Актуальность

ovoshchi

Овощи России

Vegetable crops of Russia

2072-91462618-7132

Федеральный научный центр овощеводства

10.18619/2072-9146-2019-6-10-18

ovoshchi-912

Research Article

СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

BREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPS

Получение удвоенных гаплоидов Brassica purpuraria

Production of doubled haplois in Brassica purpuraria

https://orcid.org/0000-0002-1319-5631

Козарь

Е. В.

Kozar

E. V.

м.н.с. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Junior Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

https://orcid.org/0000-0002-2284-0532

Коротцева

К. С.

Korottseva

K. S.

м.н.с. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Junior Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

https://orcid.org/0000-0002-6513-1541

Романова

О. В.

Romanova

O. V.

кандидат с.-х. наук, м.н.с. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Cand. Sci. (Agriculture), Junior Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

https://orcid.org/0000-0001-5297-2969

Чичварина

О. А.

Chichvarina

O. A.

м.н.с. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Junior Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

https://orcid.org/0000-0001-7902-503X

Кан

Л. Ю.

Kan

L. Yu.

кандидат с.-х. наук, с.н.с. лаб. генетики и цитологии,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Ph.D. in Agriculture, Senior Researcher, Laboratory of Genetics and Cytology,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

Ахраменко

В. А.

Ahramenko

V. A.

м.н.с. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Junior Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

https://orcid.org/0000-0002-2695-190X

Домблидес

Е. А.

Domblides

E. A.

кандидат с.-х. наук, зав. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений,

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Cand. Sci. (Agriculture), Head of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding,

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

Edomblides@mail.ru

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр овощеводства" (ФГБНУ ФНЦО)РоссияFederal State Budgetary Scientific Institution Federal Scientific Vegetable Center (FSBSI FSVC)Russian Federation

2019

18122019

061018

2019

Козарь Е.В., Коротцева К.С., Романова О.В., Чичварина О.А., Кан Л.Ю., Ахраменко В.А., Домблидес Е.А.

Kozar E.V., Korottseva K.S., Romanova O.V., Chichvarina O.A., Kan L.Y., Ahramenko V.A., Domblides E.A.

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/912

Актуальность

Актуальность. Овощная культура Brassica rapa L. ssp. chinensis (L.) Hanelt var. purpuraria (L.H. Bailey) Hanelt (синонимы: Brassica campestris L. var. purpurea Bailey; Brassica rapa L. ssp. chinensis var. purpurea) в последние годы набирает популярность как объект генетико-молекулярных исследований и как овощное растение ввиду высокого содержания биологически активных веществ и хозяйственно ценных признаков. Эффективной технологии получения DH-растений для ускорения селекционного процесса у этой культуры еще не разработано, поэтому исследования в этой области актуальны.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследование включены два сортообразца из коллекции ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (ВИР): №1301(Китай) и №1357(Нидерланды). В ходе экспериментов использовали стандартный протокол получения DH-растений в культуре изолированных микроспор in vitro и протокол с добавлением нитрата серебра (AgNO3) в питательную среду для стимулирования индукции эмбриогенеза. Для определения плоидности растений-регенерантов использовали прямой подсчет хромосом в меристемных клетках и метод проточной цитометрии клеточных ядер.

Результаты

Результаты. В результате исследования установлено, что эмбриогенез в культуре B. purpuraria возможен как при использовании стандартного протокола, так и с добавлением нитрата серебра, который положительно влияет на индукцию эмбриогенеза. Выход эмбриоидов варьировал в зависимости от генотипа индивидуального растения в пределах сортообразца. Максимальный выход эмбриоидов составил 40 эмбриоидов на чашку Петри. Обозначена основная проблема, возникающая на этапе регенерации: около половины растений-регенерантов оказались альбиносами и были нежизнеспособны. Показана высокая степень спонтанного удвоения хромосом в растениях-регенерантах. Всего было получено 38 растений-регенератов из сортообразца №1301. Выявлено, что у некоторых DH-растений при инбридинге проявляется самонесовместимость (4 шт), в то время как у остальных растений семенное потомство было получено. Созданный материал передан для генетических исследований и селекционной работы.

Relevance

Relevance. In recent years vegetable crop Brassica rapa ssp. chinensis var. purpuraria (synonyms: Brassica campestris L. var.purpurea Bailey; Brassica rapa L. ssp. chinensis var. purpurea) is gaining popularity as an object of genetic and molecular researches, and as an economically valuable vegetable plant due to the high content of biologically active compounds and distinctive economically valuable traits. Effective technology for development DH-plants to accelerate the breeding process for this culture has not been developed yet, so research in this area is relevant.

Materials and methods

Materials and methods. The study included two varieties from the collection of Vavilov AllRussian Research Institute of Plant Industry (VIR): No. 1301 (China) and No. 1357(Netherlands). Both protocols standard unmodified and with addition of silver nitrate (AgNO3) in the medium for embryogenesis induction were used in experiments for production of DH plants from isolated microspore in vitro. Direct chromosome counting in meristem cells and flow cytometry were used to determine the ploidy of regenerating plants.

Results

Results. As a result of the study embryogenesis in B. purpuraria culture can develop with the use of a standard protocol as well as with the addition of silver nitrate that showed a positive effect on the induction of embryogenesis. The yield of embryoids varied depending on the genotype of the individual plant within the variety accession. The highest yield of embryoids was 40 embryoids/petri dish. The main problem at the stage of regeneration is that about half of the regenerating plants occurred to be albinos and were not viable. We show a high degree of spontaneous chromosome doubling in regenerated plants (all analyzed plants were doubled haploids). In total 38 regenerated plants were obtained from accession No. 1301. It was shown that four DH-plants had self-incompatibility after self-pollination, but seed progeny from other plants was obtained. The created material was taken for genetics study and breeding work.

Brassica rapa ssp. chinensis var. purpurariaкультура изолированных микроспорудвоенные гаплоидыандрогенезрегенерация растенийпроточная цитометрия

Brassica rapa ssp. chinensis var. purpurariaisolated microspore culturedoubled haploidsandrogenesisplant regenerationflow cytometry

Авторы выражают благодарность Артемьевой А.М. за предоставленный коллекционный материал капусты пурпурной (B.purpuria) и Скапцову М. за помощь в оценке растений-регенерантов методом проточной цитометрии клеточных ядер.

The authors express special acknowledgement to Anna M. Artemyeva for the collection material of purple cabbage (B.purpuria) and Mikhail Skaptsov for his help in assessing regenerated plants by flow method cytometry of cell nuclei.

References1

Alexander H, Haasen P. Dislocations and Plastic Flow in the Diamond Structure. Solid State Physics. 1969;22:27-158.

Asif M. Progress and Opportunities of Doubled Haploid Production. Cham: Springer International Publishing. 2013.

Caredda S, Clement C. Androgenesis and albinism in Poaceae: influence of genotype and carbohydrates. Anther and Pollen: From Biology to Biotechnology. 1999;211–226.

Chen CC, Lin MH. Induction of rice plantlets from anther culture. Bot. Bull. Acad. Sin. 1976;17:18–24.

Chen X, Zhu Z et al. Glucosinolates in Chinese Brassica campestris Vegetables: Chinese Cabbage, Purple Cai-tai, Choysum, Pakchoi, and Turnip. Hort Science. 2008;43(2):571–574.

Chu, P. et al. iTRAQ-based quantitative proteomics analysis of Brassica napus leaves reveals pathways associated with chlorophyll deficiency. J. Proteomics. 2014;113,244–259.

Clapham D. Haploid Hordeum plants from anthers in vitro. Z. Pflanzenzucht. 1973;69:142−155.

Dunwell JM. Haploids in flowering plants: origins and exploitation. Plant Biotechnol J. 2010;8:377-424.

Ferrie AMR, Caswell KL. Isolated microspore culture techniques and recent progress for haploid and doubled haploid plant production. Plant Cell Tiss Org Cult. 2011;104:301–309.

Ferrie AMR. Microspore culture of Brassica species. Doubled haploid production in crop plants (Ed. M. Maluszynski et al.). Kluwer, Dordrecht. 2003:205-215.

Gao Y, Jia J, Cong J et al. Non-ionic surfactants improved microspore embryogenesis and plant regeneration of recalcitrant purple flowering stalk (Brassica campestris ssp. chinensis var. purpurea Bailey). In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2019; p.1–8. https://doi.org/10.1007/s11627-019-10033-3

Genovesi AD, Magill CW. Improved rate of callus and green plant production from rice anther culture following cold shock. Crop Sci. 1979;19:662–664.

Guo N, Wu J, Zheng S et al. Anthocyanin profile characterization and quantitative trait locus mapping in zicaitai (Brassica rapa L. ssp. chinensis var. purpurea). Mol Breeding. 2015;35:113. https://doi.org/10.1007/s11032-015-0237-1

Haliloglu K, Baenziger PS. The effects of age and size of wheat (Triticum aestivum L.) anther culture-derived embryos on regeneration of green and albino plantlets. Israel J. Plant Sci. 2003;51:207–212.

Huang H. The relative efficiency of microspore culture and chromosome elimination as methods of haploid production in Hordeum vulgare L. Z. Pflanzenzucht. 1984;92:22–29.

Jahne A, Lorz H. Cereal microspore culture. Plant Sci. 1995;109:1–12.

Jahne, A., Lazzeri, P.A., Jager-Gussen, M., Lorz, H. Plant regenerationfrom embryonic cell suspensions derived from anther cultures of barley (Hordeum vulgare L.). Theor. Appl. Genet. 1991;82:74–80.

Kabir KMdR, Kwon S-W, Y-J Park and al. Application of Cobalt Chloride and Silver Nitrate for Efficient Microspore Culture of Brassica rapa ssp. Plant Tissue Cult. & Biotech. 2013;23(1):1-10.

Knudson S, Due IK, Anderson SB. Components of response in barley anther culture. Plant Breed. 1989;103:241–246.

Li G-H, Chen H-C, Liu J-L et al. A high-density genetic map developed by specific-locus amplified fragment (SLAF) sequencing and identification of a locus controlling anthocyanin pigmentation in stalk of Zicaitai (Brassica rapa L. ssp. chinensis var. purpurea). BMC Genomics. 2019;20:343. https://doi.org/10.1186/s12864-019-5693-2

Lichter R. Induction of haploid plants from isolated pollen of Brassica napus. Z. Pflanzenphysiol. 1982;105:427-434.

Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I. Doubled haploid production in crop plants: a manual. Kluwer Academic. 2003.

Moieni A, Sarrafi A. Genetic analysis for haploid-regeneration responses of hexaploidy-wheat anther cultures. Plant Breed. 1995;114:247–249.

Murashige T, Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco cultures. Physiologia Plantarum, 1962;15:473–497.

Na H., Kwak J.H., Chun C. The effect of plant growth regulators, activated charcoal and AgNO3 on microspore derived embryo formation in broccoli (Brassica oleracea L. var. italica). Hort. Environ. Biotechnol. 2011;52(5):524- 529. https://doi.org/10.1007/s13580-011-0034-7

Pechan PM, Keller WA. Identification of potentially embryogenic microspores in Brassica napus. Physiol. Plant. 1988;74:377-384.

Smith HB. Photosynthetic pigmentation-variegations on a theme. Plant Cell. 1999;11:1–14.

Wang C, Li H, Li Y. Genetic characterization and fine mapping BrCER4 in involved cuticular wax formation in purple cai-tai (Brassica rapa L. var. purpurea). Mol Breeding. 2019;39:12. https://doi.org/10.1007/s11032-018-0919-6

Wang T, Li HX, Zhang J. Initiation and development of microspore embryogenesis in recalcitrant purple flowering stalk (Brassica campestris ssp. chinensis var. purpurea Hort.) genotypes. Scientia Horticulturae. 2009;121(4):419-424.

Wang TT, Li HX, Zhang JH et al. Isolated microspore culture and plant regeneration in purple flowering stalk (Brassica campestris ssp. chinensis var. purpurea Hort.). J. Wuhan Botanical Research. 2004;22(6):569-5712004.

Wang Y, He Y, Yang M et al. Fine mapping of a dominant gene conferring chlorophyll- deficiency in Brassica napus. Scientific Reports. 2016;6:31419.

Wuhan Bot. Res. 22: 569-571 (in Chinese with English summary).Biddington NL, Sutherland RA and Robinson HT. Silver nitrate increases embryo production in anther culture of Brussels sprouts. Ann. Bot. 1988;62:181-185.

Вюртц Т.С., Домблидес Е.А., Шмыкова Н.А., Федорова М.И., Кан Л.Ю., Домблидес А.С.. Получение DH-растений в культуре микроспор моркови. Овощи России. 2017;(5):25-30. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017- 5-25-30

Vjurtts T.S., Domblides E.A., Shmykova N.A., Fedorova M.I., Kan L.J., Domblides A.S. Production of DH-plants in culture of isolated microspore in carrot. Vegetable crops of Russia. 2017;(5):25-30. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-5-25-30]

Домблидес Е.А. и др. Технология получения удвоенных гаплоидов в культуре микроспор семейства капустные (методические рекомендации). Коллектив авторов. ВНИИССОК. М.: Изд-во ВНИИССОК. 2016.

Domblides E.A. et al. Technology for development doubled haploids of cabbage in microspores culture (methodical recommendations). Team of authors. Moscow: VNIISSOK publishing House. 2016. (In Russ.)

Козарь Е.В., Домблидес Е.А., Солдатенко А.В. Получение удвоенных гаплоидов редиса в культуре микроспор in vitro. Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии. 2018:123-125.

Kozar E.V., Domblides E.A., Soldatenko A.V. Development of radish doubled haploids in microspore culture in vitro. Biotechnology in crop production, animal husbandry and veterinary medicine. 2018:123-125. (In Russ.)

Козарь Е.Г. Биологическая активность вторичных метаболитов растений семейства Brassicaceae. Овощи России. 2011;1(10):46-53.

Kozar E.G. Biological activity of secondary metabolite in plants of Brassicaceae family. Vegetables crops of Russia. 2011;1(10):46-53. (In Russ.)

Козарь Е.Г., Кононков П.Ф., Гинс М.С., Байков А.А., Шестеперов А.А. Биологическая и антиоксидантная активность водяного кресса. Новые и нетрадиц. растения и перспективы их использования. Общерос. акад. нетрадиц. и редких растений (и др.). Москва. 2017:04-112.

Kozar E.G., Kononkov P.F., Gins M.S., Baykov A.A., Shesteperov A.A. Biological and antioxidant activity of watercress. New and non-traditional plants and prospects of their use. All Russian Acad. non-traditional and rare plants (etc.). Moscow. 2017:04-112. (In Russ.)

Скапцов М.В., Смирнов С.В., Куцев М.Г., Шмаков А.И. Проблемы стандартизации в проточной цитометрии растений. Turczaninowia. 2016;19(3):120-122.

Skaptsov M.V., Smirnov S.V., Kutsev M.G., Shmakov A.I. Problems of a standardization in plant flow cytometry. Turczaninowia. 2016,19(3):120-122. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.19.3.9. (In Russ.)

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