Группа криосохранения растений

РУКОВОДИТЕЛЬ:

ВЫСОЦКАЯ
Ольга Николаевна

руководитель группы,
старший научный сотрудник,
кандидат биологических наук

Телефон: +7 (499) 678-54-00, внутр. 613
E-mail: cryo@ippras.ru
Профиль на E-library
Профиль на Researchgate

СОТРУДНИКИ:

ИССЛЕДОВАНИЯ:

Основные направления работы:

• изучение физиологических, генетических и биотехнологических особенностей формирования криоустойчивости растительного материала, культивируемого in vitro, в том числе: изолированных тканей и органов, а также каллусов и клеток растений;
• разработка и усовершенствование методов криосохранения клеток, тканей, органов и семян растений;
• совершенствование технологии сохранения в жидком азоте разнообразного растительного материала;
• пополнение Криобанка растений ИФР РАН (КБР ИФР РАН): образцами семян редких и исчезающих (в первую очередь занесенных в Красную Книгу России) видов орхидей и других дикорастущих растений; ценными клонами и сортами сельскохозяйственных культур; штаммами клеток растений — продуцентов биологически активных веществ.

Объекты исследований:

В качестве объектов исследования выступает растительный материал, принадлежащий разным систематическим группам, в том числе семена редких и исчезающих видов растений, культивируемые in vitro растения, изолированные меристемы растений, недифференцированные ткани и суспензионные культуры клеток.

Методы исследований:

• оригинальные и патентованные методы криосохранения, депонирования и культивирования in vitro растительного материала;
• методы посткриогенного восстановления роста растительного материала, в том числе in vitro;
• методы введения в культуру in vitro разнообразного растительного материала;
• методы культивирования, размножения растительного материала in vitro, а также адаптации растительного материала к условиям культивирования ex vitro;
• методы оценки жизнеспособности и криоустойчивости растительного материала с применением технологии витального окрашивания клеток, приборов световой микроскопии и видеофиксации изображения;
• методы оценки вариабельности растительного материала в процессе культивирования в асептических условиях и криосохранения.

Ключевые достижения:

1. Группа поддерживает Криобанк растений ИФР РАН (КБР ИФР РАН), основанный в 1982 году.
2. После длительного хранения в жидком азоте получены in vitro сеянцы астрагала приполярного: Astragalus subpolaris Boriss. & Schischk (29,9 лет криосохранения), колокольчика широколистного: Campanula latifolia L. (более 28 лет), копеечника ситникового: Lespedeza hedysaroides (Pallas) Kitag. (29 лет), язвенника обыкновенного: Anthyllis vulneraria L. (28 лет), черники: Vaccinium myrtillus L. (более 22 лет), брусники: Vaccinium vitis-idaea L. (более 22 лет).
3. После длительного хранения в жидком азоте получены in vitro посткриогенные регенеранты сирени, рябины княженики, жимолости, малины, ежевики, розы и многочисленных сортов земляники (срок криогенного хранения некоторых образцов Fragaria x ananassa Duch. превышал 20 лет). Причем ex vitro, в полевых условиях, восстановленные из криогенного сна растения рябины, розы, малины и земляники цвели и плодоносили.
4. После длительного хранения в жидком азоте восстановлены суспензионные культуры дикой моркови — Daucus carota L. (25 лет), люцерны посевной — Medicago sativa L. (27 лет).
5. Сформирована первая в России криоколлекция клонов растений Криобанка растений ИФР РАН (КБР ИФР РАН) с использованием патентованных методов криосохранения меристем побегов, изолированных из культивированного in vitro растительного материала (земляника 49 российских и зарубежных сортов Fragaria x ananassa Duch., одного сорта Fragaria vesca L., трех сортов рябины и клонов других растений).
6. Создана и сохраняется уникальная и крупнейшая в России криоколлекция орхидей: семена 111 видов тропических и субтропических видов (образцы собраны у оранжерейных растений ГБС РАН, которые были привезены из Африки и Мадагаскара, Австралии, Северной, Центральной и Южной Америки, Индокитая, Восточной Азии и Японии, а также с Островов Индийского и Тихого океанов) и 27 видов орхидей умеренного климата (образцы из России и других европейских государств), в том числе 21 вид из I приложения СИТЕС и 14 видов, занесенных в Красную книгу РФ.
7. Разработаны и запатентованы оригинальные методы криосохранения клеток, изолированных тканей, органов и семян, принадлежащих к разным систематическим группам растений.

ПУБЛИКАЦИИ:

Наиболее значимые публикации за последние 5 лет:

1. Nits, O.S.; Sementsova, M.V.; Osipova, E.S.; Tereshonok, D.V.; Gladkov, E.A. IPPRAS Cryobank for the Conservation of Orthodox Seeds of Rare, Endangered, Medicinal, and Ornamental Plant Species—Current Research. Plants 2024, 13, 1354. https://doi.org/10.3390/plants13101354
2. Osipova, E.S.; Tereshonok, D.V.; Gladkov, E.A.; Evsyukov, S.V.; Stepanova, A.Y. (2023) Evaluation of Seed Germination of Six Rare Stipa Species following Low Temperature Stress (Cryopreservation) //Life. 13. 2296. URL:https://doi.org/10.3390/life13122296
3. Koroleva, O.V.; Molkanova, O.I.; Vysotskaya, O.N. (2023) Development of Cryopreservation Technique for Meristems of Syringa vulgaris L. Cultivars. Int. J. Plant Biol. 14, 625–637. https://doi.org/10.3390/ijpb14030048
4. Yuorieva, N.; Sinetova, M.; Messineva, E.; Kulichenko, I.; Fomenkov, A.; Vysotskaya, O.N.; Osipova, E.; Baikalova, A.; Prudnikova, O.; Titova, M.;. Nosov A. V.; Popova E.V. (2023) Plants, Cells, Algae, and Cyanobacteria In Vitro and Cryobank Collections at the Institute of Plant Physiology, Russian Academy of Sciences—A Platform for Research and Production Center. Biology. 12, 838. https://doi.org/10.3390/biology12060838
5. Kolomeitseva G.L., Nikishina T.V., Babosha A.V., Ryabchenko A.S., Vysotskaya O.N. (2022) Morphophysiology and Cryopreservation of Seeds of Dendrobium Nobile Lindl. (Orchidaceae) at Different Stages of Development //Acta Physiologiae Plantarum. 44 (36). 1–6. https://doi.org/10.1007/s11738-022-03372-z
6. Osipova E.S., Stepanova A.Y., Tereshonok D.V., Gladkov E.A., Vysotskaya O.N. (2021) Genetic Diversity in Invasive Populations of Lupinus polyphyllus Lindl. and Heracleum sosnowskyi Manden // Biology. 10. 1094. https://doi.org/10.3390/biology10111094
7. Способ криосохранения меристематических верхушек побегов, изолированных из растений in vitro. / Высоцкая О.Н.; ФГБУН Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. 2020 / Евразийский патент, ЕАПО 036602. В1, Патент РФ. Опубл. Бюллетень «Изобретения (евразийские заявки и патенты)». № 11, 2020 / Опубликовано 27.11.2020. Заявка 201900286. А; заявл. 13.06.2019. опубл. 26.11.2020. http://www.eapatis.com/Data/EATXT/eapo2020/PDF/036602.pdf
8. Соловьeва А.И., Высоцкая О.Н. (2020) Генетическое разнообразие посткриогенных растений Fragaria vesca L. После длительного культивирования in vitro и стрессового воздействия абиотических факторов. Известия РАН. сер. биологическая, 3, 266–273. (Solov’eva A.I., Vysotskaya, O.N. (2020) Genetic Diversity of a Post-Cryogenic Fragaria vesca L. Clone after Long-Term Cultivation in vitro and Influenced by Abiotic Factors. Biology Bulletin, 47, 253-258. https://link.springer.com/article/10.1134/S1062359020030085)

Наиболее значимые публикации за все время:

1. Соловьeва А.И., Высоцкая О.Н., Долгих Ю.И. (2016) Влияние продолжительности дегидратации апексов на характеристики in vitro растений Fragaria vesca после криосохранения. Физиология растений, 63(2), 258-266. (Solov'eva A.I., Vysotskaya O.N., Dolgikh Yu.I. (2016) Effect of dehydration duration of apices on characteristics of in vitro plants of Fragaria vesca after cryopreservation. Russian Journal of Plant Physiology, 63(2), 243-251. https://doi.org/10.1134/S1021443716020138)
2. Volkova L.A., Urmantseva V.V., Popova E.V., Nosov A.M. (2015) Physiological, cytological and biochemical stability of Medicago sativa L. cell culture after 27 years of cryogenic storage. Cryo Letters, 36(4), 252-263. https://www.ingentaconnect.com/contentone/cryo/cryo/2015/00000036/00000004/art00004#
3. Соловьeва А.И., Долгих Ю.И., Высоцкая О.Н., Попов А.С. (2011) Спектры ISSR- и REMAP-маркеров ДНК каллусов яровой пшеницы после этапов криосохранения по методу дегидратации. Физиология растений, 58, 359-366. (Solov’eva A.I., Dolgikh Yu.I., Vysotskaya O.N., Popov A.S. (2011) Patterns of ISSR and REMAP DNA Markers after Cryogenic Preservation of Spring Wheat calli by Dehydration Method. Russian Journal of Plant Physiology, 58(3), 423–430. https://doi.org/10.1134/S1021443711030162)
4. Высоцкая О.Н. (2011) Криосохранение апексов земляники (Fragaria L.), изолированных из растений in vitro. «Плодоводство и ягодоводство России» М.: ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии, XXVI, 138-144
5. Соловьeва А.И., Высоцкая О.Н., Попов, А.С., Долгих Ю.И (2010) Замораживание в жидком азоте дегидратированных каллусов яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) и их морфогенетическая способность. Известия РАН, сер. Биологическая, 5, 574-580. (Solov’eva A.I., Vysotskaya O.N., Popov A.S., Dolgikh Yu.I. (2010) Freezing of Dehydrated Calli of Spring Wheat (Triticum aestivum L.) in Liquid Nitrogen and Their Morphogenetic Potential. Biology Bulletin, 37(5), 489–495. https://doi.org/10.1134/S1062359010050080)
6. Lu Z.W., Popova E.V., Wu C.H., Lee E.J., Hahn E.J., Paek K.Y. (2009) Cryopreservation of Ginkgo biloba cell culture: effect of pretreatment with sucrose and ABA. Cryo Letters, 30(3), 232-243. https://www.ingentaconnect.com/content/cryo/cryo/2009/00000030/00000003/art00008?crawler=true
7. Popov A.S., Popova E.V., Nikishina T.V., Vysotskaya O.N. (2006) Cryobank of plant genetic resources in Russian Academy of Sciences. International Journal of Refrigeration, 29, 403-410. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2005.07.011
8. Никишина Т.В., Вахрамеева М.Г., Варлыгина Т.И., Павлов В.Н., Широков А.И., Буров А.В., Попович Е.А., Попов А.С. (2006) Криосохранение семян редких российских орхидей. Доклады Российской академии Наук, 408(1), 136-138. (Nikishina, T.V., Vakhrameeva, M.G., Varlygina, T.I. et al. (2006) Cryoconservation of seeds of rare Russian orchids. Dokl Biol Sci 408, 214–216. https://doi.org/10.1134/S0012496606030033)
9. Popov A.S., Popova E.V., Nikishina T.V., Kolomeytseva G.L. (2004) Development of juvenile Plant of the Hybrid orchid Bratonia after seed Cryopreservation. Cryo Letters, 25(3), 205-212. https://www.ingentaconnect.com/content/cryo/cryo/2004/00000025/00000003/art00007?crawler=true
10. Баскакова О.Ю., Воинкова Н.М., Никишина Т.В., Осипова Е.А., Попов А.С., Живухина Е.А. (2003) Криоустойчивость и криосохранение клеточных штаммов Rhaponticum carthamoides и Thalictrum minus. Физиология растений, 50(5), 744-749. (Baskakova, O.Y., Voinkova, N.M., Nikishina, T.V. et al. (2003) Freezing Resistance and Cryopreservation of Cell Strains of Rhaponticum carthamoides and Thalictrum minus . Russian Journal of Plant Physiology 50, 666–671. https://doi.org/10.1023/A:1025648409749)
11. Никишина Т.В., Попов А.С., Коломейцева Г.Л., Головкин Б.Г. (2001) Влияние криоконсервации на прорастание семян редких тропических орхидей. Физиология растений, 48(6), 930-936. (Nikishina, T.V., Popov, A.S., Kolomeitseva, G.L. et al. (2001) Effect of Cryoconservation on Seed Germination of Rare Tropical Orchids. Russian Journal of Plant Physiology 48, 810–815. https://doi.org/10.1023/A:1012520927743)
12. Высоцкая О.Н., Попов А.С., Бутенко Р.Г. (1999) Преимущество глюкозы перед сахарозой при криосохранении меристем земляники. Физиология растений, 46(2), 300-302. (Vysotskaya, O.N.; Popov, A.S.; Butenko, R.G. (1999) The advantage of glucose over sucrose in cryopreservation of strawberry meristems. Russian Journal of Plant Physiology 46(2): 255-257.)
13. Высоцкая О.Н. (1994) Длительное сохранение in vitro коллекции растений земляники. Физиология растений, 41(6), 935-941. (Vysotskaya O.N. (1994) Long-Term Maintenance of Strawberry Plants in vitro. Russian Journal of Plant Physiology 41, 935–941)
14. Butenko R.G. Popov A.S., Volkova L.A. Chernyak N.D, Nosov A.M. (1984) Recovery of cell cultures and their biosynthetic capacity after storage of Dioscorea deltoidea and Panax ginseng cells in liquid nitrogen. Plant Science Letters, 33(3), 285-292. https://doi.org/10.1016/0304-4211(84)90019-1)
15. Попов А.С., Бутенко Р.Г., Глухова И.Н. (1978) Влияние условий подготовки и глубокого замораживания на возобновление суспензионной культуры клеток дикой моркови. Физиология растений, 25(6), 1227-1236. (Popov, A.S.; Butenko, R.G.; Glukhova, I.N. (1978) Effect of the preparation and deep-freezing conditions on the regeneration of the suspension culture of wild carrot cells. Sov. Plant Physiol., 25, 972–979)

НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ:

УСЛУГИ:

Перечень услуг:

1. обучение основам технологии культивирования растительного материала в асептических условиях;
2. сопровождение исследовательской работы по криосохранению растительного материала, самостоятельно проводимой студентами, аспирантами, стажерами и сотрудниками научных и учебных организаций Российской Федерации и зарубежных стран;
3. оценка жизнеспособности и криоустойчивости образцов растительного материала;
4. криосохранение образцов криоустойчивого растительного материала.

Перечень оборудования:

1. ламинар-боксы для проведения работ с растительным материалом в асептических условиях;
2. лабораторные весы;
3. аналитические весы;
4. климатические камеры для культивирования и депонирования образцов растительного материала в контролируемых условиях освещения и температуры;
5. хранилища биопродуктов (ХБ-05);
6. видео и фотографическое оборудование для регистрации результатов исследований;
7. компьютерное оборудование для формирования электронной базы данных Криобанка растений ИФР РАН (КБР ИФР РАН).

ФОТОГАЛЕРЕЯ:

ИСТОРИЯ:

Впервые в России в 60-х годах 20 века сотрудниками Института физиологии растений (Г.М. Самыгин, Р.Г. Бутенко, Т.И. Трунова, О.А. Красавцев, И.В Оголевец и др.) под руководством чл.-корр. АН СССР Ивана Ивановича Туманова были начаты исследования устойчивости растений к криогенному замораживанию. Важнейшей вехой в исследованиях воздействия на растения криогенных температур стало применение метода культивирования in vitro изолированных тканей для изучения процессов формирования криоустойчивости растительных клеток. Исследователи, работавшие в разных областях физиологии растений, показали, что именно использование биотехнологических методов открывает реальный путь к созданию криобанков разнообразного растительного материала, в том числе и культивируемого in vitro.

В 1982 году по инициативе член-корреспондента РАН, академика РАСХН, профессора Раисы Георгиевны Бутенко была организована Лаборатория криосохранения клеток и растений под руководством Александра Сергеевича Попова. С тех пор стратегической задачей криобиологов ИФР РАН стало сохранение в жидком азоте разнообразных образцов растительного материала для формирования коллекций Криобанка растений ИФР РАН (КБР ИФР РАН).

Состав криобиологического коллектива ИФР РАН с 1982 г. многократно изменялся и в разное время в нем работали российские и зарубежные ученые.