Anther culture properties of oat x wild red oat progenies and a search for RAPD markers associated with anther culture ability

Abstract

Ponsiviljelyn avulla voidaan indusoida kypsymättömistä siitepölyhiukkasista täysin homotsygoottisia kaksoishaploideja kasveja yhden sukupolven aikana. Tehokas haploidiajalostus hyödyntää tätä mahdollisuutta tuottaa vaihtelevista risteytysjälkeläisistä nopeasti täysin puhtaita linjoja. Kaksoishaploideja kasveja käytetään myös ominaisuuksien periytymisen tutkimiseen. Ponsiviljelyä rajoittaa kuitenkin sen onnistumisen vahva riippuvuus genotyypistä. Tätä ominaisuutta säätelevät useat riippumattomasti periytyvät geenit, jotka vaikuttavat prosessin eri vaiheissa määräten alkiorakenteiden induktiota, kasvien regeneroitumista sekä vihreiden ja albiinojen kasvien suhdetta. Kauran heksaploidin villin sukulaisen, susikauran (Avena sterilis L.) linja CAV 2648, on kokeissamme aiemmin tuottanut toistettavasti kaksoishaploideja kasveja. Kun ponsiviljelyssä täysin reagoimaton peltokauran (Avena sativa L.) lajike Puhti risteytettiin CAV 2648 linjan kanssa, vihreiden kasvien regeneroiminen jälkeläisistä onnistui. Tässä työssä tutkittiin mahdollisuutta tuoda susikaurasta peltokauraan ponsiviljelyä parantavia alleeleja risteytyksen ja kahden takaisinristeytyksen avulla. Lisäksi etsittiin ponsiviljelyyn kytkeytyneitä RAPD-geenimerkkejä, joiden avulla vaihtelevista risteytysjälkeläisistä voitaisiin tulevaisuudessa valita paremman ponsiviljeltävyyden omaavat linjat. Genotyypin havaittiin vaikuttavan kaikkiin testattuihin ponsiviljelyominaisuuksiin, joita olivat alkiorakenteiden induktio sekä vihreiden ja albiinojen kasvien erilaistuminen suhteessa ponsien määrään ja erilaistumisalustalle siirrostettujen alkiorakenteiden määrään. Eniten alkiorakenteita saatiin CAV 2648 linjasta, mutta vihreiden taimien regeneroituminen oli paras Puhti × CAV 2648 F2 risteytysjälkeläisistä. Ponsiviljelyn onnistuminen huononi nopeasti takaisinristeytyksissä, ja Puhti-lajike oli odotettavasti kaikkien mitattujen ominaisuuksien suhteen huonoin. Vanhempaisgenotyypit Puhti ja CAV 2648 testattiin 186 RAPD-alukkeella, joista 17 antoi elektroforeesigeelissä vanhempien välillä selvästi eriävän bändikuvion. Näiden 17 alukkeen tuottamat 53 geenimerkkiä testattiin 38:lla Puhti × CAV 2648 F2 kasvilla ja saatua dataa verrattiin samoista kasveista saatuun ponsiviljelydataan (jokaisesta kasvista 90 eristetystä ponnesta saadut ponsiviljelytulokset). Tilastoanalyysien perusteella neljän alukkeen tuottamat viisi geenimerkkiä olivat kytkeytyneet mitattuihin ponsiviljelyominaisuuksiin. Näistä OPX-11870 -merkki oli kytkeytynyt vihreiden sekä albiinojen regeneranttien tuottoon eristetyistä ponsista ja OPC- 10480 -merkki oli kytkeytynyt sekä vihreiden että kaikkien regeneroitujen kasvien yhteenlaskettuun tuottoon suhteessa sekä eristettyihin ponsiin että siirrostettuihin alkiorakenteisiin. Näistä merkeistä ensin mainittu oli peräisin CAV 2648 linjasta ja toinen yllättäen heikon ponsiviljelyvasteen omaavasta Puhti-lajikkeesta. Kirjallisuuden perusteella tämä ei ole tavatonta, vaan positiivisesti vaikuttavia alleeleja voi periytyä myös huonomman vasteen omaavasta genotyypistä, koska ponsiviljelyvaste on monimutkaisesti säädelty ominaisuus. Lisäksi löydettiin kolme CAV 2648 linjasta periytyvää merkkiä, jotka olivat kytkeytyneet alhaisiin induktio- ja regeneraatiotasoihin. Yhteenvetona voidaan todeta, että risteyttämällä peltokaura paremmat ponsiviljelyominaisuudet omaavan susikauran kanssa, jälkeläisten kaksoishaploidituotto paranee verrattuna huonompaan vanhempaan. Takaisinristeytyksissä peltokauraan ominaisuus häviää kuitenkin nopeasti. Tutkimuksessa löydettyjä geenimerkkejä käyttäen voitaisiin risteytysjälkeläisistä valita jatkoon niitä genotyyppejä, joilla on perimässään parempiin ponsiviljelyominaisuuksiin johtavia alleeleja.

A study was carried out to improve anther culture ability of the non-responsive cultivated oat, Avena sativa L. cv. Puhti by introgressing favourable alleles from the responsive wild red oat, Avena sterilis L. acc. CAV 2648. Anther culture ability of these parental lines and F2 progenies of their cross and two backcrosses was tested. Genotype effects were significant on all anther culture traits measured. The number of anther culture derived embryo-like structures was highest in acc. CAV 2648, and the number of green regenerants from the Puhti × CAV 2648 progeny. Anther culture response was greatly reduced in backcross progeny and was least in cv. Puhti. Random amplified polymorphic DNA (RAPD) was used to test for marker associations with oat anther culture traits in a population of 38 F2 progenies. Two RAPD markers were putatively associated with improved production of green regenerants (one derived from acc. CAV 2648 and the other from cv. Puhti). One marker putatively associated with decreased albino plant regeneration (derived from acc. CAV 2648). These markers might be useful for selecting alleles for better anther culture ability among progeny of planned crosses. In addition, three markers, derived from acc. CAV 2648, were putatively associated with decreased anther culture response rates.