Расширение криоколлекции образцов картофеля, сохраняемой в криобанке ВИР

Актуальность. В настоящей статье приведены результаты реализации комплексной программы, направленной на долгосрочное сохранение в криобанке Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) генотипированных образцов отечественных сортов картофеля, генетически идентичных номенклатурным стандартам.

Материалы и методы. В качестве материала для исследования выбраны экспланты 24 образцов сортов картофеля, выведенных в различных селекционных центрах РФ, сохраняющиеся в коллекции in vitro ВИР. Эти сорта имеют молекулярно-генетические паспорта и соответствуют номенклатурным стандартам сортов, хранящихся в гербарии ВИР (WIR). Криоконсервацию проводили с использованием метода дроплет-витрификации, несколько этапов которого были модифицированы в отделе биотехнологии ВИР.

Результаты и обсуждение. Частота посткриогенной регенерации у проанализированных 24 сортов в контрольных вариантах с краткосрочным погружением эксплантов в жидкий азот варьировала от 20,0 до 47,3% и у 9 образцов превышала 39% – современный уровень надежного долгосрочного сохранения образцов в криобанках. Данные статистического анализа не выявили достоверного влияния генотипа, а также календарных сроков проведения опытов на частоту регенерационной способности образцов. В результате проведенных экспериментов криоколлекция картофеля, сохраняемая в криобанке ВИР, была пополнена 24 образцами российских сортов. В статье анализируется состав и структура криоколлекции картофеля ВИР, которая в настоящее время включает 140 образцов.

1. Bamberg J.B., Martin M.W, Abad J, Jenderek M.M., Tanner J.D., Donnelly D. et al. In vitro technology at the US Potato Genebank. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2016;52(3):213-225. DOI: 10.1007/s11627-016-9753-x

2. CIP Genebank: [website]. Available from: https://cipotato.org [accessed Sept. 20, 2022].

3. 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 криоколлекциях: методические указания / под ред. Т.А. Гавриленко. 2-е изд. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

4. Dussert S., Engelmann F., Noirot M. Development of probabilistic tools to assist in the establishment and management of cryopreserved plant germplasm collections. CryoLetters. 2003;24(3):149-160.

5. Ефремова О.С., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Длительное сохранение современных российских сортов картофеля в криобанке ВИР. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):68-76. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o1

6. Engelmann F., Takagi H. (eds). Cryopreservation of tropical plant germplasm. Current research progress and application. Tsukuba: JIRCAS; Roma: IPGRI; 2000. Available from: https://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/2021-08/010023387.pdf [accessed Sept. 12, 2022].

7. Фомина Н.А., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Гимаева Е.А., Сташевски З., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Татарского НИИСХ «Казанский научный центр РАН». Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):55-67. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o4

8. Forsline P.L., McFerson J.R., Lamboy W.F., Towill L.E. Development of base and active collections of Malus germplasm with cryopreserved dormant buds. Acta Horticulturae. 1999;484:75-78. DOI: 10.17660/ActaHortic.1998.484.8

9. Gavrilenko T., Antonova O., Ovchinnikova A., Novikova L., Krylova E., Mironenko N. et al. A microsatellite and morphological assessment of the Russian National Potato Collection. Genetic Resources and Crop Evolution. 2010;57(8):1151-1164. DOI: 10.1007/s10722-010-9554-8

10. Gavrilenko T., Antonova O., Shuvalova A., Krylova E., Alpatyeva N., Spooner D.M. et al. Genetic diversity and origin of cultivated potatoes based on plastid microsatellite polymorphism. Genetic Resources and Crop Evolution. 2013;60(7):1997-2015. DOI: 10.1007/s10722-013-9968-1

11. Гавриленко Т.А., Чухина И.Г. Номенклатурные стандарты современных российских сортов картофеля, хранящиеся в гербарии ВИР (WIR): новые подходы к регистрации сортового генофонда в генбанках. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):6-17. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o2

12. Гавриленко Т.А., Швачко Н.А., Волкова Н.Н., Ухатова Ю.В. Модифицированный метод дроплет-витрификации для криоконсервации апексов in vitro растений картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(4):422-429. DOI: 10.18699/VJ19.505

13. Genesys PGR: [website]. Available from: https://www.genesys-pgr.org [accessed Sept. 20, 2022].

14. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: paleontological statistics software. Package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):4. Available from: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/past.pdf [accessed Sept. 06, 2022].

15. Hirai D. Gelled droplet vitrification improves recovery of cryopreserved potato germplasm. CryoLetters. 2011;32(4):287-296.

16. Kaczmarczyk A., Rokka V.M., Keller E.R.J. Potato shoot tip cryopreservation. A review. Potato Research. 2010;54(1):45-79. DOI: 10.1007/s11540-010-9169-7

17. Клименко Н.С., Гавриленко Т.А., Чухина И.Г., Гаджиев Н.М., Евдокимова З.З., Лебедева В.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля, выведенные селекционерами Ленинградского НИИСХ «Белогорка». Биотехнология и селекция растений. 2020;3(3):18-54. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-3-o3

18. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Москва: Физматлит, 2006.

19. Köpnick C., Grübe M., Stock J., Senula A., Mock H.P., Nagel M. Changes of soluble sugars and ATP content during DMSO droplet freezing and PVS3 droplet vitrification of potato shoot tips. Cryobiology. 2018;85:79-86. DOI: 10.1016/j.cryobiol.2018.09.005

20. 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.x

21. Muthoni J., Shimelis H., Melis R. Long-term conservation of potato genetic resources: Methods and status of conservation. Australian Journal of Crop Science. 2019;13(5):717-725. DOI: 10.21475/ajcs.19.13.05.p1400

22. Nagel M., Dulloo M.E., Bissessur P., Gavrilenko T., Bamberg J., Ellis D., Giovannini P. A global strategy for the conservation of potato. Bonn: Global Crop Diversity Trust; 2022. DOI: 10.5447/ipk/2022/29

23. Niino T., Arizaga M.V. Cryopreservation for preservation of potato genetic resources. Breeding Science. 2015;65(1):41-52. DOI: 10.1270/jsbbs.65.41

24. 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

25. Panis B., Piette B., Swennen R. Droplet vitrification of apical meristems: a cryopreservation protocol applicable to all Musaceae. Plant Science. 2005;168(1):45-55. DOI: 10.1016/j.plantsci.2004.07.022

26. Panis B., Van den Houwe I., Swennen R., Rhee J., Roux N. Securing plant genetic resources for perpetuity through cryopreservation. Indian Journal of Plant Genetic Resources. 2016;29(3):300-302. DOI: 10.5958/0976-1926.2016.00051.6

27. Panta A., Panis B., Ynouye C., Criel B., Swennen R., Roca W. 78. Improvement of potato cryopreservation for the longterm conservation of Andean landraces at the International Potato Center (CIP). Cryobiology. 2006;53(3):401. DOI: 10.17660/ActaHortic.2011.908.45

28. Рыбаков Д.А., Черемисин А.И., Антонова О.Ю., Чухина И.Г., Гавриленко Т.А. Номенклатурные стандарты и генетические паспорта сортов картофеля селекции Омского Аграрного научного центра. Биотехнология и селекция растений. 2022;5(4):6-23. DOI: 10.30901/2658-6266-2022-4-o4

29. Sakai A. Potentially valuable cryogenic procedures for cryopreservation of cultured plant meristems. In: M.K. Razdan, E.C. Cocking (eds). Conservation of Plant Genetic Resources in Vitro. Volume 1: General Aspects. Enfield, NC: Science Publishers Inc.; 1997. p.53-66.

30. Sakai A., Kobayashi S., Oiyama I. Cryopreservation of nucellar cells of navel orange (Citrus sinensis Osb. var. brasiliensis Tanaka) by vitrification. Plant Cell Reports. 1990;9(1):30-33. DOI: 10.1007/bf00232130

31. Швачко Н.А. Генетическое разнообразие селекционных сортов картофеля коллекции ВИР, выявленное SSR анализом: дис. … канд. биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2012. URL: http://vir.nw.ru/biot/pdf/autoreferat_shvachko_2012.pdf [дата обращения: 05.09.2022].

32. Stock J., Mock H.P., Senula A., Nagel M. Arabidopsis – a model to elucidate complex stress response mechanism during cryopreservation. Acta Horticulturae. 2019;1234:85-96. DOI: 10.17660/ActaHortic.2019.1234.11

33. Towill L.E. Improved survival after cryogenic exposure of shoot tips derived from in vitro plantlet cultures of potato. Cryobiology. 1983;20(5):567-573. DOI: 10.1016/0011-2240(83)90045-7

34. Ухатова Ю.В. Совершенствование методов криоконсервации и оздоровления от вирусных болезней образцов вегетативно размножаемых культур: дис. … канд. биол. наук. Санкт-Петербург: ВИР; 2017. URL: http://vir.nw.ru/desert/yhatova/diss_ukhatova.pdf [дата обращения: 06.09.2022].

35. Ухатова Ю.В., Гавриленко Т.А. Методы криоконсервации вегетативно размножаемых культурных растений. Биотехнология и селекция растений. 2018;1(1):52-63. DOI: 10.30901/2658-6266-2018-1-52-63

36. VIR Databases: [website]. [in Russian] (Базы данных ВИР: [сайт]). URL: http://db.vir.nw.ru/virdb/maindb [дата обращения: 20.09.2022].

37. Vollmer R., Villagaray R., Cárdenas J., Castro M., Chávez O., Anglin N.L. et al. A large-scale viability assessment of the potato cryobank at the International Potato Center (CIP). In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2017;53(4):309-317. DOI: 10.1007/s11627-0179846-1

38. Vollmer R., Villagaray R., Castro M., Cárdenas J., Pineda S., Espirilla J. et al. The world’s largest potato cryobank at the International Potato Center (CIP) – Status quo, protocol improvement through large-scale experiments and long-term viability monitoring. Frontiers in Plant Science. 2022;13:1059817. DOI: 10.3389/fpls.2022.1059817

39. Vollmer R., Villagaray R., Egusquiza V., Espirilla J., García M., Torres A. et al. The potato cryobank at the International Potato Center (CIP): A model for long-term conservation of clonal plant genetic resources collections of the future. CryoLetters. 2016;37(5):318-329.