СЕЛЕКЦИЯ НА СОЛЕУСТОЙЧИВОСТЬ БЕРЕЗЫ НА ОСНОВЕ КЛЕТОЧНОЙ ГЕТЕРОГЕННОСТИ КАЛЛУСНЫХ КУЛЬТУР КОЛЛЕКЦИИ IN VITRO

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В условиях климатических изменений и увеличения масштабов засоления почв исследования по адаптивной селекции становятся особенно актуальными. Моделирование стресса in vitro является перспективным биотехнологическим подходом селекции растений на устойчивость к негативным факторам окружающей среды. Изучено влияние засоления хлоридом натрия (для моделирования солевого и осмотического стресса) в условиях in vitro на сохранность, рост, каллусогенез и морфогенез 12 коллекционных клонов Betula pendula L., B. pubescens Ehrh., B. pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti, B. pendula “dalekarlica” (L.f.). Показано существенное влияние генотипа на выживаемость эксплантов и их способность к регенерации при солевом воздействии. Установлено, что использование 4-кратного ступенчато нарастающего (от 0.2 до 1%) воздействия NaCl на селективной питательной среде без гормонов позволяет дифференцировать клоны по устойчивости к засолению. Наиболее высокие адаптационные возможности в условиях NaCl-индуцированного засоления показали клоны березы пушистой, наиболее низкие — березы повислой. Информативными и относительно простыми показателями для дифференциации клонов являются частота каллусогенеза и жизнеспособность каллусных культур, которые характеризуют начальную и завершающую фазы каллусообразования и зависят от генотипических особенностей исходных растений. Представлена селективная система in vitro, основанная на генетическом разнообразии коллекционных клонов (виды, разновидности, полиплоиды, миксоплоиды) и индуцированной клеточной гетерогенности стеблевых каллусных культур, полученных от наиболее устойчивых к засолению клонов. Результаты исследований подтверждают перспективность использования генетической изменчивости исходного материала в условиях моделирования NaCl-стресса для отбора клонов (и линий) березы, адаптированных к засолению. Три регенерантные линии березы, отобранные с помощью селективных питательных сред in vitro, являются перспективным исходным материалом для адаптивной селекции.

Об авторах

О. С. Машкина

Всероссийский НИИ лесной генетики, селекции и биотехнологии; Воронежский государственный университет

Email: mashkinaos@mail.ru
ул. Ломоносова, д. 105, Воронеж, 394087 Россия; Университетская пл., д. 1, Воронеж, 394006 Россия

Т. М. Табацкая

Всероссийский НИИ лесной генетики, селекции и биотехнологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: mashkinaos@mail.ru
ул. Ломоносова, д. 105, Воронеж, 394087 Россия

Список литературы

  1. Акимов Л.М., Задорожная Т.Н. Особенности распределения трендов температуры воздуха на Европейской территории России и сопредельных государств // Вестник ВГУ. Серия: География. Геоэкология. 2018. № 4. С. 5—14.
  2. Буторина А.К. Цитогенетика хозяйственно-ценных форм карельской березы // Генетика. 1985. Т. XXI. № 7. С. 1192—1198.
  3. Буторина А.К., Тиен Д.Н. Ритмы суточной митотической активности у золотистой фасоли Vigna radiate (L.) R. Wilczek // Цитология. 2008. Т. 50. № 8. С. 729—733.
  4. Виноградова В.В. Волны тепла на Европейской территории России в начале ХХI века // Известия РАН. Серия географическая. 2014. № 1. С. 47—55.
  5. Газизуллин А.Х., Сингатуллин И.К. Состояние березняков возвышенного Заволжья Республики Татарстан после засухи 2010 года // Вестник КазГАУ. 2014. № 2 (32). С. 99—103.
  6. Гродецкая Т.А., Ржевский С.Г., Федулова Т.П., Табацкая Т.М., Машкина О.С. Идентификация генотипов Betula pendula Roth. var carelica и Betula pubescens Ehrn. с использованием микросателлитных маркеров // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018. № 3. С. 121—128.
  7. Дубровная О.В. Селекция in vitro пшеницы на устойчивость к абиотическим стрессовым факторам // Физиология растений и генетика. 2017. Т. 49. № 4. С. 279—292.
  8. Егорова Н.А. Разработка методических основ клеточной селекции лаванды in vitro на устойчивость к NaCl // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2011. № 5 (24). С. 173—179.
  9. Жолобова О.О., Могилевская И.В., Терещенко Т.В., Пугачева А.М., Солонкин А.В. Разработка принципов отбора засухоустойчивых гибридов, форм и клонов тополей в культуре in vitro // BIOAsia-Altai. 2024. Т. 4. № 1. С. 300—303.
  10. Землянухина О.А., Калаев В.Н., Воронина В.С., Епринцев А.Т. Биохимическая адаптация микроклонов вейгелы цветущей “Вариегата” Weigela florida “Variegata” Bunge A.D.C. к соле-и медьиндуцированным стрессам // Сибирский лесной журнал. 2017. № 6. С. 89—101.
  11. Зинатуллина А.Е. Цитофизиологические особенности контрастных типов каллусов in vitro // Успехи современной биологии. 2020. Т. 140. № 2. С. 183—194.
  12. Калашникова E.А. Клеточная инженерия растений. М.: Юрайт, 2020. 333 с.
  13. Кондратьева А.М., Аминева Е.Ю., Табацкая Т.М., Машкина О.С., Федулова Т.П. Динамика экспрессии генов факторов транскрипции DREB клонов тополя и березы in vitro // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2022. № 144. С. 88—94.
  14. Кузнецова Н.Ф. Изменение климата и его влияние на жизненное состояние лесостепных популяций сосны обыкновенной Русской равнины // Лесохозяйственная информация. 2023а. № 2. С. 27—42.
  15. Кузнецова Н.Ф. Генеративная сфера сосны обыкновенной, как индикатор климатически детерминированной смены жизненных состояний популяций // Лесоведение. 2023б. № 3. С. 244—254.
  16. Кузнецова Т.Ю., Титов В.Ф., Ветчинникова Л.В. Влияние кадмия на морфо-физиологические показатели березы in vitro // Известия вузов. Лесной журнал. 2008. № 3. С. 40—45.
  17. Кунах В.А. Пластичность генома соматических клеток и адаптивность растений // Молекулярная и прикладная генетика. Минск: Право и экономика, 2011. № 12. С. 7—14.
  18. Машкина О.С., Табацкая Т.М. Биоресурсная коллекция in vitro как основа для тканевой и клеточной селекции березы // Интродукция, сохранение и использование биологического разнообразия флоры. Минск: Белтаможсервис, 2022. С. 124—127.
  19. Морозова Е.В., Иозус А.П. Особенности сортоиспытания перспективных для защитного орошаемого и богарного лесоразведения видов, гибридов и форм тополей в условиях сухой степи Нижнего Поволжья // Успехи современного естествознания. 2016. № 11 (2). С. 306—310.
  20. Панкова Е.И., Горохова И.Н. Анализ сведений о площади засоленных почв России на конец XX и начало XXI веков // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 103. С. 5—33.
  21. Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. 1995. Т. 37. № 1—2. P. 66—91.
  22. Сергеева Л.Е., Бронникова Л.И. Клеточная селекция с ионами тяжелых металлов для отбора форм пшеницы и кукурузы, устойчивых к осмотическим стрессам // Фактори експериментальної еволюції організмів. 2018. Т. 22. С. 318—322.
  23. Табацкая Т.М., Машкина О.С. Опыт долговременного хранения коллекции ценных генотипов березы с использованием безгормональных питательных сред // Лесоведение. 2020. № 2. С. 147—161.
  24. Табацкая Т.М., Внукова Н.И., Машкина О.С. Ответные реакции березы на воздействие кадмия в условиях in vitro // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2022. № 3. С. 25—37.
  25. Терлецкая Н.В. Неспецифические реакции зерновых злаков на абиотические стрессы in vivo и in vitro. Алматы, 2012. 208 с.
  26. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
  27. Шуплецова О.Н., Щенникова И.Н. Результаты использования клеточных технологий в создании новых сортов ячменя, устойчивых к токсичности алюминия и засухе // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. № 5. С. 623—628.
  28. Allen C.D., Macalady A.K., Chenchouni H., Bachelet D., Mcdowell N. A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risk for forest // Forest Ecology and Management. 2010. V. 259. № 4. P. 660—684.
  29. B4EST. Adaptive breeding for productive, sustainable and resilient forests under climate change [Электронный ресурс]. 2024. URL: http://b4est.eu/ (дата обращения: 25.11.2024).
  30. Chen S., Hawighorst P., Sun J., Polle A. Salt tolerance in Populus: Significance of stress signaling networks, mycorrhization, and soil amendments for cellular and whole-plant nutrition // Environmental and Experimental Botany. 2014. № 107. Р. 113—124.
  31. Cseri A., Borbely P., Poor P., Feher A., Sass L., Jancso M., Penczi A., Radi F., Gyuricza C., Digruber T., Dudits D. Increased adaptation of an energy willow cultivar to soil salinity by duplication of its genome size // Biomass and Bioenergy. 2020. № 140. Р. 105655.
  32. Feher A. Callus, dedifferentiation, totipotency, somatic embryogenesis: what these terms mean in the era of molecular plant biology? // Frontiers in Plant Science. 2019. V. 10. № 536.
  33. Ikeuchi M., Favero D.S., Sakamoto Y., Iwase A., Coleman D., Rymen B. Molecular mechanisms of plant regeneration // Annual Review of Plant Biology. 2019. V. 70. № 1. P. 377—406.
  34. Khudolieieva L., Kutsokon N. In vitro evaluation of salt tolerance of poplars and willows // ScienceRise: Biological Science. 2018. V. 2. № 11. Р. 35—38.
  35. Kruglova N.N., Seldimirova O.A., Zinatullina A.E. In vitro callus as a model system for the study of plant stress-resistance to abiotic factors (on the example of cereals) // Biology Bulletin Reviews. 2018. V. 8. P. 518—526.
  36. Martinez-Beltran J., Manzur C. Overview of salinity problems in the world and FAO strategies to address the problem // Proceedings of the International Salinity Forum. Riverside, California, 2005. P. 311—313.
  37. Mashkina O.S., Amineva E.Yu. Assessment of the ecological and genetic potential of poplar mixoploids in Voronezh oblast // Contemporary Problems of Ecology. 2023. V. 16. № 5. Р. 600—611.
  38. Mashkina O.S., Tabatskaya T.M. Morphogenesis of a dissected birch leaf in vitro culture // Russian Journal of Developmental Biology. 2020. V. 51. № 6. P. 397—409.
  39. Munns R., Tester M. Mechanisms of salinity tolerance // Annual Review of Plant Biology. 2008. № 59 (1). Р. 651—681.
  40. Murashige T., Skoog F. A Revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. V. 15. № 3. P. 473—497.
  41. Nowicka B., Ciura J., Szymańska R., Kruk J. Improving photosynthesis, plant productivity and abiotic stress tolerance — current trends and future perspectives // Journal of Plant Physiology. 2018. V. 231. P. 415—433.
  42. Quadrana L., Etcheverry M., Gilly A., Caillieux E., Madoui M.A., Guy J. Transposition favors the generation of large effect mutations that may facilitate rapid adaption // Nature Communications. 2019. V. 10. № 1. P. 3421.
  43. Rai M.K., Kalia R.K., Singh R., Gangola M.P., Dhawan A.K. Developing stress tolerant plants through in vitro selection — An overview of the recent progress // Environmental and Experimental Botany. 2011. V. 71. № 1. Р. 89—98.
  44. Tabatskaya T.M., Mashkina O.S., Korchagin O.M. In vitro modelling of salinity stress for the selection of stress-tolerant birch lines // E3S Web of Conferences. 2020. V. 224. P. 04013.
  45. Tossi V.E., Martínez Tosar L.J., Laino L.E., Iannicelli J., Regalado J.J., Escandón A.S., Baroli I., Causin H.F., Pitta-Álvarez S.I. Impact of polyploidy on plant tolerance to abiotic and biotic stresses // Frontiers in Plant Science. 2022. V. l3. P. 869423.
  46. Shao F., Zhang L., Wilson I.W., Qiu D. Transcriptomic analysis of Betula halophila in response to salt stress // International Journal of Molecular Sciences. 2018. V. 19. № 11. P. 3412.
  47. Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Effect of cadmium on gemmation and rhizogenesis in karelian birch // Russian Journal of Plant Physiology. 2022. V. 69. № 4. Р. 408—416.
  48. Vuksanovic V., Kovacevic B., Kebert M., Pavlovic L., Kesic L., Cukanovic J., Orlovic S. In vitro selection of drought-tolerant white poplar clones based on antioxidant activities and osmoprotectant content // Frontiers in Plant Science. 2023. V. 14. P. 1280794.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025