Анализ сомаклональной изменчивости растений-регенерантов лаванды сорта Синева с использованием молекулярных маркеров

Исследования проводили с целью выявления сомаклональных вариантов у полученных в культуре каллусных тканей растений-регенерантов Lavandula angustifolia сорта Синева с использованием ISSR маркеров для создания новых генотипов. Материалом изучения служили исходный сорт Синева и 11 регенерантов из его каллуса. В работе использовали 10 ISSR праймеров – HB13, HB15, ISSR2, ISSR3, LAV1, LAV2, LAV3, LAV4, LAV5, LAV7. В выборке регенерантов и материнского сорта амплифицировано 94 фрагмента, из которых 67 были полиморфны. Число амплифицированных полос варьировало от 7 (LAV3, LAV7) до 14 (HB15) и в среднем по выборке достигало 9. Наибольшее количество полиморфных полос (100 %) показал праймер LAV1, высокий полиморфизм (80,00…91,67 %) установлен с использованием праймеров ISSR2, HB15, ISSR 3. Наибольшее значение PIC (мера информативности генетического маркера в популяции) рассчитано для праймера LAV1 – 0,40, минимальное в опыте для HB13 – 0,13. Генетическая изменчивость, обнаруженная у сомаклонов, как в сравнении с исходным сортом, так и между собой, указывает на перспективность разработанной методики индукции сомаклональных вариантов лаванды. С использованием кластерного анализа выявлены максимально сходные и отдаленные группы сомаклонов. Всего выделено 5 кластеров. В один кластер с материнским генотипом вошли образцы 312 и 1920-11. При индукции сомаклональной изменчивости у них произошли наименьшие изменения, в сравнении с другими регенерантами. В ходе индукции сомаклональной вариабельности у сорта Синева наибольшие изменения в геноме выявлены у регенерантов 3212-4 и 2279-2 – коэффициент SM с донорским сортом достигал 0,624 и 0,634 соответственно. Эти два генотипа обособленно расположились на дендрограмме относительно не только материнского сорта, но и остальных образцов, что свидетельствует о значительных изменениях, затронувших геном.

1. In vitro propagation and conservation of Lavandula stoechas subsp. luisieri and Pterospartum tridentatum, two important medicinal and aromatic species from Portugal / J. Domingues, A. Eira, I. Ramalho, et al. // Plants. 2024. Vol. 13. Article 2124. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/13/15/2124 (дата обращения: 15.12.2024). doi: 10.3390/plants13152124.

2. Approaches for the genetic improvement of Lavender: A short review / A. Ashraf, P. Sultan, P. Qazi, et al. // Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry. 2019. Vol. 8. No. 2. P. 73 6–740.

3. Адаптация к условиям ex vitro микрорастений Lavandula angustifolia Mill. при длительном размножении in vitro / С. С. Бабанина, Н. А. Егорова, О. В. Якимова и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. № 3 (71). С. 11 –19.

4. Bull T., Michelmore R. Molecular determinants of in vitro plant regeneration: Prospects for enhanced manipulation of lettuce (Lactuca sativa L.) // Front. Plant Sci. 2022. Vol. 13. Article 888425. URL: https://www.frontiersin.org/journals/plantscience/articles/10.3389/fpls.2022.888425/full (дата обращения: 10.02.2024). doi: 10.3389/fpls.2022.888425.

5. Somaclonal variations and their applications in horticultural crops improvement / H. A. Krishna, S. Mahdi, S. Dhurendra, et al. // 3 Biotech. 2016. Vol. 6. Article 54. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s13205-016-0389-7 (дата обращения: 30.03.2024). doi: 10.1007/s13205-016-0389-7.

6. Reed K. M., Bargmann B. O. R. Protoplast regeneration and its use in new plant breeding technologies // Front. Genome Ed. 2021. Vol. 3. Article 734951. URL: https://www.frontiersin.org/journals/genome-editing/articles/10.3389/fgeed.2021.734951/full (дата обращения: 10.02.2024). doi: 10.3389/fgeed.2021.734951.

7. A comparison of genetic stability in tea [Camellia sinensis (L.) Kuntze] plantlets derived from callus with plantlets from long-term in vitro propagation / L. Samarina, M. Gvasaliya, N. Koninskaya, et al. // Plant Cell Tiss Organ Cult. 2019. Vol. 138. P. 467–474. doi: 10.1007/s11240-019-01642-2.

8. Srinivasan P., Raja H. D., Tamilvanan R. Efficient in vitro plant regeneration from leaf-derived callus and genetic fidelity assessment of an endemic medicinal plant Ranunculus wallichianus Wight & Arnn by using RAPD and ISSR markers // Plant Cell Tiss Organ Cult. 2021. Vol. 147. P. 413–4 20. doi: 10.1007/s11240-021-02134-y.

9. Indirect regeneration and assessment of genetic fidelity of acclimated plantlets by SCoT, ISSR, and RAPD markers in Rauwolfia tetraphylla L.: An endangered medicinal plant / G. K. Rohela, P. Jogam, P. Bylla, et al. // Biomed Res Int. 2019. Vol. 2019. Article 3698742. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2019/3698742 (дата обращения: 10.03.2024). doi: 10.1155/2019/3698742.

10. Егорова Н. А. Биотехнология эфиромасличных растений: создание новых форм и микроразмножение in vitro. Симферополь: Автограф, 2021. 315 с. doi: 10.33952/2542-0720-2021-978-5-6045452-9-4.

11. Егорова Н. А., Ставцева И. В., Тевфик А. Ш. Получение каллусных культур и индукция морфогенеза у Lavandula angustifolia Mill.: влияние сорта, типа экспланта и питательной среды // Таврический вестник аграрной науки. 2024. № 1 (37). С. 51–66. doi: 10.5281/zenodo.10925312.

12. Rapid plant regeneration, validation of genetic integrity by ISSR markers and conservation of Reseda pentagyna an endemic plant growing in Saudi Arabia / F. Al-Qurainy, M. Nadeem, S. Khan, et al. // Saudi Journal of Biological Sciences. 2017. Vol. 25. No. 1. P. 111–116. doi: 10.1016/j.sjbs.2017.07.003.

13. Leva A. R., Petruccelli R., Rinaldi L. M. R. Somaclonal variation in tissue culture: A case study with olive // Leva A. R., Rinaldi L. M. R. Recent advances in plant in vitro culture. IntechOpen, 2012. Ch. 7. P. 123–150. URL: https://www.intechopen.com/chapters/40179 (дата об ращения: 01.06.2024). doi: 10.5772/50367.

14. Бабанина С. С., Егорова Н. А., Загорская М. С. Анализ изменчивости растений-регенерантов лаванды сорта Степная с использованием ISSR маркеров // Достижения науки и техники АПК. 2024. Т. 38. № 3. С. 17–21. doi: 10.53859/02352451_2024_38_3_17.

15. Assessment of genetic diversity in crop plants - an overview / H. R. Bhandari, A. N. Bhanu, K. Srivastava, et al. // Adv Plants Agric Res. 2017. Vol. 7. No. 3. P. 279–286. doi: 10.15406/apar.2017.07.00255.

16. Ahmed S., Al-Sodany Y. Authentication of ecological, biochemical and molecular features for some Lamiaceae species from Saudi Arabia // Egypt. J. Bot. 2019. Vol. 59. P. 5 81–594. doi: 10.21608/ejbo.2019.6144.1246.

17. Jedrzejczyk I., Rewers M. Genome size and ISSR markers for Mentha L. (Lamiaceae) genetic diversity assessment and species identification // Industrial Crops and Products. 2018. Vol. 120. P. 171–179. doi: 10.1016/j.indcrop.2018.04.062.

18. Effects of nanoparticles treatments and salinity stress on the genetic structure and physiological characteristics of Lavandula angustifolia Mill. / S. Talebi, M. Askary, R. Amiri, et al. // Brazilian journal of biology. 2022. Vol. 82. Article e261571. URL: https://www.scielo.br/j/bjb/a/NTvpTZbqRTjnCMKf7K9dYbs/?lang=en (дата обращения: 30.10.2024). doi: 10.1590/1519-6984.261571.

19. Vernesi C., Sineo L., Chiarelli B. RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) profiles of ten macaque species // Caryologia. 2000. Vol. 53. No. 3-4. P. 185–193.

20. Подбор оптимального способа выделения ДНК из рыжика посевного (Camelina sativa (L.) Crantz) / Е. Д. Логинова, С. А. Рамазанова, С. З. Гучетль и др. // Достижения науки и техники АПК. 2024. Т. 38. № 12. С. 11–17. doi: 10.53859/02352451_2024_38_12_11.

21. Оптимизация методики выделения ДНК для изучения генетического разнообразия эфиромасличных роз (Rosa L.) / С. Б. Сейтаджиева, С. З. Гучетль, С. В. Дидович и др. // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024. Т. 185. № 3. С. 191–198. doi: 10.30901/2227-8834-2024-3-191-198.

22. Efficient shoot regeneration of medicinal plant Haplophyllum tuberculatum by direct and indirect organogenesis and genetic fidelity assessment using Inter Simple Sequence Repeats markers / M. Alsafran, K. Wickramanayake, K. Usman, et al. // Front. Plant Sci. 2022. Vol. 13. Article 995825. URL: https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2022.995825/full (дата обращения: 11.06.2024). doi: 10.3389/fpls.2022.995825.

23. Effect of nutrient media enhanced with plant growth regulators on genetic stability in sub-cultures of Digitalis purpurea callus / M. A. AL-oqab, S. Zaid, Al-Ammouri Y., et al. // J App Biol Biotech. 2023. Vol. 11. No. 2. P. 244–252. doi: 10.7324/JABB.2023.110227.

24. Генетическая стабильность растений лаванды узколистной (Lavandula angustifolia Mill.) при длительном клональном микроразмножении / С. С. Бабанина, Н. А. Егорова, И. В. Ставцева и др. // Российская сельскохо­зяйственная наука. 2023. № 1. С. 13–19. doi: 10.31857/S2500262723010039.

25. Somaclonal variation in Habanero pepper (Capsicum chinense Jacq.) as assessed ISSR molecular markers / J. J. Bello-Bello, L. G. Iglesias-Andreu, S. A. Aviles-Vinas, et al. // HortScience. 2014. Vol. 49. No. 4. P. 481–485. doi: 10.21273/HORTSCI.49.4.481.

26. Kruglova N. N., Zinatullina A. E., Yegorova N. A. Morphogenesis in vitro in calluses of lavender Lavandula angus­tifolia Mill.: Histological aspects // Biology bulletin. 2024. Vol. 51. No. 3. P. 481–489. doi: 10.1134/S1062359023605876.

27. Alaakel S., AL-Ammouri Y. Somaclonal variation in callus cultures of rose periwinkle, Catharanthus Roseus L. under induced salt and osmotic stresses // OBM Genetics. 2023. Vol. 7. No. 4. Article 200. URL: https://www.lidsen.com/journals/genetics/genetics-07-04-200 (дата обращения: 11.06.2024). doi: 10.21926/obm.genet.2304200.