Генотипическая изменчивость Pinus sylvestris L. по признаку засухоустойчивости

В связи с глобальным изменением климата в последние десятилетия отмечается учащение и усиление засух. Не все растительные организмы способны адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Поэтому вопрос отбора стрессоустойчивых (засухоустойчивых) генотипов, перспективных для проведения селекционных работ, стоит достаточно остро. Проблема касается и лесных древесных растений, в том числе сосны обыкновенной, являющейся одним из основных лесообразователей на территории Воронежской области. В настоящем исследовании приведены результаты анализа вегетативной и генеративной сферы отдельных деревьев сосны обыкновенной с помощью биотехнологического, молекулярно-генетического и цитогенетического методов. Возможность применения метода культуры ткани in vitro с целью тестирования исходных растений на стрессоустойчивость, в том числе и засухоустойчивость, объясняется взаимосвязью свойств клеток, тканей и целого растения. Показано, что у различающихся генотипов цитогенетические характеристики семенного потомства и показатели каллусогенных реакций не всегда совпадают: у одних энергетические ресурсы тратятся на защиту онтогенеза, у других – на поддержание репродуктивной функции. Выделены деревья, состояние генеративной сферы которых в засушливые годы находится на уровне оптимальных лет и реакция их каллусных культур остается неизменной даже в моделируемых условиях засухи. На основе полученных результатов для отбора засухоустойчивых генотипов сосны обыкновенной предлагаем использовать систему критериев, характеризующих как способность вегетативной сферы к выживанию в условиях засухи на основе метода культуры ткани in vitro (скорость формирования каллусной ткани, ее жизнеспособность, частота каллусогенезов), так и состояние генеративной сферы с помощью цитогенетического анализа семенного потомства (частота патологий митоза, доля клеток с микроядрами, митотическая активность). Целесообразность применения биотехнологического подхода была доказана с помощью анализа уровня экспрессии генов стрессовых белков: между уровнем экспрессии гена AbaH и показателем жизнеспособности каллусных культур установлена сильная корреляционная связь, в том числе и на питательной среде с дополнительным стрессовым агентом (NaCl). Деревья, которые по результатам анализа можно отнести к засухоустойчивым, следует рекомендовать для использования в работах по селекции.

Pinus sylvestris L., засуха, засухоустойчивость, каллусы, экспрессия генов, жизнеспособность каллусных культур, митоз

1. Аминева Е.Ю., Табацкая Т.М., Машкина О.С., Попов В.Н. Оценка засухоустойчивости отдельных генотипов Pinus sylvestris L. на основе метода культуры ткани in vitro в моделируемых стрессовых условиях. Тр. Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства. 2017;1:14-22.

2. Буторина А.К., Вострикова Т.В., Бельчинская Л.И., Кондратьева Л.В. Влияние промышленных сточных вод на цитогенетические показатели березы повислой. Лесн. хоз-во. 2005;6:27-28.

3. Буторина А.К., Калаев В.Н., Карпова С.С. Цитогенетические нарушения в соматических клетках человека и березы повислой в районах г. Воронежа с различной интенсивностью антропогенного загрязнения. Экология. 2002;6:438-441.

4. Буторина А.К., Калаев В.Н., Миронов А.Н., Смородинова В.А., Мазурова И.Э.,Дорошев С.А.,Сенькевич Е.В. Цитогенетическая изменчивость в популяциях сосны обыкновенной. Экология. 2001;3:216-220.

5. Генкель П.А. Физиология жаро- и засухостойчивости растений. М., 1982.

6. Егорова Н.А. Разработка методических основ клеточной селекции лаванды in vitro на устойчивость к NaCl. Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2011;5:173-179.

7. Игнатова С.А. Клеточные технологии в растениеводстве, генетике и селекции возделываемых растений: задачи, возможности, разработки систем in vitro. Одесса: Астропринт, 2011.

8. Ильинских Н.Н., Ильинских И.Н., Некрасов В.Н. Использование микроядерного теста в скрининге и мониторинге мутагенов. Цитология и генетика. 1988;22(1):67-72.

9. Кузнецова Н.Ф. Чувствительность генеративной сферы сосны обыкновенной к засухе в Воронежской области. Лесоведение. 2010;6:58-65.

10. Кузнецова Н.Ф. Особенности семеношения сосны обыкновенной на территории ЦЧР в засуху 2010 г. Хвойные бореальной зоны. 2012;30(3-4):270-276.

11. Кузнецова Н.Ф. Развитие неспецифической и специфической реакций у Pinus sylvestris L. на популяционном уровне в стрессовом градиенте засушливых лет. Экология. 2015;5:332-338.

12. Кузнецова Н.Ф., Машкина О.С. Патент на селекционное достижение «Сосна Острогожская». № 9187 от 21.07.2017. Заявка № 8355164 от 26.10.2016. Воронежская область, с. Солдатское, Острогожское лесничество.

13. Кунах В.А. Пластичность генома соматических клеток и адаптивность растений. Молекулярная и прикладная генетика. 2011;12: 7-14.

14. Лутова Л.А. Биотехнология высших растений. СПб., 2010.

15. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломец А.И. Современная наука о растительности. М., 2000.

16. Митрофанов Ю.А. Радиочувствительность клеток на различных фазах митотического цикла. Успехи современной генетики. М.: Наука, 1969;125-160.

17. Пардаева Е.Ю., Машкина О.С., Кузнецова Н.Ф. Состояние генеративной сферы сосны обыкновенной как биоиндикатора устойчивости лесов на территории Центрально-Черноземного района в связи с глобальным изменением климата. Тр. СанктПетербургского НИИ лесного хозяйства. 2013;2:16-17.

18. Пахомова В.М. Основы фитострессологии. Казань: Изд-во КГСХА, 1999.

19. Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М.: Наука, 1964.

20. Россеев В.М., Белан И.А., Россеева Л.П. Тестирование in vitro яровой мягкой пшеницы и ячменя на устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам среды. Докл. РАСХН. 2010;3: 14-16.

21. Россеев В.М., Белан И.А., Россеева Л.П. Использование метода in vitro в селекции пшеницы мягкой яровой. Вестн. Алтайск. гос. аграр. ун-та. 2016;2(136):5-9.

22. Соболева Г.В. Влияние осмотического стресса на процессы роста и морфогенеза в длительно пассируемых каллусных культурах гороха (Pisum sativum L.). Зернобобовые и крупяные культуры. 2013;1(5):8-15.

23. Терлецкая Н.В., Жумабаева Б.А., Хайленко Н.А. Действие солевого стресса на соматические клетки в суспензионной культуре пшеницы и ячменя. Вестн. КазНУ, Сер. Биологическая. 2008; 36(1):63-66.

24. Тимофеев-Ресовский Н.В., Яблоков А.В., Глотов Н.В. Очерк учения о популяции. М., 1973.

25. Топильская Л.А., Лучникова С.А., Чувашина Н.П. Изучение соматических и мейотических хромосом смородины на ацетогематоксилиновых давленых препаратах. Бюл. ЦГЛ им. И.В. Мичурина. 1975;22:107.

26. Усманов И.Ю., Рахмакулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология растений. М.: Логос, 2001.

27. Чернодубов А.И., Смогунова О.А. Сосна обыкновенная в различных экологических условиях юга России. Экология Центрального Черноземья Российской Федерации. Липецк, 1998; 65-68.

28. Шакина Н.П., Иванова А.Р., Бирман Б.А., Скриптунова Е.Н. Блокирование: условия лета 2010 года в контексте современных знаний. Анализ условий аномальной погоды на территории России летом 2010 года. М.; Триада лтд, 2011;6-21.

29. Шестибратов К.А., Лебедев В.Г., Мирошников А.И. Лесная биотехнология: методы, технологии, перспективы. Биотехнология. 2008;5:3-22.

30. Яковец О.Г. Фитофизиология стресса. Курс лекций. Минск, 2009.

31. Murashige T.A., Skoog Т. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobaceo tissue cultures. Phisiol. Plant. 1962;15:473-497.

32. Tardieu F. Plant tolerance to water deficit physical limits and possibilities for progress. Comp. R. GeoSci. 2005;337:57-67.

33. Tugce K., Yasemin E. The effects of drought on plants and tolerance mechanisms. G.U. J. Science. 2005;5(4):723-740.

34. Voronova A., Jansons A., Ruņģis D. Expression of retrotransposonlike sequences in Scots pine (Pinus sylvestris L.) in response to heat stress. Environ. Exp. Biol. 2011;9:121-127.

35. Vuosku J., Läära E., Sääskilahti M., Muilu R., Sutela S., Altabella T., Sarjala T., Häggman H. Consistency of polyamine profiles and expression of arginine decarboxylase in mitosis during zygotic embryogenesis of Scots pine. Plant Physiol. 2006;142:1027-1038.

36. Yang H., Shi G., Wang H., Xu Q. Involvement of polyamines in adaptation of Potamogeton crispus L. to cadmium stress. Aquat. Toxicol. 2010;100:282-288.