Tashkent Botanical Garden named
after academician F.N. Rusanov

Biotexnologiya laboratoriyasi

Laboratory of Biotechnology of the Botanical Garden named after F.N. Rusanov

of the Institute of Botany, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

Research Relevance

In recent years, due to arid climates, the expansion of desert territories, and global climate change, in vitro technologies have been actively introduced into the activities of botanical gardens for the propagation and conservation of drought- and salt-tolerant ornamental, fruit, and introduced plant species. This approach enables the reclamation of degraded lands and ensures biological security for future generations. Moreover, the use of in vitro technologies in botanical gardens provides opportunities for propagating hard-to-reproduce species, enriching collections, and preserving rare and endangered species.

Botanical gardens and arboretums are increasingly playing an essential role in plant conservation, becoming key centers for preserving plant biodiversity.

The application of in vitro technologies enables the propagation of hard-to-reproduce species and achieving the following outcomes:

Development of drought- and salt-resistant plant varieties of significant importance.

Production of plant seedlings free from viral, bacterial, and fungal infections.

Long-term storage of plants under aseptic conditions.

Space optimization for collections and reduced labor costs for their maintenance.

For example, using fruit, berry, and ornamental plants as a model reveals opportunities for conserving and propagating promising and valuable genotypes through in vitro embryo transplantation and microclonal propagation methods.

Laboratory Directions:

1. Development and implementation of protocols for propagating valuable species from the botanical garden's collection.

The in vitro system offers several advantages over traditional methods of preserving plant collections, such as labor and space savings, obtaining sterile cultures with minimal use of explants, preserving natural populations without disturbance, propagating hard-to-reproduce material, and long-term storage under aseptic conditions.

2. Study of secondary metabolism and the synthesis of secondary metabolites in cell and tissue cultures.

Research focuses on regulating secondary metabolism by blocking or enhancing the activity of individual enzymes and studying epigenetic models of regulating biologically active substances' synthesis. Plants producing biologically active compounds are cultivated under in vitro conditions for both fundamental research and the development of technologies for obtaining valuable biosynthetic products. In vitro cells retain the ability to synthesize secondary metabolites specific to the plant species. Moreover, it has been demonstrated that cultivation conditions can yield metabolite levels comparable to or exceeding those found in source plants.

3. Establishing  of an in vitro bank.

At present, the use of cell and tissue cultures to preserve plant genetic resources is of growing importance. Investigating the potential for conserving plants with weak or challenging natural regeneration under in vitro conditions is particularly significant. For such species, genetic resource preservation directly depends on the population's stability. Genetic purity of the preserved material in the in vitro genetic bank is analyzed using molecular markers.

4. Propagation of promising ornamental and fruit plants.

The primary method for propagating taxa under in vitro conditions is the activation of axillary meristems pre-existing in plants. According to many researchers, this approach is considered the most reliable regarding the genetic stability of propagated forms. The model, based on removing apical dominance, forms the basis for large-scale propagation of most plant species.

Laboratory Achievements:

1. Microclonal propagation protocols were developed for 20 species from the North American exhibit of the Tashkent Botanical Garden's collection. Fifteen species were successfully introduced into in vitro culture, with rhizogenesis stimulated in 11 species, and regenerated plants adapted to soil conditions. Tissue cultures were obtained for 13 species, and quercetin flavonoid content was determined at various tissue culture development stages in 7 species. Patent applications were submitted for two inventions.
2. Research results showed that using lateral buds as explants achieved high propagation rates through microcutting. For many species, tissue culture initiation on WPM nutrient medium with a 30% sucrose concentration demonstrated high success rates. The application of BAP at 0.2–0.5 mg/L facilitated the in vitro introduction of 65±2% explants of B. papyrifera, 55±2% of M. rubra, and 64±2% of C. aprica, C. flava, and P. trifoliata. For Philadelphus species, up to 72±3% in vitro introduction was achieved on a medium containing BAP (0.5 mg/L) and IBA (0.02 mg/L). For P. trifoliata explants, up to 68±2% introduction was observed, and for F. neo-mexicana — 70.4% on a medium with TDZ (0.1 mg/L) and NAA (0.05 mg/L). Leaf blades and cuttings were used for successful callus induction on Murashige and Skoog medium with 2,4-D (0.5 mg/L) and kinetin (0.5 mg/L). Rhizogenesis was conducted on 50% WPM medium with 0.5 mg/L IBA. In the early stages of soil adaptation, a substrate based on coconut peat enriched with micro- and macroelements was used.
3. Successful callus induction was observed when using leaf cuttings and plates as explants on Murashige and Skoog medium with 2,4-D (0.5 mg/L) and kinetin (0.5 mg/L).
4. The content of cocussagonine, a standard alkaloid component, was studied in plant material collected from the botanical garden, callus tissue, and in vitro regenerated plants. The highest content was found in the callus of P. trifoliata—from 0.11% to 1.47% dry weight. These results confirm the potential of tissue cultures as a source of cocussagonine, an alkaloid with anticancer properties.
5. Quercetin flavonoid content was determined at various tissue culture development stages in seven species, including B. papyrifera (0.1–0.5%), F. grandifolia (0.05–0.3%), M. rubra (0.1–0.4%), C. aprica (0.1–1%), P. trifoliata (0.1–0.3%), A. platanoides (0.05–0.2%), and C. avellana (0.1–0.3%). Quercetin was not detected in tissue cultures of the following species: P. laxus, P. lavallei, P. lemoinei, P. lewisii, P. nivalis, P. pubescens, C. flava, C. lauta, C. collina, F. neomexicana, C. clematidea, M. turcomanica, and G. pratense.
6. Tissue cultures are identified as a promising source for extracting biologically active compounds, such as flavonoids, alkaloids, and other secondary metabolites. These studies provide potential for increasing quercetin content and industrial-scale production of these compounds using biotechnological methods and approaches.
7. Tissue culture methods are recommended for enriching the botanical garden's collection with economically significant and ornamental species. Microclonal propagation methods are proposed for implementation within the “Yashil Makon” program.

 

Information about the researchers

 

Mustafina Feruza Usmanovna с.b.s. Head of the laboratory E-mail: mustafinaferuza@yahoo.com	Juraeva Hanifabonu Kobul kizi junior researcher
Khazratov Abbos Tulkin ugli junior researcher	Akhmedova Vazira Urok kizi junior researcher

 

 

 

Publications:

Total publications in 2024 - 18

II. in scientific journals 9

2.1 Scopus ва/ёки Web of Science базасига киритилган журналларда - 2

1. Mustafina F.U., Juraeva  H.K.k., Jamalova D.N.k., Hazratov A.T.o., Janabaeva A.J., Kim H.J., Na C.S., Lee M.S., Oh Y.J., Tojibaev K.S. et al. Conservation Potential Through In Vitro Regeneration of Two Threatened Medicinal Plants Ungernia sewertzowii and U. victoris. Plants 2024, 13, 1966.  https://doi.org/10.3390/plants13141966 (Q1, Scopus CiteScore=6.5; IF=4.0. Q=1).

2. Mustafina F.U., Jamalova D.N., Zare A.R., Kurbaniyazova G.T., Juraeva H.K., Hazratov A.T., Kim Hoe Jin, Na Chae Sun, Lee Min Sung, Oh Yu Jin, Tojibaev K.Sh., Abdinazarov S.Kh., Jong Tae Lim. MICROCLONAL PROPAGATION OF THE MEDICINAL AND ENDANGERED SPECIES FERULA TADSHIKORUM PIMENOV (APIACEAE LINDL.).

2.3 Journals - 4

1. Мамытова М.T., Ахматов М.К., Мустафина Ф.У., Жураева Х.К., Хазратов А.Т., Ахмедова В.У., Жанабаева А.Ж., Абдиназаров С.Х. Микроклональное размножение видов коллекции ботанического сада: Crataegus aprica beadle, Crataegus flava Ait., Crataegus lauta Sarg., Crataegus collina champ. Известия Академии наук КР. 20.09.2024.

2. Таналиева Kunduz, Mustafina F.U., Juraeva H.K., Hazratov A.T., Akhmedova V.U., Janabaeva A. J., Abdinazarov S.Kh. Microclonal propagation of the species from botanical garden collection: Morus rubra L. Известия Академии наук КР. 20.09.2024.

3. Таналиева Кундуз, Мустафина Ф.У., Жураева Х.К., Хазратов А.Т., Ахмедова В.У., Жанабаева А.Ж., Абдиназаров С.Х. Антиоксидантная активность химических компонентов культуры тканей некоторых видов коллекции ботанического сада: Crataegus aprica Beadle, Morus rubra L. и Acer platanoides L. форма Crimson King. Известия Академии наук КР. 20.09.2024.

4. Juraeva, H., Mustafina, F., Hazratov, A., & Abdinazarov, S. (2024). The perspectivities of micriclonal propagation of acer platanoides l. crimson king (acearceae juss.). Eurasian Journal of Applied Biotechnology, (3S). https://doi.org/10.11134/symposium.18

2.4 Local journals– 3

1. Жураева Х.К., А.Т. Хазратов, Жамалова Д.Н., Ф.У. Мустафина, С.Х. Абдиназаров Микроклональное размножение декоративных видов растений на примере клена платановидного Acer platanoides L. сорт Crimson King (Acearceae Juss.). Доклады Хорезмской Академии наук. 2024(9): 126-129.

2. Х.К. Жураева, Ф.У. Мустафина, Д.Н. Жамалова, А.Т. Хазратов, А.Ж. Жанабаева, С.Х. Абдиназаров. Исследование антиоксидантной активности культуры тканей in vitro некоторых видов коллекции Ташкентского ботанического сада. Узбекский биологический журнал. №4, 2024. 45-50 с. 2024(4): 45-50.

3. Mustafina F.U., Abdinazarov S.H., Xazratov А.Т., Juraeva H.K., Janabaeva A.J. Toshkent botanika bog‘i kollektsiyasidan ayrim turlarning in vitro to‘qima kulturasining va regenerant o’simliklarning antioksidant faolligini o‘rganish. Xorazm Fanlar Akademiyasi habarnomasi. 2024(9): 82-86.

III. Participating at conferences): 9

1. Jurayeva H.K., Xazratov А.Т., Mustafina F.U., Abdinazarov S.H. Micropropogation of valuable species of Tashkent Botanical Garden collection. The IVth Conference for Young Scientists «Plant Biology and Biotechnology» dedicated to the VII International Fascination of Plants Day. 16–18 May, 2024, Kyiv, Ukraine. (Публикация с докладом). 35-36 p.

2. Hazratov А.Т., Jurayeva H.K., Mustafina F.U., Abdinazarov S.H. BIOTECHNOLOGY AS MODERN APPROACH IN BIODIVERSITY CONSERVATION AND ENRICHMENT OF THE COLLECTION OF TASHKENT BOTANICAL GARDEN.  The IVth Conference for Young Scientists «Plant Biology and Biotechnology» dedicated to the VII International Fascination of Plants Day. 16–18 May, 2024, Kyiv, Ukraine. (Публикация с докладом). 33-34 c.

3.4 Local conferences - 7

International conferences - 3

1. Hazratov A.T., Juraeva H.K., Mustafina F.U., Abdinazarov S.H. Conservation of the diversity of botanical garden collection with the use of in vitro techniques with example of Ptelea trifoliata L. (Rutaceae juss.) And Crataegus flava Ait. (Rosaceae juss.). Materials of the Ist International Scientific and Practical Conference “Conservation of Biological Diversity in Central Asia: Problems, Solutions and Prospects”. Namangan, Uzbekistan. 24-25 May, 2024. 112-115 p. (Публикация с докладом).

2. Жураева Х.К., Мустафина Ф.У., Хазратов А.Т., Абдиназаров С.Х. Методы микроклонального размножения перспективных  видов коллекции ботанического сада на примере видов  Philadelfus L.(Hydrangeaceae Dumort). Сборник 1ой Международной научно-практической конференции «Сохранение биологичексого разнообразия в Центральной Азии: проблемы, решения и перспективы». Наманган, Узбекистан. 24-25 мая 2024 г. 68-71 с. (Публикация с докладом).

3. A.T. Hazratov, H.K. Juraeva, F.U. Mustafina, S.H. Abdinazarov CONSERVATION OF THE DIVERSITY OF BOTANICAL GARDEN COLLECTION WITH THE USE OF IN VITRO TECHNIQUES. Еш олимлар анжумани. 24-26.09.2024. Алматы, Козокистон. (Публикация с докладом)

Republican conferences - 4

1. Жураева Х.К., Мустафина Ф.У. Отбор эксплантов для введения в культуру in vitro медицинских видов рода Ungernia (U. sewertzowii (Regel) В.Fedtsch. и U. victoris Vved. ex Artjush.). Республиканская научная конференция «Современные проблемы генетики, геномики и биотехнологии», 16 мая 2024 года. Ташкент, Узбекистан. (Публикация с докладом). 201-203 c.

2. Xazratov A.T., Juraeva X.K., Mustafina F.U. Acer platanoides L. Crimson King (Acearceae Juss.) manzarali oʻsimlik turini mikroklonal koʻpaytirish. Respublika anjumani “Genetika, genomika va biotexnologiya zaminaviy yutuklari”, 16 мая 2024 года. Ташкент. (Ma’ruza bilan ishtirok etish). 208-209 b.

3. Juraeva H.K., A.T.Xazratov, F.U.Mustafina, S.H.Abdinazarov In vitro kulturasida Toshkent Botanika Bog`i kolleksiyasining qimmatli namunlarini baqarqor ko`paytirish uchun ilmiy asoslarni ishlab chiqish: Philadelphus L. turkumiga mansub turlar. “Biologiyaning dolzarb muammolari: fan, ta’lim va ishlab chiqarish integratsiyasi” Respublika ilmiy-amaliy anjumani. Jizzax, O’zbekiston. 08.06.2024. (Ma’ruza bilan ishtirok etish). 483-488 b.

4. Xazratov A.T., H.K. Juraeva, F.U.Mustafina, S.H.Abdinazarov In vitro kulturasida botanika bog`i kolleksiyasining qimmatli namunlarini baqarqor ko‘paytirish uchun ilmiy asoslarni ishlab chiqish. “Biologiyaning dolzarb muammolari: fan, ta’lim va ishlab chiqarish integratsiyasi” Respublika ilmiy-amaliy anjumani. Jizzax, O’zbekiston. 08.06.2024. (Публикация с докладом). 86-88 b.

Participation with report at the conferences -12

Abroad - 6

1. Jurayeva H.K. Micropropogation of valuable species of Tashkent Botanical Garden collection. The IVth Conference for Young Scientists «Plant Biology and Biotechnology» dedicated to the VII International Fascination of Plants Day. 16–18 May, 2024, Kyiv, Ukraine. (Публикация с докладом).
2. Хазратов А.Т. Биотехнология как современный метод сохранения биоразнообразия и пополнения коллекции Ташкентского ботанического сада. Четвертая конференция молодых ученых «Биология и биотехнология растений», посвященная международному дню очарования растений. («International Fascination of Plants Day»). 16-18 мая, 2024. Киев,Украина. (Публикация с докладом).
3. Мустафина Ф.У. Он лайн участник Круглого стола «Научные подходы к вопросам озеленения, современные проблемы и пути их решения», 7 июня 2024 года, Алматы, Казахстан.
4. Jurayeva H.K. THE PERSPECTIVITIES OF MICRICLONAL PROPAGATION OF ACER PLATANOIDES L. СОРТ CRIMSON KING (ACEARCEAE JUSS.). Международная научная конференция «Астана Биотех 2024», посвященная  30-летию Национального центра биотехнологии, 12-13 сентября 2024 года в г. Астана, Казахстан. (Публикация с докладом). (In press).
5. Мустафина Ф.У. Деятельность лабороатории биотехнологии по микроклонированию образцов научной коллекции. Астанинский ботанический сад. 11.09.2024.
6.  Жураева Х.К. Размножение видов ACER PLATANOIDES L. СОРТ CRIMSON KING (ACEARCEAE JUSS.) в
7. Republican conferences- 6

1. Xazratov A.T. Acer platanoides L. Crimson King (Acearceae Juss.) manzarali oʻsimlik turini mikroklonal koʻpaytirish. “Genetika, genomika va biotexnologiya zaminaviy yutuklari”, 16 мая 2024 года. Ташкент. (Ma’ruza bilan ishtirok etish).
2. Juraeva H.K. In vitro kulturasida Toshkent Botanika Bog`i kolleksiyasining qimmatli namunlarini baqarqor ko`paytirish uchun ilmiy asoslarni ishlab chiqish: Philadelphus L. turkumiga mansub turlar. “Biologiyaning dolzarb muammolari: fan, ta’lim va ishlab chiqarish integratsiyasi” Respublika ilmiy-amaliy anjumani. Jizzax, O’zbekiston. 08.06.2024. (Ma’ruza bilan ishtirok etish).
3. Hazratov A.T. In vitro kulturasida botanika bog`i kolleksiyasining qimmatli namunlarini baqarqor ko‘paytirish uchun ilmiy asoslarni ishlab chiqish. “Biologiyaning dolzarb muammolari: fan, ta’lim va ishlab chiqarish integratsiyasi” Respublika ilmiy-amaliy anjumani. Jizzax, O’zbekiston. 08.06.2024. (Публикация с докладом).
4. Hazratov A.T. Conservation of the diversity of botanical garden collection with the use of in vitro techniques with example of Ptelea trifoliata L. (Rutaceae juss.) And Crataegus flava Ait. (Rosaceae juss.). Materials of the Ist International Scientific and Practical Conference “Conservation of Biological Diversity in Central Asia: Problems, Solutions and Prospects”. Namangan, Uzbekistan. 24-25 May, 2024. 112-115 p.
5. Жураева Х.К. Методы микроклонального размножения перспективных  видов коллекции ботанического сада на примере видов  Philadelfus L.(Hydrangeaceae Dumort). Сборник 1ой Международной научно-практической конференции «Сохранение биологичексого разнообразия в Центральной Азии: проблемы, решения и перспективы». Наманган, Узбекистан. 24-25 мая 2024 г. 68-71 с.
6. A.T. Hazratov, H.K. Juraeva, F.U. Mustafina, S.H. Abdinazarov CONSERVATION OF THE DIVERSITY OF BOTANICAL GARDEN COLLECTION WITH THE USE OF IN VITRO TECHNIQUES. Еш олимлар анжумани. 24-26.09.2024. Алматы, Козокистон.

Poster – 1

1. Juraeva H.K., Mustafina F.U., Hazratov A.T., Abdinazarov S.H. Micriclonal propagation of Acer platanoides L. Crimson king (Acearceae Juss.). Международная научная конференция «Астана Биотех 2024», посвященная  30-летию Национального центра биотехнологии, 12-13 сентября 2024 года в г. Астана, Казахстан. 

 

Total publications in 2023 - 13

 

Monographies – 1

Хорижий нашрларда: 1

1. Mustafina F.U. , Beshko N. Yu., Abdinazarov S.Kh. , Hoe Jin Kim, Ga Yeong Kim, Chae Sun Na. THE BOOK OF SEEDS: APIACEAE OF UZBEKISTAN Volume Ⅱ. Copyright © 2023 Baekdudaegan National Arboretum & Institute of Botany of the Academy of Sciences & Botanical Garden named after F.N. Rusanov of the Academy of Sciences. 2023. -100 c.

 

 

Scientific articles: 6

Abroad  (Web of Science, Scopus ) – 3

1. Elyor A. Ortikov, Mamura B. Kurbonalieva, Kumush B. Alieva, Sabina A. Khudoyberdieva, Temur N. Asatulloev, Ziyoviddin O. Yusupov, Feruza U. Mustafina. Plastid genomes of four Iris species from subgenus Scorpiris. PDCA, 2(2), 2023.

2. Жураева Х.К., Жамалова Д.Н., Курбаниязова Г.Т., Есемуратова Х., Исканов Н., Мустафина Ф.У. Оптимизация стерилизации при введении в культуру in vitro редких видов как условие сохранения редких видов. Сборник материалов III-й Международной научной конференции: «Интродукция, селекция  и сохранение биоразнообразия растений», посвящённой 85-летию НИИ Ботанический сад им. Э. Гареева НАН КР, 5-7 октября 2023 г. (РИНЦ). Известия НАН КР, №6. - Спец. выпуск. - Бишкек: Илим, 2022. 78-83 с.

3. Есемуратова Х.Ж., Жураева Х.К., Исканов Н.К., Жанабаева А.Ж., Мустафина Ф.У. Размножение лещины обыкновенной Corylus avellana L. (Betulaceae gray) в условиях in vitro. Сборник материалов III-й Международной научной конференции: «Интродукция, селекция  и сохранение биоразнообразия растений», посвящённой 85-летию НИИ Ботанический сад им. Э. Гареева НАН КР, 5-7 октября 2023 г. (РИНЦ) Известия НАН КР, №6. - Спец. выпуск. - Бишкек: Илим, 2022. 37-41 с.

Local publications – 3

1. Iskanov N., Mustafina F., Esemuratova K., Jurayeva H. Corylus avellana L. ning ko‘kalamzorlashtirishdagi axamiyati. O’zMU xabarlari. 1(1) 2023. 64-66.

2. Juraeva H. K., Jamalova D. N., Kurbaniyazova G. T., Esemuratova X.J., Iskanov N. K., Mustafina F.U. In vitro usuli yordamida mikroklonlash ko'paytirishda noyob turlarni sterilizatsiya yondashuvlari. NamDU ilmiy axborotnomasi, №7, 2023, 243-249 b.

3. Iskanov N., Mustafina F., Esemuratova K., Jurayeva H. Corylus avellana L.ni ko`paytirish usullari. O’zMU xabarlari. 3(2) 2023. 51-53.

 

Thezises: 6

At conferences –  5

1. Жураева Х.К., Есемуратова Х.Ж., Исканов Н.К., Мустафина Ф.У. Поддержание коллекции ботанического сада методами микроклонирования на примере Acer platanoides L. Crimson King (Acearceae Juss.). Сборник материалов VIII-ой Международной научной конференции «Роль молодых ученых в развитии науки, инновации и технологий»,  25-26 мая 2023 года в г. Душанбе, Таджикистан. 123-124 сс.

2. Есемуратова Х.Ж., Жураева Х.К., Исканов Н.К., Мустафина Ф.У. Микроклональное размножение Corylus avellana L. (Betulaceae Gray). Сборник материалов VIII-ой Международной научной конференции «Роль молодых ученых в развитии науки, инновации и технологий»,  25-26 мая 2023 года, г. Душанбе, Таджикистан. 70-71 сс.

3. Исканов Н.К., Есемуратова Х.Ж., Жураева Х.К., Мустафина Ф.У. Применение методов биотехнологии в ботаническом саду имени ф.н. Русанова с целью пополнения коллекций и сохранения редких видов флоры. Сборник материалов VIII-ой Международной научной конференции «Роль молодых ученых в развитии науки, инновации и технологий»,  25-26 мая 2023 года, г. Душанбе, Таджикистан.72-73 сс.

4. Esemuratova Kaji'khan, Mustafina Feruza. Reproduction of Corylus avellana L. in in vitro conditions. X-ая Международная конференция «Экологические особенности биологического разнообразия». Таджикистан, г. Душанбе, 5-6 октября 2023 г. 17-18 сс.

5. Мустафина Ф.У. Сохранение редких видов флоры Узбекистана методами ин витро. X-ая Международная конференция «Экологические особенности биологического разнообразия». Таджикистан, г. Душанбе, 5-6 октября 2023 г.  177-178 сс.

Republican conferences: 1

1. Жураева Х.К., Мустафина Ф.У., Есемуратова Х.К., Исканов Н.К., Жанабаева А.Ж. Размножение клена платановидного Acer platanoides L. «Crimson king» в условиях in vitro // III-Республиканская научно-практическая конференция молодых ученых в ботанике. Ташкент, 04.10.2023. – C. 96-99 сс.

 

Participation at conferences:  1

Мустафина Ф.У. Участие на Круглом столе «Наследие А.Д.Джангалиева в сохранении, восстановлении и рациональном использовании дикоплодовых лесов Казахстана», посвященный 110-летию со дня рождения академика НАН РК, заслуженного деятеля науки Казахстана, доктора биологических наук, профессора А.Д. Джанаглиева, 25 августа 2023 года. Алматы, Казахстан.