Влияние генотипа и регуляторов роста на эффективность индукции каллусогенеза и регенерации в культуре пыльников риса in vitro

   Актуальность. Биотехнологический метод культуры пыльников позволяет за короткое время получать чистые линии и тем самым сокращать селекционный период. Реакция гибридов риса Oryza sativa L. на культуру пыльников генетически детерминирована и различается на разных этапах культивирования in vitro. Регуляторы роста ауксины и цитокинины являются факторами, индуцирующими соматический эмбриогенез. В связи с этим, наряду с подбором отзывчивых на
культуру in vitro генотипов в индукционных средах необходимо использовать регуляторы роста растений, которые повышают индукцию эмбриоидогенеза и регенерацию растений при культивировании пыльников риса.

   Цель исследования. Изучение влияние генотипа, регуляторов роста растений и дополнительного стимулятора нитрата серебра на индукцию каллусогенеза, эмбриоидогенеза и регенерацию зелёных растений в культуре пыльников in vitro гибридов риса и оптимизация их концентраций применительно к изучаемым генотипам.

   Материал и методика. Исследования проводили в лаборатории биотехнологии и молекулярной биологии ФГБНУ «ФНЦ риса» по общепринятой методике in vitro Бутенко Р.Г. (1990). Материалом для исследования послужили гибриды риса F_1-3 поколений.

   Результаты исследований. Выявлено положительное влияние регуляторов роста растений 6-бензиламинопурина, α-нафтилуксусной кислоты, абсцизовой кислоты и дополнительного стимулятора нитрата серебра в индукции каллусной ткани и последующей регенерации для гибридов риса F_1-3 поколений. Показано, что регуляторы роста всегда следует рассматривать во взаимосвязи с генотипом и в диапазоне концентраций 6-БАП – 2,0 и 4,0 мг/л; α-НУК – 1,0-2,0 мг/л; АБК – 1,0 и 2,0 мг/л и AgNO₃ – 2,0 и 4,0 мг/л.

   Заключение. Для ускоренного создания гомозиготных селекционных ресурсов риса посредством гаметных технологий подобраны эффективные концентрации ауксинов, цитокининов и дополнительного стимулятора роста нитрата серебра. У исследуемых образцов по морфологическим признакам выделено 4 типа каллусных тканей. Выделены генотипы F₃ Вита/Южная ночь, F₃ Славянец/Австрал, F₃ Вита/Снежинка как наиболее отзывчивые к культуре пыльников in vitro с
формированием эмбриогенных или морфогенных тканей (каллусов), клетки которых обладают способностью к вторичной дифференцировке с возникновением организованных структур de novo, как следствие, с наибольшей степенью регенерации при оптимальных концентрациях используемых регуляторов роста и стимулирующих веществ.

1. Maraschin S.F., Priester W. de, Spaink H.P., Wang M. Androgenic switch: an example of plant embryogenesis from the male gametophyte perspective. Journal of Experimental Botany. 2005;56(417):1711–1726. doi: 10.1093/jxb/eri190

2. Гамбург К.З., Рекославская Н.И, Швецов С.Г. Ауксины в культурах тканей и клеток растений. Новосибирск: Наука. 1990. 243 с.

3. Lee S.Y., Cheong J.I., Kim T.S. Production of doubled haploids through anther culture of MI rice plants derived from mutagenized fertilized egg cells. Plant Cell Repts. 2003;22(3):218-223. doi: 10.1007/s00299-003-0663-0

4. Mehran E., Shariatpanahi, U. Bal, E. Heberle-Bors, A. Touraev Stresses applied for the re-programming of plant microspores towards in vitro embryogenesis. Physiologia Plantarum. 2006;127:519–534. doi: 10.1111/j.1399-3054.2006.00675.x

5. Reddy V.S., Leelavathis S., & S.K. Sen Influence of genotype regeneration from wheat anther and barley microspore culture using phenylacetic acid (PAA). Plant Cell Rep. 1985;(11):489–498.

6. Shahinul Islam S.M., Narendra Tuteja Enhancement of androgenesis by abiotic stress and other pretreatments in major crop species. Plant Science. 2012;(182):134-144. doi: 10.1016/j.plantsci.2011.10.001

7. El-Hennawy M.A., Zaazaa E.I., Al-Ashkar I.M., Eid E.A. Genetic analysis of anther culture response in some bread wheat crosses under drought stress conditions. J. Biol. Chem. Environ. Sci. 2018;(13):189-213. https://www.researchgate.net/publication/336445607

8. Wang Z.M. Wei Embryogenesis and regeneration of green plantlets from wheat (Triticum C.T. aestiv1um) leaf base Plant Cell Tissue. Organ Cult. 2004;(77):149-156. doi: 10.1023/B:TICU.0000016818.58971.cc

9. Khatun R., Islam S.M.S., Ara I., Tuteja N., Bari M.A. Effect of cold pretreatment and different media in improving anther culture response in rice (Oryza sativa L.) in Bangladesh. IndianJ.Biotechnol. 2012;11(4):458-463. https://www.researchgate.net/publication/301764292

10. Haque M., A.B. Siddique, Islam S.M.S. Effect of silver nitrate and amino acids on high frequency plants regeneration in barley (Hordeum vulgare L.). Plant Tissue Cult. Biotechnol. 2015;25:37-50. doi: 10.3329/ptcb.v25i1.24124

11. Ali J., Katrina L.C.N., Shahana A., Azerkhsh T., Ali A.E., Corinne M.M.-N., Anumalla M. Improved anther culture media for enhanced callus formation and plant regeneration in rice (Oryza sativa L.). Plants. 2021;10 (5):839. https://www.researchgate.net/publication/351068806

12. Kassa Belay Anelay, Mekbib Firew, Assefa Kebebew Effects of plant hormones and genotypes on anther culture response of safflower (Carthamus tinctorius L.). Scientific African. 2024;26:e02367. doi: 10.1016/j.sciaf.2024. e 02367

13. Dias J.S., Martins M.G. Effect of silver nitrate on anther culture embryo production of different Brassica oleracea morphotypes. Scientia Horticulturae. 1999;82:299-307. doi: 10.1016/S0304-4238(99)00052-7

14. Cristea T.O., Leonte C., Brezeanu C., Brezeanu M., Ambarus S., Calin M., Prisecaru M. Effect of AgNO₃ on androgenesis of Brassica oleracea L. anthers cultivated in vitro. Afr. J. Biotechnol. 2012;11:13788-13795. doi: 10.5897/AJB12.2157

15. Shahvali-Kohshour R., Moieni A., Baghizadeh A. Positive effects of cold pretreatment, iron source, and silver nitrate on anther culture of strawberry (Fragaria ananassa Duch.). Plant Biotech. Rep. 2013;7:481-488. doi: 10.1007/s11816-013-0286-z

16. Бутенко Р.Г., Тихонович Г.И. и др. Культура изолированных клеток и тканей в селекции растений. Основы сельскохозяйственной биотехнологии. 1990. С.162-165.

17. Ali J., Katrina L.C.N., Shahana A., Azerkhsh T., Ali A.E., Corinne M.M.-N., Anumalla M. Improved anther culture media for enhanced callus formation and plant regeneration in rice (Oryza sativa L.). Plants. 2021;10 (5):839. doi: 10.3390/plants10050839

18. Ibrahim M.A., Ali R.A., Aldabbagh E.J., Mohammed A. Factors affecting callus induction from anther and ovary of okra (Abelmoschus esculentus L.). Indian J. 2023;57(5):658-664. doi: 10.18805/IJARe.AF-754ё

19. Flemmer A., Franchini M., Lindström L. Description of safflower (Carthamus tinctorius) phenological growth stages according to the extended BBCH scale. Ann. Appl. Biol. 2014;166 (2):331-339. doi: 10.1111/aab.12186

20. Obert B., Dedičová B., Hricová A., Pret'ová A. Flax anther culture: effect of genotype, cold treatment and media. Plant. Cell. Tissue. Organ. Cult. 2004;79(2);233-238. doi: 10.1007/s11240-004-0664-x

21. Савенко Е.Г., Кострюкова Э.Н., Глазырина В.А., Гончарова Ю.К. Влияние концентрации 6–бензиламинопурина на каллусогенез и регенерацию у гибридов риса ВНИИ с.-х. биотехнологии. Сборник XVII Всероссийской молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии». М., 2017. С.122-124.

22. Чайлакян М.Х. Регуляция цветения высших растений. М. Наука; 1988. 510 с.

23. Тураев А., Висенте О., Хеберлеборс Э. Инициирование микроспорового эмбриогенеза под воздействием стресса. Trends Plant Sci. 1997;2:297–302. doi: 10.1016/s1360-1385(97)89951-7

24. Зоринянц С., Ташпулатов А. С., Хеберле-Борс Э. и Тураев А. «Роль стресса в индукции гаплоидного микроспорового эмбриогенеза». Гаплоиды в улучшении сельскохозяйственных культур II, под ред. Д. Палмера, У. Келлера и К. Каши. Берлин: Springer. 2005. С. 35–52.

25. Савенко Е.Г., Кострюкова Э.Н., Глазырина В.А., Шундрина Л.А. Каллусогенез и регенерация гибридов риса при различных концентрациях абсцизовой кислоты (АБК). Рисоводство. 2017;2(35):46-50. https://elibrary.ru/yujsax

26. Шаяхметов И.Ф., Шакирова Ф.М.Формирование соматических эмбриоидов в суспензионной культуре клеток пшеницы в присутствии АБК. Физиология растений. 1996;43:101-103.

27. Широков А.И., Крюков Л.А. Основы биотехнологии растений. 2012. 49 с.