Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН работают над новыми сортами
пшеницы, устойчивыми к фузариозу колоса, вызванному грибами рода Fusarium. Создание таких сортов с
помощью клеточной биотехнологии сыграет важную роль в повышении продовольственной безопасности и
стабильности сельского хозяйства. Результаты исследования опубликованы в журнале Аграрная наука
Евро-Северо-Востока.
Фузариоз — одно из самых опасных заболеваний пшеницы, которое приводит к
заражению зерна грибковыми токсинами, что делает его непригодным для потребления. Вспышки заболевания
ежегодно фиксируются в различных регионах России. В Красноярском крае заражённость зерна грибом вида
Fusarium sporotrichioides, вызывающим фузариоз, достигает 70 %. Проблема приобретает особое значение,
учитывая сложность борьбы с этим заболеванием.
Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН выводят сорта яровой мягкой
пшеницы, устойчивые к токсинам гриба, вызывающего фузариоз. Для этого они использовали подходы клеточной
биотехнологии. Исследователи работали с каллусными культурами — клетками растений, которые растут в
лабораторных условиях на питательных средах. Исследование проводили с каллусными культурами яровой мягкой
пшеницы сорта Красноярская 12, которая наиболее востребована в Восточной Сибири. Чтобы отобрать наиболее
выносливые клетки, в их питательные среды добавляли токсичные фильтраты культуральных жидкостей грибов
Fusarium sporotrichioides. Метод позволяет выделить клеточные линии, устойчивые к воздействию грибковых
токсинов, что является первым шагом на пути к созданию новых сортов пшеницы.
Одним из ключевых критериев отбора клеток стало сохранение их способности к
делению при воздействии токсина. Специалисты отметили замедление роста каллусов при высокой концентрации
токсинов, где развитие остановилось у большей части клеток. Однако после 42 дней учёные обнаружили, что
каллусные культуры несмотря на высокие концентрации токсинов, продолжают развиваться и восстанавливаются
после первоначальной гибели клеток. Образование областей, содержащих хлоропласты, отвечающие за фотосинтез,
также активизировалось, несмотря на токсическое воздействие. В дальнейшем процессе культивирования, даже на
средах с 40 % содержанием токсинов, часть каллусов продолжала расти, что позволило авторам работы отобрать
наиболее устойчивые линии.
Важным критерием для оценки эффективности отбора устойчивых линий являлся
некроз в исследуемой клеточной культуре под действием токсинов. Некроз начинал развиваться к концу второй
недели, его признаками считались оранжево-коричневая окраска тканей и изменение цвета среды вокруг клеток.
Однако с течением времени, в зонах некроза появились активно делящиеся клетки. Учёные предположили, что
возобновления роста культуры связано с деградацией токсинов в питательной среде со временем. Это позволило
клеткам, сохранившим жизнеспособность, снова начать делиться. Это говорит о том, что клетки, сохранившие
жизнеспособность, прошли селективный отбор, выжив при высоком уровне стресса и выработали устойчивость к
токсину.
Для продолжения эксперимента исследователи пересадили выжившие клетки в свежую
среду с токсином. Предполагалось, что использование свежей среды с токсином поможет поддерживать уровень
стрессового давления на клетки. Однако после пересадки на свежую среду активный рост клеток продолжился. При
этом некроз в тканях также не только не ускорился, а наоборот, пересадка на свежую среду замедлила этот
процесс. Специалисты связали это с повышением концентрации питательных веществ в среде и соответствующим
увеличением способности клеток сопротивляться токсическому воздействию.
«Мы отметили, что к концу третьей недели эксперимента на первичных средах
признаки некроза у культур появляются из-за старения клеток. В результате без смены питательной среды,
отобранные по признаку устойчивости к фильтрату культуральной жидкости гриба клеточные линии могут быть
ошибочно отбракованы из-за некроза вследствие старения культуры. Наша работа показывает важность
оптимальной продолжительности культивирования для успешного отбора клеточных линий. Она может стать
важным шагом в создании новых сортов пшеницы, устойчивых к грибковым заболеваниям. В дальнейшем мы
планируем увеличить селектирующее давление и процент содержания токсина. Следует учесть, что количество
полученных таким образом устойчивых линий снизится, однако, будут отбираться наиболее невосприимчивые к
заболеванию варианты. Создание новых сортов с помощью клеточной биотехнологии станет важным шагом в
повышении продовольственной безопасности и устойчивости сельского хозяйства. Эти исследования открывают
новые горизонты для селекции сельскохозяйственных культур, повышая их толерантность к заболеваниям и
стрессам, что особенно актуально для регионов, подверженных частым эпифитотиям. Внедрение таких методов
в программы селекции позволит значительно снизить потери урожая и повысить качество
зерна», — отмечает Валентина Ступко, кандидат
сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института сельского хозяйства
КНЦ СО РАН.
Источник: КНЦ СО РАН.