bioselБиотехнология и селекция растенийPlant Biotechnology and Breeding2658-62662658-6258VIR10.30901/2658-6266-2025-4-o12biosel-331Research ArticleМЕТОДЫ БИОТЕХНОЛОГИИ В СЕМЕНОВОДСТВЕ И СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙBIOTECHNOLOGY TECHNIQUES IN SEED PRODUCTION AND PLANT BREEDINGПолиморфизм линий удвоенных гаплоидов репы листовой Brassica rapa L., полученных в культуре изолированных микроспор in vitroPolymorphism of leaf turnip Brassica rapa L. doubled haploid lines produced in isolated microspore in vitro culturehttps://orcid.org/0000-0002-3197-4751КуринаА. Б.KurinaA. B.

Анастасия Борисовна Курина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, и.о. заведующего, лаборатория селекции и клеточных технологий, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42, 44

Anastasia B. Kurina, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Acting Head, Laboratory of Breeding and Cell Technologies, VIR

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg, 190000 Russia

nastya_n11@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-3429-0060АслановаА. А.AslanovaA. A.

Анастасия Андреевна Асланова, младший научный сотрудник, лаборатория селекции и клеточных технологий, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42, 44

Anastasiya A. Aslanova, Junior Researcher, Laboratory of Breeding and Cell Technologies, VIR

42, 44, Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg, 190000 Russia

a.aslanova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5447-5341КозарьЕ. В.KozarE. V.

Елена Викторовна Козарь, кандидат биологических наук, научный сотрудник, лаборатория репродуктивной биотехнологии в селекции сельскохозяйственных растений, ФНЦО

143072 Россия, Московская область, Одинцовский район, ВНИИССОК, ул. Селекционная, 14

Elena V. Kozar, Cand. Sci. (Biology), Researcher, Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding, FSVC

14, Selektsionnaya Street, VNIISSOK, Odintsovo District, Moscow Region, 143072 Russia

koz.leno4ek@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2695-190XДомблидесЕ. А.DomblidesE. A.

Елена Алексеевна Домблидес, кандидат с.-х. наук, зав. лабораторией, лаборатория репродуктивной биотехнологии в селекции сельскохозяйственных растений, ФНЦО

143072, Россия, Московская область, Одинцовский район, ВНИИССОК, ул. Селекционная, 14

Elena A. Domblides, Cand. Sci. (Agriculture), Head, Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding, FSVC

14, Selektsionnaya Street, VNIISSOK, Odintsovo District, Moscow Region, 143072 Russia

edomblides@mail.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. ВавиловаN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesФедеральный научный центр овощеводстваFederal Scientific Vegetable Center20253012202584118126Copyright © Курина А.Б., Асланова А.А., Козарь Е.В., Домблидес Е.А., 20252025Курина А.Б., Асланова А.А., Козарь Е.В., Домблидес Е.А.Kurina A.B., Aslanova A.A., Kozar E.V., Domblides E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://biosel.elpub.ru/jour/article/view/331

Актуальность. Создание высокопродуктивных и питательных сортов листовой репы Brassica rapa L. традиционными методами селекции является длительным процессом. Применение биотехнологических методов, в частности получение удвоенных гаплоидных (DH) линий in vitro, позволяет значительно ускорить создание гомозиготных форм и раскрыть генетический потенциал гибридов. Целью исследования была оценка DH-линий листовой репы, полученных из гибрида F1 Torazirok, по комплексу хозяйственно ценных морфологических и биохимических признаков. Материалы и методы. Объектом исследования послужили гибрид листовой репы F1 Torazirok (к-330, Япония) и полученные из него в культуре изолированных микроспор in vitro 15 DH-линий. Растения выращивали в контролируемых условиях климатической камеры. Проведено морфологическое описание растений и биохимический анализ содержания фотосинтетических пигментов: хлорофиллов a, b, каротиноидов, β-каротина спектрофотометрическим методом. Результаты и обсуждение. Выявлен значительный полиморфизм в пределах DH-линий и гибрида F1. Продолжительность вегетационного периода варьировала от 41 до 52 дней. Диаметр розетки был в пределах 20,5 и 40,3 см, масса надземной части растения – 0,15 и 0,33 кг. Содержание β-каротина колебалось от 2,6 до 6,3 мг/100 г сырого вещества. Выделены линии, достоверно превосходящие исходный гибрид по ключевым признакам: DH 8 – по продуктивности (масса 0,33 кг) и содержанию β-каротина (6,3 мг/100 г); DH 4 – по диаметру розетки (40,3 см) и массе (0,31 кг); DH 2 и DH 5 – по содержанию β-каротина (5,6 и 5,2 мг/100 г соответственно). Линия DH 2 сочетает скороспелость (41 день), высокую продуктивность и максимальное содержание каротиноидов. Заключение. Метод культуры изолированных микроспор эффективен для быстрого создания генетически разнообразного и гомозиготного селекционного материала листовой репы. Полученный спектр DH-линий является ценным источником для селекции. Выделены перспективные линии-доноры: DH 2 и DH 8 – для скороспелости и повышенного содержания β-каротина; DH 4 и DH 8 – для высокой продуктивности. Наши результаты являются подтверждением того, что применение гаплоидных технологий позволяет не только фиксировать хозяйственно ценные признаки, но и усиливать их, предоставляя готовый материал для генетических исследований и создания новых сортов.

Background. The development of high-yielding and nutritious cultivars of leaf turnip Brassica rapa L. using traditional breeding methods is a lengthy process. The application of biotechnological methods, particularly the production of doubled haploid (DH) lines in vitro, significantly accelerates the creation of homozygous forms and unlocks the genetic potential of hybrids. The aim of the research was to evaluate DH-lines of leaf turnip, produced from the F1 Torazirok hybrid, for a set of economically important morphological and biochemical traits. Materials and methods. The object of the study was the leaf turnip F1 Torazirok hybrid (k-330, Japan) and 15 DH lines derived from it through in vitro isolated microspore culture. Plants were grown under controlled conditions in a climate chamber. The plants were described morphologically, and biochemical analysis of the content of photosynthetic pigments chlorophylls a, b, carotenoids, and β-carotene was performed by spectrophotometry. Results and discussion. Significant polymorphism has been revealed between the DH lines and the F1 hybrid. The duration of the vegetative period varied from 41 to 52 days. Rosette diameter ranged from 20.5 to 40.3 cm, and the above-ground plant mass from 0.15 to 0.33 kg. β-carotene content fluctuated from 2.6 to 6.3 mg/100 g of fresh weight. The lines that were found to significantly surpass the original hybrid in key traits were DH 8 – in productivity with the mass of 0.33 kg and β-carotene content (6.3 mg/100 g); DH 4 – in rosette diameter (40.3 cm) and the mass of 0.31 kg; DH 2 and DH 5 – in β-carotene content (5.6 and 5.2 mg/100 g, respectively). The DH 2 line combines early maturity (41 days), high productivity, and maximum carotenoid content. Conclusions. The isolated microspore culture method is effective for the rapid creation of genetically diverse and homozygous leaf turnip breeding material. The obtained range of DH-lines is a valuable source for breeding. Promising donor lines have been identified: DH 2 and DH 8 – for early maturity and increased β-carotene content; DH 4 and DH 8 – for high productivity. The results confirm that the haploid technology allows not only for the fixation but also for the enhancement of economically important traits, providing ready-made material for genetic research and the creation of new cultivars.

гаплоидные технологиирепа листоваяизменчивостьпигментный составморфологические признакиhaploid technologiesleaf turnipvariabilitypigment compositionmorphological traitsРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № FGEM-2025-0007 «Клеточные технологии для расширения селекционного потенциала культур овощного направления использования».The research was performed within the framework of the State Assignment according to the Theme Plan of VIR, Project No. FGEM-2025-0007 “Cell technologies for expanding the breeding potential of vegetable crops”.ReferencesАлександрова А.А., Монахос С.Г. Производство удвоенных гаплоидов овощных культур: история и современность. Естественные науки. 2024;3(16):40-48. DOI: 10.54398/2500-2805.2024.16.3.004Aleksandrova A.A., Monakhos S.G. Production of doubled haploids of vegetable crops: history and modernity. Yestestvennye nauki = Natural Sciences. 2024;3(16):40-48. [in Russian]. DOI: 10.54398/2500-2805.2024.16.3.004Артемьева А.М. Новые поступления капустных культур вида Brassica rapa L. в коллекцию ВИР. Овощи России. 2017;(2):14-19. DOI: 10.18619/2072-9146-2017-2-14-19Artemyeva A.M. New incoming accessions of Brassica rapa L. into the VIR plant collection. Vegetable crops of Russia. 2017;(2):14-19. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2017-2-14-19Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 740. Доноры и источники для селекции листовых овощных культур вида Brassica rapa L.: (Пекинская, китайская и японская капусты, листовая репа) / сост. А.М. Артемьева. Санкт-Петербург: ВИР; 2004.Artemyeva A.M. (comp.). Catalogue of the VIR World Collection. Issue 740. Donors and sources for breeding Brassica rapa L. leafy vegetable crops: (Chinese cabbage, Pak choi, Mizuna, leaf turnip) (Donory i istochniki dlya selektsii listovykh ovoshchnykh kul'tur vida Brassica rapa L.: (Pekinskaya, kitayskaya i yaponskaya kapusty, listovaya repa)). St. Petersburg: VIR; 2004. [in Russian]Бочкарева Э.Б., Горлова Л.А., Сердюк В.В., Стрельников Е.А. Селекционная ценность дигаплоидных линий рапса ярового (Brassica napus L.). Масличные культуры. 2019;(4):18-22. DOI: 10.25230/2412-608Х-2019-4-180-18-22Bochkaryova E.B., Gorlova L.A., Serdyuk V.V., Strelnikov E.A. Breeding value of dihaploid lines of spring rapeseed (Brassica napus L.). Oilseed Crops. 2019;(4):18-22. [in Russian]. DOI: 10.25230/2412-608Х-2019-4-180-18-22Domblides E.A., Shmykova N.A., Shumilina D.V., Zayachkovskaya T.V., Mineikina A.I., Kozar E.V., Akhramenko V.A., Shevchenko L.L., Kan L.Yu., Bondareva L.L., Домблидес Е.А., Шмыкова Н.А., Шумилина Д.В., Заячковская Т.В., Минейкина А.И., Козарь Е.В., Ахраменко В.А., Шевченко Л.Л., Кан Л.Ю., Бондарева Л.Л., Домблидес А.С. Технология получения удвоенных гаплоидов в культуре микроспор семейства капустные: (методические рекомендации). Москва: ВНИИССОК; 2016.Domblides E.A., Shmykova N.A., Shumilina D.V., Zayachkovskaya T.V., Mineikina A.I., Kozar E.V., Akhramenko V.A., Shevchenko L.L., Kan L.Yu., Bondareva L.L., Domblides A.S. Technology for obtaining doubled haploids in the culture of microspores for the cabbage family: (guidelines) (Tekhnologiya polucheniya udvoennykh gaploidov v kul`ture mikrospor semeistva kapustnyie: (metodicheskie rekomendatsii)). Moscow: VNIISSOK; 2016. [in Russian]Изучение и поддержание мировой коллекции капусты: методические указания / сост.: Г.В. Боос, Т.И. Джохадзе, А.М. Артемьева, В.И. Кривченко, А.М. Симон, З.В. Тимошенко, Н.Н. Петровская, Э.А. Власова, В.Н. Синельникова, Э.А. Барашкова, А.П. Ивакин, А.И. Ермако, В.В. Воскресенская. Ленинград: ВИР; 1988.Boos G.V., Dzhokhadze T.I., Artemyeva A.M., Krivchenko V.I., Simon A.M., Timoshenko Z.V., Petrovskaya N.N., Vlasova E.A., Sinelnikova V.N., Barashkova E.A., Ivakin A.P., Ermakov A.I., Voskresenskaya V.V. Study and maintenance of the world’s cabbage collection: guidelines (Izucheniye i podderzhaniye mirovoy kollektsii kapusty: metodicheskiye ukazaniya). Leningrad: VIR; 1988. [in Russian]Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.А., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимических исследований. Ленинград: Агропромиздат; 1987.Ermakov A.I., Arasimovich V.V., Yarosh N.P., Peruanskiy Yu.A., Lukovnikova G.A., Ikonnikova M.I. Methods of biochemical research (Metody biokhimicheskikh issledovaniy). Leningrad: Agropromizdat; 1987. [in Russian]Fateev D.A., Berensen F.A., Artemyeva A.M., Babak O.G., Yatsevich K.K., Drozd E.V., Kilchevsky A.V. Study of Myb114 gene polymorphism in the cole crops (Brassica oleracea L.) in connection with anthocyanin biosynthesis regulation based on comparison with MYB factors of vegetable nightshades (Solanaceae). Russian Journal of Genetics. 2023;59(1):30-39. DOI: 10.1134/S1022795423010040Fateev D.A., Berensen F.A., Artemyeva A.M., Babak O.G., Yatsevich K.K., Drozd E.V., Kilchevsky A.V. Study of Myb114 gene polymorphism in the cole crops (Brassica oleracea L.) in connection with anthocyanin biosynthesis regulation based on comparison with MYB factors of vegetable nightshades (Solanaceae). Russian Journal of Genetics. 2023;59(1):30-39. DOI: 10.1134/S1022795423010040Fomicheva M., Kozar E., Domblides E. Carrot (Daucus carota L.) Haploid embryo genome doubling with colchicine and trifluralin. Horticulturae. 2025;11(5):505. DOI: 10.3390/horticulturae11050505Fomicheva M., Kozar E., Domblides E. Carrot (Daucus carota L.) Haploid embryo genome doubling with colchicine and trifluralin. Horticulturae. 2025;11(5):505. DOI: 10.3390/horticulturae11050505Корнюхин Д.Л., Артемьева А.М. Селекционная ценность образцов листовой и корнеплодной репы из мировой коллекции ВИР. Овощи России. 2022;(1):12-18. DOI: 10.18619/2072-9146-2022-1-12-18Kornyukhin D.L., Artemyeva A.M. Breeding value of leafy and root turnip samples from the VIR collection. Vegetable Crops of Russia. 2022;(1):12-18. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2022-1-12-18Козарь Е.В., Коротцева К.С., Романова О.В., Чичварина О.А., Кан Л.Ю., Ахраменко В.А., Домблидес Е.А. Получение удвоенных гаплоидов Brassica purpuraria. Овощи России. 2019;(6):10-18. DOI: 10.18619/2072-9146-2019-6-10-18Kozar E.V., Korottseva K.S., Romanova O.V., Chichvarina O.A., Kan L.Yu., Ahramenko V.A., Domblides E.A. Production of doubled haploids in Brassica purpuraria. Vegetable crops of Russia. 2019;(6):10-18. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2019-6-10-18Kozar E.V., Kozar E.G., Domblides E.A. Effect of the method of microspore isolation on the efficiency of isolated microspore culture in vitro for Brassicaceae family. Horticulturae. 2022;8(10):864. DOI: 10.3390/horticulturae8100864Kozar E.V., Kozar E.G., Domblides E.A. Effect of the method of microspore isolation on the efficiency of isolated microspore culture in vitro for Brassicaceae family. Horticulturae. 2022;8(10):864. DOI: 10.3390/horticulturae8100864Kozar E.V., Domblides E.A. Protocol for obtaining doubled haploids in isolated microspore culture in vitro for poorly responsive genotypes of brassicaceae family. Biology Methods and Protocols. 2024;9(1):bpae091. DOI: 10.1093/biomethods/bpae091Kozar E.V., Domblides E.A. Protocol for obtaining doubled haploids in isolated microspore culture in vitro for poorly responsive genotypes of brassicaceae family. Biology Methods and Protocols. 2024;9(1):bpae091. DOI: 10.1093/biomethods/bpae091Kozar E., Chepovoy I., Fomicheva M., Domblides E. Selection of rapeseed for resistance to imidazolinone group of herbicides on solid media under in vitro conditions. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2025;163(2):81. DOI: 10.1007/s11240-025-03284-zKozar E., Chepovoy I., Fomicheva M., Domblides E. Selection of rapeseed for resistance to imidazolinone group of herbicides on solid media under in vitro conditions. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2025;163(2):81. DOI: 10.1007/s11240-025-03284-zKubo N., Ueoka H., Satoh S. Genetic relationships of heirloom turnip (Brassica rapa) cultivars in Shiga Prefecture and other regions of Japan. The Horticulture Journal. 2019;88(4):471-480. DOI: 10.2503/hortj.UTD-071Kubo N., Ueoka H., Satoh S. Genetic relationships of heirloom turnip (Brassica rapa) cultivars in Shiga Prefecture and other regions of Japan. The Horticulture Journal. 2019;88(4):471-480. DOI: 10.2503/hortj.UTD-071Li P., Zhang S., Zhang S., Li F., Zhang H., Cheng F., Wu J., Wang X., Sun R. Carotenoid biosynthetic genes in Brassica rapa: comparative genomic analysis, phylogenetic analysis, and expression profiling. BMC Genomics. 2015;16(1):492. DOI: 10.1186/s12864-015-1655-5Li P., Zhang S., Zhang S., Li F., Zhang H., Cheng F., Wu J., Wang X., Sun R. Carotenoid biosynthetic genes in Brassica rapa: comparative genomic analysis, phylogenetic analysis, and expression profiling. BMC Genomics. 2015;16(1):492. DOI: 10.1186/s12864-015-1655-5Liu G., Luo L., Yao L., Wang C., Sun X., Du C. Examining carotenoid metabolism regulation and its role in flower color variation in Brassica rapa L. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(20):11164. DOI: 10.3390/ijms252011164Liu G., Luo L., Yao L., Wang C., Sun X., Du C. Examining carotenoid metabolism regulation and its role in flower color variation in Brassica rapa L. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(20):11164. DOI: 10.3390/ijms252011164Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xMurashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xНикитин М.А. Использование технологии удвоенных гаплоидов в современной селекции капустных культур. Естественные науки. 2024;4(17):32-37. DOI: 10.54398/2500-2805.2024.17.4.005Nikitin M.A. Use of doubled haploid technology in modern selection of cabbage crops. Yestestvennye nauki = Natural Sciences. 2024;4(17):32-37. [in Russian]. DOI: 10.54398/2500-2805.2024.17.4.005Пивоваров В.Ф., Шмыкова Н.А., Бондарева Л.Л., Заблоцкая Е.А. Полиморфизм удвоенных гаплоидных линий капусты брокколи, полученных в культуре микроспор in vitro. Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2015;(5):33-35.Pivovarov V.F., Shmykova N.А., Bondareva L.L., Zablotskaya Ye.А. Polymorphism of doubled haploid lines of broccoli cabbage obtained in microspore in vitro culture (Polimorfizm udvoyennykh gaploidnykh liniy kapusty brokkoli, poluchennykh v kul'ture mikrospor in vitro). Vestnik of the Russian agricultural science. 2015;(5):33-35. [in Russian]Shi L., Chang L., Yu Y., Zhang D., Zhao X., Wang W., Li P., Xin X., Zhang F., Yu S., Su T., Dong Y., Shi F. Recent advancements and biotechnological implications of carotenoid metabolism of Brassica. Plants (Basel). 2023;12(5):1117. DOI: 10.3390/plants12051117Shi L., Chang L., Yu Y., Zhang D., Zhao X., Wang W., Li P., Xin X., Zhang F., Yu S., Su T., Dong Y., Shi F. Recent advancements and biotechnological implications of carotenoid metabolism of Brassica. Plants (Basel). 2023;12(5):1117. DOI: 10.3390/plants12051117Shumilina D.V., Kozar E.V, Chichvarina O.A., Korottseva K.S, Domblides E.A. Brassica rapa L. ssp. chinensis isolated microspore culture protocol. In: J.M. Segui-Simarro (ed.). Doubled Haploid Technology. Vol. 2. Methods in Molecular Biology (MIMB, Vol. 2288). New York, NY: Humana Press; 2021. p.145-162. DOI: 10.1007/978-1-0716-1335-1_9Shumilina D.V., Kozar E.V, Chichvarina O.A., Korottseva K.S, Domblides E.A. Brassica rapa L. ssp. chinensis isolated microspore culture protocol. In: J.M. Segui-Simarro (ed.). Doubled Haploid Technology. Vol. 2. Methods in Molecular Biology (MIMB, Vol. 2288). New York, NY: Humana Press; 2021. p.145-162. DOI: 10.1007/978-1-0716-1335-1_9Smolikova G., Dolgikh E., Vikhnina M., Frolov A., Medvedev S. Genetic and Hormonal Regulation of Chlorophyll Degradation during Maturation of Seeds with Green Embryos. International Journal of Molecular Sciences. 2017;18(9):1993. DOI: 10.3390/ijms18091993Smolikova G., Dolgikh E., Vikhnina M., Frolov A., Medvedev S. Genetic and Hormonal Regulation of Chlorophyll Degradation during Maturation of Seeds with Green Embryos. International Journal of Molecular Sciences. 2017;18(9):1993. DOI: 10.3390/ijms18091993Степанов В.А., Сирота С.М., Антипова О.В. Новая культура для салатных линий – репа листовая. Овощи России. 2015;(3-4):74-77. DOI: 10.18619/2072-9146-2015-3-4-74-77Stepanov V.A., Sirota S.M., Antipova O.V. Leafy turnip is a new crop for salad production lines. Vegetable crops of Russia. 2015;(3-4):74-77. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2015-3-4-74-77Zhang N., Zhao J., Lens F., de Visser J., Menamo T., Fang W., Xiao D., Bucher J., Basnet R.K., Lin K., Cheng F., Wang X., Bonnema G. Morphology, carbohydrate composition and vernalization response in a genetically diverse collection of Asian and European turnips (Brassica rapa subsp. rapa). PloS one. 2014;9(12):e114241. DOI: 10.1371/journal.pone.0114241Zhang N., Zhao J., Lens F., de Visser J., Menamo T., Fang W., Xiao D., Bucher J., Basnet R.K., Lin K., Cheng F., Wang X., Bonnema G. Morphology, carbohydrate composition and vernalization response in a genetically diverse collection of Asian and European turnips (Brassica rapa subsp. rapa). PloS one. 2014;9(12):e114241. DOI: 10.1371/journal.pone.0114241Zhou F., Liu Y., Feng X., Zhang Y., Zhu P. Transcriptome analysis of green and white leaf ornamental kale reveals coloration-related genes and pathways. Frontiers in Plant Science. 2022;13:769121. DOI: 10.3389/fpls.2022.769121Zhou F., Liu Y., Feng X., Zhang Y., Zhu P. Transcriptome analysis of green and white leaf ornamental kale reveals coloration-related genes and pathways. Frontiers in Plant Science. 2022;13:769121. DOI: 10.3389/fpls.2022.769121

The authors declare that there are no conflicts of interest present.