Проростки клонированной лиственницы сибирской в чашке Петри
В Красноярске ученые разработали технологию, которая позволяет получать генетически тестированные клоны хвойных деревьев из единичных клеток. В основе метода — соматический эмбриогенез: растительная клетка при определенных условиях запускает программу развития и превращается в зародыш, из которого затем очень быстро вырастает полноценное дерево. О работах рассказал популярный портал «Наука в Сибири».
Эксперименты проводятся в лаборатории лесной генетики и селекции Института леса имени Сукачева СО РАН под руководством главного научного сотрудника доктора биологических наук Зинаиды Третьяковой и научного сотрудника Марии Пак. Специалисты сначала отбирают деревья с нужными свойствами. Кандидат должен быть здоровым, сильным, устойчивым к болезням, засухе, вредителям и другим стрессам. Затем у него берут фрагмент ткани размером 2–4 мм и помещают в питательную среду.
Проростки лиственницы в посадочных контейнерахКлетки начинают делиться и формируют так называемую эмбрионально-суспензорную массу. Масштаб размножения впечатляет: из одной клеточной линии за год можно получить до 3,5 кг такой массы. На одном грамме способны сформироваться до 11 тыс. начальных и более 1 тыс. зрелых соматических зародышей.
В коллекции красноярского института сейчас находятся 42 клеточные линии сибирской лиственницы, четыре линии сосны сибирской кедровой и три линии ели сибирской. Первые клонированные культуры лиственницы здесь получили еще в 2008 году.
Эмбрионально-суспензорная масса. От первой клетки до растения проходит 4–9 месяцев. Сначала клетки развиваются в гормональной среде 30–45 дней. Затем формируются соматические зародыши, которые переводят на другую среду для созревания. После этого зародыши проращивают без гормонов. За 5–8 недель у них появляются корни и первые листочки. Молодые растения еще около трех месяцев адаптируют в камере роста, затем высаживают в горшки и отправляют в теплицу. Когда они достигают 2–3 см и формируют хорошую корневую систему, начинается следующий этап выращивания.Одно из ключевых исследований красноярских ученых опубликовано в международном журнале Forests: исследователи описали клеточные линии Larix sibirica, полученные методом соматического эмбриогенеза, их генетическую стабильность и способность регенерировать растения.
Морозильник вместо машины времени
Чтобы ценные клеточные линии не приходилось выращивать постоянно, ученые используют криоконсервацию. Эмбриогенные культуры можно замораживать, а затем восстанавливать. В экспериментах после 22 лет хранения удалось восстановить 95% клеточных линий.
Субкультивирование эмбрионально-суспензорной массыЕсть и дополнительный фильтр — геномная селекция. По небольшому образцу ткани исследователи могут оценить генетические признаки будущего дерева: потенциальную высоту, толщину ствола, форму кроны и устойчивость к засухе, морозам, засолению и болезням. Это позволяет не ждать десятилетиями, пока проявятся нужные или нежелательные свойства растения.
Полностью без проблем технология не обходится. Главный риск — генетическое однообразие большого массива клонов. Кроме того, при длительном выращивании клеток могут возникать мутации. У нормальной сибирской лиственницы 24 хромосомы, однако в культуре ученые обнаруживали клетки с 13, 22 и 25 хромосомами. Поэтому линии регулярно проверяют и мутантные экземпляры отбраковывают. При этом для лиственницы сибирской частота подобных аномалий, по данным приведенных исследований, не превышает 10%.
Эмбриогенные культуры. Снизить риск потери разнообразия помогает использование нескольких исходных растений.Решением проблемы разнообразия становится использование нескольких исходных деревьев: по оценке специалистов, 10–20 сортовых здоровых деревьев достаточно, чтобы сохранить значимую часть наследственных признаков.
Клон, который обгоняет обычное дерево
Путь от клетки до растения занимает 4–9 месяцев. После формирования зародыши проращивают 5–8 недель, затем молодые сеянцы около трех месяцев адаптируют в камере роста. Растения высотой 2–3 см с хорошими корнями отправляют в теплицу еще примерно на год, после чего они попадают в лесной питомник.
Эмбриогенная культура сибирской лиственницыПервые клоны уже 14 лет растут в экспериментальном хозяйстве «Погорельский бор». Семилетние деревья достигали двух метров, а их темп роста оказался почти в полтора раза выше, чем у лиственниц, выращенных из семян. В этом же возрасте у клонов появились генеративные органы, а в восемь лет они дали собственные семена — для лиственницы это оказалось необычно ранним результатом.
Красноярская технология рассчитана прежде всего на плантационное лесовыращивание: вместо вырубки естественных лесов можно создавать плантации из заранее проверенных деревьев с нужными свойствами. По данным РНФ, проект также предусматривает сохранение генетических ресурсов лиственницы и получение материала для лесных плантаций Сибири.
Подросший клон сибирской лиственницы. Клоны уже проверены не только в лаборатории. В экспериментальном хозяйстве «Погорельский бор» они растут 14 лет. Семилетние экземпляры достигали двух метров и росли почти в 1,5 раза быстрее, чем лиственницы, полученные из семян.Hi-Tech Mail недавно сообщил, что российские ученые впервые провели комплексный геномный анализ 23 генотипов тополей, а отдельное исследование показало, как деревья приспосабливаются к экстремальным условиям.
В другом материале мы рассказали, как якутская береза переживает морозы ниже −60°C.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
