Haploidyzacja żyta - diagnostyka molekularna oraz wpływ nanomolekuł na wspomaganie indukcji i regeneracji roślin w warunkach in vitro
Type
Project
Date Issued
2020
Discipline
agriculture and horticulture
Abstract (PL)
Złożony mechanizm pozytywnej i negatywnej regulacji procesów TCR (tissue culture responce) u żyta, w którym dużą rolę odgrywają badane w projekcie geny ScSERK determinuje efektywność indukcji androgenezy i regeneracji roślin dla tego gatunku. Za odpowiedź w kulturach tkankowych żyta (TCR tissue culture responce) odpowiadają geny SERK (SERK – Somatic Embryogenesis Receptor-like Kinase). Geny SERK zostały uznane jako markery molekularne dla procesu embriogenezy somatycznej. Związek genów SERK z embriogenezą somatyczną został opisany u wielu gatunków między innymi Dactylis glomerata, Arabidopsis thaliana, Medicago truncatula. Obecne dane wskazują na to, że geny SERK są zaangażowane w rozwój rośliny, biorą udział w przekazywaniu sygnałów komórkowych i zwielokrotniają inne funkcje np. odpowiedź na stresy biotyczne i abiotyczne np. traktowanie pylników żyta niską temperaturrą. Ekspresja genów SERK jest szczególnie wysoka w tkankach embriogennych i niektórych niezróżnicowanych komórkach występujących na wczesnych etapach embriogenezy somatycznej.
Celem tematu badawczego 1 była ocena polimorfizmu DNA za pomocą markerów RAPD i ISSR oraz poszukiwanie markerów DNA powiązanych z efektywnością indukcji androgenezy i regeneracji roślin zielonych w kulturach pylników 16 nowych genotypów żyta dla selekcji genotypów o wysokiej podatności na haploidyzację oraz analiza polimorfizmu genów SERK i SNAC1 w aspekcie oceny ich przydatności do selekcji form o wysokiej embriogenności mikrospor i poszukiwania form żyta o wysokiej embriogenności mikrospor i pylników.
Genotypy żyta poddane indukcji androgenezy w kulturze pylników stanowiły materiał roślinny do analizy polimorfizmu DNA z zastosowaniem markerów RAPD i ISSR oraz analizy genów SERK i SNAC1. Do analizy polimorfizmu DNA techniką RAPD i ISSR zastosowano 30 starterów nukleotydowych, które wybrano na podstawie literatury i badań własnych. W wyniku przetestowania 30 starterów (15 losowych 10 nukleotydowych dla RAPD i 15 o wybranej znanej sekwencji powtarzalnej nukleotydów dla ISSR) stwierdzono, że w reakcjach ISSR otrzymywano wyższą liczbę produktów, a wyniki analiz były bardziej powtarzalne. Wartości podobieństwa genetycznego uzyskane w oparciu o polimorfizm markerów RAPD i ISSR mieściły się w zakresie od 61% dla genotypów PHR2/20 i S1350/19 do 82% dla genotypów PHR5/20 i PHR7/20 a otrzymane dendrogramy odzwierciedlały podobieństwo genetyczne badanych form i ich pochodzenie. Na podstawie analizy produktów otrzymanych w reakcji ze starterami specyficznymi dla genów SERK i SNAC1 stwierdzono, występowanie produktów polimorficznych, który umożliwił jednoznaczne zróżnicowanie badanych obiektów żyta. Obecność produktu wielkości 234 pz stwierdzono dla 7 genotypów a 500 pz dla 4 z 16 badanych genotypów.
Celem tematu badawczego 2 była ocena wpływu zoptymalizowanego traktowania wstępnego kłosów żyta (temperatura 4oC – kontrola bez traktowania, 2 i 7 dni w 4oC) oraz pożywki C17 wyselekcjonowanej w latach 2015-2019 na indukcję androgenezy i regenerację roślin w kulturach pylników i izolowanych mikrospor żyta. Wyselekcjonowane w poprzednich latach realizacji zadania pożywka oraz dodatek nanomolekuł wymagają sprawdzenia powtarzalności dla nowych genotypów żyta oraz potwierdzenia czy zmiana poziomu ekspresji genów SERC i SNAC zaobserwowana po 2 i 7 dniach przechowywania kłosów w 4oC wpłynie pozytywnie na indukcję androgenezy i regenerację roślin żyta w kulturach pylników i izolowanych mikrospor. Traktowanie ściętych kłosów żyta temperaturą 4oC przez 7 dni było najefektywniejsze dla indukcji androgenezy w kulturze pylników na pożywce C17, dla tego traktowania zobserwowano najwyższą liczbę otrzymanych struktur kalusa mikrosporowego – 96. Na podstawie oceny efektywności indukcji androgenezy w kulturach pylników 16 genotypów żyta stwierdzono, że traktowanie pylników temperaturą 4oC przez 2 i 7 wpłynęło pozytywnie na analizowane parametry androgenezy dla badanych 16 genotypów żyta, które tworzyły struktury androgeniczne z wyższą efektywnością na po zastosowaniu traktowania chłodem przez 2 i 7 dni – odpowiednio po 2 dniach 51 kalusów mikrosporowych, po 7 – 96 kalusów, a kontrola – 15 kalusów. Genotypami wyselekcjonowanymi jako potencjalnie embriogenne do kultur izolowanych mikrospor były PHR8/20 i S1292/19, które nie wykazały zdolności do androgenezy w warunkach in vitro. Najwyższą średnią liczbę mikrospor dzielących się i powiększonych zaobserwowano dla obu badanych genotypów po zastosowaniu traktowania wstępnego kłosów roślin donorowych temperaturą 4oC przez 7 dni.
Celem tematu badawczego 1 była ocena polimorfizmu DNA za pomocą markerów RAPD i ISSR oraz poszukiwanie markerów DNA powiązanych z efektywnością indukcji androgenezy i regeneracji roślin zielonych w kulturach pylników 16 nowych genotypów żyta dla selekcji genotypów o wysokiej podatności na haploidyzację oraz analiza polimorfizmu genów SERK i SNAC1 w aspekcie oceny ich przydatności do selekcji form o wysokiej embriogenności mikrospor i poszukiwania form żyta o wysokiej embriogenności mikrospor i pylników.
Genotypy żyta poddane indukcji androgenezy w kulturze pylników stanowiły materiał roślinny do analizy polimorfizmu DNA z zastosowaniem markerów RAPD i ISSR oraz analizy genów SERK i SNAC1. Do analizy polimorfizmu DNA techniką RAPD i ISSR zastosowano 30 starterów nukleotydowych, które wybrano na podstawie literatury i badań własnych. W wyniku przetestowania 30 starterów (15 losowych 10 nukleotydowych dla RAPD i 15 o wybranej znanej sekwencji powtarzalnej nukleotydów dla ISSR) stwierdzono, że w reakcjach ISSR otrzymywano wyższą liczbę produktów, a wyniki analiz były bardziej powtarzalne. Wartości podobieństwa genetycznego uzyskane w oparciu o polimorfizm markerów RAPD i ISSR mieściły się w zakresie od 61% dla genotypów PHR2/20 i S1350/19 do 82% dla genotypów PHR5/20 i PHR7/20 a otrzymane dendrogramy odzwierciedlały podobieństwo genetyczne badanych form i ich pochodzenie. Na podstawie analizy produktów otrzymanych w reakcji ze starterami specyficznymi dla genów SERK i SNAC1 stwierdzono, występowanie produktów polimorficznych, który umożliwił jednoznaczne zróżnicowanie badanych obiektów żyta. Obecność produktu wielkości 234 pz stwierdzono dla 7 genotypów a 500 pz dla 4 z 16 badanych genotypów.
Celem tematu badawczego 2 była ocena wpływu zoptymalizowanego traktowania wstępnego kłosów żyta (temperatura 4oC – kontrola bez traktowania, 2 i 7 dni w 4oC) oraz pożywki C17 wyselekcjonowanej w latach 2015-2019 na indukcję androgenezy i regenerację roślin w kulturach pylników i izolowanych mikrospor żyta. Wyselekcjonowane w poprzednich latach realizacji zadania pożywka oraz dodatek nanomolekuł wymagają sprawdzenia powtarzalności dla nowych genotypów żyta oraz potwierdzenia czy zmiana poziomu ekspresji genów SERC i SNAC zaobserwowana po 2 i 7 dniach przechowywania kłosów w 4oC wpłynie pozytywnie na indukcję androgenezy i regenerację roślin żyta w kulturach pylników i izolowanych mikrospor. Traktowanie ściętych kłosów żyta temperaturą 4oC przez 7 dni było najefektywniejsze dla indukcji androgenezy w kulturze pylników na pożywce C17, dla tego traktowania zobserwowano najwyższą liczbę otrzymanych struktur kalusa mikrosporowego – 96. Na podstawie oceny efektywności indukcji androgenezy w kulturach pylników 16 genotypów żyta stwierdzono, że traktowanie pylników temperaturą 4oC przez 2 i 7 wpłynęło pozytywnie na analizowane parametry androgenezy dla badanych 16 genotypów żyta, które tworzyły struktury androgeniczne z wyższą efektywnością na po zastosowaniu traktowania chłodem przez 2 i 7 dni – odpowiednio po 2 dniach 51 kalusów mikrosporowych, po 7 – 96 kalusów, a kontrola – 15 kalusów. Genotypami wyselekcjonowanymi jako potencjalnie embriogenne do kultur izolowanych mikrospor były PHR8/20 i S1292/19, które nie wykazały zdolności do androgenezy w warunkach in vitro. Najwyższą średnią liczbę mikrospor dzielących się i powiększonych zaobserwowano dla obu badanych genotypów po zastosowaniu traktowania wstępnego kłosów roślin donorowych temperaturą 4oC przez 7 dni.