Скринінг in vitro гібридів F2 пшениці ярої на стійкість до водного дефіциту

Автор(и)

  • Serhii Pykalo Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853, Україна https://orcid.org/0000-0002-3158-3830
  • Oleksandr Demydov Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853, Україна https://orcid.org/0000-0002-5715-2908
  • Nataliia Prokopik Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853, Україна https://orcid.org/0000-0003-3933-5054
  • Serhii Voloshchuk Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853, Україна https://orcid.org/0000-0002-9447-7525
  • Tetiana Yurchenko Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853, Україна https://orcid.org/0000-0003-0164-4003
  • Svitlana Khomenko Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853, Україна https://orcid.org/0000-0002-6047-7711

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-8025.2018.133030

Ключові слова:

пшениця яра, водний дефіцит, калюсні культури, маніт, осмотичний стрес, стійкість

Анотація

Методом прямого добору проведено скринінг in vitro гібридів F2 пшениці м’якої та твердої ярої на стійкість до водного дефіциту з використанням низькомолекулярного маніту в якості стрес-чинника. Показано, що зі збільшенням концентрації маніту з 0,2 до 0,8 М у всіх генотипів відбувалося пригнічення росту калюсної культури, що свідчить про токсичний вплив стресового чинника. Встановлено, що концентрація 0,6 М маніту дозволяє диференціювати генотипи пшениці ярої за стійкістю до водного дефіциту.

Виявлено, що найбільшою стійкістю до осмотичного стресу характеризувався гібрид F2 Елегія миронівська / Краса Полісся, оскільки калюси цього генотипу за селективних умов відрізнялись підвищеним морфогенетичним потенціалом, мали найбільший рівень виживання і лише з експлантів цього гібриду після культивування на середовищі з манітом концентрацією 0,8 М було отримано рослини-регенеранти. Гібрид F2 Жізель / Лан виявився найчутливішим до осмотичного стресу, так як у його калюсів за селективних умов спостерігали масовий некроз та відсутність регенераційної здатності. У вивчених форм пшениці ярої відмічено генотипову залежність процесів морфогенезу у культурі in vitro. Формування рослин-регенерантів з калюсів пшениці відбувалося шляхом як геморизогенезу, так і соматичного ембріоїдогенезу.

З індукованих калюсів отримано рослини-регенеранти, оптимізовано їх дорощування, укорінення та переведення в умови in vivo. Генотипова реакція на осмотичний стрес у калюсній культурі гібридів F2 пшениці ярої виявлялась за різним рівнем виживання та різною регенераційною здатністю за дії стресового чинника. Гібрид F2 Елегія миронівська / Краса Полісся може бути використаний як цінний матеріал для подальшої селекції пшениці ярої. Культуру тканин in vitro можна використовувати як тест-систему для проведення скринінгу генотипів пшениці на стійкість до осмотичного стресу. Оптимізований регламент отримання повноцінних рослин-регенерантів пшениці м’якої та твердої ярої в калюсній культурі in vitro може бути застосований у клітинній селекції та генно-інженерних експериментах

Біографії авторів

Serhii Pykalo, Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853

Кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Відділ біотехнології, генетики і фізіології

Oleksandr Demydov, Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853

Доктор сільськогосподарських наук, Член-кореспондент НААН України, директор

Nataliia Prokopik, Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853

Молодший науковий співробітник

Відділ біотехнології, генетики і фізіології

Serhii Voloshchuk, Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853

Кандидат сільськогосподарських наук, провідний науковий співробітник

Відділ біотехнології, генетики і фізіології

Tetiana Yurchenko, Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853

Кандидат сільськогосподарських наук, завідувач відділу

Відділ біотехнології, генетики і фізіології

Svitlana Khomenko, Миронівський інститут пшениці імені В. М. Ремесла Національної академії аграрних наук України вул. Центральна, 68, с. Центральне, Миронівський р-н, Київська обл., Україна, 08853

Кандидат сільськогосподарських наук, завідувач лабораторії

Лабораторія селекції ярої пшениці

Посилання

  1. Yaremko, Z., Rudiak, O. (2016) Osnovni chynnyky formuvannia koniunktury svitovoho rynku pshenytsi [World wheat market economic situation formation factors]. Naukovyi visnyk Mykolaivskoho natsionalnoho universytetu imeni V. O. Sukhomlynskoho. Seriia: Ekonomichni nauky, 1, 103–109.
  2. Mohammad, F., Ahmad, I. J. A. Z., Khan, N. U., Maqbool, K., Naz, A. Y. S. H. A., Shaheen, S. A. L. M. A., Ali, K. (2011). Comparative study of morphological traits in wheat and triticale. Pakistan Journal of Botany, 43 (1), 165–170.
  3. Krasensky, J., Jonak, C. (2012). Drought, salt, and temperature stress-induced metabolic rearrangements and regulatory networks. Journal of Experimental Botany, 63 (4), 1593–1608. doi: http://doi.org/10.1093/jxb/err460
  4. Bartels, D., Sunkar, R. (2005). Drought and salt tolerance in plants. Critical Reviews in Plant Sciences, 24 (1), 23–58. doi: http://doi.org/10.1080/07352680590910410
  5. Kacem, N. S., Delporte, F., Muhovski, Y., Djekoun, A., Watillon, B. (2017). In vitro screening of durum wheat against water-stress mediated through polyethylene glycol. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 15 (1), 239–247. doi: http://doi.org/10.1016/j.jgeb.2017.04.004
  6. Morhun, V. V., Dubrovna, O. V., Morhun, B. V. (2016). Suchasni biotekhnolohii otrymannia stiikykh do stresiv roslyn pshenytsi [The modern biotechnologies of producing wheat plants resistant to stresses]. Fiziologiya rasteniy i genetika, 48 (3), 196–214.
  7. Dubrovna, О. V., Chugunkova, T. V., Bavol, А. V., Lialko, І. І.; Morhun, V. V. (Ed.) (2012). Biotekhnologhichni ta cytoghenetychni osnovy stvorennja roslyn, stijkykh do stresiv [Biotechnological and cytogenetic bases for the creation of plants resistant to stresses]. Kyiv: Lohos, 428.
  8. Soliman, H. I. A., Hendawy, M. H. (2013). Selection for drought tolerance genotypes in durum wheat (Triticum durum Desf.) under in vitro conditions. Middle-East Journal of Scientific Research, 14 (1), 69–78.
  9. Dubrovnaya, O. V. (2017). In vitro selection of wheat for resistance to abiotic stress factors [Selektsiya in vitro pshenitsy na ustoychivost' k abioticheskim stressovym faktoram]. Fiziologiya rasteniy i genetika, 49 (4), 279–292.
  10. Lestari, E. G. (2006). In vitro selection and somaclonal variation for biotic and abiotic stress tolerance. Biodiversitas, 7 (3), 297–301. doi: http://doi.org/10.13057/biodiv/d070320
  11. Rai, M. K., Kalia, R. K., Singh, R., Gangola, M. P., Dhawan, A. K. (2011). Developing stress tolerant plants through in vitro selection – an overview of the recent progress. Environmental and Experimental Botany, 71 (1), 89–98. doi: http://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2010.10.021
  12. Generozova, I. P., Maevskaya, S. N., Shugaev, A. G. (2009). Ingibirovanie metabolicheskoy aktivnosti mitokhondriy etiolirovannykh prorostkov gorokha, podvergnutykh vodnomu stressu [Inhibition of the metabolic activity of mitochondria of etiolated pea seedlings subjected to water stress]. Fiziologiya rasteniy, 56 (1), 45–52.
  13. Ahmad, A. A. (1999). Response of immature embryos in vitro regeneration of some wheat, Triticum aestivum genotypes under different osmotic stress of mannitol. Assiut Journal of Agricultural Sciences, 30 (3), 25–34.
  14. Al-Kholani, H. A. (2010). Poluchenie stress-tolerantnykh rasteniy kukuruzy metodom kletochnoy selektsii [Obtaining stress-tolerant corn plants by the method of cell selection]. Moscow, 129.
  15. Butt, A., Ahmed, N., Mubin, M., Khaliq, I., Lighfoot, D. A. (2015). Effect of PEG and mannitol induced water stress on regeneration in wheat (Triticum aestivum L.). Pakistan Journal of Agricultural Sciences, 52 (4), 1025–1033.
  16. Dubrovna, O. V., Bavol, A. V., Zinchenko, M. A., Lyalko, I. I., Kruglova, N. М. (2011). Vplyv osmotychnykh rechovyn na kaliusni linii miakoi pshenytsi, stiiki do kulturalnoho filtratu Gaeumannomyces graminis var. tritici [Effect of osmotic substances on the common wheat callus lines resistant to culture filtrate of Gaeumannomyces graminis var. tritici]. Visnyk Ukrainskoho tovarystva henetykiv i selektsioneriv, 9 (1), 10–16.
  17. Murashige, T., Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Plant Physiology, 15 (3), 473–497. doi: http://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
  18. Lakin, G. F. (1990). Biometriya [Biometrics]. Мoscow: Vysshaya shkola, 352.
  19. Delporte, F., Mostadel, O., Jacquemin, J. (2001). Plant regeneration through callus initiation from thin mature embryo fragments of wheat. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 67 (1), 73–80. doi: http://doi.org/10.1007/s11240-004-9221-x
  20. Khlebova, L. P., Nikitina, E. D., Matsyura, A. V., Bychkova, O. V. (2016). Vzaimosvyaz morfogeneticheskikh protsessov v kulture tkani pshenitsy [Relationship of morphogenetic processes in wheat tissue culture]. Biolohichnyi visnyk MDPU imeni Bohdana Khmelnytskoho, 6 (2), 311–320.
  21. Sidor, L. S., Orlov, P. A. (2005). Regeneratsionnyy potentsial razlichnykh vidov pshenitsy, rzhi i yachmenya v kul'ture listovykh eksplantov [Regeneration potential of different types of wheat, rye and barley in culture of leaf explants], Tsitologiya i genetika, 39 (5), 28–34.
  22. Komatsuda, T., Enomoto, S., Nekajima, K. (1989). Genetics of callus proliferation and shoot differentiation in barley. Journal of Heredity, 80 (5), 345–350. doi: http://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jhered.a110872
  23. Henry, Y., Marcotte, J., De Buyser, J. (1994). Chromosomal location of genes controlling short-term and long-term somatic embryogenesis in wheat revealed by immature embryo culture of aneuploid lines. Theoretical and Applied Genetics, 89 (2-3), 344–350. doi: http://doi.org/10.1007/bf00225165
  24. Pykalo, S. (2015). Biotekhnologiya polucheniya rasteniy-regenerantov tritikale v kulture razlichnykh tipov eksplantov [Biotechnology of plant regenerant production triticale in culture of various types of explants]. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, 5-6, 34–39.
  25. Kaleikau, E. K., Sears, R. G., Gill, B. S. (1989). Control of tissue culture response in wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics, 78 (6), 783–787. doi: http://doi.org/10.1007/bf00266658

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-06

Як цитувати

Pykalo, S., Demydov, O., Prokopik, N., Voloshchuk, S., Yurchenko, T., & Khomenko, S. (2018). Скринінг in vitro гібридів F2 пшениці ярої на стійкість до водного дефіциту. ScienceRise: Biological Science, (3 (12), 12–18. https://doi.org/10.15587/2519-8025.2018.133030

Номер

№ 3 (12) (2018)

Розділ

Біологічні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Serhii Pykalo, Oleksandr Demydov, Nataliia Prokopik, Serhii Voloshchuk, Tetiana Yurchenko, Svitlana Khomenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу. 

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.