Pollen ultrastructure in anther cultures of Datura innoxia. II. The generative-cell wall.

In young pollen grains of Datura innoxia, a wall of the usual hemispherical type separates the 2 gametophytic cells initially and, in the electron microscope, appears as an electron-translucent matrix which is contiguous with the intine. Before detachment of the generative cell from the intine, the matrix decreases in thickness and in places is dispersed altogether leaving the plasmalemmae on either side of it in close apposition. A particularly prominent zone, triangular in profile, is left where the wall joins with the intine. After detachment of the cell, remnants of the matrix can be seen distributed irregularly around the cell and it is supposed that these are partly derived from material in the triangular zone as the cell is drawn away from the intine. The wall residues persist throughout the maturation phase of the pollen and are considered to be either callose resulting from incomplete digestion of the initial wall, or some other polysaccharide material which is unevenly laid down along the wall and concentrated at the junction with the intine. In pollen induced into embryogenesis by anther culture, wall material is also distributed irregularly around the detached cell in a series of discrete zones, but these are more extensive than in vivo, closer together and in many instances highly dilated. The wall profiles thus have a beaded appearance, the 'beads' being connected together by short links of the 2 apposed plasmalemmae. The contents of the swollen zones have a similar electron density to that of the matrix in vivo but also show traces of a fibrillar component. It is postulated that this unusual swelling is a prelude to dispersal of the wall by disruption of the plasmalemmal links and to the establishment of cytoplasmic continuity between the 2 cells. The significance of such binucleate pollen grains in the formation of non-haploid embryos is discussed.

Quantitative trait loci and epistatic interactions in barley conferring resistance to net type net blotch (Pyrenophora teres f. teres) isolates.

Net type net blotch (NTNB) is an important barley disease in Australia and elsewhere, with significant yield reduction. This trait is important in selection along with other traits of quality and agronomic value. Two-hundred doubled-haploid lines were generated through anther culture from a cross between 'Pompadour' and 'Stirling'. Quantitative trait loci (QTL) were identified against five isolates of Pyrenophora teres f. teres, which represent virulences across Australia. QTL were mapped on chromosomes 3H and 6H using simple sequence repeat (SSR) markers. The resistance locus on 6H was detected with all isolates while the 3H locus was detected with two isolates. The 6H QTL from 'Pompadour' contributed resistance to isolates 97NB1, 95NB100 and NB81, whereas 6H QTL from 'Stirling' contributed resistance to isolates NB50 and NB52B. The 3H QTL from 'Pompadour' contributed resistance to NB50 and NB52B. Significant epistatic interactions were detected between QTL on 3H and 6H. These resistance QTL are a useful resource and identifying closely linked SSR markers with allelic combinations will facilitate in marker-assisted selection to develop NTNB resistant breeding lines.

玉米的单倍体育种及基因转化的研究

玉米的单倍体育种，是利用花药培养或孤雌生殖产生单倍体后，进行人工或自然加倍，迅速获得稳定的新品种的育种方法。单倍体育种可以缩短育种时间，单倍体培养体系如果作为转基因的受体，可保证外源基因在后代中稳定遗传，而不发生分离。因此，玉米单倍体育种无论在实践中还是在理论研究方面都具有重大的意义。 本文针对玉米花药培养中长期以来未能解决的诱导频率低、基因型之间差异大、小苗移栽不容易成活等问题，重点探讨了各种因素对玉米花药培养的影响。结果表明：不同基因型之间的诱导频率差异明显，杂交种的诱导频率比纯系高，并选择出诱导频率高达20%的材料“中0198”;接种时花药中的花粉处于单核中期时，其诱导频率最高;采用液体培养基比采用固体培养基诱导频率提高一倍;培养基中加入0.5%的活性炭，可使诱导频率由5.25%提高到9.35%;15%的蔗糖浓度对玉米的花药培养是最适宜的，培养2周后，将培养基的蔗糖浓度从15%调整为10%，将明显提高诱导频率;培养基中高浓度的KT和低浓度的BA有利于诱导体细胞胚的发生，而低浓度的KT和高浓度的BA有利于诱导芽的发生;接种前将花药在4℃条件下进行低温预处理，可将诱导频率从3.13%提高到11.71%;培养基中添加2 mg/l的多效唑，可有效地促进小苗的生根;再生植株于冬季拿到海南种植，可明显提高移栽的成活率。 在玉米孤雌生殖的实验中，将未受粉的玉米雌穗接种在成份为N6 + 2,4-D 1mg/L + NAA 1mg/L + BA 1mg/L + CH 200mg/L + colchicine 2 mg/L + sucrose 5% + agar 0.7% 的培养基上。第一轮实验共接种了三个材料的26个雌穗（约3900个未受精的子房）。每种材料均有单性结实，诱导频率由高到低分别3.06%，2.29%，1.90%。直接获得了5株再生植株，通过染色体检查，发现其中3株为单倍体（n=10），另外2株为二倍体。移栽到土壤中后，有4株成活，其中一株二倍体植株能够正常开花、结实。得到的种子播种于实验田中，表现整齐一致，有纯系的特征，而且出现了2株白化苗。通过石蜡切片初步观察了孤雌生殖的胚胎发生过程，发现胚胎发生是从胚囊里的单倍体细胞起源的。第二、三轮实验又接种了10个基因型的玉米材料，证实了上述结果。 外源基因转导是利用生物技术进行玉米育种的一个有效途径。本文首次尝试了用离体子房注射法对玉米进行基因转化。首先构建了含有开花促进因子基因FPF1及植物选择标记抗除草剂基因pat的植物表达载体pFBR，采用离体注射培养法，取授粉24小时后的玉米雌穗，剥去苞叶，在超净工作台进行微量注射，然后切成小块接种在培养基上，在光照培养箱内培养，3-4周可直接获得种子或小植株。种子萌发后进行植株抗性筛选和分子检测，共注射了3个品种的47个雌穗（约16450个子房）得到再生植株109株，其中经PPT筛选有抗性的植株为23株，占再生植株的21.1%。经PCR检测，13株植株有阳性反应。但Southern杂交检测有杂带出现。出现杂带的原因、RNA水平的分子检测、转基因后代T1代的分子检测和早开花农艺性状的观察，由于时间关系没有完成，还需要进一步的实验。实验初步证明了离体子房注射法对玉米进行基因转化的可行性，而且与田间注射法相比，此方法具有省力省时，容易控制污染，转化效率提高的优点, 克服了玉米培养再生植株受基因型限制的困境, 将为玉米分子育种的基因工程提供更易行的手段。 同时，也为子房较大的其它植物的基因转化提供了方法。

Doubled haploid ramets via embryogenesis of haploid tissue cultures

Tissue culture in the oil palm business is generally concerned with the multiplication (clonal production) of dura, pisifera and tenera palms. These are all normal diploids (2n=2x=36). Sumatra Bioscience has pioneered haploid tissue culture of oil palm (n=x=18). Haploid oil palm is the first step in producing doubled haploid palms which in turn provide parental lines for F1 hybrid production. Chromosome doubling is known to occur during embryogenesis in other haploid cultures, e.g. barley anther culture. Haploid tissue cultures in oil palm were therefore set up to investigate and exploit spontaneous chromosome doubling during embryogenesis. Flow cytometry of embryogenic tissue showed the presence of both haploid (n) and doubled haploid (2n) cells indicating spontaneous doubling. Completely doubled haploid ramets were regenerated suggesting that doubling occurred during the first mitoses of embryogenesis. This is the first report of doubled haploid production in oil palm via haploid tissue culture. The method provides a means of producing a range of doubled haploids in oil palm from the 1,000 plus haploids available at Sumatra Bioscience, in addition the method also produced doubled haploid (and haploid) clones. 1.

Cultura de anteras e embriogênese de genótipos selecionados de cevada (Hordeum vulgare L.ssp.vulgare)

A eficiência da técnica de cultura de anteras, em escala comercial, ainda pode ser considerada baixa quando medida em número de plantas duplo-haplóides férteis obtidas para cada antera estabelecida in vitro. Dessa forma, o presente trabalho é pioneiro no estudo detalhado da embriogênese in vitro do micrósporo e do grão de pólen de cevada (Hordeum vulgare L. ssp. vulgare). Com o objetivo de contribuir para o aperfeiçoamento da técnica de cultura de anteras foi analisada a embriogênese, com especial ênfase na etapa da indução, através de análises citológicas e histológicas de anteras cultivadas in vitro. Foram analisadas uma cultivar brasileira de cevada, em comparação com linhagens de duas outras cultivares brasileiras, que foram selecionadas, por seleção divergente para maior ou para menor resposta na indução da rota embriogênica e, respectivamente, para menor ou para maior capacidade de regenerar plântulas verdes. Somente foram estabelecidas em cultivo in vitro as anteras que apresentaram micrósporos e pólens jovens, das linhagens selecionadas da cultivar A-05 (S3A22 e S3A23), e da cultivar BR-2(S3B63 e, apenas na cultura de anteras, S3B61), bem como da cultivar MN-599 (nãoselecionada). Para as análises histológicas, foram fixadas, a cada dois dias, duas anteras, correspondentes a cada fileira da mesma espiga, após o início do cultivo in vitro. As anteras em cultivo e respectivas estruturas multicelulares foram fixadas em FAA 50%, desidratadas em série etílica e incluídas em hidroxietilmetacrilato. Os blocos de resina polimerizada foram secionados longitudinalmente com 3 mm de espessura. Para as análises citológicas foram fixadas, de cada espiga recém-coletada, três espiguetas sendo uma da base, outra do meio e outra do ápice. Após o pré-tratamento à baixa temperatura (5 °C), porém antes do cultivo in vitro, foram fixadas três anteras (amostras utilizadas como controles). A cada três dias, durante o cultivo, três anteras foram fixadas (até 18 dias). As anteras em cultivo e estruturas multicelulares foram fixadas em Farmer e FAA 50%, transferidas após 24 horas para etanol 70%. Na cultura in vitro das anteras houve diferenças entre uma das linhagens da cultivar A-05 em relação a cultivar MN- 599, na produção inicial de estruturas embriogênicas, diferença que desapareceu na produção total. Entretanto, houve diferenças na formação dos xiii embriões: a cv.MN-599 formou embriões bem diferenciados ao passo que a linhagem S3A22 produziu um número aparentemente menor, sendo que os embriões não eram bem diferenciados. A linhagem S3B63 não apresentou embriões até o final da análise histológica. Considerando que a amostra dessa linhagem, mantida em cultura, formou plantas verdes, pode-se propor que a formação de embriões deve ocorrer posteriormente ao desenvolvimento da cv.MN-599. Cabe destacar que houve diferenças significativas entre as cultivares A-05 e BR-2 quanto à regeneração de plântulas verdes. Esses resultados indicam ter havido maior eficiência da seleção em relação à etapa da regeneração. Com relação às categorias classificatórias dos micrósporos e grãos de pólen, constatou-se que desde o início da análise histológica (2o dia de cultivo in vitro) até o final (34o dia), foram observados micrósporos, o mesmo tendo sido observado na análise citológica. Os grãos de pólen multinucleados ocorreram praticamente em todo o período de cultivo in vitro, em ambas análises; não ocorrendo nos controles da citologia (antes do cultivo); os multinucleados foram observados a partir do 3o dia, enquanto que os multicelulares a partir do 4o dia de cultivo. As estruturas multicelulares foram observadas a partir do 8o dia. A quantidade e o tamanho das estruturas multicelulares foram variáveis ao longo da análise histológica, sendo que do 14o ao 20o dia foram encontradas as de maiores dimensões, resultantes da proliferação celular por mitoses sucessivas. A partir do 22o dia (cultivar MN- 599), a ocorrência de estruturas multicelulares no interior dos lóculos da antera diminuiu, predominando o processo de proliferação externo às anteras. Para as linhagens, a partir do 18o dia foram observadas estruturas multicelulares liberadas das anteras. A análise das estruturas multicelulares permitiu classificá-las em quatro categorias: 1. SFD: Sem forma definida; 2. MAC: meristema apical caulinar; 3. MAR: meristema apical radical embrionário adventício; e 4. Embriões. As estruturas amorfas apareceram em maior número, quando comparadas com as outras categorias. Em síntese: as linhagens selecionadas e a cultivar diferiram não apenas no tempo necessário para a formação dos embriões, mas também no desenvolvimento dos mesmos, que foi mais diferenciado na cultivar MN-599, porém sendo observados mais cedo na linhagem S3A22 e S3A23, do que na cultivar MN-599.