vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2024-3-9-17vir-nw-2022Research ArticleМОБИЛИЗАЦИЯ И СОХРАНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙMOBILIZATION AND CONSERVATION OF THE GENETIC DIVERSITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESКлональное микроразмножение отборных форм Malus niedzwetzkyana Dieck с высокой интродукционной устойчивостью в городских условияхIn vitro clonal micropropagation of selected Malus niedzwetzkyana Dieck forms demonstrating high resilience when introduced into urban environmentshttps://orcid.org/0000-0002-8525-0177БелановаА. П.BelanovaA. P.

Анастасия Петровна Беланова, кандидат биологических наук, научный сотрудник 

630090, Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101;630039, Новосибирск, ул. Добролюбова, 160

Anastasia P. Belanova, Cand. Sci. (Biology), Researcher 

101 Zolotodolinskaya St., Novosibirsk 630090;160 Dobrolyubova St., Novosibirsk 630039

boronina.a@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9413-4664ЗайцеваЮ. Г.ZaytsevaYu. G.

Юлианна Геннадьевна Зайцева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

630090, Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101

Yulianna G. Zaytseva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher 

101 Zolotodolinskaya St., Novosibirsk 630090

ulianna_zaitseva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4692-7042ЛяхЕ. М.LyakhE. M.

Елена Михайловна Лях, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

630090, Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101

Elena M. Lyakh, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher 

101 Zolotodolinskaya St., Novosibirsk 630090

llyakh@rambler.ruЦентральный сибирский ботанический сад Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный аграрный университетРоссияCentral Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Agrarian UniversityRussian FederationЦентральный сибирский ботанический сад Сибирского отделения Российской академии наукРоссияCentral Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024171020241853917Copyright © Беланова А.П., Зайцева Ю.Г., Лях Е.М., 20242024Беланова А.П., Зайцева Ю.Г., Лях Е.М.Belanova A.P., Zaytseva Y.G., Lyakh E.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2022

Актуальность. В настоящее время использование междисциплинарного подхода, основанного на сочетании традиционных интродукционных методов и приемах клонального микроразмножения, позволяет решить одну из ключевых задач интродукции по созданию биоресурсных коллекций, состоящих из отборных экземпляров растений с ценными хозяйственными признаками, устойчивых к неблагоприятным условиям городской среды. Материалы и методы. Проведенное интродукционное исследование выявило семь экземпляров Malus niedzwetzkyana Dieck, устойчивых к урбанизированным условиям, с высокими показателями развития кроны и долговечности. Данные растения послужили исходным материалом для разработки протокола клонального микроразмножения и сохранения in vitro отборных форм этого вида. Результаты. Установлено, что у M. niedzwetzkyana наиболее благоприятный срок взятия растительного материала для введения в культуру in vitro – начало периода активного роста вегетативных побегов после цветения. Самый оптимальный способ стерилизации растительного материала – ступенчатый режим с использованием спирта, гипохлорита натрия и нитрата серебра, позволяющий получить от 50 до 70% стерильных эксплантов и максимальный процент пролиферации меристем. На этапе микроклонального размножения сочетание 0,8 мг/л бензоаминапурина (БАП) с 0,14 мг/л индолил-3-масляной кислоты (ИМК) позволило существенно повысить коэффициент размножения (в среднем до 5,3 ± 0,7) и улучшить морфометрические показатели микропобегов; максимальная частота пролиферации побегов составила 100%. Выход адаптированных к условиям ex vitro побегов составил 90%.Заключение. Разработанный протокол клонального микроразмножения позволил ввести в культуру in vitro и размножить отборные формы M. niedzwetzkyana с целью создания ресурсной базы родового комплекса Malus Mill. для дальнейших фундаментальных и прикладных исследований.

Background. Currently, the use of an interdisciplinary approach based on a combination of traditional introduction methods and clonal micropropagation techniques makes it possible to solve one of the key problems of introduction – the establishment of bioresource collections consisting of selected plant accessions with valuable agronomic traits and resistance to unfavorable urban environments. Materials and methods. A plant introduction study resulted in identifying seven specimens of Malus niedzwetzkyana Dieck with resilience to urban environments, high rate of crown development, and longevity. They served as source material for the development of a clonal propagation protocol and in vitro preservation of selected genotypes of this species. Results. It was shown for M. niedzwetzkyana that the most favorable time for taking its plant material for introduction into in vitro culture is the beginning of the active growth of vegetative shoots after flowering. The most optimal sterilization technique for such plant material was a stepwise regime using alcohol, sodium hypochlorite, and silver nitrate: it provided from 50 to 70% of sterile explants and the maximum percentage of meristem proliferation. Combining 0.8 mg/L of benzylaminopurine (BAP) with 0.14 mg/L of indole-3-butyric acid (IBA) at the stage of microclonal propagation ensured a significant increase of the reproduction coefficient (on average up to 5.3 ± 0.7) and an improvement in morphometric parameters of microshoots; the maximum frequency of shoot proliferation was 100%. The yield of shoots adapted to ex vitro conditions was 90%. Conclusion. The developed clonal micropropagation protocol made it possible to introduce selected M. niedzwetzkyana forms into in vitro culture and reproduce them in order to set up a resource base for further fundamental and applied research into the system of the genus Malus Mill.

Malus Mill.размножение in vitroпазушные меристемыинтродукциягородское озеленениеMalus Mill.in vitro propagationaxillary meristemsintroductionurban gardeningработа выполнена в рамках государственного задания согласно проектам АААА-А21-121011290027-6 и AAAAA21-121011290025-2.the study was performed within the framework of the state task under Projects АААА-А21-121011290027-6 and AAAAA21-121011290025-2.ReferencesБарсукова О.Н. Изучение и перспективы селекционного использования яблони Недзвецкого (Malus niedzwetzkyana Dieck). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):64-69. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-64-69Barsukova O.N. Niedzwetzky’s apple (Malus niedzwetzkyana Dieck): evaluation and breeding prospects. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2020;181(3):64-69. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-64-69Чиндяева Л.Н., Томошевич М.А., Беланова А.П., Банаев Е.В. Древесные растения в озеленении сибирских городов. Новосибирск: Гео; 2018.Chindyaeva L.N., Tomoshevich M.A., Belanova A.P., Banaev E.V. Woody plants in green landscaping of Siberian cities (Drevesnye rasteniya v ozelenenii sibirskikh gorodov). Novosibirsk: Geo; 2018. [in Russian]Чурикова О.А Сохранение видов яблони в коллекции in vitro. Селекция и сорторазведение садовых культур. 2019;6(2):97-99.Churikova O.A. Conservation of apple species in the in vitro collection. Breeding and Variety Cultivation of Fruit and Berry Crops. 2019;6(2):97-99. [in Russian]Harris S.A., Robinson J.P., Juniper B.E. Genetic clues to the origin of the apple. Trends in Genetics. 2002;18(8):426-430. DOI: 10.1016/s0168-9525(02)02689-6Harris S.A., Robinson J.P., Juniper B.E. Genetic clues to the origin of the apple. Trends in Genetics. 2002;18(8):426-430. DOI: 10.1016/s0168-9525(02)02689-6Ji X.H., Wang Y.T., Zhang R., Wu S.J., An M.M., Li M. et al. Effect of auxin, cytokinin and nitrogen on anthocyanin biosynthesis in callus cultures of red-fleshed apple (Malus sieversii f. niedzwetzkyana). Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2015;120(1):325-337. DOI: 10.1007/s11240-014-0609-yJi X.H., Wang Y.T., Zhang R., Wu S.J., An M.M., Li M. et al. Effect of auxin, cytokinin and nitrogen on anthocyanin biosynthesis in callus cultures of red-fleshed apple (Malus sieversii f. niedzwetzkyana). Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2015;120(1):325-337. DOI: 10.1007/s11240-014-0609-yJiang H., Zhou T., Fan J., Zhang D., Zhang L., Sun Y. et al. ‘Yangzhi Yu’: a double-flowered ornamental crabapple. HortScience. 2020;55(4):589-590. DOI: 10.21273/HORTSCI14677-19Jiang H., Zhou T., Fan J., Zhang D., Zhang L., Sun Y. et al. ‘Yangzhi Yu’: a double-flowered ornamental crabapple. HortScience. 2020;55(4):589-590. DOI: 10.21273/HORTSCI14677-19Kakimzhanova A.A., Dyussembekova D., Nurtaza A. Yessimseitova A.K., Shevtsov A., Lutsay V. et al. An efficient micropropagation system for the vulnerable wild apple species, Malus sieversii, and confirmation of its genetic homogeneity. Erwerbs-Obstbau. 2023;65(5):621-632. DOI: 10.1007/s10341-022-00720-8Kakimzhanova A.A., Dyussembekova D., Nurtaza A. Yessimseitova A.K., Shevtsov A., Lutsay V. et al. An efficient micropropagation system for the vulnerable wild apple species, Malus sieversii, and confirmation of its genetic homogeneity. Erwerbs-Obstbau. 2023;65(5):621-632. DOI: 10.1007/s10341-022-00720-8Ханбабаева О.Е, Левко Г.Д., Кукуричкин Г.М. Создание биоресурсных коллекций родовых комплексов декоративных травянистых растений в ботанических садах и научно-исследовательских учреждениях. В кн.: Безопасный Север – чистая Арктика: сборник материалов V Всероссийской (с международным участием) научнопрактической конференции, 13–14 апреля 2023 г., Сургут / под ред. А.А. Исаева. Сургут, 2023. С.329-331.Khanbabaeva O.E., Levko G.D., Kukurichkin G.M. Creation of bioresource collections generic decorative complexes herbaceous plants in botanical gardens and research institutions. In: A.A. Isaev (ed.). Safe North – Clean Arctic: Proceedings of the V All-Russian (with international attendance) Scientific and Practical Conference, April 13–14, 2023, Surgut (Bezopasny Sever – chistaya Arktika: sbornik materialov V Vserossiyskoy (s mezhdunarodnym uchastiyem) nauchno-prakticheskoy konferentsii, 13–14 aprelya 2023 g., Surgut). Surgut; 2023. p.329-331. [in Russian]Хлесткина Е.К. Генетические ресурсы России: от коллекций к биоресурсным центрам. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):9-30. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-9-30Khlestkina E.K. Genetic resources in Russia: from collections to bioresource centers. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2022;183(1):9-30. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2022-1-9-30Лехнер М.П. Интродукция яблони (Malus Mill.) в Кузбасском ботаническом саду. Ботанические исследования Сибири и Казахстана. 2019;(25):98-101.Lechner M.P. Introduction apple (Malus Mill.) in the Kuzbass Botanical Garden Botanical Research of Siberia and Kazakhstan. 2019;(25):98-101. [in Russian]Лихонос Ф.Д. Обзор видов в роде Malus Mill. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1974;52(3):16-34.Likhonos F.D. |A survey of species in the genus Malus Mill. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 1974;52(3):16-34. [in Russian]Liu Y.N. Studies of standard description and database construction of Malus cultivars. Beijing: Chinese Academy of Forestry; 2018. [in Chinese]Liu Y.N. Studies of standard description and database construction of Malus cultivars. Beijing: Chinese Academy of Forestry; 2018. [in Chinese]Magyar-Tábori K., Dobránszki J., Teixeira da Silva J., Bulley S., Hudak I. The role of cytokinins in shoot organogenesis in apple. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2010;101(3):251-267. DOI: 10.1007/s11240-010-9696-6Magyar-Tábori K., Dobránszki J., Teixeira da Silva J., Bulley S., Hudak I. The role of cytokinins in shoot organogenesis in apple. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2010;101(3):251-267. DOI: 10.1007/s11240-010-9696-6Матушкина О.В., Пронина И.Н. Новое в технологии in vitro плодовых культур. Плодоводство и ягодоводство России. 2008;18:224-232.Matushkina O.V., Pronina I.N. New in the in vitro technology of fruit crops (Novoye v tekhnologii in vitro plodovykh kultur). Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2008;18:224-232. [in Russian]Murashige T., Skoog F.A. 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. 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.xNurtaza A., Karimova V., Magzumova G., Muranets A., Kakimzhanova A. Effect of pH, light intensity, and fertilizers on acclimatization of endangered rooted plantlets Malus niedzwetzkyana for restoration in nature. Journal of Plant Nutrition. 2023;46(12):2850-2864. DOI: 10.1080/01904167.2022.2160756Nurtaza A., Karimova V., Magzumova G., Muranets A., Kakimzhanova A. Effect of pH, light intensity, and fertilizers on acclimatization of endangered rooted plantlets Malus niedzwetzkyana for restoration in nature. Journal of Plant Nutrition. 2023;46(12):2850-2864. DOI: 10.1080/01904167.2022.2160756Nurtaza A., Karimova V., Magzumova G., Muranets A., Kakimzhanova A. The future of walnut–fruit forests in Kyrgyzstan and the status of the iconic Endangered apple Malus niedzwetzkyana. Oryx. 2019;53(3):415-423. DOI: 10.1017/S0030605318001230Nurtaza A., Karimova V., Magzumova G., Muranets A., Kakimzhanova A. The future of walnut–fruit forests in Kyrgyzstan and the status of the iconic Endangered apple Malus niedzwetzkyana. Oryx. 2019;53(3):415-423. DOI: 10.1017/S0030605318001230Papikhin R., Muratova S., Dubrovsky E., Grigoryeva M. Development of methods for introducing hybrid progeny of Malus sieboldii Rehd. at in vitro conditions. E3S Web of Conferences. 2020;210:06024. DOI: 10.1051/e3sconf/202021006024Papikhin R., Muratova S., Dubrovsky E., Grigoryeva M. Development of methods for introducing hybrid progeny of Malus sieboldii Rehd. at in vitro conditions. E3S Web of Conferences. 2020;210:06024. DOI: 10.1051/e3sconf/202021006024Ромаданова Н.В., Мишустина С.А., Матакова Г.Н., Рахимбаев И.Р., Кушнаренко С.В. Введение в культуру in vitro и микроклональное размножение перспективных сортов, клоновых подвоев и дикорастущих форм яблони. Ізденістер, нəтижелер = Исследование, результаты. 2013;3(059):142-149.Romadanova N., Mishustina S., Matakova G., Rakhimbaev I, Kushnarenko S. In vitro culture initiation and micropropogation of perspective cultivars, rootstocks and wild forms of Malus. Ізденістер, нəтижелер = Research and Results. 2013;3(059):142-149. [in Russian]Ромаданова Н.В., Вечерко Н.А., Жумабеков Е.Ж. Сохранение генофонда яблони в коллекции in vitro. Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира – 2008: материалы II Всероссийской научно-практической конференции, Белгород, 19–21 августа 2008 г. / под ред. А.С. Демидова. Белгород; 2008. С.128-132.Romadanova N.V., Vecherko N.A., Zhumabekov E.Zh. Conservation of the apple-tree gene pool in an in vitro collection (Sokhraneniye genofonda yabloni v kollektsii in vitro). In: A.S. Demidov (ed.). Biotechnology as a Tool for Plant Biodiversity Conservation – 2008: Proceedings of the II All-Russian Scientific and Practical Conference, Belgorod, August 19–21, 2008 (Biotekhnologiya kak instrument sokhraneniya bioraznoobraziya rastitelnogo mira – 2008: materialy II Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Belgorod, 19–21 avgusta 2008 g.). Belgorod; 2008. p.128-132. [in Russian]Uchendu E.E., Paliyath G., Brown D.C., Saxena P.K. In vitro propagation of North American ginseng (Panax quinquefolius L.). In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2021;47:710-718. DOI: 10.1007/s11627-011-9379-yUchendu E.E., Paliyath G., Brown D.C., Saxena P.K. In vitro propagation of North American ginseng (Panax quinquefolius L.). In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2021;47:710-718. DOI: 10.1007/s11627-011-9379-yVasil’eva I.S., Paseshnichenko V.A., Udalova Z.V., Zinov’eva S.V. Steroid furostanol glycosides: a new class of natural adaptogenes (review). Applied Biochemistry and Microbiology. 2009;45(5):463-472. DOI: 10.1134/S0003683809050019Vasil’eva I.S., Paseshnichenko V.A., Udalova Z.V., Zinov’eva S.V. Steroid furostanol glycosides: a new class of natural adaptogenes (review). Applied Biochemistry and Microbiology. 2009;45(5):463-472. DOI: 10.1134/S0003683809050019Васильева О.Ю., Дорогина О.В., Кубан И.Н., Сарлаева И.Я., Буглова Л.В. Методические аспекты изучения биоресурсных коллекций редких и хозяйственно ценных растений. Садоводство и виноградарство. 2018;4(214):12-18. DOI: 10.31676/0235-2591-2018-4-12-18Vasilyeva O.Yu., Dorogina O.V., Kuban I.N., Sarlaeva I.Ya., Buglova L.V. Methodical aspects of studying of bioresource collections of rare and economic valuable plants. Horticulture and Viticulture. 2018;4(214):12-18. [in Russian] DOI: 10.31676/0235-2591-2018-4-12-18Встовская Т.Н., Коропачинский И.Ю. Древесные растения Центрального сибирского ботанического сада. Новосибирск: Гео; 2005.Vstovskaya T.N., Koropachinsky I.Yu. Woody plants in the Central Siberian Botanical Garden (Drevesnye rasteniya Tsentralnogo sibirskogo botanicheskogo sada). Novosibirsk: Geo; 2005. [in Russian]Wang N., Zheng Y., Duan N., Zhang Z., Ji X., Jiang S. et al. Comparative transcriptomes analysis of red- and whitefleshed apples in an F1 population of Malus sieversii f. niedzwetzkyana crossed with M. domestica ‘Fuji’. PLoS One. 2015;10(7):0133468. DOI: 10.1371/journal.pone.0133468Wang N., Zheng Y., Duan N., Zhang Z., Ji X., Jiang S. et al. Comparative transcriptomes analysis of red- and whitefleshed apples in an F1 population of Malus sieversii f. niedzwetzkyana crossed with M. domestica ‘Fuji’. PLoS One. 2015;10(7):0133468. DOI: 10.1371/journal.pone.0133468Yang M., Che S., Zhang Y., Song W., Yan G., Yu W. Malus niedzwetzkyana (Dieck) Langenf. transcriptome comparison and phylogenetic analysis with Malus sieversii (Ledeb.) Roem. Genetic Resources and Crop Evolution. 2020;67(3):313-323. DOI: 10.1007/s10722-019-00871-wYang M., Che S., Zhang Y., Song W., Yan G., Yu W. Malus niedzwetzkyana (Dieck) Langenf. transcriptome comparison and phylogenetic analysis with Malus sieversii (Ledeb.) Roem. Genetic Resources and Crop Evolution. 2020;67(3):313-323. DOI: 10.1007/s10722-019-00871-w

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