Biomics

Регенерация полноценных растений из морфогенных каллусов in vitro – неотъемлемая часть ряда биотехнологий. В качестве эксплантов для получения морфогенных каллусов у злаков особенно перспективны незрелые зародыши. Исследование посвящено выявлению цитофизиологических особенностей системы «незрелый зародыш in planta–морфогенный каллус in vitro» у яровой мягкой пшеницы. Результаты культивирования in vitro разновозрастных зародышей показали, что оптимальными для получения морфогенного каллуса являются незрелые зародыши в стадии начала органогенеза. В таких зародышах заложены примордии щитка и побега, представленные меристематическими клетками. Поступлению индуктора каллусообразования (ауксин 2,4-Д в оптимальной концентрации) благоприятствует отсутствие плотной стенки у этих клеток. Сформировавшиеся на индукционной среде in vitro морфогенные каллусы представлены преимущественно меристематическими клетками, объединенными в группы (меристематические очаги). Тем самым в каллусах создаются цитологические предпосылки для будущей реализации различных путей морфогенеза in vitro. Обсуждается вопрос о морфогенетической компетентности незрелых зародышей как эксплантов для получения морфогенных каллусов. Предложено незрелый зародыш in planta на стадии начала органогенеза и индуцированный in vitro морфогенный каллус рассматривать как единую систему для биотехнологических исследований хлебных злаков.

незрелый зародыш in planta, морфогенный каллус in vitro, меристематические клетки, ауксин 2,4-Д, пшеница

1. Батыгина Т.Б. Биология развития растений. СПб.: ДЕАН, 2014. 764 с.
2. Евсеева Н.В., Ткаченко О.В., Лобачев Ю.В., Фадеева И.Ю., Щеголев С.Ю. Биохимическая оценка морфогенетического потенциала каллусных клеток пшеницы in vitro // Физиол. раст. 2007. Т. 54(2). С. 306–311.
3. Зинатуллина А.Е. Цитофизиологические особенности контрастных типов каллусов in vitro // Успехи соврем. биол. 2020. Т. 140(2). С. 183–194. doi: https://doi.org/10.31857/S0042132420020040
4. Круглова Н.Н. Периодизация развития зародыша пшеницы как методологический аспект биотехнологических разработок // Изв. Уфимского науч. центра РАН. 2012. № 2. С. 21–24.
5. Круглова Н.Н. Выявление критической стадии автономности зародыша пшеницы в культуре in vitro // Изв. Уфимского науч. центра РАН. 2013. № 1. С. 42–45.
6. Круглова Н.Н., Егорова О.В., Сельдимирова О.А., Зайцев Д.Ю., Зинатуллина А.Е. Световой микроскоп как инструмент в биотехнологии растений. Уфа: Гилем, Башк. энцикл., 2013. 128 с.
7. Круглова Н.Н., Катасонова А.А. Незрелый зародыш пшеницы как морфогенетически компетентный эксплант // Физиол. биохим. культ. раст. 2009. Т. 41(2). С. 124–131.
8. Круглова Н.Н., Сельдимирова О.А. Регенерация пшеницы in vitro и ex vitro. Уфа: Гилем, 2011. 124 c.
9. Круглова Н.Н., Сельдимирова О.А., Зинатуллина А.Е. Структурные особенности и гормональная регуляция зиготического эмбриогенеза злаков // Успехи соврем. биол. 2019.  Т.  139(4).  C.  326–337.  doi: https://doi.org/10.1134/S0042132419040057
10. Круглова Н.Н., Сельдимирова О.А., Зинатуллина А.Е., Веселов Д.С. Критическая стадия автономности зародыша пшеницы in planta // Биомика. 2018a. Т. 10(1). С. 1–6. doi: https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs2018-1
11. Круглова Н.Н., Титова Г.Е., Сельдимирова О.А. Каллусогенез как путь морфогенеза in vitro у злаков // Онтогенез. 2018б. Т. 49(5). С. 273–288. doi: https://doi.org/10.1134/S0475145018050038
12. Круглова Н.Н., Титова Г.Е., Сельдимирова О.А., Зинатуллина А.Е., Веселов Д.С. Зародыш цветковых растений в критическую стадию относительной автономности эмбриогенеза (на примере злаков) // Онтогенез. 2020. Т. 51(1). С. 3–18. doi: https://doi.org/10.31857/S0475145020010024
13. Сельдимирова О.А., Галин И.Р., Круглова Н.Н., Веселов Д.С. Распределение ИУК и АБК в развивающихся зародышах пшеницы in vivo // Изв. Уфимского науч. центра РАН. 2017а. № 3(1). С. 114–118.
14. Сельдимирова О.А., Галин И.Р., Кудоярова Г.Р., Круглова Н.Н., Веселов Д.С. Влияние АБК на созревание зародышей ячменя in vivo: результаты изучения дефицитного по АБК мутанта // Экобиотех. 2018а. Т. 1(4). С. 203–211. doi: https://doi.org/10.31163/2618-964X-2018-1-4-203-211
15. Сельдимирова О.А., Круглова Н.Н., Галин И.Р., Веселов Д.С. Сравнительная оценка уровня ИУК, АБК и цитокининов в эмбриогенезе in vivo ячменя сорта Steptoe и его АБК-дефицитного мутанта AZ34 // Экобиотех. 2018б. Т. 1(3). С. 134–142. doi: https://doi.org/10.31163/2618-964X-2018-1-3-134-142 
16. Сельдимирова О.А., Круглова Н.Н., Титова Г.Е., Батыгина Т.Б. Сравнительный ультраструктурный анализ формирующихся микроспориальных эмбриоидов in vitro и зиготических зародышей in vivo пшеницы как основа понимания цитофизиологических аспектов их развития // Онтогенез. 2017б. Т. 48(3).   С.   220–233.   doi:   https://doi.org/10.7868/S0475145017030119 
17. Chen J., Lausser A., Dresselhaus T. Hormonal responses during early embryogenesis in maize // Biochem. Soc. Trans. 2014. V. 42. P. 325–331. doi: https://doi.org/10.1042/-BST20130260
18. Chu Z., Chen J., Xu H., Dong Z., Chen F., Cui D. Identification and comparative analysis of microRNA in wheat (Triticum aestivum L.) callus derived from mature and immature embryos during in vitro cultures // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01302
19. Doll N.M., Depege-Fargeix N., Rogowsky P.M., Widiez T. Signaling in early maize kernel development // Mol. Plant. 2017. V. 10. P. 375–388. doi: https://doi.org/10.1016/j.molp.2017.01.008
20. Feher A. Callus, dedifferentiation, totipotency, somatic embryogenesis: What these terms mean in the era of molecular plant biology? // Front. Plant Sci. 2019. doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00536
21. Hess J.R., Carman J.G., Banowetz G.M. Hormones in wheat kernels during embryony // J. Plant Physiol. 2002. V. 159. P. 379–386. doi: https://doi.org/10.1078/0176-1617-00718
22. Ijaz B., Sudiro C., Hyder M.Z., Hyder M.Z., Malik S.I., Farrakh S., Schiavo F.L., Yasmin T. Histo-morphological analysis of rice callus cultures reveals differential regeneration response with varying media combinations // In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2019. V.55. P.569– 580. doi: https://doi.org/10.1007/s11627-019-09974-6 
23. Ikeuchi M., Favero D.S., Sakamoto Y., Iwase A., Coleman D., Rymen B., Sugimoto K. Molecular mechanisms of plant regeneration // Annu. Rev. Plant Biol. 2019. V. 70. P. 377–406. doi: https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050718-100434
24. Ikeuchi M., Shibata M., Rymen B., Iwase A., Bagman A.-M., Watt L., Coleman D., Favero D., Takahashi T., Ahnert S., Brady S.M., Sugimoto K. A gene regulatory network for cellular reprogramming in plant regeneration // Plant Cell Physiol. 2018. V. 59. P. 770–782. doi: https://doi.org/10.1093/pcp/pcy013 
25. Lopez-Ruiz B.A., Juarez-Gonzalez V.T., Sandoval-Zapotitla E., Dinkova T.D. Development-related miRNA expression and target regulation during staggered in vitro plant regeneration of Tuxpeno VS-535 maize cultivar // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. doi: https://doi.org/10.3390/ijms20092079 
26. Meristematic tissues in plant growth and development / Eds McManus M.T., Veit B. Sheffield: Sheffield Acad. Press, 2002. 301 p. doi: https://doi.org/10.1023/A:1024904818215
27. Miroshnichenko D., Chaban I., Chernobrovkina M., Dolgov S. Protocol for efficient regulation of in vitro morphogenesis in einkorn (Triticum monococcum L.), a recalcitrant diploid wheat species // PloS ONE. 2017. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173533
28. Murashige Т., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco cultures // Physiol Plant. 1962. V. 15. P. 473– 497. doi: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
29. Radoeva T., Vaddepalli P., Zhang Z., Weijers D. Evolution, initiation, and diversity in early plant embryogenesis // Dev. Cell. 2019. V. 50. P. 533– 543. doi: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.07.
30. Seldimirova O.A., Kudoyarova G.R., Kruglova N.N., Zaytsev D.Yu., Veselov S.Yu. Changes in distribution of cytokinins and auxins in cell during callus induction and organogenesis in vitro in immature embryo culture of wheat // In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2016. V. 52. P. 251–264. doi: https://doi.org/10.1007/s11627-016-9767-4
31. Seldimirova O.A., Kudoyarova G.R., Katsuhara M., Galin I.R., Zaitsev D.Yu., Kruglova N.N., Veselov D.S., Veselov S.Yu. Dynamics of the contents and distribution of ABA, auxins and aquaporins in developing caryopses of an ABA- deficient barley mutant and its parental cultivar // Seed Sci. Res. 2019. V.29(4). P.261-269. doi: https://doi.org/10.1017/S0960258519000229