Біотехнологія в рослинництві
В репродукованій культурі тканин видимі морфологічні відхилення не зустрічаються. Генетична стабільність ізольованої культури спостерігається навіть після багатократних пасажів, що відкриває нові можливості для збереження генофонду сільськогосподарських рослин. Збереження та подальше вегетативне розмноження рослин в культурі in vitro набуває великого значення в зв’язку з рекурентним відбором, без якого неможливе створення гібридів на ЧС-основі (чоловічостерильній основі). Із вирощених з допомогою культури in vitro маточних рослин та коренеплодів отримують високоякісне насіння.
В селекційній практиці поряд із мікроклональним розмноженням рослин широко використовується метод калусних культур із експлантів різних органів, які є додатковим резервом розмноження селекційного матеріалу. Він дає можливість практично використовувати в селекційному процесі новий тип мінливості — сомаклональну. Калусні культури багатьох сільськогосподарських рослин характеризуються великою нестабільністю. Генетична варіабельність соматичних клітин є однією з причин неоднорідності рослин, отриманих із калусних тканин. Калусогенез — це перший етап на шляху отримання сомаклональних варіантів, що потребує перепрограмування шляхів розвитку клітини. Клітина, переведена в умови культивування in vitro, зберігає свою основну генетичну інформацію про цілий організм і при наявності відповідних умов може реалізувати її. Проте фізичні та хімічні фактори культивування, що мають мутагенну дію, а також генетична гетерогенність соматичних клітин експланту створюють передумови для виникнення генетично змінених рослин. Метод отримання сомаклональної мінливості дає змогу індукувати не лише мінливість геному, але й плазмону. В основі феномену сомаклональної мінливості лежать складні процеси структурної і функціональної перебудови генетичного апарату клітин. Використовуючи його, вже отримано форми багатьох сільськогосподарських культур з цінними ознаками.
Однією із основних проблем в селекційно-генетичних дослідженнях перехреснозапильних рослин є використання гетерозису. Основним і найефективнішим методом отримання стабільних ліній є експериментальна гаплоїдія. Виключаючи багаторазове самозапилення рослин, вона дає можливість отримувати гомозиготний матеріал із збагачених у генетичному відношенні гібридів. Для отримання гаплоїдних рослин використовують культуру пиляків, зав’язі й насіннєвих зачатків. Індукція гаплоїдів залежить від генетичних властивостей рослин-донорів, фази розвитку насінників, місця розташування квітконосів на рослині та ряду інших факторів. Збільшення кількості гаплоїдів спостерігається при вилученні незапліднених насіннєвих зачатків із розкритих квіток, а також при запиленні опроміненим пилком донорських рослин. Гаплоїди виявлені у багатьох сільськогосподарських культур. Спосіб отримання їх у культурі in vitro дає можливість використовувати явище гаплоїдії не тільки в генетичних дослідженнях, але і в практичній селекції.
Гетерогенність клітинної популяції суспензійних культур дає змогу отримати значну варіабельність ознак у рослин-регенерантів і відкриває широкі можливості для генетичних і селекційних досліджень. Хімічні компоненти поживного середовища та фізичні умови можуть виступати і як мутагенні, екстремальні фактори, які викликають зміни в нуклеїновому та білковому обмінах, структурі, формі й функціях клітини. В такому випадку клітинна популяція в умовах культури in vitro характеризується фізіологічною, цитологічною та генетичною гетерогенністю. З’являються мутанти зі зміненим морфогенезом, які можна взяти за основу в селекційно-генетичних дослідженнях. При клітинній селекції відбір клітинних ліній і рослин з новими успадкованими ознаками ведеться на рівні клітин, що культивуються in vitro. Прийоми культивування рослинних клітин і регенерація з них рослин розроблені для ряду важливих сільськогосподарських культур. До них відносяться мутанти стійкості до стресових факторів, гербіцидів, різних захворювань, засолення та закислення субстрату тощо.У зв’язку з тим, що можливості удосконалення рослин за допомогою рекомбінації практично невичерпні, головним завданням є пошук методів управління цим процесом та ефективного відбору найбільш цінних генотипів з бажаним комплексом ознак і властивостей. Це стало можливим завдяки розробці методів генної інженерії — культури протопластів і соматичної гібридизації, введення генетичного матеріалу в рослинні клітини та протопласти за допомогою трансформованої ДНК. Першим етапом у цьому напрямку досліджень є розробка методу отримання і культивування життєздатних протопластів. При цьому враховується ряд факторів — склад і концентрація ферментів, вибір осмотичного розчину, рН середовища, фізіологічний стан тканини, умови передінкубаційного культивування. Виділені протопласти в подальшому використовують для отримання соматичних гібридів та соматичних цибридів, пересадки органел, введення чужорідної інформації.
Злиття протопластів та соматична гібридизація дають можливість: схрещувати філогенетично віддалені види рослин, які неможливо схрестити звичайним статевим шляхом; отримувати асиметричні гібриди, які несуть весь генний набір одного із батьків поряд з кількома хромосомами, генами чи лише органелами і цитоплазмою другого; створити систему гібридизації, яка включає одночасно злиття трьох і більше батьківських клітин; отримувати рослини, гетерозиготні за неядерними генам; долати обмеження, які накладаються генеративними системами несумісності; схрещувати форми, які неможливо гібридизувати статевим шляхом через аномалії в морфогенезі чи гаметогенезі батьків; гібридизувати клітини, що несуть різні епігенетичні програми. Використовуючи метод соматичної гібридизації ізольованих протопластів, селекціонери отримують гібриди від фізіологічно несумісних видів сільськогосподарських культур.