Размножение in vitro. Как и зачем клонируют сирень в белгородском вузе?

Запуск проекта «Белгородская сирень» привёл к тому, что растением заинтересовались даже те, кто очень далёк от ботаники. Но речь пойдёт не о разного рода конкурсах, поиске редких сортов по всему региону, готовящемся «сиреневом» фестивале, а о… клонировании.

Процесс для большинства непосвящённых является чем‑то сродни чуду. Воссоздание в лабораторных условиях точной копии уже существующего объекта – это многоступенчатая система чётко выверенных шагов, последовательность которых нельзя ни нарушить, ни пропустить.

Корреспондент «Открытого Белгорода» отправилась на экскурсию по биотехнологической лаборатории ботанического сада «НИУ «БелГУ» (который трансформировался в научно-образовательный центр), чтобы своими глазами увидеть, какой длинный путь проходит растение. От пробирки до теплицы, от одной почки до полноценного растения − о жизни зелёных клонов рассказала заведующая лабораторией биотехнологии растений Людмила Анатольевна Тохтарь.

«Клональное микроразмножение, микроклональное размножение, размножение in vitro. Всё это разные названия одного процесса. Если проще – способ размножения растений с использованием современных биотехнологических приёмов», − знакомит с азами клонирования Людмила Анатольевна.

Система, дисциплина и строгая очерёдность этапов

По словам специалиста, весь процесс микроклонального размножения можно разделить на четыре этапа.

Всё начинается с выбора так называемого интактного растения(растения-донора), которое и планируется выводить в культуру. Как правило это растение с характерными для того или иного сорта признаками, обладающее рядом всех необходимых характеристик, которые специалист желает увидеть в новых клонах.

Следующий этап – это получение стерильной культуры растительной ткани. Этот шаг подразумевает изоляцию и многоступенчатую стерилизацию поверхности инициальных эксплантов (часть растения, которая собственно и будет вводиться в культуру – прим. ОБ). Эксплантом может выступать, например, часть междоузлия с почкой содержащая «меристематическую ткань». Под сложным названием скрывается достаточно простое содержание: это растительная ткань, обладающая способностью к активному росту за счет деления и образования новых клеток из которой формируются все ткани растения.

«В процессе размножения мы работаем со стерильной посудой, обработанными инструментами, процесс протекает в условиях ламинар-бокса, в котором также поддерживается стерильность. Проведение таких манипуляций позволяет нам освободить растение от инфекции», – объясняет Людмила Анатольевна.

Ламинар-бокс — лабораторный прибор для работы с биологическими объектами с соблюдением условий стерильности. Представляет собой шкаф, оборудованный ультрафиолетовыми и люминесцентными лампами и системой HEPA фильтров.

Изолированная обеззараженная почка высаживается в пробирку на питательную среду, которая содержит весь набор элементов, необходимых растениям – азот, фосфор, калий, бор, железо, марганец, молибден, витамины и фитогормоны.

«Через 10–12 дней мы проводим выбраковку зараженных эксплантов и приступаем к следующему этапу – собственно клональному микроразмножению полученных стерильных микропобегов», − рассказывает заведующая лабораторией.

Все силы − в рост

Находясь в пробирке, растение трогается в рост. Через 1–2 месяца, полученный мериоклон извлекают из пробирок, делят на сегменты, каждый из которых содержит всего 1–2 почки и пересаживают в колбы для дальнейшего размножения. На этом этапе в питательную среду добавляют фитогормоны, стимулирующие активное деление клеток и рост миниатюрных побегов. Что примечательно, корней у мериклонов на данном этапе, как правило, не образуется. Все свои силы растение направляет на рост и развитие побегов.

«Циклы размножения называются пассажами. В первом пассаже, предположим, мы посадили в колбу с одного растения десять почек. В этой колбе у нас выросло десять растений, у каждого растения ещё по десять почек. Мы приступаем к следующему пассажу. Мы берем эти десять растений, вытаскиваем одно, высаживаем. Затем берём второе, третье и так далее. Больше 20 пассажей, как правило, не делают, так как могут накапливаться мутации, и поэтому лучше культуру обновить», − объясняет Людмила Тохтарь.

На вопрос, в чём главное преимущество клонирования перед традиционными способами размножения, специалисты отвечают, не задумываясь: «скорость!». И это достаточно весомый аргумент. Ведь размножение черенкованием позволяет получить лишь одно новое растение, а возможности клонирования практически безграничны: из одной почки через месяц вырастет 10 микроклонов, спустя ещё четыре недели перед нами будет уже 100 растений.

После получения необходимого объёма растений специалисты высаживают клоны на среду, в которую добавлены гормоны, стимулирующих развитие корней. Этот процесс называется «укоренение in vitro».

Почему in vitro? В переводе с латинского − это значит «в сосуде», «в стекле». В банках, пробирках, колбах своими глазами можно увидеть сразу несколько этапов жизни растения. Вот, в колбах на нижней полке будущий кустарник еле заметен – крохотная зелень едва выглядывает из питательной среды. Следующая партия стеклянных сосудов уже демонстрирует более окрепшие клоны, которые могут похвастаться высотой чуть больше мизинца. А вот стоят колбы, которые больше напоминают дизайнерские вазы – стекло, изнутри полностью обвитое зеленью. Этим растениям вскоре предстоит пройти самый важный этап в процессе микроклонального размножения.

«Адаптивный период – самый важный»

Адаптация растений из пробирок и колб к условиям внешней среды — как ни странно, самая ответственная процедура, которая покажет, сможет ли клон приспособиться к жизни в новом мире, за дверями лаборатории.

«Это этап очень ответственный. В колбах, в которых они растут, очень высокая влажность. Поэтому адаптация должна происходить медленно, поэтапно. В адаптационном отделении тепличного комплекса у нас находятся специальные парники. Растения высаживаются в кассеты малого объема и закрываются плёнкой. Эти микроклоники уже имеют листья, побеги и маленькие корешки. В течение месяца мы постепенно отучаем их от тех роскошных условий, которые были у них в пробирке. Мы постепенно снижаем влажность, и уже через месяц растения привыкают к новым условиям. Впоследствии их можно пересадить на доращивание, и на выходе мы получаем полноценные саженцы», − объясняет заведующая лабораторией.

По словам Людмилы Анатольевны, адаптация у всех растений проходит по‑разному. Однако сирень оказалась в числе «счастливчиков», которые легко приспосабливаются к агрессивной окружающей среде. Как отмечают специалисты, процент приживаемости кустарника составляет около 85–90%.

Пробная партия

Несколько недель назад специалисты НИУ «БелГУ» сообщили о первой партии клонированной сирени. 200 растений, которые в будущем станут качественным посадочным материалом.

«В ходе реализации проекта «Белгородская сирень» в текущем году в наших планах было только введение в культуру и клональное микроразмножение сортов сирени. Первые 200 саженцев сирени были выращены и переданы на питомник с целью проверки адаптационного потенциала культуры и подготовки к следующему сезону. В 2019 году в лаборатории должно быть выращено не менее 5000 растений сортовой сирени», – поясняет Людмила Тохтарь.

Сирень «Аделина», «Вечерняя Москва» и «Милосердие», которые стали первыми полученными в лаборатории полноценными саженцами – сорта селекционеров из творческой группы «Русская сирень»: Сергея и Ольги Аладиных и Татьяны Поляковой, которые принимают непосредственное участие в работе по проекту «Белгородская сирень».

От дымчато-розового до ярко-жёлтого…

Сложная многоступенчатая система микроклонального размножения даёт на выходе прекрасный результат, ничем не уступающий естественным природным процессам, − цветущий кустарник с яркими душистыми цветами. Знакомые всем белые, розовые и сиреневые краски являются далеко не единственно возможной расцветкой, которая может быть у сирени. Так, специалисты лаборатории рассказали о необычном сорте «Федерико Гарсиа Лорка». Дымчато-розовые, лиловые бутоны, раскрываясь, становятся медными. Одни тона плавно переходят в другие, перетекая из кремового в терракотовый. Ещё одна мечта каждого садовода — сортовая сирень «Примроуз» необычного солнечного оттенка.

У каждого сорта свои претензии к окружающим условиям. Поэтому, по словам Людмилы Тохтарь, в процессе микроклонального размножения к каждому виду приходится находить свой подход:

«Есть сорта, которые легко размножаются и растут, с ними нет никаких проблем. Бывает и иначе, отдельные виды размножаются неохотно даже в культуре in vitro. Выход один. Каждому сорту подбирать свой ключик».

Контроль 24/7

Большую часть своей жизни в стенах лаборатории растения в пробирках и колбах проводят в помещении культуральной комнаты в которой поддерживаются определенные параметры температуры и влажности воздуха, а также заданный фотопериод: растения 16 часов в сутки находятся в условиях освещенности, 8 часов они отдыхают. Все данные запрограммированы на специальных таймерах. На входе в помещение культуральной нас встречает инженер Наталья Ткаченко, которая каждый день находится рядом со своими зелёными «подопечными» и знает о них всё – индивидуальные особенности и предпочтения, темпы развития и процент адаптации.

«Каждый сорт имеет свои особенности. Это зависит от вида. «Вечерняя Москва», «Вечерний звон», сорта всех «Маршалов» хорошо размножаются. С некоторыми сортами приходится повозиться подольше», − показывая на колбы, рассказывает инженер лаборатории биотехнологии растений.

Эталон не терпит сравнения

На видном месте расположилась сирень сорта «Память о Колесникове». Эта фамилия известна всем, кто хоть немного увлекается сиренью. Леонид Колесников – выдающийся русский селекционер. В мире колесниковскую сирень называют не иначе как «русским чудом» или просто русской сиренью. Именно Колесников в далёком 1947 году отобрал один из лучших сеянцев двух скрещенных видов, который стал родоначальником сорта «Красавицы Москвы», непревзойденным по своей красоте, признанным на сегодняшний день самой красивой сиренью на планете, шедевром селекционного искусства.

 «Сорт «Красавица Москвы» размножается довольно непросто даже в культуре in vitro. Но он того стоит. Этот сорт обладает высокой декоративностью и признан на сегодняшний день самым красивым сортом сирени на планете, настоящим шедевром селекционного искусства. В последнее время этот не участвует в проводимых конкурсах на определение лучших сортов сирени. Нет смысла сравнивать её с другими, потому что она эталон и всегда побеждает», − объясняет Наталья.

Последний пункт путешествия – теплицы. Сотни небольших горшочков с зелёными клонами выглядят так же, как и те, что растут у многих в саду. Вскоре этим растениям предстоит превратиться в роскошные кустарники, которые станут брендом Белгородской области и приблизят регион ещё на один шаг к созданию самой масштабной по разнообразию представленных сортов коллекции сирени мирового уровня.