Получение DH-растений огурца (Cucumis sativus L.) в культуре неопыленных семяпочек in vitro

Актуальность. Приоритетным направлением в селекции огурца (Cucumis sativus L.) является создание гибридов F1, которые отличаются от сортов высокой урожайностью, выравненностью растений по срокам созревания, размерам и качеству продуктивных органов.

Целью данного исследования являлась оптимизация условий индукции гиногенеза в культуре неопыленных семяпочек in vitro для расширения спектра формообразования и ускоренного создания гомозиготных линий.

Материалы и методы. В исследование были включены восемь перспективных коллекционных образцов огурца лаборатории селекции и семеноводства тыквенных культур ФГБНУ ФНЦО. В ходе экспериментов использовали протокол получения удвоенных гаплоидов для культур семейства Cucurbitaceae в культуре неопыленных семяпочек in vitro, разработанный в лаборатории биотехнологии ФГБНУ ФНЦО. Для индукции гиногенеза использовали питательную среду IМС с 30 г/л сахарозы, 7 г/л агара, 200 мг/л ампициллина и 0,2 мг/л тидиазурона (ТДЗ).

Результаты. Оптимальным для введения в культуру является полураскрывшийся бутон или цветок в утренние часы. Наибольшее количество эмбриоподобных структур у изученных генотипов образуется из бутонов с размером завязи 2,1-2,6 см. Нахождение в стерилизующем растворе гипохлорита натрия в течение 15 минут способствует размягчению стенок завязи, в результате чего семяпочки удается извлекать более легко и менее травматично. Повреждение семяпочки при выделении ее из завязи ингибирует гиногенез. Индуцировать образование эмбриоидов и каллуса удалось у всех восьми включенных в исследование образцов огурца, а получить полноценные растения только из шести образцов. Всего было получено 26 растений. Максимальная индукция гиногенеза наблюдалась у образца "1810" и составляла 63,1%. Максимальное количество растений – 12 штук было получено у образца "1763", а у образца "1807" наблюдался наибольший выход растений от числа индуцированных семяпочек – 7,7%. 

1. Вюртц ТС, Домблидес ЕА, Шмыкова НА, Федорова МИ, Кан ЛЮ, Домблидес АС. Получение DH-растений в культуре микроспор моркови. Овощи России. 2017;(5):25-30. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-5-25-30.

2. Домблидес ЕА., Белов СН., Солдатенко АВ., Пивоваров В.Ф. Получение удвоенных гаплоидов огурца (Cucumis sativus L.). Овощи России. 2019;(5):3- 14 https://doi.org/10.18619/2072-9146-2019-5-3-14.

3. Минейкина АИ. Создание исходного материала капусты белокачанной с использованием современных методов селекции: автореферат диссертации кандидата сельскохозяйственных наук. 2018;118.

4. Супрунова НА, Шмыкова ТП. Индукция гиногенеза в культуре in vitro неопыленныхс емяпочек Cucumis sativus L. Гавриш. 2009;4:40-44.

5. Шмыкова Н.А., Химич Г.А., Коротцева И.Б., Домблидес Е.А. Перспективы получения удвоенных гаплоидов растений семейства Cucurbitaceae. Овощи России. 2015;(3-4):28-31. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2015-3-4-28-31.

6. Данилова С.А., Долгих Ю.И. Стимуляция регенерации растений в культуре тканей кукурузы под действием антибиотика цефотаксима. Физиология растений. 2004;51(4):621-625.

7. Aalders LE. Monoploidy in Cucumbers. J. Heredity. 1958;49(1):41-44.

8. Caglar G, Abak K. Obtention of in vitro haploid plants from in situ induced haploid embryos in cucumber (Cucumis sativus L.). Turk J Agric For. 1999b;23(3):283–290.

9. Diao WP, Jia YY, Song H, Zhang XQ, Lou QF, Chen JF. Efficient embryo induction in cucumber ovary culture and homozygous identification of the regenerants using SSR markers. SciHortic. 2008; 119(3):246–251.

10. Dirks R. Method for the production of double-haploid cucumbers. United States Patent. 1996. No. 5, 492,827.

11. Domblides EA, Shmykova NA, Khimich GA, Korotseva IB, Kan LY, Ermolaev AS, Belov SN, Korotseva KS, Domblides AS, Pivovarov VF, Soldatenko AV. Рroduction of doubled haploid plants of Сucurbitaceae family crops through unpollinated ovule culture in vitro. VI International Symposium on Cucurbits. 2019; June 30/July 4, p.51.

12. Dong YQ, Zhao WX, Li XH, Liu XC, Gao NN, Huang JH, Wang WY, Xu XL, Tang ZH. Androgenesis, gynogenesis, and parthenogenesis haploids in cucurbit species. Plant Cell Rep. 2016;35:1991–2019.

13. Gałązka J, Niemirowicz-Szczytt K. Review of research on haploid production in cucumber and other cucurbits. FoliaHort. 2013;25(1):67–78.

14. GałązkaJ, Słomnicka R, Gуral-Radziszewska K, Niemirowicz-Szczytt K. Follination to DH-lines - verification and optimisation of protocol for production of double haploids in cucumber. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus. 2015;14(3):81-92.

15. Gemes-Juhasz A, Balogh P, Ferenczy A, Kristof Z. Effect of optimal stage of female gametophyte and heat treatment on in vitro gynogenesis induction in cucumber (Cucumis sativus L.). PlantCellRep. 2002;21(2):105–111.

16. Grewal D, Gill R, Gosal SS. Influence of antibiotic cefotaxime on somatic embryogenesis and plant regeneration in indica rice. Biotechnology Journal. 2006;1:1158-1162.

17. Grzebelus, E, Skop L. Effect of β-lactam antibiotics on plant regeneration in carrot protoplast cultures. In vitro Cell. Dev. Biol. – Plant. 2014;50:568–575.

18. Li JW, Si SW, Cheng JY, Li JX, Liu JQ. Thidiazuron and silver nitrate enhanced gynogenesis of unfertilized ovule cultures of Cucumis sativus. BiolPlant. 2013;57(1):164–168.

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

20. Lin JJ, Assad-Garcis N, Kuo J. Plant hormone effect of antibiotics on the transformation efficiency of plant tissue by Agrobacterium tumefaciens Cell. Plant Sci. 1995;109:171-177.

21. Matsuda K, Kikuta Y, Okazawa YA. Revision of the Medium for Somatic Embryogenesis in Carrot Suspension Culture. J. Fac. Agr. Hokkaido Univ.1981;60:183-193.

22. Meng Q, Liu Z, Zhang Y, Liu C, Ren F, Feng H. Effects of antibiotics on in vitro-cultured cotyledons. In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2014;50:436-441.

23. Moqbeli E, Peyvast G, Hamidoghli Y, Olfati JA. In vitro cucumber haploid line generation in several new cultivars. Aspac J molbiolbiotechnol. 2013;21(1):18–25.

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

25. Okkels FT, Pedersen MG. The toxicity to plant tissue and to Agrobacterium tumefaciens of some antibiotics. Acta Hort. 1988;225:199–207.

26. Ozsan T, Gozen V, Onus A. Cucumber Gynogenesis: Effects of 8 Different Media on Embryo and Plant Formation. International J. of Agriculture Innovations and Research. 2017;6(2): 419-422.

27. Plapung P, Khamsukdee S, Potapohn N, Smitamana P. Screening for cucumber mosaic resistant lines from the ovule culture derived double haploid cucumbers. Am J Agric Biol Sci. 2014a; 9(3):261–269.

28. Plapung P, Khumsukdee S, Smitamana P. Development of cucumber lines resistant to Cucumber mosaic virus by ovule culture. Int J Agric Technol. 2014b;10(3):733–741

29. Pollock K, Barfield DG, Shields R. The toxicity of antibiotics to plant cell cultures. Plant Cell Rep. 1983;2:36–39.

30. Przyborowski JA, Niemirowicz-Szczytt K. Main factors affecting cucumber (Cucumis sativus L.) haploid embryo development and haploid plant characteristics. PlantBreeding. 1994;112:70-75.

31. Przyborowski JA. Haploidy in cucumber (Cucumis sativus L.). In vitro haploid production in higher plants. Kluwer Academic Publishers.1996.

32. Simmonds JA, Grainger JL. The toxicity of antibiotics to protoplast cultures of Triticum aestivum L. Plant Science. 1993;89(2):209-214.

33. Song H, Lou QF, Luo XD, Wolukau JN, Diao WP, Qian CT, Chen JF. Regeneration of doubled haploid plants by androgenesis of cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Cell Tiss Org Cult. 2007; 90(3):245–254.

34. Sorntip A, Poolsawat O, Kativat C, Tantasawat PA. Gynogenesis and doubled haploid production from unpollinated ovary culture of cucumber (Cucumis sativus L.). Canadian Journal of Plant Science. 2017;98(2):353-361.

35. Tantasawat PA, Sorntip A, Poolsawat O, Chaowiset W, Pornbungkerd P. Evaluation of factors affecting embryo-like structure and callus formation in unpollinated ovary culture of cucumber (Cucumis sativus). Int J AgricBiol. 2015;17(3):613–618.

36. Yu Y, Wei ZM. Influences of cefotaxime and carbenicillin on plant regeneration from wheat mature embryos. Biologia Plantarum. 2008;52:553-556.