Aktywność metaboliczna jako potencjalny wskaźnik zdolności do różnicowania w kulturach kalusa rzepaku - wpływ egzogennej spermidyny

• Autorzy: Zur I. , Koscielniak J. , Dubert F.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W wielu przypadkach, w hodowli in vitro, stres był czynnikiem inicjującym proces morfogenezy. Równocześnie jedną z często obserwowanych reakcji na stres był wzrost zawartości poliamin (Pas). Stwierdzono również bezpośredni udział Pas w embriogenezie somaklonalnej i organogenezie. W eksperymencie badano, czy egzogennie podana spermidyna może stymulować proces różnicowania kalusa rzepaku (Brassica napus var. oleifera L.). W badaniach podjęto równocześnie próbę stwierdzenia, czy aktywność metaboliczna, mierzona intensywnością oddychania, wydzielania ciepła i szybkością wzrostu tkanki kalusowej może stanowić dogodny wskaźnik w selekcji tkanek zdolnych do regeneracji. Tkankę kalusową dwóch odmian rzepaku hodowano dwuetapowo: - na pożywce indukującej namnażanie tkanki (MS z dodatkiem 1 mg BAP·dm³, 0,5 mg 2,4-D·dm³ i 6% sacharozy) oraz - na pożywce stymulującej różnicowanie i regenerację pędów (MS z dodatkiem 3 mg BAP·dm⁻³, 0,1 mg GA₃·dm⁻³ i 3% sacharozy). W trakcie hodowli, pożywki (indukcyjną, regeneracyjną lub obie) wzbogacano dodatkiem 0,3 mmol Spd·dm⁻³. Kultury pasażowano w odstępach 2-tygodniowych z równoczesnym pomiarem świeżej masy tkanki oraz pomiarami intensywności oddychania i wydzielania ciepła. Pod koniec 6-tygodniowego okresu hodowli dokonano wizualnej oceny stopnia zróżnicowania i żywotności tkanki kalusowej. Młoda, nieróżnicująca tkanka kalusowa charakteryzowała się podobną aktywnością metaboliczną zarówno pod względem intensywności oddychania, jak i wydzielania ciepła bez względu na cechy genomowe. W tkankach starszych pojawiły się istotne różnice międzyodmianowe, wywołane obniżeniem żywotności tkanek odmiany ozimej. Równocześnie w tkance kalusowej, w której obserwowano pierwsze zmiany strukturalne świadczące o różnicowaniu, zanotowano istotny wzrost aktywności metabolicznej. Nie obserwowano wpływu Spd na żywotność tkanek kalusowych odmiany jarej, u odmiany ozimej widocznie niekorzystny efekt wywoływała Spd obecna w pożywce regeneracyjnej, inicjując szybsze starzenie się ok. 40% populacji. Egzogenna Spd bez względu na moment aplikacji nie była czynnikiem zdolnym do inicjacji procesu morfogenezy u odmiany ozimej, o niskim potencjale morfogenetycznym. Wykazano natomiast stymulację różnicowania u odmiany jarej, o dużych zdolnościach regeneracyjnych. Spd obecna w trakcie całego okresu hodowli podnosiła efektywność regeneracji o ok. 15%, dodana tylko do pożywki regeneracyjnej o ok. 10%.

EN

In many in vitro systems, stress has been identified as the critical factor for morphogenesis initiation. A variety of reports indicate also that in response to stress, polyamine levels and polyamine synthetic enzyme activities may increase. Direct involvement of polyamines in somatic embryogenesis and organogenesis was also confirmed. In the experiment, the effect of exogenous spermidine (Spd) on regeneration ability in callus cultures of two cultivars of Brassica napus L. was investigated. The possible utilisation of metabolic activity as a marker of tissue morphogenic potential was also estimated. Culture period was divided into two phases: - culture on medium stimulating callus induction (MS supplemented with 1 mg BAP·dm⁻³, 0.5 mg 2,4-D·dm⁻³, 6% sucrose) and - culture on medium stimulating shoot regeneration (MS supplemented with 3 mg BAP·dm⁻³, 0.1 mg GA₃·dm⁻³, 3% sucrose). During the whole culture period, culture media (induction, regeneration or both) were supplemented with 0.3 mmol spermidine ·dm³. Tissue metabolic activity, expressed as mass growth, respiration rate and heat production, was measured at two-week intervals. To the end of six-week culture, visual assay of calli viability and differentiation degree was performed. Metabolic activity (respiration rate as well as heat production rate) of young, non-differentiated calli was similar for both tested cultivars. Significant differences, which appeared as a result of increased culture period, had its origin in a decrease of tissue viability of winter cultivar. At the same time, first visual signs of callus differentiation were associated with an increased tissue metabolic activity. In the case of spring cultivar, no influence of Spd on calli viability was ob-served, in the culture of winter cultivar - 40 % of calli population decreased its viability when Spd was present in stimulating regeneration medium. No induction of shoot regeneration was obtained with recalcitrant winter cultivar, no matter of the moment of Spd supplement. However, in the case of highly responsible spring cultivar, increased frequency of shoot regeneration was observed as a result of the Spd presence during the whole culture period (15%) or during the regeneration phase (10%).

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2002
• Tom: 481
• Numer: 1
• Opis fizyczny: s.357-367,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Zur I.

autor

Koscielniak J.

autor

Dubert F.

Bibliografia

• Anekonda T.S., Criddle R.S., Libby W.J., Breidenbach R.W., Hansen L.D. 1994. Respiration rates predict differences in growth of coast redwood. Plant Cell Environ. 17: 197-203.
• Bajaj S., Rajam M.V 1995. Efficient plant regeneration from long-term callus cultures of rice by spermidine. Plant Cell Rep. 14: 717-720.
• Berros В., Alvarez C., Rodriguez R. 1997. Effect of putrescine-synthesis inhibitors on somatic embryogenesis in hazelnut. Angew. Bot. 71: 90-93.
• Bouciiereau A., Aziz A., Lariier F., Martin-Tanguy J. 1999. Poly amines and environmental challenges: recent development. Plant Sci. 140: 103-125.
• Brown C.D., Thorpe T. A. 1986. Plant regeneration by organogenesis, w: Cell culture and somatic cell genetics of plants. Vol. 3. Plant regeneration and genetic variability. Vasil I.K. (wyd.), Academic Press Inc., London: 49-65.
• Cailloux F., Juuen-Guerrier J., Linossierl., Coudret A. 1996. Long-term somatic embryogenesis and maturation of somatic embryos in Hevea brasiliensis. Plant Sci. 120: 185-196.
• Chi G.-L., Lin w.-s., Lee J.e.e., Pua.E-C. 1994. Role of poly amines on de novo shoot morphogenesis from cotyledons of Brassica campestris ssp. pekinensis (Lour) Olsson in vitro. Plant Cell Rep. 13: 323-329.
• Coll Y, Pujol M., Castillo D., Gonzalez A., Alfonso J., Armas R. 1998. Improvement of Indica rice (Oryza sativa L.) in vitro regeneration efficiency from callus mediated by stress. Cereal Research Com. 26(2): 153-160.
• Downs C.G., Lovell E.H. 1986. The effect of spermidine and putrescine on the senescence of cut carnations. Physiol. Plant. 66: 679-684.
• Evans E.T., Malmberg R.L. 1989. Do poly amines have roles in plant development? Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 40: 235-269.
• Find J.I. 1997. Changes in endogenous ABA levels in developing somatic embryos of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) in relation to maturation medium, desiccation and germination. Plant Sci. 128: 75-83.
• Hui L. H., Zee s.-Y. 1978. In vitro plant formation from hypocotyls and cotyledons of leaf-mustard cabbage (Brassica junces COSS.). Z. Pllanzenphysiol. 89: 77-80.
• Indrianto A., Heberle-Bors E., Touraev A. 1999. Assessment of various stresses and carbohydrates for their effect on the induction of embryogenesis in isolated wheat microspores. Plant Sci. 143: 71-79.
• Julliard J., Sossountzov L., Habricot Y, Pelletier G. 1992. Hormonal requirement and tissue competency for shoot organogenesis in two cultivars of Brassica napus. Physiol. Plant. 84: 521-530.
• Kaitong C., Gengsheng X., Xinmin L., Gengmei X., Yafu W., 1999. Effect of hydrogen peroxide on somatic embryogenesis of Lycium barbarum L. Plant Sci. 146: 9-16.
• Kavi Kishor E.B., Reddy G.M. 1896. Regeneration of plants from long-term cell cultures of Oryza sativa L. Plant Cell Rep. 5: 391-393.
• Khehra G.S., Mathias J.R. 1992. The interaction of genotype, explant and media on the regeneration of shoots from complex explants of Brassica napus L. J. Exp. Bot. 43(256): 1413-1418.
• Murasihge Т., Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bio-assays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15: 473-497.
• Ono Y, Takahata Y, Kaizuma N. 1994. Effect of genotype on shoot regeneration from cotyledonary explant of rape seed (Brassica napus L.). Plant Cell Rep. 14: 13-17.
• Рua E.C., Teo S.H., Loh C.S. 1996. Interactive role of ethylene and polyamines on shoot regenerability of Chinese kale (Brassica alboglabra Bailey) in vitro. J. Plant Physiol. 149: 138-148.
• Sabapathy S., Nair H. 1995. In vitro propagation of taro with spermine, arginine and ornithine. II. Plantlet regeneration via callus. Plant Cell Rep. 14: 520-524.
• Srivastava S.K., Vashi D.J., Naik B.I. 1983. Control of senescence by poly amines and guanidines in young and mature barley leaves. Phytochem. 22: 2151-2154.
• Tornf. J.M., Claparols I., Marce M., Guergue A.M., Santos М.A. 1994. Influence of pretreatments with inhibitors of putrescine synthesis on polyamine metabolism and differentiation processes of maize calluses. Plant Sei. 100: 15-22.
• Touraev A., Vicente O., Heberle-Bors E. 1997. Initiation of microspore embryogenesis by stress (a review). Trends Plant Sci. 2: 285-323.
• Yadav J.S., Rajam M.V. 1997. Spatial distributon of free and conjugated polyamines in leaves of Solanum melongena L. asociated with differential morphogenetic capacity: efficient somatic embryogenesis with putrescine. J. Exp. Bot. 48: 1537-1545.
• Żur I. 1997. Fizjologiczne wskaźniki zdolności tkanki kalusowej rzepaku (Brassica napus L.) do różnicowania. Praca doktorska, Akademia Rolnicza, Kraków.
• Żur I., Kościelniak J., Dubert F., Płażek A. 2000. Aktywność metaboliczna jako potencjalny wskaźnik zdolności do różnicowania w kulturach kalusa rzepaku - wpływ egzogennych poliamin. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 473: 349-358.