تولید گیاهان هاپلوئید مضاعف‌شده خیار از طریق کشت تخمک

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری اصلاح نباتات، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

3 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی، همدان، ایران

چکیده

تولید لاین‌های خالص یکی از مهم‌ترین ابزارها جهت تولید بذر پر عملکرد می‌باشد. با توجه به پیشرفت‌های اخیر روش‌های آزمایشگاهی می‌توان لاین‌های خالص را در زمان کوتاهی تولید کرد. در مطالعه حاضر، به منظور تولید لاین‏های خالص از طریق کشت تخمک آزمایش فاکتوریلی در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه و آزمایشگاه پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی کرمانشاه در طی سال‏های 96-1394 اجرا شد. فاکتورها شامل سطوح مختلف تنظیم‌کننده رشد گیاهی و دو ژنوتیپ خیار اصفهانی و بیت‌آلفا بودند. تخمک‌ها یک روز قبل از گرده‌افشانی برداشت شدند و بر روی محیط MS تکمیل‌شده با غلظت‌های مختلف TDZ (01/0، 02/0، 03/0، 04/0، 05/0، 06/0، 07/0 و 08/0 میلی‌گرم بر لیتر) کشت شدند. پیش تیمار گرمایی 33 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 روز روی کشت‌ها اعمال شد. تعداد جنین‌های که به‌طور مستقیم القاء شدند شمارش شد. طبق نتایج حاصل از مقایسه میانگین مشخص شد که با افزایش غلظت تنظیم‌‌کننده رشد گیاهی TDZ در محیط القاء جنین نیز افزایش یافت و در غلظت 08/0 میلی‌‌گرم بر لیتر بیشترین میانگین تعداد جنین در هر دو ژنوتیپ مورد آزمایش به‌ دست آمد. بر این اساس بیشترین میانگین تعداد جنین برای ژنوتیپ اصفهانی 33/23 و برای ژنوتیپ بیت‌آلفا 66/20 در محیط 08/0 میلی‌گرم بر لیتر به‌ دست آمد و کمترین میانگین تعداد جنین نیز در محیط 01/0 میلی‌گرم بر لیتر برای هر دو ژنوتیپ مورد بررسی به ‌دست آمد. سطوح پلوئیدی بافت‌های تولید شده با فلوسایتومتری مشخص شد و بافت‌های هاپلوئید به محیط باززایی منتقل شدند. درنهایت گیاهان باززایی ‌شده دابلد هاپلوئید شدند و می‌توان آن‌ها را به‌عنوان لاین خالص در برنامه‌های اصلاحی بکار گرفت.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Production of Cucumber Doubled Haploid Plants via Ovule Culture

نویسندگان [English]

  • Abouzar Asadi 1
  • Alireza Zebarjadi 2
  • Mohammad Reza Abdollahi 3
1 Ph.D. of Plant Breeding, Department of Production Engineering and Plant Genetics, Faculty of Science and Agricultural Engineering, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran
2 Associate Professor, Department of Production Engineering and Plant Genetics, Faculty of Science and Agricultural Engineering, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran
3 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
چکیده [English]

Abstract
 
Background and Objectives
Production of pure lines is one of the most important tools due to production of high-yield seeds. Pure lines can be produced in a short time using in vitro techniques and therefore, reduce several years in required time for conventional plant breeding programs. The purpose of this study was investigation of different concentrations of TDZ on production of haploid plants in cucumber ovule culture.
 
Materials and Methods
The experimental layout was conducted in factorial arrangement in randomized complete design with three replications in greenhouse and laboratory of Razi university during 2015-2017. Factors were two cucumber genotypes (Esfahani and Beit Alfa) and different concentrations of TDZ (0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08 mg/l). Unfertilized ovaries were harvested 1 day before an thesis and they were sliced into 1 mm cross sections under sterile conditions and placed on solid MS medium. Immediately after placing the unfertilized ovary slices of each genotype on induction medium, they were exposed to a thermal shock pretreatment at 35±1°C for 3 days. The first visual structures formed after 3 days in culture. After two weeks of culture, the frequency of embryo formation was recorded. After embryogenesis, the embryos were sub-cultured in medium containing 1.5 mg/L-1 GA3 and finally cultured in medium containing 0.05 mg/L-1 NAA and 1.5 mg/L-1 BAP for organogenesis.
 
Results
Results indicated a statistically significant effect at 1% among TDZ concentrations. Genotypes and interaction between genotype and TDZ concentration did not have a significant effect on embryo induction. According to the results of means comparison, M8 medium with the average of 23.33 for Esfahani genotype and 20.66 for Beta Alfa genotype had the highest embryo induction and M1 showed the lowest embryo induction for both genotypes. Ploidy level of calli and embryos were identified by Flucytometry assay. Haploid embryos were transferred to the regenerative medium. The chromosome content of haploid plants was doubled spontaneously in all regenerated plants. Double haploid plants originated from megaspore and they were equivalent to haploid, which relates to homozygosity and can be used directly in breeding program.
 
Discussion
The high number of embryos was obtained in high concentration of TDZ (0.08 mg/l). Flucytometry assay is a way to recognizing ploidy level in plant tissues; thus it could be useful in choosing haploid tissue. Spontaneous chromosome doubling may occur via somatic cell fusion, endoreduplication, endomitosis and possibly many other mechanisms. In conclusion, the higher rates of embryo formation frequency achieved and doubled haploids obtained in the present study are promising for future work.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gynogenesis
  • Ovary slice
  • TDZ
Bajaj, Y. (1990). In vitro production of haploids and their use in cell genetics and plant breeding. Biotechnology in Agriculture and Forestry, Book Series (Agriculture), 12,3-44.
Chani, E., Veilleux, R. E. and Boluarte-Medina, T. (2000). Improved androgenesis of interspecific potato and efficiency of SSR markers to identify homozygous regenerants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 60(2), 101-12.
Diao, W. P., Jia, Y. Y., Song, H., Zhang, X. Q., Lou, Q. F. and Chen, J. F. (2009). Efficient embryo induction in cucumber ovary culture and homozygous identification of the regenetants using SSR markers. Scientia Horticulturae, 119(3), 246-251.
FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations). (2015). Statistical Yearbook of the Food and Agriculture Organization of the United Nations. Retrieved fromhttp//www.faostat.fao.org/site/339/default.aspx//.
Gałązka, J. and Niemirowicz-Szczytt, K. (2013). Review of research on haploid production in cucumber and other cucurbits. Folia Horticulturae, 25(1), 67-78.
Gemes-Juhasz, A., Balogh, P., Ferenczy, A. and Kristof, Z. (2002). Effect of optimal stage of female gametophyte and heat treatment on In vitro gynogenesis induction in cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Cell Reports, 21(2), 105-111.
Germana, M. and Chiancone, B. (2003). Improvement of Citrus clementina Hort. ex Tan. microspore-derived embryoid induction and regeneration. Plant Cell Reports, 22(3), 181-187.
Hasandokht, M. R. (2006). Greenhouse managing (greenhouse production technology). Tehran: Marz Danesh. [In Farsi]
Jihad, M. O. A. (2016). Agricultural statistics year book. Retrieved fromhttp//www.Amar.maj.ir/portal//.
Maheshwari, S., Rashid, A. and Tyagi, A. (1982). Haploids from pollen grains--retrospect and prospect. American Journal of Botany, 69(5), 865-879.
Moqbeli, E., Peyvast, G., Hamidoghli, Y. and Olfati, J. (2013). In vitro cucumber haploid line generation in several new cultivars. Asia-Pacific Journal of Molecular Biology and Biotechnology, 21(1), 18-25.
Murashige, T. and Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol Plant, 15, 473-497.
Najafi, S., Abdollahi, M. R. Sarikhani, H. and Moosavi, S. S. (2015). Effect of ovary conditioned medium on callogenesis and gametic embryogenesis in another culture of different cultivars of cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Productions, 38(4), 105-116.
Plapung, P., Khamsukdee, S., Potapohnand, N. and Smitamana, P. (2014). Screening for cucumber mosaic resistant lines from the ovule culture derived double haploid cucumbers. American Journal of Agricultural and Biological Sciences, 9(3), 261-269.
Shalaby, T. A. (2007). Factors affecting haploid induction through In vitro gynogenesis in summer squash (Cucurbita pepo L.). Scientia Horticulturae, 115(1), 1-6.
Suprunova, T., Shmykova, N. and Pitrat, M. (2008). In vitro induction of haploid plants in unpollinated ovules, anther and microspore culture of Cucumis sativus. Proceedings of the IXth Eucarpia Meeting on Genetics and Breeding of Cucurbitaceae, INRA, Avignon (France), May 21-24th.
Veilleux, R. E. (1994). Development of new cultivars via anther culture. Hort Science, 29(11), 1238-1241.