RU2557389C2 - Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro - Google Patents

Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro Download PDF

Info

Publication number
RU2557389C2
RU2557389C2 RU2013144618/10A RU2013144618A RU2557389C2 RU 2557389 C2 RU2557389 C2 RU 2557389C2 RU 2013144618/10 A RU2013144618/10 A RU 2013144618/10A RU 2013144618 A RU2013144618 A RU 2013144618A RU 2557389 C2 RU2557389 C2 RU 2557389C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plants
microspores
barley
haploid
dihaploid
Prior art date
Application number
RU2013144618/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013144618A (en
Inventor
Алишер Тураев
Яна Владимировна Мишуткина
Ярослав Борисович Нескородов
Константин Георгиевич Скрябин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2013144618/10A priority Critical patent/RU2557389C2/en
Publication of RU2013144618A publication Critical patent/RU2013144618A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2557389C2 publication Critical patent/RU2557389C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to the field of agricultural biotechnology. Method of producing dihaploid plants of barley from cultured microspores in vitro, comprising: growing donor plants at reduced air temperature of 15-20°C, light regime: 16 h day/8 h night, relative humidity of 60-70%, lighting intensity of 10000-15000 lux, with carrying out phytosanitary treatment, at that growing donor plants is carried out to the stage from opening of the sheath, when the inflorescence is in the flag leaf, - stress treatment of ears at 4°C, in tubes with a poor environment containing KCl - 1.5 g/l, MgSO4×7H2O - 0.25 g/l, CaCl2×2H2O - 0.1 g/l, mannitol - 60 g/l, potassium phosphate buffer - 1 ml/l, pH 7.0, for 7 days for shifting from gametophytic development path of microspore to sporophytic path - microspore isolation from spikelets in sterile conditions, - culturing the isolated microspores in a modified environment for embryogenesis induction, consisting of 6% maltose, 10 sets per 1.5 ml of the culture, and plant growth regulators in amount of 1 mg/l 2,4-D, 0.2 mg/l zeatin, and adding the aforementioned components is carried out before the addition of microspores, - regenerating plants from embryoids by culturing on solid nutrient Murashige and Skoog medium without the adding of plant growth regulators, - processing the barley haploid plants with antimitotic agent N-diacetyl-N-(β,γ-epoxypropyl) aminocolchicine for doubling chromosomes and obtaining dihaploid plants.
EFFECT: invention enables to obtain dihaploid homozygous lines of barley for breeding new varieties and hybrids with improved properties.
1 dwg, 2 tbl, 6 ex

Description

Область техники. Изобретение относится к области сельскохозяйственной биотехнологии, в частности прикладным исследованиям, связанным с созданием новых сортов и гибридов, и может быть востребовано образовательными и научными учреждениями биотехнологического и сельскохозяйственного профиля, семеноводческими компаниями и селекционными станциями.The field of technology. The invention relates to the field of agricultural biotechnology, in particular applied research related to the creation of new varieties and hybrids, and can be claimed by educational and scientific institutions of biotechnological and agricultural profile, seed companies and breeding stations.

Актуальность изобретения. Ячмень принадлежит к числу важнейших сельскохозяйственных культур, в селекции которых показана перспективность использования удвоенных гаплоидов. Использование удвоенных гаплоидов ячменя может существенно сократить время селекционного процесса, а также повысить его эффективность (Maluszynski М. et al. 2003).The relevance of the invention. Barley is one of the most important crops, the selection of which shows the promise of using doubled haploids. The use of doubled barley haploids can significantly reduce the time of the breeding process, as well as increase its effectiveness (Maluszynski M. et al. 2003).

Наиболее перспективным способом получения гаплоидных растений является метод индукции эмбриогенеза в культуре изолированных микроспор (Touraev A. et al. 2009). Микроспора представляет собой гаплоидную клетку высших растений, из которой в процессе нормального гаметофитного развития формируется зрелое пыльцевое зерно, готовое к опылению. Посредством специальных технологий (стрессовая обработка, особый состав питательной среды и т.п.) можно изменить путь развития микроспоры от гаметофитного к спорофитному (формирование тотипотентной клетки) и индуцировать регенерацию гаплоидного растения (Touraev А. et al. 2009). Полученное гаплоидное растение будет иметь одинарный набор хромосом, т.е. геном будет представлен одной аллелью каждого гена. При искусственном (использование антимитотических веществ) или спонтанном (самопроизвольном) удвоении генома, аллели тоже удваиваются и гаплоидное растение переходит в диплоидное (дигаплоидное) состояние, т.е. получается гомозиготное (инбредное) растение. В отличие от этого при классическом размножении в геноме растения объединяются и мужские и женские хромосомы, т.е. происходит совмещение разных аллелей, которые могут маскировать друг друга. Наличие всего одной удвоенной аллели (у дигаплоидов) позволяет признаку проявить себя в фенотипе даже в том случае, если изначально в популяции он всегда рецессивный. Генетическое расщепление при использовании дигаплоидов менее сложно, что позволяет использовать для выделения определенной комбинации генов сравнительно малочисленные популяции (Wedzony М. et al. 2009).The most promising method for producing haploid plants is the method of inducing embryogenesis in a culture of isolated microspores (Touraev A. et al. 2009). The microspore is a haploid cell of higher plants, from which a mature pollen grain is formed during normal gametophyte development, ready for pollination. Using special technologies (stress treatment, the special composition of the nutrient medium, etc.), it is possible to change the pathway for the development of microspores from the gametophytic to sporophytic (formation of totipotent cells) and to induce the regeneration of the haploid plant (Touraev A. et al. 2009). The resulting haploid plant will have a single set of chromosomes, i.e. the genome will be represented by one allele of each gene. In case of artificial (use of antimitotic substances) or spontaneous (spontaneous) doubling of the genome, alleles also double and the haploid plant goes into a diploid (digaploid) state, i.e. it turns out a homozygous (inbred) plant. In contrast, with classical propagation in the genome of a plant, both male and female chromosomes combine, i.e. there is a combination of different alleles that can mask each other. The presence of only one double allele (in digaploids) allows the trait to manifest itself in the phenotype even if it is always recessive in the population initially. Genetic cleavage using digaploids is less complicated, which allows the use of relatively small populations to isolate a specific combination of genes (Wedzony M. et al. 2009).

Уровень техники. Проблеме создания дигаплоидных растений посвящено много обзоров. Существуют публикации и патенты на изобретения, в которых предлагается использовать удаленную гибридизацию (Патент WO 2005084420 (2005-09-15), Kasha K.J. and Kao K.N., 1970, Mujeeb-Kazi A. and Riera-Lizarazu О., 1996), женский гаметофит (Патент JPH 0698648 (1994-04-12), Keller E. and Korzun L. 1996)), культуру пыльников (Патенты US 5770788 А (1995-06-06), US 6362393 B1 (1999-08-26)) и культуру микроспор (Патенты KR 100952103 (2009-07-01), WO 2002052926 A3 (2002-01-02), SUS 6764854 В2 (2004-07-20). Из-за сложности получения гаплоидных растений все работы описывают решение какой-либо частной проблемы, применимой для конкретного сорта или вида растения.The level of technology. The problem of creating dihaploid plants has been the subject of many reviews. There are publications and patents for inventions in which it is proposed to use remote hybridization (Patent WO 2005084420 (2005-09-15), Kasha KJ and Kao KN, 1970, Mujeeb-Kazi A. and Riera-Lizarazu O., 1996), female gametophyte (Patent JPH 0698648 (1994-04-12), Keller E. and Korzun L. 1996)), anther culture (Patents US 5770788 A (1995-06-06), US 6362393 B1 (1999-08-26)) and microspore culture (Patents KR 100952103 (2009-07-01), WO 2002052926 A3 (2002-01-02), SUS 6764854 B2 (2004-07-20). Due to the complexity of obtaining haploid plants, all works describe a solution to any particular problem applicable to a particular variety or plant species.

Метод получения гаплоидных растений ячменя через элиминирование хромосомThe method of obtaining haploid barley plants through the elimination of chromosomes

Данный метод основан на феномене элиминирования половины хромосом в клетках гибридного ячменя на ранних стадиях эмбриогенеза (Kasha K.J. and Kao K.N., 1970). Этот процесс можно наблюдать при межвидовом скрещивании ячменя (Н.vulgare) с ячменем луковичным (Н.bulbosum). Результатом подобного процесса становится элиминирование хромосом Н.bulbosum.This method is based on the phenomenon of elimination of half of the chromosomes in hybrid barley cells in the early stages of embryogenesis (Kasha K.J. and Kao K.N., 1970). This process can be observed with interspecific crossing of barley (N.vulgare) with onion barley (N.bulbosum). The result of this process is the elimination of H.bulbosum chromosomes.

Метод получения гаплоидных растений через межвидовую гибридизацию совершенствовался на протяжении нескольких лет, что сделало его достаточно эффективным (Hayes P. et al. 2003, Devaux P. 2003). К настоящему времени метод элиминирования хромосом позволил получить большое число гаплоидных и дигаплоидных линий и данная технология применяется в селекционных программах ряда компаний (Devaux Р. 2003).The method of obtaining haploid plants through interspecific hybridization has been improved over several years, which made it quite effective (Hayes P. et al. 2003, Devaux P. 2003). To date, the method of elimination of chromosomes has allowed to obtain a large number of haploid and dihaploid lines and this technology is used in breeding programs of a number of companies (Devaux R. 2003).

Однако в данном методе можно отметить ряд существенных недостатков: сложность отбора полученных гибридов по признаку гаплоидии, длительность самого экспериментального процесса и его низкая эффективность. К положительным сторонам данной методики можно отнести то, что для ее выполнения не требуется специального дорогостоящего оборудования, и она может быть проведена в обычных для селекционного процесса условиях и почти не зависит от генотипа (Maluszynski М. et al. 2003).However, in this method, a number of significant drawbacks can be noted: the difficulty of selecting the obtained hybrids based on haploidy, the duration of the experimental process itself, and its low efficiency. The positive aspects of this technique include the fact that its implementation does not require special expensive equipment, and it can be carried out under the usual conditions for the breeding process and is almost independent of the genotype (Maluszynski M. et al. 2003).

Метод получения гаплоидных растений из женского гаметофита (партеногенез)Method for producing haploid plants from female gametophyte (parthenogenesis)

В течение нескольких лет были предприняты попытки культивирования in vitro изолированных яйцеклеток, зародышевых мешков, неопыленных завязей или семяпочек с целью получения гаплоидов путем партеногенеза (Keller Е. and Korzun L. 1996). Наиболее эффективно данный метод показал себя на таких культурах, как картофель, сахарная свекла, лук и огурец (Metwally et al. 1998). Гаплоиды ячменя также были получены с помощью культуры семяпочки, однако метод оказался низкоэффективным (0,2-1,4%) и трудоемким, что не позволило найти ему широкое применение для прикладных целей (Yean-San L.H. 1987).For several years, attempts have been made to cultivate in vitro isolated eggs, embryo sacs, dustless ovaries or ovules to produce haploids by parthenogenesis (Keller E. and Korzun L. 1996). This method has proven most effective on crops such as potatoes, sugar beets, onions and cucumbers (Metwally et al. 1998). Barley haploids were also obtained using the culture of the ovule, however, the method turned out to be ineffective (0.2-1.4%) and laborious, which did not allow it to be widely used for applied purposes (Yean-San L.H. 1987).

Метод получения гаплоидных растений ячменя культуру пыльниковMethod for producing haploid barley plants anther culture

Получение гаплоидных растений из изолированных пыльников может проходить двумя путями: прямая регенерация соматических зародышей (эмбриоидогенез) и через каллусогенез. Эффективность формирования эмбриоидов является генотипзависимым процессом и может существенно различаться, варьируя от 0 до 95% (Germana М.А. 2011).Obtaining haploid plants from isolated anthers can take place in two ways: direct regeneration of somatic embryos (embryoidogenesis) and through callusogenesis. The efficiency of embryoid formation is a genotype-dependent process and can vary significantly, varying from 0 to 95% (Germana M.A. 2011).

Суть методики заключается в том, что из растений, выращенных в контролируемых температурных и световых условиях, выделяют пыльники. Перед выделением пыльников колосья культивируют 14-28 дней при низких температурах 4-8°C, затем выделяют пыльники и переносят их на бедные среды с маннитолом (0,3-0,7 М) на 3-4 дня. После стрессовой обработки пыльники переносят на искусственные питательные среды и культивируют в темноте при 23-28°C в течение 3-5 недель до формирования эмбриоидов, которые, в свою очередь, переносят на среду для регенерации. Состав сред варьируется в зависимости от используемого генотипа (Szarejko I., Kasha K.J. 1991, Cistué L. et al. 1994, Hoekstra S. et al. 1997, Jacquard C. 2006).The essence of the technique is that anthers are isolated from plants grown under controlled temperature and light conditions. Before the anthers are isolated, ears are cultivated for 14-28 days at low temperatures of 4-8 ° C, then the anthers are isolated and transferred to poor environments with mannitol (0.3-0.7 M) for 3-4 days. After stress treatment, the anthers are transferred to artificial nutrient media and cultured in the dark at 23-28 ° C for 3-5 weeks until embryoids are formed, which, in turn, are transferred to the regeneration medium. The composition of the media varies depending on the genotype used (Szarejko I., Kasha K.J. 1991, Cistué L. et al. 1994, Hoekstra S. et al. 1997, Jacquard C. 2006).

Главным и существенным недостатком помимо высокой генотипической зависимости этой методики является то, что получаемые растения могут иметь различную степень плоидности (из-за возможности регенерации растений из соматических тканей пыльника): от гаплоидных до ди-, поли- и анеуплоидных. К тому же, при использовании этой технологии происходит формирование большого количества альбиносов среди растений-регенерантов (Castillo A.M. et al. 2000, Li H, Devaux P. 2005, Jacquard C. 2006, Germana M.A. 2011).The main and significant drawback in addition to the high genotypic dependence of this technique is that the resulting plants can have a different degree of ploidy (due to the possibility of regeneration of plants from anther somatic tissues): from haploid to di-, poly- and aneuploid. Moreover, using this technology, a large number of albinos are formed among regenerated plants (Castillo A.M. et al. 2000, Li H, Devaux P. 2005, Jacquard C. 2006, Germana M.A. 2011).

Метод получения гаплоидных растений через культуру изолированных микроспорThe method of obtaining haploid plants through a culture of isolated microspores

Другой подход для получения гаплоидных растений основан на культивировании in vitro изолированных микроспор. Внешне этот метод схож с методом изолированных пыльников, однако в своей основе они сильно различаются, так как базируются на использовании различных типов тканей и клеток. Культура микроспор представляет собой процесс культивирования в жидкой питательной среде генеративных клеток, освобожденных от соматических тканей пыльника. Данный метод технологически отличается от культуры пыльников. Главным отличием культуры изолированных микроспор от культуры пыльников является процесс и время изоляции микроспоральных клеток. Основная схема эксперимента по изоляции микроспор следующая: изолированные пыльники или фрагменты колоса мацерируются в питательной среде. Для эффективного выделения чистой популяции микроспор полученная пульпа фильтруется и центрифугируется несколько раз. Дальнейшее культивирование микроспор осуществляется в жидких питательных средах, состав которых различается в зависимости от генотипов или целей эксперимента.Another approach for producing haploid plants is based on in vitro cultivation of isolated microspores. Externally, this method is similar to the method of isolated anthers, but at its core they are very different, as they are based on the use of various types of tissues and cells. Microspore culture is a process of cultivating in a liquid nutrient medium generative cells freed from anther somatic tissues. This method is technologically different from the anther culture. The main difference between the culture of isolated microspores and the anther culture is the process and time of isolation of microspore cells. The basic design of the microspore isolation experiment is as follows: isolated anthers or spike fragments are macerated in a nutrient medium. To effectively isolate a pure population of microspores, the resulting pulp is filtered and centrifuged several times. Further cultivation of microspores is carried out in liquid nutrient media, the composition of which varies depending on the genotypes or objectives of the experiment.

В настоящее время существует несколько патентов на данный метод получения дигаплоидных растений. Однако предлагаемые в них методы разработаны и подходят только для таких культур как перец (Capsicum annuum L.) (Патент KR 100952103 (2009-07-01)) и кукуруза (Zéa máys L.) (WO 2002052926 A3 (2002-01-02)), рис (SUS 6764854 B2 (2004-07-20)). Предлагаемый же нами метод позволяет получать гаплоидные растения ячменя (H.vulgare).Currently, there are several patents for this method of producing digaploid plants. However, the methods proposed therein are developed and are suitable only for crops such as pepper (Capsicum annuum L.) (Patent KR 100952103 (2009-07-01)) and corn (Zéa máys L.) (WO 2002052926 A3 (2002-01-02 )), rice (SUS 6764854 B2 (2004-07-20)). Our proposed method allows to obtain haploid barley plants (H.vulgare).

В настоящее время описано два способа получения гаплоидных растения ячменя, которые наиболее близки к нашей работе (Kasha K.J. et al. 2003, Devies P.A. 2003). Однако они значительно отличаются от предлагаемого нами по таким параметрам, как условия культивирования растений-доноров, возраст используемого растения-донора, по наличию и продолжительности стрессовой обработки растений, способу изоляции микроспор, по плотности микроспор в индукционной питательной среде и составу индукционной питательной среды и составу питательной среды для регенерации растений.Currently, two methods for producing haploid barley plants are described, which are closest to our work (Kasha K.J. et al. 2003, Devies P.A. 2003). However, they differ significantly from what we offer in such parameters as the cultivation conditions of donor plants, the age of the donor plant used, the presence and duration of stress treatment of plants, the method of isolation of microspores, the density of microspores in the induction nutrient medium and the composition of the induction nutrient medium and composition nutrient medium for plant regeneration.

Предлагаемые методы имеют также несколько существенных минусов: необходимость определения стадии развития микроспоры цитологическими методами, высокая частота получения растений-альбиносов, высокая зависимость эффективности получения дигаплоидов от генотипа растения. Мы предлагаем эффективный малозависимый от генотипа метод получения дигаплоидных растений ячменя с высоким уровнем спонтанного удвоения хромосом и низким выходом альбиносных растений.The proposed methods also have several significant disadvantages: the need to determine the stage of development of microspores by cytological methods, the high frequency of obtaining albino plants, and the high dependence of the efficiency of obtaining digaploids on the plant genotype. We propose an efficient genotype-independent method for producing dihaploid barley plants with a high level of spontaneous doubling of chromosomes and a low yield of albino plants.

Удвоение хромосом у гаплоидовDuplication of chromosomes in haploids

Для того чтобы от гаплоидных растений можно было получить здоровое потомство, на одной из стадий развития необходимо провести удвоение хромосом в клетках растения, что в большинстве случаев индуцируется применением антимитотического агента - колхицина. Данное вещество обладает способностью связываться с особыми структурами клетки, ответственными за деление, блокировать расхождение дочерних клеток, что приводит к формированию клеток с двойным (дигаплоидным) набором хромосом. Существенным недостатком колхицина является его высокая токсичность как в отношении клеток, так и в отношении персонала (Ade R. and Rai М.K. 2010).In order for healthy offspring to be obtained from haploid plants, one of the developmental stages requires chromosome doubling in plant cells, which in most cases is induced by the use of an antimitotic agent, colchicine. This substance has the ability to bind to special cell structures responsible for division, to block the divergence of daughter cells, which leads to the formation of cells with a double (dihaploid) set of chromosomes. A significant drawback of colchicine is its high toxicity both to cells and to personnel (Ade R. and Rai M.K. 2010).

Метод обработки растений колхицином не претерпел значимых изменений с 1938 года, когда он впервые был описан (Levan А. 1938): колхицином обрабатывают корни, верхушечные меристемы и т.п. (Wong С.K. 1989, Swanson Е.В. 1990, Mathias R. and Robbelen G. 1991). Процедуры обработки растений в связи с необходимостью использовать высокие концентрации препарата являются потенциально опасными и дорогостоящими (De Раере R. et al. 1981, Hansen F.L. et al. 1988, Barnabas B. et al. 1991, Hassawi D.S. and Liang G.H. 1991, Zhao J.P. and Davidson D. 1984).The method of treating plants with colchicine has not undergone significant changes since 1938, when it was first described (Levan A. 1938): roots, apical meristems, etc. are treated with colchicine. (Wong C.K. 1989, Swanson E.V. 1990, Mathias R. and Robbelen G. 1991). Plant treatment procedures due to the need to use high concentrations of the drug are potentially dangerous and expensive (De Raere R. et al. 1981, Hansen FL et al. 1988, Barnabas B. et al. 1991, Hassawi DS and Liang GH 1991, Zhao JP and Davidson D. 1984).

При этом процедура обработки растений колхицином не всегда позволяет добиться желаемого результата, так как после подобного воздействия формируется большое количество химерных растений, анеуплоидов и т.д. (Zhao J.P. and Davidson D. 1984, Barnabas B. et al. 1991, Mathias R. and Robbelen G. 1991).At the same time, the procedure for treating plants with colchicine does not always achieve the desired result, since after such an impact a large number of chimeric plants, aneuploids, etc. (Zhao J.P. and Davidson D. 1984, Barnabas B. et al. 1991, Mathias R. and Robbelen G. 1991).

Структурная формула колхицина была определена в 1955 году (Corrodi and Hardegger, 1955). Согласно определенной структуре колхицин представляет собой комплекс из триметоксифенила, семичленного кольца, несущего ацетамид в положении 7 и трополоновое кольцо.The structural formula of colchicine was determined in 1955 (Corrodi and Hardegger, 1955). According to a certain structure, colchicine is a complex of trimethoxyphenyl, a seven-membered ring bearing acetamide at position 7 and a tropolone ring.

Для удвоения хромосом и перевода гаплоидных растений ячменя в дигаплоидные мы предлагаем использовать аминопроизводный аналог колхицина - N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицин (Рисунок). Данный аналог показал более низкую токсичность относительно растительных клеток и большую способность связывать тубулин (T. Resh and A. Touraev неопубликованные данные).To double the chromosomes and convert haploid barley plants to dihaploid ones, we suggest using the amino derivative of colchicine, N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine (Figure). This analogue showed lower toxicity to plant cells and greater ability to bind tubulin (T. Resh and A. Touraev unpublished data).

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Разработанная методика представляет собой способ получения гаплоидных и дигаплоидных растений ячменя из микроспор, выделенных из пыльников, и состоит из следующих ключевых этапов:The developed technique is a method for producing haploid and dihaploid barley plants from microspores isolated from anthers and consists of the following key steps:

- выращивание растений-доноров при определенных условиях (яровизация семян и проростков, пониженная температура воздуха 15-20°C, световой режим: 16 ч день/8 ч ночь, влажностью воздуха 60-70%, интенсивность освещения 10000-15000 люкс, фитосанитарная обработка);- cultivation of donor plants under certain conditions (vernalization of seeds and seedlings, low air temperature of 15-20 ° C, light mode: 16 hours a day / 8 hours a night, humidity 60-70%, light intensity 10,000-15,000 lux, phytosanitary treatment );

- использование растений-доноров на стадии открытия влагалища флагового листа, когда колос находится внутри флагового листа;- the use of donor plants at the stage of opening the vagina of the flag leaf when the ear is inside the flag leaf;

- низкотемпературная обработка свежесобранных колосьев растений-доноров на среде с маннитолом (при 4°C, бедная среда с 60 г/л маннитолом, 7 дней);- low-temperature treatment of freshly harvested ears of donor plants in a medium with mannitol (at 4 ° C, poor medium with 60 g / l mannitol, 7 days);

- наличие в среде для индукции эмбриогенеза 6% мальтозы, завязей (10 зав. на 1,5 мл культуры) и регуляторов роста растений (1 мг/л 2,4-Д, 0,2 мг/л зеатина).- the presence in the medium for the induction of embryogenesis of 6% maltose, ovaries (10 plants per 1.5 ml of culture) and plant growth regulators (1 mg / l 2,4-D, 0.2 mg / l zeatin).

Добавление всех компонентов среды перед добавлением микроспор;Adding all components of the medium before adding microspores;

- регенерация растений из эмбриоидов на среде без добавления регуляторов роста растений,- regeneration of plants from embryoids on the medium without the addition of plant growth regulators,

- обработка молодых гаплоидных растений для получения удвоенных гаплоидов (замачивание тепличных растений в 0,05% N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицин на 5 ч).- treatment of young haploid plants to obtain doubled haploids (soaking greenhouse plants in 0.05% N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine for 5 hours).

Данная методика была использована на 6 сортах отечественной селекции (3 озимых и 3 яровых). Эффективность регенерации растений оказалась высокой для всех исследуемых сортов, независимо от генотипа и составила от 16 до 20 зеленых растений на один колос. При этом спонтанное удвоение хромосом произошло у 78% полученных растений-регенерантов. В результате применения N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицина удвоение хромосом произошло у 80% обработанных гаплоидных растений и таким образом общая эффективность методики составила от 16-19 дигаплоидных растений на один использованный колос. Данный показатель свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого способа.This technique was used on 6 varieties of domestic selection (3 winter and 3 spring). The efficiency of plant regeneration turned out to be high for all studied varieties, regardless of genotype, and ranged from 16 to 20 green plants per spike. Moreover, spontaneous doubling of chromosomes occurred in 78% of the regenerated plants obtained. As a result of the use of N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine, chromosome doubling occurred in 80% of the treated haploid plants, and thus the total efficiency of the method was 16-19 digaploid plants per one spike used. This indicator indicates the high efficiency of the proposed method.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертеже представлена структурная формула N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицинThe drawing shows the structural formula N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Пример 1. Выращивание растений-доноровExample 1. Growing donor plants

Выращивание качественных растений-доноров является необходимым условием для получения эмбриогенных микроспор для последующего эмбриогенеза и регенерации гаплоидных и дигаплоидных растений. Помимо обязательного предохранения растений от таких заболеваний как мучнистая роса, карликовая ржавчина, корневые гнили и насекомых (паутинный клещ, тля, трипсы и т.д.), должны быть созданы оптимальные условия вегетации - качественное освещение, водоснабжение, почвенные субстраты, удобрения, влажность и качество воздуха.The cultivation of high-quality donor plants is a prerequisite for obtaining embryogenic microspores for subsequent embryogenesis and regeneration of haploid and dihaploid plants. In addition to the mandatory protection of plants from diseases such as powdery mildew, dwarf rust, root rot and insects (spider mites, aphids, thrips, etc.), optimal vegetation conditions must be created - high-quality lighting, water supply, soil substrates, fertilizers, moisture and air quality.

Подготовка и проращивание семян. Чтобы повысить всхожесть, семена выдерживали при температуре 4°C не менее 2 недель, а затем шелушили для удаления плотного семенной кожуры. Для обеззараживания семена обрабатывали 2%-ным раствором KMnO4 в течение 20 мин. Обработку семян проводили при комнатной температуре с последующей отмывкой водопроводной водой. Для приготовления 2%-ного раствора - 2 г KMnO4 растворяли в 100 мл воды. Далее семена замачивали в воде на 12-24 ч, а затем переносили на влажную фильтровальную бумагу и культивировали в темноте 2-3 дня до появления проростков, при температуре 15-20°C.Preparation and germination of seeds. To increase germination, the seeds were kept at 4 ° C for at least 2 weeks, and then flaked to remove a dense seed skin. For disinfection, the seeds were treated with a 2% KMnO 4 solution for 20 minutes. Seed treatment was carried out at room temperature, followed by washing with tap water. To prepare a 2% solution, 2 g of KMnO 4 was dissolved in 100 ml of water. Next, the seeds were soaked in water for 12-24 hours, and then transferred to wet filter paper and cultivated in the dark for 2-3 days until seedlings appeared, at a temperature of 15-20 ° C.

Проросшие семена ячменя по 3-5 шт. высевали в горшочки со стерильным почвенным субстратом (pH 6,5-7). Глубина посева 3-4 см. Семена проращивали в условиях искусственного климата при температуре 15/12°C (день/ночь), со световым режимом: 16 ч день/8 ч ночь, влажностью воздуха 60-70% и интенсивность освещения 10000-15000 люкс. После появления всходов температура культивирования повышалась до 15-20°C. Семена озимых сортов высевали на 1,5-2 месяца раньше яровых для проведения этапа яровизации.Sprouted barley seeds 3-5 pcs. sown in pots with sterile soil substrate (pH 6.5-7). Depth of sowing is 3-4 cm. Seeds were germinated in an artificial climate at a temperature of 15/12 ° C (day / night), with light conditions: 16 hours a day / 8 hours a night, air humidity 60-70% and light intensity 10000-15000 Suite After emergence, the temperature of cultivation increased to 15-20 ° C. Seeds of winter varieties were sown 1.5-2 months earlier than spring for the vernalization stage.

Яровизация ячменя. Проросшие саженцы озимых сортов ячменя проходили этап яровизации в течение 1,5-2 месяцев при 4°C и влажности воздуха 70-80%. После яровизации проростки переносили в условия, аналогичные условиям прорастания.The vernalization of barley. Sprouted seedlings of winter barley varieties passed the vernalization stage for 1.5-2 months at 4 ° C and air humidity of 70-80%. After vernalization, the seedlings were transferred to conditions similar to the conditions of germination.

Прорывка и браковка нетипичных растений. После образования 2-3 листьев, перед началом стадии кущения, проводилась прорывка и браковка нетипичных растений. В горшках оставляли по 1-му растению и проводили присыпку почвенным грунтом. Полив смесью из водорастворимых удобрений проводили раз в 8-12 дней.Breakthrough and rejection of atypical plants. After the formation of 2-3 leaves, before the beginning of the tillering stage, breakthrough and rejection of atypical plants was carried out. The first plant was left in the pots and the soil was sprinkled with soil. Watering with a mixture of water-soluble fertilizers was carried out once every 8-12 days.

Выращивание растений с целью получения микроспор.Growing plants to obtain microspores.

Растения выращивали при поливе водопроводной водой по мере подсыхания почвенного субстрата при 60-70% влажности воздуха. Для улучшения аэрации корневой системы, проводилось рыхление верхнего почвенного слоя не менее 1 раза в 10 дней. Температура в помещении поддерживалась в пределах 15-20°C, освещенность 10-15 тыс. люкс при 16-часовом фотопериоде. Каждые 2 недели проводилась прикорневая подкормка растений органическими удобрениями и микроэлементами.Plants were grown by irrigation with tap water as the soil substrate dried at 60-70% air humidity. To improve aeration of the root system, the top soil layer was loosened at least once every 10 days. The room temperature was maintained within the range of 15-20 ° C, illumination of 10-15 thousand lux with a 16-hour photoperiod. Every 2 weeks was carried out radical top dressing of plants with organic fertilizers and trace elements.

Фитосанитарная обработка. Очень важным при выращивании растений-доноров является предотвращение заболеваний растений и появление вредителей, т.к. эти факторы сильно снижают фертильность растений и эффективность эмбриогенеза в культуре микроспор. Перед посадкой и во время выращивания растений проводили профилактическую обработку растений смесью фунгицидов и бактерицидов, а при обнаружении пораженных растений производили немедленную их изоляцию.Phytosanitary treatment. When growing donor plants, it is very important to prevent plant diseases and pests, as these factors greatly reduce plant fertility and the effectiveness of embryogenesis in microspore culture. Before planting and during the cultivation of plants, preventive treatment of plants with a mixture of fungicides and bactericides was carried out, and upon detection of affected plants, they were immediately isolated.

Обработку растений смесью фунгицидов и бактерицидов прекращали за 2-3 недели до сбора микроспор, т.к. данные препараты снижали жизнеспособность последних. После появления у растений флагового листа проводили еженедельную подкормку водным раствором удобрений NPK (20:20:20).The treatment of plants with a mixture of fungicides and bactericides was stopped 2-3 weeks before the collection of microspores, because these drugs reduced the viability of the latter. After the flag leaf appeared in plants, weekly dressing with NPK fertilizer was performed weekly (20:20:20).

Пример 2. Сбор и низкотемпературная обработка колосковExample 2. Collection and low-temperature processing of spikelets

Колоски собирали с растений-доноров на стадии, когда влагалище флагового листа открывалось, но соцветие еще находится внутри флагового листа. Большая часть микроспор в таких растениях находились в поздней одноядерной фазе развития (70-80% микроспор).Spikelets were collected from donor plants at the stage when the vagina of the flag leaf was opened, but the inflorescence was still inside the flag leaf. Most of the microspores in such plants were in the late mononuclear phase of development (70-80% of microspores).

Стебель отрезали на 8-10 см ниже колоса (флаговый лист удаляли), помещали в стакан с водой и переносили в лабораторию. До начала стерилизации влагалище флагового листа не удаляли.The stem was cut 8-10 cm below the spike (the flag leaf was removed), placed in a glass of water and transferred to the laboratory. Prior to sterilization, the vagina of the flag leaf was not removed.

В стерильных условиях (ламинарный бокс) с колоса снимали влагалище флагового листа и колос помещали на 1 мин в 70%-ный этиловый спирт и затем тщательно промывали в стерильной дистиллированной воде.Under sterile conditions (laminar boxing), the vagina of the flag leaf was removed from the ear and the ear was placed for 1 min in 70% ethanol and then thoroughly washed in sterile distilled water.

Затем колосья помещали в пробирки с бедной средой и маннитолом (KCl 1,5 г/л, MgSO4×7H2O 0,25 г/л, CaCl2×2H2O 0,1 г/л, маннитол 60 г/л, калий-фосфатный буфер (pH 7) 1 мл/л, pH - 7,0) таким образом, чтобы в среде находилась только нижняя часть (ость) колоса. Пробирки герметично закрывали и помещали в холодильник (4°C, темнота) на 7 дней.Then the ears were placed in test tubes with a poor environment and mannitol (KCl 1.5 g / l, MgSO 4 × 7H 2 O 0.25 g / l, CaCl 2 × 2H 2 O 0.1 g / l, mannitol 60 g / l potassium phosphate buffer (pH 7) 1 ml / l, pH 7.0) so that only the lower part (spine) of the ear is in the medium. The tubes were hermetically sealed and placed in a refrigerator (4 ° C, darkness) for 7 days.

Пример 3. Выделение микроспорExample 3. The allocation of microspores

В стерильных условиях (ламинарный бокс) с использованием стерильного (автоклавированного) инструмента от колосьев удаляли верхние и нижние колоски (по 1-2 см). Колосья разрезали на сегменты по 2-3 см и помещали в стерильную чашу блендера (Waring Blender, USA) объемом от 50 до 200 мл (в зависимости от количества колосков), так чтобы колоски не занимали больше половины объема. К колоскам сразу добавляли охлажденную бедную среду с маннитолом (2-4°C) в таком объеме, чтобы она покрывала колоски (от 25 до 100 мл). Измельчали при низких оборотах около 5 с, затем полученную суспензию пропускали через фильтр (100 мкм) в стерильные колбы. Затем суспензию разделяли по пробиркам для центрифугирования объемом 15 мл и центрифугировали при 900 об/мин в течение 5 мин. Супернатант удаляли, а осажденные микроспоры промывали путем двукратного центрифугирования в охлажденной среде с маннитолом (по 15 мл) по 5 мин при 600 об/мин. Супернатант удаляли и к осажденным микроспорам добавляли в модифицированную среду №1 (табл. 1), до приблизительной плотности 2×104. Для подсчета количества микроспор на мл среды использовали камеру Горяева. Суспензию микроспор переносили на чашки Петри (35×10 мм) по 1,5 мл на чашку и добавляли к ним свежевыделенные завязи (10 шт. на чашку). С каждого колоса получали 3-4 чашки с культурой микроспор, которые плотно запечатывали парафильмом (Parafilm, USA) и культивировали в темноте при температуре 25°C.Under sterile conditions (laminar box) using a sterile (autoclaved) tool, the upper and lower spikelets (1-2 cm) were removed from the ears. Spikes were cut into 2-3 cm segments and placed in a sterile blender bowl (Waring Blender, USA) with a volume of 50 to 200 ml (depending on the number of spikelets) so that the spikelets did not occupy more than half the volume. Cooled poor medium with mannitol (2-4 ° C) was immediately added to the spikelets in such a volume that it covered the spikelets (from 25 to 100 ml). It was crushed at low speeds for about 5 s, then the resulting suspension was passed through a filter (100 μm) into sterile flasks. Then, the suspension was separated into centrifugation tubes with a volume of 15 ml and centrifuged at 900 rpm for 5 minutes. The supernatant was removed, and the precipitated microspores were washed by double centrifugation in a cooled medium with mannitol (15 ml each) for 5 minutes at 600 rpm. The supernatant was removed and added to the precipitated microspores in a modified medium No. 1 (table. 1), to an approximate density of 2 × 10 4 . To calculate the number of microspores per ml of medium, a Goryaev chamber was used. A suspension of microspores was transferred to Petri dishes (35 × 10 mm) of 1.5 ml per cup and freshly isolated ovaries (10 pcs. Per cup) were added to them. Each spike received 3-4 cups with microspore culture, which were tightly sealed with parafilm (Parafilm, USA) and cultured in the dark at a temperature of 25 ° C.

Завязи выделяли в стерильных условиях под бинокулярным световым микроскопом из свежесрезанных и простерилизованных по описанной выше методике колосьев.The ovaries were isolated under sterile conditions under a binocular light microscope from ears freshly cut and sterilized according to the method described above.

Таблица 1Table 1 Состав использованных питательных сред для получения гаплоидов ячменя в культуре микроспор*The composition of the used nutrient media for producing barley haploids in microspore culture * Компоненты (мг/л)Components (mg / L) Питательная среда индукции эмбриогенеза (Среда №1)Nutrient medium induction of embryogenesis (Wednesday No. 1) Питательная среда для культивирования эмбриоидов (Среда №2)Culture medium for embryoid cultivation (Medium No. 2) Питательная среда для культивирования растений (Среда №3)Nutrient medium for plant cultivation (Environment No. 3) KNO3 Kno 3 30003000 30003000 20002000 (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2SO 4 450450 450450 -- NH4NO3 NH 4 NO 3 -- -- 17001700 KH2PO4 KH 2 PO 4 400400 400400 180180 CaCl2·2H2OCaCl 2 · 2H 2 O 200200 200200 450450 MgSO4·7H2OMgSO 4 · 7H 2 O 200200 200200 400400 Na2EDTANa 2 EDTA 4040 4040 4040 FeSO4·7H2OFeSO 4 · 7H 2 O 30thirty 30thirty 30thirty MnSO4·H2OMnSO 4 H 2 O 1010 1010 -- MnSO4·4H2OMnSO 4 · 4H 2 O -- -- 2525 Н3ВО3 Н3ВО 3 33 33 66 ZnSO4·7H2OZnSO 4 · 7H 2 O 22 22 -- ZnSO4·4H2OZnSO 4 · 4H 2 O -- -- 99 NaMoO4·2H2ONaMoO 4 · 2H 2 O 0,250.25 0,250.25 0,250.25 CuSO4 CuSO 4 0,0250,025 0,0250,025 -- CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O -- -- 0,0250,025 CaCl2·6H2OCaCl 2 · 6H 2 O 0,0250,025 0,0250,025 0,0250,025 KIKi 0,750.75 0,750.75 0,80.8 ГлицинGlycine -- -- 22 Мио-инозитолMyo-inositol 100one hundred 100one hundred 100one hundred Pyridoxine HClPyridoxine hcl 1one 1one 0,50.5 Никотиновая кислотаA nicotinic acid 1one 1one 0,50.5 Thiamine HClThiamine hcl 1010 1010 0,50.5 2,4-Д2,4-D 1one -- -- ЗеатинZeatin 0,20.2 -- -- MESMES 20002000 -- -- ГлутаминGlutamine 500500 -- -- МальтозаMaltose 6000060,000 2000020000 -- СахарозаSucrose -- -- 3000030000 ФитагельFitagel -- 25002500 -- АгарAgar -- -- 70007000 рНpH 6,26.2 5,85.8 5,85.8 * - Для стерилизации жидких сред использовали фильтры (0,22 мкм), для стерилизации твердых сред - автоклавирование. Во все среды добавляли (после автоклавирования) антибиотик цефотаксим (200 мг/л), для предотвращения контаминации культуры.* - Filters (0.22 microns) were used to sterilize liquid media; autoclaving was used to sterilize solid media. An antibiotic cefotaxime (200 mg / L) was added to all media (after autoclaving) to prevent culture contamination.

Пример 4. Индукция эмбриоидогенезаExample 4. Induction of embryoidogenesis

Чашки с микроспорами культивировали в темноте при 25°C. Содержание живых микроспор после низкотемпературной обработки и культивирования на среде для индукции эмбриогенеза (с мальтозой, фитогормонами и завязями) в течение 5 дней составило от 69 до 91% в зависимости от генотипа (табл. 2). Эмбриоиды формировались течение 20-30 дней. Среднее количество эмбриоидов сформированных из микроспор составило от 188 до 214 шт. на использованный колос (табл. 2).Microspore plates were cultured in the dark at 25 ° C. The content of live microspores after low-temperature processing and cultivation on the medium for the induction of embryogenesis (with maltose, phytohormones and ovaries) for 5 days ranged from 69 to 91% depending on the genotype (Table 2). Embryoids formed within 20-30 days. The average number of embryoids formed from microspores ranged from 188 to 214 pcs. on the used spike (table. 2).

Таблица 2table 2 Эффективность эмбриоидогенеза микроспор ячменя в культуре in vitroThe effectiveness of embryoidogenesis of barley microspores in vitro culture Сорта ячменяVarieties of barley Содержание живых микроспор через 5 дней культивирования, %The content of live microspores after 5 days of cultivation,% Среднее количество эмбриоидов на колосThe average number of embryoids per spike Количество зеленых растений на колос, шт.The number of green plants per ear, pcs. Количество гаплоидных растений до и после обработки N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицином, шт.The number of haploid plants before and after treatment with N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine, pcs. Количество дигаплоидных растений, шт.The number of digaploid plants, pcs. доbefore послеafter ГОРДЕЙPride озoz 85%85% 205205 1919 4four 1one 18eighteen МАСТЕРMASTER озoz 67%67% 192192 1919 66 22 1717 РУБЕЖABROAD озoz 88%88% 214214 20twenty 55 1one 1919 ПРЕРИЯPRAIRIE ярyar 91%91% 250250 1919 22 00 1919 ЗЕВСZEUS ярyar 81%81% 188188 1717 4four 1one 1616 ДИНАDINA ярyar 69%69% 195195 1616 33 00 1616

Пример 5. Регенерация и культивирование растенийExample 5. Regeneration and cultivation of plants

После того, как эмбриоиды достигали 1,5-2 мм, их переносили на чашки Петри (100×15 мм) с твердой средой №2 для культивирования эмбриоидов (табл. 1) по 20-25 шт. на чашку и культивировали в течение 4-5 дней в темноте. Затем чашки переносили на свет при 25°C и культивировали до формирования проростков (около 2 недель). Примерно 8-10% из сформировавшихся эмбриоидов регенерировали в полноценные зеленые растения, еще около 2% из сформированных растений были альбиносами (табл. 2).After the embryoids reached 1.5–2 mm, they were transferred to Petri dishes (100 × 15 mm) with solid medium No. 2 for embryoid cultivation (Table 1), 20–25 pcs. per cup and cultured for 4-5 days in the dark. Then the plates were transferred to light at 25 ° C and cultured until seedlings formed (about 2 weeks). Approximately 8-10% of the formed embryoids were regenerated into full-fledged green plants, and about 2% of the formed plants were albinos (Table 2).

После формирования 2-3 листьев из полученных растений отбирали зеленые и переносили на среду №3 Мурасиге и Скуга (Murashige Т. and Skoog F. 1962) для культивирования растений (табл. 1). Культивирование осуществляли в пробирках или контейнерах со световым режимом: 16 ч день, 8 ч ночь при 25°C до образования хорошо развитых корней (2-4 недели). Затем растения выдерживали при 4°C в течение 4 недель в климатической камере при низкоинтенсивном световом режиме: 8 ч день, 16 ч ночь (этап яровизации). Затем увеличивали температуру и интенсивность освещения до 15°C и 12/12 ч день/ночь соответственно. При таком режиме культивировали еще 1 неделю.After the formation of 2-3 leaves from the obtained plants, green ones were selected and transferred to medium No. 3 by Murasige and Skoog (Murashige T. and Skoog F. 1962) for plant cultivation (Table 1). Cultivation was carried out in test tubes or containers with a light regime: 16 hours a day, 8 hours a night at 25 ° C until the formation of well-developed roots (2-4 weeks). Then the plants were kept at 4 ° C for 4 weeks in a climatic chamber under low-intensity light conditions: 8 hours a day, 16 hours a night (vernalization stage). Then, the temperature and light intensity were increased to 15 ° C and 12/12 h day / night, respectively. Under this regimen, another 1 week was cultivated.

После яровизации растения из пробирок переносили в горшки с почвенной смесью для выращивания в теплице. В течение первой недели после переноса растений в теплицу на них оставляли пластиковые контейнеры, которые постепенно приоткрывали, для мягкой адаптации.After vernalization, plants were transferred from test tubes to pots with a soil mixture for growing in a greenhouse. During the first week after the plants were transferred to the greenhouse, plastic containers were left on them, which were slightly opened, for soft adaptation.

Эффективность метода составила 16-20 зеленных растений на один использованный колос. При этом спонтанное удвоение хромосом происходило у 78% полученных растений, что свидетельствует о высокой эффективности, разработанного протокола. Количество полученных дигаплоидов составило от 13 до 17 шт. на один использованный колос. Плоидность растений определяли с использованием стандартных методов (Maluszynski М. et al.).The effectiveness of the method was 16-20 green plants per spike used. Moreover, spontaneous duplication of chromosomes occurred in 78% of the obtained plants, which indicates the high efficiency of the developed protocol. The number of digaploids obtained was from 13 to 17 pcs. for one used ear. Ploidy of plants was determined using standard methods (Maluszynski M. et al.).

Пример 6. Обработка гаплоидных растений ячменя антимитотическим препаратом для получения удвоенных гаплоидовExample 6. The treatment of haploid barley plants with an antimitotic drug to obtain doubled haploids

Растения, прошедшие этап яровизации и адаптации к условиям теплицы, доращивали до формирования не менее двух побегов. Затем растения извлекали из почвы, промывали корни и обрезали их на 1-2 см. Опускали корни и нижнюю часть побегов на 5-8 см в 0,05%-ный раствор антимитотического агента (500 мг/л N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицина + 20 мл/л DMSO + 100 мг/л гиббереллиновой кислоты + 20 капель/л TWEEN 20) и оставляли на 5 ч при температуре 15-20°C и интенсивном освещении (10-15 тыс. люкс). Затем промывали корни проточной водой и помещали в почвенный грунт. Далее растения культивировали по описанной выше методике выращивания растений-доноров до получения зрелых зерновок.Plants that have passed the stage of vernalization and adaptation to greenhouse conditions have grown to form at least two shoots. Then the plants were removed from the soil, the roots were washed and cut by 1-2 cm. The roots and the lower part of the shoots were lowered by 5-8 cm in a 0.05% solution of the antimitotic agent (500 mg / L N-diacetyl-N- ( β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine + 20 ml / l DMSO + 100 mg / l gibberellic acid + 20 drops / l TWEEN 20) and left for 5 hours at a temperature of 15-20 ° C and intense light (10-15 thousand lux ) Then the roots were washed with running water and placed in soil. Next, the plants were cultivated according to the method described above for growing donor plants to obtain mature kernels.

В результате применения N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил)аминоколхицина удвоение хромосом произошло у 80% обработанных гаплоидных растений и, таким образом, общая эффективность методики составила от 16-19 дигаплоидных растений на один использованный колос (табл. 2).As a result of the use of N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine, chromosome doubling occurred in 80% of the treated haploid plants and, thus, the total efficiency of the method ranged from 16-19 digaploid plants per one spike used (Table 2) .

Список литературыBibliography

1. Ade R., Rai M.K. Review: Colchicine, current advances and future prospects. 2010. Nusantara Bioscience. Vol.2, No.2, P.90-96.1. Ade R., Rai M.K. Review: Colchicine, current advances and future prospects. 2010. Nusantara Bioscience. Vol.2, No.2, P.90-96.

2. Barnabas В., Pfahler P., Kovacs G. Direct effect of colchicine on the microspore embriogenesis to produce dihaploid plants in wheat (Triticum aestivum L.) 1991. Theor Appl Genet. 81:675-678.2. Barnabas B., Pfahler P., Kovacs G. Direct effect of colchicine on the microspore embriogenesis to produce dihaploid plants in wheat (Triticum aestivum L.) 1991. Theor Appl Genet. 81: 675-678.

3. Castillo A.M., Vallés M.P., Cistué L. Comparison of anther and isolated microspore culture in barley. Effects of culture density and regeneration medium. 2000. Euphytica 113:1-8.3. Castillo A.M., Vallés M.P., Cistué L. Comparison of anther and isolated microspore culture in barley. Effects of culture density and regeneration medium. 2000. Euphytica 113: 1-8.

4. Cistué L., Ramos A., Castillo A.M., Romagosa I. Production of large numbers of doubled haploid plants from barley anthers pretreated with high concentrations of mannitol // Plant Cell. 1994. Vol.13. P.709-712.4. Cistué L., Ramos A., Castillo A.M., Romagosa I. Production of large numbers of doubled haploid plants from barley anthers pretreated with high concentrations of mannitol // Plant Cell. 1994. Vol.13. P.709-712.

5. Corrodi H., Hardegger E. Die configuration des colchicins und verwandter Verbindungen Helv. Acta 1955. 38, 2030-2033.5. Corrodi H., Hardegger E. Die configuration des colchicins und verwandter Verbindungen Helv. Acta 1955.38, 2030-2033.

6. De Paepe R., Bleton D., Gnangbe F. Basis and extent of genetic variability among doubled haploid plants obtained by pollen culture in Nicotiana sylvestris. 1981. Theor Appl Genet. 59:177-84.6. De Paepe R., Bleton D., Gnangbe F. Basis and extent of genetic variability among doubled haploid plants obtained by pollen culture in Nicotiana sylvestris. 1981. Theor Appl Genet. 59: 177-84.

7. Devaux P. The Hordeum bulbosum (L.) method. In: Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I (eds) Doubled haploid production in crop plants // A manual. 2003. P.15-19.7. Devaux P. The Hordeum bulbosum (L.) method. In: Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I (eds) Doubled haploid production in crop plants // A manual. 2003. P.15-19.

8. Devies P.A. Barley isolated microspore culture (IMC) method In: Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I (eds) Doubled haploid production in crop plants // A manual. 2003. P 49-52.8. Devies P.A. Barley isolated microspore culture (IMC) method In: Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I (eds) Doubled haploid production in crop plants // A manual. 2003. P 49-52.

9. Germana M.A. Anther culture for haploid and doubled haploid production // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2011. Vol. 104. P.283-300.9. Germana M.A. Anther culture for haploid and doubled haploid production // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2011. Vol. 104. P.283-300.

10. Hansen F.L., Andersen S.B., Due I.K., Olsen A. Nitrous oxide as a possible alternative agent for chromosome doubling of wheat haploids. Plant Sci. 1988. 54:219-222.10. Hansen F.L., Andersen S.B., Due I.K., Olsen A. Nitrous oxide as a possible alternative agent for chromosome doubling of wheat haploids. Plant Sci. 1988.54: 219-222.

11. Hassawi D.S., Liang G.H. Antimitotic agents: effects of double haploid production in wheat. 1991. Crop Sci. 31:723-726.11. Hassawi D.S., Liang G.H. Antimitotic agents: effects of double haploid production in wheat. 1991. Crop Sci. 31: 723-726.

12. Hayes P., Corey A., DeNoma J. Doubled haploid production in barley using the Hordeum bulbosum (L.) technique. In: Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I (eds) Doubled haploid production in crop plants // A manual. 2003. P.5-14.12. Hayes P., Corey A., DeNoma J. Doubled haploid production in barley using the Hordeum bulbosum (L.) technique. In: Maluszynski M, Kasha KJ, Forster BP, Szarejko I (eds) Doubled haploid production in crop plants // A manual. 2003. P.5-14.

13. Hoekstra S., van Bergen S., van Brouwershaven I.R., Schilperoort R.A., Wang M. Androgenesis in Hordeum vulgare L: effects of mannitol, calcium and abscisic acid on anther pretreatment // Plant Sci. 1997. Vol. 126. P.211-218.13. Hoekstra S., van Bergen S., van Brouwershaven I.R., Schilperoort R.A., Wang M. Androgenesis in Hordeum vulgare L: effects of mannitol, calcium and abscisic acid on anther pretreatment // Plant Sci. 1997. Vol. 126. P.211-218.

14. Jacquard C., Asakaviciute R., Hamalian A.M., Sangwan R.S., Devaux P., Clément C. Barley anther culture: effects of annual cycle and spike position on microspore embryogenesis and albinism // Plant Cell Rep. 2006. Vol. 25. P.375-381.14. Jacquard C., Asakaviciute R., Hamalian A.M., Sangwan R.S., Devaux P., Clément C. Barley anther culture: effects of annual cycle and spike position on microspore embryogenesis and albinism // Plant Cell Rep. 2006. Vol. 25. P.375-381.

15. Kasha K.J., Simion E., Oro R. and Shim Y.S. Barley isolated microspore culture protocol Maluszynski M. et al. (eds.), Doubled Haploid Production in Crop Plants, 43-47.15. Kasha K.J., Simion E., Oro R. and Shim Y.S. Barley isolated microspore culture protocol Maluszynski M. et al. (eds.), Doubled Haploid Production in Crop Plants, 43-47.

16. Kasha K.J., Kao K.N. (1970) High frequency haploid production in barley (Hordeum vulgare L.). Nature 225:874-876.16. Kasha K.J., Kao K.N. (1970) High frequency haploid production in barley (Hordeum vulgare L.). Nature 225: 874-876.

17. Keller E.R.J., Korzun L. (1996) Ovary and ovule culture for haploid production. In: Mohan Jain S, Sopory SK, Veilleux RE (eds) In vitro Haploid Production in Higher Plants, Vol 1, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, P.217-236.17. Keller E.R. J., Korzun L. (1996) Ovary and ovule culture for haploid production. In: Mohan Jain S, Sopory SK, Veilleux RE (eds) In vitro Haploid Production in Higher Plants, Vol 1, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, P.217-236.

18. Levan A. The effect of colchicines on root mitoses in allium. 1938. Hereditas. V 24,I 4, 471-486.18. Levan A. The effect of colchicines on root mitoses in allium. 1938. Hereditas. V 24, I 4, 471-486.

19. Li H., Devaux P. Isolated microspore culture over performs anther culture for green plant regeneration in barley (Hordeum vulgare L.). Acta Physiol Plant 2005 V 27:611-619.19. Li H., Devaux P. Isolated microspore culture over performs anther culture for green plant regeneration in barley (Hordeum vulgare L.). Acta Physiol Plant 2005 V 27: 611-619.

20. Maluszynski M., Kasha K.J., Forster B.P., Szarejko I. Doubled haploid production in crop plants: a manual // Kluwer Academic Publishers. 200320. Maluszynski M., Kasha K.J., Forster B.P., Szarejko I. Doubled haploid production in crop plants: a manual // Kluwer Academic Publishers. 2003

21. Mathias R., Robbelen G. Effective diplodization of microspore-derived haploids of rape (Brassica napus L.) by in vitro colchicines treatment. 1991. Plant breed 106:82-84.21. Mathias R., Robbelen G. Effective diplodization of microspore-derived haploids of rape (Brassica napus L.) by in vitro colchicines treatment. 1991. Plant breed 106: 82-84.

22. Metwally E.I., Moustafa S.A., El-Sawy B.I., Haroun S.A., Shalaby Т.А. (1998) Production of haploid plants from in vitro culture of unpollinated ovules of Cucurbita pepo. Plant Cell Tiss Org Cult 52:117-121.22. Metwally E.I., Moustafa S.A., El-Sawy B.I., Haroun S.A., Shalaby T.A. (1998) Production of haploid plants from in vitro culture of unpollinated ovules of Cucurbita pepo. Plant Cell Tiss Org Cult 52: 117-121.

23. Mujeeb-Kazi A., Riera-Lizarazu О. (1996) Polahaploid production in the Triticeae by sexual hybridization. In: Mohan Jain S, Sopory SK, Veilleux RE (eds) In vitro Haploid Production in Higher Plants, Vol 1, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp 275-296.23. Mujeeb-Kazi A., Riera-Lizarazu O. (1996) Polahaploid production in the Triticeae by sexual hybridization. In: Mohan Jain S, Sopory SK, Veilleux RE (eds) In vitro Haploid Production in Higher Plants, Vol 1, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp 275-296.

24. Murashige T. and Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol Plant, 15:437-497.24. Murashige T. and Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol Plant, 15: 437-497.

25. Swanson E.B. Microspore culture in Brassica. 1990. In: J.W. Walker (Eds), Methods in molecular biology. V 6. Plant cell and tissue culture. Chap.17.25. Swanson E.B. Microspore culture in Brassica. 1990. In: J.W. Walker (Eds), Methods in molecular biology. V 6. Plant cell and tissue culture. Chap. 17.

26. Szarejko I., Kasha K.J. Induction of anther culture derived doubled haploids in barley // Cereal Res Commun. 1991. Vol. 19. P.219-237.26. Szarejko I., Kasha K.J. Induction of anther culture derived doubled haploids in barley // Cereal Res Commun. 1991. Vol. 19. P. 219-237.

27. Touraev A., Forster B.P., Jain, Shri Mohan Advances in Haploid Production in Higher Plants. 2009. Springer Science + Business Media B.V, ISBN 978-1-4020-8853-7.27. Touraev A., Forster B.P., Jain, Shri Mohan Advances in Haploid Production in Higher Plants. 2009. Springer Science + Business Media B.V., ISBN 978-1-4020-8853-7.

28. Wedzony M., Forster B.P., Žur I., Golemiec E., Szechyńska-Hebda M., Dubas E., Gotębiowska G. Progress in doubled haploid technology in higher plants. In: Advances in Haploid Production in Higher Plants // Springer Science. 2009. P.1-34.28. Wedzony M., Forster B.P., I.ur I., Golemiec E., Szechyńska-Hebda M., Dubas E., Gotębiowska G. Progress in doubled haploid technology in higher plants. In: Advances in Haploid Production in Higher Plants // Springer Science. 2009. P.1-34.

29. Wong C.K. A new approach to chromosome doubling for haploid rice plants. 1989. Theoretical and applied genetics. 149-151.29. Wong C.K. A new approach to chromosome doubling for haploid rice plants. 1989. Theoretical and applied genetics. 149-151.

30. Yean-San L.H. Gynogenèse in vitro. Variabilité des haploides doublés issus d′androgenèse in vitro et de croisement interspécifique chez Hordeum vulgare L. 1987 Thèse Doctorat d′Etat, Université de Paris-sud, France.30. Yean-San L.H. Gynogenèse in vitro. Variabilité des haploides doublés issus d'androgenèse in vitro et de croisement interspécifique chez Hordeum vulgare L. 1987 Thèse Doctorat d'Etat, Université de Paris-sud, France.

31. Zhao J.P., Davidson D. Distribution of chromosomes into discrete group in colchicines-induced C-metaphases of barley. 1984. Caryologia. 37:331-42.31. Zhao J.P., Davidson D. Distribution of chromosomes into discrete group in colchicines-induced C-metaphases of barley. 1984. Caryologia. 37: 331-42.

32. JPH 0698648 (1994-04-12) Method For Creating Haploid Plant From Female Gamete Of Seed Plant.32. JPH 0698648 (1994-04-12) Method For Creating Haploid Plant From Female Gamete Of Seed Plant.

33. KR 100952103 (2009-07-01) Method For Plant Production From Embryos Obtained By Microspore Culture Of Hot Pepper (Capsicum Annuum L.).33. KR 100952103 (2009-07-01) Method For Plant Production From Embryos Obtained By Microspore Culture Of Hot Pepper (Capsicum Annuum L.).

34. SUS 6764854 B2 (2004-07-20) Methods For Generating Doubled Haploid Rice Plant.34. SUS 6764854 B2 (2004-07-20) Methods For Generating Doubled Haploid Rice Plant.

35. US 6362393 B1 (1999-08-26) Methods For Generating Doubled Haploid Plants.35. US 6362393 B1 (1999-08-26) Methods For Generating Doubled Haploid Plants.

36. US 5770788 A (1995-06-06) Inducing Chromosome Doubling In Anther Culture In Maize.36. US 5770788 A (1995-06-06) Inducing Chromosome Doubling In Anther Culture In Maize.

37. WO 2002052926 A3 (2002-01-02) Methods For Generating Doubled Haploid Maize Plants.37. WO2002052926 A3 (2002-01-02) Methods For Generating Doubled Haploid Maize Plants.

38. WO 2005084420 (2005-09-15) A Breeding Material Which Can Induce Wheat Hybrids To Produce Genetically Pure Diploid Plants And The Practical Method Thereof.38. WO2005084420 (2005-09-15) A Breeding Material Which Can Induce Wheat Hybrids To Produce Genetically Pure Diploid Plants And The Practical Method Thereof.

Claims (1)

1. Способ получения дигаплоидных растений ячменя из культивируемых микроспор in vitro, включающий:
- выращивание растений-доноров при пониженной температуре воздуха 15-20°C, световом режиме: 16 ч день/8 ч ночь, влажности воздуха 60-70%, интенсивности освещения 10000-15000 люкс, с проведением фитосанитарной обработки, при этом выращивание растений-доноров осуществляют до стадии от открытия влагалища флагового листа, когда соцветие находится внутри флагового листа,
- стрессовую обработку колосьев при 4°C, в пробирках с бедной средой, содержащей KCl - 1,5 г/л, MgSO4×7H2O - 0,25 г/л, CaCl2×2Н2О - 0,1 г/л, маннитол - 60 г/л, калий-фосфатный буфер - 1 мл/л, pH 7,0, в течение 7 дней для переключения из гаметофитного пути развития микроспоры на спорофитный путь,
- выделение микроспор из колосков в стерильных условиях,
- культивирование выделенных микроспор на модифицированной среде для индукции эмбриогенеза включающей 6% мальтозу, 10 завязей на 1,5 мл культуры и регуляторы роста растений в количестве 1 мг/л 2,4-Д, 0,2 мг/л зеатина, причем добавление вышеуказанных компонентов осуществляется перед добавлением микроспор,
- регенерацию растений из эмбриоидов путем культивирования на твердой питательной среде Мурашига и Скуга без добавления регуляторов роста растений,
- обработку гаплоидных растений ячменя антимитотическим препаратом N-диацетил-N-(β,γ-эпоксипропил) аминоколхицином для удвоения хромосом и получения дигаплоидых растений.
1. A method of producing digaploid barley plants from cultured microspores in vitro, including:
- cultivation of donor plants at a low air temperature of 15-20 ° C, light mode: 16 hours a day / 8 hours a night, humidity 60-70%, lighting intensity 10,000-15,000 lux, with phytosanitary treatment, while growing plants - donors carry out to the stage from the opening of the vagina of the flag leaf, when the inflorescence is inside the flag leaf,
- stress treatment of ears at 4 ° C, in test tubes with a poor environment containing KCl - 1.5 g / l, MgSO 4 × 7H 2 O - 0.25 g / l, CaCl 2 × 2Н 2 О - 0.1 g / l, mannitol - 60 g / l, potassium phosphate buffer - 1 ml / l, pH 7.0, for 7 days to switch from the gametophytic pathway of microspore development to the sporophytic pathway,
- the selection of microspores from spikelets under sterile conditions,
- cultivation of the selected microspores on a modified medium for the induction of embryogenesis comprising 6% maltose, 10 ovaries per 1.5 ml of culture and plant growth regulators in an amount of 1 mg / l 2,4-D, 0.2 mg / l zeatin, and the addition of the above components before adding microspores,
- regeneration of plants from embryoids by cultivation on a solid nutrient medium Murashiga and Skoog without adding plant growth regulators,
- treatment of haploid barley plants with the antimitotic drug N-diacetyl-N- (β, γ-epoxypropyl) aminocolchicine to double the chromosomes and obtain dihaploid plants.
RU2013144618/10A 2013-10-04 2013-10-04 Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro RU2557389C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013144618/10A RU2557389C2 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013144618/10A RU2557389C2 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013144618A RU2013144618A (en) 2015-04-10
RU2557389C2 true RU2557389C2 (en) 2015-07-20

Family

ID=53282487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013144618/10A RU2557389C2 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2557389C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807444C1 (en) * 2022-05-25 2023-11-14 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр овощеводства" Method for isolating microspores to obtain doubled haploids of the brassicaceae family in microspore culture in vitro

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110317772B (en) * 2019-07-24 2021-04-13 上海市农业科学院 Method for taking barley microspores

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БАШАБАЕВА Б.М., и др., Культура изолированных микроспор в создании генетически однородных и стабильных дигаплоидных генотипов ячменя, Биотехнология. Теория и практика, N1 (1 квартал), 2013, с. 24-27, найдено в Интернет 14.07.2014, адрес сайта www.biotechlink.org. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807444C1 (en) * 2022-05-25 2023-11-14 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр овощеводства" Method for isolating microspores to obtain doubled haploids of the brassicaceae family in microspore culture in vitro
RU2821590C1 (en) * 2023-10-17 2024-06-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" Nutrient media for method of producing winter wheat dihaploids

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013144618A (en) 2015-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6677154B2 (en) Micropropagation, synthetic seeds and germplasm storage of bamboos
US20220174892A1 (en) Tree eggplant and cultivation method, rapid propagation method and application thereof
KR20140040513A (en) Production of virus free plants from in vitro shoot tips through in vitro meristem culture
Mukhtar et al. RETRACTED ARTICLE: Influencing micropropagation in Clitoria ternatea L. through the manipulation of TDZ levels and use of different explant types
Baday Plant tissue culture
Rakha et al. Production of Cucurbita interspecific hybrids through cross pollination and embryo rescue technique
Lone et al. Plant propagation through tissue culture-a biotechnological intervention
Mercier et al. The importance of tissue culture technique for conservation of endangered Brazilian bromeliads from Atlantic rain forest canopy
Barnabás Anther culture of maize (Zea mays L.)
CN104488719A (en) Method for inducing tobacco haplobiont by adopting one-step method
CN110199884B (en) Selenegia quinoa tissue culture seedling seed setting and cultivating method under aseptic condition
JPH104811A (en) Proliferation of large amount of plant of genus hemerocallis
Valliath et al. Micropropagation of Strawberry Crop (Fragaria ananassa): A Review
KR101887221B1 (en) Method of mass propagation of bamboo by in vitro culture
RU2557389C2 (en) Method of producing dihaploid barley plants from cultured mycospors in vitro
CN100362096C (en) Method for obtaining amphihaploid plant of pumpkin ovule and its special culture medium
CN105010123A (en) Method and culture medium for obtaining strawberry distant hybrid through in-vitro rescue culture
Rittirat et al. Enhanced efficiency for propagation of Phalaenopsis cornu-cervi (Breda) Blume & Rchb. F. using trimmed leaf technique
CN107047317A (en) A kind of Orychophragmus violaceus embryoid and the cultural method of plant
Rauf et al. In vitro regeneration and multiple shoot induction in upland cotton (Gossypium hirsutum L.)
RU2366705C2 (en) Method for preparing colza (brassica napus l) fertility restorer
Kundu et al. Embryo culture and endosperm culture
Singh et al. Plant tissue culture
Barikissou et al. Refinement of an in vitro Culture Technique for the Rescue of Globular Embryos Using Microcutting for P. vulgaris L. and P. coccineus L.
Nichterlein Anther culture of linseed (Linum usitatissimum L.)

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant