Desenvolvimento de populações duplo-haplóides de cevada cervejeira associadas à atividade das enzimas (1-3, 1-4)-β-glucanases / Development of doubled-haploids populations in malting barley associated to activity of enzymes (1-3, 1-4)-β-glucanases

Populações duplo-haplóides apresentam especial vantagem para análises genéticas, uma vez que a informação que elas oferecem pode ser maximizada, devido ao fato que todos os locos encontram-se em homozigose. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de duas populações duplo-haplóides (DHs) de cevada (Hordeum vulgare ssp. vulgare L.) segregantes para a atividade das enzimas (1-3, 1-4)-β-glucanases, através da técnica de cultura de anteras. Foram realizados dois cruzamentos com cultivares contrastantes para esta característica. As cultivares parentais selecionadas foram 'MN 698' e 'CEV 97047', para o desenvolvimento da população "malte verde" (MV), e 'Embrapa 127' e 'CEV 96025' para o desenvolvimento da população "malte seco" (MS). Foram cultivadas 10.734 anteras da população MS e 4.139 anteras da população MV. A população MV produziu 50 por cento mais plântulas verdes quando comparada à população MS, refletindo a importância do genótipo na resposta à cultura de anteras e na regeneração. A maioria das plantas adultas duplo-haplóides foi obtida através da duplicação espontânea in vitro do genoma haplóide, ocorrendo em 66 por cento das plantas da população MS e 76 por cento das plantas da população MV. Também foram observadas, em menor frequência, plantas haplóides, triplóides e tetraplóides. Através da técnica de cultura de anteras, foram desenvolvidas 204 linhagens duplo-haplóides, das quais 72 linhagens são da população "malte seco" e 132 linhagens são da população "malte verde". Este material constitui um importante germoplasma para o melhoramento genético da cevada.

Doubled haploid populations offer special advantages in genetic analyses, since the information they provide may be maximized due to the fact that all loci are homozygous. The aim of this study was to develop two barley (Hordeum vulgare ssp.vulgare L.) doubled-haploid (DHs) populations segregating to (1-3, 1-4)-β-glucanases activity, utilizing the anther culture protocol. Two crosses were performed with contrasting cultivars to (1-3, 1-4)-β-glucanases activity. Parental cultivars used were 'MN 698' and 'CEV 97047' for the development of 'green malt' population (MV) and Embrapa 127 and 'CEV 96025' for the development of "dry malt" population (MS). For the MS and MV populations, 10,734 and 4,139 anthers were cultured, respectively. MV population produced 50 percent more green seedlings as compared to MS population, which reflects the importance of genotype to the culturing of anthers and to regeneration. Most doubled-haploid adult plants were obtained by in vitro spontaneous duplication of the haploid genome, which occurred in 66 percent of plants from the MS population and 76 percent of plants from the MV population. Haploid, triploid and tetraploid individuals were also observed, though at low frequencies. The anther culture protocol afforded to develop 204 double-haploid lineages, of which 72 were generated by the 'dry malt' population and 132 from the "green malt" population. This material should be considered as important germplasm for barley genetic improvement.

Haplodiploid androgenetic breeding in oat: genotypic variation in anther size and microspore development stage

Oat (Avena spp.) is poorly responsive to the haplodiploidization process, which leads to the production of homozygous lines in one step, increasing breeding efficiency. Androgenetic haploids in small grain cereal crops are obtained from microspores cultured at the mononucleate stage, which can be identified by the size of anthers. In order to identify the appropriate anther size for in vitro culture, microspore cytological analyses were made in Avena sativa cultivars UPF 7, UPF 18, UFRGS 14, Stout and Avena sterilis CAV 3361, cultivated in growth chamber under controlled light and temperature conditions. Variation was observed within and among genotypes for anther size at each microspore developmental stage and according to the position of spikelets in the panicle. Architecture variation in panicle shape and non-linear microsporogenesis maturation increased the challenge of identifying potentially androgenetic oat anthers. Cytological screening before culture is critical in identifying microspores at the right stage for oat androgenesis.

A aveia (Avena spp.) tem sido pouco responsiva à haplodiploidização, um processo que aumenta a eficiência da seleção no melhoramento por gerar, em uma etapa, linhas puras homozigóticas. A fase mononucleada do micrósporo é critica para o sucesso da androgênese in vitro nos cereais de inverno e, em geral, pode ser inferida pelo tamanho da antera. Foram medidas anteras e analisados citológicamente micrósporos das cultivares de Avena sativa UPF 7, UPF 18, UFRGS 14, Stout e da linhagem CAV 3361 de Avena sterilis, cultivadas em câmaras de crescimento sob temperaturas dia-noite variando de 16ºC a 9ºC e 12 horas de intensidade luminosa de 300 mol m-2 s-1. O tamanho das anteras em cada fase de desenvolvimento dos micrósporos variou significativamente entre genótipos e de acordo com a região de inserção das espiguetas na panícula. A variação na arquitetura da panícula e a maturação não linear das espiguetas aumentam as dificuldades para a identificação das anteras potencialmente androgenéticas e podem explicar, em parte, os baixos resultados da androgênese na aveia. Os dados mostram a necessidade de uma análise citológica prévia para auxiliar a determinar a fase ideal de desenvolvimento dos micrósporos potencialmente responsivos à cultura de anteras, para o uso da androgenese na aveia.

Haplodiploid androgenetic breeding in oat: genotypic variation in anther size and microspore development stage

Oat (Avena spp.) is poorly responsive to the haplodiploidization process, which leads to the production of homozygous lines in one step, increasing breeding efficiency. Androgenetic haploids in small grain cereal crops are obtained from microspores cultured at the mononucleate stage, which can be identified by the size of anthers. In order to identify the appropriate anther size for in vitro culture, microspore cytological analyses were made in Avena sativa cultivars UPF 7, UPF 18, UFRGS 14, Stout and Avena sterilis CAV 3361, cultivated in growth chamber under controlled light and temperature conditions. Variation was observed within and among genotypes for anther size at each microspore developmental stage and according to the position of spikelets in the panicle. Architecture variation in panicle shape and non-linear microsporogenesis maturation increased the challenge of identifying potentially androgenetic oat anthers. Cytological screening before culture is critical in identifying microspores at the right stage for oat androgenesis.

A aveia (Avena spp.) tem sido pouco responsiva à haplodiploidização, um processo que aumenta a eficiência da seleção no melhoramento por gerar, em uma etapa, linhas puras homozigóticas. A fase mononucleada do micrósporo é critica para o sucesso da androgênese in vitro nos cereais de inverno e, em geral, pode ser inferida pelo tamanho da antera. Foram medidas anteras e analisados citológicamente micrósporos das cultivares de Avena sativa UPF 7, UPF 18, UFRGS 14, Stout e da linhagem CAV 3361 de Avena sterilis, cultivadas em câmaras de crescimento sob temperaturas dia-noite variando de 16ºC a 9ºC e 12 horas de intensidade luminosa de 300 mol m-2 s-1. O tamanho das anteras em cada fase de desenvolvimento dos micrósporos variou significativamente entre genótipos e de acordo com a região de inserção das espiguetas na panícula. A variação na arquitetura da panícula e a maturação não linear das espiguetas aumentam as dificuldades para a identificação das anteras potencialmente androgenéticas e podem explicar, em parte, os baixos resultados da androgênese na aveia. Os dados mostram a necessidade de uma análise citológica prévia para auxiliar a determinar a fase ideal de desenvolvimento dos micrósporos potencialmente responsivos à cultura de anteras, para o uso da androgenese na aveia.

ANDROGÊNESE: UMA ROTA ALTERNATIVA NO DESENVOLVIMENTO DO PÓLEN

Androgenesis is a phenomenon in which pollen grain changes its developmental pathway giving rise to haploid sporophyte. This alternative ontogenetic process is still not completely understood despite of its potencial to basic and applied studies, including crop improvement. The present article has the purpose of reviewing the factors related to the deviation of normal gametophytic route and the fundamental mechanisms of pollen embryogenesis induction.

A androgênese é o fênomeno no qual um grão de pólen é capaz de alterar sua rota de desenvolvimento e originar um esporófito haplóide. Este processo ontogenético alternativo ainda é pouco conhecido, apesar de sua potencialidade tanto para estudos básicos como àqueles aplicados para melhoramento de plantas. O presente artigo tem como propósito revisar os fatores envolvidos no desvio da via gametofítica normal e os mecanismos fundamentais na indução da embriogênese do pólen.

Androgênese: uma rota alternativa no desenvolvimento do pólen

Androgenesis is a phenomenon in which pollen grain changes its developmental pathway giving rise to haploid sporophyte. This alternative ontogenetic process is still not completely understood despite of its potencial to basic and applied studies, including crop improvement. The present article has the purpose of reviewing the factors related to the deviation of normal gametophytic route and the fundamental mechanisms of pollen embryogenesis induction.

A androgênese é o fênomeno no qual um grão de pólen é capaz de alterar sua rota de desenvolvimento e originar um esporófito haplóide. Este processo ontogenético alternativo ainda é pouco conhecido, apesar de sua potencialidade tanto para estudos básicos como àqueles aplicados para melhoramento de plantas. O presente artigo tem como propósito revisar os fatores envolvidos no desvio da via gametofítica normal e os mecanismos fundamentais na indução da embriogênese do pólen.

Efeitos do estádio de desenvolvimento da antera e da radiação gama na formação de calos derivados de anteras de tomate

Two experiments were carried (I) to determine tomato anther development stage influence on callus production; and (II) to investigate gamma radiation effects on anther culture. In the first experiment, anthers of a tomato hybrid (IPA 5 x Rotam 4 - F1) were grown on three media. Although calli were induced at all stages of anther development, varying from prophase I to mononucleate microspore, callus frequency decreased as anther development progressed and calli induction were not significantly affected by all media tested. Anthers containing prophase I meiocytes produced the highest calli frequency. Anther and flower bud length both were significantly correlated with anther development stage. In the second experiment, seeds and floral buds of tomato hybrids IPA 5 x Rotam 4 (F2), IPA 6 x Rotam 4 (F2) and IPA 8 x 217.1 (F2) were submitted to gamma-ray and anthers were plated on two media described by Gresshoff & Doy (1972) supplemented with 2.0 mg L-1 NAA + 5.0 mg L-1 KIN and 2.0 mg L-1 NAA + 1.0 mg L-1 KIN. No significant differences for genotype and dosage tested were found for calli formation.

Este trabalho foi conduzido visando: (I) determinar a influência do estádio de desenvolvimento de anteras de tomate sobre a formação de calos e (II) analisar o efeito da radiação gama no cultivo in vitro de anteras. No primeiro experimento, anteras de híbridos de tomate IPA 5 x Rotam 4 (F1) foram cultivadas em três meios nutritivos. Apesar da formação de calos ter sido induzida em todos os estádios de desenvolvimento, variando de prófase I à micrósporo mononucleado, a freqüência de calos produzidos decresceu com o avanço do estádio de desenvolvimento e se apresentou de forma semelhante nos meios testados. Anteras contendo meiócitos em estádio de prófase I mostraram maior freqüência de formação de calos. Tanto o comprimento da antera quanto o do botão floral apresentaram correlação significativa com o estádio de desenvolvimento. No segundo experimento, sementes e botões florais dos híbridos IPA 5 x Rotam 4 (F2), IPA 6 x Rotam 4 (F2) e IPA 8 x 217.1 (F2) foram submetidos à radiação gama e suas anteras foram cultivadas em dois meios descritos por Gresshoff & Doy (1972), contendo 2,0 mg L-1 de ANA + 5,0 mg L-1 de cinetina e 2,0 mg L-1 de ANA + 1,0 mg L-1 de cinetina. Não foram constatadas diferenças significativas, no que se refere à formação de calos, para os genótipos e doses estudadas - 200 Gy, para sementes e 20 Gy, para botões florais.

Efeitos do estádio de desenvolvimento da antera e da radiação gama na formação de calos derivados de anteras de tomate

Two experiments were carried (I) to determine tomato anther development stage influence on callus production; and (II) to investigate gamma radiation effects on anther culture. In the first experiment, anthers of a tomato hybrid (IPA 5 x Rotam 4 - F1) were grown on three media. Although calli were induced at all stages of anther development, varying from prophase I to mononucleate microspore, callus frequency decreased as anther development progressed and calli induction were not significantly affected by all media tested. Anthers containing prophase I meiocytes produced the highest calli frequency. Anther and flower bud length both were significantly correlated with anther development stage. In the second experiment, seeds and floral buds of tomato hybrids IPA 5 x Rotam 4 (F2), IPA 6 x Rotam 4 (F2) and IPA 8 x 217.1 (F2) were submitted to gamma-ray and anthers were plated on two media described by Gresshoff & Doy (1972) supplemented with 2.0 mg L-1 NAA + 5.0 mg L-1 KIN and 2.0 mg L-1 NAA + 1.0 mg L-1 KIN. No significant differences for genotype and dosage tested were found for calli formation.

Este trabalho foi conduzido visando: (I) determinar a influência do estádio de desenvolvimento de anteras de tomate sobre a formação de calos e (II) analisar o efeito da radiação gama no cultivo in vitro de anteras. No primeiro experimento, anteras de híbridos de tomate IPA 5 x Rotam 4 (F1) foram cultivadas em três meios nutritivos. Apesar da formação de calos ter sido induzida em todos os estádios de desenvolvimento, variando de prófase I à micrósporo mononucleado, a freqüência de calos produzidos decresceu com o avanço do estádio de desenvolvimento e se apresentou de forma semelhante nos meios testados. Anteras contendo meiócitos em estádio de prófase I mostraram maior freqüência de formação de calos. Tanto o comprimento da antera quanto o do botão floral apresentaram correlação significativa com o estádio de desenvolvimento. No segundo experimento, sementes e botões florais dos híbridos IPA 5 x Rotam 4 (F2), IPA 6 x Rotam 4 (F2) e IPA 8 x 217.1 (F2) foram submetidos à radiação gama e suas anteras foram cultivadas em dois meios descritos por Gresshoff & Doy (1972), contendo 2,0 mg L-1 de ANA + 5,0 mg L-1 de cinetina e 2,0 mg L-1 de ANA + 1,0 mg L-1 de cinetina. Não foram constatadas diferenças significativas, no que se refere à formação de calos, para os genótipos e doses estudadas - 200 Gy, para sementes e 20 Gy, para botões florais.