Histological analysis of organogenesis and somatic embryogenesis during shoot formation in sugar beet (Beta vulgaris L.) via gynogenesis

• Autorzy: Tomaszewska-Sowa M. , Figas A. , Gatz A.

Warianty tytułu

PL

Analiza histologiczna procesów oranogenezy i somatycznej embriogenezy podczas formowania pędów buraka cukrowego (Beta vulgaris L.) na drodze gynogenezy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the present research were histological analysis of regenerating structures through in vitro gynogenesis from unfertilized ovules of sugar beet (Beta vulgaris L.). The process of shoot regeneration using a novel two stage method combines the preculture in liquid medium with the culture on solid medium. The highest number of explants that formed shoots (60%) was observed on medium supplemented with BAP, sucrose and gerlite, and as regards carbohydrates used in the medium most of explants forming shoots (42%) and the largest total number of shoots (110) was observed for glucose. To accurately determine the course of shoot formation, histological analyses were performed. Careful histologic evaluation of regenerating structures revealed the presence of numerous meristematic centres. In some meristems formation of specialized tissues and organs was observed, including epidermis, apical meristem, leaf primordia and tracheal elements. The analyses showed that the regeneration of the new structures from sugar beet ovules occurred both through organogenesis as well as somatic embryogenesis since the presence of somatic embryos in the globular stage or torpedo stage were observed.

PL

Celem przedstawionych badań była ocena histologiczna regenerujących struktur w trakcie procesu gynogenezy in vitro z niezapłodnionych zalążków buraka cukrowego (Beta vulgaris L.). Proces regeneracji pędów zachodził z wykorzystaniem nowatorskiej dwuetapowej metody łączącej prekulturę na pożywce płynnej z kolejną fazą prowadzoną na pożywce stałej. Najwyższą liczbę eksplantatów, które formowały pędy, obserwowano na pożywce uzupełnionej BAP, sacharozą i gerlitem, a spośród zastosowanych w pożywce węglowodanów najwięcej eksplantatów tworzących pędy i największą łączną liczbę pędów odnotowano dla glukozy. Przeprowadzono analizy histologiczne, aby precyzyjnie opisać drogę formowania się tych organów. W ocenie mikroskopowej regenerujących struktur wykazano obecność licznych centrów merystematycznych. W niektórych merystemach obserwowano sukcesywne fazy różnicowania, czego efektem było powstawanie wyspecjalizowanych tkanek i organów, m.in. epidermy, merystemu wierzchołkowego, primordiów liściowych, elementów trachealnych. W trakcie obserwacji stwierdzono, że regeneracja nowych struktur z zalążków buraka cukrowego zachodzi zarówno na drodze organogenezy, jak też somatycznej embriogenezy, odnotowano bowiem obecność zarodków somatycznych w stadium globularnym lub w stadium torpedy.

Słowa kluczowe

EN

histological analysis; organogenesis; somatic embryogenesis; shoot formation; sugar-beet; Beta vulgaris; gynogenesis; plant growth regulator

• Wydawca: -
• Czasopismo: Polish Journal of Natural Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: 32
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.705-717,fig.,ref.

Twórcy

autor

Tomaszewska-Sowa M.

• Department of Genetics, Physiology, and Biotechnology of Plants, University of Science and Technology in Bydgoszcz, Bernardynska 6, 85-029 Bydgoszcz, Poland

autor

Figas A.

• Department of Genetics, Physiology, and Biotechnology of Plants, University of Science and Technology in Bydgoszcz, Bydgoszcz, Poland

autor

Gatz A.

• Department of Genetics, Physiology, and Biotechnology of Plants, University of Science and Technology in Bydgoszcz, Bydgoszcz, Poland

Bibliografia

• AMMIRATO P.V. 1983. The regulation of somatic embryo development in plant cell cultures. Suspension culture techniques and hormone requirements. Bio/Technol., 1: 68–74.
• D’HALLUIN K., KEIMER B. 1986. Production of haploid sugar beets (Beta vulgaris L.) by ovule culture. In: Genetic manipulation in plant breeding. Eds. W. Horn, C.K. Jensen, W. Odenback, O. Schieder. Walter de Gruyter and Co. Berlin, New York, pp. 307–309.
• DETREZ C., SANGWAN R.S., SANGWAN-NORREEL B.S. 1989. Phenotypic and karyotypic status of Beta vulgaris plants regenerated from direct organogenesis in petiole culture. Theor. Appl. Genet., 77: 462–468.
• DETREZ C., TETU T., SANGWAN R.S., SANGWAN-NORREEL B.S. 1988. Direct organogenesis from petiole and thin cell layer explants in sugar beet cultured in vitro. J. Exp. Bot., 39: 917–926.
• DOCTRINAL M., SANGWAN R.S., SANGWAN-NORREEL B.S. 1989. In vitro gynogenesis in Beta vulgaris L.: effects of plant growth regulators, temperature, genotypes and season. Plant Cell Tiss. Org. Cult., 17: 1–12.
• DOLEY W.P., SAUNDERS J.W. 1989. Hormone-free medium will support callus production and subsequent shoot regeneration from whole plant leaf explants in some sugarbeet (Beta vulgaris L.) populations. Plant Cell Rep., 8: 222–225.
• FREYTAG A.H., ANAD S.C., RAO-ARELLI A.P., OWENS L.D. 1988. An improved medium for adventitious shoot formation and callus induction in Beta vulgaris L. in vitro. Plant Cell Rep.,7: 30–34.
• GAJ M.D. 2002. Stimulation of somatic embryo formation by mutagens and darkness in culture of immature zygotic embryos of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Plant Growth Regul., 37: 93–98.
• GOŚKA M. 1997. Haploidy i podwojone haploidy buraka cukrowego (Beta vulgaris L.) oraz możliwości ich wykorzystania w hodowli. Monografie i rozprawy naukowe IHAR, 2: 1–81.
• GOŚKA M. 2001. Indukowanie somatycznej embriogenezy i regeneracja roślin w kulturach in vitro buraka cukrowego. Abstract, 52 Zjazd PTB, pp. 163.
• GOŚKA M. 2002. Wpływ cytokinin na indukcję kalusa i somatyczną embriogenezę u buraka cukrowego. 5 Ogólnopolska Konferencja „Zastosowanie kultur in vitro w fizjologii roślin”, 10: 115–124.
• GOŚKA M., JASSEM B. 1988. Histological observations of sugar-beet ovules in in vitro cultures. Bull. Pol. Acad. Sci. Biol. Sci., 36: 171–175.
• GOŚKA M., ROGOZIŃSKA J. 1988. Mikrorozmnażanie buraka cukrowego i wykorzystanie w hodowli. Hod. Roślin Aklim., 32: 87–96.
• GREEF DE W., JACOBS M. 1979. In vitro culture of the sugarbeet: description of a cell line with high regeneration capacity. Plant Sci. Lett., 17: 55–61.
• GRIEVE T.M., GARTLAND K.M.A., ELLIOTT M.C. 1997. Micropropagation of commercial important sugar beet cultivars. Plant Growth Regul., 21: 15–18.
• JACQ B. TETU T., SANGWAN R.S., DE LAAT A., SANGWAN-NORREEL B.S. 1992. Plant regeneration from sugarbeet (Beta vulgaris L.) hypocotyls cultured in vitro and flow cytometric nuclear DNA analysis of regenerants. Plant Cell Rep., 11: 329–333.
• KIM S.W., SEUNG C.OH., LIU J.R. 2003. Control of direct and indirect somatic embryogenesis by exogenous growth regulators in immature zygotic embryo cultures of rose. Plant Cell Tiss. Org. Cult., 74: 61–66.
• KRENS F.A., JAMAR D. 1989. The role of explant source and culture conditions on callus induction and shoot regeneration in sugar beet (Beta vulgaris L.). J. Plant Physiol., 134: 651–655.
• KUBALAKOVA M. 1990. Somatic embryogenesis and cytoplasmic sterility in Beta vulgaris L. var. saccharifera. Biol. Plant., 32: 414–419.
• KULSHRESHTHA S., COUTTS R.H.A. 1997. Direct somatic embryogenesis and plant regeneration from mature sugarbeet (Beta vulgaris L.) zygotic cotyledons. Plant Growth Regul., 22: 87–92.
• LINSMAIER E.M., SKOOG F. 1965. Organic growth factor requirements of tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 18: 100–127.
• LUX H., HERRMANN L.,WETZEL C. 1990. Production of haploid sugar beet (Beta vulgaris L.) by culturing unpollinated ovules. Plant Breed., 104: 177–183.
• MAJEWSKA-SAWKA A., JASSEM B. 1988. The comparison of in vitro morphogenetic abilities in the Corollinae section of the genus Beta. Arch. Zu¨chtungsforsch. Berlin, 18: 285–293.
• MIEDEMA P. 1982. A tissue culture technique for vegetative propagation and low temperature preservation of Beta vulgaris. Euphytica, 31: 635–643.
• MIKAMI T., SUDOH R., NAGAO E., KINOSHITA T. 1989. Genotypic variation in the in vitro morphogenesis from leaf explants of Beta vulgaris L. and B. maritima L. Euphytica, 40: 271–273.
• MOGHADDAM B.E., MESBAH M. 2000. The effect of in planta TIBA and proline treatment on somatic embryogenesis of sugar beet (Beta vulgaris L.). Euphytica, 112: 151–156.
• MURASHIGE T., SKOOG F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 15: 473–497.
• ORLIKOWSKA T. 1997. Regulatory roślinne w kulturach in vitro. In: Regulatory wzrostu i rozwoju roślin. Ed. S. Jankiewicz. PWN, Warszawa, pp. 219–248.
• OWENS L.D., EBERTS D.R. 1992. Sugar beet leaf disc culture: an improved procedure for inducing morphogenesis. Plant Cell Tiss. Org. Cult., 31: 195–201.
• PAZUKI A., AFLAKI F., GÜREL E., ERGÜL E., GÜREL S. 2017. Gynogenesis induction in sugar beet (Beta vulgaris) improved by 6-Benzylaminopurine (BAP) and synergized with cold pretreatment. Sugar Tech., 20: 1–9.
• PEDERSEN M.G., ANDERSEN J.M. 1988. Callus morphology and endogenous cytokinins in regenerating sugar beet callus cultures. Eucarpia Meeting Beta. Helsingor.
• RADY M.R. 1998. In vitro multiplication of Beta vulgaris L. troughout excised shoot tips. Biol. Plant., 40: 515–522.
• SULLIVAN C.F., FINCH I., DIX P.J., BURKE J.I. 1993. Studies of in vitro propagation system for sugar beet. Irish J. Agric. Food Res., 32: 27–35.
• TAUTORUS T.E., FOWKE L.C., DUNSTAN D.I. 1991. Somatic embryogenesis in conifers. Can. J. Bot., 69: 1873–1899.
• TEIXEIRA SILVA DA J.A. 2004. The effect of carbon source on in vitro organogenesis of chrysanthemum thin cell layers. Bragantia, 63: 165–177.
• TENNING P., WREMERTH WEICH E., KJARSGAARD U.B., LELU M.A., NIHLGARD M. 1992. Somatic embryogenesis from zygotic embryos of sugar beet (Beta vulgaris L.). Plant Sci., 81: 103–109.
• TETU T., SANGWAN R.S., SANGWAN-NORREEL B.S. 1987. Hormonal control of organogenesis and somatic embryogenesis in Beta vulgaris callus. J. Exp. Bot., 38: 506–517.
• TSAI C.J., SAUNDERS J.W. 1995. Somatic embryos from callus of sugarbeet biotechnology clone REL-1. J. Sug. Beet Res., 32: 215–227. GEYT VAN J., SPOCKMANN JR. G.J., HALLUIN K.D., JACOBS M. 1987. In vitro induction of haploid plants from unpollinated ovules and ovaries of the sugarbeet (Beta vulgaris). Theor. Appl. Genet., 73: 920–925.
• VASIL I.K. 1988. Progress in regeneration and genetic manipulation of cereal crops. Biotechnology, 6: 397–402.
• ZHONG Z., SMITH H.G., THOMAS T.H. 1993. Micropropagation of wild beet (Beta maritima) from inflorescence pieces. Plant Growth Regul., 12: 53–57.