Перспективы ускорения селекции корнеплодных культур при использовании биотехнологических методов

   Актуальность. Актуальность ускорения селекции корнеплодов продиктована двумя глобальными вызовами: необходимостью обеспечения продовольственной безопасности для растущего населения в условиях ограниченных ресурсов и неспособностью классических методов, отличающихся длительностью и трудоемкостью, оперативно на них реагировать. Интеграция биотехнологий в селекционный процесс позволяет кардинально ускорить достижение целей селекции.

   Материал и методы. В качестве растительного материала использовали перспективные сортообразцы овощных корнеплодных культур селекции ФГБНУ ФНЦО. Отбор бутонов проводили с донорных растений, выращенных как в поликарбонатной теплице, так и в климатической камере из корнеплодов, прошедших яровизацию. В исследованиях использовали общепринятые методы культивирования клеток и тканей in vitro согласно разработанным в ФГБНУ ФНЦО протоколам для культуры неопыленных семяпочек, культуры изолированных микроспор in vitro, технологии «спасения зародышей/ "embryo rescue"», клонального микроразмножения корнеплодных культур.

   Результаты. Показана эффективность получения линий удвоенных гаплоидов (DH-линий) с использованием культуры изолированных микроспор и неопылённых семяпочек in vitro, а также рассмотрены возможности использования в селекционном процессе технологий микроклонального размножения и «спасения зародышей». Для свеклы столовой достигнут выход до 25 эмбриоидов, а для моркови столовой до 55 эмбриоидов на 100 введенных в культуру in vitro неопыленных семяпочек. При использовании культуры изолированных микроспор у представителей семейства Brassicaceae для редиса максимальная эффективность технологии составила – 8 эмбриоидов на чашку Петри, для репы – 53 эмбриоида, а у представителей семейства Apiaceae для моркови – 161 эмбриоид, для пастернака – 20 эмбриоидов. С использованием технологии «спасения зародышей» получены межвидовые гибриды между капустой белокочанной (Brassica oleracea L.) и устойчивым к киле дайконом (Raphanus sativus L.), а также межвидовые гибриды от скрещивания капусты белокочанной с репой (♀ B. oleraceae L.× ♂ B. rapa). Для редиса, свеклы и моркови столовой оптимизирован метод клонального микроразмножения, в том числе и для линий с мужской стерильностью. Практическим результатом проведённых исследований стало создание и регистрация новых сортов и DH-линий: моркови столовой Соната, редиса (Жегалов, Веня, Персей), и получение патента на изобретение № 2807444 «Способ изоляции микроспор для
получения удвоенных гаплоидов семейства Brassicaceae в культуре микроспор in vitro».

   Заключение. В работе представлены результаты применения современных биотехнологических методов in vitro для ускорения селекционного процесса овощных корнеплодных культур семейства Amaranthaceae Juss. (свёкла столовая), Apiaceae Lindl. (морковь столовая, пастернак), Brassicaceae Burn. (редис, дайкон, репа). Сроки создания сортов и гибридов корнеплодных культур могут быть существенно сокращены за счет внедрения биотехнологических методов в селекционный процесс при тесном содружестве биотехнологов и селекционеров.

1. Тюкавин Г.Б. Основы биотехнологии моркови. Под общ. ред. и с предисл. В.Ф. Пивоварова. Москва, 2007. 479 с. ISBN 978-5-901695-19-7.

2. Федорова М.И., Степанов В.А. Корнеплодные овощные растения, направления селекции, результаты. Овощи России. 2017;(4):16–22. doi: 10.18619/2072-9146-2017-4-16-22 https://www.elibrary.ru/zfbfmb

3. Домблидес А.С. Разработка лабораторной технологии получения гиногенных растений моркови in vitro. Москва, 2001. 140 с. https://www.elibrary.ru/qdkcsp

4. Masuda K., Kikuta Y., Okazawa Y. A revision of the medium for somatic embryogenesis in carrot suspension culture. Journal of the Faculty of Agriculture. 1981. https://www.semanticscholar.org/paper/A-REVISION-OF-THE-MEDIUM-FOR-SOMATIC-EMBRYOGENESIS-Masuda-Kikuta/940c4aca79be26d0f0011e82d1c5b132da818119

5. Zayachkovskaya T., Alyokhina K., Mineykina A., Romanova O., Vjurtts T., Tukuser Y., et al. Optimizing Different Medium Component Concentration and Temperature Stress Pretreatment for Gynogenesis Induction in Unpollinated Ovule Culture of Sugar Beet (Beta vulgaris L.). Horticulturae. 2023;9(8):900. doi: 10.3390/horticulturae9080900

6. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

7. Lichter R. Induction of Haploid Plants From Isolated Pollen of Brassica napus. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie. 1982;105(5):427–434. doi: 10.1016/S0044-328X(82)80040-8.

8. Kozar E., Domblides E. Protocol of European Radish (Raphanus sativus L.) Microspore Culture for Doubled Haploid Plant Production. In: Segui-Simarro JM (ed.) Doubled Haploid Technology: Volume 2: Hot Topics, Apiaceae, Brassicaceae, Solanaceae. New York, NY: Springer US; 2021. p. 217–232. doi: 10.1007/978-1-0716-1335-1_13

9. Shumilina D., Kozar E., Chichvarina O., Korottseva K., Domblides E. Brassica rapa L. ssp. chinensis Isolated Microspore Culture Protocol. In: Segui-Simarro JM (ed.) Doubled Haploid Technology: Volume 2: Hot Topics, Apiaceae, Brassicaceae, Solanaceae. New York, NY: Springer US; 2021. p. 145–162. doi: 10.1007/978-1-0716-1335-1_9

10. Shumilina D., Kornyukhin D., Domblides E., Soldatenko A., Artemyeva A. Effects of Genotype and Culture Conditions on Microspore Embryogenesis and Plant Regeneration in Brassica Rapa ssp. Rapa L. Plants. 2020;9(2):278. doi: 10.3390/plants9020278

11. Kozar E.V., Kozar E.G., Domblides E.A. Effect of the Method of Microspore Isolation on the Efficiency of Isolated Microspore Culture In Vitro for Brassicaceae Family. Horticulturae. 2022;8(10):864. doi: 10.3390/horticulturae8100864

12. Domblides A.S. Anther and ovule in vitro culture in carrot (Daucus carota L.). Acta Horticulturae. 2017;(1153):55–60. doi: 10.17660/ActaHortic.2017.1153.9

13. Matsubara S., Dohya N., Murakami K. Callus formation and regeneration of adventitious embryous from carrot, fennel and mitsuba microspores by anther and isolated microspore cultures. Acta Horticulturae. 1995;(392):129–138. doi: 10.17660/ActaHortic.1995.392.15

14. Górecka K., Kowalska U., Krzyżanowska D., Kiszczak W. Obtaining carrot (Daucus carota L.) plants in isolated microspore cultures. Journal of Applied Genetics. 2010;51(2):141–147. doi: 10.1007/BF03195722

15. Li J.R., Zhuang F.Y., Ou C.G., Hu H., Zhao Z.W., Mao J.H. Microspore embryogenesis and production of haploid and doubled haploid plants in carrot (Daucus carota L.). Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2013;112(3):275–287. doi: 10.1007/s11240-012-0235-5

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

17. Shmykova N., Domblides E., Vjurtts T., Domblides A. Haploid Embryogenesis in Isolated Microspore Culture of Carrots (Daucus carota L.). Life. 2021;11(1):20. doi: 10.3390/life11010020

18. Romanova O., Vjurtts T., Mineykina A., Tukuser Y, Kulakov Y., Akhramenko V., et al. Embryogenesis induction of carrot (Daucus carota L.) in isolated microspore culture. Foods and Raw Materials. 2023;11(1):25–34. doi: 10.21603/2308-4057-2023-1-548

19. Fomicheva M., Kozar E., Domblides E. Carrot (Daucus carota L.) Haploid Embryo Genome Doubling with Colchicine and Trifluralin. Horticulturae. 2025;11(5):505. doi: 10.3390/horticulturae11050505

20. Fujimura T., Komamine A. Synchronization of Somatic Embryogenesis in a Carrot Cell Suspension Culture. Plant Physiology. 1979;64(1):162–164. doi: 10.1104/pp.64.1.162.

21. Zayachkovskaya T., Domblides E., Zayachkovsky V., Kan L., Domblides A., Soldatenko A. Production of Gynogenic Plants of Red Beet (Beta vulgaris L.) in Unpollinated Ovule Culture In Vitro. Plants. 2021;10(12):2703. doi: 10.3390/plants10122703

22. Заячковская Т.В. Оценка исходного материала вида Raphanus sativus L. с использованием методов репродуктивной биологии для селекции на гетерозис. Москва, 2005. 26 с. https://www.elibrary.ru/nibstz

23. Kozar E.V., Kozar E.G., Soldatenko A.V., Domblides E.A. Rooting technique of double haploids obtained in culture of microspore in vitro for European radish. Vegetable crops of Russia. 2020;(5):3–15. doi: 10.18619/2072-9146-2020-5-3-15 https://elibrary.ru/dsqqpo