Анализ генетической идентичности эмбриогенных клеточных линий Larix sibirica

Cover Page
  • Authors: Третьякова И.Н.1, Орешкова Н.В.1,2,3, Пак М.Э.1
  • Affiliations:
    1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”
    2. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”
    3. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Сибирский федеральный университет”
  • Issue: Vol 71, No 6 (2024)
  • Pages: 795-802
  • Section: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
  • URL: https://cardiosomatics.ru/0015-3303/article/view/648268
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0015330324060123
  • EDN: https://elibrary.ru/LWBDSR
  • ID: 648268

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В статье излагаются результаты исследования по генетической идентичности генотипов по 21 микросателлитному локусу дерева-донора, полученной от него эмбриогенной клеточной линии (КЛ6), клонов, выращенных из КЛ6 и эмбриогенной КЛ22.27.1, эксплант (зиготический зародыш) для которой был получен в результате контролируемого опыления клона пыльцой материнского дерева-донора. Проведенное генотипирование по ядерным микросателлитным локусам дерева-донора и КЛ6 показало частичную идентичность выявленных аллелей по большинству исследованных локусов. Изменчивость отдельных локусов в образцах свидетельствует о проявлении отцовского генотипа привнесенной пыльцой, которое неизбежно возникает при свободном опылении. Генотипы образцов хвои клонов полностью соответствовали КЛ6. У КЛ22.27.1. по большинству локусов были выявлены аллели, не встречающиеся в родительских генотипах. Только 2 локуса были идентичны родительским генотипам. Высокая частота мутаций в полученной клеточной линии свидетельствует о ее геномной нестабильности.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. Н. Третьякова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”

Author for correspondence.
Email: culture@ksc.krasn.ru
Russian Federation, Красноярск

Н. В. Орешкова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”; Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Сибирский федеральный университет”

Email: culture@ksc.krasn.ru
Russian Federation, Красноярск; Красноярск; Красноярск

М. Э. Пак

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”

Email: culture@ksc.krasn.ru
Russian Federation, Красноярск

References

  1. Klimaszewska K., Hargreaves C., Lelu-Walter M.A., Trontin J.F. Advances in conifer somatic embryogenesis since year 2000 // In vitro embryogenesis in higher plants. Humana Press, New York, NY. 2016. P. 131. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-3061-6_7
  2. Chen T.T., Wu X.Q., Ye J.R., Shen L.Y., Zhu L.H. Somatic embryogenesis and plantlet regeneration of disease-resistant Pinus massoniana Lamb. // J. Nanjing For Univ. 2019. V. 43. Р. 1.
  3. Peng Ch., Gao F., Wang H., Tretyakova I.N., Nosov A.N., Shen H., Yang L. Morphological and physiological indicators for screening cell lines with high potential for somatic embryo maturation at an early stage of somatic embryogenesis in Pinus koraiensis // Plants. 2022. V. 11. Р. 1867. https://doi.org/10.3390/plants11141867
  4. Trеtyakova I.N., Park M.E. Collecible cell lines of Larix sibirica obtained by somatic embryogenesis and their ability to regenerate // Forest. 2023. V. 14. Р. 1920. https://doi.org/10.3390/f14091920
  5. Park Y.-S. Conifer somatic embryogenesis and multi-varietal forestry. In: Fenning T. (ed) Challenges and Opportunities for the World’s Forests in the 21st Century // Forestry Sciences, Springer, Dordercht. 2014. V. 81. P. 425. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7076-8_17
  6. Bordallo P.N., Silva D.H., Maria J., Cruz C.D., Fontes E.P. Somaclonal variation on in vitro callus culture potato cultivars // HorticBras. 2004. V. 22. P. 300. https://doi.org/10.1590/S0102 -05362 0040002000 27
  7. Iakshmanan V., Venkataramareddy S.R., Neelwarne B. Molecular analysis of genetic stability in long-term micropropagated shoots of banana using RAPD and ISSR markers // Electron J. Biotech. 2007. V. 10. P. 106. https://doi.org/10.2225/vol10-issue1-fulltext-12
  8. Krutovsky K.V., St.Clair J.B., Saich R., Hipkins V.D., Neale D.B. Estimation of population structure in coastal Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco var. menziesii) using allozyme and microsatellite markers // Tree Gen. Gen. 2009. V. 5. P. 641. https://doi.org/10.1007/s11295-009-0216-y
  9. Echt C.S., Saha S., Krutovsky K.V., Wimalanathan K., Erpelding J.E., Liang Ch., Nelson C.D. An annotated genetic map of loblolly pine based on microsatellite and cDNA markers // BMC Genetics. 2011. V. 12. Р. 1. https://doi.org/10.1186/1471-12-1
  10. MacKay J.J., Becwar M.R., Park Y.-S., Corderro J.P., Pullman G.S. Genetic control of somatic embryogenesis initiation in loblolly pine and implications for breeding // Tree Gen. Gen. 2006. V. 2. P. 1. https://doi.org/10.1007/s11295-005-0020-2
  11. Carneros E., Celestino C., Klimaszewska K., Park Y.S., Toribio M., Bonga J.M. Plant regeneration in Stone pine (Pinus pinea L.) by somatic embryogenesis // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2009. V. 98. P. 165. https://doi.org/10.1007/s1124 0-009-9549-3
  12. Xia X.R., Yang F., Ke X., Chen Y.M., Ye J.R., Zhu L.H. Somatic embryogenesis of masson pine (Pinus massoniana): initiation, maturation and genetic stability analysis at SSR loci // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2021. V. 145. P. 667. https://doi.org/10.1007/s11240-021-02036-z
  13. Третьякова И.Н. РФ Патент 2456344. 2012.
  14. Третьякова И.Н., Пак М.Э., Орешкова Н.В., Падутов В.Е. Регенерационная способность клеточных линий лиственницы сибирской в культуре in vitro // Известия РАН. Серия биол. 2022. N. 6. P. 585. https://doi.org/10.31857/S10263470220 50195
  15. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue // Focus. 1990. V. 12. P. 12.
  16. Isoda K., Watanabe A. Isolation and characterization of microsatellite loci from Larix kaempferi // Mol. Ecol. 2006. V. 6. P. 664. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2006.01291.x
  17. Chen C., Liewlaksaneeyanawin C., Funda T., Kenawy A., Newton C.H., El-Kassaby Y.A. Development and characterization of microsatellite loci in western larch (Larix occidentalis Nutt.) // Mol. Ecol. Resources. 2009. V. 9. P. 843. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2008.02289.x
  18. Орешкова Н.В., Бондар Е.И., Путинцева Ю.А., Шаров В.В., Кузьмин Д.А., Крутовский К.В. Разработка ядерных микросателлитных маркеров с длинными (трех-, четырех-, пяти- и шестинуклеотидными) мотивами для трех видов лиственницы на основе полногеномного de novo секвенирования лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) // Генетика. 2019. Т. 55. С. 418. https://doi.org/10.1134/S1022795419040094
  19. Krutovsky K.V., Tretyakova I.N., Oreshkova N.V., Pak M.E., Kvitko O.V., Vaganov E.A. Somaclonal variation of haploid in vitro tissue culture obtained from Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) megagametophytes for whole genome de novo sequencing // In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2014. V. 50. P. 655. https://doi.org/10.1007/s11627-014-9619-z
  20. Burg K., Helmersson A., Bozhkov P., Von Arnold S. Developmental and genetic variation in nuclear microsatellite stability during somatic embryogenesis in pine // Exp. Bot. 2007. V. 58. P. 687. https://doi.org/10.1093/jxb/erl241
  21. Marum L., Rocheta M., Maroco J., Oliveira M., Miguel C. Analysis of genetic stability at SSR loci during somatic embryogenesis in maritime pine (Pinus pinaster) // Plant Cell Rep. 2009. V. 28. P. 673. https://doi.org/10.1007/s00299-008-0668-9
  22. Aronen T.S., Krajnakova J., Haggman H., Ryynanen L.A. Genetic fidelity of cryopreserved embryogenic cultures of open-pollinated Abies cephalonica // Plant Sci. 1999. V. 142. P. 163.
  23. Endemann M., Hristoforoglu K., Stauber T., Wilhelm E. Assessment of age-related polyploidy in Quercus robur L. somatic embryos and regenerated plants using DNA flow cytometry // Biol. Plant. 2001. V. 44. P. 339. https://doi.org/10.1023/A:1012426306493
  24. Lopes T., Pinto G., Loureiro J., Costa A., Santos C. Determination of genetic stability in long-term somaticembryogenic cultures and derived plantlets of cork oak using microsatellite markers // Tree Physiol. 2006. V. 26. P. 1145. https://doi.org/10.1093/treephys/26.9.1145
  25. Fourre J.L., Berger P., Niquet L., André P. Somatic embryogenesis and somaclonal variation in Norway spruce: morphogenetic, cytogenetic and molecular approaches // Theor. Appl. Genet. 1997. V. 94. P. 159. https://doi.org/10.1007/s001220050395
  26. Von Aderkas P., Bonga J.M. Formation of haploidembryoids of Larix decidua: early embryogenesis // Amer. J. Bot. 1988. V. 75. P. 690. https://doi.org/10.1002/ j.1537-2197.1988.tb13491.x
  27. Von Aderkas P., Anderson P. Aneuploidy and polyploidization in haploid tissue cultures of Larix decidua // Physiol. Plant. 1993. V. 88. P. 73. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1993.tb01762.x
  28. Von Aderkas P., Klimaszewska K., Bonga J.M. Haploidand diploid embryogenesis in Larix leptolepis, L. deciduaand their reciprocal hybrids // Can. J. For. Res. 1990. V. 20. P. 9.
  29. Lelu M.A. Variations morphologiques et genetiqueschez Picea abies obtenues apres embryogenese somatique // Annales de Recherches Sylvicoles. Association Foret-Cellulose. 1987. Р. 35.
  30. Salajova T., Salaj J. Somatic embryogenesis in European black pine (Pinus nigra Arn.) // Biol. Plant. 1992. V. 4. P. 213.
  31. O’Brien E.W., Smith D.R., Gardner R.C., Murray B.G. Flow cytometric determination of genome size in Pinus // Plant Sci. 1996. V. 115. P. 91.
  32. Von Aderkas P., Pattanavibool R., Hristoforoglu K., Ma Y. Embryogenesis and genetic stability in long term megagametophyte-derived cultures of larch // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2003. V. 74. P. 27. https://doi.org/10.1023/A:1024614209524
  33. Третьякова И.Н. Эмбриология хвойных Новосибирск: Наука Сибирское отделение. 1990. 283 с.
  34. Mo L.M., von Arnold S., Lagererantz U. Morphogenic and genetic stability in long-term embryogenic cultures and somatic embryos of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) // Plant Cell Rep. 1989. V. 8. P. 375. https://doi.org/10.1007/BF00270072
  35. Eastman P., Webster F.B., Pitel J.A., Roberts D.R. Evaluation of somaclonal variation during somatic embryogenesis of interior spruce (Picea glauca engelmanii complex) using culture morphology and isozyme analysis // Plant Cell Rep. 1991. V. 10. P. 425. https://doi.org/10.1007/BF00232617
  36. Tremblay L., Levasseur C., Tremblay F.M. Frequency of somaclonal variation in plants of black spruce (Picea mariana Pinaceae) and white spruce (P. glauca Pinaceae) derived from somatic embryogenesis and identification of some factors involved in genetic instability // Am. J. Bot. 1999. V. 86. P. 1373. https://doi.org/10.2307/2656920
  37. Harvengt L., Trontin J. F., Reymond I., Canlet F., Pâques M. Molecular evidence of true-to-type propagation of a 3-yearold Norway spruce through somatic embryogenesis // Planta. 2001. V. 213. P. 8. https://doi.org/10.1007/s004250100628
  38. Yang F., Xia X.R., Ke X., Ye J., Zhu L.H. Somatic embryogenesis in slash pine (Pinus elliottii Engelm): improving initiation of embryogenic tissues and maturation of somatic embryos // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2020. V. 143. P. 159. https://doi.org/10.100s1124 0-020-01905-315
  39. Пак М.Э., Горячкина О.В., Третьякова И.Н., Муратова Е.Н. Цитогенетическая характеристика разновозрастных эмбриогенных клеточных линий, полученных через соматиеский эмбриогенез у Larix sibirica Ldeb. // Сибирский экологический журнал. 2023. T. 5. С. 715. https://doi.org/10.15372/SEJ20230512
  40. Tretyakova I.N., Park M.E., Ivanitskaya A.S., Oreshkova N.V. Peculiarities of somatic embryogenesis of long-term proliferating embryogenic cell lines of Larix sibirica in vitro // Russ. J. Plant Physiol. 2016. V. 63. P. 800. https://doi.org/10.1134/S10214437160 50137

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The scheme of accessories of the studied samples.

Download (98KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Somatic embryos (SZ) of Siberian larch (CL22.27.1) at different stages of ontogenesis: (a) – globular SZ on the medium for proliferation, (b) – differentiated cotyledonous SZ on the medium for maturation, (c) – 14-day regenerants on the medium for germination.

Download (163KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences