The influence of cold pretreatment on androgenesis efficiency in isolated microspore culture of triticale (X Triticosecale Wittm.)

• Autorzy: Zur I. , Godzisz I. , Dubas E. , Golemiec E. , Wedzony M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wstępnego traktowania kłosów niską temperaturą na efektywność androgenezy w kulturach izolowanych mikrospor pszenżyta (X Triticosecale Wittm.)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Stress was recognized as a major factor changing microspore development from a gamethophytic to a sporophytic pathway. Stress factors effectively inducing androgenesis in a wide spectrum of genotypes include high temperature, carbohydrate/nitrogen starvation and high-osmotic shocks. A low temperature treatment usually improve plant responsiveness, however in some cases, is not sufficient for embryogenesis initiation. Thus low temperature is not consider by some authors to be a true „stress factor”. In the experiment the effect of prolonged cold pretreatment of tillers on the effectiveness of androgenesis induction in isolated microspore cultures of hexaploid triticale (X Triticisecale Wittm.) was tested. In the study, two spring cultivars (cv. ‘Mieszko’ and cv. ‘Wanad’) varying in androgenic responsiveness were used. Prolongation of tillers cold pretreatment from 3 to 5 weeks, increased the number of microspores of 'Mieszko' isolated per spike from 5.8·10⁴ to 9.9·10⁴. It also promoted ELS development and its regeneration ability. ELS production increased more then 5-fold, when the number of regenerating ELS increased from 1.4% to 29%. At the same time, prolonged cold pretreatment of ‘Wanad’ tillers had no effect on the microspores yield received from one spike. Moreover, it reduced the number of produced ELS about 3-fold. Due to great variation among replicates the increase of ELS regeneration ability (from 2.8% to 24.5%) was not statistically significant. For both cultivars, the highest green plant regeneration percentage (24% and 8.2% for ‘Wanad’ and ‘Mieszko’, respectively) was noted after the longest cold pretreatment of tillers. However, the great variation among replicates made the comparison among treatments difficult for statistical analyses. Proper interpretation of the received results needs a further and more detailed examination.

PL

Powszechnie wiadomo, że stres jest jednym z najistotniejszych czynników decydujących o zmianie kierunku rozwoju mikrospor z gametofitowego na sporofitowy. Wśród czynników stresogennych, do najbardziej efektywnych i powszechnie stosowanych u wielu gospodarczo ważnych gatunków należą: wysoka temperatura, głód i szok osmotyczny. W wielu przypadkach czynnikiem istotnie podnoszącym efektywność procesu jest niska, dodatnia temperatura, jednakże dla niektórych genotypów stres wywołany działaniem niskiej temperatury nie jest wystarczający dla indukcji androgenezy. W prezentowanym doświadczeniu badano wpływ długości traktowania wstępnego kłosów na efektywność androgenezy w kulturach izolowanych mikrospor pszenżyta (X Triticosecale WlTTM). Badaniu poddano dwie odmiany pszenżyta jarego istotnie zróżnicowane pod względem zdolności do indukcji i regeneracji w androgenicznych kulturach in vitro. Wstępne traktowanie kłosów miało istotny, wielowymiarowy wpływ na efektywność androgenezy u badanych genotypów. U odmiany ‘Mieszko’ uznanej na podstawie wstępnych badań za odmianę o wysokim stopniu „oporności” w kulturach in vitro wydłużenie działania chłodu z 3 do 5 tygodni podniosło liczebność mikrospor uzyskiwanych w trakcie izolacji z jednego kłosa z 5,8·10⁴ do 9,9·10⁴. Niska temperatura stymulowała również rozwój struktur zarodko-podobnych (ELS) oraz regenerację uzyskanych struktur. Liczba ELS wzrosła średnio 5-krotnie, a udział regenerujących ELS wzrósł z 1,4% do 29%. Z kolei wydłużone działanie niskiej temperatury nie miało istotnego wpływu na liczebność mikrospor uzyskiwanych z jednego kłosa u odmiany ‘Wanad’, uznanej za podatną w kulturach in vitro. Co więcej, średnia liczba uzyskiwanych zarodków uległa ponad 3-krotnemu obniżeniu. Ze względu na silne zróżnicowanie pomiędzy kolejnymi powtórzeniami, obserwowana pod wpływem długiego działania niskiej temperatury, stymulacja regeneracji ELS (z 2,8% do 24,5%) nie była statystycznie istotna. U obu odmian, najwyższą liczbę (24% i 8,2%, odpowiednio dla odmiany podatnej i opornej w kulturach in vitro) zielonych roślin uzyskano jako efekt najdłuższego działania niskiej temperatury. Jednakże ponownie, silne zróżnicowanie w obrębie obiektów uniemożliwiło statystyczne udowodnienie uzyskanych efektów. Prawidłowa interpretacja uzyskanych wyników wymaga dalszych, bardziej szczegółowych badań.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2006
• Tom: 509
• Opis fizyczny: p.49-59,fig.,ref.

Twórcy

autor

Zur I.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Niezapominajek 21, 30-239 Krakow, Poland

autor

Godzisz I.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland

autor

Dubas E.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland

autor

Golemiec E.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland

autor

Wedzony M.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland

Bibliografia

• Atanassov A., Zagorska N., Boyadjiev P., Djilianov D. 1995. In vitro production of haploid plants. World J. Microb. Biot. 11: 400-408.
• Charmet G., Bernard S. 1984. Diallel analysis of androgenic plant production in hexaploid triticale (X Triticosecale Wittm.). Theor. Appl. Genet. 69: 55-61.
• Cho M., Zapata F.J. 1988. Callus formation and plant regeneration in isolated pollen culture of rice (Oryza sativa L. cv Taipei 309). Plant Sci. 58: 239-244.
• Devaux P., Hou L., Ullrich S.E., Huang Z., Kleinhofs A. 1993. Factors affecting anther culturability of recalcitrant barley genotypes. Plant Cell Rep. 13: 32-36.
• Dunwell J.M., Francis RJ., Powell W. 1987. Anther culture of Hordeum vulgare L.: a genetic study of microspore callus production and differentiation. Theor. Appl. Genet. 74: 60-64.
• Gaillard A., Vergne P., Beckert M. 1991. Optimization of maize isolation and conditions for reliable plant regeneration. Plant Cell Rep. 10: 55-58.
• Ghaemi M., Sarrafi A., Alibert G. 1995. Influence of genotype, media composition, cold pretreatment and their interactions on androgenesis in durum wheat (Triticum turgidum). Cereal Res. Commun. 23: 215-222.
• Gu H.H., Hagberg P., Zhou W.J. 2004. Cold pretreatment enhances microspore embryogenesis in oilseed rape (Brassica napus L.). Plant Growth Regulation 42: 137-143.
• Gustafson V., Baenziger P.S., Wright M.S., Stroup W.W., Yen Y. 1995. Isolated wheat microspore culture. Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 42: 207-213.
• Hou L., Ullrich S.E., Kleinhofs A., Stiff C.M. 1993. Improvement of anther culture methods for doubled haploid production in barley breeding. Plant Cell Rep. 12: 334-338.
• Huang B., Sunderland N. 1982. Temperature-stress pretreatment in barley anther culture. Ann. Bot. 49: 77-88.
• Immonen S., Anttila H. 1996. Success in anther culture of rye. Vortr. Pflanzenzüchtg 35: 237-244.
• Immonen S., Anttila H. 1999. Cold pretreatment to enhance green plant regeneration from rye anther culture. Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 57: 121-127.
• Immonen S., Robinson J. 2000. Stress treatments and ficoll for improving green plant regeneration in triticale anther culture. Plant Sci. 150: 77-84.
• Indrianto A., Heberle-Bors E., Touraev A. 1999. Assessment of various stressess and cabohydrates for their effect on the induction of embryogenesis in isolated wheat microspores. Plant Sci. 143: 71-79.
• Jähne A., Lörz H. 1995. Cereal microspore culture. Plant Sci. 109: 1-12.
• Karimzadeh G., Kovács G., Barnabás B. 1995. Effects of cold treatment and different culture media on the androgenic capacity of two winter wheat genotypes. Cereal Res. Commun. 23: 223-227.
• Kiviharju E., Pehu E. 1998. The effect of cold and heat pretreatments on anther culture response of Avena sativa and A. sterilis. Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 54: 97-104.
• Kyo M., Harada H. 1986. Control of the developmental pathway of tobacco pollen in vitro. Planta 168: 427-432.
• Lezin F., Sarrafi A., Alibert G. 1996. The effects of genotype, ploidy level and cold pretreatment on barley anther culture responsiveness. Cereal Res. Commun. 24(1): 7-13.
• Lichter R. 1982. Induction of haploid plants from isolated pollen of Brassica napus L. Z. Pflanzenphysiol. 105: 427-434.
• Ma R., Guo Y.-D., Pulli S. 2004. Comparison of anther and microspore culture in the embryogenesis and regeneration of rye (Secale cereale). Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 76: 147-157.
• Murashige T., Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and biassays with tabacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15: 473-497.
• Ohnoutková L., Novotný J., Müllerova E., Vagera J., Kučera L. 2000. Is a cold pretreatment really needed for induction of in vitro androgenesis in barley and wheat? In: Biotechnological approaches for utilisation of gametic cells. COST Action 824 Meeting, Bled, Slovenia 1-5 VII 2000: 33-37.
• Pauk J., Puolimatka M., Tóth K.L., Monostori T. 2000. In vitro androgenesis of triticale in isolated microspore culture. Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 61: 221-229.
• Powell W. 1988. The influence of genotype and temperature pretreatment in anther culture response in barley (Hordeum vulgare L.). Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 12: 235-240.
• Ritala A., Mannonen L., Oksman-Caldentey K.-M. 2001. Factors affecting the regeneration capacity of isolated barley microspores (Hordeum vulgare L.). Plant Cell Rep. 20: 403-407.
• Ryöppy P.H. 1997. Haploidy in triticale. In: In vitro haploid production in higher plants. Jain S.M., Sopory S.K., Veilleux R.E. (eds.): 117-131.
• Sato S., Katoh N., Iwai S., Hagimori M. 2002. Effect of low temperature pretreatment of buds or inflorescence on isolated microspore culture in Brassica rapa (syn. B. campestris). Breeding Sci. 52: 23-26.
• Schumann G. 1990. In vitro production of haploids in triticale. In: Biotechnology in agriculture and forestry. Bajaj Y.P.S. (ed.), Vol. 13. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg: 383-102.
• Sunderland N., Xu Z.H. 1982. Shed pollen culture in Hordeum vulgare. J. Exp. Bot. 136: 1086-1095.
• Tenhola-Roininen T., Tanhuanpää P., Immonen S. 2005. The effect of cold and heat treatments on the anther culture response of diverse rye genotypes. Euphytica 145: 1-9.
• Touraev A., Vicente O., Heberle-Bors E. 1997. Initiation of microspore embryogenesis by stress. Trends Plant Sci. 2(8): 297-302.
• Trejo-Tapia G., Amaya U.M., Morales G.S., Sánchez A.D.J., Bonfil B.M., Rodriguez-Monroy Jiménez-Aparicio A. 2002. The effects of cold pretreatment, auxin and carbon source on anther culture of rice. Plant Cell, Tiss. Org. Cult. 71: 41-46.
• Wędzony M. 1999. Wpływ analogów auksyn na efektywność otrzymywania linii podwojonych haploidów pszenżyta i pszenicy metodą krzyżowania z kukurydzą. Rozprawa habilitacyjna, ZFR PAN, Kraków: 27 pp.
• Xynias I.N., Zamani I.A., Gouli-Vavdinoudi E., Roupakias D.G. 2001. Effect of cold pretreatment and incubation temperature on bread wheat (Triticum aestivum L.) anther culture. Cereal Res. Commun. 29: 331-338.
• Zoriniants S., Tashpulatov A.S., Heberle-Bors E., Touraev A. 2005. The role of stress in the induction of haploid microspore embryogenesis. In: Haploids in crop improvements. II. Palmer C.E. (ed.), Springer-Verlag: 35-52.
• Zhuang J.J., JIA X. 1983. Increasing differentiation frequencies in wheat pollen callus. In: Cell and tissue culture techniques for cereal crop improvement. Hu H., Vega M.R. (eds.), Science Press, Beijing: 431.