¿Es necesario comprobar la ploidía cromosómica de plantas obtenidas del cultivo de endospermo? Por qué
1.1.2 Cultivo de anteras (polen)
La obtención de haploides mediante la tecnología de cultivo de polen (microsporas) ha tenido éxito en muchas plantas. Cuando se obtiene la haploidía, a menudo aparecen la diploidía y la diploidía naturalmente duplicada. La desventaja de este método es que es necesario inducir callos y luego diferenciarlos en plantas regeneradas mediante cultivo de tejidos, pero no todas las microsporas pueden reproducirse asexualmente. Además, después de la diploidía, es difícil crecer o dar frutos debido a problemas de adaptabilidad. La eficiencia reproductiva del cultivo de anteras es baja, la tasa de inducción de plántulas verdes es baja y la dificultad para duplicar los cromosomas también es la razón. En teoría, el cultivo de anteras de maíz es una forma eficaz de obtener rápidamente líneas puras de maíz. Sin embargo, hasta ahora, las líneas puras y los híbridos obtenidos del cultivo de anteras de maíz rara vez se utilizan en la producción a gran escala [5]. La investigación nacional y extranjera actual muestra que la tasa de inducción de callos puede alcanzar el 2% y la tasa de plántulas verdes puede alcanzar el 2%.
1.1.3 La hibridación a distancia hace que desaparezcan los cromosomas del monoparental.
En la hibridación a distancia, puede ser que los ciclos de división celular somática de los padres no estén sincronizados, lo que produce la pérdida de cromosomas en un lado del padre, dando lugar a la haploidía.
1.1.4 Inducción de la polinización retardada
En la polinización retardada, aunque el tubo polínico llegue al saco embrionario, el óvulo no puede ser fecundado porque pierde su capacidad de fertilización, pero sí fácil de dividir después de ser estimulado por el tubo polínico, por lo que lleva a cabo la partenogénesis para formar plantas haploides. Retrasar la polinización después de la castración puede aumentar en gran medida la tasa de inducción de la partenogénesis [6]. La razón puede ser que la polinización promueve la formación de endospermo, asegurando así el buen desarrollo de los embriones partenogenéticos.
1.1.5 Inducción de radiación
Después de que las flores o el polen masculino son tratados con rayos X, son irradiados con rayos y luego polinizados por el progenitor femenino castrado, afectando así la fertilización y inducir partenogénesis. Generar haploides.
1.1.6 Uso de haploides para iniciar genes
En 1950, la King Seed Company de Northern Loop en Estados Unidos descubrió un material de inducción haploide de alta frecuencia. EdCoe (1956) descubrió el valor de este material e introdujo dos genes marcadores dominantes (R-nj, P1) para controlar los rasgos de granos y plantas. Después de dos retrocruzamientos y dos autocruces, recibió el nombre de Stock6. En la práctica de reproducción, utilizando Stock6 como progenitor masculino y materiales de reproducción inducidos como progenitor femenino, aproximadamente el 3% de los embriones haploides [7]. Hagberg (1980) descubrió un mutante promotor haploide parcialmente dominante (hap) en la cebada, que controla el aborto o la supervivencia de embriones y endospermos anormales. Su descendencia homocigótica puede producir entre un 10% y un 15% de haploides. Liu Jilin (2001) introdujo la línea de inducción de maíz Stock6 de los Estados Unidos y la utilizó como padre masculino para inducir haploides en seis poblaciones de maíz, incluidas WBM y Liaolu. A través de la identificación de semillas de progenie inducida, marcadores de plantas y fertilidad de las plantas, se obtuvieron algunos materiales doble haploides.
2 Mejoramiento a nivel de haploides - identificación de haploides
Los métodos de identificación de haploides incluyen principalmente identificación morfológica, identificación anatómica, identificación citogenética, irradiación por radiación, marcadores genéticos, marcadores moleculares, etc. La identificación morfológica y los marcadores genéticos se utilizan principalmente para la identificación de haploides inducidas en el maíz.
2.1 Métodos de identificación morfológica y anatómica
Identificar haplotipos a través de características morfológicas y anatómicas es un método intuitivo y conveniente. Las células haploides del maíz tienen sólo la mitad de cromatina que el citoplasma diploide, por lo que sus células y núcleos son más pequeños. El tamaño y el número de estomas epidérmicos de las hojas y células protectoras también se pueden utilizar para distinguir haploides de diploides mediante observación anatómica. Debido a que las células se vuelven más pequeñas, los órganos vegetativos y reproductivos cambian y las plantas se acortan, la mayoría de los haploides pueden seleccionarse mediante inspección visual en la etapa de plántula. Los haploides tienden a ser mucho más pequeños que sus formas estándar en condiciones normales de crecimiento; en las primeras etapas de crecimiento de la plántula, las longitudes de la raíz principal y la vaina del diente son significativamente diferentes en la etapa de plántula; la primera hoja del haploide del maíz es más corta; ; compare el embrión y el escudo. El tamaño de los haploides también se puede utilizar para la identificación preliminar de los haploides.
La altura de la planta adulta del maíz haploide es aproximadamente el 70% de la de la planta hermana diploide homocigota del mismo genotipo, y el área foliar es aproximadamente el 35% de la de esta última. Además, las características de las plantas haploides son floración temprana y larga duración; flores deformes, abortos y pocos frutos; las plantas haploides son cortas, con hojas, flores, anteras y estomas más pequeños, inflorescencias más densas, más flores y filamentos más cortos. mientras que el diploide correspondiente es todo lo contrario [8].
2.2 Método de identificación citogenética
El método más preciso es observar el número de cromosomas en las células somáticas o células meióticas en división comprimidas por el meristemo apical, que permite distinguir cuerpo haploide y aneuploidía. Se utiliza un fotómetro para analizar el contenido de ADN en el núcleo, pero no puede distinguir entre haploides y haploides aneuploides. Además, la velocidad de detección es lenta, requiere instrumentos y equipos y no es adecuado para la identificación a gran escala en el campo.
2.3 Método de irradiación con rayos
La sensibilidad de las plantas a la radiación cambia con el cambio de múltiple, lo cual es una regla general de la biología. El método básico consiste en irradiar una porción de la hoja con rayos ionizantes (como rayos X) y observar primero el desvanecimiento verde y luego la necrosis por radiación. La clave es explorar la dosis óptima y el tiempo de exposición para diferentes cultivos. Si se domina bien, este método puede convertirse en uno de los métodos de identificación más sencillos y prácticos.
2.4 Método de marcador genético
El uso de marcadores genéticos para detectar haploides puede reducir los errores que a menudo se encuentran cuando se realizan pruebas de detección basadas en diferencias morfológicas. Por tanto, el uso de marcadores genéticos se ha convertido en el método más fiable y eficaz para la identificación de haploides. En el maíz, se utilizó con éxito el conocido gen marcador navajo R-nj. Las líneas de inducción haploides de Stock6 de Coe y Gaoyou1 de Song introducen genes marcadores genéticos para el desarrollo del color de los granos y las plantas. La Universidad Agrícola Gaoyou 1 tiene una alta tasa de inducción y es fácil de reproducir, superando las importantes deficiencias de Stock6. En la generación híbrida actual, la superficie embrionaria de las semillas maternas puede ampliarse y marcarse más claramente.
Las semillas inducidas por líneas de inducción haploides se pueden dividir en tres tipos: la capa de aleurona del endospermo es de color púrpura o rojo púrpura, y el embrión también es de color púrpura o rojo púrpura; la capa de aleurona del endospermo es de color púrpura o violeta; -rojo Mark, la parte del germen es incolora. La capa de aleurona y el germen del endospermo no están coloreados ni marcados [2].
2.5 Método de marcador molecular
Tang Feiyu et al. (2004) utilizaron marcadores SSR para detectar diploides de la partenogénesis del maíz y lograron resultados obvios [9].
Resíntesis de tres poliploides
La duplicación de cromosomas puede ocurrir de forma natural, y su frecuencia puede incrementarse mediante selección. Además, también se han desarrollado métodos para inducir artificialmente la duplicación.
3.1 Duplicación natural
La mayoría de las flores masculinas haploides son muy estériles. Sin embargo, en casos raros, las borlas haploides se duplicarán total o parcialmente de forma natural, produciendo polen normal. Existe evidencia de que las pocas células somáticas de una planta haploide son generalmente hermafroditas y tienen muy pocos granos de polen normales, por lo que la frecuencia de duplicación haploide natural solo representa el 1% de todas las plantas haploides. La tasa de duplicación natural de muchos materiales es inferior al 5% y algunos materiales no se duplican de forma natural. La simple duplicación natural de haploides no puede cumplir con los requisitos de la práctica de mejoramiento y se debe realizar una duplicación artificial.
3.2 Duplicación artificial
Normalmente la tasa de recuperación natural de la fertilidad de la espiga no supera el 20%, por lo que es especialmente necesario duplicar el número de cromosomas mediante un tratamiento químico. En términos generales, el tratamiento de plántulas haploides con una solución de colchicina al 0,06% ~ 0,5% puede aumentar la tasa de duplicación de las borlas haploides al 20% ~ 50%. Kato (2002) utilizó gas óxido nitroso para duplicar los haplotipos y obtuvo cuatro líneas endogámicas e híbridos, respectivamente [10].
Las propiedades de duplicación natural se pueden mejorar mediante la reselección. Utilizando dos líneas DH como materiales parentales, durante la siguiente ronda de selección de líneas, se puede aumentar la frecuencia de duplicación natural de las borlas haploides recién seleccionadas y la tasa de recuperación de la fertilidad se puede aumentar del 9,4% al 33%, o incluso al 43%.
Las perspectivas de desarrollo del mejoramiento de 4 haploides
Las perspectivas de aplicación de la tecnología haploide en el mejoramiento de maíz son muy atractivas. Tiene las siguientes ventajas: rápida adquisición de líneas puras in vivo; las interacciones se pueden simplificar, los efectos de superdominancia se pueden eliminar y se pueden conservar los efectos beneficiosos aditivos y de epistasis aditiva. También se pueden eliminar genes recesivos dañinos, letales y semiletales. Sin embargo, la tecnología de reproducción haploide también tiene desventajas: no puede romper eficazmente el vínculo de genes malos; la probabilidad de recombinación entre genes es baja y la frecuencia de inducción haploide no es alta; Además, es difícil que los cromosomas se dupliquen durante la recombinación diploide. La frecuencia diploide actual puede alcanzar el 15% -25%.
Además, en algunos países se han utilizado haploides en el mejoramiento del maíz y se han patentado algunos inductores de alta frecuencia, lo que limita el intercambio internacional de materiales. Si China quiere utilizar esta tecnología en el mejoramiento del maíz, tendrá que crear sus propias líneas de inducción haploides.
El mejoramiento haploide es una combinación orgánica de expansión de germoplasma y mejora de los materiales de mejoramiento. Primero, los materiales de inducción objetivo se recombinan y mejoran de manera efectiva, se acumulan suficientes loci genéticos favorables y luego se obtienen líneas puras mediante tecnología haploide. Esto aprovechará en gran medida las ventajas de la reproducción haploide y mejorará en gran medida la eficiencia de la reproducción. Además, las poblaciones dobles haploides tienen un importante valor de investigación en genética y pueden usarse para construir mapas genéticos, mapeo de genes y clonación [2]. Además de mejorar aún más el sistema de inducción de haploides y aumentar la tasa de inducción de haploides, el trabajo futuro también debería centrarse en la tecnología de duplicación de haploides. Du Juan et al. (1999) utilizaron la hibridación sexual para recombinar genotipos favorables y realizar un cultivo de anteras para obtener rápidamente líneas de maíz puro [11], y establecieron un nuevo sistema de mejoramiento haploide para el maíz, que no solo tiene importancia teórica, sino que también tiene una enorme importancia. potencial de producción.
Referencias
1. Guo Chunsheng, Guo Zhichun, Gui Ying. Cultivo de anteras y mejoramiento haploide del maíz chino [J]. , "Biotecnología en agricultura y silvicultura", 1994, volumen 25: maíz, Spingel Verlag, Berlín, 149-161
2. Aplicación y nuevos avances de la tecnología haploide en el mejoramiento del maíz [J]. Journal of Maize Science, 2004, 12 (3): 13-15, 18)
3. Avances de la investigación sobre haploides partenogenéticos inducidos por la hibridación del maíz [J]. Journal of Maize Science, 1999, 7 (2): 16-19.
4. Shi Taiyuan. Investigación sobre partenogénesis inducida por fármacos en maíz [J]. Miscellaneous Crops, 20, 2000 (1): 17-20
5. Nuevos avances en el cultivo de anteras de maíz y mejoramiento de haploides [J]. Bulletin of Chinese Botany, 2001, 18 (1): 23-30
6. en mi país Progreso de la investigación sobre tecnología de mejoramiento de haploides [J]. Journal of Maize Science, 2008, 16 (6): 48-57
7. Haploide inducido por hibridación Estudio preliminar sobre métodos de identificación [J]. Journal of Corn Science, 2006, 14 (1): 64-66.
8.Zhao Yanming, Dong, Zhang Suoliang, etc. Progreso de la investigación y la aplicación de la tecnología de mejoramiento de haploides de maíz [J]. Journal of Maize Science, 2007, 15 (5): 60-64.
9.Tang Feiyu, Faye Wong, Wang Guoying. Detección de diploidía en partenogénesis del maíz mediante marcadores SSR [J]. Journal of Jiangxi Agriculture University, 2004, 26 (6): 859-862
10. Progreso en el mejoramiento de haploides de maíz [J]. Journal of Maize Science, 2008, 16 (1): 1-5.
11. Du Juan, Mu Qiuhua, Jia Yufeng, et al. Investigación sobre la mejora de la tasa de inducción del cultivo de anteras de maíz utilizando el método de transferencia combinada en puente [J]. ): 16-18.