Методы получения гаплоидов в клеточной селекции озимой пшеницы (обзор)

Цель исследований – выявление роли гаплоидных растений в селекции злаковых культур, анализ методов получения гаплоидов in vitro, сравнение эффективности методов традиционной и клеточной селекции озимой пшеницы. В статье рассмотрены биотехнологические методы получения дигаплоидных линий, которые в значительной мере могут ускорить селекционный процесс в 1,5–2 раза и повысить качество получаемой продукции. Установлено, что селекция сельскохозяйственных культур, основанная на внутривидовой гибридизации и отборе, по-прежнему остается длительным и трудоемким процессом (10–12 лет). Дана характеристика таким методам, применяемым в условиях in vitro, как андрогенез в культуре изолированных пыльников и микроспор, гиногенез, отдаленная гибридизация с последующей селективной элиминацией хромосом. Представлено, что биотехнологические методы позволят селекционерам работать с необходимыми признаками, а полученные за один этап (год) высокопродуктивные и пластичные линии включать в скрещивания. Показаны основные этапы технологии получения гаплоидных растений в культуре пыльников зерновых культур: выращивание и отбор донорных растений, предобработка различными стрессовыми факторами, выделение пыльников и их культивирование в условиях in vitro, индуцирование эмбриогенеза, регенерация растений, удвоение числа хромосом растений-регенерантов. Рассмотрены некоторые факторы, контролирующие индукцию каллусогенеза, эмбриоидогенеза и регенерацию растений in vitro злаков. Таким образом, установлена эффективность клеточной селекции озимой пшеницы по сравнению с традиционными методами селекции.

озимая пшеница, клеточная селекция, гаплоид, дигаплоидная линия, андрогенез, гиногенез, отдаленная гибридизация, традиционная селекция

1. Акинина В. Н., Дьячук Т. И., Жилин С. В., Калашникова Э. В. Методы культуры ткани in vitro для создания исходного материала для селекции тритикале в Поволжье // Зерновое хозяйство России. 2020. № 1(67). С. 64–68. DOI: 10.31367/2079-8725-2020-67-1-64-68.

2. Голованова И. В. Экспериментальная гаплоидия у мягкой пшеницы Triticum aestivum L. // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: XIII Междунар. науч.-практ. конференция. Барнаул, 2014. С. 60–63.

3. Давыдова Н. В. Оценка исходного материала, используемого в селекции яровой пшеницы // Методы интенсификации селекционного процесса. Одесса, 1990. С. 1–4.

4. Дьячук Т. И., Хомякова О. В., Акинина В. Н., Кибкало И. А., Поминов А. В. Микроспоровый эмбриогенез in vitro – роль стрессов // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. № 23(1). С. 86–94. DOI: 10.18699/VJ19.466.

5. Дьячук Т. И., Акинина В. Н., Хомякова О. В., Калашникова Э. В. Отдаленная гибридизация как метод получения гаплоидных растений у злаков // Биотехнология и селекция растений. 2019. № 2(2). C. 44–52. DOI: 10.30901/2658-6266-2019-2-44-52.

6. Картель Н. А., Макеева Е. Н., Мезенко А. М. Генетика: энциклопедический словарь. Минск: Тэхналогiя, 1999. 448 с.

7. Круглова Н. Н. Инновационная биотехнология андроклинной гаплоидии яровой мягкой пшеницы: эмбриологический подход // Аграрная Россия. 2009. № 9. С. 34–38.

8. Круглова Н. Н. Периодизация развития пыльника злаков как методологический аспект изучения андрогенеза in vitro // Изв. РАН. Серия биол. 1999. № 3. С. 275–281.

9. Куперман Ф. М. Морфофизиология растений. М.: Изд-во МГУ, 1977. 256 с.

10. Павлючук С. И., Браткова Л. Г. Андрогенез озимой пшеницы и тритикале в культуре пыльников ГНУ СНИИСХ РАСХН // Сб. науч. трудов Ставропольского НИИ животноводства и кормопроизводства. 2013. С. 213–216.

11. Першина Л. А., Осадчая Т. С., Бадаева Е. Д., Белан И. А., Россеева Л. П. Изучение особенностей андрогенеза в культуре пыльников сортов и перспективной формы яровой мягкой пшеницы Западносибирской селекции, различающихся наличием или отсутствием пшенично-чужеродных транслокаций // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17, № 1. С. 40–48.

12. Першина Л. А. Хромосомная инженерия растений – направление биотехнологии // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2014. Т. 18, № 1. С. 138–146.

13. Сельдимирова О. А., Круглова Н. Н. Андроклинный эмбриоидогенез in vitro злаков // Успехи современной биологии. 2014. Т. 134, № 5. С. 476–487.

14. Степочкин П. И., Пономаренко В. И., Першина Л. А., Осадчая Т. С., Трубачеева Н. В. Использование отдаленной гибридизации для создания селекционного материала озимой пшеницы // Достижения науки и техники АПК: ежемесячный теоретический и научно-практический журнал. 2012. № 6. С. 37–38.

15. Уразалиев К. Р. Гаплоидные технологии в селекции растений // Биотехнология. Теория и практика. 2015. №. 3. С. 33–43. DOI: 10.11134/btp.3.2015.4.

16. Уразалиев К. Р., Орсини Х. М., Абекова А. М., Базылова Т. А., Даниярова А. К. Ускорение селекции пшеницы с использованием дигаплоидов, полученных методом культуры микроспор // KazNU Bulletin. Ecology series. 2013. № 2/2. С. 11–16.

17. Шмыкова Н. А., Химич Г. А., Коротцева И. Б., Домблидес Е. А. Перспективы получения растений семейства Cucurbiceae L. // Овощи России. 2015. № 3-4. С. 28–31.

18. Шумилина Д. В. Гаплоидия как метод ускоренной селекции с/х растений // Russian Agricultural Science Review. 2015. Т. 6, № 6-2. С. 22–24.

19. Bohanec B. Doubled Haploids via Gynogenesis // Advanced in haploid production in higher plants / ed. A. Touraev, B. P. Foster, E. M. Jain // SpringerScience + Business Media B. V. 2009. Рp. 47–65.

20. Devaux P., Pickering R. Haploids in the improvement of Poaceae // in: Biotechnology in Agriculture and Forestry. 2005. № 56. Рр. 215–242. DOI: 10.1007/3-54026889-8_11.

21. Germana M. A. Anther culture for haploid and doubled haploid production // Plant Cell Tiss Org Cult. 2011. Vol. 104. Рp. 283–300.

22. Hussain B., Muhammad A. K., Qurban A., Shadab S. Double Haploid Production in Wheat Through Microspore Culture And Wheat X Maize Crossing System: An Overview // International Journal for Agro Veterinary and Medical Sciences. 2012. Vol. 6(5). Рp. 332–344.

23. Kasha K. J. Simion E., Oro R., Yao Q. A., Hu T. C., Carlson A. R. An improved in vitro technique for isolated microspore culture of barley // Euphytica. 2001. Vol. 120. Рp. 379–385.

24. Reynolds T. L. Pollen embryogenesis // Plant Mol. Biol. 1997. Vol. 33. Рp. 1–10.

25. Touraev A., Forster B. P., Jain S. M. Advances in haploid production in higher plants // SpringerScience + BusinessMedia B. V. 2009. 347 р.

26. Wedzony M., Foster B. P., Zur I., Golemiec E., Szechynska-Hebda M., Dubas E., Gotebiowska G. Progress in doubled haploid technology in higher plants // Advanced in haploid production in higher plants / ed. A. Touraev, B. P. Foster, E. M. Jain // SpringerScience + BusinessMedia B. V. 2009. Рp. 1–35.

27. Weyen J. Barley and wheat doubled haploids in breeding // Advanced in haploid production in higher plants / ed. A. Touraev, B. P. Foster, E. M. Jain // SpringerScience + BusinessMedia B. V. 2009. Рр. 179–189.

28. Yang H. Y., Zhou C. In vitro induction of haploid plants from unpollinated ovaries and ovules // Theor Appl Genet. 1982. Vol. 63(2). Рp. 97–104.