Подходы современной биологии, биохимии и биотехнологии растений комплексно направлены на улучшение здоровья и качества жизни населения. Это достигается путем совершенствования генотипов различных культур по их качественным характеристикам, по составу и количеству биологически активных веществ (БАВ), адаптации к стрессовым факторам. Важное значение имеет развитие технологий ускоренной селекции ценных для здорового питания зерновых, овощных, плодовых и ягодных культур. В настоящем номере мы представляем результаты разносторонних экспериментальных и теоретических исследований, которые в той или иной степени служат эффективному развитию данного направления.

Актуальность. Овес посевной (Avena sativa L.) является одним из важнейших источников белка, масла, крахмала и пищевых волокон, в частности β-глюканов. Пищевые волокна служат источником питания для микрофлоры кишечника и существенно влияют не только на ее состав, но и на процессы нормального функционирования кишечника в целом. В связи с возросшим интересом к β-глюкану как компоненту пищи и биологически-активной добавке возникает необходимость в наличии удобного и недорогого метода определения содержания β-глюканов в зерне. В статье дается обзор существующих методов выделения и определения растворимых β-глюканов в злаковых: ферментативного, щелочного, щелочно-ферментативного, колориметрического; отмечены их достоинства и недостатки. Основными недостатками некоторых методов являются сложность и длительность выполнения, значительная стоимость используемых реагентов, отсутствие возможности определения точного содержания β-глюканов из-за недостаточной очистки их от различных примесей.

Результаты. В данном исследовании на примере голозёрных и плёнчатых сортов овса рассмотрена возможность использования гравиметрического метода, разработанного на основе модифицированного нами щелочного метода. Измельченные зерна овса предварительно обрабатывали 50% раствором этанола для инактивации β-глюканазы и удаления свободных сахаров, части липидов, белков и других веществ. Высвобождение β-глюканов из алейронового слоя и эндосперма муки проводили 5% раствором NaOH и окончательную экстракцию осуществляли 70% раствором этилового спирта. β-глюканы всплывали на поверхность в виде сгустка волокон, который затем высушивали при температуре 100-102°С до постоянной массы и взвешивали. Содержание β-глюканов рассчитывали на сухую навеску (%). Выделенные β-глюканы исследовали на наличие сопутствующих веществ: содержание азотистых веществ определяли по методу Къельдаля, наличие крахмала определяли по качественной реакции с реактивом Люголя.

Заключение. Содержание β-глюканов в зерне изученных образцов составило от 3,12±0,18% до 4,65±0,17% на сухой вес. В результате проведенного исследования были подобраны оптимальные условия выделения β-глюканов: установлены соотношения экстрагирующих смесей, режимы центрифугирования, осаждения и сушки. Показано, что данный метод позволяет выделять β-глюканы при минимальной примеси азотистых веществ (0,07-0,12%) и отсутствии следов крахмала. Одним из преимуществ описанного метода является его доступность для массового анализа при изучении коллекции зерновых культур.

Для малины (Rubus idaeus Focke), одной из наиболее ценных и популярных ягодных культур в России, актуально изучение взаимодействия генотип-среда. Сложный геномный состав современных сортов культуры, модифицирующее влияние климатических условий выращивания на проявление изменчивости признаков, влияющих на товарную урожайность плодов, обуславливают необходимость проведения оценки имеющихся в коллекции сортов с целью выделения наиболее оптимальных для конкретных агробиологических условий региона, в котором планируется выращивание. В ходе трехлетнего (2017-2019 гг.) изучения десяти коллекционных образцов ремонтантной и полуремонтатной малины отечественной и зарубежной селекции, собранных на Крымской ОСС – филиале ВИР, наблюдали биологические особенности прохождения фенологических фаз сезонного роста и развития малины по следующим признакам: число ягод, среднюю, минимальную и максимальную массу ягоды, общий и товарный урожай. Цель проводимой работы – подбор высокотехнологичных сортов ремонтантной малины для товарных насаждений Северо-Кавказского региона России путем выделения оптимальных, по комплексу хозяйственно-ценных признаков, из имеющихся образцов в коллекции генетических ресурсов растений ВИР. Количественная оценка влияния генотипа сорта, условий года выращивания и их совместного действия на изученные признаки в исследованиях выполнена с помощью двухфакторного дисперсионного анализа. Показано, что на товарную продуктивность куста наибольшее влияние имеют сортовые особенности (доля влияния фактора «сорт» – 68%), и в меньшей мере – погодные условия (доля влияния фактора «год» – 7,5%). Обобщение и комплексный анализ полученных в ходе проведенной работы данных показал, что по комплексу хозяйственно-ценных признаков для широкого производственного испытания из изученных коллекционных образцов можно рекомендовать сорта: ʻБрянское Дивоʼ, ʻГераклʼ, ʻНикаʼ и ʻАнтейʼ. Использование ускоренного клонального микроразмножения малины ремонтантного типа плодоношения позволяет получить достаточное количество саженцев для закладки участков производственного сортоиспытания в течение одного-двух лет после введения в культуру, что как следствие положительно влияет на сроки внедрения в производство новых сортов.

Перед селекционерами стоит задача наиболее быстрого выведения сортов вишни обыкновенной Prunus cerasus L., которые смогут заполнить нишу среди «страховых» плодовых косточковых культур, дополнив уже имеющийся сортимент. Ускорить этот процесс практически невозможно без применения культуры in vitro. В связи с этим, в задачу данных исследований входило выявление наиболее благоприятных сроков изоляции зародышей сортов вишни кислой и гибридов ее с черешней для их активного развития и роста in vitro. Анализ литературных источников и полученных в настоящем исследовании результатов позволяет заключить, что сроки изоляции зародышей для ввода в культуру in vitro играют очень важную роль для процесса дальнейшего успешного культивирования. В связи с разночтением таких сроков предложена «точка отсчета» – дата оплодотворения (опыления), а при свободном опылении – массовое цветение. Приведены параметры (высота и ширина) семени вишни в зависимости от срока опыления. Вместе с семядолями, зародыши сортов вишни обыкновенной 14-го дня своего развития соответствуют размерам от 1,2 × 0,4 мм до 1,6 × 1,0 мм и, при нормальном оплодотворении, к 28-30-у дню увеличиваются в своем размере от 6,5 × 5,1 мм до 7,2 × 6,3 мм в среднем. В тоже время, семя с зародышем гибридных сортов вишни (дюков) достигает более высоких значений: 11,3 × 8,1 мм. При вводе в культуру зародышей вишни следует ориентироваться на их размер, а также на срок, прошедший от опыления. Выявлено, что сроки изоляции, как ранние, на 14-19-й день, так и поздние, на 44-52-й день, отрицательно влияют на развитие зародышей: они останавливаются в развитии, и, при этом, количество полученных сеянцев снижается. Экспериментально доказано, что наиболее оптимальными сроками забора плодов для выращивания гибридов вишни in vitro является период с 28-го по 32-й день после опыления цветков: активное развитие у них наблюдали на 10-15-й день в пробирках, и большинство из них (83-85%) начали прорастать через 40 дней (на 39-47-й день после ввода в культуру in vitro). В целом это приводит к эффективности проводимой гибридизации и ускорению получения сеянцев в тот же год.

В процессе агротрансформации в растение попадает фрагмент плазмиды почвенной бактерии Agrobacterium rhizogenes Conn в результате чего под действием генов, входящих в состав данного фрагмента, у растения разрастается корневая система. Основные гены, контролирующие разрастание корней, объединяют в «корневой локус». Самым хорошо изученным геном “корневого локуса” является ген rolC. За более чем 30-летнюю историю исследований, посвященных гену rolC, были получены данные по его экспрессии, локализации и предполагаемых функциях белка, а также о его влиянии на морфологические и биохимические особенности растений. Так известно, что трансформация геном rolC приводит к множественным морфологическим эффектам, среди которых чаще всего встречаются карликовость, кустистость и изменение формы листовой пластинки. Подобные реакции растений связывают с изменением баланса гормонов, происходящим под влиянием rolC. Показано, что у трансформированных растений действительно изменяется количество ауксинов, цитокининов, а также абсцизовой кислоты, однако эти данные не складываются в единую картину. Также не установлены сигнальные пути, по которым rolC может воздействовать на гормональную систему растений. Морфогенетические эффекты могут проявляться в различной степени в зависимости от того, под контролем какого промотора работает rolC. Использование конститутивного промотора обычно приводит к более выраженному проявлению признаков, чем при работе гена под нативным промотором. Также показано влияние rolC на вторичный метаболизм растений. У трансформантов происходит активация синтеза различных метаболитов и, в отличие от морфогенетических эффектов, данный биохимический эффект не зависит от промотора, под которым экспрессируется ген. Некоторые вторичные метаболиты связаны с защитной системой растений. Таким образом, rolC способен опосредованно влиять и на этот аспект физиологии растений. В данном обзоре собраны результаты исследований, посвященных гену rolC в растениях, авторы попытались сформулировать основные гипотезы, связанные с механизмами работы гена, с целью приблизить читателей к пониманию его функции в растениях.