Russian Federation
631.53.01
58.084.1
The evaluation of a probability of callus development within potato micropropagation process was conducted with a binary logistic regression method. Media of Murashige-Skoog with levels of IAA and GA3 from 1 up to 2 mg/l were involved. The maximum frequency of callusogenesis was recorded on the media with 1 mg/l IAA. Increasing the GA3 concentration in a medium had a greater effect on the probability of callusogenesis than IAA one. The resulting callus can be used in cell selection of potato.
micropropagation, Solanum tuberosum, callusogenesis, in vitro
Изменение климата требует создания новых сортов продовольственных культур, в частности картофеля, способных поддерживать высокую урожайность в условиях большого числа абиотических и биотических стрессоров. В последнее время отбор сомаклональных вариантов в каллусной культуре картофеля набирает обороты [1] ввиду сложностей, возникающих при традиционных методах селекции картофеля из-за тетраплодности данной культуры. Образование каллуса при тиражировании микрорастений картофеля в программах получения семенного материала является нежелательным, однако, образующийся каллус может быть использован в работах по селекции картофеля. Badoni and Chauhan [2] показали, что низкие дозы ауксинов (нафталилуксусная кислота 0,01 мг/л) с гиббереллиновой кислотой (ГК3) (0,25 мг/л) наилучшим образом подходят для получения проростков картофеля из апикальной меристемы, при этом избегая формирования каллуса. При этом, ранее нами показано, что увеличение гормонов в среде способствует повышению эффективности микроклонального размножения [3].
В настоящей работе проведено исследование влияния уровня индолилуксусной кислоты (ИУК) и ГК3 в среде на базе комплекса солей Мурасиге-Скуга (МС) (таблица 1) на частоту и вероятность формирования каллусной массы.
Таблица 1 Состав сред для клонирования микрорастений картофеля
|
|
Гибберелловая кислота, мг/л |
||
|
ИУК, мг/л |
1 |
1,5 |
2 |
|
1 |
И1Г1 |
И1Г1,5 |
И1Г2 |
|
1,5 |
И15Г1 |
И15Г15 |
И15Г2 |
|
2 |
И2Г1 |
И2Г15 |
И2Г2 |
Растения выращивались в пробирочной культуре по 20 растений на каждом варианте опыта (n=2) при освещенности 3 кЛк, 14 часовом фотопериоде и температуре 22 – 26ºС днем и 18 – 22ºС ночью. Частоту формирования каллуса на разных вариантах сред фиксировали на 28е сутки. Достоверность различий по данному параметру оценивали с применением точного критерия Фишера для двупольных таблиц. Метод бинарной логистической регрессии использовали для анализа влияния уровня фиторегуляторов на вероятность формирования каллуса. Для построения модели использовали пакет R 4.0.4 в среде разработки RStudio 1.4.1103 (2009-2021 RStudio, PBC). Построенные на основании данных прогностические модели имели следующий вид:
Где P – вероятность образования каллуса, xi – значение факторов, измеренное в номинальной или количественной шкале (уровень гормона), β0, βi – коэффициенты регрессии.
На безгормональной среде МС не отмечено случаев формирования каллуса. Максимальная частота дедифференцировки клеток наблюдалась на средах с минимальным уровнем ИУК: И1Г1, И1Г1,5, И1Г2. Наиболее редкими случаи обнаружения каллуса на основании черенков были на средах с 2 мг/л ИУК (И2Г1,5, И2Г2).
Рисунок – Частота формирования каллуса на микрорастениях картофеля in vitro при различных концентрациях ИУК и ГК3 в среде МС. Данные на 28 сутки культивирования. Одинаковыми буквами отмечены варианты не различающиеся между собой согласно точному критерию Фишера при p<0,05.
Для более точной характеристики влияния внесения фиторегуляторов в среду проведен логистический анализ данных частоты формирования каллусов в зависимости от уровня ИУК и ГК3. Также рассчитано экспонированное значение шансов (таблица 2.).
Увеличение уровня ГК3 или ИУК приводила к повышению частоты формирования каллуса. В то время, как одновременное увеличение концентрации этих гормонов сопровождалось снижением вероятности их образования.
Таблица 2 – Параметры логистической регрессии как функции концентраций ИУК и ГК3, влияющих на вероятность формирования каллуса на нижних участках черенка картофеля к 28 дню культивирования.
|
Переменная |
β |
ст.ош. |
exp(β) |
|
Константа |
-3,15 |
0,71 |
0,04 |
|
Концентрация ГК3 |
2,93 |
0,53 |
18,7 |
|
Концентрация ИУК |
2,23 |
0,52 |
9,32 |
|
Концентрация ГК3 и ИУК |
-2,07 |
0,38 |
0,12 |
|
Примечание: все коэффициенты регрессии статистически значимо отличаются от нуля при p<0,01. |
|||
Из данных уравнения регрессии видно, что увеличение уровня ГК3 и ИУК приводит к повышению вероятности формирования каллуса. Причем, при повышении концентрации ГК3 на 1 мг/л при постоянном уровне ИУК шанс формирования каллуса увеличивается значительно больше, чем при аналогичном изменении концентрации ИУК на фоне стабильного уровня ГК3 (в 18,7 и 9,32 раза, соответственно). В то время, как одновременное увеличение концентрации этих гормонов сопровождается снижением вероятности образования каллусов.
Проведенный ROC анализ логистической модели показал статистическую значимость на уровне p<0,01. Площадь под ROC-кривой, характеризующая качество бинарного классификатора составила AUC = 0,65±0,03 с 95% доверительным интервалом 0,60-0,71. При чувствительности 96%, модель, однако имеет низкую специфичность (31%) и объясняет лишь 11% (коэффициент Найджелкерка) изменчивости показателя «вероятность формирования каллуса». В этих условиях необходим поиск других факторов, влияющих на этот процесс.
Несмотря на высокую частоту каллусогенеза на среде И1Г2, а также большое число образуемых на этой среде междоузлий [4] делает её предпочтительной для микроклонального размножения растений. В свою очередь, формируемый в этих условиях каллус может быть использован в работе по сомаклональной селекции картофеля in vitro [5].
1. Adly W.M.R.M., Niedbała G., EL-Denary M.E., Mohamed M.A., Piekutowska M., Wojciechowski T., Abd El-Salam E.-S.T., Fouad A.S. Somaclonal variation for genetic improvement of starch accumulation in potato (Solanum tuberosum) tubers. Plants. 2023. Vol.12. Article number: 232. URL: https://doi.org/10.3390/ plants12020232 (data obrascheniya: 22.01.2024).
2. Badoni A., Chauhan J.S. Effect of growth regulators on meristem-tip development and in vitro multiplication of potato cultivar ‘Kufri himalini’ // Nature and Science. 2009. Vol.7. No.9. P. 31-34.
3. Lugovcova S.Yu., Stupko V.Yu. Koncentraciya i sootnoshenie IUK i gibberellinov kisloty kak faktory effektivnosti mikroklonal'nogo razmnozheniya kartofelya // Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2023. №1. S. 32-38.
4. Lugovcova S.Yu., Stupko V.Yu., Pomytkin N.S. Koncentracii auksinov i gibberellinovoy kisloty kak faktory effektivnosti mikroklonal'nogo razmnozheniya kartofelya // Rol' agrarnoy nauki v obespechenii prodovol'stvennoy bezopasnosti Sibiri. Materialy vserossiyskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Krasnoyarsk, 2022. S. 158-162. DOI: https://doi.org/10.52686/9785604525029_158; EDN: https://elibrary.ru/MMRKQA
5. Vinterhalter D., Dragievi I., Vinterhalter B. Potato in vitro culture techniques and biotechnology // Fruit, Vegetable and Cereal Science and Biotechnology. 2008. Vol.2. Sp.I.1. P. 16-45.
