АНДРОГЕНЕЗ РИСА (ORYZA SATIVA L.) IN VITRO
DOI:
https://doi.org/10.26577/eb.2024.v98.i1.01Ключевые слова:
Рис (Oryza sativa L.), андрогенез in vitro, культура пыльников, культура изолированных микроспор, лимитирующие факторы.Аннотация
Рис (Oryza sativa L.) – важная зерновая культура, обеспечивающая питанием более половины населения земного шара и выращиваемая главным образом в тропических и даже в некоторых субтропических странах. В настоящее время гаплоидная биотехнология (гиногенез и андрогенез) используется в селекционной практике как один из инструментов улучшения риса, преимущественно андрогенеза in vitro. Метод культивирования in vitro мужского гаметофита является одним из перспективных биотехнологических подходов в селекционных исследованиях сельскохозяйственных культур, в том числе риса. Преимущество андрогенеза in vitro по сравнению с традиционными методами селекции заключается в возможности быстрого получения гомозиготных константных гибридов 1-го поколения, сохраняющих в генотипе хозяйственно-ценные признаки родительских форм. Этот метод основан на биологическом явлении андрогенеза - образовании из пыльников и клеток микроспор гаплоидного растения-регенеранта, развитие которого переключается с гаметофитного пути на спорофитный. Однако широкое применение этих технологий ограничивается существующими двумя проблемами, связанными с генотипической зависимостью регенерации растений и формированием во многих случаях растений-альбиносов в культуре пыльников in vitro и микроспор риса. Необходимость устранения этих ограничений была и остается. Это требует продолжения исследований в этом направлении по разработке и оптимизации технологии выращивания, предварительной обработки пыльников и состава питательной среды, универсальной для всех генотипов риса. В данном обзоре рассмотрен ряд факторов, влияющих на эффективность андрогенеза риса in vitro.
Библиографические ссылки
Morinaga, T., Fukushima, E. (1931). Preliminary report on the haploid plant of rice, Oryza sativa L. Proc. Imp. Acad. (Tokyo), 383-384. https://doi.org/10.2183/pjab1912.7.383
Niizeki H, Oono K. (1968). Induction of haploid rice plant from anther culture. Proc Jpn Acad. 44, 554–557. https://doi.org/10.2183/pjab1945.44.554
Lantos, C., Jancso, M., Szekely, A., Szaloki, T., Venkatanagappa, S., Pauk, J. (2023). Development of in vitro anther culture for doubled haploid plant production in Indica Rice (Oryza sativa L.). Genotypes. Plants (Basel), 12(9). https://doi.10.3390/plants12091774
Kyum, M., Kaur, H., Kamboj, A., Goyal, L., Bhatia, D. (2022). Strategies and prospects of haploid induction in rice (Oryza sativa). Plant Breeding, 141(1), 1-11. https://doi.org/10.1111/pbr.12971
Tripathy, S.K., Lenka, D., Prusti, A.M., Mishra, D., Swain, D., Behera, S.K. (2019). Anther culture in rice: Progress and breeding perspective / Applied Biological Research. 21(2), 87-104. https://doi:10.5958/0974-4517.2019.00012.0
Patra, S., Mohanty, P., Tripathy, S.K. (2019). Scope of androgenesis for genetic improvement in rice. Emergent Life Sciences Research, 5, 23-28. https://doi.org/10.31783/elsr.2019.512328
Tripathy, S.K. (2018) Anther Culture for Double Haploid Breeding in Rice-a Way forward. Rice Genomics and Genetics 9(1): 1-6. https://doi.10.5376/rgg.2018.09.0001
Mishra, R., Rao, G.J.N. (2016). In-vitro androgenesis in rice: advantages, constraints and future prospects, Rice Science, 23(2), 57-68. https://doi.10.1016/j.rsci.2016.02.001
Huang, C.S., Tsay, H.S., Chern, C.G., Chen, C.C. (1988). Japonica rice breeding using anther culture. Journal of Agriculture Research China. 37(1), 1-8. https://scholars.tari.gov.tw/bitstream/123456789/13524/1/journal_arc_37-1-1.pdf
Bhojwani, S.S., Pande, H., Raina, A. (2001). Factors Affecting Androgenesis in Indica Rice / Delhi, India: Department of Botany, University of Delhi. http://geb.unigiessen.de/geb/volltexte/2003/1238/pdf/FestschriftNeumann_06.pdf
Ruwani, D.M., Mayakudua, G., Silva, T.D. (2018). Anther culture as a supplementary tool for rice breeding. In: Rice Crop - Current Developments. [doi:10.5772/intechopen.76157], 1-15. https://www.intechopen.com/chapters/60519
Mayakaduwa, D.M., Silva, T.D. (2017). A cytological indicator allows rapid assessment of microspore maturity, leading to improved in vitro anther response in Indica rice (Oryza sativa L.). In Vitro Cellular & Developmental Biology: Plant. 53(6), 591-597. DOI: 10.1007/s11627-017-9855-0. https://doi.10.1007/s11627-017-9855-0
Yan, J., Xue, Q., Zhu, J. (1996). Genetic studies of anther culture ability in rice (Oryza sativa). Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 45, 253-258.
Herath, H.M.I, Bandara, D.C., Samarajeewa, P.K., Wijesundara, D.S.A. (2009) Effect of low temperature pre-treatment on anther culture in selected indica, japonica rice varieties and their inter sub specific hybrids. Ceylon Journal of Science (Biological Sciences), 38(1): 11-26.
Foroughi-Wehr, B., Wenzel, G. (1993). Andro- and parthenogenesis. In: Hayward MD, Bosemark NO, Romagosa I, Cerezo M, editors. Plant Breeding-Principles and Prospects. Dordrecht: Springer, 261-277.
Raina, S.K., Zapata, F.J. (1997). Enhanced anther culture efficiency of indica rice (Oryza sativa L.) through modification of the culture media. Plant Breed, 116(4), 305-315. https://doi.10.1111/j.1439-0523.1997.tb01004.x
Niroula, R.K., Bimb, H.P. (2009). Effect of genotype and callus induction medium on green plant regeneration from anther of Nepalese rice cultivars. Asian Journal of Plant Sciences, 8, 368-374.
Germana, M.A. (2011). Anther culture for haploid and doubled haploid production. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 104, 283-300. https://doi.org/10.1007/s11240-010-9852-z
Murashige, T., Skoog F. (1962) "A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures". Physiologia Plantarum, 15 (3): 473–497. https://doi.10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052
Gamborg, O.L., Miller, R.A., Ojima, K. (1968). Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Experimental Cell Research. 50 (1): 151–158. https://doi.10.1016/0014-4827(68)90403-5
Chu, C.C. (1978) The N6 medium and its applications to anther culture of cereal crops. In Proceedings of Symposium on Plant Tissue Culture. Science Press, 43-50
Lentini, Z., Reyes, P., Martinez, C.P., Roca, W.M. (1995). Androgenesis of highly recalcitrant rice genotypes with maltose and silver nitrate. Plant Science, 110, 127-138. https://doi.org/10.1016/0168-9452(95)04180
Gill, R., Kaur, N., Sindhu, A.S., Bharaj, T.S., Gosal, S.S. (2000). Improved methods for anther and pollen culture in rice. Advances in Rice Genetics. Philippines: International Rice Research Institute, 503-505.
Matsushima, T., Kikuchi, S., Takaiwa, F., Oono, K. (1988) Regeneration of plants by pollen culture in rice (Oryza sativa L.). Plant Tissue Culture. 5:78-81. https://doi.10.5511/plantbiotechnology1984.5.78
Zapata-Arias, F.J. (2003). Laboratory protocol for anther culture technique in rice. In: Maluszynski M., Kasha K.J., Forster B.P., Szarejko I., editors. Doubled Haploid Production in Crop Plants, a Manual. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 109-116. https://doi.10.1007/978-94-017-1293-4_17
Gupta, H.S., Borthakur, D.N. (1987). Improved rate of callus induction from rice anther culture following microscopic staging of microspores in iron alum-haematoxylin. Theoretical and Applied Genetics. 74:95-99. https://doi.org/10.1007/BF00290090
Lee, S.T., Huang, W.L. (2014). Osmotic stress stimulates shoot organogenesis in callus of rice (Oryza sativa L.) via auxin signaling and carbohydrate metabolism regulation. Plant Growth Regulation. 73, 193-204. https://doi.org/10.1007/s10725-013-9880-x
Raina, S.K., Irfan, S.T. (1998). High frequency embryogenesis and plantlet regeneration from isolated microspores of indica rice / Plant Cell Reports. 17, 957-962. https://doi.org/10.1007/s002990050517
Shariatpanahi, M.E., Bal, U., Heberle-Borsa, E., Touraeva, A. (2006). Stresses applied for the re-programming of plant microspores towards in vitro embryogenesis. Physiologia Plantarum. 127, 519-534.
Chen, Q.F., Wang, C.L., Lu, Y.M., Shen, M., Afza, R., Duren, M.V., Brunner, H. (2001). Anther culture in connection with induced mutations for rice improvement / Euphytica. 120(3), 401-408. https://doi.org/10.1023/A:1017518702176
Mkuya, M.S., Hua-min, S., Wen-zhen, L., Zong-xiu, S. (2005). Effect of 137Cs gamma rays to panicles on rice anther culture. Rice Science. 12(4), 299-302. http://www.ricesci.org/CN/Y2005/V12/I4/299
Aldemita, R.R., Zapata, F.J. (1991). Anther culture of rice: effects of radiation and media components on callus induction and plant regeneration. Cereal Research Communications 19 (1/2): 9–32. http://www.jstor.org/stable/23783734.
Nakamura, K., Hattori, K. 1997. Effect of 60Co gamma-ray irradiation at different culture stages on rice anther culture. Breeding Sci 47(2): 101-105. https://doi.org/10.1270/jsbbs1951.47.101
