Внутрикаллусная изменчивость удвоенных гаплоидов риса, полученных в андрогенезе in vitro

Внутрикаллусная изменчивость удвоенных гаплоидов риса, полученных в андрогенезе in vitro

Автор: Илюшко М.В., Ромашова М.В., Zhang J.-M., Deng L.-W., Liu D.-J., Zhang R., Гученко С.С.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Культуры in vitro

Статья в выпуске: 3 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

Андрогенез in vitro - один из ведущих методов при создании исходного материала для селекции сельскохозяйственных культур. Многие селекционеры считают семенное потомство любого удвоенного гаплоида новой линией вне зависимости от того, с какого каллуса она получена. Однако в полевых условиях линии с одного каллуса часто выглядят одинаково и выбраковываются. Известно около 100 генов устойчивости к грибному возбудителю пирикуляриоза риса Pyricularia oryzae Cav. [ Magnaporthe grisea (Hebert Barr.)]. В число наиболее актуальных генов для российского Дальнего Востока входят Pi-ta и Pi-ta2 . В настоящей работе впервые выявлен внутрикаллусный морфологический полиморфизм и генетическая вариабельность удвоенных гаплоидов риса Oryza sativa L., полученных в андрогенезе in vitro гибридного растения, по генам устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta и Pi-ta2 вследствие гаметоклональной и сомаклональной изменчивости. Впервые среди удвоенных гаплоидов одной каллусной линии продемонстрирована мономорфность (отсутствие генетической вариабельности), обусловленная клональным размножением (митотическим делением) клеток каллуса. Целью нашей работы было изучение внутрикаллусной морфологической и генетической изменчивости удвоенных гаплоидов риса Oryza sativa L., полученных в андрогенезе in vitro гибридного растения. Опыты проводили в ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки (Россия) и Институте селекции зерновых культур Хейлунцзянской академии сельскохозяйственных наук (Китай) в 2017-2018 годах. В качестве исходного растения для получения удвоенных гаплоидов риса использовали гибрид F1 сортов Дон 4237 ½ Долинный. Сорт Долинный служит носителем аллелей генов Pi-ta и Pi - ta2 , определяющих устойчивость к пирикуляриозу. В культуру in vitro было введено 386 гибридных пыльников. Каллусообразование составило 17,1 %. Сформировалось 18 каллусных линий с зелеными регенерантами, из которых для эксперимента отобрали шесть. По два семени каждой линии удвоенных гаплоидов высевали в почвогрунт в пластиковых стаканчиках и выращивали в условиях культуральной комнаты при 24 °С, 5000 лк и режиме 16 ч (день)/8 ч (ночь). Через 90 сут после посева одно растение срезали и определяли окраску среза (наличие/отсутствие антоцианового пигмента). Отмечали следующие фазы роста и развития растений: поздняя стадия кущения, выход в трубку, выметывание, цветение. Удвоенные гаплоиды, находящиеся на первых двух указанных стадиях, были объединены в группу поздних. Ранними считали растения, достигшие фазы выметывания и цветения. После созревания отмечали дискретные признаки: наличие или отсутствие остей, их длину и окраску. ДНК выделяли из свежих листьев СТАВ-методом. Качество и количество ДНК определяли методом электрофореза в 1,0 % агарозном геле. Аллели генов Pi-ta и Pi - ta2 , определяющие устойчивость к пирикуляриозу, выявляли методом полимеразной цепной реакции. В качестве позитивного контроля для гена Pi-ta использовали растения китайского моногенного сорта K12, для гена Pi - ta2 - сорта K27. Установлено, что удвоенные гаплоиды двух каллусных линий 7.2.2 и 21.2.1 были мономорфными, без генетической изменчивости по обоим генами устойчивости Pi - ta и Pi-ta2 . Семена растений каждой каллусной линии 7.2.2 и 21.2.1 в дальнейшем будут объединены в две отдельные селекционные линии, а большее число семян позволит интенсифицировать селекционный процесс. Среди удвоенных гаплоидов четырех других изученных каллусных линий (1.2.1, 4.1.2, 8.2.1 и 36.2.3) нами выявлен полиморфизм по остистости, скорости развития растений и антоциановой окраске среза. У каллусной линии 8.2.1 обнаружена генетическая изменчивость: 10 растений несли аллели устойчивости по обоим генам ( Pi-ta и Pi-ta2 ), 8 растений не имели ни одного аллеля, у 26 растений был детектирован только определяющий устойчивость аллель гена Pi-ta2 . Таким образом, при каллусообразовании в андрогенезе in vitro происходят два разнонапра

Еще

Андрогенез in vitro, внутрикаллусная изменчивость, пирикуляриоз, устойчивость

Короткий адрес: https://sciup.org/142226315

IDR: 142226315   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.3.533rus

Список литературы Внутрикаллусная изменчивость удвоенных гаплоидов риса, полученных в андрогенезе in vitro

  • Germanà M.A. Anther culture for haploid and doubled haploid production. Plant Cell Tiss. Organ. Cult., 2011, 104(3): 283-300 ( ). DOI: 10.1007/s11240-010-9852-z
  • Ferrie A.M.R., Caswell K.L. Isolated microspore culture techniques and recent progress for haploid and doubled haploid plant production. Plant Cell Tiss. Organ. Cult., 2011, 104(3): 301-309 ( ). DOI: 10.1007/s11240-010-9800-y
  • Dunwell J.M. Haploids in flowering plants: origins and exploitation. Plant Biotechnology Journal, 2010, 8(4): 377-424 ( ). DOI: 10.1111/j.1467-7652.2009.00498.x
  • Mishra R., Rao G.J.N. In-vitro androgenesis in rice: advantages, constraints and future prospects. Rice Science, 2016, 23(2): 57-68 ( ). DOI: 10.1016/j.rsci.2016.02.001
  • Sarao N.K., Gosal S.S. In vitro androgenesis for accelerated breeding in rice. In: Biotechnologies of crop improvement. Vol. 1 /S.S. Gosal, S.H. Wani (eds.). Springer, Cham, 2018: 407-435 ( ). DOI: 10.1007/978-3-319-78283-6_12
  • Datta S.K. Androgenic haploids: factors controlling development and its application in crop improvement. Current Sci., 2005, 89(11): 1870-1878.
  • Mishra R., Rao G.J.N., Rao R.N., Kaushal P. Development and characterization of elite doubled haploid lines from two indica rice hybrids. Rice Science, 2015, 22(6): 290-299 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.rsci.2015.07.002
  • Lapitan V.C., Redoña E.D., Abe T., Brar D. Molecular characterization and agronomic performance of DH lines from the F1 of indica and japonica cultivars of rice (Oryza sativa L.). Field Crops Research, 2009, 112(2-3): 222-228 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.fcr.2009.03.008
  • Ilyushko M.V., Romashova M.V. Variability of rice haploids obtained from in vitro anther culture. Russian Agricultural Sciences, 2019, 45(3): 243-246 ( ).
  • DOI: 10.3103/S1068367419030108
  • Сибикеева Ю.Е., Сибикеев С.Н. Влияние комбинаций чужеродных транслокаций на андрогенез in vitro у почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы. Генетика, 2014, 50(7): 831-839 ( ).
  • DOI: 10.7868/S0016675814070169
  • Круглова Н.Н. Инновационная биотехнология андроклинной гаплоидии яровой мягкой пшеницы: эмбриологический подход. Аграрная Россия, 2009, 1: 34-38.
  • Heberle-Bors E. In vitro haploid formation from pollen: a critical review. Theoret. Appl. Genetics, 1985, 71: 361-374 ( ).
  • DOI: 10.1007/BF00251175
  • Илюшко М.В., Ромашова М.В. Регенерационная способность каллусных трансплантантов риса в культуре пыльников in vitro. Аргарный вестник Приморья, 2018, 1(9): 5-8.
  • Сельдимирова О.А., Круглова Н.Н. Андроклинный эмбриоидогенез in vitro злаков. Успехи современной биологии, 2014, 134(5): 476-487.
  • Mishra R., Rao G.J.N., Rao R.N., Kaushal P. Development and characterization of elite doubled haploid lines from two indica rice hybrids. Rice Science, 2015, 22(6): 290-299 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.rsci.2015.07.002
  • Wu Y., Xiao N., Chen Y., Yu L., Pan C., Li Y., Zhang X., Huang N., Ji H., Dai Z., Chen X., Li A. Comprehensive evaluation of resistance effects of pyramiding lines with different broad-spectrum resistance genes against Magnaporthe oryzae in rice (Oryza sativa L.). rice, 2019, 12: 11 ( ).
  • DOI: 10.1186/s12284-019-0264-3
  • Санкин А.Ю., Лелявская В.Н., Сун И.Т. Актуальные в селекционном процессе гены устойчивости к пирикуляриозу риса в условиях Приморского края. Успехи современной науки, 2017, 2(10): С. 26-28.
  • Dai X.-J., Yan Y.-Z., Zhou L., Liang M.-Z., Fu X.-C., Chen L.-B. Distribution research of blast resistance genes Pita, Pib, Pi9 and Pikm in blast-resistant rice resources. Life Sci. research, 2012, 16(4): 340-356 ( ).
  • DOI: 10.16605/j.cnki.1007-7847.2012.04.009
  • Orasen G., Greco R., Puja E., Pozzi C., Stile M.R. Blast resistance R genes pyramiding in temperate japonica rice. Euphytica, 2020, 216: 40 ( ).
  • DOI: 10.1007/s10681-020-2575-2
  • Wang J.C., Correll J.C., Jia Y. Characterization of rice blast resistance genes in rice germplasm with monogenic lines and pathogenicity assays. Crop Protection, 2015, 72: 132-138 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.cropro.2015.03.014
  • Илюшко М.В., Фисенко П.В., Суницкая Т.В., Гученко С.С., Чжан Ц., Дэн Л.-В., Костылев П.И. Идентификация генов устойчивости к пирикуляриозу в сортах риса дальневосточной селекции с использованием ДНК-маркеров. Зерновое хозяйство России, 2017, 4: 41-45.
  • Илюшко М.В., Ромашова М.В., Фисенко П.В., Суницкая Т.В., Гученко С.С., Лелявская В.Н. Идентификация гена устойчивости риса к пирикуляриозу Pi-ta2 в коллекционных образцах и дальневосточных сортах риса методом молекулярного маркирования. Вестник защиты растений, 2019, 1(99): 36-39 (
  • DOI: 10.31993/2308-6459-2019-1(99)-36-39)
  • Илюшко М.В., Ромашова М.В. Создание регенерантных линий методом культуры пыльников in vitro для селекции риса на российском Дальнем Востоке. Дальневосточный аграрный вестник, 2017, 4(44): 37-45.
  • Генная инженерия растений. Лабораторное руководство /Под ред. Дж. Дрейпера, Р. Скотта, Ф. Армитиджа, Р. Уолдена. М., 1991.
  • Farrell T.C., Fox K.M., Williams R.L., Fukai S. Genotypic variation for cold tolerance during reproductive development in rice: screening with cold air and cold water. Field Crops Research, 2006, 98(2-3): 178-194 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.fcr.2006.01.003
  • Илюшко М.В., Ромашова М.В. Формирование тетраплоидов риса в андрогенезе in vitro. Российская сельскохозяйственная наука, 2020, 3: 14-17 ( ).
  • DOI: 10.31857/S2500262720030047
  • Wang Z., Jia Y., Fjellstrom R.G. The relationship between the rice blast resistance genes Pi-ta and Pi-ta2. Journal of Zhejiang wanly university, 2004, 17(2): 91-92.
  • Integrated Rice Science Database. Режим доступа: http://shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/gene/detail/947. Дата обращения: 30.08.2018.
  • Ramkumar G., Madhav M.S., Rama Devi S.J.S., Manimaran P., Mohan K.M., Prasad M.S., Balachandran S.M., Neeraja C.N., Sundaram R.M., Viraktamath B.C. Nucleotide diversity of Pita, a major blast redistance gene and identification of its minimal promoter. gene, 2014, 546(2): 250-256 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.gene.2014.06.001
  • Ma J.-T., Zhang G.-M., Xin A.-H., Zhang L.-Y., Deng L.-W., Wang Y.-L., Wang Y., Ran Y., Gong X.-J., Ge X.-L., Yang X.-F. Comparison of pathogenicity of Pyricularia oryzae under different genetic backgrounds. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(12): 1791-1801 ( ).
  • DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01791
  • Yamamoto T., Soeda Y., Nishikawa A., Hirohara H. A study of somaclonal variation for rice improvement induced by three kinds of anther-derived cell culture techniques. Plant Tissue Culture Letters, 1994, 11(2): 116-121 ( ).
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology1984.11.116
  • Ежова Т.А., Багрова А.М., Хартина Г.А., Гостимский С.А. Изучение наследуемости сомаклональных изменений у регенерантов посевного гороха (Pisum sativum L.). Генетика, 1989, XXV(5): 878-885.
  • Kuznetsova O.I., Ash O.A., Gostimskij S.A. The effect of duration of callus culture on the accumulation of genetic alteration in pea Pisum sativum L. Russian Journal of Genetics, 2006, 42(5): 555-562 ( ).
  • DOI: 10.1134/s1022795406050139
  • Scowcroff W.R. Somaclonal variation: the myth of clonal uniformit. In: Genetic flux in plant /B. Hohn, E.S. Dennis (eds.). Wien, New York: Springer-Verlas, 1985: 217-245 ( ).
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-8765-4
  • Osipova E.S., Koveza O.V., Gostimskij S.A., Troitskij A.V., Dolgikh Yu.L., Shamina Z.B. Analysis of specific RAPD and ISSR fragments in maize (Zea mays L.) somaclones and development of SCAR markers on their basis. Russian Journal of Genetics, 2003, 39(12): 1412-1419 (doi: 10.1023/B:RUGE.0000009156.74246.bc).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp