Исследование регенерационной способности и микроклональное размножение Petunia hybrida in vitro

Актуальность. Петуния гибридная – популярная, широко культивируемая во всем мире декоративная культура семейства пасленовые и перспективное модельное растение для молекулярно-генетических исследований. Важную роль в тиражировании гибридной петунии имеет микроклональное размножение in vitro, поскольку жизнеспособность и качество посевного материала резко ухудшается в последующих поколениях. Немаловажный аспект при этом – существенное снижение экономических затрат. Учитывая, что в РФ исследований по данному вопросу крайне мало, данное направление работ является весьма актуальным.

Материалы и методы. Исследования проводили в лаборатории селекционно-генетических исследований полевых культур ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки». В качестве первичных эксплантов использовали семена Petunia hybrida (махровая форма). Стерилизующий агент – бытовой отбеливатель АСЕ, разбавленный дистиллированной водой в соотношении 1 : 9 (0,50% содержание NaOCl в рабочем растворе). Время экспликации – 15 мин. Первичные экспланты пассировали на безгормональную питательную среду с минеральной основой по Мурасиге-Скуга, содержащую 20 г/л сахарозы и 6 г/л агара. Изолированные in vitro объекты культивировались в пробирках с ватно-марлевыми пробками при освещенности 4 тыс. лк, температуре 22…25°С, фотопериоде 16 ч в условиях культуральной комнаты. Продолжительность одного пассажа – 60 суток. Микроклональное размножение проводили черенками длиной 7-10 мм с узлом. Перевод регенерантов в горшечную культуру осуществлён в контролируемые условия в световой комнате: фотопериод 16 ч – день, температура 23°С.

Результаты. Для введения в культуру in vitro петунии гибридной оптимальным способом является использование семян, обработанных раствором бытового отбеливателя АСЕ, разбавленным дистиллированной водой в соотношении 1 : 9 при времени экспликации 15 мин. Petunia hybrida продемонстрировала высокие темпы регенерации на безгормональной питательной среде МС, выражающиеся в достаточной скорости роста и развития растений, хорошем ризогенезе, а также коэффициенте размножения 8,77. Для микроклонального размножения петунии целесообразно использовать черенки пробирочных растений, которые помещают на безгормональную среду МС. Пробирочные растения Petunia hybrida обладают высокой приживаемостью в почвенном субстрате, что свидетельствует о высокой пластичности культуры. 

1. Hill K., Schaller G.E. Enhancing plant regeneration in tissue culture. Plant Signaling & Behavior. 2013;(8):10. https://orcid.org/10.4161/psb.25709

2. Ikeuchi M., Ogawa Y., Iwase A., Sugimoto K. Plant regeneration: Cellular origins and molecular mechanisms. Development. 2016;(143):1442–1451.

3. Melnyk C.W., Meyerowitz E.M. Plant grafting. Curr. Biol. 2015;(25):183–188.

4. Zhang H., Zhang T.T., Liu H., Shi D.Y., Wang M., Bie X.M., Li X.G., Zhang X.S. Thioredoxin mediated ROS homeostasis explains natural variation in plant regeneration. Plant Physiol. 2018;(176):2231-2250.

5. Gomaa S.E., Esmaiel N.M. In vitro Preliminary Study on Petunia hybrida breeding under Sodium Chloride Stress Conditions. Middle East Journal of Agriculture Research. 2015;4(4):867-872.

6. Solano R., Nieto C., Avila J., Canas L., Diza I., Paz-Ares J. Dual DNA binding specificity of a petal epidermis – specific MYB transcription factor from Petunia hybrida. EMBO J. 1995;(14):1773-1784.

7. Davies K.M., Bloor S.J., Spiller G.B., Deroles S.C. Production of yellow color in flowers: redirection of flavonoid biosynthesis in petunia. PLANT J. 1998;(13):259-266.

8. Козлова Е.А. Совершенствование технологий выращивания, размножения и оценка декоративных качеств линий петунии гибридной (Petunia x Hibrida Vilm.). Москва, 2016. 26 с.

9. Gerats T., Strommer J. Petunia. Evolutionary, developmental and physiological genetics. Second Edition. 2009. 435 р. https://orcid.org/10.1007/978-0-387-84796-2

10. Angenent G.C., Franken J., Busscher M., Colombo L and van Tunen А.J. Petal and stamen formation in Petunia is regulated by the homeotic gene fbp1. Plant J. 1993;(4):101-112.

11. Winkel-Shirley B. Flavonoid biosynthesis. A colorful model for genetics, biochemistry, cell biology, and biotechnology. Plant Physiol. 2001;(126):485-493.

12. Souer E., Houwelingen A., Kloos D., Moland J, Koes R. The no apical meristem gene of Petunia is required for pattern formation in embryos and flowers and is expressed at meristem and primordial boundaries. Cell. 1996;(85):159-170.

13. Farshad T., Hinkley C.S and Ramprashad N. A Comparison of DNA Extraction Methods using Petunia hybrida Tissues. J. Biomolecular Techniques. 2013;(24):113-118.

14. Farooq I., Qadri Z.A., Rather Z.A., Nazki A.T., Banday N., Rafiq S., Masoodi K., Alotaibi S., Mansoor S. Optimization of an improved, efficient and rapid in vitro micropropagation protocol for Petunia hybrida Vilm. Cv. “Bravo”. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.05.018.

15. Habas R.R., Turker M., Ozdemir F.A. In vitro Multiple Shoot Regeneration from Petunia hybridа. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology. 2019;7(10):1554-1560. https://doi.org/10.24925/turjaf.v7i10.1554-1560.2570

16. Begum S.S., Arundhati A. Study Of Phytohormone Autonomy In In Vitro In Petunia Hybrida. International Journal of Advanced Biotechnology and Research. 2016;7(2):536-539. http://www.bipublication.com.

17. Sharma A.K., Mitra G.C. In vitro culture of shoot apical meristem of Petunia hybrida for mass production of plants. Indian journal of experimental biology. 1976. Р.348-350.

18. Abu-Qaoud H., Abu-Rayya A., Yaish S. In vitro regeneration and somaclonal variation of Petunia hybridа. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research. 2010;18(1):71-81.

19. Rao P.S., Handro W., Harada H. Bud formation and embryo differentiation in in vitro cultures of Petunia. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie. 1973;69(1):87-90. https://orcid.org/10.1016/SOO44-328X(73)80156-4

20. Dash S.N., Singhsamant P.K. Induction of plantlets and callus from shoot-tips of Petunia hybrida cultured in vitro. Orissa Journal of Horticulture. 1990;18(1-2):65-69.

21. Beck M.J., Camper N.D. Shoot regeneration from petunia leaf discs as a function of explant size, configuration and benzyladenine exposure. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1991;26(2):101-106. https://orcid.org/10.1007/BF00036113

22. Kulpa D., Nowak N. In vitro flowering of Petunia atkinsiana D. Don. Folia Hort. 2011;23(2):125-129.

23. Murashige T.; Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tussue cultures. Physiol. Plant. 1962;(15):473-497. https://orcid.org/10.1098/rstb.2000.0713

24. Dixon R.A., Gonzales R.A. (eds). Plant cell culture: a practical approach. Oxford University Press, New York Published by British Library Cataloguing in Publication. 1995. 250 р.

25. Mishra A., Panday R.K., Sharma J.P., Kumar J. In vitro propagation of petunia (Petunia hybrida) var “Cascade Burgundy” through multiple shoot culture. Environment and Ecology. 2006;24S(1):109-111.

26. Li F., Li C., Li M., Yu M., Fang C., Shenghua W. In vitro culture of Petunia hybrida microspores and Agrobacterium-mediated transient expression of β-glucuronidase (GUS) reporter gene. Int. J. Agric. Biol. 2013;(15):1098‒1104.

27. Burbulis N., Blinstrubiene A., Jonytiene V. In vitro regeneration from leaf explants of Petunia hybrida L. Propagation of Ornamental Plants. 2015;15(2):47-52.