Japanese collections

Abstract

The cytoplasm of potatoes, characterized by the presence of T-type chloroplast DNA and β-type mitochondrial DNA, is sensitive to nuclear chromosomal genes that contribute to various types of male sterility. Past breeding efforts with various potato varieties have resulted in several different cytoplasms other than T/β. Varieties with Solanum stoloniferum-derived cytoplasm (W/γ) show complete male sterility, while those with S. demissum-derived cytoplasm (W/α) produce abundant, but non-functional pollen. Thus, identification of cytoplasmic types is important for designing efficient mating combinations. To date, only T-type chloroplast DNA can be accurately identified by a PCR marker. Here, we report a rapid identification technique by multiplex PCR, followed by restriction digestion with BamHI in one reaction tube, and propose a new nomenclature for potato cytoplasm types (T, D, P, A, M, and W). Using this new technique, our collections of 748 genotypes, including 84 Japanese named varieties, 378 breeding lines and 26 landraces, and 260 foreign varieties and breeding lines, were grouped into cytoplasm types: T (73.9 %), D (17.4 %), P (4.5 %), A (1.5 %), M (0.3 %), and W (2.4 %). The utility of this marker system for breeding is discussed.

Molecular Screening of Potato Varieties Bred in the Northwestern Zone of the Russian Federаtion

“…Согласно результатам молекулярного скрининга с мар-керами из набора (Hosaka, Sanetomo, 2012), в анализи-руемой выборке не обнаружены образцы с фертильными Р-и А-типами цитоплазм. У 39 образцов были выявлены разные типы стерильных цитоплазм: у 9 образцов -T, у 26 -D и у 4 образцов -W/gamma-тип (см.…”

“…Такой результат был неожиданным, поскольку, соглас-но данным авторов сортов Алый парус, Вдохновение, Загадка Питера, Лига, Русская красавица, Сиреневый туман, Снегирь, Чародей, по материнской линии эти сор-та ведут свое начало от тетраплоидного образца 175-13 S. phureja -диплоидного культурного вида, для которого характерен фертильный Р-тип цитоплазмы (Р-тип пластид и beta-тип митохондрий (Hosaka, Sanetomo, 2012, 2014). Соответственно, у потомков S. phureja по материнской линии также предполагалось наличие цитоплазмы Р-типа (см.…”

“…Наряду с этой информацией в послед-нее время большое значение придают и данным о типах цитоплазм у отбираемых для скрещиваний родительских форм (Mori et al, 2011(Mori et al, , 2012Sanetomo, Gebhardt, 2015;Зотеева и др., 2017). Hosaka, Sanetomo (2012) разработали набор ДНК-маркеров, с помощью которых идентифици-ровали шесть основных типов цитоплазм картофеля: А, D (W/alpha), М, Р, T, W. Типы D, Т и W/ gamma относят к стерильным, при этом каждый из них отличается по фено-типическому проявлению признака мужской стерильности (Hosaka, Sanetomo, 2012). Случаи выявления фертильных форм при наличии стерильных типов цитоплазм связы-вают с наличием доминантных аллелей генов восстанов-ления фертильности, например Rt (male fertility Restorer gene), и/или рецессивных аллелей ядерного гена Ms (Male sterility gene) (Анисимова, Гавриленко, 2017).…”

“…Случаи выявления фертильных форм при наличии стерильных типов цитоплазм связы-вают с наличием доминантных аллелей генов восстанов-ления фертильности, например Rt (male fertility Restorer gene), и/или рецессивных аллелей ядерного гена Ms (Male sterility gene) (Анисимова, Гавриленко, 2017). Молекуляр-ный скрининг зарубежных селекционных сортов карто -феля показал, что практически все они обладают стериль-ными типами цитоплазм (Hosaka, Sanetomo, 2012;Sanetomo, Gebhardt, 2015). Так, подавляющее большинство старых европейских сортов, созданных в XIX -начале ХХ века, имеют тип Т от чилийских аборигенных сортов, тогда как среди современного сортимента преобладают со-рта с W/gamma и D-типами, полученными ими от образцов диких мексиканских видов картофеля -S. stoloniferum и S. demissum соответственно.…”

Cytoplasmic diversity in potato breeding: case study from the International Potato Center

“…de Bary] (Lössl et al 2000). Once male-sterile S. stoloniferum or S. demissum cytoplasm type is incorporated into parental clones, their use as female parents leads to worsen male sterility problems throughout the potato gene pool as warned by Provan et al (1999) and Hosaka and Sanetomo (2012). Conversely, we have demonstrated that cytoplasm types derived from diploid cultivars of S. tuberosum Andigenum Group do not contribute to male or female sterility and hence would help alleviate the problems of sterility in potato breeding programs (Hosaka and Sanetomo 2012).…”