Размножение лиственницы сибирской с использованием биотехнологии соматического эмбриогенеза
- Авторы: Третьякова И.Н.1, Пак М.Э.1
-
Учреждения:
- Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
- Выпуск: № 5 (2023)
- Страницы: 526-536
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0024-1148/article/view/140485
- DOI: https://doi.org/10.31857/S002411482305011X
- EDN: https://elibrary.ru/MXZMJS
- ID: 140485
Цитировать
Аннотация
Биотехнология соматического эмбриогенеза в культуре in vitro в сочетании с геномной селекцией и криоконсервацией применяется для создания сортовых генетически тестированных быстрорастущих плантаций (программа Multi-Varietal Forestry MVF, Park, 2014, 2016, 2018). В институте леса им. Сукачева СО РАН в 2008 г. впервые была разработана биотехнология соматического эмбриогенеза для лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и получены 42 пролиферирующие клеточные линии, состоящие из эмбрионально-суспензорной массы (ЭСМ). Возраст клеточных линий достигает 13 лет. Между клеточными линиями наблюдалась значительная изменчивость по числу и размеру глобулярных зародышей в пролиферирующих эмбриогенных культурах, способности соматических зародышей созревать и прорастать. У разных клеточных линий на 1 г ЭСМ число глобулярных соматических зародышей колеблется от 2040 до 11103, созревает от 10 до 1220 зародышей. Регенеранты прорастают в ростовой камере, и клоны отдельных клеточных линий успешно растут в теплице и далее в почве лесопитомника на стационаре “Погорельский бор” ИЛ СО РАН. Генотипирование клонов по микросателлитным локусам показало полную их генетическую идентичность клеточной линии, из которой они были получены. У клонированных деревьев лиственницы сибирской в семилетнем возрасте произошла закладка генеративных органов. Таким образом, в настоящее время возможно оперативное внедрение программы MVF для плантационного лесовыращивания в России.
Ключевые слова
Об авторах
И. Н. Третьякова
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: mtavi@bk.ru
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, д. 50/28
М. Э. Пак
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
Email: mtavi@bk.ru
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, д. 50/28
Список литературы
- Сиделев С.И. Математические методы в биологии и экологии: введение в элементарную биометрию. Ярославль: Ярославский гос. ун-т им. П.Г. Демидова, 2012. 140 с.
- Третьякова И.Н. Способ микроклонального размножения лиственницы сибирской в культуре in vitro через соматический эмбриогенез на среде АИ для плантационного лесовыращивания. Патент РФ RU 2456344 C2. М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, 2012. https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_ servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2456344&TypeFile= html
- Третьякова И.Н., Баранчиков Ю.Н., Буглова Л.В., Белоруссова А.С., Романова Л.И. Особенности формирования генеративных органов лиственницы сибирской и их морфогенетический потенциал // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. № 5. С. 472–480.
- Третьякова И.Н., Пак М.Э., Орешкова Н.В., Падутов В.Е. Регенерационная способность клеточных линий лиственницы сибирской в культуре in vitro // Известия российской академии наук. Серия биологическая. 2022. № 6. С. 585–596.
- Aronen T.S., Varis S., Tikkinen M.A., Välimäki S., Nikkanen T. Somatic embryogenesis of Norway spruce in Finland – seven years from start to first commercial pilots. In: Canhoto J.M., Correia S.I. (Editors) Book of Abstracts - 5th International Conference of the IUFRO Working Party 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges” September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 56.
- Bonga J.M. A comparative evaluation of the application of somatic embryogenesis, rooting of cuttings, and organogenesis of conifers // Canadian J. Forest Research. 2015. V. 45. № 4. P. 379–383.
- Ding C., Park Y.S., Bonga J., Bartlett B., Li Y., Raley F. A brief review of combining genomic selection and somatic embryogenesis for tree improvement. In: Bonga J.M., Park Y.S., Trontin J.F. (Editors) Proceedings of the 5th International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges.” September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 55–69.
- Gamborg O., Phillips G.C. Plant cell, tissue and organ culture: fundamental methods. Berlin, Heidelberg: Springer, 1995. 385 p.
- Goddard M.E., Hayes B.J. Genomic selection // J. Animal breeding and Genetics. 2007. V. 124. № 6. P. 323–330.
- Goryachkina O.V., Park M.E., Tretyakova I.N., Badaeva E.D., Muratova E.N. Cytogenetic stability of young and long-term embryogenic cultures of Larix sibirica // Cytologia. 2018. V. 83. № 3. P. 323–329.
- Gupta P.K., Durzan D.J. Shoot multiplication from mature trees of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) and sugar pine (Pinus lambertiana) // Plant Cell Reports. 1985. V. 4. № 4. P. 177–179.
- Hertzberg M. From genes towards products and the significance of gene delivery // BMC Proceedings. BioMed Central. 2011. V. 5. № 7. P. 1.
- Hühn M. Clonal mextures juvenile-mature correlations and necessary number of clones // Silvae Genet. 1987. V. 36. P. 83–92.
- Klimaszewska K., Hargreaves C., Lelu-Walter M.A., Trontin J.F. Advances in conifer somatic embryogenesis since year 2000 // In vitro embryogenesis in higher plants. Humana Press, N.Y., 2016. P. 131–166.
- Klimaszewska K., Cyr D.R. Conifer somatic embryogenesis: I. Development // Dendrobiology. 2002. V. 48. P. 31–39.
- Lebedev V.G., Lebedeva T.N., Chernodubov A.I., Shestibratov K.A. Genomic selection for forest tree improvement: Methods, achievements and perspectives // Forests. 2020. V. 11. № 11. P. 1190.
- Lelu-Walter M.-A., Bernier-Cardou M., Klimaszewska K. Clonal plant production from self-and cross-pollinated seed families of Pinus sylvestris (L.) through somatic embryogenesis. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2008. V. 92. № 1. P. 31–45.
- Lelu-Walter M.-A., Pâques L.E. Simplified and improved somatic embryogenesis of hybrid larches (Larix × eurolepis and Larix × marschlinsii). Perspectives for breeding // Annals of Forest Science. 2009. V. 66. № 104. P. 1–10.
- Libby W.J. What is a safe number of clones per plantation // Resistance to diseases and pests in forest trees. 1982. P. 324–360.
- Lindgren D. The population biology of clonal deployment. In Ahuja M. R., Libby W. J. (eds) // Clonal Forestry I: Genetics and Biotechnology. Berlin: Springer-Verlag, 1993. P. 34–49.
- MacKay J.J., Becwar M.R., Park Y.-S., Corderro J.P., Pullman G.S. Genetic control of somatic embryogenesis initiation in Loblolly pine and implications for breeding // Tree Genetics and Genomes. 2006. V. 2. P. 1–9.
- Merkle S. The ups and downs of developing hybrid sweetgum varieties for the U.S. bioenergy and pulp and paper industries: a 20-year case study. In: Bonga J.M., Park Y.S., Trontin J.F. (Editors) Proceedings of the 5th International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges”. September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 225–229.
- Namroud M.-C., Bousquet J., Doerksen T., Beaulieu J. Scanning SNPs from a large set of expressed genes to assess the impact of artificial selection on the undomesticated genetic diversity of white spruce // Evolutionary Applications. 2012. V. 5. № 6. P. 641–656.
- Park Y.-S. Conifer somatic embryogenesis and multi-varietal forestry // In: Fenning T. (Eds.) Challenges and Opportunities for the World’s Forests in the 21st Century. Forestry Sciences, Springer, Dordercht. 2014. V. 81. P. 425–439.
- Park Y.-S., Beaulieu J., Bousquet J. Multi-varietal forestry integrating genomic selection and somatic embryogenesis // Vegetative propagation of forest trees. 2016. P. 302–322.
- Park Y.-S., Ding C., Lenz P., Nadeau S., Adams G., Millican S., Beaulieu J., Bousquet J. Implementing genomic selection for multi-varietal forestry of white spruce (Picea glauca) in New Brunswick, Canada. In: Bonga J.M., Park Y.S., Trontin J.F. (Editors) Proceedings of the 5th International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges”. September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 230–233.
- Pereira V.T., Nunes S., Sousa D., Almeida T. KLON – plant biotechnology for productivity and sustainability of agroforestry industries In: Canhoto J. M., Correia S. I. (Editors) Book of Abstracts – 5th International Conference of the IUFRO Working Party 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges”. September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 33.
- Peng C., Gao F., Wang H., Shen H., Yang L. Optimization of maturation process for somatic embryo production and cryopreservation of embryogenic tissue in Pinus koraiensis // Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2021. V. 144. № 1. P. 185–194.
- Taniguchi T., Konagaya K., Nanasato Y. Somatic embryogenesis in artificially pollinated seed families of 2nd generation plus trees and cryopreservation of embryogenic tissue in Cryptomeria japonica D. Don (Sugi) // Plant Biotechnology. 2020. V. 37. № 2. P. 239–245.
- Tretiakova I.N. Embryogenic cell lines and somatic embryogenesis in in vitro culture of Siberian larch // Doklady Biological Sciences. Springer Nature BV. 2013. V. 450. № 1. P. 139–141.
- Tretyakova I.N., Barsukova A.V. Somatic embryogenesis in in vitro culture of three larch species // Russian J. Developmental Biology. 2012. V. 43. № 6. P. 353–361.
- Tretyakova I.N., Kudoyarova G.R., Park M.E., Kazachenko A.S., Shuklina A.S., Akhiyarova G.R., Korobova A.V., Veselov S.U. Content and immunohistochemical localization of hormones during in vitro somatic embryogenesis in long-term proliferating Larix sibirica cultures. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2019. V. 136. № 3. P. 511–522.
- Tretyakova I.N., Pak M.E., Shuklina A.S., Pahomova A.P., Rogozhin E.A., Sadykova V.S., Petukhova I.A. Use of plant antimicrobial peptides in in vitro embryogenic cultures of Larix sibirica // Biology Bulletin. 2020. V. 47. № 3. P. 225–236.
- Tretyakova I.N., Park M.E. Somatic polyembriogenesis of Larix sibirica in embryogenic in vitro culture // Russian J. Developmental Biology. 2018. V. 49. № 4. P. 222–233.
- Tretyakova I.N., Park M.E., Baranova A.A., Lisetskaya I.A., Shuklina A.S., Rogozhin E.A., Sadykova V.S. Use of antimicrobial peptides secreted by Trichoderma micromycetes to stimulate embryogenic cultures of Larix sibirica // Russian J. Developmental Biology. 2018. V. 49. № 6. P. 370–380.
- Tretyakova I.N., Park M.E., Ivanitskaya A.S., Oreshkova N.V. Peculiarities of somatic embryogenesis of long-term proliferating embryogenic cell lines of Larix sibirica in vitro // Russian J. Plant Physiology. 2016. V. 63. № 6. P. 800–810.
- Tretyakova I.N., Park M.E., Pakhomova A.P., Sheveleva I.S., Muratova E.N. Induction of somatic embryogenesis in siberian spruce (Picea obovata) in in vitro culture // Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Biologiya. 2021. № 54. P. 6–20.
- Tretyakova I.N., Shuklina A.S., Park M.E., Yang L., Akhiyarova G.R., Kudoyarova G.R. The Role of Phytohormones in the Induction of Somatic Embryogenesis in Pinus sibirica and Larix sibirica // Cytologia. 2021. V. 86. № 1. P. 55–60.
- Tretyakova I.N., Shuvaev D.N. Somatic Embryogenesis in Siberian Dwarf Pine (Pinus pumila (Pall.) Regel) // Step Wise Protocols for Somatic Embryogenesis of Important Woody Plants. Springer, Cham, 2018. P. 307–317.
- Wu H.X. Benefits and risks of using clones in forestry – a review // Scandinavian J. Forest Research. 2019. V. 34. № 5. P. 352–359.
- Zobel B. Clonal forestry in eucalyptus. In Ahuja M. R., Libby W.J. (Eds.). Clonal Forestry In: Genetics and Biotechnology. Berlin: Springer-Verlag, 1993. P. 139–148.