THE MAIN REASONS OF THE LOW EFFICIENCY OF OBTAINING ALUMINUM-RESISTANT REGENERANTS OF CEREAL CROPS
Abstract
The mechanisms of aluminum resistance, acting at the cellular level, provide an opportunity of obtaining resistant forms of plants by the cell culture method. In practice, however, this approach has not become widely used because of difficulties of plant regeneration from callus culture. This article focuses the attention of readers on other causes of low efficiency of the approach. They include high intraspecific heterogeneity of cereal crops with regard to aluminum resistance; conventionality of the division of genotypes into resistant and sensitive, accepted in practice; appearance of acid- and aluminum-resistant regenerants not only under stress but also under control conditions without any action of the stress factor under study; lack of appropriate methods, connected to the specific behavior of aluminum in various media, when incorrectly chosen medium composition or рН conceal the action of aluminum. As a result of joint action of all reasons mentioned in the article, the offered techniques of creation of high-resistant regenerants of cereal crops are behind traditional methods of intravarietal selection in duration, labor consumption, cost, and efficiency.
About the Author
E. M. Lisitsyn
Rudnitskii North-East Agricultural Research Institute, Russian Academy of Agricultural Sciences, Kirov, Russia
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Бакулина А.В., Широких И.Г. Генотипическая реакция ячменя на антибиотики канамицин и цефотаксим в культуре in vitro // Биологический мониторинг природно-техногенных систем: Матер. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Киров, 29–30 ноября 2011 г. Киров: ООО «Лобань», 2011. Ч. 2. С. 69–72.
2. Баталова Г.А., Лисицын Е.М. Генетический контроль алюмоустойчивости овса на сортовом уровне // Съезд генетиков и селекционеров, посвящ. 200-летию со дня рожд. Ч. Дарвина. V съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров. М., 2009. Ч. 1. С. 179.
3. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: Уч. пособие. М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. 160 с.
4. Внучкова В.А., Неттевич Э.Д., Чеботарева Т.М. и др. Использование методов in vitro в селекции ячменя на устойчивость к токсичности кислых почв // Докл. ВАСХНИЛ. 1989. № 7. С. 2–5.
5. Драгавцев В.А., Литун Н.П., Шкель И.М., Нечипоренко Н.Н. Модель эколого-генетического контроля количественных признаков растений // Докл. АН СССР. 1984. Т. 274. № 3. С. 720–723.
6. Животовский Л.А. Наследование приобретенных признаков: Ламарк был прав // Химия и жизнь. 2003. № 4. С. 22–26.
7. Зобова Н.В., Конышева Е.Н. Использование биотехнологических методов в повышении соле- и кислотоустойчивости ярового ячменя. Новосибирск: СО РАСХН, КНИИСХ, 2007. 124 с.
8. Иванов М.В. Биотехнологические основы создания исходного материала ярового ячменя. СПб.–Пушкин: Изд-во ГНЦ ВИР, 2001. 205 с.
9. Лисицын Е.М. Методика лабораторной оценки алюмоустойчивости зерновых культур // Докл. РАСХН. 2003. № 3. С. 5–7.
10. Лисицын Е.М. Полиморфизм адаптивных реакций сорта на уровне морфологических и биохимических показателей // Тр. по прикл. ботан., генет. и селекции. 2006. Т. 162. С. 150–154.
11. Лисицын Е.М. Потенциальная алюмоустойчивость сельскохозяйственных растений и ее реализация в условиях европейского северо-востока России: Дис. … д-ра биол. наук. М., 2005. 361 с.
12. Литовкин К.В., Игнатова С.А., Бондарь Г.П. Морфогенез в культуре незрелых зародышей изогенных линий ячменя // Цитология и генетика. 1999. Т. 33. № 5. С. 14–18.
13. Овчинникова В.Н., Варламова Н.В., Мелик-Саркисов О.С. и др. Получение регенерантов у ярового ячменя Hordeum vulgare L. в культуре in vitro // Докл. РАСХН. 2004. № 3. С. 8–10.
14. Тиунова Л.Н., Лисицын Е.М. Алюмоустойчивость образцов овса, созданных традиционными методами и методами клеточной селекции // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2009. № 4 (15). С. 9–13.
15. Удовенко Г.В. Устойчивость растений к абиотическим стрессам // Физиологические основы селекции растений. Т. 2. Ч. 2. СПб.: ВИР, 1995. С. 293–352.
16. Широких И.Г., Огородникова С.Ю., Далькэ И.В., Шуплецова О.Н. Физилого-биохимические показатели и продуктивность растений ячменя, регенерированных из каллуса в селективных системах // Докл. РАСХН. 2011. № 2. С. 6–9.
17. Широких И.Г., Шуплецова О.Н., Широких А.А. Клеточная селекция ячменя на устойчивость к токсичности алюминия (08-04-13590) // Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России. Сергиев Посад. 2009а. С. 79–83.
18. Широких И.Г., Шуплецова О.Н., Щенникова И.Н. Получение in vitro форм ячменя, устойчивых к токсическому действию алюминия в кислых почвах // Биотехнология. 2009б. № 3. С. 40–48.
19. Шишкин М.А. Индивидуальное развитие и уроки эволюционизма // Онтогенез. 2006. Т. 37. № 3. C. 179–198.
20. Шуплецова О.Н. Клеточная селекция ячменя на устойчивость к эдафическим стрессам // Биология клеток растений in vitro и биотехнология: Сб. статей IX Междунар. конф. М.: ИД ФБК-Пресс, 2008. С. 444–445.
21. Щенникова И.Н., Лисицын Е.М. Напряженность стрессового воздействия и генетический контроль алюмоустойчивости ячменя // Съезд генетиков и селекционеров, посвящ. 200-летию со дня рожд. Ч. Дарвина. V Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров. М., 2009. Ч. 1. С. 369.
22. Bertin P., Kinet J.M., Bouharmont J. Heritable chilling tolerance improvement in rice through somaclonal variation and cell line selection // Aust. J. Bot. 1995. V. 44. P. 91–105.
23. Biswas J., Chowdhury B., Bhattacharya A., Mandal A.B. In vitro screening for increased drought tolerance in rice // In vitro Cell Dev. Biol. Plant. 2002. V. 38. P. 525–530.
24. Campbell K.A.G., Carter T.E., Anderson J.M. Aluminium tolerance of soybean callus cultures: Comparison with greenhouse and solution culture screening methods // Soybean Genet. Newslett. 1989. V. 16. P. 191–195.
25. Chowdhury B., Mandal A.B. Microspore embryogenesis and fertile plantlet regeneration in salt susceptible–salt tole rant rice hybrid // Plant Cell Tissue Org. Cult. 2001. V. 65. P. 141–147.
26. Conner A.J., Meredith C.P. Strategies for the selection and characterization of aluminium-resistant variants from cell cultures of Nicotiana plumbaginifolia // Planta. 1985. V. 166. P. 466–473.
27. Houde M., Diallo A.O. Identifi cation of genes and pathways associated with aluminum stress and tolerance using transcriptome profi ling of wheat near-isogenic lines // BioMed Central Genomics. 2008. doi:10.1186/1471-2164-9-400.
28. Kinraide T.B. Identity of the rhizotoxic aluminum species // Plant Soil. 1991. V. 134. P. 167–178.
29. Kinraide T.B. Reconsidering the rhysotoxicity of hydroxyl, sulphate, and fl uoride complex of aluminum // J. Exp. Bot. 1997. V. 48. P. 1115–1124.
30. Kinraide T.B., Parker D.R. Cation amelioration of aluminium toxicity in wheat // Plant Physiol. 1987. V. 83. P. 546–551.
31. Kinraide T.B., Ryan P.R., Kochian L.V. Interactive effects of Al3+, H+ and other cations on root elongation considered in terms of cell-surface electrical potential // Plant Physiol. 1992. V. 99. P. 1461–1468.
32. Kochian L.V., Hoekenga J.A., Pineros M.A. How do crop plants tolerate acid soils? Mechanisms of aluminum tolerance and phosphorous effi ciency // Annu. Rev. Plant Biol. 2004. V. 55. P. 459–493.
33. Komatsuda T., Enomoto S., Nakajima K. Genetics of callus proliferation and shoot differentiation in barley // J. Heredity. 1989. V. 80. Nо. 5. P. 345–350.
34. Lisitsyn E.M. Intravarietal level of aluminum resistance in cereal crops // J. Plant Nutrition. 2000. V. 23. No. 6. P. 793–804.
35. Mandal A.B., Basu A.K., Roy B. et al. Genetic management for improved aluminium and iron toxicity tolerance in rice – A review // Indian J. Biotechnol. 2004. V. 3. No. 3. P. 359–368.
36. Muyuan Y.Z., Jianwei P., Lilin W. et al. Mutation induced enhancement of Al tolerance in barley cell lines // Plant Sci. 2003. V. 164. P. 17–23.
37. Ramgareeb S., Watt M.P., Marsh C., Cooke J.A. Assessment of Al3+ availability in callus culture media for screening tolerant genotypes of Cynodon dactylon // Plant Cell Tiss. Org. Cult. 1999. V. 56. P. 65–68.
38. Roy B., Mandal A.B. Towards development of Al-toxicity tolerant lines in indica rice by exploiting somaclonal variation // Euphytica. 2005. V. 145. P. 221–227.
39. Taylor G.J., McDonald-Stephens J.L., Hunter D.B. et al. Direct measurement of aluminum uptake and distribution in single cell of Chara coralline // Plant Physiol. 2000. V. 123. P. 987–996.
40. Van Sint J.V, Costa de Macedo C., Kinet J., Bouharmont J. Selection of Al-resistant plants from a sensitive rice cultivar, using somaclonal variation, in vitro and hydroponic cultures // Euphytica. 1997. V. 97. P. 303–310.
41. Voigt P.W., Staley T.E. Selection for aluminum and acidsoil resistance in white clover // Crop Sci. 2004. V. 44. P. 38–48.
42. Yang J.L., Zheng S.J., He Y.F., Matsumoto H. Aluminum resistance requires resistance to acid stress: a case study with spinach that exudes oxalate rapidly when exposed to Al stress // J. Exp. Bot. 2005. V. 56. No. 414. P. 1197–1203.
Review
Views:
516
Email this article 