Микросателлитный анализ эмбриогенных линий ели европейской Picea abies (L.) Karst.

Соматический эмбриогенез (как метод микроклонального размножения) может быть использован для промышленного получения посадочного материала хвойных пород. По этой причине необходимо изучение различных генетических нарушений, возникающих в условиях in vitro, которые потенциально могут наследоваться получаемыми вегетативными потомками. В настоящей работе представлены результаты исследования сомаклональной изменчивости и уровня миксоплоидности каллусных колоний и регенерантов шести эмбриогенных линий ели европейской (Picea abies (L.) Karst.). На различных этапах культивирования соответствующего растительного материала in vitro использовалась питательная среда ½ LM, которая дополнялась сахарозой и глутамином, а также, при необходимости, регуляторами роста 2,4-Д, 6-БАП, АБК, ИМК и активированным углем. Микросателлитный анализ образцов проводился с использованием пяти EST-SSR-маркеров: Pa28, Pa33, Pa56, Pa47, Pa52. Показано, что в образцах трех из шести эмбриогенных линий по локусу Pa28 было выявлено более двух (три или четыре) аллельных вариантов. Кроме того, в ряде случаев изучаемые ткани имеют выраженные признаки миксоплоидии. Для сопоставления полученных данных проведен соответствующий микросателлитный анализ 33 естественно произрастающих средневозрастных деревьев ели европейской. Только у двух растений выявлены триплоидные клетки, что показывает значительно более низкий уровень геномных или хромосомных аберраций, чем в культурах in vitro.

1. Козубов, Г. М. Современные голосеменные: (морфолого-систематический обзор и кариология) / Г. М. Козубов, Е. Н. Муратова. – Л.: Наука, 1986. – 192 с.

2. The Norway spruce genome sequence and conifer genome evolution / B. Nystedt, N. R. Street, A. Wetterbom [et al.] // Nature. – 2013. – Vol. 497, N 7451. – P. 579–584. https://doi.org/10.1038/nature12211

3. Efficient Multi-Sites Genome Editing and Plant Regeneration via Somatic Embryogenesis in Picea glauca / Y. Cui, J. Zhao, Y. Gao [et al.] // Frontiers in Plant Science. – 2021. – Vol. 12. – Art. 751891. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.751891

4. Бородина, Н. А. Полиплоидия в интродукции древесных растений / Н. А. Бородина. – М.: Наука, 1982. – 176 с.

5. Мацкевич, Н. В. Охрана редких генотипов лесных деревьев н кустарников / Н. В. Мацкевич. – М.: Агропромиздат, 1987. – 207 с.

6. Ohri, D. Polyploidy in Gymnosperms-A Reappraisal / D. Ohri // Silvae Genetica. – 2021. – Vol. 70, N 1. – P. 22–38. https://doi.org/10.2478/sg-2021-0003

7. Winton, L. L. Natural polyploidy in juvenile white and black spruce / L. L. Winton // Minnesota Forestry Notes. – 1964, N 144. – 2 p.

8. Kiellander, C. L. Polyploidy in Picea abies / C. L. Kiellander // Hereditas. – 1950. – Vol. 36, N 3. – P. 513–516.

9. Ташев, А. Н. Число хромосом и хромосомные перестройки у ели обыкновенной Picea abies (L.) H. Karst. в лесах Рило-Родопского горного массива Болгарии / А. Н. Ташев, Т. С. Седельникова, А. В. Пименов // Сибирский лесной журнал. – 2015, № 5. – С. 77–86.

10. Karyological and Cytogenetic Studies of Coniferous Plants Growing under Extreme Conditions / E. N. Muratova, T. S. Sedel’nikova, O. V. Goryachkina, A. V. Pimenov // Contemporary Problems of Ecology. – 2023. – Vol. 16, N 5. – P. 564–574. https://doi.org/10.1134/S1995425523050074

11. Гуляева, Е. Н. Сомаклональная изменчивость у хвойных в культуре in vitro / Е. Н. Гуляева, Р. В. Игнатенко, Н. А. Галибина // Экологическая генетика. – 2020. – Т. 18, № 3. – С. 301–315.

12. Sarmast, M. K. Somaclonal Variation in Conifers / M. K. Sarmast, Z. R. Ghaleh, M. Alizadeh // Somaclonal Variation: Basic and Practical Aspects / ed. C. Sánchez-Romero. – Cham, 2024. – P. 123–142. https://doi.org/10.1007/978-3-031-51626-9_7

13. Megagametophyte in vitro tissue culture of Pinus sibirica and Larix sibirica and somaclonal variation / I. Tretyakova, A. Ivanitskaya, M. Park [et al.] // Proceedings of the 3rd International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Woody plant production integrating genetic and vegetative propagation technologies”, Vitoria-Gasteiz, Spain, 8–12 September 2014 / eds.: Y. S. Park, J. M. Bonga. – 2015. – P. 45–57. – URL: https://www.iufro.org/media/fileadmin/publications/proceedings-archive/20902-vitoria-gasteiz14-proceedings.pdf (дата обращения: 10.02.2025).

14. Cytogenetic Stability of Young and Long-Term Embryogenic Cultures of Larix sibirica / O. V. Goryachkina, M. E. Park, I. N. Tretyakova [et al.] // Cytologia. – 2018. – Vol. 83, N 3. – P. 323–329. https://doi.org/10.1508/cytologia.83.323

15. Molecular evidence of true-to-type propagation of a 3-year-old Norway spruce through somatic embryogenesis / L. Harvengt, J. F. Trontin, I. Reymond [et al.] // Planta. – 2001. – Vol. 213, N 5. – P. 828–832. https://doi.org/10.1007/s004250100628

16. Survival and genetic stability of Picea abies embryogenic cultures after cryopreservation using a pregrowth-dehydration method / T. Hazubska-Przybyl, P. Chmielarz, M. Michalak [et al.] // Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). – 2013. – Vol. 113. – P. 303–313. https://doi.org/10.1007/s11240-012-0270-2

17. Somatic embryogenesis and somaclonal variation in Norway spruce: morphogenetic, cytogenetic and molecular approaches / J. L. Fourre, P. Berger, L. Niquet, P. André // Theoretical and Applied Genetics. – 1997. – Vol. 94. – P. 159–169. https://doi.org/10.1007/s001220050395

18. Genetic variation in microsatellite stability of somatic embryo plants of Picea abies: A case study using six unrelated full-sib families / A. Helmersson, G. Jansson, P. V. Bozhkov, S. Von Arnold // Scandinavian Journal of Forest Research. – 2008. – Vol. 23, N 1. – P. 2–11. https://doi.org/10.1080/02827580701820043

19. Litvay, J. D. Influence of a loblolly pine (Pinus taeda L.). Culture medium and its components on growth and somatic embryogenesis of the wild carrot (Daucus carota L.) / J. D. Litvay, D. C. Verma, M. A. Johnson // Plant Cell Reports. – 1985. – Vol. 4, N 6. – P. 325–328. https://doi.org/10.1007/bf00269890

20. Морфогенез эмбриогенных культур ели европейской белорусского происхождения на различных этапах культивирования / М. П. Кусенкова, Т. Пшибул-Хазубска, Д. В. Кулагин [и др.] // Проблемы лесоведения и лесоводства: сб. науч. тр. / Ин-т леса НАН Беларуси. – Гомель, 2020. – Вып. 80. – С. 55–62.

21. Кусенкова, М. П. Прорастание соматических эмбриоидов ели европейской, полученных при различной продолжительности культивирования эмбриогенного каллуса на питательных средах для созревания / М. П. Кусенкова // Проблемы лесоведения и лесоводства: сб. науч. тр. / Ин-т леса НАН Беларуси. – Гомель, 2021. – Вып. 81. – С. 169–177.

22. Падутов, В. Е. Методы молекулярно-генетического анализа / В. Е. Падутов, О. Ю. Баранов, Е. В. Воропаев. – Мн.: Юнипол, 2007. – 176 с.

23. Characterization of variable EST SSR markers for Norway spruce (Picea abies L.) / S. Fluch, A. Burg, D. Kopecky [et al.] // BMC Research notes. – 2011. – Vol. 4. – Art. 401. https://doi.org/10.1186/1756-0500-4-401

24. Молекулярно-генетический анализ размноженных in vitro клонов Populus alba L. И Populus tremula L. c использованием микросателлитных маркеров / Т. А. Гродецкая, О. Ю. Баранов, С. Г. Ржевский [и др.] // Лесотехнический журнал. – 2021. – Т. 11, № 3. – С. 16–30.

25. Баранов, О. Ю. Использование молекулярно-генетических маркеров для анализа плоидности осины и березы / О. Ю. Баранов, В. Балюцкас // Проблемы лесоведения и лесоводства: сб. науч. тр. / Ин-т леса НАН Беларуси. – Гомель, 2009. – Вып. 69. – С. 129–135.

26. Development of novel EST-SSR markers for ploidy identification based on de novo transcriptome assembly for Misgurnus anguillicaudatus / B. Feng, S. V. Yi, M. Zhang, X. Zhou // PloS one. – 2018. – Vol. 13, N 4. – P. e0195829. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0195829

27. Nuclear genome stability in long-term cultivated callus lines of Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn / A. Betekhtin, M. Rojek, J. Jaskowiak [et al.] // PloS One. – 2017. – Vol. 12, N 3. – P. e0173537. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173537

28. Somaclonal Variation – Advantage or Disadvantage in Micropropagation of the Medicinal Plants / G. Duta-Cornescu, N. Constantin, D.-M. Pojoga [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2023. – Vol. 24, N 1. – Art. 838. https://doi.org/10.3390/ijms24010838

29. Шестибратов, К. А. Лесная биотехнология: методы, технологии, перспективы / К. А. Шестибратов, В. Г. Лебедев, А. И. Мирошников // Биотехнология. – 2008. – № 5. – С. 3–22.

30. Сомаклональная изменчивость Iris pseudacorus L. По данным RAPD- и цитогенетического анализа / М. М. Козыренко, Е. В. Артюхова, Е. В. Болтенков, Л. С. Лауве // Биотехнология. – 2004. – № 2. – С. 13–23.

31. Taq DNA polymerase slippage mutation rates measured by PCR and quasi-likelihood analysis: (CA/GT)n and (A/T)n microsatellites / D. Shinde, Y. L. Lai, F. Z. Sun, N. Arnheim // Nucleic Acids Research. – 2003. – Vol. 31, N 3. – P. 974–980. https://doi.org/10.1093/nar/gkg178

32. Галинская, Т. В. Предубеждения о микросателлитных исследованиях и как им противостоять / Т. В. Галинская, Д. М. Щепетов, С. Н. Лысенков // Генетика. – 2019. – Т. 55, № 6. – С. 617–632.

33. Hematopoietic chimerism monitoring based on STRs: quantitative platform performance on sequential samples / D. Kristt, M. Israeli, R. Narinski [et al.] // Journal of Biomolecular Techniques. – 2005. –Vol. 16, N 4. – P. 378–389.

34. Седельникова, Т. С. Изменчивость числа хромосом как фактор микроэволюции и адаптации хвойных / Т. С. Седельникова // Фактори експериментальної еволюції організмів. – 2016. – Т. 18. – С. 24–28.

35. Князева, С. Г. Кариологический обзор хвойных растений на основе базы данных по хромосомным числам / С. Г. Князева, Е. Н. Муратова // Хвойные бореальной зоны. – 2010. – Т. 27, № 1–2. – С. 97–101.

36. Горячкина, О. В. Цитогенетические реакции хвойных растений в антропогенно нарушенных районах г. Красноярска и его окрестностей / О. В. Горячкина, О. А. Сизых // Хвойные бореальной зоны. – 2012. – Т. 30, № 1–2. – С. 46–51.

37. Кунах, В. А. Геномная изменчивость соматических клеток растений / В. А. Кунах // Биополимеры и клетка. – 1995. – Т. 11. – № 6. – С. 5.

38. Kumar, P. S. Chromosomal instability in callus culture of Pisum sativum / P. S. Kumar, V. L. Mathur // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. – 2004. – Vol. 78, N 3. – P. 267–271. https://doi.org/10.1023/B:TICU.0000025669.11442.3e

39. Mishiba, K.-I. Ploidy distribution in the explant tissue and the calluses induced during the initial stage of internode segment culture of Asparagus officinalis L. / K.-I. Mishiba, K.-I. Tawada, M. Mii // In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. – 2006. – Vol. 42, N 1. – P. 83–88. https://doi.org/10.1079/IVP2005724

40. Шмаков, В. Н. Соматический эмбриогенез представителей рода Larix: состояние и перспективы / В. Н. Шмаков, Ю. М. Константинов // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2020. – Т. 24. – № 6. – С. 575–588.

41. Особенности соматического эмбриогенеза длительно пролиферирующих эмбриогенных клеточных линий Larix sibirica in vitro / И. Н. Третьякова, М. Э. Пак, А. С. Иваницкая, Н. В. Орешкова // Физиология растений. – 2016. – Т. 63, № 6. – С. 812–822.