بروتوكول إنقاذ الأجنة للتهجين بين الأنواع في الاسكواش
Summary
تصف المقالة بروتوكول إنقاذ الأجنة لتجديد الأجنة غير الناضجة المشتقة من التهجين بين الأنواع من Cucurbita pepo و Cucurbita moschata. يمكن تكرار البروتوكول بسهولة وسيكون موردا مهما لبرامج تربية الاسكواش.
Abstract
التهجين بين الأنواع في محاصيل القرعيات (القرع ) أمر مرغوب فيه لتوسيع التباين الوراثي ولإدخال الأليلات المفيدة. يجب تجديد الأجنة غير الناضجة المتولدة من هذه الصلبان الواسعة باستخدام تقنيات إنقاذ الأجنة المناسبة. على الرغم من أن هذه التقنية راسخة للعديد من المحاصيل ، إلا أنه لا يوجد وصف تفصيلي للمنهجية المناسبة للاسكواش التي تسمح بتطبيقها الروتيني. هنا ، نصف بروتوكول إنقاذ الأجنة المفيد للتهجين بين الأنواع من C. pepo و C . moschata. لتحديد مجموعات قابلة للحياة لإنقاذ الأجنة ، تم إجراء 24 تهجينا بين الأنواع. تم الحصول على مجموعة الفاكهة من اثنين وعشرين صليبا ، مما يشير إلى معدل نجاح 92 ٪. ومع ذلك ، فإن معظم الثمار التي تم الحصول عليها كانت بارثينوكاربك ، مع بذور خالية من الأجنة (بذور فارغة). احتوت مجموعة متقاطعة واحدة فقط على أجنة غير ناضجة يمكن تجديدها باستخدام وسائط نمو النبات القاعدية. تم إنقاذ ما مجموعه 10 أجنة من فاكهة F1 متعددة الأنواع ، وكان معدل نجاح إنقاذ الأجنة 80٪. سيكون بروتوكول إنقاذ الأجنة الذي تم تطويره هنا مفيدا للتهجين بين الأنواع في برامج تربية الاسكواش.
Introduction
القرعيات (2n = 40) هو جنس متنوع للغاية في عائلة القرعيات التي تحتوي على 27 نوعا مختلفا ، خمسة منها مستأنسة1. من بين هؤلاء ، Cucurbita moschata و C. pepo و C. maxima هي الأكثر أهمية من الناحية الاقتصادية في جميع أنحاء العالم. في الولايات المتحدة ، C. moschata و C. pepo هما أهم نوعين في الإنتاج الزراعي. تتكون C. pepo من أربعة أنواع فرعية (ovifera و pepo و fraternal و gumala) تحتوي على مجموعات أصناف القرع الصيفية والشتوية من Crookneck ، و Straightneck ، و Acorn ، و Scallop ، و cocozelle ، ونخاع الخضار ، والكوسة ، واليقطين2،3،4،5. تتكون C. moschata بشكل أساسي من أنواع سوق القرع الشتوي بما في ذلك الجوز وديكنسون ومجموعة الجبن1. النوعان متنوعان شكليا وظاهريا ، حيث يعتبر C. pepo لمحصوله ، وتبكره ، وعادات نمو الأدغال ، وسمات الفاكهة المتنوعة بما في ذلك شكل الفاكهة وحجم الفاكهة ولون اللحم ونمط القشرة. من ناحية أخرى ، تحظى C. moschata بتقدير كبير لتكيفها مع الحرارة والرطوبة ، فضلا عن مقاومة الأمراض والآفات 6,7. التهجين بين الأنواع بين C. moschata و C. pepo ليس فقط استراتيجية مهمة لإدخال الخصائص المرغوبة بين النوعين ، ولكنه يسمح أيضا بتوسيع القاعدة الوراثية في برامج التربية 7,8.
تم إجراء عمليات التهجين المبكرة بين C. moschata و C. pepo لتحديد توافقها و / أو الحواجز التصنيفية9،10،11 ، بينما ركزت الدراسات اللاحقة في الغالب على نقل السمات المرغوبة12،13،14. استهدف التهجين بين الأنواع بين النوعين نقل سمات جديدة مثل عادة نمو الأدغال أو شبه الأدغال وتحسين الغلة من C. pepo جنبا إلى جنب مع مقاومة الأمراض ، والقدرة على التكيف مع الإجهاد اللاأحيائي ، وزيادة النشاط من C. moschata14،15،16. على سبيل المثال ، أدت عمليات التهجين المحددة بين C. pepo (P5) و C. moschata (MO3) إلى زيادة غلة الفاكهة 13 ، في حين تم استخدام مدخلات C. moschata (النيجيرية المحلية ومينينا) على نطاق واسع كمصدر رئيسي لمقاومة فيروسات potyvirus في أصناف C. pepo المزروعة17,18.
أظهرت الدراسات السابقة أن التهجين بين C. moschata و C. pepo ممكن ولكنه صعب 8,15. يمكن أن تؤدي التهجينات بين الأنواع إلى عدم وجود مجموعة فواكه (إجهاض) ، أو ثمار بارثينوكاربك خالية من البذور القابلة للحياة (بذور فارغة) ، أو ثمار خالية من البذور حيث تفشل الأجنة غير الناضجة في النمو (stenospermocarpy) ، أو ثمار بها عدد قليل من الأجنة غير الناضجة التي يمكن إنقاذها في النباتات الناضجة من خلال إنقاذ الأجنة15,16. على سبيل المثال ، لم يتم الحصول على بذور قابلة للحياة عن طريق تهجين C. pepo (ملكة المائدة ، الأم) مع C. moschata (جبن كبير ، أبوي) ، ومع ذلك ، فإن التقاطع المتبادل أنتج 57 بذرة قابلة للحياة من 134 تلقيحا9. حصل Hayase على بذور قابلة للحياة من C. moschata و C. pepo فقط عندما تم صنع الصلبان في الساعة 04:00 صباحا باستخدام حبوب اللقاح المخزنة عند 10 درجات مئوية طوال الليل19. عبر Baggett ثمانية أنواع مختلفة من C. moschata مع C. pepo (delicata) وأفاد أنه من بين 103 تلقيح إجمالي ، تم الحصول على 83 فاكهة بدت طبيعية ، لكن لم يحتوي أي منها على بذور قابلة للحياة8. في تقاطع بين C. pepo (S179) و C. moschata (NK) ، حصل Zhang et al. على 15 فاكهة تحتوي على 2994 بذرة ، لكن 12 فقط من هذه البذور كانت قابلة للحياة بينما أظهر الباقي تطورا بدائيا فقط. تشير هذه الدراسات إلى أنه على الرغم من أن العبور بين الأنواع بين C. moschata و C. pepo مفيد للغاية ، فإن الحصول على ثمار ببذور قابلة للحياة من الصلبان يتطلب16.
تم اقتراح إنقاذ الأجنة كطريقة مناسبة للتغلب على المشاكل الناشئة عن الإجهاض المبكر أو الأجنة ضعيفة النمو وهي واحدة من أقدم وأنجح تقنيات الزراعة في المختبر لتجديد الأجنة غير الناضجة16،20. يتضمن إنقاذ الأجنة الزراعة في المختبر للأجنة المتخلفة / غير الناضجة متبوعة بالنقل إلى وسط مغذي معقم لتسهيل استعادة الشتلات والنباتات الناضجة في النهاية21. على الرغم من أن إنقاذ الأجنة يستخدم بشكل شائع في تربية الاسكواش ، إلا أنه لا يوجد وصف تفصيلي للمنهجية المناسبة التي تسمح بتطبيقه الروتيني. تم الإبلاغ عن استخدام تقنية إنقاذ الأجنة للتغلب على حواجز التهجين بين الأنواع في أنواع القرعيات في وقت مبكر من عام 195422. ومع ذلك ، كان نجاح إنقاذ الأجنة في الدراسات المبكرة إما غير مبلغ عنه أو منخفضا جدا. أبلغ متولي وآخرون عن معدل نجاح بنسبة 10٪ (التجدد إلى نباتات ناضجة) بين 100 جنين هجين متعدد الأنواع تم إنقاذه من تقاطع بين C. pepo و C. martinezii23. أبلغ Sisko et al. عن معدل نجاح متغير لتجديد الأجنة بين الأجنة التي تم الحصول عليها من مجموعات متقاطعة مختلفة: كان معدل تجديد الهجينة التي تم الحصول عليها عن طريق عبور C. maxima (Bos. Max) و C. pepo (Gold Rush) 15.5٪ ، ل C. pepo (Zucchini) و C. moschata (Hokaido) كان 20٪ ، بينما بالنسبة ل C. pepo (Gold Rush) و C. moschata (Dolga) كان 37.5٪ 24. بالإضافة إلى النمط الوراثي ، تعد الوسائط وظروف الثقافة في المختبر من العوامل المهمة لنجاح التقنية25,26. في الدراسة الحالية ، تم اختبار مجموعات متقاطعة مختلفة بين C. moschata و C. pepo ، وتم تطوير منهجية بسيطة لاستخدام تقنية إنقاذ الأجنة في الاسكواش. إن تطوير تقنية إنقاذ أجنة بسيطة وقابلة للتكرار بسهولة سيسهل التهجين بين الأنواع وتعزيز الأصول الوراثية في برامج تربية الاسكواش.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك نوعان من الاختناقات الرئيسية للتهجين الناجح بين الأنواع بين C. moschata و C. pepo: حاجز التوافق المتقاطع ، والذي يتم تحديده من خلال استجابة النمط الجيني لإنتاج أجنة هجينة ، وحواجز ما بعد الإخصاب ، والتي تعيق تطور الأجنة الهجينة إلى البذور الطبيعية. كما تم الإبلاغ عنه سابقا للقرع ، ك?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية ، مشروع NRS رقم. FLA-TRC-006176 ومعهد جامعة فلوريدا لعلوم الأغذية والزراعة.
Materials
| ampicillin | Fisher Scientific | BP1760-5 | |
| autoclave | Steris | AMSCO LAB 250 | |
| balance | |||
| cefotaxime | Sigma Alfrich | C 7039 | |
| centrifuge tubes (1.5 ml) | Sigma Alfrich | T9661 | |
| detergent | |||
| ethanol, 95% | Decon Labs | 2805HC | |
| forceps | VWR | 82027-408 | |
| gellan gum | Caisson Laboratories | G024 | |
| growth chamber or illuminated shelf | |||
| laminar hood / biosafety cabinet | The Baker Company, Inc | Edgegard | |
| masking tape | Uline | S-11735 | |
| media bottle | |||
| Murashige & Skoog Medium | Research Products International | M10200 | |
| NPK fertilizer (20-20-20) | BWI Companies, Inc | PR200 | |
| Osmocote Plus fertilizer | BWI Companie,s Inc | OS90590 | |
| Parafilm M | Sigma Alfrich | P7793 | |
| Petri dish (60 x 15 mm) | USA Scientific, Inc | 8609-0160 | |
| plant pots | BWI Companies, Inc | NP4000BXL | |
| plastic food containers, reused | Oscar Mayer | 4470003330 | |
| plastic hang tags | Amazon | B07QTZRY6T | |
| potting mix | Jolly Gardener | Pro-Line C/B | |
| seedling starter trays | BWI Companies Inc | GPPF128S4 | |
| syringe filter (0.22 um ) | ExtraGene | B25CA022-S | |
| trellis support | The Home Depot | 2A060006 | |
| water bath |
References
- Paris, H. S., Grumet, R., Katzir, N., Garcia-Mas, J. Genetic Resources of Pumpkins and Squash, Cucurbita spp. Genetics and Genomics of Cucurbitaceae. Plant Genetics and Genomics: Crops and Models. 20, (2016).
- Gong, L., Stift, G., Kofler, R., Pachner, M., Lelley, T. Microsatellites for the genus Cucurbita and an SSR-based genetic linkage map of Cucurbita pepo L. Theoretical and Applied Genetics. 117 (1), 37-48 (2008).
- Paris, H. S., et al. Assessment of genetic relationships in Cucurbita pepo (Cucurbitaceae) using DNA markers. Theoretical and Applied Genetics. 106 (6), 971-978 (2003).
- Robinson, R. W., Decker-Walters, D. S. . Cucurbits. , (1997).
- Teppner, H. Cucurbita pepo (Cucurbitaceae)-history, seed coat types, thin coated seeds and their genetics. Phyton (Horn). 40 (1), 1-42 (2000).
- Hazra, P., Mandal, A. K., Dutta, A. K., Ram, H. H. Breeding pumpkin (Cucurbita moschata Duch. Ex Poir.) for fruit yield and other characters. International Journal of Plant Breeding. 1 (1), 51-64 (2007).
- Paris, H. S. History of the cultivar-groups of Cucurbita pepo. Horticultural Reviews-Westport Then New York. 25, 71 (2001).
- Baggett, J. R. Attempts to cross Cucurbita moschata (Duch.) Poir. ‘Butternut and C. pepo L. ‘Delicata’. The Cucurbit Genetics Cooperative. 2, 32-34 (1979).
- Erwin, A. T., Haber, E. S. Species and Varietal Crosses in Cucurbits. Agricultural Experiment Station, Iowa State College of Agriculture and Mechanical Arts. , (1929).
- Whitaker, T. W., Bohn, G. W. The taxonomy, genetics, production and uses of the cultivated species of Cucurbita. Economic Botany. 4 (1), 52-81 (1950).
- Bemis, W. P., Nelson, J. M. Interspecific hybridization within the genus Cucurbita I, fruit set, seed and embryo development. Journal of the Arizona Academy of Science. 2 (3), 104-107 (1963).
- Washek, R. L., Munger, H. M. Hybridization of Cucurbita pepo with disease resistant Cucurbita species. The Cucurbit Genetics Cooperative. 6, 92 (1983).
- Davoodi, S., Olfati, J. A., Hamidoghli, Y., Sabouri, A. Standard heterosis in Cucurbita moschata and Cucurbita pepo interspecific hybrids. International Journal of Vegetable Science. 22 (4), 383-388 (2016).
- De Oliveira, A. C. B., Maluf, W. R., Pinto, J. E. B., Azevedo, S. M. Resistance to papaya ringspot virus in summer squash Cucurbita pepo L. introgressed from an interspecific C. pepo× C. moschata cross. Euphytica. 132 (2), 211-215 (2003).
- Rakha, M. T., Metwally, E. I., Moustafa, S. A., Etman, A. A., Dewir, Y. H. Production of Cucurbita interspecific hybrids through cross pollination and embryo rescue technique. World Applied Sciences Journal. 20 (10), 1366-1370 (2012).
- Zhang, Q. I., Yu, E., Medina, A. Development of advanced interspecific-bridge lines among Cucurbita pepo, C. maxima, and C. moschata. HortScience. 47 (4), 452-458 (2012).
- Brown, R. N., Bolanos-Herrera, A., Myers, J. R., Miller Jahn, M. Inheritance of resistance to four cucurbit viruses in Cucurbita moschata. Euphytica. 129 (3), 253-258 (2003).
- Pachner, M., Paris, H. S., Winkler, J., Lelley, T. Phenotypic and marker-assisted pyramiding of genes for resistance to zucchini yellow mosaic virus in oilseed pumpkin (Cucurbita pepo). Plant Breeding. 134 (1), 121-128 (2015).
- Hayase, H. Cucurbita-crosses. XV. Flower pollination at 4 am in the production of C. pepo x C. moschata F1 hybrids. Japanese Journal of Breeding. 13 (2), 76-82 (1963).
- Reed, S. Embryo rescue. Plant development and biotechnology. , 235-239 (2004).
- Sharma, D. R., Kaur, R., Kumar, K. Embryo rescue in plants-a review. Euphytica. 89 (3), 325-337 (1996).
- Wall, J. R. Interspecific hybrids of Cucurbita obtained by embryo culture. Proceedings of the American Society of Horticultural Science. 63, 427-430 (1954).
- Metwally, E. I., Haroun, S. A., El-Fadly, G. A. Interspecific cross between Cucurbita pepo L. and Cucurbita martinezii through in vitro embryo culture. Euphytica. 90 (1), 1-7 (1996).
- Sisko, M., Ivancic, A., Bohanec, B. Genome size analysis in the genus Cucurbita and its use for determination of interspecific hybrids obtained using the embryo-rescue technique. Plant Science. 165 (3), 663-669 (2003).
- Giancaspro, A., et al. Optimization of an in vitro embryo rescue protocol for breeding seedless table grapes (Vitis vinifera L.) in Italy. Horticulturae. 8 (2), 121 (2022).
- Warchol, M., et al. The effect of genotype, media composition, pH and sugar concentrations on oat (Avena sativa L.) doubled haploid production through oat x maize crosses. Acta Physiologiae Plantarum. 40 (5), 1-10 (2018).
- Nepi, M., Pacini, E. Pollination, pollen viability and pistil receptivity in Cucurbita pepo. Annals of Botany. 72 (6), 527-536 (1993).
- Harvey, W. J., Grant, D. G., Lammerink, J. P. Physical and sensory changes during development and storage of buttercup squash. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 25 (4), 341-351 (1997).
- Moon, P., Meru, G. Embryo rescue of aged Cucurbita pepo seeds using squash rescue medium. Journal of Horticultural Science and Research. 2 (1), 62-69 (2018).
- Nuñez-Palenius, H. G., Ramírez-Malagón, R., Ochoa-Alejo, N. Muskmelon embryo rescue techniques using in vitro embryo culture. Plant Embryo Culture. , 107-115 (2011).
- Vining, K. J., Loy, J. B., McCreight, J. M. Seed development and seed fill in hull-less seeded cultigens of pumpkin (Cucurbita pepo L). Cucurbitaceae 98: Evaluation and Enhancement of Cucurbit Germplasm. , 64-69 (1998).
- Vining, K. J. . Seed development in hull-less-seeded pumpkin (Cucurbita pepo L.). , (1999).
