4
This article was downloaded by: [University of Sheffield] On: 15 November 2014, At: 02:58 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Biotechnology & Biotechnological Equipment Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/tbeq20 БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА Б. Барнабас a , Г. Ковач a , Б. Барнабас b , Г. Ковач b , B. Barnabas c & G. Covacs c a Селскостопански научноизследователски институт към Унгарската академия на науките, Мартонвасар b Сельскохозяйственный научно-исследовательский институт Венгерсюй академии наук, Мартаивасар c Agricultural Research Institute - Hungarian Academy of Sciences Published online: 15 Apr 2014. To cite this article: Б. Барнабас, Г. Ковач, Б. Барнабас, Г. Ковач, B. Barnabas & G. Covacs (1990) БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА, Biotechnology & Biotechnological Equipment, 4:1, 14-16, DOI: 10.1080/13102818.1990.10819319 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/13102818.1990.10819319 PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) contained in the publications on our platform. Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Versions of published Taylor & Francis and Routledge Open articles and Taylor & Francis and Routledge Open Select articles posted to institutional or subject repositories or any other third-party website are without warranty from Taylor & Francis of any kind, either expressed or implied, including, but not limited to, warranties of merchantability, fitness for a particular purpose, or non-infringement. Any opinions and views expressed in this article are the opinions and views of the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon and should be independently verified with primary sources of information. Taylor & Francis shall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Terms & Conditions of access and use can be found at http://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions It is essential that you check the license status of any given Open and Open Select article to confirm conditions of access and use.

БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА

  • Upload
    g

  • View
    259

  • Download
    3

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА

This article was downloaded by: [University of Sheffield]On: 15 November 2014, At: 02:58Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: MortimerHouse, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

Biotechnology & Biotechnological EquipmentPublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tbeq20

БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА ИПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ ВСЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТАБ. Барнабасa, Г. Ковачa, Б. Барнабасb, Г. Ковачb, B. Barnabasc & G. Covacsc

a Селскостопански научноизследователски институт към Унгарската академия нанауките, Мартонвасарb Сельскохозяйственный научно-исследовательский институт Венгерсюйакадемии наук, Мартаивасарc Agricultural Research Institute - Hungarian Academy of SciencesPublished online: 15 Apr 2014.

To cite this article: Б. Барнабас, Г. Ковач, Б. Барнабас, Г. Ковач, B. Barnabas & G. Covacs (1990)БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА,Biotechnology & Biotechnological Equipment, 4:1, 14-16, DOI: 10.1080/13102818.1990.10819319

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/13102818.1990.10819319

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE

Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”)contained in the publications on our platform. Taylor & Francis, our agents, and our licensors make norepresentations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purposeof the Content. Versions of published Taylor & Francis and Routledge Open articles and Taylor & Francisand Routledge Open Select articles posted to institutional or subject repositories or any other third-partywebsite are without warranty from Taylor & Francis of any kind, either expressed or implied, including,but not limited to, warranties of merchantability, fitness for a particular purpose, or non-infringement.Any opinions and views expressed in this article are the opinions and views of the authors, and are notthe views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon andshould be independently verified with primary sources of information. Taylor & Francis shall not be liablefor any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilitieswhatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arisingout of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Terms & Conditions ofaccess and use can be found at http://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions It is essential that you check the license status of any given Open and Open Select article toconfirm conditions of access and use.

Page 2: БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА

, БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА

Б. Барнабас, Г. Ковач Селскостопански научноизследователски институт към Унгарската академия на науките, Мартаивасар

Първична функция на гаметофитните поколения при висшите растения е предавапето на генетична

информация на еледващите спорофитин поколения. В процеса на опрашването мъжките гаметофити

играят по-активна роля от женските. За тази функция те имат високоспециализирана структура. В

жизнения си цикъл мъжките гаметофити са независими от спорофитяте и развитпето им се съпрово­

жда с интензивна конкуренция на гамети по време на процеса на опрашването, пониквапето на прашеца

и двойното оплождане (12). Качеството на мъжките гамети е съществено за процеса на оплождане, ка­то и пай-малките им количества влияят върху успеха на мъжката трансмисия (17). Изучаванета на

морфологичните, физиологичните и генетичните характеристики на прашеца има голямо значение за

важните в стопанско отношение растителип видове. Биологпята му играе роля при манипулиранета на

растителпата плодна плазма за нуждите на селекцията. Поради необходимостта от запазване на цве­

тния прашец за генетични цели и изследвания е интересно изучаванетона неговата жизнеспособност.

Съществува огромен брой растения, за които е желателно да се създадат подходящи методи за

съхранение на цветния им прашец. Тези методи имат специфично значение за техниката на хибриди­

зация, особено при растенията, при които той е нетраен.

Запазването на цветния прашец е необходимо за следните цели:

- за хибридизация на растения, които цъфтят по различно време и на различии места;

-за запазване на плодпата плазма в банки за генетични нужди и за международен обмен. Банките

за цветен прашец са иконамичии и компактни.

Съвременните постижения в генетичните, биохимичните и биотехнологичните методи за манипу­

лиране на растителип клетки могат да бъдат приложени и за цветния прашец. За тези манипулации

(изолация на полови клетки, ДНК- трансформации и др.) е необходимо да има наличие от жизнеспо­собен, функционален прашец.

В нашата лаборатория е разработен метод за дългосрочно съхранение на полен от царевица и ръж.

Той включва контролирана процедура за дехидратация, следвана веднага от дълбоко замразяване в

течен азот. С помощта на криопрезервацията жизнеспособността на цветнии прашец се запазва до 10 годпни и той може ефективно да се използва за опрашване. Оплодителната му способноет варира между

30 и 50%. Оцепката на нивото на критичната хидратация на цветнии прашец по отношение на неговата съхрвняемост е дадена за първи път в (1-3). Последните изисквания в областта на молекулпата генетика на цветнии прашец показват, че някои от гените, експресирани в него, се експресират и в сапрофитяте

(8,16,19). Някои автори съобщават за съществуването на положителна корелация между характеристи­ките на цветния прашец и родителските сапрофити. Тичинките на редица генотипове са толерантни

към .неподходящи условия - ниски или високи температуря, засоленост, аграхимически препарати

или патотоксини. Доказано е, чете могат да покълват при тези условия (13,15,18,20). Големнят размер на популацията (броят на тичинките, продуцирани от всяко растение) в комбинация с хаплоидните генеmчни сиетеми може да даде немалко възможности при селекцията на ниво цветен прашец (9,10). Пряк;О(Го излагане на полена на стресовите въздействия на околната среда причинява пром~ни в гене­

тична'l'а фреквенция (честота) поради селекционния натиск. Подходящо е последователната селекция на цветния прашец да се прилага за подобряване на стопанеките показатели. Ние включихме in vivo и in vitro стратегпята на селекцията на цветния прашец в изследователската си програма (4). Някои

14

Dow

nloa

ded

by [

Uni

vers

ity o

f Sh

effi

eld]

at 0

2:58

15

Nov

embe

r 20

14

Page 3: БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА

методологичии стъпки при криопрезервацията представляват стресови въздействия на околната среда

върху полена. Ефектът от тях върху популацията се изразява в преместване от 3:1 сегрегации, ако използваме Wxjwx растения като допори. Използването на генетичен материал, съдържащ идентифи­цирани транспозони за третиране на цветния прашец, показва, че благодарение на стресовите условия

активацията на транспозовите нараства. Съхранението на прашец от царевица при -1°С или 4°С е

достатъчно като третиране, за да се селекционира популация, толерантна към писки температури. Се­

мената от такъв прашец попикват по-рано, в по-голям брой и при по-писки температури в сравнение

с контролните. По времена съхраняването на студено по-толерантните тичинки от популацията пре­

живяват и предават своята толерантноет на еледващите поколения. В заключение можем да кажем, че

селекцията на равнището на полен представлява един нов и важен инструмент за размножаването и

може лесно да се интегрира с други генетични програми.

Техниките на клетъчно култивиране дават възможност да се комбинират iн vivo и in vitro ма­нипулациите с конвенционалните селекционни методи. Това може да осигури голям потенциал за

модификация на генетични структури на растителни популации. Прилагапето на препокриването и

експресията на гените на гаметофити и спорофити е възможност да се осъществява повтаряща се селек­

ция в хаплоидни и диплоидни фази на развитие в in vivo и in vitro условия, което включва различии генетични манипулации върху гамети, клетки, протопласти, калуси и раститепни нива. За реали­

зацията на тази стратегия са необходими ефективни техники за тъканно култивиране.Една от тях е

техниката на антерните култури. Намирапето на жизнеспособни хаплоидни растения и удвояването

на техните хромозоми означава, че хомозиготните растения могат да бъдат получениведно поколение.

Дублираните хаплоиди позволяват:

- получаване на стриктно хомозиготни линии с възможно хомогенно поколение;

- значително пестене на време за получаване на хомозиготни линии;

- пряк подбор наиндивидите за генетични характеристики.

Хаплоидите могат да бъдат полезни като генетичен материал и за изследване на мутагенезата -рецесивните мутанти лесно се определят на фенотипно ниво.

През последните години получените хаплоиди са успешно индуцирани в някои житии растения

(5,6,11). За разработването на ефективна техника на антерните култури ние възприехме метода на Onyang и сътр. (11). С използването на Potato- 2 ередата и създаването на оптимални условия за пше­ничните антери са получени голямброй хаплоидни зелени растения от различии генотипове. Високата

индукция на калус (до 82%) и капацитетът за регенерация на зелените растения (до 62%) на някои ге­нотипове (5) направиха възможно изучаването на процеса на андрогенеза и морфогенеза in vitro на хаплоидни растения. Съвременните цитологичии и хистологични методи и електронната микроско­

пия помогиаха за по-доброто разбиране на процесите на развитие, които протичат в in vitro условия на култивиране (4). Нашият метод за антерните култури при пшеницатаевключен в стратегиятаза селек­ция на пшеницата, разработсна от Селскостопанския научноизследователски институт на Унгарската

академия на науките.

Все още са ограничени постиженията в областта на антерните култури при царевицата и в разра­

ботката на по-ефективни и по-малко вредни методи на редиплоидизация за пшеничени хаплоиди.

По-важните направления на нашата изследователска програма са следните:

1. Изследванията по характеризиранета и изолиравето на растителни полови клетки представлява нова облает в клетъчната биология и дават нова концепция за двойното оплождане при цъфтящите

растения.

2. Диморфизмът на мъжките полови клетки и неслучайното оплождане сенаблюдават в различии растителни видове (7). Това са успешни опити за изолиране на жизнеспособни полови клетки от поле­на. На тази база е създаден вече нов подход към физиологпята на оплождането. Цел на разработката

е контрола при производството на семена, получени чрез iн vitro оплождане. Изолирапето на мъжки полови клетки дава възможност за модифициране на мъжкия генетичен материал, например за ДНК­

трансформации. Имаме предваритепни данни по изолирането на такива клетки от пшеница и ръж (7) и ще бъде паправен опит за съхраняването им в течен азот.

15

Dow

nloa

ded

by [

Uni

vers

ity o

f Sh

effi

eld]

at 0

2:58

15

Nov

embe

r 20

14

Page 4: БИОТЕХНОЛОГИЯ НА ПОЛЕНА И ПРАКТИЧЕСКОТО И ПРИЛОЖЕНИЕ В СЕЛЕКЦИЯТА НА РАСТЕНИЯТА

3. Друга облает, в която започваме изследвания, е ДН:К-трансформацията на цветен прашец. Ако полена може да се използва като естествен вектор, тогава ДН:К-трансформираните зародиши ще бъдат

получени чрез естествения процес на оплождането.

Тези изследвания показват, че напредъкът, койтое постигпат в структуренифункционален а.спект

по отношение на биологията на полена е само начало. Те доказват, четой има потенциални възможности

в практическата биотехнология.

ЛИТЕРАТУРА 1. Barnabas, В. - Les Colloques de l'INRA, 1984, N! 21, 429-434 2. Barnabas, В., Е. Rajki. - Euphytica, 25, 1976, 747-752. 3. Barnabas, В., Е. Rajkl. - Ann. Bot., 48, 1981, 861-864. 4:. Barnabas, В., G. Kovacs. - ln: Plant sperm cells (Н. У. Wilms, С. J. Keijzer, Eds.), Wageningen, PUDOC, 1988. 5. Clapham, D. Н. ln: Plant Cell Tissue and Organ Culture (J. Reinert, Y.P.S. Bajaj, Eds.), Berlin, Springer-Verlag, 1977, 279-289. 6. Heberle - Bors, Е. - Theor. Appl. Genet., 71, 1985, 361-374. 7. Knox, R.B., M.B.Singh, - Ann. Bot., 60, 1987, 15-37. 8. Mascarenhas, J. Р., J. S. Stison, R. Р. Willing. ln: Biotechnology and Ecology of Pollen (D. L. Mulcahy, G. В. Mulcahy, Е. Ottaviano, Eds.), Berlin, Springer- Verlag, 1986, 38-44. 9. Mulcahy,D.L.,G.B.Mulcahy. ln. Pollen: Biology and lmplications for Plant Breeding (D. L. Mulcahy, Е. Ottaviano, Eds.), New York,Elsevier Biomedical,XV-XVII. 10. Mulcahy, D. L., G. В. Mulcahy. - American Scien­tist, 75, Jan. - Feb., 1987, 44-50. 11. Ouyang,J. In: Haploids of Higher Plants in vitro (H.Hu., H.Yang, Eds.), Berlin, Springer-Verlag, 1986, 26-41. 12. Pfahler, Р. L. In: Maize breeding and genetics (D. В. Walden, Ed.), New York, Wiley, 1978, 517-530. 13. Sacher, R. F., D. L. Mulcahy, R. С. Staples. In. Pollen: Biology and lmplications for Plant Breeding. (D. L. Mulcany, Е. Ottaviano, Eds.), New York, Elsevier Biomedical, 1983, 329-334. 14. Sari Gorla, М., С. Frova, G. Binelli, Е. Ott~tviano. - Theor. Appl. Genet., 69, 1986, 567-602. 15. Smith, G. А., Н. S. Moser. In "liitro sporophytic screen­ing and gametophytic verification of herЬicide tolerance in su­garbeet, Agronomy Abstarcts, 1984, 88. 16. Tanksley, S. D., D. Zamir, С. М. Rick. - Science, 213, 1981, 453-455. 17. Ter- Avanesian, D, V. - Theor. Appl. Genet., 52, 1978, 77-79. 18. Walden, D. В., R. 1. Greyson. ln: Biotechnology and Ecology of Pollen, (D. L. Mulcahy, Е. Ottaviano, Eds.), Berlin, Springer- Verlag, 1986, 139-145. 19. Willing, R. Р., J. Р. Mascarenhas. - Plant Phisiolo­gy, 75, 1984, 865-868. 20. Zamir, D., S. D. Tanksley, R. А. Jones. - Genetics, 101, 1982, 129-137.

16

БИОТЕХНОЛОГИЯ ПЫЛЬЦЫ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ

Б. Барнабас, Г. Ковач

Сельскохозяйственный научно-исследовательский институт Венгерсю>й академии наук, Мартаивасар

(РЕЗЮМЕ)

Показано, что исследования структурного и функционал­

ьного аспекта в отношении биологии пыльцы находятся

еще в начальной стадии. Доказаны ее потенциальные во­зможнос·,·и в практической биотехнологии.

Метод антерных культур nшеницы включен в страте­гию селекции пшеницы, разработанную Сельскохозяйст­

венным научно - исследовательским институтом Венгер­ской академии наук. Что касается успехов в использова­нии антерных культур кукурузы, а также в разработке

более еффективных и менее вредных методов редиплои­

дизации пшеничных гаnлоидов, то они пока незначител­

ьны.

POLEN BIOTECHNOLODY AND ITS UTILIZATION FOR CROP IMPROVEMENT

B.Barnabas, G.Covacs Agricultural Research lnstitute - Н ungarian Academy of Sciences

(SUMMAR.Y)

The brief consideratioп of some aspects of polen Ьiology indi­cate:~ that the progress made so far in the field of structural and functional aspects of polen is just the beginning. The new discGveries have brought about the realization that polen has potentional application in practical Ьiotechnology.

The method for wheat anther culture has already been in­corporated into the wheat breeding strategies in Agricultural Res•.arch lnstitute.

Limited progress has been made in the laboratory of insti­tute iп maize anther culture and in elaboration of more effective and less harmful rediploidizing methods for wheat haploids.

Dow

nloa

ded

by [

Uni

vers

ity o

f Sh

effi

eld]

at 0

2:58

15

Nov

embe

r 20

14