doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.561rus
УДК 635.1/.7:631.52:[573.6+577.2
Часть работ поддержаны грантами ГК № 1282/13, ГК № 566/13 Министерства сельского хозяйства РФ, ГК № 16.М04.11.0004, ГК № 14.М04.12.0013 Министерства образования и науки РФ, грантом РФФИ 08-04-13513-офи_ц.
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ в селекции овощных культур (к 95-летию ВНИИССОК)
Н.А. ШМЫКОВА, Т.П. СУПРУНОВА, В.Ф. ПИВОВАРОВ
Устойчивое наращивание конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции при сокращении потребления ресурсов и затрат возможно за счет ускорения селекционного процесса. В связи с этим актуальное значение приобретают новейшие биотехнологические подходы и молекулярно-генетические методы. Клональное микроразмножение, андрогенез, гиногенез, генетическая трансформация широко применяются в сельскохозяйственных программах для расширения спектра формообразования, создания константных линий, ускорения процесса селекции (J.M. Dunwell, 2010). Методы андро- и гиногенеза дают возможность реализовать гаметоклональную изменчивость в индивидуальных растениях, обнаруживать редкие рецессивные аллели, создавать уникальные формы (T. Winkelmann с соавт., 2006). Один из способов получения исходного селекционного материала — межвидовая гибридизация, позволяющая передавать полезные признаки (например, устойчивость к биотическим и абиотическим стрессорам) от диких видов растений к культурным и расширять спектр генетической изменчивости (R. Hajjar с соавт., 2007). Преодоление проблем несовместимости при отдаленной гибридизации возможно за счет биотехнологических приемов. Использование молекулярно-генетических маркеров, выявляющих генетическое разнообразие на уровне ДНК, позволяет контролировать перенос хозяйственно ценных генов от одного организма к другому, проводить генотипирование, картирование и маркирование генов. Благодаря маркер-вспомогательной селекции можно подойти к решению таких практических задач, как поддержание генетических коллекций, подбор родительских форм для скрещивания, составление родословных сортов, их паспортизация и сертификация, защита интеллектуальной собственности селекционеров. Настоящий обзор посвящен 95-летию со дня основания Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК, Московская обл.). Обобщены результаты работы ВНИИССОК в области биотехнологии, молекулярной генетики и их практического использования в селекции овощных культур. С помощью методов отдаленной гибридизации в институте созданы новые сорта лука (Изумрудный, Сигма, Золотые Купола, Цепариус), салата (Изумрудный, Творец, Алекс, Коралл, Малахит), физалиса (Лакомка, Десертный). Ведутся исследования по вовлечению диких видов баклажана в селекцию, а также по межвидовой гибридизации моркови. Разработана технология создания исходного материала перца, устойчивого к вирусным заболеваниям. Активно разрабатываются способы культивирования тканей и клеток in vitro. Предложена технология клонального микроразмножения, позволяющая размножать растения капусты белокочанной с мужской стерильностью в неограниченных количествах. Технология клонального микроразмножения баклажана и перца легла в основу эмбриокультуры по спасению зародышей при межвидовой гибридизации. Оптимизировано культивирование пыльников моркови, благодаря чему созданы удвоенные гаплоидные сортообразцы. Разработана отечественная технология получения удвоенных гаплоидных линий перца через культуру пыльников (микроспор). Оптимизирован базовый протокол культуры микроспор рапса и созданы удвоенные гаплоидные линии капусты китайской, брокколи и капусты белокочанной. Разработаны методы получения удвоенных гаплоидов в культуре неопыленных семяпочек моркови, лука, огурца, кабачка, тыквы, свеклы столовой. Для изучения вариабельности геномов, генотипирования сортов и линий, определения чистоты гибридного потомства у овощных культур используется ISSR-, IRAP-, AFLP- и SSR-маркирование.
Ключевые слова: межвидовая гибридизация, клональное микроразмножение, андрогенез, гиногенез, молекулярное маркирование.
BIOTECHNOLOGIES AND MOLECULAR METHODS IN VEGETABLE
CROP BREEDING (to 95th Anniversary of VNIISSOK)
The resource consumption and costs for an increased agricultural production can be lowered only due to effective breeding for which biotechnologies and molecular genetics provide powerful tools. Among them, tissue cultures, clonal micropropagation, androgenesis, gynogenesis, and genetic transformation are widely used to obtain diversified forms and homozygous constant lines, and to speed up breeding process (J.M. Dunwell, 2010). Androgenesis and gynogenesis involve individual gametoclonal variability, rare recessive alleles, and unique genetic recombinations into breeding (T. Winkelmann et al., 2006). An interspecific hybridization is a way to develop initial breeding material. Due to it, novel traits (for example, resistance to biotic and abiotic stresses) can be transferred from wild species to cultivated crops, and the range of genetic variability expands (R. Hajjar et al., 2007). An interspecific hybridization incompatibility can be overcome by biotechnological methods, too. Molecular markers are helpful for detecting DNA changes and desired genes’ introgression from one genotype to another, for germplasm fingerprinting, gene mapping, etc. Marker-assisted selection is powerful facility to maintain germplasm collections, to plan crosses, to predict useful gene combination, and to protect varieties and hybrids authenticity. In the review we summarized the results on biotechnology, molecular genetics and their practical use in All-Russian Research Institute of Vegetable Breeding and Seed Production (Moscow Province). In particular, onion (Izumrudnii, Sigma, Zolotye Kupola, Tseparius), salad (Izumrudnii, Tvorets, Aleks, Korall, Malakhit), and physalis(Lakomka, Desertnii) varieties were recently obtained by distant hybridization. Carrot and wild aubergine are involved into interspecial crossings, and pepper plants as sources of resistance to viral infection are selected. Microclonal protocol has been developed for unlimited in vitro propagation of male sterile cabbage. Clonal micropropagation and in vitro cultivation were used to provide embryo viability under interspecial hybridization. A novel protocol developed for in vitro cell cultivation made it possible to create double haploids in carrot and pepper. Due to optimized conditions, double haploids in rape, Chinese cabbage, broccoli and white cabbage were selected. Double haploids of carrots, onion, cucumber, pumpkin, sugar beet, etc., were derived from in vitro cultivated seed-bud without pollination. In this, the ISSR, IRAP, AFLP и SSR markers are involved to assess genome variability and genotyping in vegetable crops.
Keywords: interspecific hybridization, clonal micropropagation, androgenesis, gynogenesis, molecular markers.
ФГБНУ Всероссийский НИИ селекции
и семеноводства овощных культур, |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
