¿Cuál es la importancia de realizar estudios citológicos en tomates?
Al mismo tiempo, con la ayuda del análisis de cariotipo, tecnología de reproducción híbrida, poliploidía inducida por colchicina, cultivo de tejidos, fusión de protoplastos y otras tecnologías, los autotriploides (cuasi-tetraploides) y la alopoliploidía (ploidía) del tomate y materiales de aneuploidía (haploidía, deleción, trisomía primaria, trisomía secundaria, trisomía terciaria y trisomía compensatoria) para completar la poliploidía y la trisomía compensatoria. Se utilizaron los métodos clásicos de aneuploidía, como trisomía primaria, trisomía secundaria, trisomía terciaria, trisomía centromérica, etc. para realizar análisis de ubicación cromosómica de genes, y se completó una construcción de mapa de ligamiento preliminar, como ms, R, wf, rv. , sf, var, cpt, sp, etc.
Las técnicas citológicas comúnmente utilizadas en la innovación y el mejoramiento del germoplasma de tomate incluyen el cultivo de embriones, la fusión de protoplastos y el cultivo de anteras y microsporas.
(1) Cultivo de embriones
La tecnología de cultivo de embriones incluye cultivo de embriones inmaduros, óvulos, ovarios, endospermo, embriones maduros y fertilización in vitro. La tecnología de cultivo de embriones maduros se utiliza principalmente para el mejoramiento de tomates y la innovación de germoplasma y es relativamente madura. Los gametos femeninos del tomate maduran entre 25 y 30 días después de la fertilización. En condiciones estériles, se abre el fruto, se extraen las semillas y se inoculan embriones maduros para obtener plantas.
La tecnología de cultivo de embriones maduros es adecuada para la sustitución de materiales que no requieren la observación de rasgos hortícolas de frutos de tomate, como el establecimiento de líneas endogámicas recombinantes y líneas casi isogénicas, que pueden usarse para ciertos rasgos de Mejoras en los padres de la columna vertebral (como resistencia a enfermedades, resistencia a insectos, tolerancia a la sal, etc.). ).Con esta tecnología, cada material se puede reproducir de 3 a 5 generaciones en 1 año, lo que acelera enormemente el proceso de reproducción.
La tecnología de cultivo de embriones maduros también se puede utilizar para superar la esterilidad de los híbridos distantes en los tomates. La utilización de genes de rasgos de calidad beneficiosos y QTL de rasgos cuantitativos de tomates silvestres, como resistencia a enfermedades, resistencia a insectos, resistencia al frío, resistencia al calor, alto rendimiento y alta calidad, es una tendencia importante en el mejoramiento moderno de tomates. Sin embargo, existen esterilidad híbrida y pasto de corral. en la hibridación entre tomates silvestres y tomates comunes, etc. Por ejemplo, cuando se cruzan tomates comunes (L.esculentum) con tomates peruanos (L.peruvianum), tomates chilenos (L.chilense) y berenjenas parecidas al tomate (L.lycopersicoides), tienen poca compatibilidad y no dan frutos. La generación F1 y el retrocruzamiento 1. Todas las generaciones tienen fenómenos de esterilidad y pasto de corral.
(2) Fusión de protoplastos
La fusión de protoplastos del tomate se estudió anteriormente, y Melchers obtuvo un híbrido somático de tomate y patata en (1978). Su forma tiende a ser la de una planta de tomate, sus flores y hojas tienen características híbridas y tiene frutos pequeños y deformes, pero los frutos no tienen semillas ni se forman tubérculos en las raíces. Después de eso, muchos investigadores llevaron a cabo investigaciones exhaustivas y obtuvieron plantas híbridas somáticas de tomates comunes y papas, solanáceas, berenjenas, tabaco, berenjenas parecidas a los tomates, tomates peruanos y tomates Panali (Tabla 24-3).
Cuadro 24-3 Fusión de protoplastos de tomate
/psb? /v 12 ay MUP 0 wf 3 QY/ASpzK * osvbf 1 pkdfxhj 0 avixztnaotmchefoefaqskc! /b/dAUBAAAAAAA&. bo = awU4BAAAAAARF3I! & amprf =viewer_4
Las ventajas de la fusión de protoplastos del tomate son: ① Puede superar los problemas de incompatibilidad de híbridos distantes del tomate o fertilización o aborto temprano de embriones, y ayudar a crear nuevas especies o tipos. La fusión de células somáticas puede evitar el proceso de fertilización de las células germinales en el cruzamiento convencional, evitando así los obstáculos anteriores y logrando la transferencia de genes entre especies. Por ejemplo, la patata y el tomate han obtenido híbridos intergenéricos Solanum solanum y Solanum lycopersicum mediante fusión celular, lo que no se ha conseguido hasta ahora mediante cruces sexuales. ② Los genes beneficiosos relacionados con la resistencia a las enfermedades, la resistencia a los insectos, la tolerancia a la sal, la tolerancia al frío, la tolerancia a la sequía, la resistencia a los herbicidas y la calidad del tomate se pueden transferir a los tomates comunes. Por ejemplo, la berenjena parecida al tomate (S. ricki corr) contiene genes de resistencia a Botrytis cinerea, CMV, Phytophthora phytosporum, sarna del tomate (Xanthomonas PV. Vescatoria), Fusarium solani F. sp. Además, esta berenjena tomate es muy resistente al estrés ambiental, a las bajas temperaturas y a las heladas hasta cierto punto. Por lo tanto, la penetración de genes útiles de berenjenas parecidas a los tomates en tomates cultivados se ha convertido en un contenido de investigación importante. Hendry (1986), Guri (1991), Hussein (1994), Matsumoto (1997), etc. Se obtuvieron híbridos somáticos de tomate común y berenjena parecida al tomate mediante fusión inducida químicamente y fusión inducida por campo eléctrico, lo que dio como resultado 4 individuos. Aunque el trabajo mencionado aún se encuentra en la etapa de investigación, los resultados de la investigación son de gran importancia para ampliar el rango de variación del tomate y para mejorar en el futuro la resistencia a las enfermedades, la resistencia a los insectos, la tolerancia a la sal, la tolerancia al frío y la tolerancia a la sequía. ③Se pueden crear híbridos citoplasmáticos. Genes como la esterilidad masculina citoplasmática y la resistencia a herbicidas están presentes en los cloroplastos y las mitocondrias del citoplasma.
La hibridación sexual sólo puede recombinar material genético nuclear, no el citoplasma. Además, en la hibridación sexual, los gametos masculinos llevan muy poco citoplasma, lo que dificulta la producción de híbridos citoplasmáticos, mientras que en la hibridación somática, el citoplasma de ambos padres contribuye en cierta medida. Por lo tanto, mediante la fusión celular se pueden obtener diferentes combinaciones de genomas nucleares, cloroplastos y mitocondriales, lo cual es de gran valor en el mejoramiento.
Mutschler, M.A. (1985-1992) intentó establecer un sistema cms que contenía el citoplasma de Lactobacillus pancroft LA716+06 y el material genético del tomate común New Yorker (NY) mediante métodos de reproducción convencionales y cultivo de embriones. métodos. Se obtuvo una línea casi isogénica que contiene el citoplasma de L. Pennell II (la 716×f)×f}×New Yorker (10 veces) y más del 99% del genoma del tomate común New Yorker. cloroplastos del tomate Panali y su genoma y mitocondrias. Sin embargo, no se pudo establecer el sistema cms. El autor creía que era necesario recombinar los orgánulos de los dos padres y obtener con éxito el sistema cms correspondiente mediante la fusión de protoplastos. Posteriormente, los investigadores transfirieron con éxito genes de esterilidad masculina citoplasmática, resistencia a herbicidas y tolerancia a la sal mediante la fusión de protoplastos. Por ejemplo, Jain, S.M., E.A. Shahin (1988) transfirieron con éxito atrazina de Solanum nigrum a tomate cultivado VF36 mediante fusión de protoplastos. Andersen (1963) introdujo el citoplasma del tomate común en Lactobacillus panethri para establecer el sistema cms. Hassan pour-estahbanati (1985) obtuvo híbridos citoplasmáticos de tomate y tabaco. ), tomate peruano (L.peruvianum) y petunia (P.hybrida), así como tomate común y tomate Panali (L.pennelli).
(3) Cultivo de anteras y microsporas
El cultivo haploide de tomate comenzó en 1971, cuando Sharp obtuvo callos de tomates cultivados. Gresshoff y Doy (1972) indujeron callos de anteras de tomate para obtener plantas de polen. Ese mismo año, Sharp creó la nutritiva tecnología de cultivo de polen de tomate. Posteriormente, Debergh y Nitsch (1973) cultivaron granos de polen in vitro y rastrearon el crecimiento de embriones adventicios hasta la etapa de embrión cotiledóneo. Devreux et al. (1976) obtuvieron callos de anteras de Lily alba, pero sólo plantas diploides y tetraploides se regeneraron a partir del tejido madre. En 1978, se observaron embriones esféricos en las anteras de híbridos de tomate cultivados por Cappadocia et al. Ese mismo año, Debergh et al. repitieron el experimento anterior utilizando tomates cultivados y L. pimpinellifolium y lograron el éxito.
En la década de 1980, Gulshan et al. (1981) indujeron con éxito tejido de callo a partir de anteras de microsporas de los primeros monocariotas. Krueget-Lebus et al. (1983) cultivaron microsporas de variedades de tomate Blur y Piccolo y obtuvieron embriones esféricos. Shamina y Yadav (1986) cultivaron microsporas mononucleares in vitro y obtuvieron callos y cuerpos embrioides con o sin semillas. Khoang et al. (1986) informaron que se regeneraron plantas haploides a partir de las anteras de la variedad de tomate Roma, y también se obtuvieron plantas diploides y poliploides. Evans y Morrison (1989) también informaron que el cultivo de anteras de tomate producía plantas haploides.
También hay investigadores en China realizando este trabajo. Gao Xiuyun, Wang Jifang y otros (1979, 1980) cultivaron anteras de tomate y obtuvieron plantas haploides a partir de tejido de callo. Yuan Yinan (1999) utilizó tomates cultivados y tomates silvestres como materiales para cultivar microsporas en embriones esféricos y embriones en forma de corazón.
No existe ningún precedente para inducir con éxito plantas haploides en el cultivo de microsporas de tomate, pero vale la pena aprender de las siguientes experiencias: ① Entorno de crecimiento de la planta donante Los resultados de la investigación de Debergh (1976) demostraron que la temperatura de crecimiento debe ser controlado a 22°C (día)/20°C (noche), el cultivo de microsporas de tomates cultivados y tomates de hoja delgada se puede llevar a cabo en la etapa de embrión de cotiledón ② Etapa de desarrollo de microsporas; generalmente se cree que las microsporas son efectivas a partir de; desde la etapa uninucleada tardía hasta la etapa binucleada temprana; ③ Genotipo de planta donante Krueger-LeBus (1983) cultivó microsporas de tomate y descubrió que algunas variedades no tenían embriones esféricos. Yuan Yinan (1999) encontró que sólo los tomates de hoja de papa respondían a las microsporas de los tomates cultivados en campo abierto en verano. ④ Medio y hormonas - Sharp (1971) suspendió microsporas en medio blanco modificado y luego las cultivó en medio MS modificado para obtener una línea celular que se divide vigorosamente. Debergh (1973) et al. utilizaron macroelementos de Halperin, sales de hierro, oligoelementos y vitaminas, y agregaron sacarosa (2%) y AIA 0. En sus experimentos, descubrieron que en medios de cultivo suplementados con NAA y L-glutamina, aparecían más de dos núcleos en el 18% del polen después de 10 días.
En resumen, debido a la dificultad de la tecnología de cultivo de microsporas sin tomate, pocos investigadores nacionales y extranjeros continúan realizando investigaciones en profundidad, y esto casi se ha convertido en un problema mundial. En el futuro, se deberán realizar investigaciones en profundidad sobre el tiempo de recolección de material, los métodos de tratamiento de activación, los componentes del medio de cultivo y los mecanismos fisiológicos del desarrollo de microsporas en el entorno de crecimiento.