Изучение посткриогенного регенерационного потенциала сортов картофеля в разных условиях культивирования

Криоконсервация обеспечивает долгосрочное хранение генофонда селекционных сортов картофеля в криобанках при сверхнизких температурах. В настоящее время для криоконсервации сортов картофеля наиболее широко используется метод дроплет-витрификации, который постоянно совершенствуется с целью повышения регенерационной способности сохраняемого растительного материала. В ведущих мировых генбанках картофеля используются различные модификации этого метода. В данной работе представлены результаты изучения влияния условий культивирования после замораживания–оттаивания апексов побегов и пазушных почек in vitro растений на их способность к посткриогенному восстановлению. Для криоконсервации был использован метод дроплет-витрификации, модифицированный в ВИР. Фактор «длительная темновая инкубация эксплантов» не оказывал существенного влияния на частоту посткриогенной регенерации изученных сортов, за исключением одного сорта (Крепыш), для которого отмечено достоверное (p < 0.05) увеличение частоты регенерации в варианте культивирования апексов микропобегов в темноте по сравнению с вариантом культивирования при фотопериоде 16/8 ч (свет/темнота). Фактически у всех сортов частота посткриогенной регенерации апексов микропобегов была выше, чем у пазушных почек, однако достоверное превышение (p < 0.05) данного показателя для апексов побегов отмечено только в двух случаях: для сорта Удача – культивирование эксплантов при фотопериоде 16/8 ч и для сорта Крепыш – культивирование в условиях темновой инкубации. Результаты двухфакторного дисперсионного анализа указывают на отсутствие значимого эффекта совместного действия двух факторов (темновая инкубация и тип экспланта) на способность сортов к посткриогенному восстановлению. С учетом полученных результатов дальнейшую криоконсервацию расширенной выборки из девяти селекционных сортов проводили с использованием только одного типа эксплантов – апексов микропобегов, которые после замораживания–оттаивания культивировали при фотопериоде 16/8 ч. Частота посткриогенной регенерации этих сортов варьировала от 30 до 60 %. Установлено достоверное влияние генотипа на регенерационную способность сортов после замораживания–оттаивания. Способность сортов к посткриогенному восстановлению не связана со значениями морфогенетических показателей in vitro растений, которые используются в оригинальном семеноводстве картофеля. Возраст мериклона (2–4 года) не оказывал существенного влияния ни на показатели морфогенеза, ни на частоту посткриогенной регенерации сортов.

1. Гавриленко Т.А., Дунаева С.Е., Трускинов Э.В., Антонова О.Ю., Пендинен Г.И., Лупышева Ю.В., Роговая В.В., Швачко Н.А. Стратегия долгосрочного сохранения генофонда вегетативно размножаемых сельскохозяйственных растений в контролируемых условиях среды. Труды по прикл. ботанике, генетике и селекции. СПб., 2007;164:273-283. [Gavrilenko T.A., Dunaeva S.E., Truskinov E.V., Antonova O.Yu., Pendinen G.I., Lupysheva Yu.V., Rogovaya V.V., Shvachko N.A. A strategy of long-term conversation of vegetatively propagated crops under controlled conditions. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics, and Breeding. St. Petersburg, 2007;164:273-283. (in Russian)]

2. Гавриленко Т.А., Швачко Н.А., Волкова Н.Н., Ухатова Ю.В. Модифицированный метод дроплет-витрификации для криоконсервации апексов in vitro растений картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23. DOI 10.18699/VJ19.505. [Gavrilenko T.A., Shvachko N.A., Volkova N.N., Ukhatova Yu.V. A modified droplet vitrification method for cryopreservation of shoot tips from the potato in vitro plants. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2019;23. DOI 10.18699/VJ19.505. (in Russian)]

3. Дунаева С.Е., Пендинен Г.И., Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Сохранение вегетативно размножаемых культур в in vitro и криоколлекциях. СПб.: ВИР, 2011. [Dunaeva S.E., Pendinen G.I., Antonova O.Yu., Shvachko N.A., Volkova N.N., Gavrilenko T.A. Preservation of Vegetatively Propagated Crops in vitro and in Cryocollections. St. Petersburg: VIR Publ., 2011. (in Russian)]

4. Овэс Е.В., Анисимов Б.В., Симаков Е.А., Жевора С.В., Гаитова Н.А. Особенности морфогенеза in vitro и оценка фенотипической идентичности сортовых признаков картофеля. Картофель и овощи. 2018;7:33-36. DOI 10.25630/PAV.2018.7.18246. [Oves E.V., Anisimov B.V., Simakov E.A., Zhevora C.V., Gaitova N.A. Peculiarities of morphogenesis in vitro and evaluation of potato cultivars for compliance. Kartofel i Ovoshchi = Potato and Vegetables. 2018;7:33-36. DOI 10.25630/PAV.2018.7.18246. (in Russian)]

5. Ухатова Ю.В., Гавриленко Т.А. Методы криоконсервации вегетативно размножаемых культурных растений. Биотехнология и селекция растений. 2018;1(1):52-63. DOI 10.30901/2658-62662018-1-52-63. [Ukhatova Yu.V., Gavrilenko T.A. Cryoconservation methods for vegetatively propagated crops (review).

6. Biotekhnologiya i Selektsiya Rasteniy = Plant Biotechnology and Breeding. 2018;1(1):5263. DOI 10.30901/2658-6266-2018-1-52-63 (in Russian)]

7. УхатоваЮ.В., Овэс Е.В., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Криоконсервация селекционных сортов картофеля в ВИРе. Труды по прикл. ботанике, генетике и селекции. СПб., 2017;178(3):13-20. DOI 10.30901/2227-8834-2017-3-13-20. [Ukhatova Yu.V., Oves E.V., Volkova N.N., Gavrilenko T.A. Cryoconservation of potato breeding cultivars at VIR. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. St. Petersburg, 2017;178(3):13-20. DOI 10.30901/2227-8834-2017-3-13-20 (in Russian)]

8. Филипенко Г.И. Развитие системы низкотемпературного хранения и криоконсервации генофонда растений в ВИР имени Н.И. Вавилова. Труды по прикл. ботанике, генетике и селекции. 2007;164:263-272. [Filipenko G.I. Development of the system of low-temperature storage and cryopreservation of plant genetic resources at VIR. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii = Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. St. Petersburg, 2007;164:263-272. (in Russian)]

9. Bamberg J.B., Martin M.W., Abad J., Jenderek M.M., Tanner J., Donnelly D.J., Nassar M.K., Veilleux R.E., Novy R.G. In vitro technology at the US Potato Genebank. In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2016;52:213-225. DOI 10.1007/s11627-016-9753-x.

10. FAO. Genebank Standards for Plant Genetic Resources for Food and Agriculture. Rev. ed. Rome. 2014;182.

11. Jenderek M.M., Reed B.M. Cryopreserved storage of clonal germplasm in the USDA National Plant Germplasm System. In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2017;53(4):299-308. DOI 10.1007/s11627-0179828-3.

12. Kaczmarczyk A., Rokka V.M., Keller E.R.J. Potato shoot tip cryopreservation. A review. Potato Res. 2011;54:45-79. DOI 10.1007/ s11540-010-9169-7.

13. Kim H.H., Yoon J.W., Park Y.E., Cho E.G., Sohn J.K., Kim T.S., Engelmann F. Cryopreservation of potato cultivated varieties and wild species: critical factors in droplet vitrification. CryoLetters. 2006; 27(4):223-234.

14. Niino T., Valle Arizaga M. Cryopreservation for preservation of potato genetic resources. Breed. Sci. 2015;65(1):41-52. DOI 10.1270/ jsbbs.65.41.

15. Panis B., Piette B., Swennen R. Droplet vitrification of apical meristems: a cryopreservation protocol applicable to all Musaceae. Plant Sci. 2005;168:45-55. DOI 10.1016/j.plantsci.2004.07.022.

16. Panta A., Panis B., Ynouye C., Swennen R., Roca W., Tay D., Ellis D. Improved cryopreservation method for the long-term conservation of the world potato germplasm collection. Plant Cell Tissue Organ Cult. 2015;120:117-125. DOI 10.1007/s11240-014-0585-2.

17. Shvachko N., Gavrilenko T. Cryopreservation of potato landraces using droplet-vitrification method. In: Grapin A., Keller J., Lynch P., Panis B., Revilla A., Engelmann F. (Eds.). Cryopreservation of Crop Species in Europe: Proc. of COST Action 871 Final meeting. Angers, France, 2011;135-137.

18. Volk G.M., Henk A.D., Jenderek M.M., Richards C.M. Probabilistic viability calculations for cryopreserving vegetatively propagated collections in genebanks. Genet. Resour. Crop Evol. 2016;64(7): 1613-1622. DOI 10.1007/s10722-016-0460-6.

19. Vollmer R., Villagaray R., Cárdenas J., Castro M., Chávez O., Anglin N.L., Ellis D. A large-scale viability assessment of the potato cryobank at the International Potato Center (CIP). In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2017;53(4):309-317. DOI 10.1007/s11627-0179846-1.

20. Vollmer R., Villagaray R., Egusquiza V., Espirilla J., Garcia M., Torres A., Rojas E., Panta A., Barkley N.A., Ellis D. The potato cryobank at the International Potato Center (CIP): a model for long term conservation of clonal plant genetic resources collections of the future. CryoLetters. 2016;37(5):318-329.