Изменчивость в культуре картофеля (Solanum tuberosum L.) in vitro и возможности её использования в селекции и семеноводстве - Автореферат

Картофель в качестве продовольственной культуры потребляют более 3-х млрд человек населения планеты, и его выращивают в 150 странах мира. Экономическая ситуация в России требует создания новых сортов картофеля, отличающихся от сортов «интенсивного типа», которые были главной задачей селекции в период 90-х годов прошлого века. Цель заключалась в оценке фенотипической и генетико-биохимической изменчивости в культуре картофеля in vitro под воздействием экзогенных факторов и выявлении возможности использования данной изменчивости в создании новых методов селекции. Создать коллекцию генофонда картофеля, оздоровленного методом апикальной меристемы от вирусной и грибной инфекции, и показать преимущество использования оздоровленного картофеля в оригинальном семеноводстве Западно-Сибирского региона для получения высоких урожаев экологически безопасного товарного картофеля. Основные результаты были представлены на: 4-ом Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва, 1987); 5-м Съезде ВОГИС (Москва, 1987); Всесоюзном симпозиуме "Биология клетки в культуре" (Ленинград, 1987); Международной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология" (Новосибирск, 1988); Межреспубликанском совещании "Нуклеазы микроорганизмов и их практическое использование" (Рига, 1989); Международной конференции «Частная генетика растений» (Киев, 1989); Международной конференции "Биология культивируемых клеток растений" (Алма-Ата, 1993); Международной конференции "Молекулярно-генетические маркеры и селекция растений" (Киев, 1994); 6-ом Съезде ВОГИС (Саратов, 1994); 3-ем Российском семинаре "Новые методы биотехнологии растений" (Пущино, 1995); Международной конференции "Биология клеток растений, биотехнология и сохранение генофонда" (Москва, 1997); "Third International symposium in Rhizoctonia" [ISR-2001] National Chung Hsing University Taichung (Taiwan, 2001); Генетико-селекционных школах (Новосибирск, 1994, 1999, 2004); Международной конференции «Ферменты микроорганизмов» (Казань, 2001); IV Международной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002,); Международных конференциях Института картофелеводства НАН Беларуси (Минск, 2003, 2007, 2008); 2-ой Конференции Московского общества генетиков и селекционеров имени Н.И.Вавилова (Москва, 2003); Международной научно-практической конференции «Современные технологии производства сельскохозяйственных культур в Сибири» (Новосибирск, 2005); Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение картофелеводства Сибири и Дальнего Востока: состояние, проблемы и перспективные направления» (Кемерово, 2006); Международной конференции «Научное наследие Н.И.Вавилова - фундамент развития отечественного и мирового сельского хозяйства» (Москва, 2007).Изменения, возникающие в процессе культивирования в культуре in vitro реализуются у растений регенерантов на фенотипическом уровне в виде изменений окраски клубня, появления устойчивости к болезням. Возникающие в культуре in vitro под влиянием селективных факторов изменения дают возможность для отбора перспективных селекционных форм. Экспрессия генов, контролирующих синтез общего белка и изоферментов, а также аминокислотный состав при культивировании картофеля in vitro зависит от стадии дифференциации. Установлено, что изменения экспрессии генов, контролирующих синтез общего белка, изоферментов и аминокислотного состава в период дедифференциации и дифференциации имеют обратимый характер и, предположительно, имеют эпигенетическую природу. Установлено, что в каллусной культуре проявляется тирозин, а у интактных растений исходных форм и регенерантов тирозин отсутствует, но у них выявляется высокое содержание фенилаланина, предшественника тирозина.

1. Изменения, возникающие в процессе культивирования в культуре in vitro реализуются у растений регенерантов на фенотипическом уровне в виде изменений окраски клубня, появления устойчивости к болезням. Эти возникающие с высокой частотой изменения наследуются и передаются в последующих поколениях вегетативного размножения в течение многих лет, что позволяет рассматривать их как эпигенетические. Этот феномен может с успехом использоваться в селекционных программах.

2. Возникающие в культуре in vitro под влиянием селективных факторов изменения дают возможность для отбора перспективных селекционных форм. Так, был использован в качестве селективного фактора культуральный фильтрат гриба Rhizoctonia solani и разработан метод, с помощью которого были впервые получены устойчивые к Rhizoctonia Solani формы. Показано, что отборы можно вести на интактных растениях, а не только на клеточной культуре, что позволяет избежать стадию регенерации и связанных с ней трудностей.

3. Экспрессия генов, контролирующих синтез общего белка и изоферментов, а также аминокислотный состав при культивировании картофеля in vitro зависит от стадии дифференциации. Она меняется в период прохождения отдельных стадий онтогенеза каллусной культуры. Установлено, что изменения экспрессии генов, контролирующих синтез общего белка, изоферментов и аминокислотного состава в период дедифференциации и дифференциации имеют обратимый характер и, предположительно, имеют эпигенетическую природу.

4. Аминокислотный состав белков картофеля генетически детерминирован и колеблется в его количественном составе в зависимости от генотипа сорта и условий выращивания. Установлено, что в каллусной культуре проявляется тирозин, а у интактных растений исходных форм и регенерантов тирозин отсутствует, но у них выявляется высокое содержание фенилаланина, предшественника тирозина. Этот процесс онтогенеза каллусной культуры и, возможно, также свидетельствует об эпигенетическом характере данных изменений.

5. Изоферментный спектр МДГ, ГДГ и АДГ, также как и белковый спектр изменяется в зависимости от уровня дифференциации. Исходные интактные растения и регенеранты имеют одинаковый спектр изоферментов. В онтогенезе каллусной культуры спектр может изменяться. В зависимости от фитогормонального состава сред культивирования может меняться относительная активность отдельных изоферментов в спектре. При выращивании на морфогенных средах, т.е. в присутствии цитокининов, все три исследованных фермента не экспрессируются.

6. Установлено, что экспрессия генов, контролирующих синтез белков на разных стадиях дифференциации, резко отличается. На стадии каллусной культуры происходит репрессия значительной части генов, но экспрессия инактивированных генов восстанавливается у регенерантов, полученных из этих каллусов. Чаще всего экспрессивность генов у регенерантов соответствует экспрессии генов исходных растений.

7. Продемонстрирована возможность применения бактериальной эндонуклеазы, продуциремой Serratia marcescens, для оздоровления растений от вирусной инфекции и показана ее стимулирующая роль при выращивании растений картофеля в культуре in vitro. Стимулирующий эффект бактериальной эндонуклеазы сохраняется и после высадки пробирочной культуры в почву в открытый грунт.

8. Создана коллекция генофонда картофеля оздоровленного методом апикальной меристемы с использованием бактериальной эндонуклеазы от вирусной, грибной и бактериальной инфекции. Показано, что использование данного генофонда в оригинальном семеноводстве картофеля повышает урожайность в три-четыре раза при практически 100 % лежкости в товарном производстве картофеля.

1. Леонова Н.С. Использование метода культуры ткани в селекции картофеля. Леонова Н.С. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 1986, № 3, с.6-10.

2. Леонова Н.С. Влияние фитогормонов на индукцию каллусогенеза у картофеля. Леонова Н.С., Омельянчук Н.А., Привалов Г.Ф. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 1985, № 4, с. 24-25.

3. Леонова Н.С. Влияние фитогормонов на экспрессию генов, контролирующих синтез белков в культуре каллуса картофеля. Леонова Н.С., Солоненко Л.П., Контарева Н.И., Симонова О.Г. «Известия Сибирского отделения АН СССР», серия биологическая, 1989, выпуск 1, с. 32-35.

4. Леонова Н.С. Стимулирующий эффект бактериальной эндонуклеазы при микроклональном размножении картофеля. Леонова Н.С., Салганик Р.И., Симонова О.Г. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 1991, № 4, с. 38-42.

5. Леонова Н.С. Применение бактериальной эндонуклеазы для оздоровления картофеля от вирусов. Леонова Н.С., Салганик Р.И. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 1991, № 5, с. 25-28.

6. Леонова Н.С. Получение растений картофеля, несущих ген бетаинтерферона человека. Леонова Н.С. // Генетика, Приложение, 1994, с. 84.

7. Леонова Н.С. Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений картофеля. Леонова Н.С. Сельскохозяйственная биология, 1999, №3, с. 107-109.

8. Леонова Н.С. Трансгенные растения картофеля Solanum tuberosum L. экспрессирующие ген секреторной нуклеазы Serracia marcescens. Трифонова Е.А., Комарова М.Л., Леонова Н.С., Щербань А.Б., Кочетов А.В., Малиновский В.И., Шумный В.К. // Доклады Академии наук, 2004, т. 394, № 3, с. 411-413.

9. Леонова Н.С. Динамика аминокислотного состава общего белка картофеля в культуре in vitro Леонова Н.С. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки», 2008, № 12, с. 25-30.

10. Леонова Н.С. Создание, сохранение и использование генофонда кормовых и лекарственных растений в ИЦИГ СО РАН. Железнов В.А., Железнова Н.Б., Бурмакина Н.В., Леонова Н.С., Юдина Р.С. // Информационный вестник ВОГИС, 2008, т. 12, № 4, с. 580.

11. Леонова Н.С. Селекция картофеля на устойчивость к Rhizoctonia solani в культуре in vitro. Леонова Н.С., Железнов А.В. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки 2009, № 4, с. 9-16.

В рецензируемых изданиях

12. Леонова Н.С. Биохимические различия у картофеля на разных уровнях дифференциации в культуре тканей. Леонова Н.С., Солоненко Л.П. // Сб. Использование клеточных технологий в селекции картофеля. Москва, 1987, с. 89-94.

13. Леонова Н.С. Применение эндонуклеазы S. marcescens (ридезита) для освобождения растений от вирусов и стимуляции их развития. Салганик Р.И., Леонова Н.С. // Сб. «Генетика народному хозяйству», 1990, СО РАН ИЦИГ, с. 69-72.

14. Леонова Н.С. Способ выращивания картофеля. Леонова Н.С., Панфилова З.И., Салганик Р.И., и др. Авторское свидетельство 15.84.1990. № 1585328.

15. Леонова Н.С. Препарат «Ризоплан» - эффективное биологическое средство защиты растений. Леонова Н.С., Гребенюк А.Н., Солоненко Л.П. // Сб. «Генетика хозяйственно-ценных признаков высших растений». Новосибирск, 1990.

16. Леонова Н.С. Сомаклональная вариабельность, как источник генетической изменчивости у картофеля. Леонова Н.С., Солоненко Л.П., Симонова О.Г., Набиева А.Ю. // Материалы Всесоюзной конференции. Сельскохозяйственная биотехнология. Целиноград 25-28 июня 1991.

17. Леонова Н.С. Распространенные и перспективные сорта картофеля коллекции ИЦИГ СО РАН. Леонова Н.С. Новосибирск, 2001, 92 c.

18. Леонова Н.С, Противовирусный и стимулирующий эффекты эндонуклеазы бактериальной у картофеля. Леонова Н.С., Аликин.Ю.С, Сенженко Л.П. // Сб. «Ферменты микроорганизмов». - Казань, 2001, с. 37-38.

19. Леонова Н.С. Использование биотехнологических методов в создание форм картофеля, устойчивых к резоктониозу. Леонова Н.С., Шалдяева Е.М. // Материалы 14-ой международной научно-практической конференции. «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений». Ульяновск, 2002, т. 2, с. 171-173.

20. Леонова Н.С. Современные методы селекции и семеноводства картофеля. Леонова Н.С. // Сб. «Повышение эффективности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений. Новосибирск, 2002, с. 35-42.

21. Леонова Н.С. Создание форм картофеля, устойчивых к ризоктониозу. Леонова Н.С., Шалдяева Е.М., Кукоева Т.В. // Материалы 2-ой конференции Московского общества генетиков и селекционеров им. Вавилова Н.И., Москва, 2003, т. 1, с. 135-136.

22. Леонова Н.С. Трансформация картофеля Solanum tuberosum L. и получение трансгенных растений экспрессирующих нуклеазу Serratia marcescens. Комарова М.Л., Трифонова Е.А., Кочетов А.В., Колодяжная Я.С., Титов С.Е., Леонова Н.С., Шумный В.К. // Материалы международной научно-практической конференции Института картофелеводства НАН Беларуси, Минск, 2003, т. 1, с. 333-366.

23. Леонова Н.С. Трансгенные растения табака и картофеля, экспрессирующие нуклеазу Serratia marcescens. Трифонова Е.А., Комарова М.Л., Кочетов А.В., Леонова Н.С., Колодяжная Я.С., Титов С.Е., Смоленская С.Э., Шумный В.К. // Конференция МОГИС. - Москва, 20-21 февраля 2003, т. 2, с. 184-185.

24. Леонова Н.С. Влияние препарата БИНОРАМ на картофель // Материалы 6-го международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Леонова Н.С., Дашкевич B.C. Москва, 2005, т. 1, с. 297-299.

25. Леонова Н.С. Проблемы семеноводства и селекции картофеля. Леонова Н.С., Беккер В.П. // Доклады и сообщения IX-ой генетико-селекционной школы «Актуальные задачи селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений на современном этапе». Новосибирск, 2005, с. 122-128.

26. Леонова Н.С. Результаты и перспективы использования биопрепарата БИНОРАМ в системе биоземледелия для получения экологически чистой и высококачественной продукции. Дашкевич B.C., Дашкевич Н.Ю., Леонова Н.С. // Материалы 6-го международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования, Москва, 2005, т. 1, с. 237-248.

27. Леонова Н.С. Результаты и перспективы применения биопрепаратов на основе ризосферных бактерий для получения высококачественной сельскохозяйственной продукции. Дашкевич B.C., Дашкевич Н.Ю., Гребенников В.В., Бычкова М.А., Леонова Н.С., Крючихина А.А., Ашмарина Л.Ф., Галузина Р.И., Холодарь А.Ф., Киров Е.И., Цибулько В.А. // Материалы третьей Всероссийской научно-практической конференции, Краснодар, 14-18 июня 2005, с. 171 -173.

28. Леонова Н.С. О концепции развития семеноводства картофеля в России. Леонова Н.С., Беккер В.П., Скорик А.В. // Материалы международной научно-практической конференции «Научное обеспечение картофелеводства Сибири и Дальнего востока: состояние проблемы и перспективы». - Кемерово, 2006, с. 144-155.

29. Леонова Н.С. Создание, сохранение и использование коллекции генофонда картофеля в селекции и продовольственной безопасности Леонова Н.С. // Материалы международной конференции «Научное наследие Н.И.Вавилова - фундамент развития отечественного и мирового сельского хозяйства», Москва, 2007, с. 191-199.

30. Леонова Н.С. Использование биотехнологии в селекции и семеноводстве картофеля Леонова Н.С. // В кн. Реализация идей Вавилова на современном этапе развития генетики, селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур. Новосибирск, 2007, с. 191-198.

31. Леонова Н.С. Использование культурального фильтрата Rhizoctonia solani в селекции картофеля in vitro // Сб. «Картофелеводство». Минск, Беларусь, 2007, т. 12, с. 6-14.

32. Леонова Н.С. Динамика аминокислотного состава общего белка картофеля в культуре in vitro Леонова Н.С. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2008, № 12, с. 25-30.

33. Леонова Н.С. Полиморфизм белков картофеля на разных уровнях дифференциации в культуре in vitro Леонова Н.С. // Сб. «Картофелеводство», Минск. 2008, т. 14, с. 86-93.

34. Леонова Н.С. Аминокислотный состав общего белка картофеля в культуре in vitro Леонова Н.С. // Сб. «Картофелеводство». Минск. 2008, т. 14, с. 81-86.

Размещено на .ru