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

ABSTRACT

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.

RESUMO

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.