Эмбриокультура в селекции косточковых: особенности и успехи применения

Создание сортов косточковых культур, отвечающих современным требованиям производства – трудоемкий процесс, сопряжённый с низким выходом потомства, полученным от контролируемой внутривидовой и межвидовой гибридизации, который может длиться до 25 лет. Нежизнеспособность гибридных семян провоцируется абортированием зародыша, который не успевает завершить своё морфофизиологическое развитие, и отмиранием эндосперма у межвидовых гибридов. Сохранение гибридов с уникальными комбинациями признаков возможно при извлечении зародышей, полученных в результате межвидовых и межродовых скрещиваний, неспособных выжить in vivo или в ходе традиционных методов селекции растений на ранних сроках развития и помещения их для дальнейшего развития в условия in vitro. Цель исследования – на основе литературных источников проанализировать питательные среды, условия их применения и сроки изоляции зародышей в in vitro, для сохранения незрелых зародышей и создания гибридов косточковых культур; выявить наиболее эффективные схемы изоляции зародышей в in vitro для дальнейшего применения в селекционном процессе. Для аналитического обзора были использованы открытые источники, содержащие информацию о составе наиболее часто используемых питательных средах, их составах, модификациях, условиях применения, сроках введения зародышей в условия in vitro для персика обыкновенного (Prunus persica (L.) Batsch), абрикоса обыкновенного (P. armeniaca L.), сливы домашней (P. domestica L.), сливы китайской (P. salicina Lindl.), алычи (P. cerasifera Ehrh.), тёрна (P. spinosa L.), вишни обыкновенной (P. cerasus L.) и черешни (P. avium (L.) L.). Проведённый анализ исследований показал, что оптимальными средами для поддержания развития зародышей персика обыкновенного является модифицированная питательная среда Woody Plant (до 100 % сохраненных зародышей), для абрикоса обыкновенного – модифицированная Monnier (до 92,4 % сохраненных зародышей), для вишни обыкновенной, черешни, сливы и межвидовых гибридов различные варианты Murashige and Skoog (более 70 % сохраненных зародышей). В качестве регуляторов роста используются: 6-бензиламинопурин (6-БАП), гибберелловоя кислота (ГК), кинетин, НУК, а также углеводы, L-глутамин, хелат железа, аскорбиновая кислота, тиамин, глютаминовая кислота, триптофан, гидролизат казеина и др. Сроки введения в культуру in vitro варьируют в зависимости от культуры: от 28 (вишня обыкновенная) до 99 дней (персик обыкновенный). Стратификация при +4…+5 °С в темноте до начала развития способствует повышению выхода жизнеспособных зародышей. Оптимальный фотопериод для культивирования зародышей in vitro составляет 12 (персик обыкновенный) – 16 (алыча, вишня обыкновенная, черешня и межвидовые гибриды) часов. В результате отбора из гибридного фонда, полученного с использованием сохранения зародышей, в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, внесены 1 сорт персика обыкновенного (‘Крымский Шедевр’), 3 сорта черешни (‘Весняны Наспивы’, ‘Призерка’, ‘Услада’), районированные по Северо-Кавказскому региону; в реестр охраняемых селекционных достижений для Центрального региона 2 сорта сливы домашней (‘Тулица’ и ‘Величавая’).

1. Götz L., Heigermoser M., Jaghdani T. J. Chapter 4: Russia’s food security and impact on agri-food trade. Russia’s role in the contemporary international agri-food trade system. 2022, 115137. https://doi.org/10.1007/978-3-030-77451-6_5

2. Кондратьева О. В., Федоров А. Д., Слинько О. В. Войтюк В. А., Воробьев В. Ф. Эффективность использования интенсивных технологий в садоводстве. Техника и оборудование для села. 2020;(12):44-46. DOI: 10.33267/2072-96422020-12-44-46

3. FAO. Overview of the fruit and vegetable sector in Eurasian and Economic Union countries. Budapest. 2023, 98 p. https://doi.org/10.4060/cc4267en

4. Смыков А. В., Месяц Н. В. Анализ состояния садоводства и культуры персика в мире. Биология растений и садоводство: теория, инновации. 2020;(155):130-137. https://doi.org/10.36305/2712-7788-2020-2-155-130-137

5. Плаксина Т. В., Кульханова Д. С., Матькова Е. Ю. Культура изолированных зародышей in vitro в практической селекции вишни. Достижения науки и техники АПК. 2013;7:17-19.

6. Carrasco B. et al. Breeding in peach, cherry and plum: from a tissue culture, genetic, transcriptomic and genomic perspective. Biological Research. 2013;46(3):219-230. http://dx.doi.org/10.4067/S0716-97602013000300001

7. Collins G. B., Grosser J. W Culture of embryos. In: I. K. Vasil (ed.). Cell culture and somatic cell genetics of plants. Laboratory procedures and their applications. Academic, Orlando, Fla. 1984;1:241-257.

8. Rogo U., Fambrini M., Pugliesi C. Embryo Rescue in Plant Breeding. Plants. 2023;12(17):3106. https://doi.org/10.3390/plants12173106.

9. Рихтер Ал. А., Рихтер В. А., Рихтер Ан. А. Эмбриокультура растений в создании новых сортов. Научное достояние док. биол. наук А. И. Здруйковской-Рихтер: монография. Симфирополь: ИТ «Ариал», 2022, 332 с.

10. Rizzo M. et al. Growth of immature peach [Prunus persica (l.) Batsch.] Embryos on different media. IV International Peach Symposium 465. 1997, 141-144. DOI: 10.17660/ActaHortic.1998.465.15

11. Topp B. L. et al. Effects of Media and Fruit Ripeness on Germination and Transplanting of In Vitro Cultured Embryos from Low-Chill Peach and Nectarine. International Symposium on Harnessing the Potential of Horticulture in the Asian-Pacific Region 694. 2004:145-148. DOI: 10.17660/ActaHortic.2005.694.23

12. Jeengool N., Boonprakob U. Rescue of peach embryo in culture media with additional of 6-benzylademine and gibberellic acid. Agriculture and Natural Resources. 2004;38(4):468-474.

13. Wan C. et al. Factors Affecting Embryo Rescue for the Different Ripening Stage in Peach (Prunus persica L. Batsch) [J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica. 2009;1.

14. Grigolo C. R. et al. Culture media and bap concentrations in the embryo culture of ‘BRS Kampai’peach. Revista Brasileira de Fruticultura. 2020(42). https://doi.org/10.1590/0100-29452020661

15. Byrne D. H., Anderson N. Cool temperature during germination improves germination and survival of embryo cultured peach seed. V International Peach Symposium 592. 2001:25-27. DOI: 10.17660/ActaHortic.2002.592.1

16. González J., Infanter R. Early maturing peach embryo rescue and in vitro survival at different fruit growth stages. V International Peach Symposium 592. 2001:89-92. DOI: 10.17660/ActaHortic.2002.592.10

17. Manzo Gonzalez A. et al. Rescue and in vitro culture of inmature embryos on peach (Prunus persica)”Flordaprince”. Serie Fitociencia. 1992.

18. Özdemir Eroğlu Z., Fidanci A., Misirli A. Erkenci şeftali embriyolarının farklı kültür ortamlarında gelişimi. 2012;18:93-99. DOI: 10.1501/Tarimbil_0000001196

19. Devi I., Singh H., Thakur A. Effect of developmental stage and medium on embryo culture of low chill peach hybrids. Current Science. 2017, 1771-1775.

20. Arahana V. S. et al. Efecto de la temperatura, medios de cultivo y reguladores de crecimiento en la germinación de embriones cigóticos de durazno (Prunus persica) var. Diamante. ACI Avances en Ciencias e Ingenierías. 2012;4(2).

21. Pinto A. C. Q., Rogers S. M. D., Byrne D. H. Growth of immature peach embryos in response to media, ovule support method, and ovule perforation. HortScience. 1994;29(9):10811083. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.29.9.1081

22. Лесникова-Седошенко Н. П. и др. Применение биотехнологических методов в получении селекционных форм персика (Prunus persica (L.) Batch) и абрикоса (Prunus armeniaca L.). Биология растений и садоводство: теория, инновации. 2007;128:33-40.

23. Srivastav M. et al. Embryo culture studies in subtropical peach (Prunus persica Batsch.). VII International Symposium on Temperate Zone Fruits in the Tropics and Subtropics 662. 2003, 297-301 DOI: 10.17660/ActaHortic.2004.662.43

24. Tian Z. et al. Factors Affecting Embryonic-Axis Culture and Regeneration of Early-maturity Nectarine (Prunus persica var. nectarina). Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica. 2005;25(7):1452.

25. Sinclair J. W., Byrne D. H. Improvement of peach embryo culture through manipulation of carbohydrate source and pH. HortScience. 2003;38(4):582-585. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.38.4.582.

26. Krishna B., Arora J., Arora R. L. Embryo rescue: An approch to recover plantlets in early maturing subtropical peach. Indian Journal of Horticulture. 2004;61(3):199-205.

27. Sundouri A. S. et al. In-vitro germination of hybrid embryo rescued from low chill peaches as affected by stratification period and embryo age. Indian Journal of Horticulture. 2014;71(2):151-155.

28. Острикова О. В., Федотова И. Э., Хархардина Е. Л. Изучение влияния гормонального состава питательной среды на морфогенез зародышей абрикоса обыкновенного в культуре in vitro. Селекция и сорторазведение садовых культур. 2018;5(1):93-96.

29. Yildirim H. et al. In vitro embryo culture of apricot, Prunus armeniaca L. cv. Hacıhaliloğlu. International Journal of Science & Technology. 2007;2(2):99-104.

30. Burgos L., Ledbetter C. A. Improved efficiency in apricot breeding: Effects of embryo development and nutrient media on in vitro germination and seedling establishment. Plant cell, tissue and organ culture. 1993;35:217-222. https://doi.org/10.1080/14620316.1995.11515270

31. Trajkova F., Koleva Gudeva L., Mitrev S. Zygotic embryos culture from apricot (Prunus armeniaca L.). Yearbook, Faculty of Agriculture, Goce Delcev University-Stip. 2015;13:39-48.

32. Gercheva P., Zhivondov A. Embryo rescue of early ripening plum cultivars. VII International Symposium on Plum and Prune Genetics, Breeding and Pomology 577. 2001, 165-168. DOI: 10.17660/ActaHortic.2002.577.26

33. Pugachov R. M. et al. Influence of mineral and hormonal composition of nutrient medium on prune, cherry plum and sloe embryos germination and growing in vitro. Sodininkystė ir Daržininkystė. 2000;19(3):454-463

34. Arbeloa A. et al. In vitro culture of ‘Myrobalan’ (Prunus cerasifera Ehrh.) embryos. HortScience. 2009;44(6):1672-1674. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.44.6.1672

35. Саенко И. Н. Эмбриокультура нектарина и алычи в связи с задачами селекции. Биология растений и садоводство: теория, инновации. 2005;125: 131-145.

36. Burmenko J., Simonov V., Vysotsky V. The Role Of Inter-Species Hybridization In Expanding The Sortiment Of Plum. 1st International Symposium Innovations in Life Sciences (ISILS 2019). Atlantis Press. 2019, 176-179.

37. Sallom A. et al. Optimization in vitro conditions for plum×apricot embryo rescue and modeling some critical factors by using artificial neural networks technology. Scientia Horticulturae. 2021;289:110487. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110487

38. Daorden Álvarez M. E., Marín Velázquez J. A., Arbeloa Matute A. Germinación in vitro de embriones inmaduros a distintas temperaturas de estratificación. 2002.

39. Коваленко Н. Н., Гладких С. В. Культивирование зародышей in vitro гибридов раносозревающих сортов черешни (Prunus avium L.). Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(6):765-771. DOI 10.18699/VJ19.550

40. Бунцевич Л. Л. и др. Эмбриокультура в селекции вишни и черешни. Плодоводство и виноградарство Юга России. 2014;27:23-29.

41. Токмаков С. В. и др. Влияние коротких периодов стратификации на развитие изолированных незрелых эмбрионов черешни в культуре in vitro. Плодоводство и виноградарство юга России. 2019;60:91-101. DOI 10.30679/2219-5335-2019-6-60-91-101

42. Коваленко Н. Н., Поливара Н. В. Влияние сроков изоляции зародышей на выход сеянцев сортов вишни обыкновенной при культивировании in vitro. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(1):25-35. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-1-o3

43. Коваленко Н. Н. Оценка питательных сред на пригодность к культивированию зародышей вишни обыкновенной (Cerasus vulgaris Mill.). Плодоводство и виноградарство Юга России. 2019;59:49-64. DOI: 10.30679/2219-53352019-5-59-49-64

44. Федотова И. Э. и др. Влияние регуляторов роста на жизнеспособность и интенсивность развития зародышей вишни в культуре in vitro. Актуальные проблемы естественнонаучного образования, защиты окружающей среды и здоровья человека. 2016;4(4):396-400.

45. Коваленко Н. Н., Поливара Н. В. Оптимизация питательных сред для культивирования in vitro зародышей из гибридов рода Cerasus Mill. Плодоводство и ягодоводство России. 2017;49:161-168.

46. Коваленко Н. Н., Гладких С. В. Получение исходного селекционного материала сортов вишни, черешни и её отдаленных гибридов на основе использования культуры зародышей in vitro. Научные труды Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия. 2018;14:108-114. DOI: 10.30679/2587-9847-2018-14-108-114

47. Атлас сортов плодовых культур коллекции Никитского ботанического сада. Атлас. Симфирополь: ИТ «Ариал», 2018, 400 с.