Сомаклональные вариации Клеточная селекция Виды изменчивости в

Сомаклональные вариации Клеточная селекция

Виды изменчивости в культуре тканей Модификационная Эпигенетическая Генетическая генные мутации геномные мутации хромосомные аберрации

Crepis capillaris

Хромосомная изменчивость является результатом нарушений митоза, называемых эндомитозом и эндоредупликацией. При эндомитозе происходит спирализация хромосом и начинается митоз, но нарушается веретено деления, сохраняется оболочка ядра, хромосомы не расходятся и деспирализуются внутри ядерной оболочки. Это приводит к возрастанию числа хромосом увеличению размеров ядра и клеток. Эндоредупликация не сопровождается образованием хромосом и делением ядра, хотя содержание ДНК в ядре тоже увеличивается. Многополюсные митозы и фрагментация ядер приводят к уменьшению количества хромосом в клетке.

Влияние генотипа и продолжительности культивирования на частоту хромосомных аберраций у овса Сорт Время культивирования, мес. % клеток с аберрациями Lodi 4 49 20 88 4 12 20 48 Tippecanoe

Первые сомаклоны табака

СОМАКЛОНАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ – изменчивость, возникающая при культивировании клеток in vitro и проявляющаяся у растений-регенерантов СОМАКЛОНАЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ (СОМАКЛОНЫ) – растения, регенерированные из культивируемых клеток и имеющие отличия от исходных форм ГАМЕТОКЛОНЫ – растения, полученные из культивируемых половых клеток

Аномалии развития у сомаклональных вариантов кукурузы

Химерные сомаклоны кукурузы

Полиморфизм ДНК-маркеров у сомаклонов кукурузы Идентичность RAPD-профилей индивидуальных растений линии А 188 Профили амплификации индивидуальных сомаклонов с разными праймерами

Сомаклоны с ценными хозяйственными признаками Сахарный тростник - повышенный уровень сахара, устойчивость к вирусу Фиджи, желтой пятнистости и ложной мучнистой росе [Heinz et al. , 1977]. Картофель - высокая урожайность [Thompson et al. , 1986; Semal, Lepoivre, 1990], Томаты - ускоренный рост, постоянное цветение, высокая скорость образования плодов и хорошо сбалансированный рост [Kita et al. , 1987]. Ячмень и просо - продуктивный колос, высокая масса зерен, устойчивый к полеганию стебель и др. [Искаков, 1990; Бобков и др. , 2000]. Рис - улучшенные продуктивность и качество зерна, скороспелость и толерантность к пониженным температурам [Кучеренко, 1988; Bertin et al. , 1996; 1997; Mandal et al. , 1999]. Пшеница - морозоустойчивость [Galiba, Shutka, 1989]. Картофель, томаты, рис, кукуруза, пшеница – повышенная устойчивость к возбудителям различных заболеваний [van der Bulk, 1991].

Этапы клеточной селекции 1. Индукция каллусообразования, получение суспензии, выделение протопластов. 2. Обработка мутагеном. 3. Отбор мутантных клонов на селективных средах. 4. Регенерация растений. 5. Тестирование растений-регенерантов в условиях in vitro. 6. Тестирование растений-регенерантов и их потомства в условиях теплицы или открытого грунта

Схема клеточной селекции

Селективные факторы, используемые для отбора устойчивых к абиотическим стрессам растений Стрессовый фактор: Na. Cl, Na 2 SO 4, экстремальные температуры, гербициды, соли тяжелых металлов и Al Специальные селективные системы: аналоги пролина, ПЭГ, этионин Комплексные селективные системы: морская вода, вытяжки из загрязненных почв

Селекция с использованием стрессовых факторов Na. Cl Солеустойчивость Табак, люцерна пшеница, кукуруза Na 2 SO 4 Сульфатное засоление Ячмень, табак Низкие положительные температуры Холодоустойчивость Рис, хризантема Кислый р. Н и соли алюминия Устойчивость к кислым почвам Ячмень, рис, сорго Аноксия Устойчивость к корневому затоплению Сахарный тростник, пшеница

Специальные и комплексные селективные системы L-азетидин-2 карбоновая кислота Солеустойчивость Соя, табак, рис Тиазолидинкарбоновая кислота Солеустойчивость Люцерна, манго Оксипролин Солеустойчивость Рис Оксипролин Морозоустойчивость Ячмень пшеница Полиэтиленгликоль Засухоустойчивость Рис, кукуруза Маннит Засухоустойчивость Табак, пшеница Этионин Солеустойчивость Табак Морская вода Солеустойчивость Табак, пшеница

Способы отбора устойчивых к болезням растений Специфические селективные системы: • культуральная жидкость, токсин, патоген Неспецифические селективные системы: • изменение состава стеринов • устойчивость к гидролитическим ферментам

Способы отбора устойчивых растений 1, 5% 1% регенерация 1, 5% 2, 0% регенерация

Количество растений, регенерированных после инкубации на среде с ПЭГ каллуса гибридов кукурузы Число субкультивирований Гибрид 1 1 17 42 2 28 15 3 7 22 4 0 4 5 0 0 Гибрид 2

Влияние длительности культивирования на частоту аномальных регенерантов Время культивирования, мес Жизнеспособность, % Морфологические нарушения, % Стерильность, % Вариабельность ДНК маркеров, % 2 85, 6 23, 3 1, 7 7, 8 8 35, 1 36, 7 13, 3 18, 5

Способы отбора устойчивых растений регенерация 1% 1% 1, 5% 2, 0% регенерация

Индекс роста каллуса сахарного тростника, прошедшего анаэробную инкубацию, после месяца культивирования в условиях нормальной аэрации 1 -исходный каллус, 2 -устойчивая линия

Толерантность к гипоксии растений пшеницы

Наследование толерантности к гипоксии у пшеницы Поколение Время затопления, дни Температур а, ºС Выживаемост ь контрольных растений, % Выживаемост ь растений после селекции, % R 0 7 31 33 77 R 1 16 22 56 100 R 1 10 32 R 2 8 32 48 100

Толерантные к ионам меди растения полевицы

Толерантные к абиотическим стрессам растения, полученные путем клеточной селекции Признак Виды растений Солеустойчивость Картофель, ячмень, люцерна, рис, клевер Холодоустойчиво Пшеница, рис сть Устойчивость к кислым почвам и Al Ячмень, сорго, рис Устойчивость к гербицидам Рапс, сахарная свекла

Устойчивые к болезням растения, полученные методом клеточной селекции Возбудители болезней Объекты Fusarium spp. Ячмень Люцерна Томаты Клевер Лен Helminthosporium spp. Пшеница Ячмень Кукуруза Овес Рис Corynebacterium sep. Картофель Pseudomonas syringae Корм. свекла Phytophtora spp. Картофель

Преимущества метода клеточной селекции: • высокая степень генетической изменчивости культивируемых клеток; • возможность манипулировать миллионами клеток; • сокращение сроков селекции; • освобождение посевных площадей; • независимость от сезона.