Введение к работе
Актуальность темы диссертации. У Pinus sibirica, произрастающего в горах Южной Сибири, систематически встречаются уникальные особи с акселерацией генеративного процесса (Ирошников, 1974; Минина, Ларионова, 1979; Третьякова, 1990). У данных особей развитие женских шишек и семян происходит в год опыления за 2,5-Змес. (вместо 1 года), однако семена формируются с развитым эндоспермом, но без зародыша.
Для изучения репродуктивного процесса P. sibirica и сохранения его уникальных форм наиболее перспективным направлением является проведение экспериментов по контролируемому опылению и получение хозяйственно-ценных гибридов, которые можно размножать ex situ и традиционными методами биотехнологии в культуре in vitro через соматический эмбриогенез.
В основе соматического эмбриогенеза лежит явление тотипотентности -способности растительной клетки в условиях культуры in vitro реализовывать имеющуюся у нее генетическую информацию и давать начало целому организму (Бутенко, 1964). Этот эффективный метод регенерации растений является модельной системой для изучения реализации морфогенетических программ, физиологических (гормональная регуляция) и молекулярно-генетических исследований в раннем онтогенезе, а также имеет прикладное значение в современных генетико-селекционных исследованиях, направленных на массовое тиражирование улучшенных форм хвойных.
За 28 лет, с момента открытия соматического эмбриогенеза у хвойных (Hakman, 1985), были получены соматические эмбрионы и сеянцы для 28 представителей рода Pinus.
Цели и задачи исследования. Цель исследования — индукция процесса соматического эмбриогенеза в культуре in vitro у гибридных семян P. sibirica, полученных в результате контролируемого опыления, в том числе пыльцой кедров с акселерацией генеративного цикла, и испытание потомства в условиях теплицы.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
проведение контролируемого опыления и отбор клонов P. sibirica, экспланты которых обладают эмбриогенным потенциалом в культуре in vitro;
инициация процесса соматического эмбриогенеза из зиготических зародышей и мегагаметофитов;
проведение цитологического анализа полученных каллусных культур;
анализ гормонального баланса семян и каллусных культур;
- исследование гибридного потомства клонов P. sibirica в условиях теплицы.
Научная новизна исследования заключается в том, что впервые из эксплантов
гибридных семян P. sibirica, полученных в результате опыления пыльцой кедров с акселерацией генеративного цикла, был индуцирован эмбриогенный каллус и соматический эмбриогенез. Показана перспективность использования мегагаметофитов в качестве эксплантов для получения эмбриогенных культур. Впервые изучено содержание эндогенных фитогормонов в каллусах и семенах (зародыше и эндосперме) P. sibirica.
Теоретическая и практическая ценность полученных результатов.
Разработанная методика индукции соматического эмбриогенеза P. sibirica будет служить основой для создания биотехнологии получения регенератов данного вида. Проведенные исследования по культивированию мегагаметофитов позволят подойти к проблеме размножения уникальных особей с однолетним циклом развития женских шишек. Полученные результаты лягут в основу создания орехоплодных плантаций Р. sibirica.
Защищаемые положения:
-
Реализация соматического эмбриогенеза у P. sibirica связана с генотипом дерева-донора, а также стадией развития экспланта, используемого для ввода в культуру in vitro.
-
Уникальные генотипы P. sibirica с акселерацией генеративного цикла могут быть размножены с помощью культуры мегагаметофитов.
Личный вклад соискателя. Представленные в диссертации экспериментальные данные, за исключением результатов по иммуноферментному анализу гормонального баланса семян P. sibirica, получены непосредственно соискателем.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на VII съезде общества физиологов растений России (Нижний Новгород, 2011); 2th International Conference of IUFRO «Integrating vegetative propagation, biotechnologies and genetic improvement for tree production and sustainable forest management» (Брно, Чешская республика, 2012); IV Международной школе молодых ученых «Эмбриология, генетика и биотехнология» (Пермь, 2012); Конференции молодых ученых Института леса СО РАН (Красноярск, 2013), X Международной конференции «Биология клеток растений in vitro и биотехнология» (Казань, 2013).
Публикации. Основное содержание диссертации представлено в 15 печатных работах, из них 3 в реферируемых журналах.
Содержание и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и 6 приложений. Работа изложена на 138 страницах, содержит 10 таблиц и 49 рисунков. Библиографический список включает 192 наименования, из которых 150 - иностранные источники.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям д.б.н., проф. Третьяковой Ираиде Николаевне и д.б.н., проф. Гаевскому Николаю Александровичу за оказанную помощь и руководство в процессе выполнения работы и написания диссертации; д.б.н., заведующей лабораторией лесной генетики и селекции Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН Муратовой Елене Николаевне за предоставленную возможность выполнения работ по культуре ткани; Череповскому Юрию Анатольевичу за возможность проведения работ на прививочной плантации Западно-Саянского ОЛХ; д.б.н. Кудояровой Гюзели Радомесовне за предоставление данных по иммуноферментному анализу; д.б.н., проф. Медведеву Сергею Семеновичу, к.б.н. Пожванову Григорию Александровичу и к.б.н. Шаварде Алексею Леонидовичу за организацию и проведение стажировки по освоению методов газо-жидкостной хроматографии на кафедре физиологии и биохимии растений СПбГУ.
Похожие диссертации на Индукция соматического эмбриогенеза в культуре in vitro у гибридных семян Pinus sibirica Du Tour
