Морфогенетичні процеси в культурі апікальних меристем пагонів пшениці та їх взаємозв’язок
DOI:
https://doi.org/10.31073/mvis201908-06Ключові слова:
Triticum aestivum L., апікальна меристема, калюс, морфогенез, регенерація пагонів, кореляціяАнотація
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.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
