Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы
На основании данных твердофазного иммуноферментного анализа разработан
 методический подход, позволяющий управлять путями морфогенеза
 сильновакуолизированных микроспор в культуре in vitro изолированных пыльников
 яровой мягкой пшеницы. Based on the immunoassay data the metho...
Saved in:
| Published in: | Фактори експериментальної еволюції організмів |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176864 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы / О.А. Сельдимирова // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2009. — Т. 7. — С. 139-143. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860093141368963072 |
|---|---|
| author | Сельдимирова, О.А. |
| author_facet | Сельдимирова, О.А. |
| citation_txt | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы / О.А. Сельдимирова // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2009. — Т. 7. — С. 139-143. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фактори експериментальної еволюції організмів |
| description | На основании данных твердофазного иммуноферментного анализа разработан
методический подход, позволяющий управлять путями морфогенеза
сильновакуолизированных микроспор в культуре in vitro изолированных пыльников
яровой мягкой пшеницы.
Based on the immunoassay data the methodical approach has been developed. This
approach allows operating the morphogenesis pathways in vitro of high vacuolated
microspores in isolated anthers culture of spring soft wheat.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:24:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
139
СЕЛЬДИМИРОВА О.А.
Институт биологии Уфимского НЦ РАН,
Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, 69, e-mail: seldimirova@anrb.ru
ПУТИ МОРФОГЕНЕЗА МИКРОСПОР В КУЛЬТУРЕ IN VITRO
ПЫЛЬНИКОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
Культура in vitro изолированных пыльников – эффективный
биотехнологический прием, активно используемый в современных селекционно-
генетических программах по созданию новых форм и сортов сельскохозяйственных
культур. В основе метода культуры in vitro изолированных пыльников лежит феномен
андроклинии, суть которого состоит в переключении программы развития
морфогенетически компетентной гаплоидной клетки-микроспоры с обычного
гаметофитного пути (образование пыльцевого зерна) на иной путь – спорофитный
(образование гаплоидного растения) в условиях культуры in vitro.
Основное преимущество использования гаплоидов состоит в возможности
быстрого получения гомозиготных константных гибридных линий, что, в свою
очередь, облегчает оценку фенотипов по качественным и количественным признакам и
дает возможность ускорить оценку перспективности полученных гибридов. Это имеет
большое значение в биотехнологических исследованиях растений, в том числе яровой
мягкой пшеницы – основного хлебного злака.
Материалы и методы
Материалом для исследования послужили сорта (Жница, Московская 35,
Экада 78), линии (Фотос, Л 42809, Л 42866, Л 42875, 76/98а) и гибридные комбинации
(ГП 15 (Л 42809 х Л 42866), ГП 42 (Л 42875 х 76/98а), ГП 43 (Л 42875 х Экада 78))
яровой мягкой пшеницы. Семена были предоставлены Башкирским НИИСХ РАСХН
(г. Уфа).
В работе использованы: метод культуры in vitro пыльников яровой мягкой
пшеницы с учетом эмбриологических данных [Круглова, Батыгина, 2002], метод
сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) [Миронов с соавт., 1996], метод
приготовления постоянных препаратов растительных образцов, ранее исследованных
методом СЭМ, разработанный совместно с лабораторией эмбриологии и
репродуктивной биологии Ботанического института им. В.Л.Комарова РАН (г. Санкт-
Петербург), метод твердофазного иммуноферментного анализа растительных образцов
[Кудоярова с соавт., 1986]. Постоянные препараты просматривали и документировали с
применением цифрового микроскопа проходящего света серии Микровизор μVizo-100.
Статистическую обработку полученных результатов вели с применением программы
Excel, учитывая основные статистические параметры.
Результаты и обсуждение
Экспериментально установлено, что в условиях культуры in vitro пыльников
морфогенез сильновакуолизированных микроспор проходит следующими путями:
1. Формирование эмбриоидов - эмбриоидогенез - состоит в формировании из
сильновакуолизированных микроспор зародышеподобных структур. Детальный анализ
микроспориальных эмбриоидов в динамике развития in vitro показал, что развитие
эмбриоидов принципиально сходно с развитием зиготических зародышей донорных
растений пшеницы в естественных условиях. Сформированные эмбриоиды имеют все
характерные для зародышей пшеницы органы.
2. Формирование полиэмбриоидов – полимерных зародышеподобных структур.
Детальный анализ формирования полиэмбриоидов свидетельствует о том, что
структурный механизм их образования состоит в равномерном увеличении размеров
апикальной части эмбриоида и возникновении на ней множественных, симметрично
140
расположенных и равноценных меристематических очагов (как правило, 3-5).
Впоследствии каждый из меристематических очагов дает начало щитку и апикальной
меристеме побега. Как правило, все щитки частично срастаются в основании, тогда как
каждая апикальная меристема является самостоятельной и окружена собственным
колеоптилем.
3. Формирование морфогенных каллусов, характеризующимися наличием в их
составе так называемых меристематических очагов, состоящих из клеток, обладающих
морфогенетическими потенциями. В ходе дальнейшего развития меристематические
очаги преобразовываются в меристематические зоны, с деятельностью клеток которых
связаны процессы эмбриоидогенеза и органогенеза (геммогенеза – формирования
почек, ризогенеза – формирования корней и гемморизогенеза – сопряженного
формирования почек и корней).
4. Формирование неморфогенных каллусов, не имеющих в своем составе
меристематических клеток. Такие каллусы не способны к регенерации растений, при
дальнейших пересадках на питательные среды различного состава, как правило, они
некротизируют и поэтому отбраковываются.
В ходе исследований выявлена следующая закономерность: независимо от
генотипа индукция путей морфогенеза in vitro сильновакуолизированных микроспор
при постепенном повышении концентрации экзогенного ауксина 2,4-Д в индукционной
питательной среде Potato II всегда характеризуется определенной
последовательностью: формирование эмбриоидов – формирование полиэмбриоидов –
формирование морфогенного каллуса – формирование неморфогенного каллуса.
Установлено, что для индукции одного и того же пути морфогенеза in vitro
сильновакуолизированных микроспор пыльникам разных генотипов требуются
различные концентрации экзогенной 2,4-Д в индукционной питательной среде Potato II.
Согласно данным твердофазного иммуноферментного анализа пыльники разных
генотипов различаются по содержанию в них эндогенной ИУК (табл. 1).
Таблица 1
Содержание эндогенной ИУК в пыльниках исследованных генотипов перед
инокуляцией на индукционную среду Potato II
Генотип Содержание эндогенной ИУК
(нг/г сухой массы)
I 63.4±12.1
II 71.6±13.3
III 295.8±49.2
IV 395.6±57.2
V 45.4±5.2
VI 105.3±17.8
VII 92.4±15.6
VIII 349.5±43.2
IX 96.7±13.5
X 33.6±4.8
XI 179.8±24.3
Условные обозначения: I – Жница, II – Московская 35, III – Экада 78, IV – Фотос, V –
Л 42809, VI – Л 42866, VII – Л 42875, VIII – 76/98а, IX – ГП 15, X – ГП 42, XI – ГП 43.
Согласно критериям, предложенным [Горбунова с соавт., 2001] генотипы можно
условно разделить на высокоауксиновые (III, IV, VIII, XI) и низкоаукиновые (I, II, V,
VI, VII, IX, X). Для индукции одного и того же пути морфогенеза in vitro
высокоауксиновым генотипам требуется более низкая концентрация экзогенной 2,4-Д в
индукционной питательной среде Potato II, по сравнению с низкоауксиновыми
генотипами (табл. 2).
141
Таблица 2
Влияние концентрации 2,4-Д на частоту индукции путей морфогенеза in vitro сильновакуолизированных микроспор
Генотип I II III IV V VI VII VIII IX X XI
Э 0 0 12.6±2.8 42.2±7.5 0 0 0 35.9±6.3 0 0 52.3±9.6
ПЭ 0 0 1.8±0.4 7.8±1.3 0 0 0 6.8±1.7 0 0 5.6±1.4
МК 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1
НМК 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Э 18.4±3.5 6.1±0.5 3.2±0.6 5.5±0.9 4.5±1.2 14.5±2.9 10.0±0.9 10.2±2.5 35.3±3.2 4.6±0.4 6.9±0.6
ПЭ 2.6±0.8 0.6±0.2 11.1±1.9 38.2±8.6 0 4.7±0.8 3.3±0.7 50.0±4.5 4.1±0.8 0.5±0.1 33.3±2.9
МК 0 0 0 5.7±1.2 0 0 0 3.5±1.0 0 0 3.1±0.9 0.5
НМК 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Э 0.5±0.1 1.4±0.4 0.4±0.1 0 10.0±0.9 2.9±0.8 2.4±0.7 0 5.6±0.5 1.4±0.4 0
ПЭ 23.3±4.8 14.1±2.9 2.7±0.3 1.6±0.5 2.1±0.6 25.1±4.3 33.5±8.5 10.7±1.5 30.6±6.1 4.1±0.4 2.4±0.7
МК 2.1±0.4 5.7±1.4 3.2±0.5 57.4±9.5 0.3±0.1 6.8±1.3 1.9±0.6 36.4±6.3 2.1±0.6 0.7±0.1 42.7±8.3 1.0
НМК 0 0 0 0.5±0.1 0 0 0 5.3±1.3 0 0 7.9±1.9
Э 0 0 0 0 3.7±0.8 0 0 0 0.2±0.1 0 0
ПЭ 2.7±0.7 3.4±0.9 3.9±0.8 0 13.5±7.2 5.6±0.9 9.4±1.6 2.5±0.7 1.3±0.4 0 0
МК 12.3±2.1 12.7±2.3 19.5±2.7 13.0±1.6 2.6±0.7 42.1±6.2 29.5±2.7 26.1±2.3 17.4±2.9 5.4±1.4 5.8±0.5 1.5
НМК 0.4±0.1 3.2±0.5 4.2±0.8 11.4±2.1 0 3.8±0.9 6.2±1.5 8.3±2.4 3.2±0.6 0.2±0.1 21.2±4.3
Э 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ПЭ 0 0 0 0 1.4±0.2 0.4±0.1 0.5±0.1 0 0 0 0
МК 44.5±7.3 28.1±4.9 11.1±3.9 0.8±0.1 11.5±2.6 13.2±2.6 10.2±1.7 2.4±0.7 41.3±6.0 6.3±0.8 0 2.0
НМК 7.1±1.1 5.7±1.0 5.6±1.6 24.5±4.4 6.1±1.0 19.4±3.7 13.4±2.7 15.8±3.1 5.7±1.0 1.5±0.4 13.2±2.2
Э 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ПЭ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
МК 8.6±1.5 2.8±0.5 2.3±0.3 0 5.2±1.3 9.6±1.6 1.1±0.3 0 12.5±2.5 1.8±0.3 0 2.5
НМК 13.8±2.6 12.6±1.9 13.9±1.9 6.2±0.9 12.8±2.1 28.0±5.0 23.4±3.8 7.4±1.6 14.3±2.9 4.2±0.9 3.1±0.7
Э 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ПЭ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
МК 1.4±0.3 2.2±0.4 0 0 1.2±0.2 3.5±1.0 0.2±0.1 0 4.5±0.9 0 0
Ча
ст
от
а
ин
ду
кц
ии
п
ут
ей
м
ор
фо
ге
не
за
in
v
itr
o
(%
)
пр
и
ко
нц
ен
тр
ац
ии
2
,4
-Д
(м
г/
л)
3.0
НМК 29.1±5.8 17.3±2.6 2.1±0.5 0.3±0.1 8.6±1.5 14.3±2.4 6.0±0.5 0 19.3±3.7 0 0
Условные обозначения: Э – формирование эмбриоидов, ПЭ – формирование полиэмбриоидов, МК – формирование морфогенных каллусов,
НМК – формирование неморфогенных каллусов. Обозначения генотипов как в табл. 1.
Примечание: частоту индукции путей морфогенеза in vitro определяли как количество сформировавшихся структур на 100 пыльников.
142
Таким образом, установлено, что индукция конкретного пути морфогенеза in
vitro сильновакуолизированных микроспор определяется балансом эндогенного
ауксина ИУК (в пыльниках перед инокуляцией) и экзогенного ауксина 2,4-Д (в
индукционной питательной среде Potato II).
Очевидно, что в зависимости от целей конкретной технологии целесообразно
индуцировать определенный путь морфогенеза in vitro. Так, одноклеточное
происхождение эмбриоидов и полиэмбриоидов из микроспор делает возможным
сохранение генетической однородности и является основой для биотехнологически
оптимального способа клонирования полноценных плодоносящих гибридов яровой
мягкой пшеницы с закрепленным гетерозисным эффектом. Кроме того, формирование
у полиэмбриоидов множественных апикальных меристем побегов позволяет
значительно увеличивать выход гаплоидных растений-регенерантов, что существенно
при массовом характере селекционной работы. Получение растений-регенерантов через
каллусную культуру (посредством гемморизогенеза, что позволяет избегать процедур
многократных пересадок каллусов на среды разного состава) целесообразно при
массовом тиражировании гаплоидов, а также для повышения сомаклональной
изменчивости, которая является основой для получения новых признаков.
Предварительная оценка содержания эндогенной ИУК в пыльниках перед
инокуляцией на индукционную питательную среду Potato II позволяет определить
диапазон концентраций экзогенной 2,4-Д, необходимой для индукции желаемого пути
морфогенеза in vitro сильновакуолизированных микроспор.
Выводы
Метод культуры in vitro изолированных пыльников – биотехнологический
прием, перспективный в современных селекционно-генетических программах по
созданию новых форм растений. Разработан методический подход, который на
основании данных иммуноферментного анализа по содержанию эндогенной ИУК в
пыльниках перед инокуляцией на индукционную питательную среду Potato II позволяет
управлять путями морфогенеза in vitro сильновакуолизированных микроспор в нужном
для исследователя направлении. Это, в свою очередь, оптимизировать
биотехнологические исследования, связанные с массовым тиражированием гаплоидов.
Исследование поддержано РФФИ-Поволжье (грант № 08-04-97045), а также
программой Президента РФ «Ведущие научные школы РФ» (грант № НШ 2096.2008.4,
лидер Школы – чл.-корр. РАН Т.Б.Батыгина).
Литература
1. Круглова Н.Н., Батыгина Т.Б. Методические рекомендации по использованию
морфогенетического потенциала пыльника в биотехнологических исследованиях
яровой мягкой пшеницы. – Уфа. – 2002. – 22 с.
2. Миронов Н.В., Комиссарчик В.Л., Соколов А.Д. Методы электронной микроскопии в
биологии и медицине. – М. – 1996. – 243 с.
3. Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю., Еркеев М.И. Иммуноферментное определение
содержания индолилуксусной кислоты в семенах кукурузы с использованием
меченых антител // Физиол. раст. – 1986. – Т. 33, № 6. – С.1221-1227.
4. Горбунова В.Ю., Круглова Н.Н., Абрамов С.Н. Индукция андрогенеза in vitro у
яровой мягкой пшеницы. Баланс эндогенных и экзогенных фитогормонов //
Известия РАН. Серия биол. – 2001. – № 1. – С. 31-36.
Резюме
На основании данных твердофазного иммуноферментного анализа разработан
методический подход, позволяющий управлять путями морфогенеза
сильновакуолизированных микроспор в культуре in vitro изолированных пыльников
яровой мягкой пшеницы.
143
Based on the immunoassay data the methodical approach has been developed. This
approach allows operating the morphogenesis pathways in vitro of high vacuolated
microspores in isolated anthers culture of spring soft wheat.
СТРАШНЮК Н.М. 1, КРАВЕЦЬ Н.Б. 1, КОНВАЛЮК І.І. 2, МЕЛЬНИК В.М. 2
1Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка,
Україна, 46027, Тернопіль, вул. М.Кривоноса, 2, е-mail: strashniuk@mail.ru
2Інститут молекулярної біології і генетики НАН України,
Україна, 03680, Київ, вул. Заболотного, 150, e-mail: v.m.melnyk@imbg.org.ua
ОРГАНОГЕНЕЗ У КУЛЬТУРІ ТКАНИН ВИДІВ РОДУ ТИРЛИЧ (GENTIANA L.).
Морфогенез рослин, що веде до регенерації шляхом органогенезу чи соматичного
ембріогенезу, залежить від внутрішніх (видова приналежність та особливості генотипу
вихідної рослини) та зовнішніх чинників. Фізіологічні, біохімічні, молекулярні
процеси, які лежать в основі морфогенезу, вивчені недостатньо, що не дає можливості
створити теорію морфогенезу. Детальних досліджень потребують і сигнальні системи,
відповідальні за індукцію диференціації, органогенезу та їх зв’язок з регуляцією
клітинного циклу. Вважається, що в ініціації органогенезу вирішальна роль належить
балансу ендогенних фітогормонів, які кількісно змінюючись, можуть впливати на
компетентність клітин до своєї дії, наслідками якої є індукція органогенезу [1, 2].
Зручною моделлю для дослідження фізіологічних, біохімічних та молекулярних
особливостей процесів морфогенезу є культура in vitro рослин [1, 3]. Окрім
фундаментального використання культури клітин, тканин, органів має важливе
прикладне значення, особливо для збереження генофонду та відновлення популяцій
цінних рідкісних та зникаючих видів. До таких рослин відносяться і досліджувані нами
види роду Gentiana L., які є принадними об’єктами для введення в культуру in vitro та
одержання клітинних ліній-продуцентів цінних біологічно активних речовин [4, 5]. У
літературі також наявні повідомлення про вдалі спроби регенерації пагонів тирличів,
які, проте, стосуються здебільшого азіатських видів: G. macrophylla, G. kurroo, G.
crassicaulis, G. tibetica, G. scabra, G. triflora, G. dahurica [6-12].
Завданням проведеного дослідження було підібрати умови органогенезу з
отриманих нами раніше культур тканин кореневого походження деяких видів роду
Тирлич (Gentiana L.) флори України.
Матеріали і методи
Вихідним матеріалом слугували калюсні культури кореневого походження,
отримані від рослин з різних популяцій: G. lutea (полонина Рогнєска, хр. Чорногора –
на 11 пасажі та г. Трояска, хр. Свидовець - на 10 пасажі), G. pneumonanthe (Корюківське
лісництво, Чернігівська обл. – на 9 пасажі та с. Вигода, Івано-Франківська обл. – на 9 і
19 пасажах), G. acaulis (г. Туркул та г. Ребра, хр. Чорногора – на 8 і 9 пасажах
відповідно), G. cruciata (с. Креничі, Київська обл. та природний заповідник
«Медобори», Тернопільська обл. – на 10 пасажі) та G. verna (урочище Гереджівка, смт.
Ясиня, Закарпатська обл. – на 10 пасажі), які вирощували на агаризованому
живильному середовищі Мурасіге-Скуга (МС) з половинним вмістом макро- та
мікросолей, доповненому 0,1 мг/л 6-бензиламінопурину (БАП) і 0,5 мг/л 2,4-
дихлорфеноксіоцтової кислоти. Тривалість пасажу становила 4 тижні [13, 14].
З метою індукції регенерації як базове використовували середовище МС,
доповнене комбінаціями різних концентрацій фітогормонів: 1) тідіазурон (ТДЗ) (1, 5,
10, 20 мг/л) + 1-нафтилоцтова кислота (НОК) (0,01; 0,1; 0,2; 0,5; 1 мг/л); 2) БАП (0,1;
0,2; 0,5 мг/л) + НОК (1,0; 1,5; 2; 3; 4; 5,0 мг/л). Експеримент проводили у 3-х
повторностях. Інокулюми кожної із досліджуваних калюсних тканин висаджували у
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-176864 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2219-3782 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:24:19Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сельдимирова, О.А. 2021-02-08T17:54:19Z 2021-02-08T17:54:19Z 2009 Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы / О.А. Сельдимирова // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2009. — Т. 7. — С. 139-143. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2219-3782 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176864 На основании данных твердофазного иммуноферментного анализа разработан
 методический подход, позволяющий управлять путями морфогенеза
 сильновакуолизированных микроспор в культуре in vitro изолированных пыльников
 яровой мягкой пшеницы. Based on the immunoassay data the methodical approach has been developed. This
 approach allows operating the morphogenesis pathways in vitro of high vacuolated
 microspores in isolated anthers culture of spring soft wheat. Исследование поддержано РФФИ-Поволжье (грант № 08-04-97045), а также
 программой Президента РФ «Ведущие научные школы РФ» (грант № НШ 2096.2008.4,
 лидер Школы – чл.-корр. РАН Т.Б.Батыгина). ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Фактори експериментальної еволюції організмів Технології in vitro, проблеми та перспективи Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы Article published earlier |
| spellingShingle | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы Сельдимирова, О.А. Технології in vitro, проблеми та перспективи |
| title | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы |
| title_full | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы |
| title_fullStr | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы |
| title_full_unstemmed | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы |
| title_short | Пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы |
| title_sort | пути морфогенеза микроспор в культуре in vitro пыльников яровой мягкой пшеницы |
| topic | Технології in vitro, проблеми та перспективи |
| topic_facet | Технології in vitro, проблеми та перспективи |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176864 |
| work_keys_str_mv | AT selʹdimirovaoa putimorfogenezamikrosporvkulʹtureinvitropylʹnikovârovoimâgkoipšenicy |