Виведення нових сортів рослин з покращеними характеристиками або покращеною адаптацією до навколишнього середовища є важливим для забезпечення безпеки наших продуктів харчування. Для отримання нових генетичних рекомбінантів або для введення одного або кількох генів-мішеней необхідно контрольоване запилення рослин і збирання насіння - якнайшвидше, щоб не відставати від вимог споживачів та ринку.
На час цвітіння впливають багато чинників довкілля. Підвищуючи температуру та/або обмежуючи доступність води та поживних речовин, а також простір ризосфери, рослини сприяють індукції цвітіння, і після цього досягається більш швидке цвітіння. Далі, пильніше розглянемо, як світло сприяє скороченню часу цвітіння за рахунок фітохромів, що поглинають червоне і далеке червоне світло.
Фотоперіодична відповідь:
У багатьох видів рослин реакція цвітіння контролюється світловим періодом або швидше тривалістю безперервного темного періоду (Lopez 2009). Більшість наших польових культур, таких як пшениця, ячмінь, картопля та олійний ріпак, цвітуть в умовах довгого дня (LD), що вимагають фотоперіодів, що перевищують критичну тривалість дня (14-16 годин). Фотоперіод (циркадні годинники) визначається в листі первинною системою фітохромів. Виявлено різні фоторецептори. У пшениці фітохром С (PHYC) прискорює цвітіння в індуктивних (LD) умовах та діє як репресор у неіндуктивних (SD) умовах (Chen et al. 2014). Фітохром B (PHYB) картоплі бере участь в ініціації бульб залежно від фотоперіоду (Sarkar 2010). Тільки в деяких рослин, наприклад, у арабідопсису, рецептори синього світла (хриптохроми) відіграють роль у фотоперіодичній реакції.
Використовуючи межі фотоперіодизму для рослин LD Watson, Ghosh та ін. (2017) опублікували новий метод під назвою «швидкісне розведення», що забезпечує 22-годинний робочий день (тільки 2 години темряви) для прискорення циклів генерації в кімнатах для вирощування та теплицях. Додаткове світло забезпечувалося з використанням спектру Valoya NS1 та додаткового далекого червоного. При тривалому фотоперіоді було отримано 6 поколінь на рік для ярих сортів пшениці, ячменю, твердих сортів пшениці, нуту та гороху та 4 покоління на рік для каноли. Насінницькі компанії та селекціонери можуть бути щасливі почути, що вплив на якість та кількість насіння було таким самим, як і за більш повільних/традиційних циклів селекції. Крім того, можна було показати, що фенотип таких ознак, як втрата супресора остюки, карликових генів, зниження сизого забарвлення або прогресування фузаріозу, можна відтворити в умовах швидкісного розведення.
Відгуки на спектральну якість
Рослини отримують інформацію про навколишнє середовище завдяки спектральній якості. Фоторецептори сприймають ці сигнали та опосередковують відповіді, адаптуючи морфологію та розвиток. Зокрема, повідомляється, що ставлення червоного до далекого червоного (R: FR) контролює цвітіння рослин. Умови тіні, зазначені зниженим випромінюванням червоного світла, призводять до зменшення цього відношення R: FR. Фітохроми, чутливі до умов низького R:FR, опосередковують реакції уникнення тіні, що характеризуються подовженими міжвузлями та передчасним цвітінням. Повідомляється, що для багатьох видів рослин, включаючи арабідопсис, пшеницю, ячмінь і зернобобові, низьке співвідношення R:FR скорочує час цвітіння (Croser et al., 2016; Franklin et al. 2003; Ugarte et al. 2010; Deitzer Hayes, Джаббен 1979).
Світлодіоди зі зміненим спектром (низьке співвідношення R: FR), такі як Valoya AP67, вважаються цінним джерелом поліпшення протоколів, націлених на прискорені цикли генерації. Croser та ін. (2014) інтегрували Valoya AP67 у новий підхід до селекції «aSSD», що дозволяє вирощувати до 8 поколінь гороху, нуту, сочевиці, квасолі та люпину на рік. Більше того, у всіх генотипів було отримано майже одночасне цвітіння, що корисне у програмах схрещування. Це вказує на те, що пізньоквітучі генотипи більше виграють від нижчого відношення R: FR для часу появи ознаки, ніж ранні типи.
РЕКОМЕНДАЦІЇ:
Чен, Эндрю и др. 2014. «ФИТОХРОМ С играет важную роль в ускорении цветения пшеницы в условиях длительного фотопериода». 111 (28).
Croser, Janine et al. 2014. «Ускоренное опускание одного семени (aSSD) - новая методика селекции для ускорения достижения гомозиготности». ISAT 2015 2-й Международный симпозиум по сельскохозяйственным технологиям, Таиланд 1–4.
Croser, Janine S. et al. 2016. «Время цветения зернобобовых умеренного климата in vivo и смена поколений in vivo - in vitro узколистного люпина, ускоренного за счет низкого соотношения красного к дальнему-красному и высокой интенсивности в дальней красной области» Культура растительных клеток, тканей и органов 127 (3): 591–599.
Дейтцер, Г.Ф., Р. Хейс и М. Джаббен. 1979. «Кинетика и зависимость от времени действия дальнего красного света на фотопериодическую индукцию цветения Wintex ячменя». Физиология растений 64 (6): 1015–21.
Франклин, Кеара и др. 2003. «Фитохромы B, D и E действуют избыточно, чтобы контролировать множественные физиологические реакции у Arabidopsis». Физиология растений 131 (3): 1340–46.
Лопес, Роберто. 2009. «Понимание различий между фотопериодическим и дополнительным освещением». Тепличный садовод (ноябрь): 26–30.
Саркар, Дебабрата. 2010. «Фотопериодическое ингибирование клубнеобразования картофеля: обновленная информация». Положение о росте растений 62 (2): 117–25.
Угарте, Кристина Сесилия, Сантьяго Ариэль Трупкин, Эрнан Гильоне, Густаво Слафер и Джей Джей Казаль. 2010. «Низкое соотношение красного / дальнего красного задерживает рост стебля и рост стебля у пшеницы». Журнал экспериментальной ботаники 61 (11): 3151–62.
Уотсон, Эми и др. 2017. «Скоростная селекция: мощный инструмент для ускорения исследований и селекции сельскохозяйственных культур». bioRxiv 161182.
