В продолжение темы могу добавить  статью " Кохицин и лилейники "

ВВЕДЕНИЕ

Полиплоидия – это наследственные изменения , связанные с увеличением числа целых хромосомных наборов . Для индуцирования полиплоидных форм используют различные факторы воздействия : механические , физические , химические и др. Искусственно полученные мутантные формы , являются ценным материалом для селекции , поскольку в контролируемых условиях можно получить мутации , отсутствующие в природе или встречающиеся очень редко . Искусственная полиплоидия играет важную роль в улучшении многих видов растений и гибридов. Результат индуцированной полиплоидии Hemerocallis , помимо увеличения генетической изменчивости, проявляется новыми формами и качеством фенотипа тетраплоидного лилейника . Цветок тетраплоид – большего размера , тяжелой субстанции ,более округлой формы и богатой цветовой гаммы ( Stamile 1990 , Kehr 1996 , Callaway 2000 , Sakhonokho 2003 ) . Цветонос имеет прочный , толстый стебель , позволяющий удерживать большие, плотные , массивные цветы . Из-за этих качеств, селекционеры выбрали и использовали полиплоидные формы в своих гибридизационных программах потому , что большинство потребителей цветоводов предпочитают улучшенные цветоводческие признаки тетраплоидных аналогов лилейника . Генетическое разнообразие в пределах современных тетраплоидных лилейников быстро уменьшается , поскольку производители –гибридизаторы сфокусировались на ограниченном числе тетраплоидных генотипов , с уникальными цветочными признаками (Tomkins , Wood , Barnes , Westman , Wing 2001 ) . Эта ситуация может иметь серьезные последствия , влекущие негативные изменения окружающей среды . Подтверждением этого , служит появление в 2000 году новой болезни лилейников – ржавчины .
Назрела необходимость расширения тетраплоидной гермаплазмы лилейников , за счет преобразования более генетически разнообразных диплоидных аналогов , для использования в новых тетраплоидных программах разведения .

ПЛОИДНОСТЬ HEMEROCALLIS

Попробуем для лучшего понимания процесса полиплоидизации , немного разобраться в более упрощенном виде , с некоторыми определениями в генетике . Каждый отдельный вид животных или растений имеет характерное, постоянное число хромосом. Плоидность означает , степень кратности , этого основного числа хромосом. Для того , что бы понять определение плоидности Hemerocallis , вспомним, что цветок лилейника имеет мужские ( тычинки с пыльниками ) и женские (рыльце пестика , трубка пестика , ведущая к яичнику ) репродуктивные части ,которые производят мужские и женские половые клетки - гаметы . Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом (n ) т.е одинарный набор хромосом , присущий половым клеткам и у лилейников гамета содержит 11 хромосом . Гаплоидное число хромосом в клетках организмов одного вида называется основным, или базовым, а совокупность генов, заключенных в таком гаплоидном наборе - геномом. При половом созревании в клетках происходит альтернативный процесс клеточного деления, в результате которого, образуются гаметы . Этот процесс называется - мейоз. Он включает два отдельных этапа . Многоступенчатая природа процесса гарантирует, что каждая яйцеклетка или сперматозоид содержит только один полный набор хромосом (гаплоидный ) . При оплодотворении , т.е. слиянии мужской ( спермии ) гаметы и женской ( яйцеклетка ) гаметы , получается диплоидная зигота , развивающаяся в особь с наследственными признаками обоих родительских организмов. Для зигот и всех соматических клеток характерен диплоидный , двойной набор хромосом , для лилейников (2п = 22 ). Один набор 11 хромосом , происходит от яйцеклетки ( материнского организма ) , второй комплект из 11 хромосом , от сперматозоида пыльцы( отцовского организма ) . При слиянии двух гаплоидных гамет в зиготу , происходит восстановление присущего данному виду организмов , диплоидного набора хромосом. Делаем вывод – диплоидные лилейники имеют 22 хромосомы . По своему природному происхождению , большинство видовых лилейников- диплоидные ( Takenaka 1929 , Stout 1932 , Brannan 1992 , Tomkins 2003 , 2004 ).

Полиплоидия может возникнуть при нерасхождении хромосом в мейозе. В этом случае половая клетка получает полный (нередуцированный) набор хромосом соматической клетки (2n). При слиянии , такой гаметы с нормальной (n) , образуется триплоидная зигота (3n), из которой развивается триплоид. Триплоидные лилейники имеют тройной набор хромосом ( 3n=33 ) и получаются при слиянии нередуцированной гаметы с нормальной гаплоидной. Триплоиды , как правило , бесплодны ( стерильны ) . Природа стерильности у них очевидна. Во время первого этапа мейоза схожие хромосомы (называемые «гомологичными» хромосомами) в клетке , перед делением объединяются в пары. В триплоидной клетке, этот основной этап мейотического процесса работает не точно, потому что гомологичные хромосомы не могут объединиться в пары и разделиться поровну. Такой сбой мейотического деления и объясняет стерильность триплоидов . Несколько таксонов видового комплекса Hemerocallis fulva ( H.fulva “ Europa “ , H.fulva” Kwanso “ , H. fulva var. paucijiora Hotta & Matsuoka , H. fulva var. Maculate Baroni ) в результате спонтанных мутаций ( изменения физиологического состояния клетки ), являются по происхождению – триплоидами ( 2n=3x=33 ) (Stout 1932 , Chandler 1940 ) .Эти представители триплоидных не были получены в результате пересечений тетраплоидов с диплоидами , на то время , не существовало в природе тетраплоидных представителей Hemerocallis . Так как большинство триплоидных лилейников , являются результатом скрещивания между тетраплоидными ( 44 хромосомы ) и диплодными ( 22 хромосомы ) родителями, когда при рекомбинации 2n- и n- гамет образуется триплоидный организм. С наибольшей вероятностью триплоидные лилейники произошли из нередуцированной клетки яйца . В 1970 году д-р Arisumi сообщил о серии экспериментов , которые он провел с 1961 по 1969 год по перекрестному опылению диплоидных и тетраплоидных саженцев лилейников , и оценил частоту нередуцированных яйцеклеток , как 1/15000 . При этом , он ни разу не находил нередуцированную клетку зерна пыльцы. В некотором виде , триплоиды могут легко создаваться в результате скрещивания диплоидов с тетраплоидами . Тем не менее у лилейников , Arisumi ( 1973 ) получал только 29 триплоидных саженцев из 1607 пересечений диплоидов с тетраплоидами . Частота успеха удваивалась , когда родитель тетраплоид был женским . Имеется много сообщений от любителей гибридизаторов о получении триплоидных саженцев от дип/тет пересечений , тем не менее , чаще всего эти “ триплоиды “ , оказывались диплоидами . Родитель тетраплоид , использованный в этих пересечениях , обычно был производным от колхицин-индуцированной тетраплоидной химеры .( R.A.Griesbach ) . Даже если триплоидные лилейники слабо плодородные , они могут использоваться в разведении . Д-р Stout (1926 ) получал 1% жизнеспособных семян , при использовании Hemerocallis fulva “ Europa “ , как женский родитель и 15 % жизнеспособных семян , при использовании “Europa “ , как мужской родитель .
Триплоидные лилейники , также очень хороший исходный материал для разведения гексаплоидных , методом удвоения хромосом ( Morejohn 1987 ) . По словам Levin ( 1983 ) и Horn ( 2002 ) разработка гексаплоидных лилейников может увеличить размеры цветка , активизировать цветовую гамму , изменять форму цветка и способствовать восстановлению плодородия от триплоидов . Создание гексаплоидной зародышевой плазмы лилейников , значительно бы увеличила возможности гибридизаторов , для дальнейшего совершенствования традиционной гермаплазмы .
Только диплоидные и триплоидные виды Hemerocallis встречаются в природе. Тетраплоидные лилейники были получены искусственно , путем удвоения числа хромосом , в результате воздействия химического вещества , в частности – колхицина . Механизм действия колхицина сводится к нарушению расхождения хромосом в митозе и образованию клеток с кратно увеличенным числом хромосом по сравнению с исходной клеткой. Тетраплоидные лилейники имеют четыре набора хромосом ( 4n=44 хромосомы ) .
Знание уровня плоидности – полного набора хромосом лилейника , имеет решающее значение для программы гибридизации . Желаемые скрещивания , как правило, трудно получить от родителей различного уровня плоидности.

ИСТОРИЯ ПОЛИПЛОИДИЗАЦИИ

Полиплоидия - является важным фактором в разработке усовершенствованных коммерческих сортов и гибридов. Одним из перспективных направлений в селекции , является химическая полиплоидизация . В 1937 году , впервые была обнаружена способность колхицина производить полиплоидизацию ( Blakeslee and Avery 1937 ),способность искусственного манипулирования хромосомными числами активно использовалась в течение 1940 г. для создания первых тетраплоидов . Мощный алкалоид колхицин , выделенный из луковиц безвременника ( Colchicum Autumnale ) , парализует веретено деления , вследствие чего , становится невозможным расхождение дочерних хромосом к полюсам и они остаются в одной клетке . В результате , образуется клетка с удвоенным числом хромосом .

История колхицина

Первые знания о колхицине настолько стары , что уходят своими корнями в древнюю историю и мифологию Греции , Индии и Египта . Колхицин (Colchicinii) назван в честь земли Колхиды , которая находится в восточной части Черного моря . Где все ее побережье , ранней осенью покрывается яркими розовыми и голубыми цветками безвременника или , как его еще называют - крокуса осеннего, шафрана лугового . Куда приходил со своими аргонавтами Ясон за Золотым Руном . Там в Колхиде он встретил колдунью Медею , верховную жрицу богини Лейкотеи и очень опытного врача , вернувшей «доблестному Ясону силу юности, отогнав старость хитроумным способом с помощью трав, кипевших в золотом сосуде». Именно ее волшебные силы , связывают с ядовитыми компонентами безвременника . Древние короли Колхиды использовали знания о растительных ядах , для устранения конкурентов и быстрого решения всех дворцовых интриг . В эти места путешествовал древнегреческий врач- натуралист Диоскорид ( Dioscorides ). Он первый дал точное описание , указывающее фазы роста , морфологию и размножение шафрана лугового и дал ему название Colchicon . Зарисовки Диоскорида , включающие растение шафрана с плодами и семенами, и растение с листьями и цветами , копировались на протяжении пятнадцати столетий . На то время профессии врача и ботаника были тесно связаны , и конечно же , Диоскорид имел медицинский интерес к этому ядовитому лекарственному растению .

В Египте самым ранним датированным фактом , является упоминание шафрана в Папирусе Ebers – старейшем медицинском тексте , в 1550 году до нашей эры . Папирус Ebers суммировал все медицинские знания Египетской цивилизации , которые дошли до современной фармакопеи . На сегодняшний день , фактически , только 18 растений из семисот первоначально заявленных в документе , достигли своей исторической славы .
Трудно предположить , сколько столетий прошло с тех пор , когда древние индусы начали сбор шафрана и других лекарственных растений , для применения в медицинской практике . Некоторые древние медицинский трактаты Индии , до сих пор не расшифрованы . В Ведических текстах 800 г до н. э. упоминается Colchicum luteum , производитель чистого колхицина ( 0,2 % ) , собранный в Кашмире ( Kashmir ) в северо-западных предгорьях Гималаев . Древние арабские врачи заимствовали знания о лечебных свойствах колхицина от своих коллег из Индии и продвигали их дальше , в Европу . На протяжении многих веков колхицин изучался медиками , алхимиками , натуралистами . Такие исторические имена , как Теофраст , Авиценна , Гален внесли свой вклад в изучение и практическое применение колхицина , как медицинского лекарственного растения .
Современный период исследования колхицина начинается с 1989 года , когда сицилийский патологоанатом Pernice (1884 – 1906 )впервые описывает влияние колхицина на митоз животной клетки , при введении большой дозы яда . Есть упоминание , что ранние эксперименты с колхицином проводил Чарльз Дарвин в 1875 году , но работа имела , только исторический интерес и никаких документальных подтверждений , на данное время не существует . Колхицин в своей настоящей роли , как митотический яд и как средство для биологического исследования было обнаружено в 1931 году в Брюсселе , Бельгия , в лаборатории профессора Дастина ( A.R.Dustin ), который долгое время исследовал митоз . К 1937 году многие лаборатории всех континентов подключаются к исследованию эффекта колхицина в митозе . Генетики Швеции и Японии . Во Франции Gavaudan вел активное сотрудническтво с бельгийскими генетиками . В России лаборатория Института Генетики АН СССР , под руководством академика Н.Вавилова . Д. Костов, И. А. Аксамитная. - Докл. АН СССР, 1935, Исследование полиплоидных растений . В феврале 1937 года , в Cold Spring Harbor в Нью-Йорке , на Атлантическом собрании E.L.Lahr представил работу группы генетиков Allen , Gardner , Smitt , об исследовании колхицина и влиянии его на полиплоидизацию , ученым исследовательской лаборатории Университета Карнеги, Отдел Генетики ,возглавляемый доктором A.F. Blakeslee . Эта работа создала широчайший интерес ученых всего мира . В сентябре этого же года Blakeslee объявил об открытии колхицина , как мощного химического реагента, порождающего полиплоидию в растениях .Колхицин заменял практически все известные методы , использованные для увеличения количества хромосом в растении . Процедура была новой и могла легко проводиться на всех представителях растений . В течение короткого времени , генетики убедились , что найдено уникальное, полезное средство , поскольку метод колхицинирования , был более эффективным и более пригодным для получения полиплоидов , имеющих дополнительный комплект хромосом , чем любые другие методы , которые использовались прежде . Метод колхицинирования стал потрясением для агрономов . По всему миру ученые и аматоры начали создавать полиплоиды . То, что техника использования колхицина оказалась простой , посодействовало интересу ее быстрого распространения и использования . На протяжении пяти лет , с 1938 по 1942 год , все растения –представители сельского хозяйства Швеции , были преобразованы в полиплоиды . Началась новая эра в полиплоидизации .

История тетраплоидного лилейника

В 1947 году был получен первый цветущий экземпляр тетраплоидного лилейника “ Brilliant Glow” из преобразованного сорта “Cressida” , автором был студент Университета Minnesota - Robert Schreiner . В 1948 году , Buck Quinn из Университета в Калифорнии , сообщал о цветении тетраплоидов “ Soudan “ и “ Kanapaha “ . Годом позже , Hamilton Traub , Отдел Сельского хозяйства США в Beltsville , Maryland , преобразовал сорт “ Mayor Starzynski “ и назвал его “ Tetra Starzynski “. Впервые д-р Traub дал полное описание своих экспериментов . Полученный тетраплоид был описан , как “полный Tet “ (Traub 1959 , 1960 ). Понятие «полный» указывает на то , что растение полностью преобразовано в тетраплоид , т.к. в результате конверсии высока возможность получения «химеры»- растения лилейника имеющего диплоидные и тетраплоидные ткани . Об этом мы поговорим чуть позже . В гибридизации лилейников , желательно использовать полный тетраплоид .
Первые тетраплоиды , не были такими же плодородными , как диплоиды ( Peck and Peck 1969 ). Со временем , более плодородные тетраплоиды были отобраны к разведению . Первая , основная программа разведения тетраплоидов была начата в 1955 году в Универитете De Paul в Чикаго , Illinois доктором Robert A. Griesbach и отставным химиком Orville Fay . Они разработали и представили новый метод обработки семян лилейника колхицином . Семенная обработка была легче и более эффективной , чем обработка целого растения , которую проводили раньше R. Schreiner и Н.Traub ( Traub 1959 , 1960 ) . С использованием семенной обработки , можно было в очень короткие сроки , получить большее количество преобразованных растений . Кроме того , семенная обработка заканчивалась более высокой частотой получения тетраплоидов (Griesbach и др. 1963 ) .Кроме издания методик обработки , Griesbach проводил многочисленные практические занятия для коммерческих и любительских производителей лилейников .
В 1961 году Fay и Griesbach представили цветоводческому миру четыре тетраплоидных сорта Crestwood Ann , Crestwood Bicolor, Crestwood Evening , Crestwood Lucy. В 1963 году они добавили Crestwood Gold и в 1967 году - Mary Todd и Golden Surrey. В дальнейшем , сорт Mary Todd будет первым тетраплоидом , завоевавшим в 1978 году наивысшую награду , присуждаемую Американским Обществом Лилейника – Серебряную Медаль Стаута . В отличие , от прежде выпущенных тетраплоидных сортов , серия Crestwood была высоко оценена и широко распространена для дальнейшего разведения . Началась новая волна в гибридизации лилейников . В 1964 году в Отделе Сельского хозяйства США в Maryland , доктором Toru Arisumi был представлен метод преобразования открытой вегетативной меристемы . Метод оказался очень успешным и высоко действенным для преобразования диплоидных сортов в тетраплоидные аналоги . Этот метод широко использовался цветоводами-любителями в течение 1960-х и 1970-х годов , для расширения тетраплоидного генофонда лилейника (Traub 1972 ) . Доктором Toru Arisumi в 1964 году было преобразовано семнадцать диплоидных сортов . В это время , в штате Illinois активно ведет работу по конверсии Brother Charles Reckamp . Его работа была примечательна тем , что он получил много тетраплоидных сортов с оттенками желтых и дынных цветов . Два университетских профессора д-р Virginia Peck и д-р Richard Peck , начали свою интенсивную работу по конверсии лилейников в 1960 году , результаты которой все еще успешно применяются в гибридизации .
Вскоре , сотни преданных дилетантов и профессионалов подключаются к работе с тетраплоидными сортами . К 1967 году в США насчитывалось 66 тетраплоидных лилейников , выращенных из семян и 17 сортов , которые были получены в результате конверсии с применением колхицина . Все они были зарегистрированы Американским Обществом Hemerocallis ( AHS ). С 1996 года все победители премии Стаута - наивысшей награды AHS , являются тетраплоидными представителями лилейников . В настоящее время P.Stamile - садовод и гибридизатор из Флориды , стоит в числе первых самых плодовитых тетраплоидных селекционеров . На его счету , начиная с 1996 года , три завоеванных Серебряных Медали Стаута .Тысячи коллекционеров покупают лучших генетических представителей лилейников и делают новые шаги в разведении . Создается впечатление , что все производители Hemerocallis в мире работают вместе, над одним глобальным проектом , по выведению лилейников с большими цветами , уникальными оборками , богатейшее гаммой расцветок , новыми образцами форм и другими удивительными и желаемыми характеристиками. В целом , это стало , по сути , крупнейшим проектом разведения в мире , больше чем ирисы и хосты , больше чем розы и кукуруза , перешагнув даже, животноводство ( R. Merсer 2010 ) . На данном этапе , лилейник является, одной из наиболее экономически важных разновидностей декоративных растений в торговле США , из-за его эффектных цветов с большой вариацией размеров и всевозможных уникальных расцветок , а так же, адаптации к широкому ряду почвенных и климатических условий ( R.W.Munson 1989 )........

Статья большая , продолжение можно посмотреть здесь  http://www.lileynic.com.ua/comments.php?id=7