Siberian Journal of Life Sciences and AgricultureSiberian Journal of Life Sciences and AgricultureSiberian Journal of Life Sciences and Agriculture2658-66492658-6657Science and Innovation Center Publishing House36924710.12731/2658-6649-2025-17-6-2-1542NOSNRMArticlesСтатьиResearch ArticleAccelerated development of rice populations using anther culture in vitro methodУскоренное развитие популяций риса с использованием культуры пыльниковhttps://orcid.org/0000-0001-9110-032X57207914936ABA-3492-20211555-6845SavenkoElena G.СавенкоЕлена Георгиевна
Russian Federation

Candidate of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Biotechnology and Molecular Biology, Leading Researcher

канд. биол. наук, заведующая лабораторией биотехнологии и молекулярной биологии, ведущий научный сотрудник

avena5@rambler.ru5516-8009GlazyrinaValentina А.ГлазыринаВалентина Александровна
Russian Federation

Senior Researcher of the Laboratory of Biotechnology and Molecular Biology

ст. научн. сотрудник лаборатории биотехнологии и молекулярной биологии

valentinaglazyrina@rambler.ru8524-7373ShundrinaLudmila A.ШундринаЛюдмила Анатольевна
Russian Federation

Scientist of Laboratory of the Laboratory of Biotechnology and Molecular

научный сотрудник лаборатории биотехнологии и молекулярной биологии

ljuda-shundrina@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3557-1615229416887003701-4655MukhinaZhanna M.МухинаЖанна Михайловна
Russian Federation

Doctor of Biological Sciences, Dr Chief Scientist of the Laboratory of Biotechnology and Molecular Biology

д-р биол. наук, главный научный сотрудник лаборатории биотехнологии и молекулярной биологии

agroplazma@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0907-252456803891700AAG-2469-20209335-1160EsaulovaLyubov V.ЕсауловаЛюбовь Владимировна
Russian Federation

Candidate of Biological Sciences, Deputy Director of Science

кандидат биологических наук, зам. директора по науке

l.esaulova@mail.ruFederal State Budgetary Scientific Institution “Federal Scientific Rice Centre”Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр риса»30122025176-214916419012026Copyright ©; 2025, Savenko E.G., Glazyrina V.А., Shundrina L.A., Mukhina Z.M., Esaulova L.V.Copyright ©; 2025, Савенко Е.Г., Глазырина В.А., Шундрина Л.А., Мухина Ж.М., Есаулова Л.В.2025Savenko E.G., Glazyrina V.А., Shundrina L.A., Mukhina Z.M., Esaulova L.V.Савенко Е.Г., Глазырина В.А., Шундрина Л.А., Мухина Ж.М., Есаулова Л.В.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.rcsi.science/2658-6649/article/view/369247

Background. Inclusion of doubled haploids in the breeding process allows increasing the speed and reliability of selection of desired forms with smaller population volumes. To stabilize the genotype, anthers of hybrid combinations of F2, F3, F4 and F5 generations, developed in crossings of white-grained samples with traits of high nutritional value of grain, and anthers of combinations of F4 generation from crossings of varieties contrasting in pericarp color and amylose content, were introduced into the culture. The responsiveness to gamete technologies was studied in 21 hybrid combinations. New genetically stable material (DH - doubled haploids) was developed. Phenotyping was carried out in conditions of a vegetation experiment for economic and biological traits and elements of plant productivity in four populations, which included 45 DH lines. Variability was noted in a number of traits within the DH line populations. Based on the results of the biometric analysis of the regenerated populations, 6 sources with a “1000 grain mass” of more than 30 grams were identified.

The study was carried out with the financial support of the Kuban Science Foundation and the Russian Science Foundation within the framework of the scientific project No. 25-16-20103 “Application of the genomic approach in rice breeding for high technological grain quality”

Purpose. To study the response of hybrids obtained from crossing contrasting rice samples to in vitro pollen culture, to accelerate the creation of DH line populations based on the studied genotypes, and to phenotype them.

Materials and methods. The research was conducted at the Laboratory of Biotechnology and Molecular Biology at the Federal Research Center for Rice, using the culture of isolated anthers in vitro according to the generally accepted method of R.G. Butenko (1990).

Results. The genetic determinism of the “regeneration” trait in the donor plants used in the crossbreeding was noted. The genotypes of the crossbreeding involving the varieties Favorit and Azovsky proved to be the most productive in terms of the output of highly morphogenic calluses and androgenic lines. Phenotypic analysis revealed significant diversity among the plants in the individual DH populations in terms of the shape of the panicle, the angle of the flag leaf deviation, the length of the growing season, the weight of 1,000 grains, the height of the plants, and the length of the growing season.

Conclusion. Phenotypic analysis of the DH lines’ traits showed that their genesis originates from microspores, thus these lines are a valuable genetic resource. The inclusion of doubled haploids in the breeding process will help to facilitate the assessment of recombinant genotypes arising from the cross, will allow to detect rare recessive alleles, will increase the speed and reliability of the selection of desired forms with smaller population volumes.

Обоснование. Включение удвоенных гаплоидов в селекционный процесс способствует повышению скорости и надежности отбора желаемых форм при меньших объемах популяции. Для стабилизации генотипа в культуру введены пыльники гибридных комбинаций F2, F3, F4 и F5 поколений, созданных в скрещиваниях белозерных образцов с признаками высокой пищевой ценности зерна и пыльники комбинаций F4 поколения от скрещиваний сортов контрастных по окраске перикарпа и содержанию амилозы. Изучена отзывчивость на гаметные технологии у 21 гибридной комбинации. Выделены отзывчивые на культуру пыльников in vitro генотипы. Создан новый генетически стабильный материал. В условиях вегетационного опыта изучены морфологические признаки растений 45 удвоенных гаплоидных линий риса четырех популяций. Отмечена вариабельность по ряду признаков внутри популяций DH линий. По результатам биометрического анализа регенерантных популяций выделено 6 источников с «Массой 1000 зерен» более 30 грамм.

Цель. Изучение отзывчивости гибридов, полученных от скрещивания контрастных образцов риса, на культуру пыльников in vitro, ускоренное создание популяций DH линий на основе изучаемых генотипов и их фенотипирование.

Материалы и методы. Исследования проводились в лаборатории биотехнологии и молекулярной биологии ФГБНУ «ФНЦ риса» с использованием культуры изолированных пыльников in vitro по общепринятой методике Бутенко Р.Г. (1990).

Результаты. Отмечена генетическая детерминированность по признаку «регенерация» вводимых в скрещивания растений – доноров. Наиболее продуктивными по выходу высоко морфогенных каллусов и андрогенных линий оказались генотипы скрещивания с участием сортов Фаворит и Азовский. Фенотипический анализ выявил существенное разнообразие растений в линиях индивидуальных популяций DH по форме метелки, углу отклонения флагового листа, длине вегетационного периода, массе 1000 зерен, высоте растений и длине вегетационного периода.

Заключение. Фенотипический анализ признаков линий DH показал, что их генезис происходит от микроспор, таким образом, эти линии являются ценным генетическим ресурсом. Включение удвоенных гаплоидов в селекционный процесс поможет облегчить оценку рекомбинантных генотипов, возникающих в результате скрещивания, позволит обнаружить редкие рецессивные аллели, повысит скорость и надежность отбора желаемых форм при меньших объемах популяции.

Oryza sativa L. ricein vitro pollen culturedoubled haploid (DH) lineseconomic and biological traitsproductivity elementsрис Oryza sativa L.культура пыльников in vitroудвоенные гаплоидные (DH) линиихозяйственно биологические признакиэлементы продуктивностиDwivedi, S. L. (2015). Haploids: Constraints and opportunities in plant breeding. Biotechnology Advances, 33, 812–829. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.07.001Wedzony, M., Foster, B. P., Zur, I., Golemiec, E., Szechynska-Hebda, M., Dubas, E., & Gotebiowska, G. (2009). Chapter 1. Progress in doubled haploid technology in higher plants. In: Advances in haploid production in higher plants (pp. 1–35). Springer Science + Business Media B.V.Weyen, J., Touraev, A., Foster, B. P., & Jain, E. M. (2009). Chapter 15. Barley and wheat doubled haploids in breeding. In: Advances in haploid production in higher plants (pp. 179–189). Springer Science + Business Media B.V.Urazaliev, K. R., Orsini, Kh. M., Abekova, A. M., Bazylova, T. A., & Daniyarova, A. K. (2013). Accelerating wheat breeding using dihaploids obtained by microspore culture. Bulletin of KazNU. Ecological Series, 2/2(38), 369–374.Уразалиев, К. Р., Орсини, Х. М., Абекова, А. М., Базылова, Т. А., & Даниярова, А. К. (2013). Ускорение селекции пшеницы с использованием дигаплоидов, полученных методом культуры микроспор. Вестник КазНУ. Серия экологическая, 2/2(38), 369–374.Mishra, R., Gundimeda, J., & Narashima, R. (2016). In vitro androgenesis in rice: Advantages, constraints and future prospects. Rice Science, 23, 57–68. https://doi.org/10.1016/j.rsci.2016.02.001Mishra, R., Gundimeda, J., & Narashima, R. (2016). In-vitro androgenesis in rice: Advantages, constraints and future prospects. Rice Science, 23, 57–68. https://doi.org/10.1016/j.rsci.2016.02.001Bernardo, R. (2009). Should maize double haploids be induced among F1 or F2 plants? Theoretical and Applied Genetics, 119, 255–262. https://doi.org/10.1007/s00122-009-1034-1. EDN: https://elibrary.ru/EKWFIEZheng, M. Y. (2003). Microspore culture in wheat (Triticum aestivum): Doubled haploid production via induced embryogenesis. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 73, 213–230. EDN: https://elibrary.ru/EQLTARMaluszynski, M., Kasha, K. J., & Szarejko, I. (2003). Published doubled haploid protocols in plant species. In: Doubled haploid production in crop plants (pp. 309–335). Springer: Dordrecht, the Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1293-4_46. ISBN 978-94-017-1293-4. EDN: https://elibrary.ru/XWCXXBMaluszynski, M., Kasha, K. J., & Szarejko, I. (2003). Published doubled haploid protocols in plant species. In: Doubled haploid production in crop plants (pp. 309–335). Springer: Dordrecht, the Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1293-4_46. ISBN: 978-94-017-1293-4. EDN: https://elibrary.ru/XWCXXBLi, W., Gang, L., Deming, Z., Feng, W., & Jiabin, C. (2011). Tissue culture system for different hybrid of indica rice. Northeast Agricultural University Journal, 18, 13–17.Wren, J., Wu, P., Trumpe, B., Tian, H., Lubberstedt, T., & Chen, S. (2017). New technologies in the extraction of doubled haploid lines. Plant Biotechnology, 15, 1361–1370.Forster, B. P., Heberle-Bors, E., Kasha, K. J., & Touraev, A. (2007). Revival of haploids in higher plants. Trends in Plant Science, 12(8), 368–375. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2007.06.007. EDN: https://elibrary.ru/MMXAAHForster, B. P., Heberle-Bors, E., Kasha, K. J., & Turaev, A. (2007). Revival of haploids in higher plants. Trends in Plant Science, 12(8), 368–375. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2007.06.007. EDN: https://elibrary.ru/MMXAAHBishnoy, U., Jain, R. K., Rohilla, J. S., Chowdhury, W. K., Gupta, K. R., & Chowdhury, J. B. (2000). Another culture of recalcitrant indica rice hybrids × Basmati. Euphytica, 114, 93–101. EDN: https://elibrary.ru/AGJSPBDwivedi, S. L., Britt, A. B., Tripathi, L., Sharma, S., Upadhyaya, H. D., & Ortiz, R. (2015). Haploids: Limitations and opportunities in plant breeding. Biotechnology Advances, 33, 812–829.Belicuas, P. R., Guimarães, C. T., Paiva, L. V., Duarte, J. M., Maluf, W. R., & Paiva, E. (2007). Androgenetic haploids and SSR markers as tools for the development of tropical maize hybrids. Euphytica, 156, 95–102. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9356-z. EDN: https://elibrary.ru/XPVIZHGermana, M. A. (2011). Anther culture for haploid and doubled haploid production. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 104, 283–300. https://doi.org/10.1007/s11240-010-9852-z. EDN: https://elibrary.ru/VXVTHWButenko, R. G., & Tikhonovich, G. I. (1990). Cultivation of isolated cells and tissues in plant breeding. In: Fundamentals of agricultural biotechnology (pp. 162–165).Бутенко, Р. Г., & Тихонович, Г. И. (1990). Культивирование изолированных клеток и тканей в селекции растений. В кн.: Основы сельскохозяйственной биотехнологии (с. 162–165).Blaydes, D. F. (1966). Interaction of kinetin and various inhibitors in the growth of soybean tissue. Physiologia Plantarum, 19, 748–753.Murashige, T. A., & Skoog, F. (1962). Revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15, 473–497.