Регенерационный потенциал партеногенетических линий кукурузы в культуре зрелых зародышей 

Хумуд Бутхаина Мохаммед Хумуд, аспирант, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского  (Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83), bobogold18@gmail.com
Ольга Ивановна Юдакова, доктор биологических наук, доцент, заведующий кафедрой генетики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского (Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83), yudakovaoi@info.sgu.ru 

575.1:581.143 

DOI

10.21685/2307-9150-2021-2-1

Актуальность и цели. Выявление сортов и линий с высоким морфогенетическим потенциалом необходимо для эффективного использования технологий in vitro в селекции кукурузы. Целью исследования являлась оценка регенерационного потенциала партеногенетических линий кукурузы при клональном микроразмножении посредством прямого органогенеза в культуре зрелых зародышей. 
Материалы и методы. Объектом исследования послужили растения девяти гомозиготных линий с наследственной предрасположенностью к партеногенезу: АТ-3 (2n), АТ-3 (4n); АТТМ (bm, y, g), АТТМ (bm, y, g, В-тип ЦМС), АТТМ (lg, y, wx), АТТМ (lg, y, wx, В-тип ЦМС), АТТМ (bm, y, wx), АТТМ (lg, y) и АТТМ (bm, y). В качестве первичного экспланта использовали зрелые зародыши. Инициацию стерильной культуры осуществляли на среде Мурасиге – Скуга (MS) без гормонов, микроразмножение – на среде MS с 0,5 и 2,0 мг/л 6-бензиламинопурина (БАП), инициацию ризогенеза – на среде MS с уменьшенной вдвое концентрацией веществ и с добавлением 0,5 мг/л α-нафтилуксусной кислоты (НУК).
Результаты. У изученных линий частота приживаемости эксплантов в стерильной культуре варьировала от 33,3 до 91,1 %. Различия по этому показателю установлены между линией АТ-3 (2n) и ее тетраплоидным аналогом АТ-3 (4n) (р ≤ 0,01). Линии с одинаковым генотипом, но разной цитоплазмой характеризовались одинаковой частотой прижившихся эксплантов. Через 2 мес. от начала культивирования на среде с 0,5 мг/л БАП у всех линий на эксплантах развивалось по 1–2 пазушных побега, а на среде с 2,0 мг/л БАП – 6–7 побегов. На среде для индукции ризогенеза частота укоренившихся побегов варьировала от 48,3 до 100 %.
Выводы. Генотип и плоидность растений влияли на приживаемость эксплантов в стерильной культуре и на процесс ризогенеза. Высоким регенерационным потенциалом характеризовались линии АТТМ (bm, y, wx), АТТМ (lg, y, wx), АТТМ (lg, y, wx, В-тип ЦМС), низким – линия АТ-3 (4n). Цитоплазматическая мужская стерильность не оказывала влияния на регенерационный потенциал линии. Количество пазушных побегов на эксплантах не зависело от генотипа растений и определялось только концентрацией БАП в среде.

Ключевые слова

клональное микроразмножение, культивирование in vitro, культура зрелых зародышей, прямой органогенез, кукуруза, Zea mays

 Скачать статью в формате PDF

1. Aguado-Santacruz G. A., Garcia-Moya E., Aguilar-Acuna J. L. [et al.]. In vitro plant regeneration from quality protein maize // In Vitro Cellular and Developmental Biology Plant. 2007. Vol. 43. P. 215–224.
2. Altpeter F., Springer N. M., Bartley L. E. [et al.]. Advancing crop transformation in the era of genome editing // Plant Cell. 2016. Vol. 28. P. 1510–1520.
3. De Vasconcelos M. J. V., Antunes M. S., De Oliveira M. F. [et al.]. Callus induction and plant regeneration from immature embryos culture of tropical maize // Revista Brasileira de Milho e Sorgo. 2018. Vol. 17, № 3. P. 359–368.
4. Armstrong C. L., Green C. E. Establishment and maintenance of friable, embryogenic maize callus and the involvement of L-proline // Planta. 1985. Vol. 164. P. 207–214.
5. Gordon-Kamm W. J., Spencer T. M., Manganno M. L. [et al.]. Transformation of maize cells and regeneration of fertile transgenic plants // Plant Cell. 1990. Vol. 2. P. 603–608.
6. Carvalho C. H. S., Bohorova N., Bordallo P. N. [et al.]. Type II callus production and plant regeneration in tropical maize genotypes // Plant Cell Reports. 1997. Vol. 17, № 1. P. 73–76.
7. Matthys-Rochon E., Piola F., Le Deunff E. [et al.]. In vitro development of maize immature embryos: a tool for embryogenesis analysis // Journal of Experimental Botany. 1998. Vol. 49, № 322. P. 839–845.
8. El-Itriby H. A., Assem S. K., Hussein E. H. A. [et al.]. Regeneration and transformation of Egyptian maize inbred lines via immature embryo culture and a biolistic particle delivery system // In Vitro Cell Dev Biol Plant. 2003. Vol. 39. P. 524–531.
9. Petrillo C. P., Carneiro N. P., Purcino A. A. C. [et al.]. Optimization of particle bombardment parameters for the genetic transformation of Brazilian maize inbred lines // Pesquisa Agropecuária Brasileira. 2008. Vol. 43, № 3. P. 371–378.
10. Rakshit S., Rashid Z., Sekhar J. C. [et al.]. Callus induction and whole plant regeneration in elite Indian maize (Zea mays L.) inbreds // Plant cell Tiss Organ Cult. 2010. Vol. 100, № 1. P. 31–37.
11. Кунах В. А. Геномная изменчивость соматических клеток растений. 3. Каллусообразование in vitro // Биополимеры и клетка. 1997. Т. 13, № 5. С. 362–371.
12. Mushke R., Yarra R., Bulle M. Efficient in vitro direct shoot organogenesis from seedling derived split node explants of maize (Zea mays L.) // Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. 2016. Vol. 14. P. 49–53.
13. Ahmad M. Z., Hussain I., Ahmed S. [et al.]. Direct in vitro multiple shoot regeneration in maize (Zea mays) inbred lines // J. Innov Bio-Res. 2017. Vol. 1, № 1. P. 24–29.
14. Ovchinnikova V. N., Varlamova N. V., Rodionova M. A. [et al.]. Susceptibility of maize mesocotyl culture to Agrobacterium transformation and its in vitro regeneration //  Applied biochemistry and microbiology. 2018. Vol. 54, № 8. Р. 808–815.
15. Olawuyi O. J., Dalamu O., Olowe O. M. In vitro regeneration and proliferation of maize (Zea mays L.) genotypes through direct organogenesis // Journal of Natural Sciences Research. 2019. Vol. 9, № 6. P. 65–73.
16. Апанасова Н. В., Гуторова О. В., Юдакова О. И., Смолькина Ю. В. Особенности строения и развития женских генеративных структур у линий кукурузы с наследуемым и индуцированным типами партеногенеза // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 19, № 2–2. С. 216–219.
17. Тырнов В. С., Еналеева Н. Х. Автономное развитие зародыша и эндосперма у кукурузы // Доклады Академии наук СССР. 1983. Т. 272, № 3. С. 722–725.
18. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Plant Physiology. 1962. Vol. 15. P. 473–497.
19. Хумуд Б. М. Х., Юдакова О. И. Гормональная регуляция морфогенеза в культуре зрелых зародышей партеногенетической линии кукурузы АТТМ (bm, wx, y) // Известия Саратовского университета. Новая серия. Сер.: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, № 3. С. 315–323.
20. Чернышева В. Г., Шамина З. Б. Влияние ЦМС на индукцию эмбриогенной каллусной ткани кукурузы // Генетика. 1990. Т. 26, № 8. С. 1435–1439.