1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Лесоведение
  4. № 5, 2023

Лесоведение, 2023, № 5, стр. 526-536

Размножение лиственницы сибирской с использованием биотехнологии соматического эмбриогенеза

И. Н. Третьякова a, *, **, М. Э. Пак a

a Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
660036 Красноярск, Академгородок, д. 50/28, Россия

* E-mail: culture@ksc.krasn.ru
** E-mail: mtavi@bk.ru

Поступила в редакцию 15.06.2022
После доработки 07.10.2022
Принята к публикации 21.02.2023

Аннотация

Биотехнология соматического эмбриогенеза в культуре in vitro в сочетании с геномной селекцией и криоконсервацией применяется для создания сортовых генетически тестированных быстрорастущих плантаций (программа Multi-Varietal Forestry MVF, Park, 2014, 2016, 2018). В институте леса им. Сукачева СО РАН в 2008 г. впервые была разработана биотехнология соматического эмбриогенеза для лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и получены 42 пролиферирующие клеточные линии, состоящие из эмбрионально-суспензорной массы (ЭСМ). Возраст клеточных линий достигает 13 лет. Между клеточными линиями наблюдалась значительная изменчивость по числу и размеру глобулярных зародышей в пролиферирующих эмбриогенных культурах, способности соматических зародышей созревать и прорастать. У разных клеточных линий на 1 г ЭСМ число глобулярных соматических зародышей колеблется от 2040 до 11103, созревает от 10 до 1220 зародышей. Регенеранты прорастают в ростовой камере, и клоны отдельных клеточных линий успешно растут в теплице и далее в почве лесопитомника на стационаре “Погорельский бор” ИЛ СО РАН. Генотипирование клонов по микросателлитным локусам показало полную их генетическую идентичность клеточной линии, из которой они были получены. У клонированных деревьев лиственницы сибирской в семилетнем возрасте произошла закладка генеративных органов. Таким образом, в настоящее время возможно оперативное внедрение программы MVF для плантационного лесовыращивания в России.

Ключевые слова: соматический эмбриогенез, клоны, лиственница, сортовое плантационное лесовыращивание.

Список литературы

  1. Сиделев С.И. Математические методы в биологии и экологии: введение в элементарную биометрию. Ярославль: Ярославский гос. ун-т им. П.Г. Демидова, 2012. 140 с.

  2. Третьякова И.Н. Способ микроклонального размножения лиственницы сибирской в культуре in vitro через соматический эмбриогенез на среде АИ для плантационного лесовыращивания. Патент РФ RU 2456344 C2. М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, 2012. https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_ servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2456344&TypeFile= html

  3. Третьякова И.Н., Баранчиков Ю.Н., Буглова Л.В., Белоруссова А.С., Романова Л.И. Особенности формирования генеративных органов лиственницы сибирской и их морфогенетический потенциал // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. № 5. С. 472–480.

  4. Третьякова И.Н., Пак М.Э., Орешкова Н.В., Падутов В.Е. Регенерационная способность клеточных линий лиственницы сибирской в культуре in vitro // Известия российской академии наук. Серия биологическая. 2022. № 6. С. 585–596.

  5. Aronen T.S., Varis S., Tikkinen M.A., Välimäki S., Nikkanen T. Somatic embryogenesis of Norway spruce in Finland – seven years from start to first commercial pilots. In: Canhoto J.M., Correia S.I. (Editors) Book of Abstracts - 5th International Conference of the IUFRO Working Party 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges” September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 56.

  6. Bonga J.M. A comparative evaluation of the application of somatic embryogenesis, rooting of cuttings, and organogenesis of conifers // Canadian J. Forest Research. 2015. V. 45. № 4. P. 379–383.

  7. Ding C., Park Y.S., Bonga J., Bartlett B., Li Y., Raley F. A brief review of combining genomic selection and somatic embryogenesis for tree improvement. In: Bonga J.M., Park Y.S., Trontin J.F. (Editors) Proceedings of the 5th International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges.” September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 55–69.

  8. Gamborg O., Phillips G.C. Plant cell, tissue and organ culture: fundamental methods. Berlin, Heidelberg: Springer, 1995. 385 p.

  9. Goddard M.E., Hayes B.J. Genomic selection // J. Animal breeding and Genetics. 2007. V. 124. № 6. P. 323–330.

  10. Goryachkina O.V., Park M.E., Tretyakova I.N., Badaeva E.D., Muratova E.N. Cytogenetic stability of young and long-term embryogenic cultures of Larix sibirica // Cytologia. 2018. V. 83. № 3. P. 323–329.

  11. Gupta P.K., Durzan D.J. Shoot multiplication from mature trees of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) and sugar pine (Pinus lambertiana) // Plant Cell Reports. 1985. V. 4. № 4. P. 177–179.

  12. Hertzberg M. From genes towards products and the significance of gene delivery // BMC Proceedings. BioMed Central. 2011. V. 5. № 7. P. 1.

  13. Hühn M. Clonal mextures juvenile-mature correlations and necessary number of clones // Silvae Genet. 1987. V. 36. P. 83–92.

  14. Klimaszewska K., Hargreaves C., Lelu-Walter M.A., Trontin J.F. Advances in conifer somatic embryogenesis since year 2000 // In vitro embryogenesis in higher plants. Humana Press, N.Y., 2016. P. 131–166.

  15. Klimaszewska K., Cyr D.R. Conifer somatic embryogenesis: I. Development // Dendrobiology. 2002. V. 48. P. 31–39.

  16. Lebedev V.G., Lebedeva T.N., Chernodubov A.I., Shestibratov K.A. Genomic selection for forest tree improvement: Methods, achievements and perspectives // Forests. 2020. V. 11. № 11. P. 1190.

  17. Lelu-Walter M.-A., Bernier-Cardou M., Klimaszewska K. Clonal plant production from self-and cross-pollinated seed families of Pinus sylvestris (L.) through somatic embryogenesis. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2008. V. 92. № 1. P. 31–45.

  18. Lelu-Walter M.-A., Pâques L.E. Simplified and improved somatic embryogenesis of hybrid larches (Larix × eurolepis and Larix × marschlinsii). Perspectives for breeding // Annals of Forest Science. 2009. V. 66. № 104. P. 1–10.

  19. Libby W.J. What is a safe number of clones per plantation // Resistance to diseases and pests in forest trees. 1982. P. 324–360.

  20. Lindgren D. The population biology of clonal deployment. In Ahuja M. R., Libby W. J. (eds) // Clonal Forestry I: Genetics and Biotechnology. Berlin: Springer-Verlag, 1993. P. 34–49.

  21. MacKay J.J., Becwar M.R., Park Y.-S., Corderro J.P., Pullman G.S. Genetic control of somatic embryogenesis initiation in Loblolly pine and implications for breeding // Tree Genetics and Genomes. 2006. V. 2. P. 1–9.

  22. Merkle S. The ups and downs of developing hybrid sweetgum varieties for the U.S. bioenergy and pulp and paper industries: a 20-year case study. In: Bonga J.M., Park Y.S., Trontin J.F. (Editors) Proceedings of the 5th International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges”. September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 225–229.

  23. Namroud M.-C., Bousquet J., Doerksen T., Beaulieu J. Scanning SNPs from a large set of expressed genes to assess the impact of artificial selection on the undomesticated genetic diversity of white spruce // Evolutionary Applications. 2012. V. 5. № 6. P. 641–656.

  24. Park Y.-S. Conifer somatic embryogenesis and multi-varietal forestry // In: Fenning T. (Eds.) Challenges and Opportunities for the World’s Forests in the 21st Century. Forestry Sciences, Springer, Dordercht. 2014. V. 81. P. 425–439.

  25. Park Y.-S., Beaulieu J., Bousquet J. Multi-varietal forestry integrating genomic selection and somatic embryogenesis // Vegetative propagation of forest trees. 2016. P. 302–322.

  26. Park Y.-S., Ding C., Lenz P., Nadeau S., Adams G., Millican S., Beaulieu J., Bousquet J. Implementing genomic selection for multi-varietal forestry of white spruce (Picea glauca) in New Brunswick, Canada. In: Bonga J.M., Park Y.S., Trontin J.F. (Editors) Proceedings of the 5th International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges”. September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 230–233.

  27. Pereira V.T., Nunes S., Sousa D., Almeida T. KLON – plant biotechnology for productivity and sustainability of agroforestry industries In: Canhoto J. M., Correia S. I. (Editors) Book of Abstracts – 5th International Conference of the IUFRO Working Party 2.09.02 on “Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges”. September 10–15, 2018. Coimbra, Portugal. P. 33.

  28. Peng C., Gao F., Wang H., Shen H., Yang L. Optimization of maturation process for somatic embryo production and cryopreservation of embryogenic tissue in Pinus koraiensis // Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2021. V. 144. № 1. P. 185–194.

  29. Taniguchi T., Konagaya K., Nanasato Y. Somatic embryogenesis in artificially pollinated seed families of 2nd generation plus trees and cryopreservation of embryogenic tissue in Cryptomeria japonica D. Don (Sugi) // Plant Biotechnology. 2020. V. 37. № 2. P. 239–245.

  30. Tretiakova I.N. Embryogenic cell lines and somatic embryogenesis in in vitro culture of Siberian larch // Doklady Biological Sciences. Springer Nature BV. 2013. V. 450. № 1. P. 139–141.

  31. Tretyakova I.N., Barsukova A.V. Somatic embryogenesis in in vitro culture of three larch species // Russian J. Developmental Biology. 2012. V. 43. № 6. P. 353–361.

  32. Tretyakova I.N., Kudoyarova G.R., Park M.E., Kazachenko A.S., Shuklina A.S., Akhiyarova G.R., Korobova A.V., Veselov S.U. Content and immunohistochemical localization of hormones during in vitro somatic embryogenesis in long-term proliferating Larix sibirica cultures. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2019. V. 136. № 3. P. 511–522.

  33. Tretyakova I.N., Pak M.E., Shuklina A.S., Pahomova A.P., Rogozhin E.A., Sadykova V.S., Petukhova I.A. Use of plant antimicrobial peptides in in vitro embryogenic cultures of Larix sibirica // Biology Bulletin. 2020. V. 47. № 3. P. 225–236.

  34. Tretyakova I.N., Park M.E. Somatic polyembriogenesis of Larix sibirica in embryogenic in vitro culture // Russian J. Developmental Biology. 2018. V. 49. № 4. P. 222–233.

  35. Tretyakova I.N., Park M.E., Baranova A.A., Lisetskaya I.A., Shuklina A.S., Rogozhin E.A., Sadykova V.S. Use of antimicrobial peptides secreted by Trichoderma micromycetes to stimulate embryogenic cultures of Larix sibirica // Russian J. Developmental Biology. 2018. V. 49. № 6. P. 370–380.

  36. Tretyakova I.N., Park M.E., Ivanitskaya A.S., Oreshkova N.V. Peculiarities of somatic embryogenesis of long-term proliferating embryogenic cell lines of Larix sibirica in vitro // Russian J. Plant Physiology. 2016. V. 63. № 6. P. 800–810.

  37. Tretyakova I.N., Park M.E., Pakhomova A.P., Sheveleva I.S., Muratova E.N. Induction of somatic embryogenesis in siberian spruce (Picea obovata) in in vitro culture // Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Biologiya. 2021. № 54. P. 6–20.

  38. Tretyakova I.N., Shuklina A.S., Park M.E., Yang L., Akhiyarova G.R., Kudoyarova G.R. The Role of Phytohormones in the Induction of Somatic Embryogenesis in Pinus sibirica and Larix sibirica // Cytologia. 2021. V. 86. № 1. P. 55–60.

  39. Tretyakova I.N., Shuvaev D.N. Somatic Embryogenesis in Siberian Dwarf Pine (Pinus pumila (Pall.) Regel) // Step Wise Protocols for Somatic Embryogenesis of Important Woody Plants. Springer, Cham, 2018. P. 307–317.

  40. Wu H.X. Benefits and risks of using clones in forestry – a review // Scandinavian J. Forest Research. 2019. V. 34. № 5. P. 352–359.

  41. Zobel B. Clonal forestry in eucalyptus. In Ahuja M. R., Libby W.J. (Eds.). Clonal Forestry In: Genetics and Biotechnology. Berlin: Springer-Verlag, 1993. P. 139–148.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Лесоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал