Преодоление прогамной и постгамной несовместимости в культуре in vitro

При отдаленной гибридизации и получении межвидовых и межродовых гибридов существующие механизмы несовместимости затрудняют получение фертильных гибридов. Различают гетероморфную и гомоморфную несовместимость. Гетероморфная несовместимость связана с различиями в морфологии цветков (например, различие в длине тычинки и пестика — гетеростилия). Несовместимость гомоморфная не связана с морфологией цветка, но определяется взаимодействием отцовского гаметофита и тканей столбика материнского организма. В конечном итоге пыльца не прорастает в столбик и оплодотворение не совершается. Выделяют также прогамную и постгамную несовместимость. В первом случае механизмы несовместимости проявляются до оплодотворения, во втором — после оплодотворения.

Для преодоления прогамной несовместимости применяют оплодотворение in vitro. Используют два варианта такого оплодотворения. В первом случае столбик пестика материнского растения, кастрированного за 2−3 дня до цветения, укорачивается в стерильных условиях, и завязь помещают на питательную среду. В день опыления из стерилизованных пыльников отцовского растения извлекается пыльца, которая наносится в стерильных условиях на срез завязи.

Во втором случае завязь вскрывают и на питательную среду переносят кусочки плаценты с семяпочками, готовыми к оплодотворению. Пыльцу, подготовленную указанным выше способом, переносят на питательную среду вблизи плаценты с семяпочками или прямо на ткани плаценты. Оплодотворенные семяпочки в отличие от неоплодотворенных быстро увеличиваются в размерах. С использованием такого метода было произведено опыление и получение жизнеспособных семян при самоопылении у самонесовместимых видов семейства маковых, кукурузы, а также при опылении чужеродной пыльцы при отдаленной гибридизации маковых, пасленовых, гвоздичных. Этот метод был использован для получения межвидовых гибридов табака.

В процессе отдаленной гибридизации может наблюдаться явление постгамной несовместимости, выраженной в аномалиях развития гибридного организма на пути от оплодотворения до формирования семян. В этом случае преодолеть несовместимость поможет культура изолированных зародышей (эмбриокультура). Изоляцию и культивирование зародышей производят на различных этапах их развития в зависимости от особенностей культуры и целей эксперимента. Различают гетеротрофную фазу развития зародыша, на которой он зависим от эндосперма и материнских тканей; и автотрофную фазу, на которой зародыш способен синтезировать необходимые для развития питательные вещества, используя минеральные соли и сахарозу питательной среды. Таким образом, чем менее развит зародыш, тем более богатой компонентами должна быть питательная среда для его культивирования. Зрелые зародыши культивируют на простых средах, содержащих минеральные соли и сахарозу. Недифференцированные зародыши выращивают на среде, обогащенной витаминами, фитогормонами,.

Питательными средами для эмбриокультуры служат модифицированные среды Мурасиге и Скуга, Гамборга, Уайта и др. Концентрация сахарозы варьирует от 8−12% для недифференцированных зародышей до 2−3% для зрелых зародышей. Источником аминокислот служат обычно гидролизат казеина (от 50 до 500 мг/л) или смесь аминокислот. При культивировании незрелых зародышей в среду добавляют витамины группы В, аскорбиновую кислоту, биотин, инозитол. Зрелые зародыши могут нормально расти на средах без гормонов, для культивирования незрелых зародышей необходимо добавление цитокининов и ауксинов. Незрелые зародыши культивируют также часто с добавлением экстрактов неопределенного состава типа жидкого эндосперма каштана, кукурузы, а также подсаживания нуцеллуса, эндосперма и других частей репродуктивной системы данного растения на питательную среду вблизи зародыша.

Культивирование изолированных зародышей как метод преодоления постгамной несовместимости применяется при получении межвидовых, межродовых и межподтрибных гибридов у более, чем 30 родов, в том числе многих плодовых, овощных, декоративных, кормовых и зерновых культур. В некоторых случаях метод может модифицироваться введением промежуточного этапа получения каллуса и растенийрегенерантов на его основе. Методом эмбриокультуры получены гибриды между трипсакум и кукурузой, гибриды подсолнечника, устойчивые к засухе, серой и белой гнилям, межвидовые гибриды томатов, межродовые пшенично-ячменные, ячменно-ржаные пшенично-ржаные гибриды, межвидовые гибриды миндаля, хурмы и других растений.

Метод эмбриокультуры успешно применяется для выращивания растений из щуплых семян, а также для преодоления покоя семян путем яровизации зародышей. В последнем случае удается вывести семена из состояния покоя и сократить период их выращивания. К примеру, семена ириса не прорастают до 2−3 лет, а метод эмбриокультуры позволяет получать растения для пересадки в грунт за 3,5- 4 месяца. Метод эмбриокультуры используется также для культивирования гаплоидных зародышей.