Новый супермутаген для увеличения генетического разнообразия растений. Российские ученые с помощью химических веществ — мутагенов — ищут возможность адаптировать сельскохозяйственные культуры под суровые климатические условия российского Севера.

Результаты их работы станут основой для селекции сортов пшеницы и ячменя.
Первые сильные химические мутагены (формальдегид и другие вещества) были найдены Иосифом Рапопортом в Институте экспериментальной биологии. Статья, посвященная мутагенному действию карбонильных соединений на модельный объект — дрозофилу, была опубликована в журнале «Доклады Академии наук СССР» в 1946 году. В том же 1946 году появилась работа английских ученых Шарлотты Ауэрбах и Джона Майкла Робсона (Рабиновича) в журнале Natur, в которой описывалось сильное мутагенное действие иприта (отравляющего вещества) на дрозофилу и грибы.

В настоящее время многие химические мутагены изучены и широко используются во всем мире с целью создания форм растений с новыми полезными признаками. Высокие результаты достигнуты с помощью хорошо известных химических мутагенов (диметилсульфат, нитрозометилмочевина, нитрозоэтилмочевина, этиленимин и др.). По сведениям FAO/IAEA Mutant Variety Database (2020), общее число официально зарегистрированных сельскохозяйственных сортов, созданных при помощи различных мутагенов, составляет 3333, включающих 228 видов растений из 73 стран мира. В то же время очевидно, что значимость исследований по данному направлению может быть существенно увеличена при индуцировании мутаций с помощью новых или недостаточно изученных мутагенных факторов.

При сотрудничестве Института биологии Тюменского государственного университета и Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля Российской академии наук была сформулирована задача увеличения генетического разнообразия культурных растений с помощью химического мутагена фосфемида (ди-(этиленимид)-пиримидил-2-амидофосфорной кислоты; lat. Phosphemidum, относится к химической группе фосфазинов). Для северных регионов, характеризующихся сложными (нередко экстремальными) почвенно-климатическими условиями и ограниченными ресурсами культивируемых видов растений, решение данной задачи особенно важно.

Фосфемид на первом этапе работы был нами испытан на известном цитогенетическом объекте Crepis capillaris, имеющем три пары четко различимых хромосом. После обработки раствором фосфемида сухих семян и их дальнейшего проращивания анализировали типы и количество перестроек хромосом. Важно было знать, сколько времени длится мутационный процесс в семенах. Установлено, что при однократном применении мутагена на семена Crepis capillaris перестройки хромосом и частота проростков с митозами сохраняются в течение трех месяцев. Прослеживалось значительное увеличение числа проростков с митозами в течение 30–32 часов с начала опыта, после чего отчетливой временной зависимости не наблюдалось. Из этого сделали вывод, что при хранении обработанных семян фосфемид не разлагается и практически не теряет интенсивности воздействия.

В дальнейшем впервые на культурных злаках (пшеница и ячмень) в лаборатории биотехнологических и микробиологических исследований Института биологии ТюмГУ была проведена серия опытов по подбору концентрации мутагена и экспозиции для обработки семян с учетом их физиологического статуса и ответной реакции генотипа на мутагенную обработку. Для наших экспериментов фосфемид был синтезирован в лаборатории физических и химических методов анализа на химическом факультете Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (МГУ) профессором Е. В. Бабаевым.

Разработана комплексная технология диагностики эффекта мутагена в лабораторных условиях с дальнейшей интерпретацией лучших вариантов в полевых условиях на опытном полигоне изучения генетических ресурсов культурных растений.
Доказано, что, обеспечивая получение новых форм растений, мутаген не оказывал отрицательного влияния на структурно-функциональное состояние растений и биохимический состав зерна. К числу информативных критериев отнесены полевая всхожесть семян и биологическая устойчивость растений, изменчивость морфометрических параметров растений в онтогенезе. Апробирована экспресс-диагностика содержания хлорофилла в клетках листьев растений на разных этапах онтогенеза. На основе показаний оптического счетчика хлорофилла SPAD 502 (Minolta Camera Co, Ltd, Токио, Япония) установлены существенные различия по накоплению и деградации хлорофилла в контроле и вариантах с фосфемидом.

Источник: www.kommersant.ru

Читать: Прогноз биржевых цен на 3 ноября 2021