Сохранение биоразнообразия растений методами биотехнологии

В Республике Казахстан используются несколько способов сохранения генетического материала растений: 1) полевые генные банки в естественных местах произрастания и помологические коллекции; 2) сохранение семян в специализированных хранилищах при температурах: +4°С, –18°С, –196°С; 3) хладохранение in vitro при +4°С, +10 ± 2°С; 4) криоконсервация растительных тканей и органов при температуре –196°С; 5) сохранение ДНК при –80°С.
Полевые коллекции растений собраны в ботанических садах, дендрариях, помологических садах, питомниках, крестьянских и фермерских хозяйствах. Наиболее крупная коллекция плодовых и ягодных растений находится в «РГКП Помологический сад» и насчитывает более 40 тыс. образцов.
Коллекция семян Республики Казахстан составляет порядка 42 000 образцов. Коллекция зерновых культур сосредоточена в основном в Казахском НИИ земледелия и растениеводства – 1/3 национального генофонда. Основная коллекция семян овощебахчевых культур и картофеля насчитывает 14 700 образцов (Казахский НИИ картофелеводства и овощеводства). Коллекции семян дикорастущих растений имеются в Институте ботаники и фитоинтродукции и в Институте биологии и биотехнологии растений (ИББР), режим хранения +4°С и –18°С. В ИББР дополнительно используется технология криоконсервации в жидком азоте при –196°С.
Основная коллекция растений в культуре in vitro хранится в ИББР при +4°С, +10 ± 2°С, и насчитывает более 140 образцов. Криогенная коллекция семян, апикальных меристем, зимующих почек, изолированных зародышевых осей при –196°С находится в только в ИББР, коллекция насчитывает более 700 образцов.

1. Code of the Republic of Kazakhstan dated January 2, 2021: [website]. Available from: https://adilet.zan.kz/rus/docs/K2100000400 [accessed May 18, 2022].

2. Coelho N., Gonçalves S., Romano A. Endemic plant species conservation: Biotechnological approaches. Plants. 2020;9(3):345. DOI: 10.3390/plants9030345

3. De Vicente M.C., Andersson M.S. (eds). DNA banks – providing novel options for genebanks? Rome: IPGRI; 2006. Available from: https://cropgenebank.sgrp.cgiar.org/images/file/learning_space/dna_banks.pdf [accessed Apr. 05, 2022].

4. Kabylbekova B., Kovalchuk I., Mukhitdinova Z., Turdiyev T., Kairova G., Madiyeva G. et al. Reduced major minerals and increased minor nutrients improve micropropagation in three apple cultivars. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2020;56(3):335-349. DOI: 10.1007/s11627-019-10019-1

5. Казахский НИИ земледелия и растениеводства: [сайт]. URL: https://foodindustry.kz/kazahskij-nii-zemledeliya-i-rastenievodstva/ [дата обращения: 23.06.2022.

6. Казахский НИИ картофелеводства и овощеводства: [сайт]. URL: https://foodindustry.kz/kazahskij-nii-kartofelevodstva-i-ovoshhevodstva/ [дата обращения: 30.06.2022].

7. Keller E.R.J., Kaczmarczyk A., Senu A. Cryopreservation for plant genebanks – a matter between high expectations and cautious reservation. CryoLetters. 2008;29(1):53-62.

8. Kim H.H., Popova E., Shin D.J., Yi J.Y., Kim C.H., Yoon M.K. et al. Cryobanking of Korean allium germplasm collections: results from a 10 year experience. CryoLetters. 2012;33(1):45-57.

9. Kovalchuk I., Turdiev T., Mukhitdinova Z., Frolov S., Reed B.M. Cryopreservation of native Kazakhstan apricot (Prunus armeniaca L.) seeds and embryonic axes. CryoLetters. 2014a;35(2):83-89.

10. Kovalchuk I., Zhumagulova Z., Turdiev T., Reed B.M. Growth medium alterations improve in vitro cold storage of pear germplasm. CryoLetters. 2014b;35(3):197-203.

11. Kushnarenko S., Romadanova N., Aralbayeva M., Zholamanova S., Alexandrova A., Karpova O. Combined ribavirin treatment and cryotherapy for efficient Potato virus M and Potato virus S eradication in potato (Solanum tuberosum L.) in vitro shoots. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2017;53(4):425-432. DOI: 10.1007/s11627-017-9839-0

12. Kushnarenko S.V., Каrasholakovа N., Оzек G., Аbidkulova К.Т., Мukhitdinov N.М., Bаsеr К.H.C. et al. Investigation of essential oils from three natural populations of Lonicera iliensis. Chemistry of Natural Compounds. 2016;52(4):751-753. DOI: 10.1007/s10600-016-1765-6

13. Kushnarenko S.V., Romadanova N.V., Aralbayeva M.M. Current state and in vitro conservation of the only endangered population of Corylus avellana in Kazakhstan. Research on Crops. 2020;21(4):681-686. DOI: 10.31830/2348-7542.2020.106

14. ТОО «Казахский научно-исследовательский институт плодоовощеводства»: [сайт]. URL: http://fvri.kz [дата обращения: 30.06.2022].

15. Lynch P.T., Benson E.E., Keith H. Climate change: the role of ex situ and cryo-conservation in the future security of economically important, vegetatively propagated plants. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2007;82(2):157-160. DOI: 10.1080/14620316.2007.11512213

16. National Center for Biotechnology: [website]. Available from: https://www.biocenter.kz/# [accessed July 11, 2022].

17. Nurtaza A., Magzumova G., Yessimseitova A., Karimova V., Shevtsov A., Silayev D. et al. Micropropagation of the endangered species Malus niedzwetzkyana for conservation biodiversity in Kazakhstan. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2021;57(6):965-976. DOI: 10.1007/s11627-021-10174-4

18. Pimm S.L., Russell G.J., Gittleman J.L., Brooks T.M. The future of biodiversity. Science. 1995;269(5222):347-350. DOI: 10.1126/science.269.5222.347

19. Popov A.S., Popova E.V., Nikishina T.V., Vysotskaya O.N. Cryobank of plant genetic resources in Russian Academy of Sciences. International Journal of Refrigeration. 2006;29(3):403-410. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2005.07.011

20. Рахимбаев И.Р., Ковальчук И.Ю., Кушнаренко С.В. Биотехнология криосохранения гермоплазмы плодовых растений. В кн.: Сохранение и устойчивое использование растительных ресурсов: Материалы международного симпозиума; 26–29 августа 2003 г.; Бишкек. Бишкек; 2003. С.234-238.

21. Красная книга Казахстана. Т. 2. Растения. 2-е изд. Астана: АртPrintXXI; 2014.

22. Reed B.M. The basics of in vitro storage and cryopreservation. In: USDA-ARS National Clonal Germplasm Repository. Corvallis, OR; 2002. p.34-46.

23. Romadanova N., Karasholakova L., Eshbakova K., Özek G., Özek T., Yur S., et al. Phytochemical analysis and antioxidant activity of Berberis iliensis M. Pop and Berberis integerrima Bunge fruits pulp. Research on Crops. 2021a;22(4):940-947. DOI: 10.31830/2348-7542.2021.154

24. Romadanova N., Kushnarenko S., Karasholakova L. Development of a common PVS2 vitrification method for cryopreservation of several fruit. In Vitro Cellular and Developmental Biology. 2017;53(4):382-393. DOI: 10.1007/s11627-017-9849-y

25. Romadanova N., Tolegen A., Koken T., Nurmanov M., Kushnarenko S. Chemotherapy of in vitro apple shoots as a method of viruses eradication. International Journal of Biology and Chemistry. 2021b;14(1):48-55. DOI: 10.26577/ijbch.2021.v14.i1.04

26. Ромаданова Н.В., Карашолакова Л.Н., Махмутова И.А., Ишмуратова М.Ю., Копыткова Л.А. Кабулова Ф.Д., Кушнаренко С.В. Сохранение генетического материала некоторых видов барбариса в криобанке. Вестник Карагандинского университета. Серия «Биология. Медицина. География». 2019;3(95):20-26. URL: http://rep.ksu.kz/handle/data/8452 [дата обращения: 09.06.2022].

27. Romadanova N.V., Mishustina S.A., Gritsenko D.A., Omasheva M.Y., Galiakparov N.N., Reed B.M. et al. Cryotherapy as a method for reducing the virus infection of apples (Malus sp.). CryoLetters. 2016a;37(1):1-9.

28. Romadanova N.V., Mishustina S.A., Matakova G.N., Kuhsnarenko S.V., Rakhimbaev I.R., Reed B.M. In vitro collection of Malus shoot cultures for cryogenic bank development in Kazakhstan. Acta Horticulturae. 2016b;1113:271-277. DOI: 10.17660/ActaHortic.2016.1113.40

29. Schepetkin I.A., Kushnarenko S.V., Özek G., Kirpotina L.N., Utegenova G.A., Kotukhov Yu.A. et al. Inhibition of human neutrophil responses by essential oil of Artemisia kotuchovii and its constituents. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2015;63(20):4999-5007. DOI: 10.1021/acs.jafc.5b01307

30. Svalbord Global Seed Vault – Crop Trust: [website]. Available from: https://www.croptrust.org/our-work/svalbardglobal-seed-vault/ [accessed May 24, 2022].

31. The Main Botanical Garden: [website]. Available from: https://botsad.kz/ru/labs/view/laboratoriya_semenovodstva [accessed May 18, 2022].

32. Второй доклад о состоянии мировых генетических ресурсов растений для продовольствия и сельского хозяйства. Глава 3. Положение дел в области сохранения ex situ. Рим: ФАО; 2010. URL: http://www.fao.org/3/i1500r/i1500r03.pdf [дата обращения: 23.06.2022].

33. Utegenova G.A., Pallister K.B., Kushnarenko S.V., Ozek G., Ozek T., Abidkulova K.T. et al. Chemical composition and antibacterial activity of essential oils from Ferula L. species against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Molecules. 2018;23(7):1679-1696. DOI: 10.3390/molecules23071679