Reagents, media and cell lines for tissue culture and virus propagation /

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ASSESSING THE DETERMINANTS OF TISSUE CULTURE BANANA ADOPTION IN WESTERN KENYA

In this study cross-section data was used to analyze the effect of farmers’ demographic, socioeconomic and institutional setting, market access and physical attributes on the probability and intensity of tissue culture banana (TCB) adoption. The study was carried out between July 2011 and November 2011. Both descriptive (mean, variance, promotions) and regression analysis were used in the analysis. A double hurdle regression model was fitted on the data. Using multistage sampling technique, four counties and eight sub-locations were randomly selected. Using random sampling technique, three hundred and thirty farmers were selected from a list of banana households in the selected sub-locations. The adoption level of tissue culture banana (TCB) was about 32%. The results also revealed that the likelihood of TCB adoption was significantly influenced by: availability of TCB planting material, proportion of banana income to the total farm income, per capita household expenditure and the location of the farmer in Kisii County; while those that significantly influenced the intensity of TCB adoption were: occupation of farmers, family size, labour source, farm size, soil fertility, availability/access of TCB plantlets to farmers, distance to banana market, use of manure in planting banana, access to agricultural extension services and index of TCB/non-TCB banana cultivar attributes which were scored by farmers. Compared to West Pokot County, farmers located in Bungoma County are more significantly and likely to adopt TCB technology. Therefore, the results of the study suggest that the probability of adoption and intensity of the use of TCB should be enhanced. This can be done by taking cognizance of these variables in order to meet the priority needs of the smallholder farmers who were the target group. This would lead to alleviating banana shortage in the region for enhanced food security. Subsequently, actors along the banana value chain are encouraged to target the intervention strategies based on the identified farmer, farm and institutional characteristics for enhanced impact on food provision. Opening up more TCB multiplication centres in different regions will make farmers access the TCB technology for enhanced impact on the target population.

In vitro breeding strategies in the development of Australian native plants

Plant tissue culture is a technique that exploits the ability of many plant cells to revert to a meristematic state. Although originally developed for botanical research, plant tissue culture has now evolved into important commercial practices and has become a significant research tool in agriculture, horticulture and in many other areas of plant sciences. Plant tissue culture is the sterile culture of plant cells, tissues, or organs under aseptic conditions leading to cell multiplication or regeneration or organs and whole plants. The steps required to develop reliable systems for plant regeneration and their application in plant biotechnology are reviewed in countless books. Some of the major landmarks in the evolution of in vitro techniques are summarised in Table 5.1. In this chapter the current applications of this technology to agriculture, horticulture, forestry and plant breeding are briefly described with specific examples from Australian plants when applicable.

In Vitro Conditions for a Successful Biolistics transformation System of Pineapples (ananas comosus merr.), in 'Contributing to a Sustainable Future'

In order to develop an efficient and reliable biolistics transformation system for pineapples parameters need to be optimised for growth, survival and development of explants pre- and post transformation. We have optimised in vitro conditions for culture media for the various stages of plant and callus initiation and development, and for effective selection of putative transgenic material. Shoot multiplication and proliferation is best on medium containing MS basic nutrients and vitamins with the addition of 0.1 mg/L myo-inositol, 20 g/L sucrose, 2.5 mg/L BAP and 3 g/L Phytagel, followed by transfer to basic MS medium for further development. Callus production on leaf base explants is best on MS nutrients and vitamins, to which 10 mg/L of BAP and NAA each was added. Optimum explant age for bombardment is 17-35 week old callus, while a pre-bombardment osmoticum treatment in the medium is not required. By comparing several antibiotics as selective agent, it has been established that a two-step selection of 2 fortnightly sub-cultures on 50 μg/mL of geneticin in the culture medium, followed by monthly sub-cultures on 100 μg/mL geneticin is optimal for survival of transgenic callus. Shoot regeneration from callus cultures is optimal on medium containing MS nutrients and vitamins, 5% coconut water and 400 mg/L casein hydrolysate. Plants can be readily regenerated and multiplied from transgenic callus through organogenesis. Rooting of shoots does not require any additional plant hormones to the medium. A transformation efficiency of 1 – 3.5% can be achieved, depending on the gene construct applied.

The Introduction of Transgenes to Control Blackheart in Pineapple: Biolistics Vs Agrobacterium Transformation, in 'Contributing to a Sustainable Future'

Techniques for the introduction of transgenes to control blackheart by particle bombardment and Agrobacterium co-transformation have been developed for pineapple cv. Smooth Cayenne. Polyphenol oxidase (PPO) is the enzyme responsible for blackheart development in pineapple fruit following chilling injury. Sense, anti-sense and hairpin constructs were used as a means to suppress PPO expression in plants. Average transformation efficiency for biolistics was approximately 1% and for Agrobacterium was approximately 1.5%. These results were considered acceptable given the high regeneration potential of between 80-90% from callus cultures. Southern blot analysis revealed stable integration of transgenes with lower copy number found in plants transformed with Agrobacterium compared to those transformed by biolistics. Over 5000 plants from 55 transgenic lines are now undergoing field evaluation in Australia

Effect of micro-propagation on the health status of strawberry planting material for commercial production of strawberry runners for Queensland

Plant tissue culture has been used for a number of years to produce micropropagated strawberry plants for planting into runner growing beds in the Stanthorpe (Queensland) and Bothwell (Tasmania) regions. This process has allowed the rapid release of new cultivars from the LAWS (Late Autumn, Winter, Spring) breeding program into the current runner production system. Micro-propagation in vitro allows plants to be produced during the autumn and winter months, when mother plants would normally be in a fruit production phase in the field in Queensland. The plants produced are of a high health status when they are planted. The subsequent arrival and build up of various diseases in the runner fields are closely monitored. Using tissue culture for the first generation reduces the time the plants spend in the field by twelve months, reducing disease incidence. To date, any disease outbreak has been successfully managed using early detection and rapid response methods.

Produção de carotenoides em culturas in vitro de Cleome rosea Vahl ex DC (Capparaceae) e avaliação de sua toxicidade e potencial antioxidante

A produção e a otimização de substâncias de valor medicinal têm sido alcançadas pelo uso das técnicas de cultura de tecidos vegetais, que têm apresentado grande relevância quando se considera o status de conservação de uma espécie ou sua ocorrência em ambientes ameaçados. No presente trabalho foi avaliada a produção de carotenoides em culturas de calos e células em suspensão de Cleome rosea Vahl ex DC, espécie nativa encontrada em áreas de restinga nos estados do Rio de Janeiro e de São Paulo. Plantas micropropagadas obtidas a partir de raízes produzidas in vitro foram usadas como fonte de explantes para o início das culturas de calos. A produção de massa calogênica foi avaliada em meio MS suplementado com diferentes concentrações das auxinas ácido 2,4-diclorofenoxiacético e ácido 4-amino- 3,5,6-tricloropicolínico, na presença de luz ou no escuro. O uso de diferentes meios básicos de cultura (B5, Nitsch, White) também foi avaliado. A calogênese foi induzida em todos os tratamentos, entretanto a maior produção de biomassa foi alcançada pelas culturas mantidas na presença de luz. A maior produção de massa calogênica foi obtida em culturas iniciadas no meio MS suplementado com 0,2 mg.L-1 de 2,4-D. A exposição das culturas à luz foi um fator essencial para a produção de carotenoides, que só ocorreu nas culturas mantidas nessa condição. Culturas de calos foram submetidas a tratamentos com substâncias elicitoras (extrato de levedura, metil jasmonato, quitosana) em diferentes concentrações e por um período de exposição de sete ou 14 dias visando otimizar a produção do pigmento. A maior produção de carotenoides nas culturas elicitadas foi alcançada com o tratamento com metil jasmonato (MJ) na concentração de 300 μM, independentemente do tempo de exposição ao elicitor. Análises cromatográficas mostraram que o processo de elicitação com MJ induziu ao aumento na produção de β-caroteno. Calos elicitados nessa condição foram usados para iniciar culturas de células em suspensão (CCS). Estas culturas foram acompanhadas por três subculturas realizadas a cada 20 dias, durante a fase exponencial de crescimento. Embora as CCS tenham mantido uma produção de biomassa constante ao longo das subculturas, os valores de produção de carotenoides foram inferiores àqueles alcançados pelas culturas de calos e não houve diferenças estatísticas significativas quando comparadas às CCS iniciadas a partir de calos não elicitados. Extratos de calos produzidos em meio MS suplementado com 0,2 mg.L-1 de 2,4-D foram avaliados quanto à sua capacidade antioxidante por meio da incubação dos extratos com DNA plasmidial em presença de cloreto estanoso (SnCl2), um potente agente redutor capaz de produzir quebras na molécula de DNA. Os extratos foram avaliados em concentrações crescentes (25 - 500 μg.mL-1) e apresentaram uma proteção dose dependente à ação do SnCl2. Estudos de toxicidade com o modelo de Artemia salina demonstraram que os extratos não apresentaram toxicidade nas concentrações avaliadas. Os resultados alcançados mostram que a elicitação foi eficiente para a otimização da produção de β-caroteno nas culturas in vitro e que os extratos obtidos a partir desses materiais apresentaram atividade antioxidante, indicando o êxito das técnicas de cultura de tecidos para a produção deste metabólito sob condição in vitro.

Avaliação do potencial leishmanicida e antibacteriano de Annona mucosa (Jacq.) - Annonaceae cultivada in vitro e in vivo

A biodiversidade brasileira abrange plantas de importância medicinal que podem ser utilizadas na formulação de novos fármacos. Contudo, tem sido reduzida em velocidade alarmante, em função de diferentes ações antrópicas. A cultura de tecidos vegetais propicia a conservação e uso do germoplasma permitindo a obtenção de substâncias de importância medicinal. As leishmanioses são consideradas um problema de saúde pública mundial sendo a espécie Leishmania braziliensis de maior importância epidemiológica no Brasil. Recentemente tem-se registrado aumento da resistência à linha de tratamento usual. Do mesmo modo, o uso indiscriminado de antibióticos levou ao aumento de bactérias multirresistentes, que representam sério risco de infecção. A espécie Annona mucosa (Jacq.) possui substâncias, como acetogeninas e alcaloides, que apresentam atividades antiparasitária e antimicrobiana. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial leishmanicida e antibacteriano de extratos de A. mucosa de material produzido in vitro e in vivo. Foi proposto um protocolo de germinação in vitro, ainda não reportada para a espécie, com vistas à obtenção de plântulas axênicas. Em meio WPM foram cultivados explantes hipocotiledonares e foliares em meio MS, suplementados com PIC e diferentes concentrações de KIN, BAP ou TDZ. Os calos obtidos foram cultivados em meio líquido de mesma composição para a produção de suspensões celulares. Os materiais foram submetidos à extração metanólica e posterior fracionamento em hexano e diclorometano. Para a avaliação da atividade dos extratos sobre L. braziliensis foi usado o modelo in vitro, com a forma promastigota, e in vivo na forma amastigota, a partir do tratamento de macrófagos peritoneais de camundongos infectados com o parasito. Ambas as formas foram tratadas com os extratos por 96 e 48h, respectivamente. A atividade antimicrobiana foi avaliada por macrodiluição do extrato em Mueller-Hinton, sendo avaliado o crescimento das cepas após 16h de incubação a 48C. A germinação in vitro da espécie foi alcançada em substrato vermiculita estéril umedecido com solução de sais do meio MS, com taxa média de 85%. A maior produção de calos friáveis foi obtida em meios contendo KIN, com potencial uso para cultivo em suspensões celulares. Os extratos do material in situ e in vitro apresentaram atividade leishmanicida, apesar da toxicidade para macrófagos. Culturas de células em suspensão apresentaram potencial leishmanicida in vitro e redução da infecção em macrófagos. Os extratos do material avaliado apresentaram atividade antimicrobiana seletiva, com inibição do crescimento de Streptococcus pyogenes e Bacillus thurigiensis em diferentes concentrações avaliadas. Os métodos biotecnológicos empregados permitiram a obtenção de materiais com propriedades medicinais para as atividades leishmanicida e antibacteriana, assim como o material in vivo, constituindo este estudo o primeiro relato para as atividades propostas em A. mucosa.

重离子束辐照对植物组织培养及转基因操作的影响

目的：建立重离子束辐照结合植物组织培养技术进行植物诱变的新方法，使用该方法率先开展植物组织细胞的传能线密度（LET）生物学效应的研究，尝试重离子束辐照结合农杆菌转染及质粒微注射法转基因操作。 材料与方法：采用兰州重离子研究装置(HIRFL)加速的碳离子束辐照非洲紫罗兰、丽格海棠、新几内亚凤仙以及紫花苜蓿的外植体，测定形态学指标，计算不同外植体的相对生物学效应（RBE）。以非洲紫罗兰叶片外植体为对象研究RBE随LET的变化关系。使用氖离子束辐照烟草叶片外植体结合农杆菌转染方法进行赤霉素4（GA4）基因转染实验；使用碳离子束辐照苜蓿愈伤组织结合质粒微注射方法进行β－葡萄糖苷酸酶（GUS）基因转染实验。 结果： 1. 不同剂量的936MeV的碳离子束和8MV的X射线辐照三种花卉及一种牧草的外植体后，基于存活率的RBE值分别为2.3、1.6、2.1和4.0； 2. LET值在31~151keV/μm区间的碳离子束辐照非洲紫罗兰叶片外植体。基于鲜重增殖（FWI）的RBE值随LET的增加而增加，151keV/μm时达到最高值6.7； 3. 烟草离体叶片外植体经过5Gy的1600MeV氖离子束辐照后进行农杆菌转基因操作，最终获得转染率为3.9%，单纯农杆菌转基因的转染效率为3.2%； 4. 20Gy的936MeV的碳离子束辐照苜蓿愈伤组织后结合组织表面pBI121质粒溶液微量注射处理后，获得GUS基因瞬间表达效率高达84.6%。 结论： 1. 不同花卉植物组织培养用外植体的辐照敏感性不同，本研究发现丽格海棠的辐射敏感性最高，其次是新几内亚凤仙，非洲紫罗兰的最不敏感； 2. 不同花卉植物外植体经离子束辐照诱变处理后，得到的再生植株突变类型不尽相同，主要包括叶的突变和茎的突变； 3. RBE的随LET的增大而增加可以归因于离子在生物体中能量沉积的增加，研究发现各生物学终止点受到损伤或者抑制的程度基本上是随着LET的增大而增大； 4. 通过离子束辐照结合植物组织培养方法最终获得了非洲紫罗兰叶绿素缺失突变体，该突变体通过植物组织培养技术能够稳定遗传； 5. 中能氖离子束辐照能够略微提高烟草农杆菌转基因的转化效率，辐照能够使再生植株花期提前； 6. 中能碳离子束辐照结合苜蓿愈伤组织表面微量注射质粒溶液法进行转基因操作能获得更高的基因转染效率

Micropropagation of Begonia and a study of genome stability in Begonia rex

The development of procedures and media for the micropropagation of B. rex are described. Media for the production of plantlets from a number of other Begonia hybrids are also provided. Growth analysis data is given for plants produced in vivo from leaf cuttings and in vitro from mature leaf petioles and immature leaves derived from singly and multiply recycled axenic plantlets. No significant difference was found in phenotype or quantitative vegetative characters for any of the populations assessed. The results presented from studies on the development of broad spectrum media for the propagation of a number of B. rex cultivars using axenic leaf explants on factorial combinations of hormones illustrate the major influence played by the genotype on explant response in vitro and suggest media on which a range of B. rex cultivars may be propagated. Procedures for in vitro irradiation and colchicine treatments to destabilize the B. rex genome have also been described. Variants produced from these treatments indicate the utility of in vitro procedures for the expression of induced somatic variation. Colour variants produced from irradiation treatment have been cultured and prove stable. Polyploids produced as variants from irradiation treatment have been subcultured but prove unstable. Media for the induction and proliferation of callus are outlined. The influence of callus subculture and aging on the stability of the B. rex genome is assessed by chromosomal analysis of cells, in vitro and in regenerants. The B. rex genome is destabilized in callus culture but attenuation of variation occurs on regeneration. Diploid cell lines are maintained in callus subcultures and supplementation of regenerative media with high cytokinin concentrations, casein hydrolysate or adenine failed to produce variants. Callus aging however resulted in the production of polyploids. The presence and expression of pre-existing somatic variation in B. rex pith and root tissue is assessed and polyploids have been produced from pith tissues cultured in vitro. The stability of the B. rex genome and the application of tissue culture to micropropagation and breeding of B. rex are discussed.

Meios de cultura no desenvolvimento de ápices caulinares de mamoneira (Ricinus communis L.) in vitro

A pesquisa da composição do meio de cultura mais adequado à espécie vegetal e ao tipo de explante empregado é o fator de maior relevância da cultura de tecidos. O cultivo de ápice caulinar com recuperação da planta matriz é uma técnica de grande impacto para a propagação de plantas in vitro, regeneração de plantas livres de vírus, conservação de germoplasma e modificação genética. Objetivou-se, neste trabalho, avaliar composições do meio de cultivo para organogênese direta in vitro a partir de ápices caulinares pertencentes à população FCA-UNESP-PB de mamoneira (Ricinus communis L.), com vistas à propagação clonal de genótipos elite. Foram testadas quatro formulações: MS básico (T1), MS modificado 1 (T2), MS modificado 2 (T3) e WPM (T4), em delineamento experimental inteiramente casualizado, com 20 repetições em cada tratamento, sendo a repetição 1 ápice caulinar/frasco. O T3 apresentou-se superior e diferiu significativamente dos outros tratamentos apresentando 35% dos ápices caulinares diferenciados e desenvolvidos; seguiu-se o T2 com 10% e os tratamentos T1 e T4 não apresentaram diferenciação de tecidos. Os resultados permitiram concluir que os balanceamentos de sais minerais nos meios de cultura avaliados, especialmente a relação NO3 / NH4 e ausência de FeSO4.7H2O, indicaram grande influência no desenvolvimento de ápices caulinares de mamoneira.

In vitro growth of Brassocattleya orchid hybrid in different concentrations of KNO3, NH4NO3 and benzylaminopurine

Entre as maiores aplicações da cultura de tecidos de plantas está a propagação massal de mudas de plantas ornamentais. O objetivo deste trabalho foi avaliar o cultivo in vitro de um híbrido de orquídea Brassocattleya em diferentes concentrações de NH4NO3, KNO3 e BAP. Foram utilizadas sementes do híbrido de orquídea Brassocattleya 'Pastoral' e as plantas foram cultivadas em meio MS com redução pela metade das fontes de P, Mg e Ca e adição de 25 g L-1 de sacarose, 100 mg L-1 de mio-inositol, 1,5 g L-1 de carvão ativo e 6,5 g L-1 de ágar-ágar, sendo o pH ajustado para 5,8. Como tratamentos foram usados quatro concentrações dos sais NH4NO3 e KNO3 (2x; 1x; ½ e ¼ do meio MS) e três concentrações de BAP (0,0; 0,5 e 1,0 mg L-1). Avaliou-se a multiplicação, o crescimento em altura, massa fresca e seca, além dos teores de açucares redutores na massa seca das mudas. Observou-se grande influência das doses de NH4NO3 e KNO3 sobre o crescimento em altura das mudas, massa fresca e seca e teores de açucares redutores em Bc. ('Pastoral' x Auto). A dose de ¼ da utilizada no meio MS promoveu aumento significativo do crescimento das plantas. Para multiplicação, houve melhor resultado com a dose de ½ dos sais NH4NO3 e KNO3 utilizados no meio MS e 1,0 mg L-1 de BAP.