Рослинництво та ґрунтознавство

Особливості ембріонального розвитку зародків заміщених ліній буряків цукрових при апозиготії і цитоплазматичній чоловічій стерильності

Микола Роїк, Наталія Ковальчук, Олеся Зінченко, Ярослав Манзюк, Роман Спряжка
Завантажити статтю
Анотація

Метою дослідження було оцінити теоретичні основи феномену високої саморепродукції насіння у заміщених ліній та розробити методику ембріонального розвитку у селекційних матеріалів буряків цукрових з цитоплазматичною чоловічою стерильністю (ЦЧС) різного генетичного походження. Для експериментальних досліджень були використані методи польові, безпилкове отримання насіння у селекційних матеріалів у ЦЧС, лабораторні, цитологічний аналіз розвитку зародків при апозиготії впродовж 34 діб після фіксації цвітіння, цитофотометричний метод мінливості рівня геному за плоїдністю у матеріалів з різним терміном репродукції апозиготичного насіння. Було вдосконалено методику дослідження ембріонального розвитку при апозиготії у матеріалів різного походження джерел ЦЧС, а саме відмітка цвітіння, ізоляція пагонів, фіксація зародків за терміном від 5 до 34 діб, до повного розвитку зародка. Було проаналізовано, що при апозиготії у цукрових буряків спостерігається відставання генетично-детермінованого розвитку 28 діб на 4, 8, 10 діб залежно від походження матеріалу, поліембріонією, високим відсотком дегенерованих зародків. Адвентивна ембріонія, апоспорія та розвиток зародків з інтигументів і нуцелусу в мікропілярній і халазальній частині одночасно були характерними для пилкостерильних ліній різного генетичного походження. Було встановлено, що у заміщених ліній на основі нових джерел ЦЧС від диких видів роду Beta L. спостерігається феномен високої саморепродукції насіння у безпилкового режиму. Методика вивчення синхронності розвитку зародків розроблена для дослідження природи апозиготії (генеративний, соматичний ембріогенез) у заміщених ліній з інтродукційними стерильними цитоплазмами, в зрівнянні з роздільноквітковими пилкостерильними лініями з S-vulgaris цитоплазмою Ф. Оуена. Тип апозиготії проявлявся в гаметофітному та спорофітному ембріогенезі і визначав генетичну неоднорідність (різноякісність) апозиготичного насіння. Апоміксис з використанням заміщених ліній і новими стерильними цитоплазмами від диких видів роду Beta L. та високим відсотком апоміктичної репродукції насіння, може забезпечити багато переваг для виробництва нових гібридів сільськогосподарських культур, а саме фіксацію гетерозису і збереження генотипу материнської рослини

Ключові слова

адвентивна ембріонія; апоспорія; нові джерела цитоплазматичної чоловічої стерильності; Beta maritima; Beta patula; фенотипи цитоплазматичної чоловічої стерильності

ЦИТУВАТИ
Roik, M., Kovalchuk, N., Zinchenko, O., Manziuk, Ya., & Spriazhka, R. (2026). Features of embryonic development in sugar beet under apospory and cytoplasmic male sterility. Plant and Soil Science, 17(2), 65-77. https://doi.org/10.31548/plant2.2026.65
Використані джерела
  1. Burgess, M.B., Cushman, K.R., Doucette, E.T., Talent, N., Frye, C.T., & Campbell, C.S. (2014). Effects of apomixis and polyploidy on diversification and geographic distribution in Amelanchier (Rosaceae). American Journal of Botany, 101(8), 1375-1387. doi: 10.3732/ajb.1400113.
  2. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
  3. Convention on the Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1973, March). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_129#Text.
  4. Gerashchenkov, G., Yasybaeva, G.R., Rozhnova, N.A., & Chemeris, A. (2015). Isolation of promoters and fragments of genes controlling endosperm development without fertilization in arabidopsis and engineering of the antisense constructions. European Journal of Molecular Biotechnology, 8(2), 56-62. doi: 10.13187/ejmb.2015.8.56.
  5. Hand, M.L., Vít, P., Krahulcová, A., Johnson, S.D., Oelkers, K., Siddons, H., Chrtek, J.J., Fehrer, J., & Koltunow, A.M.G. (2015). Evolution of apomixes loci in Pilosella and Hieracium (Asteraceae) inferred from the conservation of apomixes-linked markers in natural and experimental populations. Heredity, 114, 17-26. doi: 10.1038/hdy.2014.61.
  6. Heidemann, B., Primetis, E., Zahn, I.E., & Underwood, C.J. (2025). To infinity and beyond: Recent progress, bottlenecks, and potential of clonal seeds by apomixis. The Plant Journal, 121(4), article number e70054. doi: 10.1111/tpj.70054.
  7. Hojsgaard, D., Klatt, S., Baier, R., Carman, J.G., & Hörandl, E. (2014). Taxonomy and biogeography of apomixis in angiosperms and associated biodiversity characteristics. Critical Reviews in Plant Sciences, 33(5), 414-427. doi: 10.1080/07352689.2014.898488.
  8. Kovalchuk, N., Roik, M., Gadzalo, Ya.M., Nediak, T., & Zinchenko, O. (2019). Improvement of the technology of obtaining stable (di)haploid regenerants from embryonic culture of apomictic sugar beet (Beta vulgaris) breeding material without the use of colchicine. Agricultural Science and Practice, 6(2), 3-17. doi: 10.15407/agrisp6.02.003.
  9. Krahulec, F., Krahulcová, A., Urfus, T., & Doležal, J. (2020). Populations of Pilosella species inruderal habitats in the city of Prague: Consequences of the spread of P. aurantiaca and P. rothiana. Preslia, 92(2), 167-190. doi: 10.23855/preslia.2020.167.
  10. Li, D.X., Chen, S.J., & Tian, H.Q. (2021). Advances in the study of zygote activation in higher plants. Zygote, 29(1), 12-19. doi: 10.1017/S0967199420000568.
  11. Matzk, F., Meister, A., & Schubert, I. (2000). An efficient screen for reproductive pathways using mature seeds of monocots and dicots. The Plant Journal, 21(1), 97-108. doi: 10.1046/j.1365-313x.2000.00647.x.
  12. Niccolò, T., Anderson, A.W., & Emidio, A. (2023). Apomixis: Oh, what a tangled web we have! Planta, 257, article number 92. doi: 10.1007/s00425-023-04124-0.
  13. Owen, F.V. (1945). Cytoplasmically inherited male sterility in sugar beet. Journal of Agricultural Research, 71, 423-440.
  14. Prysiazhniuk, O.I., Karazhbei, H.M., Leshchuk, N.V., Tsyba, S.V., Mazhuha, K.M., Brovkin, V.V., Symonenko, V.A., & Maslechkin, V.V. (2016). Statistical analysis of agronomic research data in the Statistica 10 package. Kyiv: Nilan-LTD.
  15. Rodriguez-Leal, D., & Vielle-Calzada, J.-P. (2012). Regulation of apomixes: Learning from sexual experience. Current Opinion in Plant Biology, 15(5), 549-555. doi: 10.1016/j.pbi.2012.09.005.
  16. Roik, M.V., Kovalchuk, N.S., Zinchenko, O.A., Sinchenko, V.M., Bekh, N.S., Manziuk, Ya.V., Fedoroshchak, L.G., & Vlasiuk, V.I. (2024). Prospects for the use of the apospotic method of seed reproduction in the development of new sugar beet hybrids. Innovative Agrotechnologies, 12(2). doi: 10.47414/na.12.2.2024.305033.
  17. Schmidt, A. (2020). Controlling apomixis: Shared features and distinctcharacteristics of gene regulation. Genes, 11(3), article number 329. doi: 10.3390/genes11030329.
  18. Seilova, L., & Sedlovskiy, A. (2000). Sugar beet apomixes and its use in breeding. Sugar Tech, 2, 31-32. doi: 10.1007/BF02995583.
  19. Szkutnik, T. (2010). Apomixis in the sugar beet reproduction system. Acta Biologica Cracoviensia: Series Botanica, 52(1), 87-96. doi: 10.2478/v10182-010-0011-y.
  20. Van Dijk, P.J., den Camp, R.O., & Schauer, S.E. (2020). Genetic dissection of apomixis in dandelions identifies a dominant parthenogenesis locus and highlights the complexity of autonomous endosperm formation. Genes, 11(9), article number 961. doi: 10.3390/genes11090961.
  21. Wang, K., Chen, H., Ortega-Perez, M., Miao, Y., Ma, Y., Henschen, A., Lohmann, J.U., Laubinger, S., & Bayer, M. (2021). Independent parental contributions initiate zygote polarization in Arabidopsis thaliana. Current Biology, 31, 4810-4816. doi: 10.1016/j.cub.2021.08.033.
  22. Xu, Y., Jia, H., Tan, C., Wu, X., Deng, X., & Xu, Q. (2022). Apomixis: Genetic basis and controlling genes. Horticulture Research, 9, article number uhac150. doi: 10.1093/hr/uhac150.