2.2 Методы получения новых форм и сортов растений

- Клеточная селекция с использованием каллусной ткани

Каллусная ткань представляет собой легко доступный материал, который наиболее часто используют для клеточной селекции. Как правило, работу проводят на первичной или переса­дочной каллусной ткани, которая не утрачивает способности к регенерации на протяжении ряда субкультивирований.

Однако при работе с каллусными культурами многие исследователи отмечают существенные недостатки данного объекта: медленный рост ткани, неравноценное для всех клеток действие токси­ческих веществ, которые применяются в качестве селективного фактора, а также потеря регенерационной способности в процессе культивирования каллусных клеток. Несомненно, проводить селекцию целесообразно на уровне одиночных клеток (суспензионная культура, протопласты). Однако для многих видов растений не разработаны эффективные технологии и способы культивирования одиночных клеток. Поэтому, несмотря на пе­речисленные выше недостатки использования каллусных культур, этот способ селекции остается для некоторых видов растений пока единственным.

Получение стабильно устойчивых каллусных линий — процесс длительный. Как правило, он включает следующие этапы:

1) Селекция начинается с получения достаточного количества каллусной массы из изолированных растительных эксплантов.

2) Этот каллус в дальнейшем используется для определения концентрации селективного фактора (построение дозовой кривой), при которой наблюдается одновременно рост каллусной ткани, и в то же время часть каллусных колоний погибает. Выбранная концентрация селективного фактора признается оптимальной и используется в дальнейших экспериментах.

3) На протяжении последующих 4—6 субкультивирований на селективной среде проверяет­ся стабильность устойчивости полученных клонов, так как первично полученные на средах с селективными факторами колонии клеток могли возникнуть вследствие физиологической адаптации или определенного состояния дифференцировки клеток и не быть генетически устойчивыми.

4) Затем культуру каллуса переносят на среду без селективного фактора и субкультивируют еще 2—3 пассажа.

5) И только после повторного возвращения в селективные условия отбирают стабильные клоны, из которых пытаются получить растения-регенеранты.

*Однако работы, проведенные с получением растений, устойчивых к повышенным солям, а также к токсинам, выделенным из грибов—возбудителей болезней, показали, что устойчивость клетки и растения к исследуемому селективному фактору может совпадать и не совпадать. Прямая корреляция между устойчивостью растений и клеток in vitro отмечена лишь для низких температур, устойчивостью к гербицидам, высоким концентрациям алюминия и другим факторам.

Достигнуты положительные результаты по получению растений пшеницы, риса, картофеля, устойчивых к NaCI или Na₂S0₄. Получены клетки, а из них растения моркови, которые синтезируют в 20 раз больше метионина, в 30 раз — триптофана, в 5 раз — лизина путем добавления в питательную среду токсичных аналогов аминокислот. Для картофеля получены растения, устойчивые к кольцевой гнили.

Доказано, что проведение селекции на клеточном уровне позволяет создавать новые формы растений в 2—4 раза быстрее по сравнению с традиционными способами селекции.

- Соматическая гибридизация

Слияние протопластов – своеобразный метод гибридизации, так называемая парасексуальная, или соматическая гибридизация. В отличие от обычной гибридизации, где сливаются половые клетки (гаметы), в качестве родительских при парасексуальной гибридизации используются диплоидные клетки растений. Внеядерные генетические детерминанты (цитоплазматическая наследственность) у большинства высших растений наследуются в половом процессе строго одноядерно и матерински.

Возможности соматической гибридизации:

– скрещивание филогенетически отдаленных видов растений (организмов), которые невозможно скрестить обычным половым путем;

– получение асимметричных гибридов, несущих генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами, органеллами или цитоплазмой другого;

– слияние трех и более клеток;

– получение гибридов, представляющих сумму генотипов родителей;

– перевод мутаций в гетерозиготное состояние, что позволяет получать жизнеспособные формы при слиянии протопластов, поскольку мутагенез довольно часто дает дефектное по морфогенезу растение;

– получение растений, гетерозиготных по внеядерным генам и др.

Парасексуальная гибридизация важна для анализа  как ядерных генов, так и внеядерных геномов. Цитоплазматический геном кодирует ряд признаков – скорость фотосинтеза, устойчивость к патогенам, абиотическим факторам и т. д. Наличие косегрегация генов (признаки, контролирующие внеядерный геном, сегрегируют совместно)  свидетельствует о физическом сцеплении генов.

Протопласты могут сливаться как попарно, так и в большем количестве. Многоядерные продукты слияния, как правило, разрушаются.