Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.607.21.0044

Руководитель: Мирошников Анатолий Иванович

Должность руководителя: заместитель директора

Докладчик: Шестибратов Константин Александрович, Руководитель группы лесной биотехнологии ФИБХ РАН

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
микроклональное размножение, клеточная селекция, меристемные растения, осина, береза, ива, микрорастения in vitro, генетическое маркирование

Цель проекта:
1. Главной задачей проекта является разработка технологической базы для клеточной селекции ценных генотипов-кандидатов быстрорастущих лиственных пород – осины, ивы и березы, для повышения скорости роста (береза), обеспечения устойчивости к дереворазрушающим грибам (осина), повышения содержания салицина (ива). 2. Цели реализуемого проекта: - Получить элитные генотипы быстрорастущих лиственных пород с помощью клеточной селекции ценных генотипов-кандидатов; - Разработать тест-системы молекулярного маркирования быстрорастущих лиственных пород, обеспечивающих идентификацию элитных генотипов; - Разработать технологии клонального микроразмножения быстрорастущих лиственных пород для массового производства элитного посадочного материала.

Основные планируемые результаты проекта:
Экспериментальные образцы элитных генотипов (не менее 6 генотипов на каждую породу; ключевые свойства генотипов - в случае березы превышение скорости роста на 20% с нативным генотипом; в случае осины повышенная устойчивость к дереворазрушающим грибам; в случае ивы повышенное содержание салицина, в коре не менее 8%, в листьях не менее 4%).
Тест-системы молекулярного маркирования для генетической идентификации элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осины, ивы, березы) (в основе тест-систем должны быть метод микросателлитного анализа ДНК; достоверность идентификации свыше 90%; себестоимость идентификации 1 генотипа не более 2000 руб).
Лабораторные технологические регламенты клонального микроразмножения элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (коэффициент размножения не менее 5; цикл культивирования не более 20 дней; приживаемость не менее 90%).
Экспериментальные образцы элитного посадочного материала (в количестве не менее 100 штук каждого генотипа; растения с закрытой корневой системой; высота не менее 25 см, объем земляного кома не менее 100 мл, возраст не менее 3 мес).
Коллекция элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осина, береза, ива) (не менее 2 генотипов на породу, хранение по технологии депонирования in vitro и криоконсервации).
Элитный посадочный материал с закрытой корневой системой быстрорастущих лиственных пород (не менее 1 млн.растений).
Опытные лесные плантации элитного посадочного материала быстрорастущих лиственных пород (осины, ивы, березы) (не менее 300 Га, плотность посадки не менее 2000 шт/Га).
Опытно-демонстрационный объект «Лесная плантация клонированных деревьев» (на площади не менее 5 Га, должны быть представлены все элитные клоны).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом проекта являются а) элитные генотипы осины, ивы и березы; б) тест-системы генетической идентификации; в) лабораторные регламенты клонального микроразмножения выбранных пород; г) опытные лесные плантации. По итогам работ 2015 года из запланированных результатов получено: а) 7 экспериментальных образцов элитных генотипов березы, 6 - ивы, 12 – осины; б) три тест-системы генетической идентификации на основе метода микросателлитного анализа; в) три лабораторных регламента клонального микроразмножения элитных генотипов осины, березы, ивы; г) 90 Га опытных лесных плантаций.
2. Использованы новые методики создания и селекции in vitro ценных генотипов осины, березы и ивы. В данных методиках используется селекция по морфологическим маркерам in vitro. В лабораторных регламентах внедрены новые технологические решения (ex vitro укоренение, совмещение этапа элонгации и укоренения, адаптация непосредственно в теплице без создания 100% влажности воздуха), позволившие повысить производительность технологии.
3. Используемый в проекте подход по созданию автотетраплоидов соответствует мировому уровню (Zhao et al. PLOSone2015). Данный подход применяется для ряда лиственных пород.
4. Стоимость получения одного микрорастения осины, ивы или березы составляет порядка 10 рублей. Чтобы получить 1 саженец нужно потратить еще не менее 10 рублей. При текущих нерыночных ценах на посадочный материал ЗКС лесных пород (2-10 рублей за саженец) прогнозировать широкое промышленное внедрение технологии клонального микроразмножения в лесном хозяйстве сложно. Данная экономика процесса оправдана ценностью элитных генотипов. Потенциальный потребитель будет готов платить 20 рублей за опытные партии элитных генотипов, но при условии постоянного обновления клонового сортимента. Также однозначно можно говорить о применении технологии в селекционной работе, создании плюсовых насаждений, размножении декоративных форм лиственных пород (для нужд озеленения городов). Экономика процесса является основным фактором риска на пути внедрения результатов проекта. При условии масштабирования и постоянном обновлении клонов применение технологии клонального микроразмножения является оправданным.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты ПНИ предназначены для коммерческих организаций, занимающихся массовым производством посадочного материала, а также органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации в области лесных и сельскохозяйственных отношений в качестве эффективного элемента управления процессами лесовосстановления, лесопаркового хозяйства, городского озеленения и садоводства. В первую очередь, основным пользователем научной продукции проекта будут являться лесосеменные производственные центры, тепличные питомнические комплексы, созданные в субъектах РФ (Республика Татарстан, Воронежская область).
2. Степень внедрения:
- Получен элитный посадочный материал осины, березы, ивы;
- Подготовлены земельные участки первой очереди к посадке посадочного материала.
- Созданы опытные лесные плантации первой очереди с использованием микроклонированного посадочного материала лиственных пород (осина, ива, береза).
-Проведены работы по созданию опытно-демонстрационного объекта «Лесная плантация клонированных деревьев».
3. Показана возможность получения автотетраплоидных форм на примере осины. Данные формы обладают повышенной продуктивностью, устойчивостью к биотическим стрессам. Метод достаточно прост в постановке, что позволяет применить его для других ценных твердолиственных пород, таких как ясень, липа, дуб, бук в целях получения более продуктивных форм.
Разработанные регламенты клонального микроразмножения по завершению проекта могут быть внедрены в производственных лабораториях in vitro (при лесосеменном центре в Республике Татарстан (п.Лесхоз) и при ОАО «Питомнический комплекс Воронежской области»).
4. Реализация проекта в субъектах РФ курируется соответствующими ведомствами, в Республике Татарстан Министерством лесного хозяйства РТ, в Республике Марий Эл – Министерством лесного и охотничьего хозяйства, в Воронежской области – Управлением лесного хозяйства по Воронежской области. Широкая география реализации проекта и участие профильных ведомств обеспечивает проекту популяризацию среди организаций лесного сектора экономики. В частности, благодаря информированию и популяризации с 2015 года в проект входит новый субъект РФ – Кировская область.

Текущие результаты проекта:
Проведены регенерационные эксперименты с применением антимитотических агентов оризалин и трифлуралин. По итогам клеточной селекции ценных генотипов-кандидатов быстрорастущих лиственных пород отобраны элитные генотипы: 7 для березы, 6 для ивы, 12 для осины. По разработанной программе и методикам проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов элитных генотипов осины, ивы, березы. По методу редукции морфогенеза in vitro подтверждена повышенная устойчивость 6 элитных генотипов из 12 анализируемых к действию фильтратов культуральной жидкости Phellinus tremulae и Phellinus igniarius. Методом ВЭЖХ проведена оценка содержания салицина в растениях ЗКС (кора и листья). У 6 из 8 исследуемых генотипов содержание салицина превысило 8 % в коре и 4% в листьях. Ростовые характеристик 7 из 7 изучаемых генотипов превышали значения контрольные значения более чем на 20%.
Разработан комплект лабораторных технологических регламентов клонального микроразмножения элитных генотипов быстрорастущих лиственных пород (осины, березы, ивы). Апробация регламентов в рамках опытного производства ФИБХ РАН показала практическую их применимость – за 2015 год произведено 300 тысяч микрорастений отобранных элитных клонов.
Созданы тест-системы молекулярного маркирования для идентификации элитных генотипов осины («Осина-М»), берёзы («Берёза-М») и ивы («Ива-М». С их помощью проведено генотипирование по 14 микросателлитным локусам элитных клонов осины, берёзы и ивы, используемых при микроклональном размножении, а также особей из природных популяций районов высадки элитных клонов. Испытания тест-систем показали эффективность их применения для надёжной идентификации элитных генотипов мелколиственных пород, обеспечиваемой низкой вероятностью случайного совпадения двух разных генотипов. Создана эскизная конструкторская документация на разработанные тест-системы, проведены испытания на соответствие условиям технического задания.
Индустриальными партнерами проекта (Республика Татарстан - ООО «Сабинские леса», Республика Марий Эл – ООО «Мартрэйд», Воронежская область - ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ») - проведены работы по подготовке земельных участков и закладке опытных лесных плантаций первой очереди. Суммарно тремя партнерами создано 90 Га опытных лесных плантаций, из них 40 Га в Республике Марий Эл, 30 Га в Республике Татарстан, 20 Га в Воронежской обл. 40 Га внесены в государственный лесной реестр.
Произведены работы по закладке опытно-демонстрационного объекта «Лесная плантация клонированных деревьев». На территории Московской области (Серпуховской район) на площади 6 Га – заложена лесная культура с использованием всех элитных клонов, полученных в рамках проекта.