7.6. Проблема альбинизма растений-регенерантов, полученных в культуре пыльников и микроспор злаковых растений

Одним из основных факторов, лимитирующих получение и использование в практических целях андрогенетических удвоенных гаплоидов, является формирование альбиносных растений-регенерантов (рисунок 7.5). Частота таких растений у многих генотипов злаковых культур достигает 100%. В то же время появление альбиносных растений-регенерантов у двудольных – редкое явление.

Биохимические и молекулярно-генетические исследования дифференциации пластид в процессе пыльцевого эмбриогенеза, полученных в культуре пыльников и микроспор альбиносных растений показали различные нарушения, связанные с размером пластид, организацией у них тилакоидов и гран, аккумуляцией крахмала. Альбиносы теряют рибосомы пластид, у них наблюдаются серьезные нарушения процессов транскрипции и трансляции генов. Были обнаружены большие делеции в пластидном геноме, в том числе делеции районов расположения ключевых генов фотосинтеза, а также перестройки в пластидном геноме. Впрочем, описаны и альбиносные растения с интактными геномами пластид. Было показано, что у таких растений снижен уровень транскрипции пластидных генов фотосинтетического аппарата и рибосомальных РНК, в то время как остальные гены функционировали без изменений.

Следует заметить, что при естественном развитии микроспор по гаметофитному пути пластиды генеративной клетки у большинства покрытосеменных растений полностью исчезают до или вскоре после оплодотворения, а пластиды вегетативной клетки дифференцируются в амилопласты, их ДНК деградируют. Эти процессы лежат в основе наследования хлоропластного генома по материнской линии. Естественно предположить, что аналогичные механизмы деградации пластид действуют и при развитии микроспор по спорофитному пути. Однако у большинства двудольных растений, а также у отдельных генотипов однодольных после перепрограммирования части эмбриогенных микроспор на спорофитный путь происходит развитие нормальных пластид и формируются нормальные зеленые растения-регенеранты.

Было установлено, что образование зеленых растений-регенерантов в культуре пыльников и микроспор находится под генетическим контролем ядерных генов. В частности, у ячменя определены локусы количественных признаков (англ.: QTL – quantitative trait loci) на хромосомах 3Н и 5Н, на которые приходится до 65% вариации образования зеленых растений-регенерантов [Munos-Amatriain et al. 2008].

Соотношение зеленых и альбиносных растений-регенерантов зависит также от применяемых предобработок и условий культивирования пыльников или микроспор. Как показано выше, различные стрессовые воздействия на стадии одноядерной микроспоры могут существенно повысить андрогенетическую способность генотипа за счет увеличения частоты эмбриогенных микроспор. Такие воздействия могут способствовать, среди прочего, и увеличению среди растений-регенерантов доли зеленых растений. Однако, с другой стороны, неправильно подобранные предобработки (по виду, интенсивности и продолжительности стрессового воздействия) могут приводить к увеличению частоты образования альбиносных регенерантов. Согласно одной из теорий, под воздействием стресса в генеративных клетках могут образовываться антибиотикоподобные соединения или протеины, инактивирующие пластидные рибосомы, что, в свою очередь, может приводить к образованию альбиносных регенерантов.

Увеличить частоту появления зеленых растений-регенерантов в культуре пыльников или микроспор можно и путем оптимизации питательных сред. Известно, что снижение уровня азота в питательной среде, особенно его аммонийной формы, замена сахарозы на мальтозу и некоторые другие модификации способствуют увеличению выхода зеленых регенерантов. Эффективной в этом отношении оказалась так называемая китайская картофельная среда, которая содержит, помимо регуляторов роста и сахарозы, лишь шесть основных солей в пониженных концентрациях, тиамин и 10% картофельный экстракт [Chuang et al. 1978].

Несмотря на определенные достижения, полностью решить проблему появления альбиносных растений-регенерантов в культуре пыльников и микроспор злаковых культур пока не удалось. До настоящего времени наиболее эффективным подходом получения гаплоидов у злаковых культур является отбор и использование генотипов, способных с относительно высокой частотой давать преимущественно зеленые растения-регенеранты.