Итоги исследования были опубликованы в журнале "Аграрная наука Евро-Северо-Востока".
Фузариоз является одним из наиболее опасных заболеваний пшеницы, которое приводит к заражению зерна грибными токсинами, делая его непригодным для употребления. Ежегодно в различных регионах России фиксируются вспышки этого заболевания.
В Красноярском крае уровень зараженности зерна грибом Fusarium sporotrichioides, вызывающим фузариоз, достигает 70 %. Учитывая сложность борьбы с этим заболеванием, проблема становится особенно актуальной.
Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН занимаются выведением сортов яровой мягкой пшеницы, которые обладают устойчивостью к токсинам гриба, вызывающего фузариоз.
Для достижения этой цели они применяют методы клеточной биотехнологии. В своих исследованиях ученые работают с каллусными культурами — растительными клетками, которые развиваются в лабораторных условиях на питательных средах.
Основное внимание уделяется каллусным культурам яровой мягкой пшеницы сорта Красноярская 12, который пользуется высоким спросом в Восточной Сибири.
Для отбора наиболее устойчивых клеток в питательные среды добавляются токсичные фильтраты культуральных жидкостей грибов Fusarium sporotrichioides. Этот метод позволяет выделить клеточные линии, которые проявляют стойкость к грибковым токсинам, что является первым шагом в разработке новых сортов пшеницы.
Фото: КНЦ СО РАН.
Одним из основных критериев выбора клеток стало сохранение их способности к делению под воздействием токсина.
Специалисты отметили, что при высокой концентрации токсинов рост каллусов замедлялся, и развитие большинства клеток останавливалось. Тем не менее, спустя 42 дня учёные заметили, что каллусные культуры, несмотря на высокие концентрации токсинов, продолжают развиваться и восстанавливаются после первоначальной гибели клеток. Также наблюдалось активное образование областей с хлоропластами, которые отвечают за фотосинтез, несмотря на токсическое воздействие. В ходе дальнейшего культивирования, даже на средах с 40% содержанием токсинов, часть каллусов продолжала расти, что позволило авторам исследования выделить наиболее устойчивые линии.
Ключевым критерием для оценки эффективности отбора устойчивых линий служил некроз в исследуемой клеточной культуре под воздействием токсинов.
Процесс некроза начинал развиваться к концу второй недели, его признаками были оранжево-коричневая окраска тканей и изменение цвета среды вокруг клеток. Однако со временем в зонах некроза стали наблюдаться активно делящиеся клетки. Исследователи предположили, что восстановление роста культуры связано с деградацией токсинов в питательной среде. Это дало возможность жизнеспособным клеткам вновь начать деление. Таким образом, можно сделать вывод, что выжившие клетки прошли селективный отбор, выдержав высокий уровень стресса и выработав устойчивость к токсину.
Для продолжения эксперимента исследователи переместили выжившие клетки в новую среду с токсином. Предполагалось, что использование свежей среды с токсином поможет поддерживать уровень стрессового воздействия на клетки. Однако после пересадки на новую среду клетки продолжили активно расти. При этом некроз в тканях не только не ускорился, но, наоборот, процесс замедлился. Специалисты объяснили это повышением концентрации питательных веществ в среде, что увеличивало способность клеток противостоять токсическому воздействию.
«Мы наблюдали, что к концу третьей недели эксперимента на первичных средах у культур начинают проявляться признаки некроза, вызванные старением клеток. Это может привести к ошибочному отбору клеточных линий, устойчивых к фильтрату культуральной жидкости гриба, без смены питательной среды, из-за некроза, вызванного старением культуры. Наша работа подчеркивает важность оптимальной продолжительности культивирования для эффективного отбора клеточных линий. Этот процесс может стать ключевым этапом в создании новых сортов пшеницы, устойчивых к грибным заболеваниям. В будущем мы планируем увеличить селективное давление и уровень токсина. Хотя это может привести к снижению числа получаемых устойчивых линий, мы будем отбирать наиболее невосприимчивые к заболеваниям варианты. Создание новых сортов с использованием клеточной биотехнологии станет важным шагом для повышения продовольственной безопасности и устойчивости сельского хозяйства. Эти исследования открывают новые возможности для селекции сельскохозяйственных культур, улучшая их толерантность к болезням и стрессам, что особенно актуально для регионов, подверженных частым эпифитотиям. Внедрение подобных методов в программы селекции позволит значительно уменьшить потери урожая и улучшить качество зерна», — говорит Валентина Ступко, кандидат сельскохозяйственных наук и ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института сельского хозяйства КНЦ СО РАН.
Источник: КНЦ СО РАН.
