|
|
|
|
Важнейшие результаты фундаментальных исследованийИзучены физиологические особенности андрогенеза in vitro (андроклинии) у пшеницы. Установлена зависимость индукции формирования андроклинных структур (эмбриоидов и каллусов) in vitro от концентрации экзогенного фитогормона 2,4-Д в питательной среде; в свою очередь, концентрация экзогенного фитогормона коррелирует с уровнем (количеством и качеством) эндогенных фитогормонов. Проведен цито-гистологический анализ состояния пыльников пшеницы как сложных
интегрированных систем в начальные этапы культивирования, до визуального
проявления андроклинных структур на поверхности пыльника. Выявлена критическая
фаза развития микроспоры. Показано принципиальное сходство цитологического
статуса морфогенной микроспоры и зиготы. При сравнительном исследовании этапов морфогенеза in vitro андроклинного эмбриоида и зиготического зародыша пшеницы показаны как принципиальное сходство (становление полярности, клеточная дифференциация, наличие одинаковых фаз развития и одинаковых органов), так и специфика (гетерохрония прохождения фаз развития) этих типов морфогенеза. Выявлено, что начиная с формирования проростков гетерохрония постепенно нивелируется, и далее андроклинные растения-регенеранты проходят фенофазы развития, сходные по последовательности и длительности с фенофазами растений зиготического происхождения. Впервые с использованием метода трансмиссионной электронной микроскопии проведено сравнительное исследование генезиса in vitro пластид зеленых и альбиносных андроклинных растений-регенерантов пшеницы. Показано, что дифференциация пластид в хлоропласты определяется длительностью стрессового холодового воздействия. На основании данных иммуноферментного анализа показана зависимость регенерационной способности андроклинных каллусов пшеницы от баланса эндогенных (в составе каллуса) и экзогенных (в составе питательной среды) фитогормонов (ИУК, кинетина, АБК). Выявлены пути морфогенеза in vitro клеток андроклинных каллусов: эмбриоидогенез, гемморизогенез, геммогенез, ризогенез, гистогенез. Методами световой и электронной (сканирующей и трансмиссионной) микроскопии исследованы цито-гистологические особенности выявленных путей морфогенеза. На основании морфологических и цито-гистологических данных показано принципиальное сходство регенерации плодоносящих растений пшеницы путем гемморизогенеза in vitro андроклинных каллусов и развития растений пшеницы путем морфогенеза зиготических зародышей. Детально изучен гемморизогенез как путь морфогенеза андроклинных каллусов, ведущий к регенерации плодоносящих растений пшеницы в экспериментальных условиях in vitro и ex vitro. На основании исследований развития зародыша яровой мягкой пшеницы разработана удобная в биотехнологической практике периодизация эмбриогенеза. Обосновано значение каждой из выделенных стадий в эмбриогенезе пшеницы. Выявлено, что начало морфогенному каллусу яровой мягкой пшеницы в условиях in vitro дает зародыш, находящийся в подстадии 3 стадии органогенеза. Компетентность такого зародыша к формированию морфогенного каллуса обусловлена его цито-гистологическим статусом – наличием органов на ранней стадии развития, содержащих значительное количество меристематических недифференцированных клеток. Клетки каллусов зародышевого происхождения, в зависимости от концентрации синтетического гормона 2,4-Д в питательной среде и продолжительности культивирования, реализуют свой морфогенетический потенциал в условиях in vitro двумя путями морфогенеза: 1. соматический эмбриогенез (формирование соматических зародышей); 2. органогенез (геммогенез – формирование почки, ризогенез – формирование корня, гемморизогенез – формирование почки и корня). К формированию полноценных растений-регенерантов ведут соматический эмбриогенез и органогенез по типу гемморизогенеза. Изучены пути морфогенеза in vitro (cоматический эмбриогенез и гемморизогенез) в каллусах пшеницы зародышевого происхождения, ведущие к формированию растений-регенерантов. Установлено, что соматический зародыш как изначально биполярная структура формируется в толще каллуса из эмбриоидогенного клеточного комплекса. Гемморизогенная структура (термин предложен впервые) формируется в два этапа: сначала из субэпидермально расположенных клеток каллуса формируется почка, затем из клеток, расположенных в толще каллуса, формируется корень; постепенно почка и корень объединяются в единую биполярную структуру путём формирования между ними сосудистой системы. На основе впервые проведенного исследования устьичного аппарата регенерантов пшеницы, полученных in vitro, предложен эффективный способ их постепенной адаптации к условиям ex vitro. Сравнительный цитологический анализ устьиц адаптированных регенерантов и интактных донорных растений продемонстрировал их морфологическое сходство при меньших размерах устьиц регенерантов (совместно с лабораторией физиологии растений). Изучены морфогенез генеративных органов и зародыша, элементы репродуктивной биологии ряда редких и находящихся под угрозой исчезновения эндемичных и реликтовых видов рода остролодочник из флоры Южного Урала (совместно с лабораторией геоботаники и охраны растительности). Важнейшие результаты прикладных разработок
На основе метода культуры in vitro пыльников пшеницы разработана биотехнология стабильного получения в короткие сроки гомозиготных андроклинных дигаплоидных (АДГ) линий яровой мягкой пшеницы как исходного селекционного материала по ускоренному выведению конкурентоспособных сортов для климатических условий Южного Урала (совместно с лабораторией эмбриологии и репродуктивной биологии БИН РАН).
Андроклинные дигаплоидные линии используются в селекционно-генетических программах лаборатории селекции яровой пшеницы Селекционного центра по растениеводству Башкирского НИИ СХ РАСХН согласно договорам о творческом содружестве. Заведующий лабораторией – к.с.-х.н. В.И. Никонов.
На основании эмбриологических и цитофизиологических данных оптимизирован регламент биотехнологии получения растений-регенерантов пшеницы в культуре in vitro каллусов, полученных из разновозрастных зародышей (совместно с кафедрой биохимии и биотехнологии БашГУ).
Гранты РФФИ№ 02-04-48701. РФФИ-а «Эмбриоидогения – система гомофазной репродукции пшеницы в условиях культуры изолированных пыльников in vitro». 2002-2004 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. № 02-04-97907. РФФИ-Агидель-а «Эмбриология некоторых редких и исчезающих видов растений-эндемиков флоры Республики Башкортостан в естественных условиях произрастания и в условиях интродукции». 2002-2004 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. № 05-04-9791. РФФИ-Агидель-а «Регенерация андроклинных растений пшеницы в условиях in vitro и ex vitro». 2005-2007 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. № 05-04-08114. РФФИ-офи «Создание новых форм растений (пшеница и подсолнечник) на основе современных достижений в области теории репродукции». 2005-2006 гг. Совместно с БИН РАН и ВИР. Руководитель – Т.Б.Батыгина (БИН РАН, Санкт-Петербург). № 08-04-97405. РФФИ-Поволжье-а «Регенерация растений яровой мягкой пшеницы в культуре in vitro андроклинного каллуса». 2008-2010 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. Иные грантыГрант по ГНТП АН РБ «Оптимизация функционирования и использования потенциала биологических систем РБ». Проект «Разработка эмбриологических основ культуры изолированных пыльников пшеницы как биотехнологического приема». 1999-2001 гг. Руководитель – к.б.н. Н.Н.Круглова. Грант по ГНТП АН РБ «Состояние, устойчивость и продуктивность биологических систем Республики Башкортостан». Проект «Регенерация растений яровой мягкой пшеницы в культуре in vitro изолированных пыльников». 2002-2004 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. Грант ФЦП «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 гг.». Проект «Разработка метода ускорения стабилизации геномов отдаленных гибридов яровой мягкой пшеницы на основе использования дигаплоидных линий андроклинного происхождения» (совместно с Башкирским государственным аграрным госуниверситетом). № ЯО 128/1644. 2002-2004 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. Грант по ГНТП АН РБ «Научное обеспечение воспроизводства биологических ресурсов и развития агропромышленного комплекса республики Башкортостан». Проект «Эмбриологические основы биотехнологического метода культуры in vitro зародышей пшеницы». 2005-2007 гг. Руководитель – д.б.н. Н.Н.Круглова. Ведущие научные школы РФ
№ НШ 2148.2003.4. «Разработка теоретических основ семенной репродукции цветковых растений». 2003-2005 гг. № НШ 4834.2006.4. «Разработка теоретических основ семенной репродукции цветковых растений». 2006-2007 гг. № НШ 2096.2008.4. «Разработка теоретических основ семенной репродукции цветковых растений». 2008-2009 гг. № НШ-7637.2010.4. «Разработка теории и выявление резервов репродукции растений, морфогенетические программы и стволовые клетки как основа устойчивости развития». 2010-2011 гг. Защита диссертацийСотрудниками лаборатории защищены одна докторская и шесть кандидатских диссертаций. В лаборатории ведется подготовка аспирантов по специальностям «ботаника», «физиология и биохимия растений» и «биотехнология».
Педагогическая деятельность сотрудниковКруглова Н.Н., зав.лабораторией. 2004-2005 гг. – профессор кафедры экологии Башкирского государственного университета. С 2007 г. - заведующая базовой кафедрой биотехнологии растений и микроорганизмов Башкирского государственного университета при Институте биологии Уфимского НЦ РАН (договор № 840 от 05.06.07 г.). Сельдимирова О.А., старший научный сотрудник. С 2004 г. - руководство дипломными работами и магистерской диссертацией по кафедре биохимии и биотехнологии и кафедре ботаники Башкирского государственного университета. Катасонова А.А., научный сотрудник. С 2007 г. - руководство дипломными работами по кафедре биохимии и биотехнологии Башкирского государственного университета. Наши студенты и магистранты:
Координация исследований
Международное сотрудничествоЛаборатория поддерживает научные связи с Отделом гетерозиса Института
физиологии растений и генетики НАН Украины на основании договора о
сотрудничестве (2011-2016 гг.). НагражденияВ 2005 г. международная Ассоциация исследователей систем размножения растений (IASPPR) наградила зав.лабораторией Н.Н.Круглову Медалью имени С.Г.Навашина за значительный вклад в развитие эмбриологии растений:
В 2009 г. зав.лабораторией Н.Н. Круглова удостоена почётного звания «Заслуженный деятель науки Республики Башкортостан»
Участие в конференцияхЕжегодно сотрудники лаборатории принимают участие в работе симпозиумов, конференций, съездов, посвященных приоритетным направлениям биологических исследований. Особенно приветствуется участие в конференциях молодых ученых.
Многолетние тесные связи лаборатория поддерживает со станцией юных натуралистов
(МОУ ДОД СЮН) Октябрьского района г. Уфы, возглавляемой Л.П. Улановой.
|
|
|
