Выведение новых сортов растений с улучшенными характеристиками или улучшенной адаптацией к окружающей среде важно для обеспечения безопасности наших продуктов питания. Для получения новых генетических рекомбинантов или для введения одного или нескольких генов-мишеней необходимо контролируемое опыление растений и сбор семян - как можно быстрее, чтобы не отставать от требований потребителей и рынка.
На время цветения влияют многие факторы окружающей среды. Повышая температуру и / или ограничивая доступность воды и питательных веществ, а также пространство ризосферы, растения способствуют индукции цветения, и после этого достигается более быстрое цветение. Далее, более пристально рассмотрим, как свет способствует сокращению времени цветения за счет фитохромов, поглощающих красный и дальний красный свет.
Фотопериодический ответ:
У многих видов растений реакция цветения контролируется световым периодом или, скорее, продолжительностью непрерывного темного периода (Lopez 2009). Большинство наших полевых культур, таких как пшеница, ячмень, картофель и масличный рапс, цветут в условиях длинного дня (LD), требующих фотопериодов, превышающих критическую продолжительность дня (14-16 часов). Фотопериод (циркадные часы) определяется в листьях первичной системой фитохромов. Выявлены задействованные различные фоторецепторы. У пшеницы фитохром С (PHYC) ускоряет цветение в индуктивных (LD) условиях и действует как репрессор в неиндуктивных (SD) условиях (Chen et al. 2014). Фитохром B (PHYB) картофеля участвует в инициации клубней в зависимости от фотопериода (Sarkar 2010). Только у некоторых растений, например у арабидопсиса, рецепторы синего света (хриптохромы) играют роль в фотопериодической реакции.
Используя пределы фотопериодизма для растений LD Watson, Ghosh et al. (2017) опубликовали новый метод под названием «скоростное разведение», обеспечивающий 22-часовой рабочий день (только 2 часа темноты) для ускорения циклов генерации в комнатах для выращивания и теплицах. Дополнительный свет обеспечивался с использованием спектра Valoya NS1 и дополнительного дальнего красного. При длительном фотопериоде было получено 6 поколений в год для яровых сортов пшеницы, ячменя, твердых сортов пшеницы, нута и гороха и 4 поколения в год для канолы. Семеноводческие компании и селекционеры могут быть счастливы услышать, что влияние на качество и количество семян было таким же, как и при более медленных / традиционных циклах селекции. Кроме того, можно было показать, что фенотип таких признаков, как потеря супрессора ости, карликовых генов, снижение сизого окраса или прогрессирование фузариоза, можно воспроизвести в условиях скоростного разведения.
Отклики на спектральное качество
Растения получают информацию об окружающей среде благодаря спектральному качеству. Фоторецепторы воспринимают эти сигналы и опосредуют ответы, адаптируя морфологию и развитие. В частности, сообщается, что отношение красного к дальнему красному (R: FR) контролирует цветение растений. Условия тени, отмеченные пониженным излучением красного света, приводят к уменьшению этого отношения R: FR. Фитохромы, чувствительные к условиям низкого R: FR, опосредуют реакции избегания тени, характеризующиеся удлиненными междоузлиями и преждевременным цветением. Сообщается, что для многих видов растений, включая арабидопсис, пшеницу, ячмень и зернобобовые, низкое соотношение R: FR сокращает время цветения (Croser et al., 2016; Franklin et al. 2003; Ugarte et al. 2010; Deitzer, Hayes, и Джаббен 1979).
Светодиоды с измененным спектром (низкое соотношение R: FR), такие как Valoya AP67, считаются ценным источником для улучшения протоколов, нацеленных на ускоренные циклы генерации. Croser et al. (2014) интегрировали Valoya AP67 в новый подход к селекции «aSSD», позволяющий выращивать до 8 поколений гороха, нута, чечевицы, фасоли и люпина в год. Более того, у всех генотипов было получено почти одновременное цветение, что полезно в программах скрещивания. Это указывает на то, что позднецветущие генотипы больше выигрывают от более низкого отношения R: FR для времени появления признака, чем ранние типы.
РЕКОМЕНДАЦИИ:
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.
