Генетика и цитология

ЛАБОРАТОРИЯ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

Лаборатория организована в 1992 г. д.б.н., профессором Валентиной Юрьевной Горбуновой.

С 1996 г. лабораторию возглавляет д.б.н. профессор Наталья Николаевна Круглова. Область научных интересов – экспериментальная эмбриология растений, морфогенез и онтогенез растений in vivo и in vitro, клеточная инженерия, биотехнология растений.

В настоящее время в штате лаборатории шесть человек, в их числе один доктор и три кандидата биологических наук, два лаборанта-исследователя.

Защищены две докторские и шесть кандидатских диссертаций.

В лаборатории ведется подготовка аспирантов по специальностям «ботаника», «физиология и биохимия растений» и «биотехнология».

Научные исследования неоднократно поддерживаются грантами РФФИ (99-04-48496, 02-04-48701, 02-04-06132 , 03-04-06213), РФФИ-офи (05-04-08114), РФФИ-Агидель (02-04-97907, 04-04-97510, 05-04-97911), ФЦП «Интеграция науки и высшего образования» (ЯО 128/1644 и Ц0004). Выполняются исследования по ряду государственных научно-технических программ АН РБ.

Сотрудники входят в Ведущую научную школу Российской Федерации по направлению «Разработка теоретических основ семенной репродукции цветковых растений» (лидер Школы – член-корр. РАН Т.Б.Батыгина, БИН РАН, г. Санкт-Петербург).

Сотрудники являются членами Всероссийской ассоциации клеточных культур, Вавиловского общества генетиков и селекционеров, Общества физиологов растений России, Российского ботанического общества, Общества биотехнологов России, а также Международной ассоциации исследователей систем размножения растений (IASPPR), Европейской ассоциации физиологов растений (FESPP), Европейской ассоциации клеточных культур (ETCS).

Лаборатория поддерживает тесные научные связи с лабораторией эмбриологии и репродуктивной биологии (БИН РАН, г. Санкт-Петербург), сектором генетики клеточного цикла Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск), лабораторией селекции яровой пшеницы (Башкирский НИИ СХ РАСХН, г. Уфа), учебные связи – с кафедрами биохимии и биотехнологии, экологии, ботаники биологического факультета Башкирского государственного университета.

Активное сотрудничество связывает лабораторию с Отделом микроскопии представительства фирмы «Carl Zeiss» в России.

Многолетние тесные связи лаборатория поддерживает со станцией юных натуралистов Октябрьского района г. Уфы.

В 2005 г. Международная ассоциация исследователей систем размножения растений (IASPPR) наградила заведующую лабораторией Н.Н.Круглову медалью им. С.Г.Навашина за большой вклад в разработку проблем экспериментальной эмбриологии растений.

Основные направления исследований

Системы размножения и репродукции растений в естественных условиях in vivo (амфимиксис, апомиксис) и в культуре in vitro (андроклиния, эмбриоидогения, гемморизогения, микроклональное размножение).
Эмбриология и репродуктивная биология растений-регенерантов, полученных в культуре in vitro.
Биотехнология получения андроклинных гибридных растений пшеницы с закрепленным гетерозисным эффектом.
Эмбриология редких и находящихся под угрозой исчезновения растений флоры Южного Урала как основа биотехнологии получения качественных семян.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

Проведено системное исследование эмбриологических, генетических, цито-гистологических и цито-физиологических особенностей индукции и этапов андроклинии как гомофазной системы репродукции пшеницы в культуре in vitro при отсутствии чередования поколений в жизненном цикле (спорофит à спорофит).
Экспериментально обосновано выдвинутое теоретическое положение об универсальности строения инициальных клеток, дающих начало новым растительным организмам, независимо от системы размножения.
На основании сравнительного морфологического, цито-гистологического и гистохимического анализа установлены как общие закономерности, так и специфика различных типов морфогенеза растений in vivo и in vitro.
Выдвинута и доказана концепция возможности использования микроспоры в качестве модельной системы для изучения ряда сложнейших биологических проблем (морфогенез, онтогенез, чередование поколений в жизненном цикле, стволовость, апоптоз).
На основе эмбриологического анализа показано высокое качество семян андроклинных регенерантов и тем самым – принципиальная возможность закрепления гетерозисного эффекта гибридов 1-го поколения.

Важнейшие результаты прикладных разработок

Разработана биотехнология стабильного получения в короткие сроки гомозиготных дигаплоидных гибридных андроклинных линий яровой мягкой пшеницы как исходного селекционного материала по ускоренному выведению конкурентоспособных сортов для климатических условий Южного Урала. Получены авторские свидетельства (1628248. 1988; 1650051. 1991; 1724688. 1992).
Андроклинные линии используются в селекционно-генетических программах лаборатории селекции яровой пшеницы Башкирского НИИ СХ РАСХН согласно договору о творческом содружестве.

Перспективы развития

Экспериментальные эмбриологические, цитофизиологические и биотехнологические исследования, направленные на реализацию в условиях in vitro и ex vitro морфогенетического потенциала клеток генеративных органов и онтогенетических программ зародышей растений.
Экспериментальные разработки проблем апоптоза, стволовости клеток и позиционного контроля морфогенеза на примере пыльника пшеницы in vivo и in vitro.
Разработка биотехнологии микроклонального размножения in vitro и ex vitro ряда лекарственных растений – источников алкалоидов.
Сравнительно-эмбриологические и экспериментальные эмбриологические исследования редких и исчезающих растений семейства бобовых флоры Южного Урала как основа получения качественных семян для реинтродукции этих растений в природные сообщества.
Эмбриологические исследования растений городского ландшафта для разработки мониторинга влияния условий урбанизма на репродуктивную сферу.
Эмбриологические исследования растений из группы пыльцевых аллергенов с целью разработки приемов уменьшения количества пыльцы.

Основные публикации

Горбунова В.Ю., Круглова Н.Н. Методические аспекты культивирования изолированных пыльников пшеницы. Уфа, 1988. 20 с.

Круглова Н.Н., Батыгина Т.Б., Горбунова В.Ю. Культура изолированных пыльников злаков с позиции экспериментальной эмбриологии растений (методологические аспекты). Уфа: БНЦ УрО РАН, 1992. 32 с.

Горбунова В.Ю., Круглова Н.Н., Потапова Н.Н. Эмбриоидогенез в культуре пыльников пшеницы: цитолого-гистологические аспекты. Уфа: БНЦ УрО РАН, 1992. 64 с.

Горбунова В.Ю. Генетические предпосылки спорофитного пути развития микроспор злаков в условиях in vitro. Уфа: УНЦ РАН, 1993. 104 с.

Батыгина Т.Б., Круглова Н.Н. Движение ядра и клеток в развивающемся пыльцевом зерне // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т. 1: Генеративные органы цветка. СПб.: Мир и семья, 1994. C. 99-101.

Батыгина Т.Б., Круглова Н.Н., Горбунова В.Ю. Андрогенез in vitro у злаков: анализ с эмбриологических позиций // Цитология. 1994. Т. 36. № 9-10. С. 993-1005.

Горбунова В.Ю., Круглова Н.Н. Индукция андрогенеза in vitro у яровой мягкой пшеницы. Оптимальная фаза микроспорогенеза // Известия РАН. Серия биологическая. 1997. № 6. С. 668-676.

Круглова Н.Н. Периодизация развития пыльника злаков как методологический аспект изучения андрогенеза in vitro // Известия РАН. Серия биологическая. 1999. № 3. С. 275-281.

Круглова Н.Н. Морфогенез в культуре пыльников пшеницы: эмбриологический подход. Уфа: Гилем, 2001. 203 с.

Круглова Н.Н., Батыгина Т.Б. Методические рекомендации по исследованию морфогенетического потенциала пыльника яровой мягкой пшеницы. Уфа: ИБ УНЦ РАН, 2001. 39 с.

Круглова Н.Н., Горбунова В.Ю., Абрамов С.Н., Сельдимирова О.А. Андрогенные эмбриоиды и каллусы пшеницы: данные сканирующей электронной микроскопии // Известия РАН. Серия биологическая. 2001. № 2. С. 191-197.

Галиева Э.Р., Круглова Н.Н., Сельдимирова О.А. Сравнительное исследование ультраструктуры клеток андроклинных эмбриоидов и каллусов пшеницы в процессе их развития // Цитология. 2001. Т. 43. № 4. С. 333-338.

Горбунова В.Ю., Круглова Н.Н., Абрамов С.Н. Индукция андрогенеза in vitro у яровой мягкой пшеницы. Баланс эндогенных и экзогенных фитогормонов // Известия РАН. Серия биологическая. 2001. № 1. С. 31-36.

Круглова Н.Н., Батыгина Т.Б. Методические рекомендации по использованию морфогенетического потенциала пыльника в биотехнологических исследованиях яровой мягкой пшеницы. Уфа: ИБ УНЦ РАН, 2002. 32 с.

Галиева Э.Р., Шакирова Ф.М., Круглова Н.Н. Феномен андроклинии и альбинизм у злаков // Успехи современной биологии. 2002. Т. 122. № 4. С. 342-352.

Сельдимирова О.А., Абрамов С.Н., Круглова Н.Н. Развитие микроспориальных эмбриоидов в культуре in vitro пыльников пшеницы // Физиология и биохимия культурных растений. 2004. Т. 36 (203). № 4. С. 320-326.

Круглова Н.Н., Батыгина Т.Б., Горбунова В.Ю., Титова Г.Е., Сельдимирова О.А. Эмбриологические основы андроклинии пшеницы: атлас. М.: Наука, 2005. 99 с.

Круглова Н.Н. Феномен образования пыльцевых трубок в андроклинном каллусе пшеницы in vitro // Физиология и биохимия культурных растений. 2005. Т. 37. № 1. с. 52-57.

Круглова Н.Н., Куксо П.А. Стрессовая индукция андроклинии // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. № 3. С. 275-285.

Круглова Н.Н., Куксо П.А. Начальный этап индукция андроклинии // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. № 5. С. 462-471.

Круглова Н.Н., Куксо П.А. Инициальная клетка андроклинии // Физиология и биохимия культурных растений. 2006. Т. 38. № 3. С. 121-129.

Круглова Н.Н., Сельдимирова О.А., Зайцев Д.Ю. Цито-физиологические особенности различных типов андроклинных каллусов пшеницы // Физиология и биохимия культурных растений. 2006. Т. 38. № 5. С. 322-330.