Везде

RAS BiologyЛесоведение Forest Science

  • ISSN (Print) 0024-1148
  • ISSN (Online) 3034-5359

Selection of Birch Trees Towards Resilience Against High Salinity Based on Cells Heterogeneity in Callus Cultures of an In Vitro Collection

You can
PII
S30345359S0024114825040071-1
DOI
10.7868/S3034535925040071
Publication type
Article
Status
Published
Authors
O.S. Mashkina
  • Affiliation:
    Research Institute of Forest Genetics, Breeding and Biotechnology
    Voronezh State University
T.M. Tabatskaya
  • Affiliation: Research Institute of Forest Genetics, Breeding and Biotechnology
Volume/ Edition
Volume / Issue number 4
Pages
487-501
Abstract
In the context of climate change and increasing soil salinization, research on adaptive breeding is becoming especially relevant. In vitro stress modelling is a promising biotechnological approach to plant selection for resistance to negative environmental factors. The effect of sodium chloride salinization (to simulate salt and osmotic stress) in vitro on the survival, growth, callusogenesis, and morphogenesis of 12 collection clones of Betula pendula L., B. pubescens Ehrh., B. pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti, B. pendula “dalekarlica” (L.f.) was studied. A significant influence of genotype on the survival of explants and their ability to regenerate under salt exposure was demonstrated. It has been established that the use of a 4-fold stepwise (from 0.2 to 1 %) increase in NaCl exposure on a selective nutrient medium without hormones allows differentiating clones by salinity resistance. The highest adaptive capabilities under NaCl-induced salinity were shown by the clones of downy birch, the lowest — by the clones of silver birch. Informative and relatively simple indicators for differentiating clones are the frequency of callus formation and the viability of callus cultures, which characterise the initial and final phases of callus formation and depend on the genotypic characteristics of the original plants. A selective in vitro system is presented, based on the genetic diversity of collection clones (species, varieties, polyploids, mixoploids) and induced cellular heterogeneity of stem callus cultures obtained from the clones most resilient against salinity. The results of the studies confirm the potential of using genetic variability of the initial material under conditions of simulated NaCl stress for selection of birch clones (and lines) adapted to salinity. Three regenerated birch lines selected using selective nutrient media in vitro are promising initial material for adaptive selection.
Keywords
Betula spp. генетическое разнообразие коллекция in vitro каллусные культуры солевой стресс селекция in vitro регенерантные линии солеустойчивость
Date of publication
11.06.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
14

References

  1. 1. Акимов Л.М., Задорожная Т.Н. Особенности распределения трендов температуры воздуха на Европейской территории России и сопредельных государств // Вестник ВГУ. Серия: География. Геоэкология. 2018. № 4. С. 5—14.
  2. 2. Буторина А.К. Цитогенетика хозяйственно-ценных форм карельской березы // Генетика. 1985. Т. XXI. № 7. С. 1192—1198.
  3. 3. Буторина А.К., Тиен Д.Н. Ритмы суточной митотической активности у золотистой фасоли Vigna radiate (L.) R. Wilczek // Цитология. 2008. Т. 50. № 8. С. 729—733.
  4. 4. Виноградова В.В. Волны тепла на Европейской территории России в начале ХХI века // Известия РАН. Серия географическая. 2014. № 1. С. 47—55.
  5. 5. Газизуллин А.Х., Сингатуллин И.К. Состояние березняков возвышенного Заволжья Республики Татарстан после засухи 2010 года // Вестник КазГАУ. 2014. № 2 (32). С. 99—103.
  6. 6. Гродецкая Т.А., Ржевский С.Г., Федулова Т.П., Табацкая Т.М., Машкина О.С. Идентификация генотипов Betula pendula Roth. var carelica и Betula pubescens Ehrn. с использованием микросателлитных маркеров // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018. № 3. С. 121—128.
  7. 7. Дубровная О.В. Селекция in vitro пшеницы на устойчивость к абиотическим стрессовым факторам // Физиология растений и генетика. 2017. Т. 49. № 4. С. 279—292.
  8. 8. Егорова Н.А. Разработка методических основ клеточной селекции лаванды in vitro на устойчивость к NaCl // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2011. № 5 (24). С. 173—179.
  9. 9. Жолобова О.О., Могилевская И.В., Терещенко Т.В., Пугачева А.М., Солонкин А.В. Разработка принципов отбора засухоустойчивых гибридов, форм и клонов тополей в культуре in vitro // BIOAsia-Altai. 2024. Т. 4. № 1. С. 300—303.
  10. 10. Землянухина О.А., Калаев В.Н., Воронина В.С., Епринцев А.Т. Биохимическая адаптация микроклонов вейгелы цветущей “Вариегата” Weigela florida “Variegata” Bunge A.D.C. к соле-и медьиндуцированным стрессам // Сибирский лесной журнал. 2017. № 6. С. 89—101.
  11. 11. Зинатуллина А.Е. Цитофизиологические особенности контрастных типов каллусов in vitro // Успехи современной биологии. 2020. Т. 140. № 2. С. 183—194.
  12. 12. Калашникова E.А. Клеточная инженерия растений. М.: Юрайт, 2020. 333 с.
  13. 13. Кондратьева А.М., Аминева Е.Ю., Табацкая Т.М., Машкина О.С., Федулова Т.П. Динамика экспрессии генов факторов транскрипции DREB клонов тополя и березы in vitro // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2022. № 144. С. 88—94.
  14. 14. Кузнецова Н.Ф. Изменение климата и его влияние на жизненное состояние лесостепных популяций сосны обыкновенной Русской равнины // Лесохозяйственная информация. 2023а. № 2. С. 27—42.
  15. 15. Кузнецова Н.Ф. Генеративная сфера сосны обыкновенной, как индикатор климатически детерминированной смены жизненных состояний популяций // Лесоведение. 2023б. № 3. С. 244—254.
  16. 16. Кузнецова Т.Ю., Титов В.Ф., Ветчинникова Л.В. Влияние кадмия на морфо-физиологические показатели березы in vitro // Известия вузов. Лесной журнал. 2008. № 3. С. 40—45.
  17. 17. Кунах В.А. Пластичность генома соматических клеток и адаптивность растений // Молекулярная и прикладная генетика. Минск: Право и экономика, 2011. № 12. С. 7—14.
  18. 18. Машкина О.С., Табацкая Т.М. Биоресурсная коллекция in vitro как основа для тканевой и клеточной селекции березы // Интродукция, сохранение и использование биологического разнообразия флоры. Минск: Белтаможсервис, 2022. С. 124—127.
  19. 19. Морозова Е.В., Иозус А.П. Особенности сортоиспытания перспективных для защитного орошаемого и богарного лесоразведения видов, гибридов и форм тополей в условиях сухой степи Нижнего Поволжья // Успехи современного естествознания. 2016. № 11 (2). С. 306—310.
  20. 20. Панкова Е.И., Горохова И.Н. Анализ сведений о площади засоленных почв России на конец XX и начало XXI веков // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 103. С. 5—33.
  21. 21. Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. 1995. Т. 37. № 1—2. P. 66—91.
  22. 22. Сергеева Л.Е., Бронникова Л.И. Клеточная селекция с ионами тяжелых металлов для отбора форм пшеницы и кукурузы, устойчивых к осмотическим стрессам // Фактори експериментальної еволюції організмів. 2018. Т. 22. С. 318—322.
  23. 23. Табацкая Т.М., Машкина О.С. Опыт долговременного хранения коллекции ценных генотипов березы с использованием безгормональных питательных сред // Лесоведение. 2020. № 2. С. 147—161.
  24. 24. Табацкая Т.М., Внукова Н.И., Машкина О.С. Ответные реакции березы на воздействие кадмия в условиях in vitro // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2022. № 3. С. 25—37.
  25. 25. Терлецкая Н.В. Неспецифические реакции зерновых злаков на абиотические стрессы in vivo и in vitro. Алматы, 2012. 208 с.
  26. 26. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
  27. 27. Шуплецова О.Н., Щенникова И.Н. Результаты использования клеточных технологий в создании новых сортов ячменя, устойчивых к токсичности алюминия и засухе // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. № 5. С. 623—628.
  28. 28. Allen C.D., Macalady A.K., Chenchouni H., Bachelet D., Mcdowell N. A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risk for forest // Forest Ecology and Management. 2010. V. 259. № 4. P. 660—684.
  29. 29. B4EST. Adaptive breeding for productive, sustainable and resilient forests under climate change [Электронный ресурс]. 2024. URL: http://b4est.eu/ (дата обращения: 25.11.2024).
  30. 30. Chen S., Hawighorst P., Sun J., Polle A. Salt tolerance in Populus: Significance of stress signaling networks, mycorrhization, and soil amendments for cellular and whole-plant nutrition // Environmental and Experimental Botany. 2014. № 107. Р. 113—124.
  31. 31. Cseri A., Borbely P., Poor P., Feher A., Sass L., Jancso M., Penczi A., Radi F., Gyuricza C., Digruber T., Dudits D. Increased adaptation of an energy willow cultivar to soil salinity by duplication of its genome size // Biomass and Bioenergy. 2020. № 140. Р. 105655.
  32. 32. Feher A. Callus, dedifferentiation, totipotency, somatic embryogenesis: what these terms mean in the era of molecular plant biology? // Frontiers in Plant Science. 2019. V. 10. № 536.
  33. 33. Ikeuchi M., Favero D.S., Sakamoto Y., Iwase A., Coleman D., Rymen B. Molecular mechanisms of plant regeneration // Annual Review of Plant Biology. 2019. V. 70. № 1. P. 377—406.
  34. 34. Khudolieieva L., Kutsokon N. In vitro evaluation of salt tolerance of poplars and willows // ScienceRise: Biological Science. 2018. V. 2. № 11. Р. 35—38.
  35. 35. Kruglova N.N., Seldimirova O.A., Zinatullina A.E. In vitro callus as a model system for the study of plant stress-resistance to abiotic factors (on the example of cereals) // Biology Bulletin Reviews. 2018. V. 8. P. 518—526.
  36. 36. Martinez-Beltran J., Manzur C. Overview of salinity problems in the world and FAO strategies to address the problem // Proceedings of the International Salinity Forum. Riverside, California, 2005. P. 311—313.
  37. 37. Mashkina O.S., Amineva E.Yu. Assessment of the ecological and genetic potential of poplar mixoploids in Voronezh oblast // Contemporary Problems of Ecology. 2023. V. 16. № 5. Р. 600—611.
  38. 38. Mashkina O.S., Tabatskaya T.M. Morphogenesis of a dissected birch leaf in vitro culture // Russian Journal of Developmental Biology. 2020. V. 51. № 6. P. 397—409.
  39. 39. Munns R., Tester M. Mechanisms of salinity tolerance // Annual Review of Plant Biology. 2008. № 59 (1). Р. 651—681.
  40. 40. Murashige T., Skoog F. A Revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. V. 15. № 3. P. 473—497.
  41. 41. Nowicka B., Ciura J., Szymańska R., Kruk J. Improving photosynthesis, plant productivity and abiotic stress tolerance — current trends and future perspectives // Journal of Plant Physiology. 2018. V. 231. P. 415—433.
  42. 42. Quadrana L., Etcheverry M., Gilly A., Caillieux E., Madoui M.A., Guy J. Transposition favors the generation of large effect mutations that may facilitate rapid adaption // Nature Communications. 2019. V. 10. № 1. P. 3421.
  43. 43. Rai M.K., Kalia R.K., Singh R., Gangola M.P., Dhawan A.K. Developing stress tolerant plants through in vitro selection — An overview of the recent progress // Environmental and Experimental Botany. 2011. V. 71. № 1. Р. 89—98.
  44. 44. Tabatskaya T.M., Mashkina O.S., Korchagin O.M. In vitro modelling of salinity stress for the selection of stress-tolerant birch lines // E3S Web of Conferences. 2020. V. 224. P. 04013.
  45. 45. Tossi V.E., Martínez Tosar L.J., Laino L.E., Iannicelli J., Regalado J.J., Escandón A.S., Baroli I., Causin H.F., Pitta-Álvarez S.I. Impact of polyploidy on plant tolerance to abiotic and biotic stresses // Frontiers in Plant Science. 2022. V. l3. P. 869423.
  46. 46. Shao F., Zhang L., Wilson I.W., Qiu D. Transcriptomic analysis of Betula halophila in response to salt stress // International Journal of Molecular Sciences. 2018. V. 19. № 11. P. 3412.
  47. 47. Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Effect of cadmium on gemmation and rhizogenesis in karelian birch // Russian Journal of Plant Physiology. 2022. V. 69. № 4. Р. 408—416.
  48. 48. Vuksanovic V., Kovacevic B., Kebert M., Pavlovic L., Kesic L., Cukanovic J., Orlovic S. In vitro selection of drought-tolerant white poplar clones based on antioxidant activities and osmoprotectant content // Frontiers in Plant Science. 2023. V. 14. P. 1280794.
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library