Молодые ученые Южного федерального университета (ЮФУ) разработали алгоритм для микроклонального размножения растений, который позволит сохранить генофонд краснокнижных видов. Он подбирает нужные регуляторы роста, их концентрации и минеральные основы питательных сред для выращиваемых организмов, что необходимо для создания оптимальной среды размножения.
Сегодня микроклональное размножение in vitro («в пробирке» — в искусственных условиях, вне организма или естественной среды) является высокоэффективным методом сохранения генофонда редких и исчезающих видов растений. Новый алгоритм математического моделирования ученых ЮФУ универсален для всех растений, выращиваемых таким способом. Он позволяет исследователям подбирать оптимальные параметры питательной среды, нивелировать риск ошибок и достигать наиболее эффективных результатов.
«Несмотря на то, что в мире существует бесчисленное множество видов математического моделирования и математического подбора питательных сред, мы разработали алгоритм, который, на наш взгляд, будет наиболее точен и удобен в использовании. Благодаря четкой схеме алгоритм поможет ученым минимизировать путаницы и позволит более оптимально подбирать концентрации и, соответственно, добиться лучших результатов экспериментов», — рассказал к.б.н., научный сотрудник Ботанического сада ЮФУ, руководитель молодежной лаборатории «Молекулярная биотехнология растений» Василий Чохели.
В проведенном учеными ЮФУ исследовании в качестве основных факторов рассматривались минеральная основа (различные питательные среды, отличающиеся минеральным составом), регуляторы роста (синтетические и естественные цитокинины) и их концентрация. Для растений, выращиваемых микроклональным способом, необходимо различное соотношение данных параметров на каждом этапе процесса размножения и роста. Созданная математическая модель ученых ЮФУ позволяет подбирать сочетание этих факторов индивидуально для каждого растения, учитывая особенности необходимой ему питательной среды.
«В начале, при исследовании влияния концентраций фитогормонов (веществ, выполняющих регуляторную функцию), используется шаг в 0,5 мг/л. Изначальная безгормональная питательная среда (0 мг/л) выступает в качестве контроля. Затем исследуется линейка питательных сред с концентрациями 0,5 мг/л, 1 мг/л, 1,5 мг/л, 2 мг/л. После статистического анализа, когда становится известным наилучшее минеральное питание, наиболее подходящий регулятор роста и его концентрация, происходит приготовление новой «линейки» питательных сред, но «шаг концентраций» уменьшается до 0,1 мг/л. При желании и возможности исследователя, можно дальше дробить шаг», — пояснил Василий Чохели.
В недавнем исследовании ученые уже протестировали новый алгоритм, изучив с помощью него эффект влияния разных фитогормонов на размножение некоторых видов растений. Было показано, что оптимальной минеральной основой для изученных трёх видов (Hedysarum grandiflorum Pall., Hyssopus cretaceus Dubj., Matthiola fragrans Bunge) является среда Гамборга (В5), в то время как большинство лабораторий работает с модификациями канонической питательной среды МС. Также было показано, что эффективной заменой синтетического гормона 6-БАП, является фитогормон метатополин. По словам ученых, использование таких «мягких» (с низким мутагенным статусом) фитогормонов позволит эффективно сохранять редкие растения в культуре in vitro.
Ученые Южного федерального университета уделяют большое внимание поиску новых решений для агробиобезопасности нашей страны. Так, исследования проводятся в рамках проекта ЮФУ «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология» программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (реализуется в рамках национального проекта «Наука и университеты»). Результаты исследования изложены в научном журнале «Horticulturae».
