Биоморфологические и цитогенетические изменения в Calendula officinalis L. после химического мутагенеза

  • Татьяна Егоровна Саматадзе Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН
  • Ольга Юрьевна Юркевич Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН
  • Фирдаус Мухаметовна Хазиева Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений
  • Александр Иванович Морозов Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений
  • Святослав Анатольевич Зощук Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН
  • Надежда Логиновна Большева Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН
  • Александра Владимировна Амосова Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН
  • Ольга Викторовна Муравенко Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН
Ключевые слова: геном, календула лекарственная, кариотип, мейоз, мутагены, Ag-ЯОР-окрашивание, С/DAPI-диффернциальное окрашивание

Аннотация

Проведено исследование по воздействию химических мутагенов ДМС (диметилсульфат) и ДЭС (диэтилсульфат) различной концентрации на сорта календулы (Calendula officinalis L.) ‘Райский сад’ и ‘Золотое море’ и дана оценка их биолого-морфологическим и цитогенетическим изменениям в поколении М1 и М2. Показано, что число растений с морфологическими изменениями после обработки мутагенами в М1 больше в процентном соотношении у ‘Золотого моря’ по сравнению с ‘Райским садом’. Выявлено, что мутагены оказали ингибирующее действие на всхожесть семян календулы, а также на выживаемость рассады в полевых условиях. Обнаружены достоверные различия по высоте растений, числу разветвлений и количеству листьев у сортов календулы при обработке мутагенами. Обработка мутагенами у сорта ‘Райский сад’ привела к увеличению числа соцветий, в отличие от ‘Золотого моря’ в М1 и М2 поколениях.

Анализ мейоза показал дозозависимое повышение частоты мультивалентов в МКП при повышении концентрации мутагенов. Кариотип сортов и мутантных форм состоит из 16 пар мелких хромосом размером 3,5–5,0 мкм. В кариотипах сортов и мутантных форм ноготков не выявлены хромосомные аномалии. Изучение рисунка Ag-ЯОР-окрашивания выявило наличие транскрипционно активных районов (Ag-положительных) в области вторичных перетяжек спутничных хромосом.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Литература

Abd El-Maksoud B., El-Mahrouk E. M. 1992. Effect of ethyl methane sulfonate on the growth and interior quality of Asparagus densiflorus (Kunth) Jessop C. V. «SPRENGERI» Egypt. J. Appl. Sci. 7: 116–132.
Ahloowalia B. S., Maluszynski M. 2001. Induced mutations a new paradigm in plant breeding. Euphytica 118, 2: 167–173. DOI: 10.1023/A:1004162323428.
Амосова А. В., Подугольникова О. А., Каминир Л. Б. Количественная оценка площади Ag-окрашенных ядрышкообразующих районов хромосом человека // Цитология, 1986. Т. 28, № 1. С. 113–116.
Амосова А. В., Бадаев Н. С., Дьяченко Л. Ф., Оноприенко В. С., Каминир Л. Б. Площадь Ag-окрашенных ядрышкообразующих районов хромосом мягкой пшеницы коррелирует с содержанием рибосомальных генов // Доклады Академии наук СССР, 1989. Т. 305, № 2. С. 453–456.
Бадаева Е. Д., Салина Е. А. Структура генома и хромосомный анализ растений // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2013. Т. 17, № 4/2. C. 1017–1043.
Badr M, El-Torky M. G., El-Shennawy O., El-Nashar Y. 2000. Effect of chemical mutagens on Tagetes erecta. J. Agr. Sci. Mansoura Univ. 25: 5241–5256.
Bhat T. A., Wani A. A. 2017. Mutagenic Effects on Meiosis in Legumes and a Practical Case Study of Vicia faba L. Chromosome Structure and Aberrations 11: 219–244. DOI: 10.1007/978-81-322-3673-3_11
Bissa S., Bohra A. 2011. Antibacterial potential of pot marigold. J. Microbiol. Antimicrob. 3, 3: 51–54.
Chardigny J. M., Hasselwander O., Genty M., Kraemer K., Ptock A., Sebedio J. L. 2003. Effect of conjugated FA on feed intake, body composition, and liver FA in mice. Lipids 38, 9: 895–90. DOI: 10.1007/s11745-003-1142-5.
Chopra V. L. 2005. Mutagenesis investigating the process and processing the outcome for crop improvement. Curr. Sci. 89: 353–359.
Cruceriu D., Balacescu O., Rakosy E. 2018. Calendula officinalis: Potential roles in cancer treatment and palliative care. Integrative Cancer Therapies 17, 4: 1068–1078. DOI: 10.1177/1534735418803766.
Cvejić, S., Jocić, S., Prodanović, S., Terzić, S., Miladinović, D., Balalić I. 2011. Creating new genetic variability in sunflower using induced mutations. HELIA 34, 55: 47–54. DOI: 10.2298/HEL1155047C.
Дрягина И. В., Потапов С. П., Равкин А. С. Методические указания по использованию мутагенных факторов в селекции садовых вегетативно-размножаемых растений. М.: ВАСХНИЛ, 1979. 75 с.
El-Nashar Y. 2006. Effect of chemical mutagens (sodium azide and diethyl sulphate) on growth, flowering and induced variability in Amaranthus caudatus L. and A. hypochondriacus L. Doctoral thesis, Faculty of Agriculture Alexandria University, 217 pp.
El-Nashar Y. I., Asrar A. A. 2016. Phenotypic and biochemical profile changes in calendula (Calendula officinalis L.) plants treated with two chemical mutagenesis. Genetics and Molecular Research 15, 2: 1–14. DOI: 10.4238/gmr.15028071
El-Torky M. G. 1992. Effect of EMS (Ethyl methane sulphonate, on variegation type and some other horticultural traits in Euonymus japonicus, Linn. Alex. J. Agric. Res. 37, 1: 249–260.
Васильченко И. Т. Calendula L. – Календула // Флора CCCР. Т. 26. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 857–861.
Gaul H. 1964. Mutation in plant breeding. Radiat. Bot. 4: 155–232.
Голубовская И. Н. Генетический контроль поведения хромосом в мейозе // Цитология и генетика мейоза. М.: Наука, 1975. С. 321–338.
Cruceriu D., Balacescu O., Rakosy E. 2018. Calendula officinalis: Potential roles in cancer treatment and palliative care. Integrative Cancer Therapies. 17(4): 1068–1078. DOI: 10.1177/1534735418803766
Guerra M. 2000. Patterns of heterochromatin distribution in plant chromosomes. Gen. Mol. Biol. 23, 4: 1029–1041. DOI: 10.1590/S1415-47572000000400049.
Hiller K., Melzig M. F. 2010. Lexikon der Heilpflanzen und Drogen, 2. Auflage. Heidelberg: Spektrum, Akademischer Verlag. S. 106–107.
Haensel R., Sticher O. 2007. Pharmakognosie-Phytopharmazie. 8. Ueberarbeitete und aktialisierte Auflage. Heidelberg: Springer. S. 1151–1155.
Hussein H. A. S.; Sallam S. H., Kamel H. A., Labib T. 1974. The mutagenic effects of EMS on Saliva splendens. Egypt. J. Genet. Cytol. 30: 193–203.
Jiménez-Medina E, Garcia-Lora A, Paco L, Algarra I, Collado A, Garrido F. 2006. A new extract of the plant Calendula officinalis produces a dual in vitro effect: cytotoxic anti-tumor activity and lymphocyte activation. BMC Cancer 6: 119. DOI: 10.1186/1471-2407-6-119.
Khalid A. K., Silva J. A. 2012. Biology of Calendula officinalis Linn. – Focus on Pharmacology, Biological Activities and Agronomic Practices. Med Aromat Plant Sci Biotechnol. 6, 1: 12–27.
Khan S., Al-Qurainy F., Anwar F. 2009. Sodium azide: A chemical mutagen for enhancement of agronomic traits of crop plants. Environ. We Int. J. Sci. Tech. 4: 1–21.
Хазиева Ф. М., Басалаева И. В., Тоцкая С. А., Грязнов М. Ю., Сидельников Н. И., Бурова А. Е. Влияние химических мутагенов на Calendula officinalis L. // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, 2014. № 4. С. 66–67.
Muravenko O. V., Yurkevich O. Yu., Bolsheva N. L., Samatadze T. E., Nosova I. V., Zelenina D. A., Volkov A. A., Popov K. V., Zelenin A. V. 2009. Comparison of genomes of eight species of sections Linum and Adenolinum from the genus Linum based on chromosome banding, molecular markers and RAPD analysis. Genetica 135, 2: 245–255. DOI: 10.1007/s10709-008-9273-7.
Муравенко О. В., Зеленин А. В. Исследование хромосомной организации геномов мелкохромосомных растений // Генетика, 2009. Т. 45, №. 11. C. 1516–1529.
Oladosu Y., Rafii M. Y., Abdullah N., Hussin G., Ramli A., Rahim H.A., Miah G., Usman M. 2016. Principle and application of plant mutagenesis in crop improvement: a review. Biotechnology & Biotechnological Equipment 30, 1: 1–16. DOI: 10.1080/13102818.2015.1087333.
Поддубная-Арнольди В. А. Цитоэмбриология покрытосеменных растений. М.: Наука, 1976. 508 c.
Predieri S. 2000. Mutation induction and tissue culture in improving fruits. Plant Cell Tissue Organ Culture 64, 23: 185–210. DOI: 10.1023/A:1010623203554.
Рапопорт И. А. Открытие химического мутагенеза. Избранные труды. М.: Наука, 1993. 304 с.
Roychowdhury R., Tah J. 2011. Chemical mutagenic action on seed germination and related agro-metrical traits in M1 Dianthus generation. Curr. Bot. 2: 19–23.
Roychowdhury R., Datta S., Gupta P., Tah J. 2012. Analysis of genetic parameters on mutant populations of Mungbean (Vigna radiate L.) after ethyl methane sulphonate treatment. Not. Sci. Biol. 4: 137–143.
Sak K., Nguyen T. H., Ho V. D., Do T. T., Raal A. 2017. Cytotoxic effect of chamomile (Matricaria recutita) and marigold (Calendula officinalis) extracts on human melanoma SK-MEL-2 and epidermoid carcinoma KB cells. Cogent Medicine 4: 2–7. DOI: 10.1080/2331205X.2017.1333218.
Саматадзе Т. Е., Муравенко О. В., Большева Н. Л., Амосова А. В., Гостимский С. А., Зеленин А. В. Изучение хромосом сортов и транслокационных линий гороха посевного (Pisum sativum L.) с использованием FISH, Ag-ЯОР и DAPI- дифференциального окрашивания // Генетика, 2005. T. 41, №. 12. C. 1665–1673.
Samatadze T. E., Zoshchuk S. A., Khomik A. S., Amosova A. V., Svistunova N. Yu., Suslina S. N., Hazieva F. M., Yurkevich O. Yu., Muravenko O. V. 2018a. Molecular cytogenetic characterization, leaf anatomy and ultrastructure of the medicinal plant Potentilla alba L. Genet. Res. Crop. Evol. 65, 6: 1637–1647. DOI: 10.1007/s10722-018-0640-7
Саматадзе Т. Е., Бадаева Е. Д., Попов К. В., Большева Н. Л., Левинских М. А., Зощук В. А., Юркевич О. Ю., Амосова А. В., Сычев В. Н., Муравенко О. В. «Космические» растения гороха (Pisum sativum L.) и пшеницы (Triticum compactum host.) как объекты цитогенетических исследований // Известия РАН. Серия биол., 2018. T. 45, № 6. C. 603–611. DOI: 10.1134/S0002332918060115
Shu Q. Y., Forster B. P., Nakagawa H. 2012. Principles and applications of plant mutation breeding. Plant mutation breeding and biotechnology. Wallingford: CABI. Pp. 301–325.
Singh J., Singh S. 2001. Induced mutations in basmati rice (Oryza sativa L.). Diamond Jub. Symp. New Delhi 212 pp.
Sinhamahapatra S. P., Rakshit S. C. 1990. Respose to selection for plant height in X-ray treated population of jute (Corchorus caspularis L.) c. v. JRC 212. Euphytica 51: 95–99.
Suzuki R., Noguchi R., Ota T., Abe M., Miyashita K., Kawada T. 2001. Cytotoxic effect of conjugated trienoic fatty acids on mouse tumor and human monocytic leukemia cells. Lipids 36, 5: 477–482.
Ukiya M., Akihisa T., Yasukawa K., Tokuda H., Suzuki T., Kimura Y. 2006. Anti-inflammatory, anti-tumorpromoting, and cytotoxic activities of constituents of marigold (Calendula officinalis) flowers. Journal of Natural Products 69: 1692–1696.
Yasui Y., Hosokawa M., Kohno H., Tanaka T., Miyashita K. 2006. Growth inhibition and apoptosis induction by all-trans-conjugated linolenic acids on human colon cancer cells. Anticancer Res 26 (3A): 1855–1860.
Yurkevich O. Yu., Naumenko-Svetlova A. A., Bolsheva N. L. Samatadze T. E., Rachinskaya O. A., Kudryavtseva A. V., Zelenina D. A., Volkov A. A., Zelenin A. V., Muravenko O. V. 2013. Investigation of genome polymorphism and seed coat anatomy of species of section Adenolinum from the genus Linum. Genet. Res. Crop. Evol. 60, 3: 661–676. DOI: 10.1007/s10722-012-9865-z.
Zeerak N. A. 1992. Cytogenetical effects of gamma rays and ethyl methane sulphonate in tomato (Lycopersicon esculentum var. Cerasiforme). Phytomorphology 42: 81–86.
Опубликован
2020-03-23
Как цитировать
1. Саматадзе Т. Е., Юркевич О. Ю., Хазиева Ф. М., Морозов А. И., Зощук С. А., Большева Н. Л., Амосова А. В., Муравенко О. В. Биоморфологические и цитогенетические изменения в Calendula officinalis L. после химического мутагенеза // Turczaninowia, 2020. Т. 23. № 1. С. 13-23. URL: http://turczaninowia.asu.ru/article/view/7491.
Раздел
Научные статьи