Россия
УДК 631.53.01 Посевной и посадочный материал. Семена
УДК 58.084.1 в искусственно контролируемых условиях, например в лаборатории
С использованием бинарного метода логистической регрессии проведена оценка вероятности формирования каллуса в ходе микроклонального размножения картофеля. Использована среда МС с уровнем ИУК и ГК3 от 1 до 2 мг/л. Максимальная частота каллусогенеза зафиксирована на средах с 1 мг/л ИУК. Повышение уровня ГК3 в среде, имело большее влияние на вероятность каллусогенеза, чем ИУК. Образующиеся каллусы могут быть использованы в клеточной селекции картофеля.
микроклональное размножение, Solanum tuberosum, каллусогенез, 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 (дата обращения: 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. Луговцова С.Ю., Ступко В.Ю. Концентрация и соотношение ИУК и гиббереллинов кислоты как факторы эффективности микроклонального размножения картофеля // Аграрный научный журнал. 2023. №1. С. 32-38.
4. Луговцова С.Ю., Ступко В.Ю., Помыткин Н.С. Концентрации ауксинов и гиббереллиновой кислоты как факторы эффективности микроклонального размножения картофеля // Роль аграрной науки в обеспечении продовольственной безопасности Сибири. Материалы всероссийской конференции с международным участием. Красноярск, 2022. С. 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.
