vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-4-98-109vir-nw-2141Research ArticleКОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИCOLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDSРазработка протоколов для введения зрелых семян риса (Oryza sativa L. subsp. indica и subsp. japonica) в асептические условия и получения каллусной культурыDevelopment of protocols for introducing mature seeds of rice (Oryza sativa L. subsp. indica and subsp. japonica) into aseptic conditions and obtaining callus culturehttps://orcid.org/0009-0006-7806-4647НестероваЕ. А.NesterovaE. A.

Екатерина Артемовна Нестерова, и. о. младшего научного сотрудника, ВИР

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

Ekaterina A. Nesterova, Acting Associate Researcher, VIR

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

ea.nesterova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0009-0005-8099-1274ПоваляевА. ВPovalyaevA. V.

Александр Вячеславович Поваляев, студент

196084 Россия, Санкт-Петербург, ул. Черниговская, 5

Alexander V. Povalyaev, Student

5 Chernigovskaya Street, St. Petersburg 196084, Russia

sascha.povaliaeff@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3509-4655РомановаО. И.RomanovaO. I.

Ольга Ивановна Романова, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, и. о. заведующего отдела, ВИР

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

Olga I. Romanova, Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Acting Head of a Department,  VIR

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

o.romanova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0009-0002-0930-3481ГорбуноваК. Н.GorbunovaK. N.

Ксения Николаевна Горбунова, специалист,  ВИР

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

Ksenia N. Gorbunova, Specialist, VIR

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

k.gorbunova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1958-5008ШвачкоН. А.ShvachkoN. A.

Наталия Альбертовна Швачко, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, и. о. заведующего лабораторией,  ВИР

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

Nataliya A. Shvachko, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, Acting Head of a Laboratory, VIR

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

n.shvachko@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медициныРоссияSt. Petersburg State University of Veterinary MedicineRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation202527122025186498109Copyright © Нестерова Е.А., Поваляев А.В., Романова О.И., Горбунова К.Н., Швачко Н.А., 20252025Нестерова Е.А., Поваляев А.В., Романова О.И., Горбунова К.Н., Швачко Н.А.Nesterova E.A., Povalyaev A.V., Romanova O.I., Gorbunova K.N., Shvachko N.A.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/2141Актуальность

Актуальность. Рис (Oryza sativa L.) считается модельным однодольным растением, что делает его одной из наиболее изученных культур. Несмотря на это, генетики, селекционеры и биотехнологи сталкиваются с трудностями, такими как ранний некроз и слабое образование каллуса у сортов и линий subsp. indica S. Kato. В то время как у сортов риса подвида japonica S. Kato отмечена высокая способность к образованию каллуса (40%), у сортов и линий подвида indica ответ на индукцию каллусообразования составил 0%.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектом исследования послужили 40 образцов риса из коллекции ВИР (11 образцов относятся к подвиду indica и 29 – к подвиду japonica). Проращивание семян и получение каллусной массы проводили на питательных средах Chu (N6), Gamborg B5 и MS. Для образования каллуса отбирали зрелые семена риса, очищенные от семенной оболочки, и в дальнейшем культивировали на питательных средах разного состава. Растительный материал поддерживали на светоустановках в режиме светового дня 16/8 ч при температуре 23–24°C и освещении 25 000 люкс.

Результаты

Результаты. Отработан протокол стерилизации семян для дальнейшего введения в асептические условия in vitro. Все 40 образцов проросли в асептической культуре. Получена каллусная культура у образцов риса subsp. indica (41% каллусообразования) и subsp. japonica (38% каллусообразования). Разработаны протоколы сред для поддержания, пролиферации клеток каллусной массы и получения регенерантов.

Заключение

Заключение. Разработаны и модифицированы протоколы для получения каллусной культуры из двух подвидов риса. Для образцов subsp. indica выбрана питательная среда Chu (N6) с добавлением 2 мг/л 2,4D и 0,5 г/л казеина. Наиболее подходящей средой для индукции каллусообразования образцов subsp. japonica выбрана среда ½MS с добавлением 0,2 г/л пролина, 0,4 мг/л кинетина и 0,8 мг/л 2,4D. При добавлении в питательную среду MS пролина (0,5 г/л) и гидролизата казеина (0,3 г/л) удалось инициировать начальную стадию регенерации побегов и корней.

Background

Background. Rice (Oryza sativa L.) is considered a model monocotyledonous plant, which makes it one of the most studied crops. Despite this, geneticists, breeders, and biotechnologists face difficulties such as early necrosis and poor callus formation in subsp. indica cultivars and lines. While high callus formation ability (40%) was observed in subsp. japonica cultivars, the response to callus induction was 0% in cultivars and lines of subsp. indica.

Materials and methods

Materials and methods. The studied material included 40 rice accessions from the VIR collection (11 accessions of subsp. indica, and 29 of subsp. japonica). Chu (N6), Gamborg B5 and MS nutrient media were used for seed germination and callus mass production. For callus formation, mature rice seeds cleaned of the seed coat were selected and then cultured on nutrient media with different compositions. The plant material was maintained on light installations in a 16/8 h daylight mode at a temperature of 23–24°C and 25,000 lux illumination.

Results

Results. A protocol for sterilization of seeds for subsequent introduction into aseptic in vitro conditions was developed. Plants of all 40 rice accessions germinated in aseptic culture. Callus culture was obtained from plants of subsp. indica (41% of callus formation) and subsp. japonica (38%). Protocols for nutrient media were obtained to maintain and proliferate callus mass cells, and to produce regenerated plants.

Conclusion

Conclusion. Protocols for obtaining callus culture from two rice subspecies were developed and modified. The Chu (N6) nutrient medium supplemented with 2 mg/L of 2,4D and 0.5 g/L of casein was selected for subsp. indica accessions. The most suitable medium for inducing callus formation in subsp. japonica accessions was the ½MS medium supplemented with 0.2 g/L of proline, 0.4 mg/L of kinetin, and 0.8 mg/L of 2,4D. Addition of proline (0.5 g/L) and casein hydrolysate (0.3 g/L) to the MS nutrient medium helped to initiate the starting stage of shoot and root regeneration.

рискаллусрегенерациякультивированиепротоколы in vitroindicajaponicaricecallusshoot and root regenerationin vitro protocolsРабота выполнена в рамках темы НИР № FGEM-2022-0007 «Выявление новых генетических маркеров селекционно значимых свойств и новых аллельных вариантов хозяйственно ценных генов в генофонде культурных растений и их диких родичей при помощи геномных и постгеномных технологий». Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The work was carried out within the framework of the research theme under VIR’s Project No. FGEM-2022-0007 “Identifying new genetic markers of significant traits for breeding and new allelic versions of agronomically important genes in the genetic diversity of cultivated plants and their wild relatives using genomic and postgenomic technologies”. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesAli J., Nicolas K.L.C., Akther S., Torabi A., Ebadi A.A., Marfori-Nazarea C.M. et al. Improved anther culture media for enhanced callus formation and plant regeneration in rice (Oryza sativa L.). Plants (Basel). 2021;10(5):839. DOI: 10.3390/plants10050839Ali J., Nicolas K.L.C., Akther S., Torabi A., Ebadi A.A., Marfori-Nazarea C.M. et al. Improved anther culture media for enhanced callus formation and plant regeneration in rice (Oryza sativa L.). Plants (Basel). 2021;10(5):839. DOI: 10.3390/plants10050839Chu C.C. The N6 medium and its application to anther culture of cereal crops. In: Proceedings of Symposium on Plant Tissue Culture, 25–30 May 1978. Peking: Science Press; 1978. p.43-50.Chu C.C. The N6 medium and its application to anther culture of cereal crops. In: Proceedings of Symposium on Plant Tissue Culture, 25–30 May 1978. Peking: Science Press; 1978. p.43-50.Do V.G., Kim S., Win N.M., Kwon S.I., Kweon H., Yang S. et al. Efficient regeneration of transgenic rice from embryogenic callus via Agrobacterium-mediated transformation: a case study using GFP and apple MdFT1 genes. Plants (Basel). 2024;13(19):2803. DOI: 10.3390/plants13192803Do V.G., Kim S., Win N.M., Kwon S.I., Kweon H., Yang S. et al. Efficient regeneration of transgenic rice from embryogenic callus via Agrobacterium-mediated transformation: a case study using GFP and apple MdFT1 genes. Plants (Basel). 2024;13(19):2803. DOI: 10.3390/plants13192803Gamborg O.L., Eveleigh D.E. Culture methods and detection of glucanases in suspension cultures of wheat and barley. Canadian Journal of Biochemistry. 1968;46(5):417-421. DOI: 10.1139/o68-063Gamborg O.L., Eveleigh D.E. Culture methods and detection of glucanases in suspension cultures of wheat and barley. Canadian Journal of Biochemistry. 1968;46(5):417-421. DOI: 10.1139/o68-063Khandagale K.S., Chavhan R., Nadaf A.B. RNAi-mediated down regulation of BADH2 gene for expression of 2-acetyl-1-pyrroline in non-scented indica rice IR-64 (Oryza sativa L.). 3 Biotech. 2020;10(4):145. DOI: 10.1007/s13205-020-2131-8Khandagale K.S., Chavhan R., Nadaf A.B. RNAi-mediated down regulation of BADH2 gene for expression of 2-acetyl-1-pyrroline in non-scented indica rice IR-64 (Oryza sativa L.). 3 Biotech. 2020;10(4):145. DOI: 10.1007/s13205-020-2131-8Кильчевский А.В., Лещина Н.Ю., Пугачева И.Г. Результаты селекции томата на холодостойкость и продуктивность с использованием гаметофитно-спорофитного отбора. Овощеводство. 2008;14:166-175.Kilchevsky A.V., Leshchina N.Y., Pugacheva I.G. Results of tomato breeding for cold resistance and productivity using gametophytic-sporophytic selection. Vegetable Growing. 2008;14:166-175. [in Russian]Liao W., Cao L. Conservation and evolution of wildlife in the context of climate change and human population growth. Biology (Basel). 2024;13(6):440. DOI: 10.3390/biology13060440Liao W., Cao L. Conservation and evolution of wildlife in the context of climate change and human population growth. Biology (Basel). 2024;13(6):440. DOI: 10.3390/biology13060440Majumder S., Datta K., Datta S.K. Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of rice by hygromycin phosphotransferase (hptII) gene containing CRISPR/Cas9 vector. Methods in Molecular Biology. 2021;2238:69-79. DOI: 10.1007/978-1-0716-1068-8_5Majumder S., Datta K., Datta S.K. Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of rice by hygromycin phosphotransferase (hptII) gene containing CRISPR/Cas9 vector. Methods in Molecular Biology. 2021;2238:69-79. DOI: 10.1007/978-1-0716-1068-8_5Mayakaduwa R., Silva T. Haploid induction in indica rice: exploring new opportunities. Plants (Basel). 2023;12(17):3118. DOI: 10.3390/plants12173118Mayakaduwa R., Silva T. Haploid induction in indica rice: exploring new opportunities. Plants (Basel). 2023;12(17):3118. DOI: 10.3390/plants12173118Miah M.A.A., Earle E.D., Khush G.S. Inheritance of callus formation ability in anther cultures of rice, Oryza sativa L. Theoretical and Applied Genetics. 1985;70(2):113-116. DOI: 10.1007/BF00275308Miah M.A.A., Earle E.D., Khush G.S. Inheritance of callus formation ability in anther cultures of rice, Oryza sativa L. Theoretical and Applied Genetics. 1985;70(2):113-116. DOI: 10.1007/BF00275308Mikami T., Kinoshita T. Genotypic effects on the callus formation from different explants of rice, Oryza sativa L. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1988;12(3):311-314. DOI: 10.1007/BF00034374Mikami T., Kinoshita T. Genotypic effects on the callus formation from different explants of rice, Oryza sativa L. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1988;12(3):311-314. DOI: 10.1007/BF00034374Murashige 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.xRaval M., Chattoo B.B. Role of media constituents and proline in callus growth, somatic embryogenesis and regeneration of Oryza sativa cv Indica. Indian Journal of Experimental Biology. 1993;31(7):600-603.Raval M., Chattoo B.B. Role of media constituents and proline in callus growth, somatic embryogenesis and regeneration of Oryza sativa cv Indica. Indian Journal of Experimental Biology. 1993;31(7):600-603.Reinert J., Bajaj Y.P.S. (eds). Applied and fundamental aspects of plant cell, tissue and organ culture. Berlin; Heidelberg; New York: Springer; 1977.Reinert J., Bajaj Y.P.S. (eds). Applied and fundamental aspects of plant cell, tissue and organ culture. Berlin; Heidelberg; New York: Springer; 1977.Rojas-Vásquez R., Hernández-Soto A., Arrieta-Espinoza G., Gatica-Arias A. CRISPR/Cas9-mediated genome editing in indica rice (Oryza sativa L. subsp. indica var. CR-5272). Methods in Molecular Biology. 2024;2788:257-271. DOI: 10.1007/978-1-0716-3782-1_15Rojas-Vásquez R., Hernández-Soto A., Arrieta-Espinoza G., Gatica-Arias A. CRISPR/Cas9-mediated genome editing in indica rice (Oryza sativa L. subsp. indica var. CR-5272). Methods in Molecular Biology. 2024;2788:257-271. DOI: 10.1007/978-1-0716-3782-1_15Sakina A., Mir S., Najeeb S., Zargar S.M., Nehvi F.A., Rather Z.A. et al. Improved protocol for efficacious in vitro androgenesis and development of doubled haploids in temperate japonica rice. PLoS One. 2020;15(11):e0241292. DOI: 10.1371/journal.pone.0241292Sakina A., Mir S., Najeeb S., Zargar S.M., Nehvi F.A., Rather Z.A. et al. Improved protocol for efficacious in vitro androgenesis and development of doubled haploids in temperate japonica rice. PLoS One. 2020;15(11):e0241292. DOI: 10.1371/journal.pone.0241292Tariq M., Ali G., Hadi F., Ahmad S., Ali N., Shah A.A. Callus induction and in vitro plant regeneration of rice (Oryza sativa L.) under various conditions. Pakistan Journal of Biological Sciences. 2008;11(2):255-259. DOI: 10.3923/pjbs.2008.255.259Tariq M., Ali G., Hadi F., Ahmad S., Ali N., Shah A.A. Callus induction and in vitro plant regeneration of rice (Oryza sativa L.) under various conditions. Pakistan Journal of Biological Sciences. 2008;11(2):255-259. DOI: 10.3923/pjbs.2008.255.259Van den Berg L., Walsh C.M. Household food insecurity in South Africa from 1999 to 2021: a metrics perspective. Public Health Nutrition. 2023;26(11):2183-2199. DOI: 10.1017/S1368980023001878Van den Berg L., Walsh C.M. Household food insecurity in South Africa from 1999 to 2021: a metrics perspective. Public Health Nutrition. 2023;26(11):2183-2199. DOI: 10.1017/S1368980023001878Wani S.H., Sanghera G.S., Gosal S.S. An efficient and reproducible method for regeneration of whole plants from mature seeds of a high yielding Indica rice (Oryza sativa L.) variety PAU 201. New Biotechnology. 2011;28(4):418-422. DOI:10.1016/j.nbt.2011.02.006Wani S.H., Sanghera G.S., Gosal S.S. An efficient and reproducible method for regeneration of whole plants from mature seeds of a high yielding Indica rice (Oryza sativa L.) variety PAU 201. New Biotechnology. 2011;28(4):418-422. DOI:10.1016/j.nbt.2011.02.006Young N.D., Tanksley S.D. Restriction fragment length polymorphism maps and the concept of graphical genotypes. Theoretical and Applied Genetics. 1989;77(1):95-101. DOI: 10.1007/BF00292322Young N.D., Tanksley S.D. Restriction fragment length polymorphism maps and the concept of graphical genotypes. Theoretical and Applied Genetics. 1989;77(1):95-101. DOI: 10.1007/BF00292322Zhang Z., Zhao H., Li W., Wu J., Zhou Z., Zhou F. et al. Genome-wide association study of callus induction variation to explore the callus formation mechanism of rice. Journal of Integrative Plant Biology. 2019;61(11):1134-1150. DOI: 10.1111/jipb.12759Zhang Z., Zhao H., Li W., Wu J., Zhou Z., Zhou F. et al. Genome-wide association study of callus induction variation to explore the callus formation mechanism of rice. Journal of Integrative Plant Biology. 2019;61(11):1134-1150. DOI: 10.1111/jipb.12759

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