Вспомогательные методы in vitro в селекции растений

Оплодотворение in vitro (преодоление прогамной несовместимости) проводят при невозможности осуществить оплодотворение между выбранными парами растений в естественных условиях. Необходимость применения может быть вызвана как физиологическими (несоответствие во времени созревания пыльцы и т. п.), так и морфологическими (короткая пыльцевая трубка или блокирование ее роста на разных этапах развития и т. п.) причинами.

Оплодотворение in vitro можно осуществить культивированием завязи с нанесенной на нее готовой пыльцой на искусственной агаризованной питательной среде.

Визуально определить, прошло оплодотворение in vitro или нет, можно по быстро увеличивающимся в размерах семяпочкам. Сформировавшийся зародыш, как правило, не переходит в состояние покоя, а сразу прорастает и дает начало гибридному поколению.

Плацентарное оплодотворение in vitro позволило преодолеть несовместимость в скрещивании сортов культурного табака N. tabacum с дикими видами N. rosulata и N. debneyi и сделало возможным получение межвидовых гибридов табака.

Преодоление постгамной несовместимости. Постгамная несовместимость при отдаленной гибридизации возникает после оплодотворения. Часто при этом образуются щуплые невсхожие семена. Причиной может быть расхождение во времени развития зародыша и эндосперма. Из-за слабого развития эндосперма зародыш становится неспособным к нормальному прорастанию. В таких случаях из зерновки изолируют зародыш и выращивают его в питательной среде. Данный способ выращивания называется эмбриокультурой. Питательная среда для выращивания может быть простой, без добавок физиологически активных веществ (например, среда Уайта) или любой другой, содержащей минеральные соли и сахарозу.

При отдаленных скрещиваниях уже на ранних этапах могут наблюдаться нарушения в развитии зародыша, что выражается в отсутствии дифференцировки, замедленном росте. В этом случае рост культур зародыша состоит из двух этапов — эмбрионального роста зародыша, во время которого продолжается его дифференцировка, и прорастания подросшего зародыша. Для первого этапа требуется более сложная по составу питательная среда: с повышенным содержанием сахарозы, с добавками различных аминокислот, витаминов и гормонов.

Применение метода эмбриокультуры в селекции приобретает в последнее время большое значение для получения отдаленных гибридов зерновых, злаковых и других сельскохозяйственных культур. Показана возможность увеличения выхода пшенично-ржаных гибридов путем доращивания незрелых зародышей, а также использования эмбриокультуры для преодоления постгамной несовместимости при гибридизации пшеницы с колосняком.

Метод эмбриокультуры находит все более широкое применение в межвидовой гибридизации овощных растений. Для лука разработаны приемы выращивания in vitro абортивных зародышей из гибридных семян с разных этапов эмбриогенеза, а также приемы выращивания зародышей от частично фертильных межвидовых гибридов. Культуру изолированных зародышей используют в селекции томатов и других овощных растений.

Этот вспомогательный метод применяют не только при отдаленной гибридизации, но и для преодоления постгамной несовместимости, а также с целью микроразмножения ценных гибридов. В этом случае микроразмножение идет путем каллусогенеза, индукции морфогенеза и получения растений-регенерантов из каллусной ткани. Техника клонирования незрелых зародышей позволяет размножать ценные генотипы растений на ранних стадиях жизненного цикла. Еще одна возможность применения культуры зародышей — использование ее в клеточной селекции.

Клональное микроразмножение отдаленных гибридов. Эмбриокультура дает возможность вырастить гибридные растения из неполноценных зародышей. Однако выход гибридных растений мал и гибриды часто бывают стерильны. Иногда, например при селекции гречихи, трудно воспроизвести в потомстве уникальные генотипы из-за перекрестного опыления культуры. Поэтому перед исследователями часто встает задача размножить и сохранить полученные растения. В этом помогает метод клонального микроразмножения. Размножают гибриды путем активации развития меристемы пазушных почек (черенкованием стерильных побегов), адвентивными почками или регенерацией растений из кал- лусной ткани, в частности полученной при культивировании зародышей.

Получение гаплоидных растений in vitro и использование их в селекции. Роль гаплоидных растений в селекции очень велика. Их применение позволяет быстрее найти нужную комбинацию, сокращает время для создания сорта. Гаплоидные растения используют для получения стабильных гомозиготных линий. Для мутагенеза также удобнее использовать гаплоиды, поскольку на гаплоидном уровне облегчается отбор рецессивных мутаций.

В диплоидных растениях мутации редко затрагивают оба аллельных гена в гомологичных хромосомах. Особь обычно гетерозиготна (два гена различаются), при этом проявляется действие только доминантного (но не рецессивного) гена. Поскольку мутации чаще рецессивны, чем доминантны, их довольно сложно выявить. В гаплоидных же растениях, которые содержат только одну из каждой пары гомологичных хромосом, мутации проявляются немедленно. Селекция на гаплоидном уровне позволяет вести прямой отбор не только доминантных, но и рецессивных признаков.

Гаплоидные особи стерильны, но можно искусственно удвоить набор их хромосом с помощью колхицина и получить диплоидные гомозиготные растения.

Гаплоиды могут возникать спонтанно, но частота их спонтанного возникновения очень мала. Искусственным путем с использованием методов in vitro удается получить большие количества гаплоидных растений.

Существует три способа получения гаплоидов с использованием метода культуры изолированных тканей:

  • андрогенез — получение гаплоидных растений на искусственной питательной среде из изолированных пыльников и микроспор;
  • гиногенез — получение гаплоидных растений на искусственной питательной среде из изолированных семяпочек;
  • партеногенез — получение гаплоидов из гибридного зародыша, у которого из-за несовместимости хромосом родителей потеряны отцовские хромосомы.

Гаплоидные эмбриоиды, образовавшиеся в результате элиминации хромосом отцовского генома, культивируют на искусственных питательных средах и получают гаплоидные растения.

Возможны два пути образования гаплоидных растений в культуре пыльников:

  • образование растений путем эмбриогенеза в пыльцевых зернах. При этом внутри пыльников из отдельных пыльцевых зерен возникают эмбриоиды. Они прорастают и дают гаплоидные растения;
  • образование каллуса из клеток пыльника. В дальнейшем в результате морфогенеза из каллусных клеток регенерируют растения. В этом случае образовавшиеся растения не всегда бывают гаплоидными и часто отличаются по плоидности. До конца не выяснено, образуются ли они от полиплоидизированных гаплоидных клеток или от слившихся клеток.

Гаплоиды, полученные in vitro, можно применять не только в практической селекции, но и в генетической инженерии, в клеточной селекции. Пыльцевые зерна являются в некоторых случаях более удобными, чем протопласты, объектами для опытов по генетической трансформации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >