Клональное микроразмножение розы эфиромасличной сорта «Фестивальная»: морфология, структура и плоидность микропобегов

Род Rosa насчитывает более 200 видов и 18000 сортов, которые, помимо использования в цветоводстве, имеют экономическое значение благодаря наличию эфирного масла – источника натуральных ароматических компонентов. Продукция (эфирное масло, розовое масло, розовая вода и др.), полученная из розы эфиромасличной, используется в пищевой, парфюмерно-косметической и медицинской промышленностях. Традиционное размножение растений проводят черенками, прививкой или окулировкой, которые являются сложными и трудоемкими процессами. Использование биотехнологических методов стало альтернативой вегетативному способу размножения розы. Большинство исследований направлены на подбор состава питательных сред и концентраций регуляторов роста, при этом вопросы структурной и генетической стабильности материала in vitro остаются дискуссионными. Целью данной работы было определение оптимальных условий культивирования in vitro, а также структуры, плоидности и относительного содержания ДНК микропобегов розы эфиромасличной сорта «Фестивальная». Показано, что для размножения материала эффективным был вариант питательной среды Мурасиге и Скуга, содержащий 1,0 мг/л 6-бензиламинопурина и 1,0 мг/л кинетина. Структурный анализ микропобегов после культивирования в течение 12 мес. выявил качественные и количественные изменения, обусловленные специфическими условиями in vitro и омоложением материала. Плоидность ядер в клетках листьев in vitro не отличалась от таковой побегов ex situ, как и относительное содержание ДНК (2,21 пг и 2,24 пг соответственно), что свидетельствует об определенной стабильности материала in vitro.

1. Baydar H., Baydar N.G. The effects of harvest date, fermentation duration and Tween 20 treatment on essential oil content and composition of industrial oil rose (Rosa damascena Mill.). Ind. Crop. Prod. 2005;21(2):251–255.

2. Venkatesha K.T., Gupta A., Rai A.N., Jambhulkar S.J., Bisht R., Padalia R.C. Recent developments, challenges, and opportunities in genetic improvement of essential oil-bearing rose (Rosa damascena): A review. Ind. Crop. Prod. 2022;184(15):114984.

3. Zolotilov V., Nevkrytaya N., Zolotilova O., Seitadzhieva S., Myagkikh E., Pashtetskiy V., Karpukhin M. The essential-oil-bearing rose collection variability study in terms of biochemical parameters. Agron. 2022;12(2):529.

4. Митрофанова И.В., Митрофанова О.В., Браилко В.А., Лесникова-Седошенко Н.П. Биотехнологические и физиологические особенности культивирования in vitro ценных генотипов розы эфиромасличной. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015;2(13):37–48.

5. Katekar V.P., Rao A.B., Sardeshpande V.R. Review of the rose essential oil extraction by hydrodistillation: An investigation for the optimum operating condition for maximum yield. Sustain. Chem. Pharm. 2022;29:100783.

6. Марко Н.В. Биоморфобиологические особенности розы эфиромасличной сорта Фестивальная при выращивании на ЮБК и в степном Крыму. Таврический вестник аграрной науки. 2020;4(24):98–113.

7. Pati P.K., Kaur N., Sharma M., Ahuja P.S. In vitro propagation of rose. Protocols for in vitro propagation of ornamental plants. Methods in molecular biology, vol 589. Eds. S. Jain and S. Ochatt. N.Y., Dordrecht, Heidelberg, L.: Springer, Humana Press; 2010:163–176.

8. Егорова Н.А., Ставцева И.В. Микроразмножение сортов эфиромасличной розы в культуре in vitro. Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». 2016;2:45–52.

9. Молканова О.И., Васильева О.Г., Коновалова Л.Н. Научные основы сохранения и воспроизводства генофонда ценных и редких видов растений в культуре in vitro. Бюлл. Гл. бот. сада. 2005;2(201):78−82.

10. Kyte L., Kleyn J., Scoggins H., Bridgen M. Plants from test tubes: An introduction of micropropagation – 4th ed. Portland: Timber Press; 2013. 274 рp.

11. Семенова Е.Ф., Меженная Н.А., Преснякова Е.В. Анатомо-морфологические особенности лепестков как эфироносных структур цветков представителей рода Rosa. ИВУЗ ПР Естественные науки. 2014;3(7):5–17.

12. Шевченко С.В., Кузьмина Т.Н. Некоторые особенности эмбриологии представителей видов Rosa spinosissima L., R. canina L. и сортов R. × damascena Mill. в норме и при вирусной инфекции. Сельскохозяйственная биология. 2018;53(3):624–633.

13. Егорова Н.А., Ставцева И.В., Митрофанова И.В. Влияние сорта и факторов культивирования на клональное микроразмножение розы эфиромасличной. Бюллетень ГНБС. 2016;120:36−43.

14. Егорова Н.А., Ставцева И.В., Митрофанова И.В. Влияние сорта и состава питательной среды на укоренение розы эфиромасличной при микроразмножении in vitro. Биомика. 2018;10(1):11–15.

15. Корзина Н.В., Митрофанова И.В. Интенсивность освещения и морфогенез розы эфиромасличной в культуре in vitro. Бюллетень ГНБС. 2022;145:157–163.

16. Mitrofanova I.V., Brailko V.A., Lesnikova-Sedoshenko N.P., Ivanova N.N., Mitrofanova O.V. Structure of vegetative organs in essential oil rose under standard culture conditions and long-term conservation in vitro. Acta Hortic. 2021;1315:185–190.

17. Manokari M., Priyadharshini S., Shekhawat M. Micro-structural stability of micropropagated plants of Vitex negundo L. Microsc. Microanal. 2021;27(3):626−634.

18. Kritskaya T.A., Kashin A.S., Kasatkin M.Y. Micropropagation and somaclonal variation of Tulipa suaveolens (Liliaceae) in vitro. Russ. J. Dev. Biol. 2019;50(4):209–215.

19. Bulavin I.V., Ivanova N.N., Mitrofanova I.V. In vitro regeneration of Hyssopus officinalis L. and plant genetic similarity. Dokl. Biol. Sci. 2021;499(1):109–112.

20. Plugatar Y.V., Bulavin I.V., Ivanova N.N., Miroshnichenko N.N., Saplev N.M., Shevchuk O.M., Feskov, S.A., Naumenko, T.S. Study of the component composition of essential oil, morphology, anatomy and ploidy level of Hyssopus officinalis f. cyaneus Alef. Horticulturae. 2023;9(4):480.

21. Mitrofanova I., Tsyupka V., Jain S.M. Morphoanatomical characterization of in vitro regenerated plants. Advances in plant tissue culture. Current Developments and Future Trends. Eds. A.C. Rai, A. Kumar, A. Modi, and M. Singh. Cambridge: Academic Press; 2022:175–204.

22. Zakaria H.M., Dessoky E.S., Ismail I.A., Attia A.O., El-Hallous E.I. Analysis of genetic stability of the in vitro propagated Rosa damascena (Taif rose) plant. Int. J. Adv. Res. 2017;5(4):117–122.

23. Murashige Т.A, Skoog F. Revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Physiol. Plant. 1962;15(3):473–497.

24. Novikov A., Sokolov S., Drapalyuk M., Zelikov V., Ivetić V. Performance of scots pine seedlings from seeds graded by colour. Forests. 2019;10(12):1064.

25. Loureiro J., Rodriguez E., Doležel J., Santos C. Two new nuclear isolation buffers for plant DNA flow cytometry: A test with 37 species. Ann. Bot. 2007;100(4):875–888.

26. Skaptsov M.V., Smirnov S.V., Kutsev M.G., Shmakov A.I. Problems of standartization in flow cytometry of plants. Turczaninowia. 2016;19(3):120–122.

27. Hammer Ø.H., David A.T., Paul D.R. Past: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electron. 2001;4(1):4.

28. Pati P.K, Rath S.P, Sharma M., Sood A., Ahuja P.S. In vitro propagation of rose – a review. Biotechnol. Adv. 2006;24(1):94–114.

29. Baig M.M.Q., Hafiz I.A., Hussain A., Ahmad T., Abbasi N.A. An efficient protocol for in vitro propagation of Rosa gruss an teplitz and Rosa centifolia. Afr. J. Biotechnol. 2011;10(22):4564−4573.

30. Carelli B.P., Echeverrigaray S. An improved system for the in vitro propagation of rose cultivars. Sci Hortic. 2002;92(1):69–74.

31. Roy P.K., Manum A.N.K., Ahmed G. In vitro plantlets regeneration of rose. Plant Tissue Cult. 2004;14(2):149−154.

32. Jabbarzadeh Z., Khosh-Khui M. Factors effecting tissue culture of Damask rose (Rosa damascena Mill.). Sci. Hort. 2005;105(4):475−482.

33. Razavizadeh R., Ehsanpour A.A. Optimization of in vitro propagation of Rosa hybrida cultivar Black Red. Am. Eurasian J. Agric. Environ. Sci. 2008;3(1):96−99.

34. Мухамбетжанов С.К., Нам С.В., Вечерко Н.А., Мурсалиева В.К. Факторы, влияющие на рост и развитие роз in vitro. Биотехнология. Теория и практика. 2010;1:41−53.

35. Nikbakht A., Kafi M., Mirmasoumi M., Babalar M. Micropropagation of Damask rose (Rosa damascena Mill.) cvs Azaran and Ghamsar. Int. J. Agric. Biol. 2005;7(4):535−538.

36. Podwyszyńska M., Orlikowska T., Trojak-Goluch A., Wojtania A. Application and improvement of in vitro culture systems for commercial production of ornamental, fruit, and industrial plants in Poland. Acta Soc. Bot. Pol. 2022;91(1):914.

37. Noodezh H.M., Moieni A., Baghizadeh A. In vitro propagation of the Damask rose (Rosa damascena Mill.). In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant. 2012;48(6):530–538.

38. Rout G.R., Debata B.K., Das P. In vitro clonal multiplication of roses. Proc. Natl. Acad. Sci. India. 1990;60:311−318.

39. Vijaya N., Satyanarayana G., Prakash J., Pierik R.L.M. Effect of culture media and growth regulators on in vitro propagation of rose. Curr. Plant Sci. Biotechnol. Agric. 1991;12:209−214.

40. Mamgain J., Mujib A., Ejaz B., Gulzar B., Malik M.Q., Syeed R. Flow cytometry and start codon targeted (SCoT) genetic fidelity assessment of regenerated plantlets in Tylophora indica (Burm. f.) Merrill. Plant Cell Tiss. Organ Cult. 2022;150(1):129–140.

41. Abdolinejad R., Shekafandeh A., Jowkar A., Gharaghani A., Alemzadeh A. Indirect regeneration of Ficus carica by the TCL technique and genetic fidelity evaluation of the regenerated plants using flow cytometry and ISSR. Plant Cell Tiss. Organ Cult. 2020;143:131–144.

42. Raji M.-R., Farajpour M. Genetic fidelity of regenerated plants via shoot regeneration of muskmelon by inter simple sequence repeat and flow cytometry. J. Saudi Soc. Agric. Sci. 2021;20(2):88–89.

43. Fritsche Y., Deola F., da Silva D.A., Holderbaum D.F., Guerra M.P. Cattleya tigrina (Orchidaceae) in vitro regeneration: main factors for optimal protocorm-like body induction and multiplication, plantlet regeneration, and cytogenetic stability. S. Afr. J. Bot. 2022;149:96–108.

44. Catalano C., Carra A., Carimi F., Motisi A., Sajeva M., Butler A., Lucretti S., Giorgi D., Farina A., Abbate L. Somatic embryogenesis and flow cytometric assessment of nuclear genetic stability for Sansevieria spp.: an approach for in vitro regeneration of ornamental plants. Horticulturae. 2023;9(2):138.

45. Yokoya K., Roberts A.V., Mottley J., Lewis R., Brandham P.E. Nuclear DNA amounts in roses. Ann. Bot. 2000;85(4):557–561.

46. Doğan E., Kazaz S., Kiliç T., Dursun H., Ünsal T.H., Uran M. A research on determination of the performance Rosa damascena Mill. as pollen source in rose breeding by hybridization. Uluslararası Tarla Bitkileri Kong-resi Özel Sayısı. 2020;14:194–201.

47. Harmon D.D., Chen H., Byrne D., Liu W., Ranney T.G. Cytogenetics, ploidy, and genome sizes of rose (Rosa spp.) cultivars and breeding lines. Ornam. Plant Res. 2023;3:10.