The evaluation of self - incompatibility and crossability in choosen Brassica species based on the observation of pollen tubes growth and seed set

• Autorzy: Niemann J. , Kotlarski S. , Wojciechowski A.

Warianty tytułu

PL

Ocena samoniezgodności i zgodności krzyżowej u wybranych gatunków z rodzaju Brassica na podstawie obserwacji kiełkowania łagiewek pyłkowych i wiązania nasion

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Most flowering species including Brassica genera have genetically controlled ability to out-crossing (gametophytic or sporophytic self-incompatibility – SI). In Brassica, self-incompatibility is sporophytically controlled by a single multiallelic locus, termed the S locus, with more than 100 haplotypes identified so far. From the breeding practice point of view, outcrossing is desired for obtaining acceptable yield level. So, the aim of the present study was to estimate the self-incompatibility and crossability in interspecific hybridization of five chosen Brassica species. The crossed species were: B. napus var. oleifera cv. Californium, B. carinata, B. fruticulosa, B. rapa ssp. pekinensis as well as two varieties of B. oleracea (var. alboglabra and var. gongyloides). The mode of pollination consist of diallel cross-pollination. The pollination was done in the glasshouse of Genetic and Plant Breeding Department of the Poznan University of Life Sciences. The crossability was evaluated on the base of the pollen germination index (PGI) and seed set in all tested cross combinations. The observations of pollen grains germination and pollen tubes penetration were made in pistils of female component of interspecific crosses. They showed unilateral incompatibility in the crosses between B. rapa ssp. pekinensis and B. napus var. oleifera cv. Californium (used as paternal form) as well as bilateral incompatibility in crosses between B. napus and B. oleracea var. alboglabra. Generally, better pollen germination and penetration of pollen tubes were observed in a cross combination where B. napus was used as a maternal parent. Both pre- -zygotic and post-zygotic incompatibility barriers were found between analyzed species.

PL

Wiele gatunków roślin kwiatowych, w tym również gatunki z rodzaju Brassica, ma genetycznie determinowaną skłonność do obcozapylenia (samoniezgodność gametofitowa lub sporofitowa). U Brassica samoniezgodność jest sporofitycznie kontrolowana przez pojedynczy, wysoce polimorficzny locus zwany S loci. Z punktu widzenia praktyki hodowlanej, zapylenie krzyżowe jest niezbędne do uzyskania wysokiego plonowania. Dlatego celem pracy było oszacowanie smoniezgodności i zgodności krzyżowej u pięciu testowanych gatunków z rodzaju Brassica. Materiał roślinny użyty do przeprowadzonych krzyżowań oddalonych stanowiły: B. napus var. oleifera cv. Californium, B. carinata, B. fruticulosa, B. rapa ssp. pekinensis i dwie odmiany B. oleracea (var. alboglabra and var. gongyloides). Wszystkie badane obiekty zapylano w szklarni Katedry Genetyki i Hodowli Roślin w Poznaniu w układzie diallelicznym. Pyłek poszczególnych zapylaczy nanoszony był na znamiona słupków w kwiatach kastrowanych w stadium zamkniętego pąka kwiatowego. Obserwacje kiełkowania ziaren pyłku i wnikania łagiewek pyłkowych do zalążków przeprowadzano analizując słupki komponentów matecznych po 48 godzinach od momentu zapylenia, przy użyciu mikroskopu fluorescencyjnego. Zgodność krzyżową oceniono na podstawie indeksu kiełkowania pyłku (PGI) oraz wiązania nasion we wszystkich kombinacjach krzyżowania. Przeprowadzone obserwacje wykazały jednokierunkową niezgodność w przypadku krzyżowań pomiędzy B. rapa ssp. pekinensis and B. napus var. oleifera cv. Californium (użytą jako forma ojcowska) oraz dwukierunkową niezgodność w krzyżowaniach pomiędzy B. napus and B. oleracea var. alboglabra. Generalnie lepsze kiełkowanie ziaren pyłku i wnikanie łagiewek pyłkowych obserwowano w kombinacjach, gdzie jako komponent mateczny użyta była forma B. napus. Pomiędzy analizowanymi gatunkami zaobserwowano zarówno pre- jak i postzygotyczne bariery krzyżowalności.

Słowa kluczowe

EN

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura
• Rocznik: 2014
• Tom: 13
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.51-59,fig.,ref.

Twórcy

autor

Niemann J.

• Department of Genetics and Plant Breeding, Poznan University of Life Sciences, Dojazd 11, 60-632 Poznan, Poland

autor

Kotlarski S.

• Institute of Dendrology PAN in Kornik, Kornik, Poland

autor

Wojciechowski A.

• Department of Genetics and Plant Breeding, Poznan University of Life Sciences, Dojazd 11, 60-632 Poznan, Poland

Bibliografia

• Ammitzboll H., Mikkelsen T.N., Jorgensen R.B., 2005. Transgene expression and fitness of hybrids between oilseed rape and Brassica rapa. Environ. Biosaf. Res. 4(1), 3-12.
• Antkowiak W., Wojciechowski A., 2006. The evaluation of self-compatibility and crossability in the genus Pyrus based on the observation of pollen tubes growth. Acta Agrobot. 59(1), 91-97.
• Bennett R.A., Seguin-Swartz G., Rahman H., 2012. Broadening Genetic Diversity in Canola Using the C-Genome Species Brassica oleracea L. Crop Sci. 52, 2030-2039.
• Bhat S., Sarla N., 2004. Identification and overcoming barriers between Brassica rapa L. em. Metzg. and B. nigra (L.) Koch crosses for the resynthesis of B. juncea (L.) Czern. Genet.Resour. Crop Evol. 51(5), 455-469.
• Chapman L.A., Goring D.R., 2010. Pollen- pistil interactions regulating successful fertilization in the Brassicaceae. J. Exp. Bot. 61(7), 1987-1999.
• Chen L.P., Ge X.H., Yao X.Ch, Feng Y.H., Li Z.Y., 2011. Synthesis and characterization of interspecific trigenomic hybrids and allohexaploids between three cultivated Brassicaallotetraploids and wild species Brassica fruticulosa. Afr. J. Biotechnol. 10(57), 12171--12176.
• Franklin-Tong V.E., Franklin F.C.H., 2010. Self-Incompatibility in Brassica: The elusive pollen S-Gene is identified. Plant Cell. 12, 305-308.
• Kaneko Y., Bang S.W., Matsuzawa Y., 2009. Distant hybridization. [In: ]Biology and Breeding of Crucifers, S.K. Gupta (ed), 207-247.
• Kemp B.P., Doughty J., 2003. Just how complex is the Brassica S – receptor complex? J. Exp. Bot. 53(380), 157-168.
• Leflon M., Eber F., Letanneur J. C., Chelysheva L., Coriton O., Huteau V., Ryder C. D., Barker G., Jenezewski E., Chevre A.M., 2006. Pairing and recombination at meiosis of Brassica rapa(AA) x Brassica napus (AACC) hybrids. Theor. Appl. Genet. 113, 1467-1480.
• Niemann J., Wojciechowski A., 2009. Efektywność zapyleń pyłkiem traktowanym promieniowaniem gamma u roślin z rodzaju Brassica [The effectiveness of fertilization with gammairradiated pollen in plants of Brassica genus]. Rośliny Oleiste – Oilseed Crops. XXX(1),51-63 [in Polish].
• Seyis F.W., Friedt T., Pons-Kuhbemann J., Luhs W., 2003. Brassica napus resynthesis as a tool for broadening the genetic base of oilseed rape. Proc. 11th Intl. Rapeseed Congress The Royal Veterinary and Agric. Univ. Copenhagen, Denmark, 2, 378-381.
• Sheikh F.A., Najeeb S., Rather A.G., Banga S., 2010. Resynthesis of Ethiopian mustard (Brassica carinata L.) from related digenomic species: unexplored possibility. J. Agr. Biotechnol. Sustain. Dev. 2(2), 030-034.
• Shivanna K.R., 1982. Pollen-pistil interaction and control of fertilization. [In:] Vasc. Plants, B.M. Johri, Exp. Embryo, Springer Verlag, 131-174.
• Springer B., Wojciechowski A., Wiąz P., 2007. Określenie efektywności i stopnia zgodności w krzyżowaniach oddalonych rzepaku jarego B. napus var. oleifera f. annua (CMS)z wybranymi gatunkami Brassica o jasnej okrywie nasiennej [The assessment of effectivenessand crossing compatibility in wide hybridization of B. napus var. oleifera f. annua (CMS)with yellow seeded Brassica species]. Rośliny Oleiste – Oilseed Crops. XXVIII(1), 39-54 [in Polish].
• Tang Y., Zhang J., Ma Ch., Tang W., Gao Ch, Li F., Wang X., Liu Y., Fu T., 2012. CAPS and SCAR markers linked to maintenance of self-incompatibility developed from SP11 inBrassica napus L. Mol. Breed. 24(3), 245-254.
• Tedder A., Ansell S.W., Lao X., Vogel J.C., Mable B.K., 2011. Sporophytic self-incompatibility genes and mating system variation in Arabis alpine. Ann. Bot. 108(4), 699-713.
• Weerakoon S.R., 2011. Producing interspecific hybrids between Brassica juncea (L.) Czern&Coss and B. oleracea (L.) to synthesize trigenomic (ABC) Brassica. J. Sci. Univ.Kelaniya 6, 13-34.
• Yoshinbu T., 2005. Genetic analysis of novel intra-species unilateral incompatibility in Brassica rapa (syn. campestris) L. Sex Plant Reprod. 17(5), 211-217.
• Zhang G.Q., Tang G.X., Song W.J., Zhou W.J., 2004. Resynthezing Brassica napus from interspecific hybridization between Brassica rapa and B. oleracea through ovary culture.Euphytica 140, 181-187.
• Zhang Y., Nie Y., Xie L., Liu F., I Y., 2007. Overcoming self-incompatibility of Brassica oleracea var. acephala by laser and high-voltage electrostatic field and molecular mechanism. Acta Laser Biology Sinica 16(6), 674-678.