Pathogen recognition receptors encoded by R genes play a key role in plant protection. Nowadays, R genes are a basis for breeding many crops, including potato. Many potato R genes have been discovered and found suitable for breeding thanks to the studies of a wide variety of wild potato species. The use of primitive cultivated potato species (PCPS) as representatives of the primary gene pool can also be promising in this respect. PCPS are the closest to the early domesticated forms of potato; therefore, their investigation could help understand the evolution of R genes. The present study was aimed at identifying and analyzing R genes in PCPS listed in the open database of NCBI and Solomics DB. In total, the study involved 27 accessions belonging to three species: Solanum phureja Juz. & Bukasov, S. stenotomum Juz. & Bukasov and S. goniocalyx Juz. & Bukasov Materials for the analysis were the sequencing data for the said three species from the PRJNA394943 and PRJCA006011 projects. An in silico search was carried out for sequences homologous to 26 R genes identified in potato species differing in phylogenetic distance from PCPS, namely nightshade (S. americanum), North- (S. bulbocastanum, S. demissum) and South-American (S. venturii, S. berthaultii) wild potato species, as well as the cultivated potato species S. tuberosum and S. andigenum. Homologs of all investigated protein-coding sequences were discovered in PCPS with a relatively high degree of similarity (85-100 %). Homologs of the Rpi-R3b, Rpi-amr3 and Rpi-ber1 genes have been identified in PCPS for the first time. An analysis of polymorphism of nucleotide and amino acid sequences has been carried out for 15 R genes. The differences in frequencies of substitutions in PCPS have been demonstrated by analysis of R genes, the reference sequences of which have been identified in different species. For all the studied NBS-LRR genes, the proportion of substituted amino acids in the LRR domain exceeds this figure for the NBS domain. The potential prospects of using PCPS as sources of resistance to Verticillium wilt have been shown.
Ключевую роль в защите растений от патогенов играют рецепторы, кодируемые R-генами. Они являются генетической основой для селекции многих сельскохозяйственных культур, в том числе картофеля. Множество генов устойчивости у картофеля стало известно и было вовлечено в селекцию благодаря изучению широкого разнообразия диких сородичей картофеля. Использование примитивных культурных видов (ПКВ), относящихся к первичному генофонду картофеля, также перспективно. Как наиболее близкие к ранним доместицированным формам картофеля, ПКВ представляют особый интерес для исследования эволюции генов устойчивости. Целью настоящего исследования стали поиск и анализ R-генов у ПКВ картофеля, геномы которых с различным качеством сборки представлены в базе данных NCBI. Исследовано 27 образцов, относящихся к трем видам: Solanum phureja Juz. & Bukasov, S. stenotomum Juz. & Bukasov и S. goniocalyx Juz. & Bukasov. Проведен in silico поиск последовательностей, гомологичных 26 R-генам, идентифицированных у различных по филогенетической отдаленности от ПКВ картофеля видов: паслёна (S. americanum Mill.), североамериканских (S. bulbocastanum Dunal., S. demissum Lindl.) и южноамериканских (S. venturii Hawkes &Hjert., S. berthaultii Hawkes) диких видов, а также видов культурного картофеля (S. tuberosum L., S. andigenum Juz. & Bukasov). Гомологи кодирующих последовательностей всех исследованных генов обнаружены у ПКВ картофеля с относительно высокой степенью сходства (85–100 %). Впервые у примитивных культурных видов картофеля найдены гомологи генов R3b, Rpi-amr3 и Rpi- ber1. Для 15 R-генов проведен анализ полиморфизма нуклеотидных и аминокислотных последовательностей. Приведены отличия в частоте замен у ПКВ картофеля при анализе R-генов, референсные последовательности которых идентифицированы у разных видов. Для всех изученных NBS-LRR генов доля замещенных аминокислот в LRR-домене превосходит этот показатель для NBS-домена. Показана потенциальная перспективность использования ПКВ картофеля в качестве источников устойчивости к вертициллёзному увяданию.
Keywords: NBS-LRR; R genes; S. stenotomum; Solanum phureja; polymorphism.
Copyright © AUTHORS.