Клітинна селекція. Методи клітинної селекції

Один із напрямків клітинних технологій – це використання їх в селекції, який полегшує і прискорює традиційний селекційний процес в створенні нових форм і сортів рослин. Існуючі методи культивування ізольованих клітин і тканин in vitro умовно можна розділити на дві групи.

Перша група – це допоміжні технології, які не замінюють звичайну селекцію, а слугують їй. До них можна віднести: запліднення in vitro (подолання прогамної несумісності), культивування сім’ядолей і незрілих гібридних зародків (подолання постгамної несумісності), отримання гаплоїдів шляхом культивування пиляків і мікроспор, кріозбереження ізольованих клітин, тканин і органів, клональне мікророзмноження віддалених гібридів.

Друга група методів веде до самостійного, незалежного від традиційних методів селекції, отриманню нових форм і сортів рослин: клітинна селекція з використанням каллусної тканини, соматична гібридизація (злиття ізольованих протопластів і одержання нестатевих гібридів), застосування методів генної інженерії.

У віддаленій гібридизації знаходять застосування такі методи культури ізольованих тканин, як запліднення in vitro, ембріокультура (вирощування ізольованих зародків на штучних поживних середовищах), клональне мікророзмноження цінних гібридів, а також одержання гаплоїдів in vitro і кріозбереження.

Запліднення in vitro (подолання прогамної несумісності) проводиться в тому випадку, коли неможливо здійснити запліднення між обраними парами в природних умовах. Це викликано кількома причинами: 1) фізіологічні (невідповідність у часі дозрівання пилку і т. д.); 2) морфологічні (коротка пилкова трубка або блокування її росту на різних етапах розвитку і т.д.).

Запліднення in vitro можна здійснити двома способами: а) культивування на штучному агаризованому поживному середовищі з нанесеним на нього готового пилку; б) зав’язь розтинається і на поживне середовище переносяться шматочки плаценти з сім’ядолями, поблизу яких або безпосередньо на тканині плаценти культивується готовий пилок. Візуально визначити, відбулося запліднення in vitro чи ні, можна по сім’ядолями, які швидко збільшуються у розмірах. Сформований зародок, як правило, не переходить в стан спокою, а відразу проростає і дає початок гібридному поколінню. Плацентарне запліднення in vitro дозволило подолати несумісність в схрещуванні сортів культурного тютюну N. Tabacum з дикими видами N. rosulata і N. debneyi і зробило можливим одержання міжвидових гібридів тютюну в дослідах М.Ф. Терновського та ін. (1976), Шинкаревої (1986).

Постгамна несумісність при віддаленій гібридизації виникає після запліднення. Часто при цьому утворюються щупле, не здатне до схожості насіння. Причиною може бути розходження в часі розвитку зародка і ендосперму. Через слабкий розвиток ендосперму зародок нездатний до нормального проростання. В таких випадках зі зрілої щуплої зернівки ізолюють зародок і вирощують його в поживному середовищі.

Вирощування зародків в штучному поживному середовищі називається ембріокультурою. Середовище для вирощування зрілого зародку може бути простим, без добавок фізіологічно активних речовин (наприклад, середовище Уайта) або будь-яким іншим, яке містить мінеральні солі і сахарозу. При більш віддалених схрещуваннях порушення в розвитку зародка можуть спостерігатися уже на ранніх етапах, що виражається у відсутності диференціації, уповільненому рості. В цьому випадку культура зародку складається з двох етапів – ембріонального росту зародка, під час якого продовжується його диференціація, і проростання підрослого зародка. Для першого потрібне більш складне за складом середовище з підвищеним вмістом сахарози, з добавками різних амінокислот, вітамінів і гормонів.

Застосування ембріокультури в селекції набуває останнім часом велике значення для одержання віддалених гібридів зернових, злакових та інших сільськогосподарських культур. Показана можливість збільшення виходу пшенично-житніх гібридів шляхом дорощування незрілих зародків, а також використання ембріокультури для подолання постгамної несумісності при гібридизації пшениці з колосняком.

Метод ембріокультури знаходе все більш широке застосування в міжвидовій гібридизації овочевих рослинг. Для цибулі розроблені прийоми вирощування in vitro абортивних зародків від гібридного насіння з різних етапів ембріогенезу, вирощування зародків від частково міжвидових гібридів. Культура ізольованих зародків використовується в селекції томатів та інших овочевих рослин.

Досліджена гормональна регуляція росту і розвитку зародків томату in vitro. Обговорюється можливість застосування ембріокультури для одержання віддалених гібридів соняшника, вивчаються фактори, які контролюють ріст і розвиток in vitro зародків соняшника, виділених в різні строки після запилення.

Культура ізольованих зародків як допоміжний метод при віддаленій гібридизації застосовується не лише для подолання постгамної несумісності, але також з метою мікророзмноження цінних гібридів. В цьому випадку мікророзмноження іде шляхом каллусогенезу, індукції морфогенезу і одержання рослин-регенерантів з каллусної тканини. Техніка клонування незрілих зародків дозволяє розмножувати цінні генотипи рослин на ранніх стадіях життєвого циклу. Ще одна можливість застосування культури зародків – застосування її в клітинній селекції.