DOI: https://doi.org/10.31073/mvis201908-06

Морфогенетичні процеси в культурі апікальних меристем пагонів пшениці та їх взаємозв’язок

S. V. Pykalo, T. V. Yurchenko, N. I. Prokopik, M. V. Kharchenko

Анотація


Мета. Дослідити процеси морфогенезу in vitro в культурі апікальних меристем 3-добових проростків сортів пшениці м’якої озимої та виявити взаємозв’язок між ними. Методи. Досліджували 12 сортів пшениці м’якої озимої: МІП Княжна, Горлиця миронівська, Розкішна, Гордовита, Елегія, Щедра нива, Зіра, Статна, МІП Валенсія, Альбатрос одеський, Поліська 90, Подолянка. Застосовано методи культури тканин і органів in vitro, статистичного аналізу. Результати. Вивчено реакцію сортів пшениці м'якої озимої на умови культивування апікальних меристем 3-добових проростків та досліджено взаємозв’язок морфогенетичних процесів in vitro. За морфофізіологічними властивостями виділено два типи калюсу: морфогенний і неморфогенний. Формування рослин-регенерантів з калюсів відбувалося шляхом як геморизогенезу, так і соматичного ембріоїдогенезу. Встановлено, що високою регенераційною здатністю характеризувався сорт Подолянка, з експлантів якого було отримано найбільшу кількість рослин-регенерантів. Найнижчий регенераційний потенціал виявлено у сорту Поліська 90. Встановлена сильна позитивна статистично достовірна кореляція (r = 0,84) між частотою утворення морфогенних калюсів і регенерації пагонів, що свідчить про можливе існування загальної генетичної системи, яка контролює ці процеси. Виявлено сильний зворотний зв’язок (r = -0,88) між частотою індукції ризогенезу і регенерації пагонів. Між частотою калюсогенезу та морфогенетичних процесів вірогідної кореляції не виявлено, що вказує на відсутність прямого зв’язку між генетичними чинниками, які їх контролюють. Висновки. У досліджених сортів частоти калюсогенезу та регенерації пагонів визначаються генотипом експланта. Отримані результати є певним внеском у вивчення теоретичних аспектів процесів морфогенезу in vitro пшениці та можуть застосовуватись як елементи біотехнологічних програм. Сорт Подолянка рекомендований як модельний об’єкт у клітинній інженерії, а також для подальших досліджень у біотехнології пшениці.

Ключові слова


Triticum aestivum L.; апікальна меристема; калюс; морфогенез; регенерація пагонів; кореляція

Повний текст:

PDF

Посилання


Cherenkov, A. V., Gasanova, I. I., & Solodushko, M. M. (2014). Winter wheat – the development and selection of culture in historical perspective. Bulletin Institute of Agriculture of Steppe Zone NAAS of Ukraine, 6, 3–6. [in Ukrainian]

Zhemela, G. P., & Kuznetsova, O. A. (2012). Influence of high quality properties on productivity and quality of soft winter wheat grain. News of Poltava State Agrarian Academy, 3, 23–25. [in Ukrainian]. doi: 10.31210/visnyk2012.03.04

Dubrovna, O. V., & Bavol, A. V. (2011). Variability of the wheat genome during in vitro culture. Cytol. Genet., 45(5), 333–340. doi: 10.3103/S0095452711050033

Neelakandan, A. K., & Wang, K. (2012). Recent progress in the understanding of tissue culture-induced genome level changes in plants and potential applications. Plant Cell Rep., 31(4), 597–620. doi: 10.1007/s00299-011-1202-z

Dodig, D., Zorić, M., Mitić, N., Nikolić, R., & Šurlan-Momirović, G. (2008). Tissue culture and agronomic traits relationship in wheat. Plant Cell Tiss. Org., 95(1), 107–114. doi: 10.1007/s11240-008-9421-x.

Goncharuk, A. N., Bavol, A. V., & Dubrovna, O. V. (2014). Morphogenesis in apical meristems culture of highly productive winter wheat varieties. Plant Physiology and Genetics, 46(3), 245–251. [in Ukrainian]

Bavol, A. V., Dubrovna, O. V., & Lialko, I. I. (2008). Plant regeneration from various types of explants of soft wheat. Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants, 40(2), 150–156. [in Ukrainian]

Dodig, D., Zorić, M., Mitić, N., Nikolić, R., & King, S. R. (2010). Morphogenetic responses of embryo culture of wheat related to environment culture conditions of the explant donor plant. Sci. Agric., 67(3), 295–300. doi: 10.1590/S0103-90162010000300007

Dağüstü, N. (2008). Comparison of callus formation and plantlet regeneration capacity from immature embryo culture of wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Biotechnol. Biotech. Eq., 22(3), 778–781. doi: 10.1080/13102818.2008.10817552

Delporte, F., Pretova, A., Du Jardin, P., & Watillon, B. (2014). Morpho-histology and genotype dependence of in vitro morphogenesis in mature embryo cultures of wheat. Protoplasma, 251(6), 1455–1470. doi: 10.1007/s00709-014-0647-7

Maddock, S. E., Lancaster, V. A., Risiott, R., & Franklin, J. (1983). Plant regeneration from cultured immature embryos and inflorescences of 25 cultivars of wheat (Triticum aestivum). J. Exp. Bot., 34(7), 915–926. doi: 10.1093/jxb/34.7.915

Benkirane, H., Sabounji, K., Chlyah, A., & Chlyah, H. (2000). Somatic embryogenesis and plant regeneration from fragments of immature inflorescences and coleoptiles of durum wheat. Plant Cell Tiss. Org., 61(2), 107–113. doi: 10.1023/A:1006464208686

Yu, H., Wang, W., Wang, Y., & Hou, B. (2012). High frequency wheat regeneration from leaf tissue explants of regenerated plantlets. Adv. Biosci. Biotechnol., 3(1), 46–50. doi: 10.4236/abb.2012.31008

Ahmad, A., Zhong, H., Wang, W., & Sticklen, M. (2002). Shoot apical meristem: in vitro regeneration and morphogenesis in wheat (Triticum aestivum L.). In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant, 38(2), 163–168. doi: 10.1079/IVP2001267

Sticklen, M. B., & Oraby, H. F. (2005). Shoot apical meristem: a sustainable explant for genetic transformation of cereal crops. In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant, 41(3), 187–200. doi: 10.1079/IVP2004616

Honcharuk, O. M., Bavol, A. V., & Dubrovna, O. V. (2011). Morphogenic potential of high-yielding winter wheat varieties in shoot apical meristem culture. Topics in Experimental Evolution of Organisms, 11, 237–241. [in Ukrainian]

Bavol, A. V., Dubrovna, O. V., & Lialko, I .I. (2007). Plant regeneration from shoot tips of wheat. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine, 5(1/2), 3–10. [in Ukrainian]

Ahloowalia, B. S. (1982). Plant regeneration from callus culture in wheat. Crop Sci., 22(2), 405–410. doi: 10.2135/cropsci1982.0011183X002200020047x

Miroshnichenko, D. N., Sokolov, R. N., Alikina, О. V., & Dolgov, S. V. (2014). Comparative analysis of tissue culture efficiency of di-, tetra- and hexaploid wheat breeds and species. Biotechnology, 1, 38–51. [in Russian]

Khlebova, L. P., Nikitina, E. D., Matsyura, A. V., & Bychkova, O. V. (2016). Relationship of morphogenetic processes in wheat tissue culture. Ukr. J. Ecol., 6(2), 311–320. [in Russian]

Soboleva, M. I., & Loginov, I. V. (2004). Statistical parameters reflecting morphogenetic capacity of soft spring wheat calluses. Russ. J. Plant Physiol., 51(2), 257–265. doi: 10.1023/b:rupp.0000019223.23756.71

Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 15(3), 473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

Sidor, L. S., & Orlov, P. A. (2005). Regeneration potential of different types of wheat, rye and barley in culture of leaf explants. Cytol. Genet., 39(5), 28–34. [in Russian]

Mardamshin, A. G., & Mustafina, A. R. (2001). Comparative analysis of the content of endogenous phytohormones in the morphogenic and non-morphogenic callus tissue of pea. Biotechnology, 1, 27–29. [in Russian]

Khotyleva, L. V., Matveenko, S. N., Ruban, V. V., & Kaminskaya, L. N. (1995). Features of the structure of cytoplasmic organelles in callus cells and regenerants of heterotic triticale hybrids. Cytol. Genet., 29(1), 23–26. [in Russian]

Kruglova, N. N., & Katasonova, A. A. (2009). Immature wheat embryo as the morphogenetically competent explant. Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants, 41(2), 124–131. [in Russian]

Komatsuda, T., Enomoto, S., & Nakajima, K. (1989). Genetics of callus proliferation and shoot differentiation in barley. J. Hered., 80(5), 345–350. doi: 10.1093/oxfordjournals.jhered.a110872

Tyankova, N. D., & Zagorska, N. A. (2001). Genetic control of in vitro response in wheat (Triticum aestivum L.). In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant, 37(5), 524–530. doi: 10.1007/s11627-001-0091-1

Kaleikau, E. K., Sears, R. G., & Gill, B. S. (1989). Control of tissue culture response in wheat (Triticum aestivum L.). Theor. Appl. Genet., 78(6), 783–787. doi: 10.1007/BF00266658

Amer, I. B., Worland, A. J., & Börner, A. (1995). Chromosomal location of genes affecting tissue-culture response in wheat. Plant Breed., 114(1), 84–85. doi: 10.1111/j.1439-0523.1995.tb00766.x


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Черенков А. В., Гасанова І. І., Солодушко М. М. Пшениця озима – розвиток та селекція культури в історичному аспекті. Бюлетень Інституту сільського господарства степової зони. Дніпропетровськ, 2014. № 6. С. 3–6.

 

2. Жемела Г. П., Кузнецова О. А. Вплив сортових властивостей на продуктивність та якість зерна пшениці м’якої озимої. Вісник Полтавської державної аграрної академії. Полтава, 2012. № 3. С. 23–25.

 

3. Дубровна О. В., Бавол А. В. Мінливість геному пшениці в культурі in vitro. Цитология и генетика. 2011. Т. 45, № 5. C. 76–84.

 

4. Neelakandan A. K., Wang K. Recent progress in the understanding of tissue culture-induced genome level changes in plants and potential applications. Plant Cell Reports. 2012. Vol. 31, Iss. 4. P. 597–620. doi: 10.1007/s00299-011-1202-z

 

5. Dodig D., Zorić M., Mitić N., Nikolić R., Šurlan-Momirović G. Tissue culture and agronomic traits relationship in wheat. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2008. Vol. 95, Iss. 1. P. 107–114. doi: 10.1007/s11240-008-9421-x

 

6. Гончарук О. М., Бавол А. В., Дубровна О. В. Морфогенез у культурі апікальних меристем пагонів високопродуктивних сортів озимої пшениці. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46, № 3. С. 245–251.

 

7. Бавол А. В., Дубровна О. В., Лялько І. І. Регенерація рослин із різних типів експлантів м’якої пшениці. Физиология и биохимия культурных растений. 2008. Т. 40, № 2. С. 150–156.

 

8. Dodig D., Zorić M., Mitić N., Nikolić R., King S. R. Morphogenetic responses of embryo culture of wheat related to environment culture conditions of the explant donor plant. Scientia Agricola. 2010. Vol. 67, No. 3. P. 295–300. doi: 10.1590/S0103-90162010000300007

 

9. Dağüstü N. Comparison of callus formation and plantlet regeneration capacity from immature embryo culture of wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2008. Vol. 22, Iss. 3. P. 778–781. doi: 10.1080/13102818.2008.10817552

 

10. Delporte F., Pretova A., Du Jardin P., Watillon B. Morpho-histology and genotype dependence of in vitro morphogenesis in mature embryo cultures of wheat. Protoplasma. 2014. Vol. 251, Iss. 6. P. 1455–1470. doi: 10.1007/s00709-014-0647-7

 

11. Maddock S. E., Lancaster V. A., Risiott R., Franklin J. Plant regeneration from cultured immature embryos and inflorescences of 25 cultivars of wheat (Triticum aestivum). Journal of Experimental Botany. 1983. Vol. 34, Iss. 7. P. 915–926. doi: 10.1093/jxb/34.7.915

 

12. Benkirane H., Sabounji K., Chlyah A., Chlyah H. Somatic embryogenesis and plant regeneration from fragments of immature inflorescences and coleoptiles of durum wheat. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2000. Vol. 61, Iss. 2. P. 107–113. doi: 10.1023/A:1006464208686

 

13. Yu H., Wang W., Wang Y., Hou B. High frequency wheat regeneration from leaf tissue explants of regenerated plantlets. Advances in Bioscience and Biotechnology. 2012. Vol. 3, Iss. 1. P. 46–50. doi: 10.4236/abb.2012.31008

 

14. Ahmad A., Zhong H., Wang W., Sticklen M. Shoot apical meristem: in vitro regeneration and morphogenesis in wheat (Triticum aestivum L.). In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2002. Vol. 38, Iss. 2. P. 163–168. doi: 10.1079/IVP2001267

 

15. Sticklen M. B., Oraby H. F. Shoot apical meristem: a sustainable explant for genetic transformation of cereal crops. In Vitro Cellular & Developmental Biology Plant. 2005. Vol. 41, Iss. 3. P. 187–200. doi: 10.1079/IVP2004616

 

16. Гончарук О. М., Бавол А. В., Дубровна О. В. Морфогенний потенціал високопродуктивних сортів озимої пшениці в культурі апікальних меристем пагонів. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2011. Т. 11. С. 237–241.

 

17. Бавол А. В., Дубровна О. В., Лялько І. І. Регенерація рослин із експлантів верхівки пагона проростків пшениці. Вісник Українського товариства генетиків і селекціонерів. 2007. Т. 5, №1/2. С. 3–10.

 

18. Ahloowalia B. S. Plant regeneration from callus culture in wheat. Crop Sciense. 1982. Vol. 22, No. 2, P. 405–410. doi: 10.2135/cropsci1982.0011183X002200020047x

 

19. Мирошниченко Д. Н., Соколов Р. Н., Аликина О. В., Долгов С. В. Скрининг регенерационного потенциала ди-, тетра- и гексаплоидных сортов и видов пшеницы в культуре in vitro. Биотехнология. 2014. № 1. С. 38–51.

 

20. Хлебова Л. П., Никитина Е. Д., Мацюра А. В., Бычкова О. В. Взаимосвязь морфогенетических процессов в культуре ткани пшеницы. Бiологiчний вiсник МДПУ імені Богдана Хмельницького. Мелітополь, 2016. Т. 6, № 2. С. 311–320.

 

21. Соболева М. И., Логинов И. В. Статистические характеристики, маркирующие морфогенез в каллусных культурах яровой мягкой пшеницы. Физиология растений. 2004. Т. 51, № 2. С. 297–296.

 

22. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 15, Iss. 3, P. 473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

 

23. Сидор Л. С., Орлов П. А. Регенерационный потенциал различных видов пшеницы, ржи и ячменя в культуре листовых эксплантов. Цитология и генетика. 2005. Т. 39, № 5. C. 28–34.

 

24. Мардамшин А. Г., Мустафина А. Р. Сравнительный анализ содержания эндогенных фитогормонов в морфогенной и неморфогенной каллусной ткани гороха посевного. Биотехнология. 2001. № 1. С. 27–29.

 

25. Хотылева Л. B., Матвеенко С. Н., Рубан В. В. Каминская Л. Н. Особенности структуры цитоплазматических органелл в клетках каллуса и регенерантов гетерозисных гибридов тритикале. Цитология и генетика. 1995. Т. 29, № 1. С. 23–28.

 

26. Круглова Н. Н., Катасонова А. А. Незрелый зародыш пшеницы как морфогенетически компетентный эксплантат. Физиология и биохимия культурных растений. 2009. Т. 41, № 2. С. 124–131.

 

27. Komatsuda T., Enomoto S., Nakajima K. Genetics of callus proliferation and shoot differentiation in barley. Journal of Heredity. 1989. Vol. 80, Iss. 5. P. 345–350. doi: 10.1093/oxfordjournals.jhered.a110872

 

28. Tyankova N. D., Zagorska N. A. Genetic control of in vitro response in wheat (Triticum aestivum L.). In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2001. Vol. 37, Iss. 5. P. 524–530. doi: 10.1007/s11627-001-0091-1

 

29. Kaleikau E. K., Sears R. G., Gill B. S. Control of tissue culture response in wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics. 1989. Vol. 78, Iss. 6. P. 783–787. doi: 10.1007/BF00266658

 

30. Amer I. B., Worland A. J., Börner A. Chromosomal location of genes affecting tissue-culture response in wheat. Plant Breeding. 1995. Vol. 114, Iss. 1. P. 84–85. doi: 10.1111/j.1439-0523.1995.tb00766.x




ISSN 2518-7910