Криоконсервация сортов малины отечественной селекции из коллекции in vitro ВИР

В генетических банках растений криоколлекции используются для длительного хранения культур, которые не могут сохраняться в семенных коллекциях. К ним относятся вегетативно размножаемые культуры, образцы видов, формирующих малое число семян или имеющих рекальцитрантные семена. Для криосохранения большинства ягодных культур используют апексы побегов пробирочных растений, поэтому определяющим этапом для них является наличие in vitro коллекции. В коллекции in vitro ВИР сохраняется 150 образцов рода Rubus L., из них 85 сортов малины, в том числе 59 отечественной селекции. Эти сорта характеризуются широким эколого-географическим разнообразием. Среди них имеются сорта малины, созданные в конце XIX века – первой половине XX века, в том числе селекции И.В. Мичурина и основоположника северного садоводства В.В. Спирина. Более половины образцов отечественных сортов малины (33 сорта) числятся в Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию. Собранный в in vitro коллекции ВИР сортимент малины российской селекции ограниченно представлен в зарубежных генбанках. Задача данной работы заключалась в криоконсервации образцов сортов малины преимущественно народной и старой российской селекции, поступивших в ВИР в период с 1925 по 1950 год, а также мониторинг посткриогенной регенерационной способности у сортов малины, ранее заложенных в криобанк ВИР. Замораживание при сверхнизких температурах апексов микрорастений проводили у 10 сортов малины из in vitro коллекции ВИР (7 из которых относятся к сортам народной и старой российской селекции) с использованием оптимизированного ранее протокола дроплет-витрификации – «DV-biotech». В криобанк ВИР на длительное хранение передано 10 образцов сортов малины (900 апексов) со средним уровнем посткриогенной регенерации 38,2 ± 3,0, определенным в контрольных экспериментах перед закладкой на длительное хранение в криобанк. Отмечено статистически значимое влияние генотипа на жизнеспособность эксплантов после криоконсервации, в то время как статистически значимого влияния генотипа на посткриогенную регенерацию эксплантов не обнаружено. Дополнительно у 17 сортов малины, хранившихся в криобанке от одного до пяти лет, оценивали уровень посткриогенной регенерации. Из 17 проверенных образцов сортов малины (296 апексов) посткриогенная регенерация на уровне 20%–70% была выявлена у всех четырех сортов, сохраняемых в криобанке в течение одного года, и на уровне 10%–50% у оставшихся восьми сортов с более длительным сроком криохранения в криобанке – от трёх до пяти лет. По результатам проведенного мониторинга отмечена регенерация у 12 сортов малины на уровне от 10% до 70%. Эти сорта можно считать надёжно сохраняемыми в парах жидкого азота в криобанке ВИР. Мониторинг посткриогенной регенерации образцов малины, хранящихся в криобанке ВИР, и криоконсервация новых сортов малины будут продолжены.

1. Антонова О.Ю., Дунаева С.Е., Ухатова Ю.В., Камылина Н.Ю., Долганова Н.А., Лисицына О.В., Гавриленко Т.А. Оздоровление малины от вируса кустистой карликовости (rbdv) методом комплексной терапии в культуре in vitro. Достижения науки и техники АПК. 2015;29(7):61-64.

2. Chang Y., Reed B.M. Extended cold acclimation and recovery medium alteration improve regrowth of Rubus shoot tips following cryopreservation. CryoLetters. 1999;20(6):371-376.

3. Condello E., Rŭzić D., Panis B., Caboni E. Raspberry cryopreservation by droplet vitrification technique. Acta Horticulture. 2011;918:965-969. DOI: 10.17660/ActaHortic.2011.918.127

4. Дунаева С.Е., Красовская Л.С., Гавриленко Т.А. Сохранение генетических ресурсов рода Rubus (Rosaceae) ex situ. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):236-253. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-236-253

5. Дунаева С.Е., Пендинен Г.И., Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Ухатова Ю.В., Шувалова Л.Е., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Сохранение вегетативно размножаемых культур в in vitro и крио коллекциях: методические указания / под редакцией Т.А. Гавриленко. 2-е изд. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

6. Дунаева С.Е., Рокко Г.С. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 899. Коллекция in vitro малины и ежевики (Rubus L., Rosaceae). Санкт-Петербург: ВИР; 2019.

7. Edesi J., Tolonen J., Ruotsalainen A.L., Aspi J., Häggman H. Cryopreservation enables long-term conservation of critically endangered species Rubus humulifolius. Biodiversity and Conservation. 2020;29(1):303-314. DOI: 10.1007/s10531-019-01883-9

8. Gupta S., Reed B.M. Cryopreservation of shoot tips of blackberry and raspberry by encapsulation-dehydration and vitrification. CryoLetters. 2006;27(1);29-42.

9. Hammer Ø., Harper D.A., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia electronica. 2001;4(1):1-9.

10. Höfer M., Flachowsky H., Hanke M.-V. German Fruit Genebank – looking back 10 years after launching a national network for sustainable preservation of fruit genetic resources. Journal für Kulturpflanzen. 2019;71(2/3):41-51. DOI: 10.5073/JfK.2019.02-03.01

11. Jenderek M.M., Reed B.M. Cryopreserved storage of clonal germplasm in the USDA National Plant Germplasm System. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2017;53(4):299-308. DOI: 10.1007/s11627-017-9828-3

12. Казаков И.B., Айтжанова С.Д., Евдокименко С.Н., Сазонов Ф.Ф., Кулагина В.Л., Андронова Н.В. Ягодные культуры в Центральном регионе России. 2-е изд. Москва; 2016.

13. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Москва: Физматлит; 2006.

14. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 186. Полевая устойчивость земляники, малины и ежевики к основным заболеваниям / под редакцией В.И. Кривченко. Ленинград: ВИР; 1976.

15. Kovalchuk I., Turdiev T., Kushnarenko S., Rakhimbaev I., Reed B.M. Cryopreservation of raspberry cultivars: Testing Techniques for Long-Term Storage of Kazakhstan’s Plant Germplasm. The Asian and Australasian Journal of Plant Science and Biotechnology. 2010;4(1):1-4.

16. Nukari A., Uosukainen M., Rokka V.M. Cryopreservation techniques and their application in vegetatively propagated crop plants in Finland. Agricultural and food science. 2009;18(2):117-128. DOI: 10.2137/145960609789267506

17. Panis B., Nagel M., Van den Houwe I. Challenges and prospects for the conservation of crop genetic resources in field genebanks, in in vitro collections and/or in liquid nitrogen. Plants. 2020;9(12):1634. DOI: 10.3390/plants9121634

18. Popova E., Shukla M., Kim H.H., Saxena P.K. Plant cryopreservation for biotechnology and breeding. In: Al-Khayri J.M., Jain S.M., Johnson D.V. (eds.) Advances in plant breeding strategies: breeding, biotechnology and molecular tools. Cham: Springer; 2015. p.63-93. DOI: 10.1007/978-3-319-22521-0_3

19. Rantala S., Kaseva J., Nukari A., Laamanen J., Veteläinen M., Häggman H., Karhu S. Successful cryopreservation of dormant buds of blackcurrant (Ribes nigrum L.) by using greenhouse-grown plants and in vitro recovery. Plants. 2021;10(7):1414. DOI: 10.3390/plants10071414

20. Reed B.M. Cold acclimation as a method to improve survival of cryopreserved Rubus meristems. CryoLetters. 1988;9(3):166-171.

21. Reed B.M. Improved survival of in vitro-stored Rubus germplasm. Journal of the American Society for Horticultural Science. 1993;118(6):890-895. DOI: 10.21273/JASHS.118.6.890

22. Reed B.M. Implementing cryogenic storage of clonally propagated plants. CryoLetters. 2001;22(2):97-104.

23. Reed B.M., Lagerstedt H.B. Effects of prefreezing temperature, freezing rate and cryoprotectants on the survival of apical meristems of Vaccinium frozen in liquid nitrogen. Cryobiology. 1987;24(6):571-572. DOI: 10.1016/0011-2240(87)90135-0

24. Reed B.M., Sarasan V., Kane M., Bunn E., Pence V.C. Biodiversity conservation and conservation biotechnology tools. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2011;47:1-4. DOI: 10.1007/s11627-010-9337-0

25. Roque-Borda C.A., Kulus D., Vacaro de Souza A., Kaviani B., Vicente E.F. Cryopreservation of agronomic plant germplasm using vitrification-based methods: An overview of selected case studies. International Journal of Molecular Sciences. 2021;22(11):1-33. DOI: 10.3390/ijms22116157

26. Розанова М.А. Ягодоведение и ягодоводство. 2-е изд. Ленинград: Сельхозгиз, Ленинградское отделение; 1937.

27. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1 «Сорта растений» (официальное издание). Москва: Росинформагротех; 2021. URL: https://ogorodum.ru/docs/gosreestr-rus.pdf [дата обращения: 24.12.2021].

28. Тихонова О.А., Гаврилова О.А., Радченко Е.А., Вержук В.Г., Павлов А.В. Жизнеспособность пыльцы черной смородины до и после криоконсервирования в жидком азоте и особенности ее морфологии. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):110-119. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-110-119

29. Tuohimetsä S., Nukari A. Modified droplet-vitrification cryopreservation of arctic bramble (Rubus arcticus) and hybrid arctic bramble. Acta Horticulture. 2019;1234:225-232. DOI: 10.17660/ActaHortic.2019.1234.30

30. Uchendu E.E., Muminova M., Gupta S., Reed B.M. Antioxidant and anti-stress compounds improve regrowth of cryopreserved Rubus shoot tips. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2010;46(4):386-393. DOI: 10.1007/s11627-010-9292-9

31. Ukhatova Y.V., Dunaeva S.E., Antonova O.Y., Apalikova O.V., Pozdniakova K.S., Novikova L.Y., Shuvalova L.E., Gavrilenko T.A. Cryopreservation of red raspberry cultivars from the VIR in vitro collection using a modified droplet vitrification method. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2017;53:394-401. DOI: 10.1007/s11627-017- 9860-3

32. Volk G.M., Henk A.D., Jenderek M.M., Richards C.M. Probabilistic viability calculations for cryopreserving vegetatively propagated collections in genebanks. Genetic Resources and Crop Evolution. 2017;64(7):1613-1622. DOI: 10.1007/s10722-016-0460-6

33. Vollmer R., Villagaray R., Cárdenas J., Castro M., Chávez O., Anglin N.L., Ellis D. A large-scale viability assessment of the potato cryobank at the International Potato Center (CIP). In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2017;53(4):309-317. DOI: 10.1007/s11627-017-9846-1

34. Vujović T., Ružić D., Cerović R. Effect of the duration of liquid nitrogen storage on the regrowth of blackberry cryopreserved by droplet vitrification. Contemporary Agriculture. 2017;66:44-50. DOI: 10.1515/contagri-2017-0008

35. Vujović T., Sylvestre I., Ružić D., Engelmann F. Droplet-vitrification of apical shoot tips of Rubus fruticosus L. and Prunus cerasifera Ehrh. Scientia Horticulturae. 2011;130(1):222-228. DOI: 10.1016/j.scienta.2011.06.049

36. Vysotskaya O.N., Mochammed A.I., Butenko R.G. Cryopreservation of red raspberry meristems (Rubus idaeus L.) isolated from in vitro plantlets. Biology Bulletin. 1999;26(1):19-22. Available from: https://www.researchgate.net/publication/259417833_Cryopreservation_of_Red_Raspberry_Meristems_Rubus_idaeus_L_Isolated_from_in_vitro_Plantlets [accessed Nov. 23, 2021].

37. Высоцкая О.Н., Попов А.С. Способ криосохранения меристем, изолированных из растений малины красной (Rubus idaeus L.) in vitro. Российская Федерация; патент на изобретение № 2248121; 2005.

38. Wang Q., Laamanen J., Uosukainen M., Valkonen J.P.T. Cryopreservation of in vitro-grown shoot tips of raspberry (Rubus idaeus L.) by encapsulation–vitrification and encapsulation–dehydration. Plant Cell Reports. 2005;24:280-288. DOI: 10.1007/s00299-005-0936-x