Регистрация / Вход
Прислать материал

Клеточная селекция и микроклональное размножение элитного посадочного материала для создания быстрорастущих генетически маркированных лесных плантаций

Докладчик: Шестибратов Константин Александрович

Должность: руководитель группы лесной биотехнологии, с.н.с., к.б.н.

Цель проекта:
1. В рамках Госпрограмм "Развитие лесного хозяйства"и БИО2020 поставлена задача развития плантационного способа выращивания лесных пород, как наиболее перспективного способа воспроизводства лесных ресурсов. Реализация данной задачи требует разработки эффективных технологий производства высокопродуктивного посадочного материала и создания опытных лесных плантаций. Проект направлен на создание технологической базы для содействия реализации данной задачи. 2. Цели проекта: - Получить элитные генотипы быстрорастущих лиственных пород с помощью клеточной селекции ценных генотипов-кандидатов. - Разработать тест-системы молекулярного маркирования быстрорастущих лиственных пород, обеспечивающие идентификацию элитных генотипов. - Разработать технологию клонального микроразмножения быстрорастущих лиственных пород для массового производства элитного посадочного материала.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов:
- Методики клеточной селекции ценных генотипов быстрорастущих лиственных пород - осины, ивы и березы, для повышения скорости роста (береза), обеспечения устойчивости к дереворазрушающим грибам (осина), повышения содержания салицина (ива);
- Тест-системы молекулярных маркеров для генетической идентификации элитных генотипов осины, ивы и березы;
- Лабораторные технологические регламенты клонального микроразмножения элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осина, береза, ива);
- Коллекция in vitro элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осина, береза, ива);
- Опытные лесные плантации элитного посадочного материала;
2. Основные характеристики планируемых результатов:
Методики клеточной селекции ценных генотипов-кандидатов быстрорастущих лиственных пород должны быть предназначены:
- для селекции клонов березы на повышение скорости роста, основанной на анализе биометрических показателей;
- для селекции триплоидных клонов осины, обладающих устойчивостью к дереворазрушающим грибам (сердцевинной гнили), основанной на анализе статуса плоидности;
- для селекции клонов ивы, обладающих повышенным содержанием салицина.
Тест-системы молекулярного маркирования для генетической идентификации элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осины, ивы, березы) должны предусматривать определение не менее 3 маркеров и включать набор специфичных праймеров (маркеров), инструкцию по применению, протоколы проведения генетической идентификации.
Лабораторные технологические регламенты клонального микроразмножения элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород должны обеспечивать массовое производство посадочного материала и отвечать следующим требованиям:
- коэффициент размножения - не менее 5,
- цикл культивирования - не более 20 дней,
- приживаемость - не менее чем 90%.
Коллекция элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осина, береза, ива) должна содержать не менее 6 генотипов (не менее 2 генотипов на породу), представленных в виде культур in vitro.
Опытные лесные плантации элитного посадочного материала быстрорастущих лиственных пород (осины, ивы, березы) должны соответствовать следующим требованиям:
- густота посадки - не менее 2000 шт./га,
- общая площадь плантаций, созданных за время реализации проекта - не менее 300 га,
- факт создания плантаций должен быть зарегистрирован в государственном лесном реестре.
3. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, методик:
Ключевые технологические решения, которые будут применяться для разработки лабораторных регламентов клонального микроразмножения, создания коллекции in vitro защищены патентами и заявками на изобретения РФ (№№2012147452, 2013124963, 2013139703, 2012150723, 20131040867, 99926).
4. Основные предлагаемые технологические решения соответствуют мировому уровню (Zaki et al. 2011 - клональное микроразмножение березы; Gylander et al. 2012 - клоновое лесное хозяйство и селекция осины; Jud G. Isebrands, Jim Richardson. Poplars and Willows: Trees for Society and the Environment,
CABI, 2014.).
5. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски:
- при разработке технологии клонального микроразмножения осины, березы и ивы планируется использовать технику микрочеренкования, как наиболее эффективную с точки зрения сохранения характеристик исходного генотипа;
- при создании коллекции in vitro элитных генотипов планируется использовать две методики - депонирование при пониженных температурах в сочетании с оптимизацией светового режима и состава среды, а также методику криоконсервации в жидком азоте в сочетании с оптимизацией состава протектанта и режимов заморозки-разморозки.
- при разработке тест-систем генетической идентификации планируется использовать в качестве основного метод микросателлитного анализа.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Сфера применения результатов проекта - лесное хозяйство и лесная генетика.
2. В России созданы новые лесные селекционно-семеноводческие центры (Казань, Воронеж, Санкт-Петербург и др.), которые благодаря современному техническому оснащению имеют возможность внедрять технологии клонального микроразмножения в процесс производства посадочного материала.
3. В лесном хозяйстве РФ доля хвойных пород традиционно высока. Опыт селекции и размножения лиственных пород в общем невелик. В то время как мировые тренды развития лесного хозяйства направлены на увеличение доли лиственных пород, как наиболее быстрорастущих и обладающих более высоким адаптивным потенциалом. Проект направлен на то, чтобы создать опытные лесные объекты/плантации на основе клонированного посадочного материала ценных генотипов лиственных пород и, тем самым, показать лесному бизнесу возможности новых технологий. В более отдаленной перспективе проект направлен на увеличение доли лиственных пород в общем объеме лесной продукции РФ.

Текущие результаты проекта:
Проведен детальный аналитического обзора по теме проекта, изучено свыше 100 литературных источников, посвященных клональному микроразмножению древесных растений, методам криосохранения и депонирования in vitro, методам генетической идентификации. Анализ доступных источников позволил сделать более обоснованный выбор научных подходов для решения задач проекта.
Проведено патентное исследование, в результате которого изучено свыше 50 патентов и заявок на изобретения по теме проекта. Сделано заключение о патентно чистых научных подходах и технических решений.
Создана коллекция ценных генотипов-кандидатов быстрорастущих лиственных пород (осина, ива, береза). Общее число клонов осины 9 (происхождение Татарстан, Ленинградская область, Республика Беларусь, Латвия), березы - 14 (Карелия, Воронежская область, Республика Беларусь), ивы - 13 (Воронежская область, Ленинградская область).
Разработаны две методики клеточной селекции ценных генотипов-кандидатов быстрорастущих лиственных пород – осины, ивы и березы. Одна основана на применении антимитотических агентов, вторая - высоких доз регуляторов роста.
Разработаны научные подходы создания тест-систем молекулярного маркирования быстрорастущих лиственных пород, обеспечивающие идентификацию элитных генотипов.
Разработаны научные подходы оптимизации основных этапов клонального микроразмножения выбранных пород древесных растений. Выбраны основные методики повышения эффективности таких этапов клонального микроразмножения как создание асептических культур, мультипликация, укоренение, адаптация.
Проведено экспериментальное определение оптимальных значений ключевых культуральных параметров на этапах получения асептических культур in vitro, мультипликации, укоренения и адаптации выбранных пород древесных растений. Составлен набор ключевых параметров, которые позволяют достигать заданных значений коэффициента мультипликации (не менее 5), цикла культивирования (не более 20 дней), приживаемости (не менее 90 %).
За счет внебюджетных средств проведены работы и достигнуты следующие результаты:
- разработан бизнес-плана (БП), включающий сквозной сетевой график выполнения проекта в целом. БП предполагает проведение работ по коммерциализации результатов проекта в период 5 лет после окончания проекта.
- проведены работы по патентованию результатов исследований и разработок, которые являются научным заделом получателя субсидии и будут использоваться для реализации данного проекта (заявки на изобретения РФ №№2012147452, 2013124963, 2013139703, 2012150723, 20131040867).
- проведено материально-техническое обеспечение выполнения работ по определению оптимальных значений ключевых параметров процесса клонального микроразмножения. Для выполнения работы привлечены собственных средства получателя субсидии в размере 6,7 млн.руб.
- проведен выбор и документальная подготовка участков земли лесного фонда пригодных для создания лесных культур лиственных пород (осина, ива, береза). В качестве регионов создания опытных лесных плантаций выбраны Республика Татарстан (130 Га), Республика Марий Эл (150 Га), Кировская обл. (10 Га), Московская обл. (10 Га).
- разработан проект создания лесных плантаций лиственных пород (осина, ива, береза) в выбранных субъектах РФ, с учетом отведенных на субъект площадей.
- разработан проект опытно-демонстрационного объекта «Лесная плантация клонированных деревьев». Расположение объект - Московская область, Серпуховской район, в непосредственной близости от г.Пущино. Ориентировочная площадь 5 Га.