Haploidyzacja żyta - diagnostyka molekularna oraz wpływ nanomolekuł na wspomaganie indukcji i regeneracji roślin w warunkach in vitro
Type
Project
Date Issued
2017
Discipline
agriculture and horticulture
Abstract (PL)
Znaczenie gospodarcze żyta ozimego w Polsce pozostaje nadal duże, a zmniejszający się areał upraw tego gatunku jest rekompensowany przez systematyczny wzrost plonów. Według danych Eurostatu za 2013 r. nasz kraj jest drugim producentem tego zboża w UE. W związku z powyższymi faktami konieczne jest prowadzenie badań podstawowych z zakresu biotechnologii i analizy genomu (genomiki) żyta. Podwojone haploidy (DH) żyta (Secale cereale L.) stanowią potencjalne narzędzie dla badań podstawowych oraz dla hodowli roślin.
Projekt integruje badania z zakresu kultur in vitro z analizą genomu roślin donorowych żyta ozimego w aspekcie zastosowania diagnostyki molekularnej do selekcji genotypów o wysokiej zdolności tworzenia form haploidalnych. Zdolności regeneracyjne w kulturach pylników i niedojrzałych zarodków żyta są kontrolowane genetycznie, a efektywność regeneracji jest zależna od genotypu. Dodatkowe utrudnienie w przypadku żyta stanowi obcopylność ponieważ powoduje ona, że rośliny z tego samego rodu lub linii wsobnej nie są identyczne, a niewielkie różnice w genomie mogą skutkować różną odpowiedzią w kulturach tkankowych.
Realizowane zadanie nr 86 „Haploidyzacja żyta – diagnostyka molekularna oraz wpływ nanomolekuł na wspomaganie indukcji i regeneracji roślin w warunkach in vitro” dotyczy badań nad androgenezą w kulturach pylników i izolowanych mikrospor żyta. Haploidyzacja żyta w kulturze in vitro nie ma jeszcze charakteru aplikacyjnego pomimo wielu prac dotyczących efektywnej metodyki indukcji haploidów tego gatunku. Czynniki wpływające na efektywność androgenezy żyta są bardzo liczne. Jako główne należy wymienić: szeroko pojęty genotyp rośliny donorowej oraz czynniki poza genetyczne czyli: warunki wzrostu roślin donorowych, wpływ traktowania wstępnego pylników i izolowanych mikrospor, skład pożywki (źródło węglowodanów, zastosowane regulatory wzrostu i rozwoju roślin, potencjał osmotyczny pożywki, stopień zestalenia i pH), a także warunki prowadzenia kultur. Czynniki warunkujące androgenezę są rozpoznane, natomiast metodyki kultur pylników i izolowanych mikrospor żyta nadal wymagają doskonalenia w aspekcie podnoszenia wydajności tego procesu oraz przełamywania ograniczeń genotypowych. W trakcie realizacji zadania nr 86 zaplanowano przetestowanie wpływu nanomolekuł (siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, Ficollu 400) na indukcję androgenezy i regenerację roślin haploidalnych w kulturze pylników żyta. Ponieważ brak danych dotyczących wpływu siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, Ficollu 400 na kultury pylników i izolowanych mikrospor żyta wskazane jest przetestowanie wymienionych związków jako dodatków do pożywek indukujących androgenezę, szczególnie dla gatunku opornie regenerującego w warunkach in vitro – a do takiego zalicza się żyto.
Kolejną metodą otrzymywania roślin haploidalnych na drodze androgenezy są kultury izolowanych mikrospor. Technika ta jest dla gatunku Secale cereale L. stosowana sporadycznie i brak jest licznych prac, w których powiodła się regeneracja roślin z mikrospor.
W celu zmiany gametofitycznej drogi rozwoju mikrospor na sporofityczną w kulturach pylników zbóż powszechnie stosuje się traktowanie wstępne kłosów niską temperaturą. Dla osiągnięcia analogicznego rezultatu w kulturach izolowanych mikrospor zbóż, a szczególnie jęczmienia i pszenicy, dodatkowo wykorzystywany jest mannitol w różnych stężeniach, który podnosi efektywność androgenezy i regeneracji roślin, dlatego w trakcie realizacji zadania przetestowano liczne traktowania wstępne kłosów i pylników żyta.
Celem tematu badawczego 1 była ocena wpływu nanomolekuł (siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, ficollu 400) na indukcję androgenezy i regenerację roślin zielonych 43 genotypów żyta. W trakcie realizacji tematu badawczego 1 przetestowano 43 genotypy żyta oraz na postawie otrzymanych wyników wykazano wpływ dodatku siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, ficollu 400 ma indukcję androgenezy i regenerację roślin. Pożywka C17 z dodatkiem ZnSO4x7H2O była efektywniejsza dla indukcji androgenezy w kulturze pylników 5 badanych genotypów żyta (odmian i materiałów hodowlanych). Pożywka C17 z dodatkiem CuSO4x5H2O była efektywniejsza dla indukcji androgenezy w kulturze pylników 5 badanych genotypów żyta (4 odmian i genotypu z materiałów hodowlanych. Na podstawie oceny efektywności indukcji androgenezy i regeneracji roślin w kulturach pylników 43 genotypów żyta stwierdzono, że dodatek ficollu 400 i n-butanolu wpłynął inhibująco na analizowane parametry androgenezy.
Celem tematu badawczego 2 w zadaniu nr 86 była ocena wpływu traktowania wstępnego kłosów i pylników żyta (stres termiczny i osmotyczny) oraz zastosowanej pożywki na indukcję androgenezy i regenerację roślin w kulturach izolowanych mikrospor żyta. Szczególną uwagę w trakcie realizacji zadania położono na rolę stresu i pożywki w indukcji androgenezy w kulturach izolowanych mikrospor żyta. Przetestowane genotypy żyta nie wykazywały zdolności do androgenezy w kulturach izolowanych mikrospor żyta. Zastosowane pożywki (pożywka 190-2 i pożywka PG-96M) do prowadzenia kultur izolowanych mikrospor charakteryzowały się zbliżoną frekwencją prawidłowo powiększonych mikrospor żyta obserwowanych w 3 i 7 dniu prowadzenia kultur. Zastosowanie kombinacji stresu termicznego – przechowywania kłosów w temperaturze 4oC i osmotycznego – 0,3 M roztworu mannitolu spowodowało wzrost liczby powiększonych mikrospor, przy jednoczesnym obniżeniu liczby mikrospor nie reagujących i zamierających. Brak traktowania wstępnego kłosów – kontrola i krótkotrwałe przechowywanie kłosów w temperaturze 4oC powodowało, że po izolacji liczba otrzymanych mikrospor była wyższa, ale spadała liczba prawidłowo powiększonych mikrospor. W przypadku połączenia obu stresów (temperatury i 0,3 M roztworu mannitolu) stwierdzono spadek ogólnej liczby otrzymanych mikrospor przy jednoczesnym wzroście liczby mikrospor powiększonych.
Projekt integruje badania z zakresu kultur in vitro z analizą genomu roślin donorowych żyta ozimego w aspekcie zastosowania diagnostyki molekularnej do selekcji genotypów o wysokiej zdolności tworzenia form haploidalnych. Zdolności regeneracyjne w kulturach pylników i niedojrzałych zarodków żyta są kontrolowane genetycznie, a efektywność regeneracji jest zależna od genotypu. Dodatkowe utrudnienie w przypadku żyta stanowi obcopylność ponieważ powoduje ona, że rośliny z tego samego rodu lub linii wsobnej nie są identyczne, a niewielkie różnice w genomie mogą skutkować różną odpowiedzią w kulturach tkankowych.
Realizowane zadanie nr 86 „Haploidyzacja żyta – diagnostyka molekularna oraz wpływ nanomolekuł na wspomaganie indukcji i regeneracji roślin w warunkach in vitro” dotyczy badań nad androgenezą w kulturach pylników i izolowanych mikrospor żyta. Haploidyzacja żyta w kulturze in vitro nie ma jeszcze charakteru aplikacyjnego pomimo wielu prac dotyczących efektywnej metodyki indukcji haploidów tego gatunku. Czynniki wpływające na efektywność androgenezy żyta są bardzo liczne. Jako główne należy wymienić: szeroko pojęty genotyp rośliny donorowej oraz czynniki poza genetyczne czyli: warunki wzrostu roślin donorowych, wpływ traktowania wstępnego pylników i izolowanych mikrospor, skład pożywki (źródło węglowodanów, zastosowane regulatory wzrostu i rozwoju roślin, potencjał osmotyczny pożywki, stopień zestalenia i pH), a także warunki prowadzenia kultur. Czynniki warunkujące androgenezę są rozpoznane, natomiast metodyki kultur pylników i izolowanych mikrospor żyta nadal wymagają doskonalenia w aspekcie podnoszenia wydajności tego procesu oraz przełamywania ograniczeń genotypowych. W trakcie realizacji zadania nr 86 zaplanowano przetestowanie wpływu nanomolekuł (siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, Ficollu 400) na indukcję androgenezy i regenerację roślin haploidalnych w kulturze pylników żyta. Ponieważ brak danych dotyczących wpływu siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, Ficollu 400 na kultury pylników i izolowanych mikrospor żyta wskazane jest przetestowanie wymienionych związków jako dodatków do pożywek indukujących androgenezę, szczególnie dla gatunku opornie regenerującego w warunkach in vitro – a do takiego zalicza się żyto.
Kolejną metodą otrzymywania roślin haploidalnych na drodze androgenezy są kultury izolowanych mikrospor. Technika ta jest dla gatunku Secale cereale L. stosowana sporadycznie i brak jest licznych prac, w których powiodła się regeneracja roślin z mikrospor.
W celu zmiany gametofitycznej drogi rozwoju mikrospor na sporofityczną w kulturach pylników zbóż powszechnie stosuje się traktowanie wstępne kłosów niską temperaturą. Dla osiągnięcia analogicznego rezultatu w kulturach izolowanych mikrospor zbóż, a szczególnie jęczmienia i pszenicy, dodatkowo wykorzystywany jest mannitol w różnych stężeniach, który podnosi efektywność androgenezy i regeneracji roślin, dlatego w trakcie realizacji zadania przetestowano liczne traktowania wstępne kłosów i pylników żyta.
Celem tematu badawczego 1 była ocena wpływu nanomolekuł (siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, ficollu 400) na indukcję androgenezy i regenerację roślin zielonych 43 genotypów żyta. W trakcie realizacji tematu badawczego 1 przetestowano 43 genotypy żyta oraz na postawie otrzymanych wyników wykazano wpływ dodatku siarczanu cynku, siarczanu miedzi, n-butanolu, ficollu 400 ma indukcję androgenezy i regenerację roślin. Pożywka C17 z dodatkiem ZnSO4x7H2O była efektywniejsza dla indukcji androgenezy w kulturze pylników 5 badanych genotypów żyta (odmian i materiałów hodowlanych). Pożywka C17 z dodatkiem CuSO4x5H2O była efektywniejsza dla indukcji androgenezy w kulturze pylników 5 badanych genotypów żyta (4 odmian i genotypu z materiałów hodowlanych. Na podstawie oceny efektywności indukcji androgenezy i regeneracji roślin w kulturach pylników 43 genotypów żyta stwierdzono, że dodatek ficollu 400 i n-butanolu wpłynął inhibująco na analizowane parametry androgenezy.
Celem tematu badawczego 2 w zadaniu nr 86 była ocena wpływu traktowania wstępnego kłosów i pylników żyta (stres termiczny i osmotyczny) oraz zastosowanej pożywki na indukcję androgenezy i regenerację roślin w kulturach izolowanych mikrospor żyta. Szczególną uwagę w trakcie realizacji zadania położono na rolę stresu i pożywki w indukcji androgenezy w kulturach izolowanych mikrospor żyta. Przetestowane genotypy żyta nie wykazywały zdolności do androgenezy w kulturach izolowanych mikrospor żyta. Zastosowane pożywki (pożywka 190-2 i pożywka PG-96M) do prowadzenia kultur izolowanych mikrospor charakteryzowały się zbliżoną frekwencją prawidłowo powiększonych mikrospor żyta obserwowanych w 3 i 7 dniu prowadzenia kultur. Zastosowanie kombinacji stresu termicznego – przechowywania kłosów w temperaturze 4oC i osmotycznego – 0,3 M roztworu mannitolu spowodowało wzrost liczby powiększonych mikrospor, przy jednoczesnym obniżeniu liczby mikrospor nie reagujących i zamierających. Brak traktowania wstępnego kłosów – kontrola i krótkotrwałe przechowywanie kłosów w temperaturze 4oC powodowało, że po izolacji liczba otrzymanych mikrospor była wyższa, ale spadała liczba prawidłowo powiększonych mikrospor. W przypadku połączenia obu stresów (temperatury i 0,3 M roztworu mannitolu) stwierdzono spadek ogólnej liczby otrzymanych mikrospor przy jednoczesnym wzroście liczby mikrospor powiększonych.