agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2025.26.1.129-140agronauka-1892Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МИКОЛОГИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURAL MICROBIOLOGY AND MYCOLOGYВлияние фильтрата культуральной жидкости Fusarium sporotrichioides на каллусную культуру пшеницыEffect of culture filtrates of Fusarium sporotrichioides on wheat callus culturehttps://orcid.org/0000-0002-4430-2719СтупкоВ. Ю.StupkoValentina Yu.

Ступко Валентина Юрьевна, кандидат с.-х. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии и биотехнологии

проспект Свободный, д. 66, г. Красноярск, 660041

Valentina Yu. Stupko, PhD in Agricultural Science, leading researcher, the Laboratory of Physiology and Biotechnology

Svobodny prospect, 66, Krasnoyarsk, 660041

stupko@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4185-9455ЛуговцоваС. Ю.LugovtsovaSvetlana Yu.

Луговцова Светлана Юрьевна, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и биотехнологии

проспект Свободный, д. 66, г. Красноярск, 660041

Svetlana Yu. Lugovtsova, senior researcher, the Laboratory of Physiology and Biotechnology

Svobodny prospect, 66, Krasnoyarsk, 660041

fic@ksc.krasn.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7314-9418НешумаеваН. А.NeshumaevaNadezhda A.

Нешумаева Надежда Алексеевна, кандидат биол. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии и биотехнологии

проспект Свободный, д. 66, г. Красноярск, 660041

Nadezhda A. Neshumaeva, PhD in Biological Science, leading researcher, the Laboratory of Physiology and Biotechnology

Svobodny prospect, 66, Krasnoyarsk, 660041

fic@ksc.krasn.ruФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», Красноярский научно-исследовательский институт сельского хозяйстваРоссияFederal Research Center “Krasnoyarsk Science Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences”, Krasnoyarsk Research Institute of AgricultureRussian Federation202528022025261129140Copyright © Ступко В.Ю., Луговцова С.Ю., Нешумаева Н.А., 20252025Ступко В.Ю., Луговцова С.Ю., Нешумаева Н.А.Stupko V.Y., Lugovtsova S.Y., Neshumaeva N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1892

Культивирование каллусов на средах с фильтратами культуральной жидкости (ФКЖ) грибов рода Fusarium применяется в селекции на устойчивость к данным патогенам у различных видов растений. Ключевым этапом работы является определение реакции культуры тканей растения на различные концентрации (20 и 40 %) ФКЖ. Проведена оценка динамики параметров роста и развития каллусной культуры (КК) яровой мягкой пшеницы сорта Красноярская 12 при имитации поражения Fusarium sporotrichioides при длительном культивировании (до 119 суток). Каллусогенез индуцировали в культуре зародышей на среде Мурасиге-Скуга (МС) с 2,4-Д (1 и 4 мг/л для незрелых и зрелых зародышей соответственно). Каллусы затем помещали на среды с теми же концентрациями 2,4-Д с добавлением ФКЖ (20 и 40 %) и контрольную среду МС без селективного агента. Реакция КК на ФКЖ была заметна уже к 14-му дню культивирования. Признаки некроза отмечали у 10–15 % образцов на средах с ФКЖ. Доля каллусов с хлорофиллсодержащими областями (ХСО) на этом сроке была вдвое меньше на средах с ФКЖ в сравнении с МС. К 28-му дню доля каллусов с ХСО на среде с 20 % ФКЖ отличалась в меньшую сторону от МС в 2-3 раза, 40 % ФКЖ – в 5–7 раз. Размеры каллусов оказались мало информативны в анализе реакции КК на ФКЖ. После 42-го дня на средах с ФКЖ наблюдали возобновление роста КК, замедление некроза, активацию синтеза хлорофилла. На среде МС прогрессировало старение КК, увеличивалась частота некроза каллусов. Аналогичный эксперимент, но включавший пассирование на 14-й день на свежие среды того же состава, не выявил усиления селективного давления. Результаты были либо близки к образцам с непрерывным культивированием (ХСО, некроз), либо превышали их (размер каллусов). Таким образом, использованные уровни ФКЖ обеспечивали отбор устойчивых к токсинам F. sporotrichiodes клеточных линий пшеницы в пределах 28 суток культивирования. Имеется потенциал увеличения селектирующего давления.

Cultivation of calli on media with culture filtrates (CF) of fungi of the genus Fusarium is used in breeding for the resistance to these pathogens of somaclonal lines of many plant species. The key is to determine the response of plant tissue culture to different concentrations (20 and 40 %) of CF. The dynamics of the growth and development parameters of spring soft wheat callus culture (CC) was assessed under simulating F. sporotrichioides infection in vitro in long-term cultivation (up to 119 days). Callusogenesis was induced in the culture of embryos on Murashige-Skoog (MS) medium with 2.4-D (1 mg/L for immature embryos, 4 mg/L for mature embryos). Calli were then cultured on media with the same levels of 2,4-D under different levels of CF (20 % and 40 %). The response of CC to CF was noticeable already by the 14th day of cultivation. Signs of necrosis were observed in 10–15 % of samples on media with CF. The proportion of calli with chlorophyll containing areas (CСA) at this period was half as much on media with CF compared to MS. By day 28, the medium with 20 % of CF had CCA quantity less than MS by 2-3 times, medium with 40 % of CF – had CCA quantity less by 5–7 times. The size of calli turned out to be less informative in the analysis of the response of CC to CF. After the 42nd day, media with CF showed the resumption of CC growth, slowing down of necrosis, and activation of chlorophyll synthesis. On the MS medium, the senescence of CC progressed, the frequency of calli necrosis increased. The same experiment but including passaging calli on the 14th day onto fresh media of the same composition did not reveal the increase in selective pressure. The results were either close to (CCA, necrosis) or higher (callus size) than those of the samples under continuous cultivation. Thus, the levels of CF used ensure the selection of wheat cell lines resistant to F. sporotrichiodes toxins within 28 days of cultivation. There is a potential to increase selection pressure.

Triticum aestivum L.культуральный фильтратклеточная селекциясомаклональная изменчивостьTriticum aestivum L.culture filtratecell selectionsomaclonal variationработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (тема № 124012900555-6).the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of Federal Research Center “Krasnoyarsk Science Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences” (theme No. 124012900555-6).ReferencesКостерина Н. А. Анализ современного состояния проблемы фузариоза колоса и зерна пшеницы в Российской Федерации. Аграрный вестник Урала. 2023;23(5):49–60. DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2023-234-05-49-60 EDN: LQLAOZKosterina N. A. Аnalysis of the current state of the problem of fusarium ear and grain of wheat in the Russian Federation. Agrarnyy vestnik Urala = Agrarian Bulletin of the Urals. 2023;23(5):49–60. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2023-234-05-49-60Гагкаева Т. Ю., Гаврилова О. П., Орина А. С., Гогина Н. Н. Чрезвычайная ситуация 2019 г. и болезни зерна в Амурской области. Защита и карантин растений. 2020;(8):19–21. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43459556 EDN: VPTQZHGagkaeva T. Yu., Gavrilova O. P., Orina A. S., Gogina N. N. Emergency situation in 2019 and grain diseases in the Amur region. Zashchita i karantin rasteniy. 2020;(8):19–21. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43459556Кремнева О. Ю., Кудинова O. A., Волкова Г. В. Эффективность фунгицида «Фалькон», КЭ против фузариоза колоса пшеницы в условиях Краснодарского края. Современные подходы и методы в защите растений: мат-лы Всеросс. научн.-практ. конф. с международ. участием. Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, 2018. С. 29–31. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39109155 EDN: DPEOYOKremneva O. Yu., Kudinova O. A., Volkova G. V. The effectiveness of the fungicide "Falcon", CE against fusarium of wheat ears in the Krasnodar territory. Modern approaches and methods in plant protection: Proceedings of the All-Russian scientific and practical conference with international participation. Ekaterinburg: Ural'skiy federal'nyy universitet imeni pervogo Prezidenta Rossii B. N. El'tsina, 2018. pp. 29–31. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39109155Gagkaeva T., Gavrilova O., Orina A., Lebedin Y., Shanin I., Petukhov P., Eremin S. Analysis of toxigenic Fusarium species associated with wheat grain from three regions of Russia: Volga, Ural, and West Siberia. Toxins. 2019;11(5):252. DOI: https://doi.org/10.3390/toxins11050252Gagkaeva T., Gavrilova O., Orina A., Lebedin Y., Shanin I., Petukhov P., Eremin S. Analysis of toxigenic Fusarium species associated with wheat grain from three regions of Russia: Volga, Ural, and West Siberia. Toxins. 2019;11(5):252. DOI: https://doi.org/10.3390/toxins11050252Fernando D., Oghenekaro A. O., Tucker J. R., Badea A. Building on a foundation: advances in epidemiology, resistance breeding, and forecasting research for reducing the impact of Fusarium head blight in wheat and barley. Canadian Journal of Plant Pathology. 2021;43(8):495–526. DOI: https://doi.org/10.1080/07060661.2020.1861102Fernando D., Oghenekaro A. O., Tucker J. R., Badea A. Building on a foundation: advances in epidemiology, resistance breeding, and forecasting research for reducing the impact of Fusarium head blight in wheat and barley. Canadian Journal of Plant Pathology. 2021;43(8):495–526. DOI: https://doi.org/10.1080/07060661.2020.1861102Yao J., Ma H., Lu W. Progress on inheritance and breeding for wheat scab resistance in JAAS. Cereal Research Communications. 2008;36:189–191.Yao J., Ma H., Lu W. Progress on inheritance and breeding for wheat scab resistance in JAAS. Cereal Research Communications. 2008;36:189–191.Луговцова С. Ю., Ступко В. Ю., Нешумаева Н. А. Влияние культуральных фильтратов грибов рода Fusarium на каллусные культуры овса. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2023;53(10):15–22. DOI: https://doi.org/10.26898/0370-8799-2023-10-2 EDN: NAVHBSLugovtsova S. Yu., Stupko V. Yu., Neshumaeva N. A. Effect of culture filtrates of Fusarium fungi on oat callus cultures. Sibirskiy vestnik sel'skokhozyaystvennoy nauki = Siberian Herald of Agricultural Science. 2023;53(10):15–22. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.26898/0370-8799-2023-10-2Eudes F., Badea A., Laroche A., Gaudet D., Graf R., Sadasivaiah S. In vitro selection and molecular markers for early screening of Fusarium head blight resistance wheat. In: Xu Z., Li J., Xue Y., Yang W. (eds) Biotechnology and Sustainable Agriculture 2006 and Beyond. Springer, Dordrecht, 2007. pp. 349–352. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6635-1_56Eudes F., Badea A., Laroche A., Gaudet D., Graf R., Sadasivaiah S. In vitro selection and molecular markers for early screening of Fusarium head blight resistance wheat. In: Xu Z., Li J., Xue Y., Yang W. (eds) Biotechnology and Sustainable Agriculture 2006 and Beyond. Springer, Dordrecht, 2007. pp. 349–352. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6635-1_56Legge W. G., Tucker J. R., Bizimungu B., Tekauz A., Noll J. S., Fetch Jr. T. G., et al. Norman barley. Canadian Journal of Plant Science. 2011;91(6):1105–1113. DOI: https://doi.org/10.4141/cjps2010-020Legge W. G., Tucker J. R., Bizimungu B., Tekauz A., Noll J. S., Fetch Jr. T. G., et al. Norman barley. Canadian Journal of Plant Science. 2011;91(6):1105–1113. DOI: https://doi.org/10.4141/cjps2010-020Legge W. G., Tucker J. R., Bizimungu B., Tekauz A., Fetch Jr. T. G., Haber S., et al. Taylor barley. Canadian Journal of Plant Science. 2013;93(5):969–977. DOI: https://doi.org/10.4141/cjps2013-126Legge W. G., Tucker J. R., Bizimungu B., Tekauz A., Fetch Jr. T. G., Haber S., et al. Taylor barley. Canadian Journal of Plant Science. 2013;93(5):969–977. DOI: https://doi.org/10.4141/cjps2013-126Ryabova D., Randhawa H. S., Kathiria P., Jiang F., Spaner D., Hucl P., et al. Development of new wheat varieties resistant to FHB through microspore in vitro selection technology. National Fusarium Head Blight Forum: proceedings. St. Louis MO, United States, 2016. pp. 92.Ryabova D., Randhawa H. S., Kathiria P., Jiang F., Spaner D., Hucl P., et al. Development of new wheat varieties resistant to FHB through microspore in vitro selection technology. National Fusarium Head Blight Forum: proceedings. St. Louis MO, United States, 2016. pp. 92.Gosman N., Chandler E., Thomsett M., Draeger R., Nicholson P. Analysis of the relationship between parameters of resistance to Fusarium head blight and in vitro tolerance to deoxynivalenol of the winter wheat cultivar WEK0609. European Journal Plant Pathology. 2005;111(1):57–66. DOI: https://doi.org/10.1007/s10658-004-2733-8Gosman N., Chandler E., Thomsett M., Draeger R., Nicholson P. Analysis of the relationship between parameters of resistance to Fusarium head blight and in vitro tolerance to deoxynivalenol of the winter wheat cultivar WEK0609. European Journal Plant Pathology. 2005;111(1):57–66. DOI: https://doi.org/10.1007/s10658-004-2733-8Zhang Y. P., Jiang S., Qu S. P., Yang X. M., Wang X. N., Ma L. L., et al. In vitro selection for Fusarium resistant oriental lily mutants using culture filtrate of the fungal agent. Acta Horticulturae. 2014;1027:205–212. DOI: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2014.1027.22Zhang Y. P., Jiang S., Qu S. P., Yang X. M., Wang X. N., Ma L. L., et al. In vitro selection for Fusarium resistant oriental lily mutants using culture filtrate of the fungal agent. Acta Horticulturae. 2014;1027:205–212. DOI: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2014.1027.22Shaunak I., Sharma R., Sharma P., Gupta M., Bhardwaj R. K. Developing resistance against soil-borne Fusarium pathogen causing tomato wilt through in vitro cell line selection. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2023;153:91–104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-023-02446-1Shaunak I., Sharma R., Sharma P., Gupta M., Bhardwaj R. K. Developing resistance against soil-borne Fusarium pathogen causing tomato wilt through in vitro cell line selection. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2023;153:91–104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-023-02446-1Kuanar A., Nayak P. K., Subudhi E., Nayak S. In vitro selection of turmeric somaclone resistant to Fusarium oxysporum f. sp. Zingiberi. Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences. 2014;84:1077–1082. DOI: https://doi.org/10.1007/s40011-013-0295-2Kuanar A., Nayak P. K., Subudhi E., Nayak S. In vitro selection of turmeric somaclone resistant to Fusarium oxysporum f. sp. Zingiberi. Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences. 2014;84:1077–1082. DOI: https://doi.org/10.1007/s40011-013-0295-2Тагиманова Д. С., Рашиденова Ж. А., Хапилина О. Н. Скрининг резистентных каллусов гороха (Pisum sativum L.) на селективных средах с культуральным фильтратом Fusarium oxysporum L. Биотехнология. Теория и практика. 2013;(3):55–60. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25612905 EDN: VOMRDHTagimanova D. S., Rashidenova Zh. A., Khapilina O. N. Screening of the resistant pea callus (Pisum sativum L.) selective media, containing Fusarium oxysporum L. culture filtrate. Biotekhnologiya. Teoriya i praktika. 2013;(3):55–60. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25612905Borras O., Bermudez R. S. The pineapple-Fusarium subglutinans interaction: an early selection system for disease resistance. In Book: Mass screening techniques for selecting crops resistant to disease. FAO/IAEA (eds). Vienna: International Atomic Energy Agency, 2010. pp. 159–172.Borras O., Bermudez R. S. The pineapple-Fusarium subglutinans interaction: an early selection system for disease resistance. In Book: Mass screening techniques for selecting crops resistant to disease. FAO/IAEA (eds). Vienna: International Atomic Energy Agency, 2010. pp. 159–172.Терлецкая Н. В., Ступко В. Ю., Искакова А. Б., Зобова Н. В., Гаевский Н. А. Фотоморфогенез эмбриогенных каллусов пшеницы в условиях эдафических стрессов. Известия Уфимского научного центра РАН. 2018;(3-5):43–51. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36293992 EDN: VJYVJJTerletskaya N. V., Stupko V. Yu., Iskakova A. B., Zobova N. V., Gaevskiy N. A. Photomorphogenesis of wheat embryogenic calli under edaphic stress conditions. Izvestiya Ufimskogo nauchnogo tsentra RAN = Proceedings of the RAS Ufa Scientific Centre. 2018;(3-5):43–51. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36293992Yerzhebayeva R. S., Abekova A. M., Bersimbaeva G. H., Konysbekov K. T., Bastaubaeva S. O., Roik N. V., Urazaliev K. R. In Vitro Cell Selection of Sugar Beet for Resistance to Culture Filtrate of the Fungus Fusarium oxysporum. Cytology and Genetics. 2019;53:307–314. DOI: https://doi.org/10.3103/S0095452719040042Yerzhebayeva R. S., Abekova A. M., Bersimbaeva G. H., Konysbekov K. T., Bastaubaeva S. O., Roik N. V., Urazaliev K. R. In Vitro Cell Selection of Sugar Beet for Resistance to Culture Filtrate of the Fungus Fusarium oxysporum. Cytology and Genetics. 2019;53:307–314. DOI: https://doi.org/10.3103/S0095452719040042Баймухаметова Э. А., Кулуев Б. Р. Потемнение растительных тканей при культивировании in vitro и способы его предотвращения. Биотехнология. 2020;36(2):26–42. DOI: https://doi.org/10.21519/0234-2758-2020-36-2-26-42 EDN: ZBGVAO.Baymukhametova E. A., Kuluev B. R. Darkening of plant tissues during in vitro cultivation and methods for its prevention. Biotekhnologiya. 2020;36(2):26–42. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21519/0234-2758-2020- 36-2-26-42.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.