Біологічні системи: теорія та інновації

Отримання гаплоїдів та дигаплоїдів буряків цукрових (Beta vulgaris L.) в умовах in vitro

Оксана Кляченко, Л.М. Присяжнюк
Завантажити статтю
Анотація

Значну роль в селекційному процесі відіграють біотехнологічні методи, оскільки уможливлюють з високою ефективністю створювати вихідний матеріал. Пріоритетним напрямом у сучасній інноваційній біотехнології рослин є метод експериментальної гаплоїдії. Підібрано та застосовано ступінчасту передобробку ізольованих бутонів зниженими (+4°С упродовж 36 год) і підвищеними температурами (+22°С упродовж 21 доби та +30°С – 10, 14, 21 діб), яка дає можливість завершення процесу диференціації. Показано, що для індукції ембріогенного розвитку незалежно від генотипу оптимальною виявилася температура +30°С за тривалості культивування упродовж 21 доби. Водночас регенераційна здатність отриманих ембріоїдів обумовлювалась вихідним генотипом. Одержані укорінені гаплоїдні рослини-регенеранти з нормальною гео- і фототропічною реакцією переводили на диплоїдний рівень (2n=38) за допомогою дії водного розчину 0,1 % колхіцину на кореневу систему за експозиції 4 год. Встановлено, що створення гомозиготних ліній залежить від генотипних особливостей донорного матеріалу, який визначає кількість отриманих гаплоїдних рослин-регенерантів з різними характерними ознаками. Водночас велике значення має послідовність живильних середовищ для проведення стабілізації гаплоїдних форм. Залежно від морфологічного розвитку регенерантів чередування безгормонального і доповненого фітогормонами живильних середовищ сприяє виживанню рослин у межах 90-95%. Вивчено вплив експантатів на регенераційну здатність гаплоїдних рослин. Показано, що оптимальним для індукування процесів прямого та непрямого морфогенезу in vitro є жилки та черешки цукрових буряків. Розроблена нами методика для отримання гаплоїдних рослин безпосередньо із ЧС ліній буряків цукрових дає можливість в короткий термін отримати гомозиготний матеріал, який може бути використано в гетерозисній селекції, оскільки традиційними методами гомозиготність досягається шляхом глибокого інбридингу і появою інбредної депресії

Ключові слова

цукрові буряки; гаплоїди; дигаплоїди; калюс; рослини-регенеранти

ЦИТУВАТИ
Klyachenko, O., & Prysiazhnuk, L. (2022). Physiological and biochemical changes of tomato plants under bacterial influence obtaining haploids and dihaploids of sugar beet (Beta vulgaris L.) in vitro conditions. Biological Systems: Theory and Innovation, 13(2), 34-45. https://doi.org/10.31548/biologiya13(3-4).2022.004
Використані джерела

[1] Balkov, I.Ya. (1990). CMS of sugar beet. Moscow: Agropromizdat, 239.

[2] Batygina, T.B., & Vasilyeva, V.E. (2002). Reproduction of plants. Saint Petersburg: St. Petersburg University Press.

[3] Belynskaya, E.V. (2007). Creation of a collection of barley traits based on the ability to androgenesis in vitro and its use in genetic and biotechnological research. Herald of the Ukrainian Society of Geneticists and Breeders, 5(1–2), 11-20. Retrieved from http://utgis.org.ua/images/pdf/visnyk/2007/Visnik-2007-t5-n1-2_002.pdf.

[4] Bewley, J.D., Bradford, KJ., Hilhorst HWM., & Nonogaki, B. (2013). Seeds: Physiology of development, germination and dormancy (3rd edition). Seed Science Research, 23(4), 289-289. doi: 10.1017/S0960258513000287.

[5] Bochkareva, E.B., Horlova, L.A., Serdyuk, V.V., & Strelnikov, E.A. (2019). Breeding value of dihaploid spring rapeseed rape (Brassica napus L.). Oil Crops, 4(180), 18-22. doi: 10.25230/2412-608-2019-4180-18-22.

[6] DellaPenna, D., & Pogson, B.J. (2006). Vitamin synthesis in plants: Tocopherols and carotenoids. Annual Review of Plant Biology, 57(1), 711-738. doi: 10.1146/annurev.arplant.56.032604.144301.

[7] Dragunova, O.K. (2005). Induction of halo parthenogenesis under in vitro culture conditions in sugar beet. Collection of Scientific Works, 8, 411-418.

[8] Grigolava, T.R., Vishnyakova, A.V., Sinitsyna, A.A., Voronina, A.V., Zubko, O.N., Zudova, O. V., & Monakhos, S.G. (2021). Methodological approaches for producing doubled haploids in sugar beet and red beet (Beta vulgaris L.). Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 25(3), 276. doi: 10.18699/VJ21.031.

[9] Klyachenko, O.L. (2002). Morfogenesis in vitro unfertilized ovules of sugar beet (Beta vulgaris L.). Herald of the State Nikitsky Botanical Gardens, 86, 30-32.

[10] Klyachenko, O.L. (2011). Features microclonal reproduction of O-types of sugar beet (Beta vulgaris L.). In Sugar beet crops: Growth, fertilization & yield (pp. 173-179). Kyiv: National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.

[11] Klyachenko, O.L., & Melnychuk, M.D. (2014). Biotechnology and Agriculture. Vinnytsia: Nilan.

[12] Kovalchuk, N., Roik, M., Hadzalo, Y., Nediak, T., & Zinchenko, O. (2019). Improvement of the technology of obtaining stable (di) haploid regenerants from embryonic culture of apomictic sugar beet (Beta vulgaris) breeding material without the use of colchicine. Agricultural Science and Practice, 6(2), 3-17. doi: 10.15407/agrisp6.02.003.

[13] Nohzadeh, M.S., Habibi, R.M., Heidari, M., & Hosseini, S.G. (2007). Proteomics reveals new salt responsive proteins associated with rice plasma membrane. Bioscience, Biotechnology, And Biochemistry, 71(9), 2144-2154. doi: 10.1271/bbb.70027.

[14] Pazuki, A., Aflaki, F., Gürel, E., Ergül, A., & Gürel, S. (2018). Gynogenesis inductionin sugar beet (Beta vulgaris) improved by 6-benzylaminopurine (BAP) and synergized with cold pretreatment. Sugar Tech, 20(1), 69-77. doi: 10.1007/s12355-017-0522-x.

[15] Pazuki, A., Aflaki, F., Gürel, S., Ergül, A., & Gürel, E. (2018). The effects of proline on in vitro proliferation and propagationof doubled haploid sugar beet (Beta vulgaris). Turkish Journal of Botany, 42(3), 280-288. doi: 10.3906/bot-1709-14.

[16] Podvigina, O.A. (2010). Induction of haploidy from unfertilized ovules of sugar beet under in vitro conditions. In Encyclopedia of the genus Beta. Biology, genetics and selection of beets (p. 455).

[17] Satarova, T.N., Cherchel, V.Yu., & Cherenkov, A.V. (2013). Maize: Biotechnological and breeding aspects. Dnipro: New Ideology.

[18] Seguí-Simarro, J.M., & Nuez, F. (2007). Embryogenesis induction, callogenesis, and plant regeneration by in vitro culture of tomato isolated microspores and whole anthers. Journal of Experimental Botany, 58(5), 1119-1132. doi: 10.1093/jxb/erl271.

[19] Skoog, F., Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15, 473-497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.

[20] Tomaszewska-Sowa, M., & Keutgen, A.J. (2022). Plant regeneration from unpollinated ovules of sugar beet (Beta vulgaris L.) on growing media with different carbohydrates. Sugar Tech, 24(2), 542-550. doi: 10.1007/s12355-021-00975-7.

[21] Tomaszewska-Sowa, M., & Olszewska, D. (2019). Evaluation of genetic stability of sugar beet (Beta vulgaris L.) plants obtained from unfertilized ovules using RAPD markers. Journal of Central European Agriculture, 20(3), 928-937. doi: 10.5513/JCEA01/20.3.2175.

[22] Zhuzhzhalova, T.P., Podvigina, O.A., & Znamenskaya, V.V. (2010). Ways of reproduction of a new organism of sugar beet in in vitro culture. Novosibirsk: Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.