Влияние кинетина и зеатина на показатели андрогенеза в культуре пыльников тритикале (Xtriticosecale wittmack) in vitro

Влияние кинетина и зеатина на показатели андрогенеза в культуре пыльников тритикале (Xtriticosecale wittmack) in vitro

Автор: Дьячук Т.И., Хомякова О.В., Акинина В.Н., Жилин С.В., Калашникова Э.В., Сайфетдинов Е.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Технологии in vitro

Статья в выпуске: 5 т.59, 2024 года.

Бесплатный доступ

Технологии получения гаплоидов и удвоенных гаплоидов позволяют создавать гомозиготные линии и сокращать сроки селекционного процесса. В селекции тритикале (× Triticosecale Wittmack) для получения гаплоидных растений применяется метод андрогенеза (культура пыльников и культура изолированных микроспор), основная проблема которого заключается в низкой эффективности получения зеленых растений. В настоящей работе в культуре изолированных пыльников тритикале впервые установлено, что положительный эффект зеатина обусловлен эффективностью индукционной стадии андрогенеза - увеличением числа эмбриогенных структур. Цель исследования - оценить андрогенетический потенциал различных генотипов тритикале на индукционной питательной среде, различающейся источником цитокининов (кинетин и зеатин). В работе использовали селекционные образцы озимой тритикале селекции ФГБНУ ФАНЦ Юго-Востока: № 1 (Зимогор/озимая мягкая пшеница, Л.39), № 2 (ДН-21/Каприз), № 3 (Вокализ//МАГ/Водолей), № 4 (МАГ/Водолей//ТИ-17) и № 5 (Зубр/ТИ-17). Донорные растения выращивали на богаре в полевых условиях научного стационара в 2023 году (ФГБНУ ФАНЦ Юго-Востока, г. Саратов). Срезанные побеги помещали в холодильник и выдерживали при 4 °С в течение 14 сут. Колосья обрабатывали коммерческим препаратом Белизна (ООО «ВХА», Россия) в течение 8 мин, затем трижды промывали стерильной дистиллированной водой. Для культивирования пыльников в качестве базовой использовали агаризованную питательную среду С-17, содержащую 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-Д, 2 мг/л) («SERVA», Германия), кинетин (0,4 мг/л) («SERVA», Германия) или зеатин (0,4 мг/л) («SERVA», Германия), 9 % сахарозу («SERVA», Германия). Пыльники культивировали в темноте в течение 5-6 нед в климатостате КС-200 (ОАО «Смоленское СКТБ СПУ», Россия) при 25-28 °С. Андрогенетические структуры размером более 2 мм переносили на питательную среду Мурасиге-Скуга MS для регенерации растений с содержанием ИУК 0,5 мг/л, кинетина 0,2 мг/л и сахарозы 3 %. Регенерация растений проходила при 16-часовом фотопериоде, освещении 10 тыс. лк и температуре 25-28 °С. Растения-регенеранты яровизировали в условиях in vitro при 4 °С в течение 2 мес. Яровизированные растения высаживали в питательный грунт ТЕРРАВИТА (ООО «НОРД ПАЛП», Россия) в отдельные стаканчики и культивировали в растильном боксе до стадии кущения. Эффективность андрогенеза оценивали по следующим показателям: число эмбриогенных пыльников и число андрогенетических структур (АС/100 КП) на 100 культивируемых пыльников, число андрогенетических структур на 100 эмбриогенных пыльников (АС/100 ЭП), общее число регенерантов на 100 культивируемых пыльников и на 100 андрогенетических структур (Р/100 КП и Р/100 АС), число зеленых и альбиносных растений на 100 культивируемых пыльников и на 100 андрогенетических структур (ЗР/100 КП и АР/100 КП, ЗР/100 АС и АР/100 АС). Выход АС в среднем составил 9,8 (варьирование 3,0-23,2) на среде с кинетином и 15,2 (варьирование 4,8-31,0) на среде с зеатином. В общей сложности из 21216 КП сформировалось 2972 АС, из которых 1118 на среде с кинетином, 1854 - с зеатином. Этап индукции андрогенеза в среднем по пяти генотипам проходил в 1,7 раза эффективнее при добавлении зеатина в сравнении с кинетином. Средние значения эффективности регенерации на 100 КП составили 2,2 для кинетина (варьирование 0,5-6,7) и 3,2 для зеатина (варьирование 0,5-8,3). Однако преимущества зеатина по выходу регенерантов по отношению к андрогенетическим структурам, дифференциация которых определяет успех регенерации, проявилась только у двух селекционных образцов. У трех селекционных образцов было отмечено статистически значимое (p ≤ 0,05) снижение выхода регенерантов из АС, сформированных на среде с зеатином. Число зеленых растений на 100 АС в среднем по генотипам составило 7,0 для кинетина и 4,7 для зеатина. Таким образом, улучшение эффективности культивирования пыльников тритикале по параметрам индукции андрогенеза при добавлении в индукционную питательную среду зеатина не сопровождалось увеличением параметров, характеризующих регенерацию растений. Положительный эффект зеатина в сравнении с кинетином при получении гаплоидных растений тритикале в культуре пыльников обусловлен эффективностью индукционной стадии, то есть более высокой частотой формирования андрогенетических структур, а не их улучшенной дифференцировкой.

Еще

Тритикале, культура пыльников, кинетин, зеатин, индукция андрогенеза, регенерация растений

Короткий адрес: https://sciup.org/142243778

IDR: 142243778   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2024.5.983rus

Список литературы Влияние кинетина и зеатина на показатели андрогенеза в культуре пыльников тритикале (Xtriticosecale wittmack) in vitro

  • Грабовец А.И., Крохмаль А.В. Тритикале. Монография. Ростов-на-Дону, 2019.
  • Горбунов В.Н., Шевченко В.Е. Селекционные достижения по тритикале в научных центрах России и ближайшего зарубежья. Достижения науки и техники АПК, 2015, 29(4): 24-27.
  • Shchipak G.V., Matviyets V. G., Shchipak V.G., Wos H., Brzezinski W., Boguslavski R. Breeding hexaploidy triticale (Triticosecale Wittmack) with high bread making quality. Proc. of 8th Inerna-tional Scientific-Practical Conference «Triticale and stabilization production of grain, fodder and products of their processing». Rostov-on-Don, 2018: 159-173.
  • Mergoum M., Sapkota S., El Doliefy A.E.A., Naraghi S.M., Pirseyedi S, Alamri M.S., AbuHam-mad W., Triticale (½ Triticosecale Wittmack) breeding. In: Advances in plant breeding strategies: cereals /J.M. Al-Khayri, S.M. Jain, D.V. Johnson (eds.). Springer, Cham, 2019: 405-451 (doi: 10.1007/978-3-030-23108-8_11).
  • Yel I., Dönmez B.A., Yeşil B., Tekinsoy M., Saeed F., Bakhsh A. Doubled haploid production — mechanism and utilization in plant breeding. In: Advanced crop improvement. Theory and practice, vol. 1 /Raina A., Wani M.R., Laskar R.A., Tomlekova N., Khan S. (eds.). Springer, Cham, 2023: 321-349 (doi: 10.1007/978-3-031-28146-4_13).
  • Mishra A.K., Saini R, Tiwari K.N. Double haploid production and its applications in crop im-provement. In: Agricultural biotechnology: latest research and trends /D.K. Srivastava, A.K. Thakur, P. Kumar (eds.). Springer, Singapore, 2023: 75-101 (doi: 10.1007/978-981-16-2339-4_4).
  • Sharma D., Gahtyari N.C., Sharma P., Khulbe R.K., Pal R.S., Kant L. Doubled haploidy: an accelerated breeding tool for stress resilience breeding in cereal. In: Next-generation plant breeding approaches for stress resilience in cereal crops /Mallikarjuna M.G., Nayaka S.C., Kaul T. (eds.). Springer, Singapore, 2022: 199-240 (doi: 10.1007/978-981-19-1445-4_6).
  • Wędzony M., Żur I., Krzewska M., Dubas E., Szechyńska-Hebda M., Wąsek I. Doubled haploids in Triticale. In: Triticale /F. Eudes (ed.). Springer, Cham, 2015: 111-128 (doi: 10.1007/978-3-319-22551-7_6).
  • Niazian M., Shariatpanahi M.E. In vitro-based doubled haploid production: resent improvements. Euphytica, 2020, 216: 69 (doi: 10.1007/s10681-020-02609-7).
  • Eudes F., Chugh A. An overview of triticale doubled haploids. In: Advances in haploid production in higher plants /A. Touraev, B.P. Forster, S.M. Jain (eds.). Springer, Dodrecht, 2009: 87-96 (doi: 10.1007/978-1-4020-8854-4_6).
  • Würschum T., Tucker M.R, Maurer H.P. Stress treatment influence efficiency of microspore embryogenesis and green plant regeneration in hexaploid triticale (½Triticosecale Wittmack L.). In vitro Cell Dev. Biol. - Plant, 2014, 50: 143-148 (doi: 10.1007/s11627-013-9539-3).
  • Żur I., Dubas E., Krzewska M., Kopeć P., Nowicka A., Surówka E., Gawrońska K., Gołębiowska G., Juzoń K., Malaga S. Triticale and barley microspore embryogenesis induction requires both reactive oxygen species generation and efficient system of antioxidative defence. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2021, 145: 347-366 (doi: 10.1007/s11240-021-02012-7).
  • Asif M., Eudes F., Goyal A., Amundsen E., Randhava H., Spaner D. Organelle antioxidants improve microspore embryogenesis in wheat and triticale. In vitro Cell Dev. Biol. - Plant., 2013, 49: 489-497 (doi: 10.1007/s11627-013-9514-z).
  • Żur I., Dubas E., Krzewska M., Zieliński K., Fodor J., Janowiak F. Glutathione provides antiox-idative defense and promotes microspore derived embryo development in isolated microspore cultures of triticale (½Triticosecale Wittm.). Plant Cell Reports., 2019, 38: 195-209 (doi: 10.1007/s00299-018-2362-x).
  • Henry Y., Vain P., De Buyser J. Genetic analysis of in vitro plant tissue culture responses and regeneration capacities. Euphitica, 1994, 79: 45-58 (doi: 10.1007/BF00023575).
  • Abd El-Fatah B.E.S., Sayed M.A., El-Sanusy S.A. Genetic analysis of anther culture response and identification of QTLs associated with response traits in wheat (Triticum aestivum L.). Molec-ular Biology Reports, 2020, 47(12): 9289-9300 (doi: 10.1007/s11033-020-06007-z).
  • Zheng M.Y. Microspore culture in wheat (Triticum aestivum L.) — doubled haploid production via induced embryogenesis. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2003, 73: 213-230 (doi: 10.1023/A:1023076213639).
  • González M., Hernández I., Jouve N. Analysis of anther culture response in hexaploidy triticale. Plant Breeding, 1997, 116(3): 302-304 (doi: 10.1111/j.1439-0523.1997.tb01003.x).
  • Krzewska M, Czyczyło-Mysza I, Dubas E, Gołebiowska-Pikania G, Golemiec E, Stojałowski S, Chrupek M, Żur I. Quantitative trait loci associated with androgenic responsiveness in triticale (½Triticosecale Wittm.) anther culture. Plant Cell Rep., 2012, 31: 2099-2108 (doi: 10.1007/s00299-012-1320-2).
  • Krzewska M., Czyczyło-Mysza I., Dubas E., Gołębiowska-Pikania G., Żur I. Identification of QTLs associated with albino plant formation and some new facts concerning green versus albino ratio determinants in triticale (½ Triticosecale Wittm.) anther culture. Euphytica, 2015, 206: 263-278 (doi: 10.1007/s10681-015-1509-x).
  • Lantos C., Bona L., Bóda K., Pauk J. Comparative analysis of in vitro anther-and isolated mi-crospore culture in hexaploid triticale (½ Triticosecale Wittmack) for androgenic parameters. Eu-phytica, 2014, 197: 27-37 (doi: 10.1007/s10681-013-1031-y).
  • Oleszezuk S., Rabiza-Swidet J., Zimny J., Lukaszewski A.J. Aneuploidy among androgenic prog-eny of hexaploid triticale (½Triticosecale Wittmack). Plant Cell Rep., 2011, 30: 575-586 (doi: 10.1007/s00299-010-0971-0).
  • Żur I., Dubas E., Krzewska M., Waligórski P., Dziurka M., Janowiak F. Hormonal requirements for effective induction of microspore embryogenesis in triticale (½ Triticosecale Wittm.) anther cultures. Plant Cell Rep., 2015, 34: 47-62 (doi: 10.1007/s00299-014-1686-4).
  • Juzoń -Sikora K., Nowicka A., Plačková L., Doležal K., Żur I. Hormonal homeostasis associated with effective induction of triticale microspore embryogenesis. Plant Cell, Tissue and Organ Cul-ture, 2023, 152: 583-604 (doi: 10.1007/s11240-022-02433-y).
  • Devaux P., Pickering R. Haploids in the improvement of Poaceae. In: Biotechnology in agriculture and forestry, vol. 56 /C.E. Don Palmer, W.A. Keller, K.J. Kasha (eds.). Springer, Berlin, Heidel-berg, 2005: 215-242 (doi: 10.1007/3-540-26889-8_11).
  • Kishii M., Singh S. Haploid production technology: fasten wheat breeding to meet future food security. In: Accelerated plant breeding, vol. 1 /S.S. Gosal, S.H. Wany (eds.). Springer, Cham, 2020: 139-165 (doi: 10.1007/978-3-030-41866-3_6).
  • Ержебаева Р.С., Абдурахманова М.А., Бастубаева Ш.О., Таджибаев Д. Эмбриогенез и ре-генерация растений в культуре пыльников гексаплоидной тритикале (½ Triticosecale Witt-mack) под влиянием цитокинина зеатина. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(5): 934-945 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.934rus).
  • Ponitka A., Ślusarkiewicz-Jarzina A. The effect of liquid and solid medium on production of winter triticale (½Triticosecale Wittm.) anther-derived embryos and plants. Cereal Research Com., 2007, 35(1): 15-22 (doi: 10.1556/CRC.35.2007.1.3).
  • Marciniak K., Banaszak Z., Wędzony M. Effect of genotype, medium and sugar on triticale (½Triticosecale Wittmack) anther culture response. Cereal Research Communications, 1998, 26: 145-150 (doi: 10.1007/BF03543481).
  • Redha A., Talaat A. Improvement of green plant regeneration by manipulation of anther culture induction medium of hexaploidy wheat. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2008, 92: 141-146 (doi: 10.1007/s11240-007-9315-3).
  • Wang P., Chen Y. A study of the application of C-17 medium for anther culture. Acta Bot. Sin., 1986, 36: 237-239.
  • Мартынов С.П. Статистический и биометрико-генетический анализ в растениеводстве, генетике и селекции. Пакет программ «AGROS 2.09». Тверь, 1999.
  • Krzewska M., Czyczylo-Mysza I., Dubas E., Golebiowska-Pikania G., Golemiec E., Stojalowski S., Chrupek M., Zur I. Quantitative trait loci associated with androgenetic respon-siveness in triticale (½Triticosecale Wittm.). Plant Cell Rep., 2012, 31: 2099-2108 (doi: 10.1007/s00299-012-1320-2).
  • Oleszezuk S., Sova S., Zimny J. Direct embryogenesis and green plant regeneration from isolated microspores of hexaploid triticale (½ Triticosecale Wittmack) cv. Bogo. Plant Cell Rep., 2004, 22: 885-893 (doi: 10.1007/s00299-004-0796-9).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp