ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2025-3-5-9ovoshchi-2677Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙBREEDING, SEED PRODUCTION AND PLANT BIOTECHNOLOGYОптимальные параметры для изоляции протопластов мезофилла моркови in vitroOptimal Parameters for the Isolation of Carrot Mesophyll Protoplasts In Vitrohttps://orcid.org/0009-0000-0407-3459АлжараманиН.AljaramanyN.

Насим Алжарамани – аспирант

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Naseem Aljaramany – PhD student

Timiryazevskaya Str., 49, Moscow, 127434

 

naseemjihadja@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9404-8862МонахосС. Г.MonakhosS. G.

Сократ Григорьевич Монахос – заведующий кафедрой ботаники, селекции и семеноводства садовых растений, профессор

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Sokrat G. Monakhos – Head of the Department of Botany, Breeding and Seed Production

Timiryazevskaya Str., 49, Moscow, 127434

s.monakhos@rgau-msha.ruРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation2025170720250359Copyright © Алжарамани Н., Монахос С.Г., 20252025Алжарамани Н., Монахос С.Г.Aljaramany N., Monakhos S.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/2677

Выделение протопластов из различных видов растений является широко используемым методом. Целью данной работы является разработка эффективной системы выделения и очистки протопластов мезофилла Daucus сarota. Основные факторы, влияющие на качественные и количественные параметры процедур выделения протопластов, пытались оптимизировать, используя хорошо зарекомендовавшую себя технику слияния протопластов в качестве основы для всестороннего анализа, включая концентрацию сорбита на стадии предплазмолиза и продолжительность процесса ферментативной обработки. Эти ключевые переменные влияют на выход и выживаемость протопластов. В данном исследовании для выделения протопластов методом ферментативной обработки использовались листья моркови сорта «Vil-1» в качестве основного исходного материала. Полученные данные показали, что более высокая концентрация сорбита приводит к увеличению выхода протопластов, при этом оптимальной концентрацией является 0,5 М, что обеспечивает жизнеспособность до 95% протопластов. Кроме того, увеличение продолжительности ферментативной обработки с 2 до 6 часов максимально увеличивало как выход протопластов, так и их жизнеспособность. Наиболее благоприятными условиями для разделения протопластов были определены предварительная обработка 0,5 М сорбитом в течение одного часа в сочетании со смесью 1% целлюлазы, 0,1% пектиназы и 6-часовым периодом инкубации.

The isolation of protoplasts from diverse plant species is a widely employed technique. The purpose of this work is to develop an efficient system for isolating and purifying mesophyll protoplasts from Daucus carota. Main factors influencing the qualitative and quantitative dimensions of protoplast isolation procedures attempted to be optimized, using the well-established protoplast fusion technique as the foundation for the comprehensive analysis, including sorbitol concentration during the preplasmolysis stage and the duration of the enzymolysis process, those key variables affect the yield and survivability of the protoplasts. This research employed "Vil-1" carrot leaves as the primary source material to isolate protoplasts through enzymolysis. The data revealed that higher concentrations of sorbitol led to increased protoplast yield, with the optimal concentration being 0.5 M, which resulted in up to 95% protoplast vitality. Furthermore, prolonging the enzymolysis duration to 6 hours maximized both protoplast yield and vitality. The optimal conditions for isolating protoplasts were determined to be 0.5 M sorbitol pre-treatment for one hour, combined with a mixture of 1% cellulase, 0.1% pectinase, and a 6-hour incubation period.

Daucus carotaпротопластферментативная обработкапреплазмолизвыживаемостьвыход протопластовDaucus сarotaProtoplastEnzymolysisPreplasmolysisVitalityViabilityReferencesQue F., Hou X.L., Wang G.L., Xu Z.S., Tan G.F., Li T., Wang Y.H., Khadr A., Xiong A.S. Advances in research on the carrot, an important root vegetable in the Apiaceae family. Horticulture Research. 2019;(6):1-15. https://doi.org/10.1038/s41438-019-0150-6Que F., Hou X.L., Wang G.L., Xu Z.S., Tan G.F., Li T., Wang Y.H., Khadr A., Xiong A.S. Advances in research on the carrot, an important root vegetable in the Apiaceae family. Horticulture Research. 2019;(6):1-15. https://doi.org/10.1038/s41438-019-0150-6Iorizzo M., Senalik D.A., Ellison S.L., Grzebelus D., Cavagnaro P.F., Allender C., Simon P.W. Genetic structure and domestication of carrot (Daucus carota subsp. sativus) (Apiaceae). American Journal of Botany. 2013;(5):930–938. https://doi.org/10.3732/ajb.1300055Iorizzo M., Senalik D.A., Ellison S.L., Grzebelus D., Cavagnaro P.F., Allender C., Simon P.W. Genetic structure and domestication of carrot (Daucus carota subsp. sativus) (Apiaceae). American Journal of Botany. 2013;(5):930–938. https://doi.org/10.3732/ajb.1300055Cocking E.C. A Method for the Isolation of Plant Protoplasts and Vacuoles. Nature. 1960;(87):962-963. https://doi.org/10.1038/187962a0Cocking E.C. A Method for the Isolation of Plant Protoplasts and Vacuoles. Nature. 1960;(87):962-963. https://doi.org/10.1038/187962a0Nagata T., Takebe I. Cell Wall Regeneration and Cell Division in Isolated Tobacco Mesophyll Protoplasts. Planta. 1970;(4):301-308. https://doi.org/10.1007/BF00385097Nagata T., Takebe I. Cell Wall Regeneration and Cell Division in Isolated Tobacco Mesophyll Protoplasts. Planta. 1970;(4):301-308. https://doi.org/10.1007/BF00385097Liu J.H., Deng X.X. Plant Protoplast Asymmetric Fusion and Its Application in Breeding. Life Sciences. 1999;(14):88-91. https://doi.org/10.4236/ojapps.2024.143048Liu J.H., Deng X.X. Plant Protoplast Asymmetric Fusion and Its Application in Breeding. Life Sciences. 1999;(14):88-91. https://doi.org/10.4236/ojapps.2024.143048Davey M.R., Anthony P., Power J.B. Plant Protoplasts: Status and Biotech nological Perspectives. Biotechnology Advances. 2005;(23):131-171. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2004.09.008Davey M.R., Anthony P., Power J.B. Plant Protoplasts: Status and Biotech nological Perspectives. Biotechnology Advances. 2005;(23):131-171. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2004.09.008Tee C.S., Lee P.S., Kiong A.L.P, Mahmood M. Optimisation of protoplast isolation protocols using in vitro leaves of Dendrobium crumenatum (pigeon orchid). Agricultural research. 2010;(5):2685-2693. https://doi.org/10.5897/AJAR.9000516.Tee C.S., Lee P.S., Kiong A.L.P, Mahmood M. Optimisation of protoplast isolation protocols using in vitro leaves of Dendrobium crumenatum (pigeon orchid). Agricultural research. 2010;(5):2685-2693. https://doi.org/10.5897/AJAR.9000516.Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Plant Physiology. 1962;(2):473- 497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xMurashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Plant Physiology. 1962;(2):473- 497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xBaranski R., Klocke E., Ryschka U. Monitoring the expression of green fluorescent protein in carrot. Acta Physiologiae Plantarum. 2007;(29):239–246. https://doi.org/10.1007/s11738-007-0030-9Baranski R., Klocke E., Ryschka U. Monitoring the expression of green fluorescent protein in carrot. Acta Physiologiae Plantarum. 2007;(29):239–246. https://doi.org/10.1007/s11738-007-0030-9Ingeborg L., Stefan S., Brigitte S., George K. Plasmolysis: Loss of Turgor and Beyond. Plants. 2014;(3):583–593. https://doi.org/10.3390/plants3040583Ingeborg L., Stefan S., Brigitte S., George K. Plasmolysis: Loss of Turgor and Beyond. Plants. 2014;(3):583–593. https://doi.org/10.3390/plants3040583Huang H., Wang Z., Cheng J. An Efficient Cucumber (Cucumis sativus L.) Protoplast Isolation and Transient Expression System. Scientia Horticulturae. 2013;(150):206-212. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2012.11.011Huang H., Wang Z., Cheng J. An Efficient Cucumber (Cucumis sativus L.) Protoplast Isolation and Transient Expression System. Scientia Horticulturae. 2013;(150):206-212. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2012.11.011Jia X.Y., Zhang X.H., Qu J.M., Han R. Optimization Conditions of Wheat Mesophyll Protoplast Isolation. Agricultural Sciences. 2016(7):850-858. https://doi.org/10.4236/as.2016.712077Jia X.Y., Zhang X.H., Qu J.M., Han R. Optimization Conditions of Wheat Mesophyll Protoplast Isolation. Agricultural Sciences. 2016(7):850-858. https://doi.org/10.4236/as.2016.712077Aljaramany N., Vishnyakova A.V., Monakhos S.G. Somatic hybridization in agricultural crops improvement: An environmentally amiable era in biotechnology. Caspian Journal of Environmental Sciences (CJES). 2024;(22):1233-1241. https://doi.org/10.22124/cjes.2024.8236Aljaramany N., Vishnyakova A.V., Monakhos S.G. Somatic hybridization in agricultural crops improvement: An environmentally amiable era in biotechnology. Caspian Journal of Environmental Sciences (CJES). 2024;(22):1233-1241. https://doi.org/10.22124/cjes.2024.8236Huo A., Chen Z., Wang P., Yang L., Wang G., Wang D., Liao S., Cheng T., Chen J., Shi J. Establishment of transient gene expression systems in protoplasts from Liriodendron hybrid mesophyll cells. PLOS ONE. 2017;(12):1-14. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172475Huo A., Chen Z., Wang P., Yang L., Wang G., Wang D., Liao S., Cheng T., Chen J., Shi J. Establishment of transient gene expression systems in protoplasts from Liriodendron hybrid mesophyll cells. PLOS ONE. 2017;(12):1-14. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172475Firoozabady E. Rapid Plant Regeneration from Nicotiana, Mesophyll Protoplasts. Plant Science. 1986;(46):127-131. https://doi.org/10.1016/0168-9452(86)90119-6Firoozabady E. Rapid Plant Regeneration from Nicotiana, Mesophyll Protoplasts. Plant Science. 1986;(46):127-131. https://doi.org/10.1016/0168-9452(86)90119-6Peng X.Q., Tang R., Xie X.M. Advances on the Isolation of Protoplast in Gramineous Plant. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2015;(31):252-257. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.20141921Peng X.Q., Tang R., Xie X.M. Advances on the Isolation of Protoplast in Gramineous Plant. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2015;(31):252-257. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.20141921

The authors declare that there are no conflicts of interest present.