Ақпарат

Гибридті тұқым өндіру үшін еркек стерильді ата -ана қажет. Неге?

Гибридті тұқым өндіру үшін еркек стерильді ата -ана қажет. Неге?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Гибридизация - бұл өсімдіктердің екі түрін немесе сортын қиып өту процесі. Бұл жағдайда өсімдіктердің екі түрі. Өсімдік шаруашылығында шағылыстыру ұрпақтың ерекшеліктерін жақсарту үшін өте пайдалы әдіс болып табылады. Мысалы, жүгері жүгері сорты жылдар бойы өнімін жоғалтқан болса, оны өнімділігі жоғары сортқа көшіруге болады, ал ұрпақтың да өнімділігі жоғары болады.

Бұл екі сортты кесіп өту үшін еркек стерильді болуы керек. Неге солай? Мен бұл процестің қалай жүретінін түсінбеймін және себебін еш жерден таба алмаймын. Жауап өте қарапайым болуы керек және менің ойымша, бәрі білуі керек деп ойлаймын.


Асылдандыру үшін еркек-ұрықсыздық қажет емес.

Еркектердің стерильділігі аналық әрекет ететін өсімдіктің (жеміс беретін өсімдік) стерильді аталық мүшелерінің (немесе жұмыс істемейтін антерлер немесе стерильді тозаң) болуын білдіреді. және өздігінен тозаңданбайды. Аталық әрекет ететін өсімдік құнарлы.

Бір тұқымды өсімдіктерде бұл өсіру үшін пайдалы, өйткені біз аналық және аталық органдарды бөлу арқылы бақыланатын тозаңдану ортасын оңай қамтамасыз ете алмаймыз.

Қызанақтар біртекті (гермафродиттер), өздігінен тозаңданатын. Тозаңдану (әдетте) гүл ашылғанға дейін болады. Еркек-ұрықсыздық тозаңдануды болдырмайды және селекционерге тозаңдануға мүмкіндік береді.

Жүгері - өзін-өзі тозаңдану қабілеті бар айқас тозаңданатын өсімдік, жүгерідегі аталық стерилділік жүгері өсімдігінің өздігінен тозаңданбауын қамтамасыз етеді.

Еркек бедеулігі жан тыныштығы мен өсірудің жеңіл әдістерін береді, бірақ бұл талап емес.

Сіз өз біліміңізді өсімдіктердің генетикасы мен селекциясының принциптері, Джордж Аккуаның екінші басылымы арқылы кеңейте аласыз. 5 тарауды тексеріңіз: Репродукция мен автогамияға кіріспе. Гуглдан «өсімдіктердегі ерлердің стерилділігін» іздеу көптеген сәйкес pdf файлдарын берді.


Гибридті алу үшін басқа өсімдіктің тозаңы қажет. Жүгері өзін-өзі тозаңдандыруы мүмкін, егер оның алдын алу үшін қандай да бір шаралар қолданылмаса. Мен стерильді еркек өсімдіктер туралы білмеймін - АҚШ жүгері белдеуінде өздігінен тозаңдануды бөлшектеу арқылы болдырмайды. Көптеген жастар жаздық жұмысқа жүгері тұқымын бөлшектеу (жіптерді кесу) алады.


Джозеф Готтлиб Кольройтер өсімдіктердегі еркек бедеулігін бірінші болып құжаттаған. 18 ғасырда ол түрлер мен нақты будандар ішіндегі антеральды түсік туралы хабарлады.

Қазіргі уақытта 150-ден астам өсімдік түрлерінде еркектердің цитоплазмалық бедеулігі (CMS) анықталған. [2] Әйелдердің бедеулігіне қарағанда ерлердің бедеулігі басым. Бұл аталық спорофит пен гаметофиттің аналық жасуша мен эмбрион қапшығына қарағанда қоршаған ортадан аз қорғалғандығынан болуы мүмкін. Стерильді еркек өсімдіктер тұқым себіп, көбейе алады. Стерильді аналық өсімдіктер тұқым өсіре алмайды және таралмайды.

CMS -те ерлердің бедеулігінің көрінуі толығымен цитоплазмалық факторлармен немесе цитоплазмалық факторлар мен ядролық факторлар арасындағы өзара әрекеттесу арқылы бақылануы мүмкін. Еркек бедеулігі өздігінен ядролық гендердің және/немесе цитоплазмалық немесе цитоплазмалық -генетикалық мутацияның нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайда CMS триггері ядродан тыс геномда болады - (митохондрия немесе хлоропласт). Экстраядролық геном тек анадан тұқым қуалайды. Цитоплазмалық гендердің табиғи іріктелуі тозаңның аз өндірілуіне немесе ерлердің бедеулігіне әкелуі мүмкін.

Аталық ұрықсыздықты анықтау оңай, себебі тозаң дәндерінің көп мөлшері ерлердің құнарлы өсімдіктерінде шығарылады. Тозаң дәндерін бояу әдістерімен (кармин, лактофенол немесе йод) тексеруге болады.

Цитоплазмалық ерлердің бедеулігі, аты айтып тұрғандай, ядродан тыс генетикалық бақылауда (митохондриялық немесе пластидтік геномдардың бақылауында). Ол мендельдік емес тұқым қуалаушылықты көрсетеді, ер бедеулігі аналық тұқым қуалайды. Жалпы цитоплазманың екі түрі бар: N (қалыпты) және аберрантты S (стерильді) цитоплазмалар. Бұл түрлер өзара айырмашылықтарды көрсетеді.

CMS ядролық емес геноммен басқарылатын болса да, ядролық гендердің құнарлылықты қалпына келтіру мүмкіндігі болуы мүмкін. Кез келген дақылда CMS жүйесі үшін құнарлылық гендерін ядролық қалпына келтіру қол жетімді болса, бұл еркектердің цитоплазмалық-генетикалық бедеулігі болып табылады, бедеулік ядролық (менделдік тұқым қуалаушылықпен) және цитоплазмалық (аналық тұқым қуалайтын) гендердің әсерінен көрінеді. Сондай-ақ құнарлылықты қалпына келтіретіндер бар (Rf) генетикалық ерлердің стерилділік гендерінен ерекшеленетін гендер. The Rf стерильді цитоплазма болмаса, гендердің өзіндік көрінісі болмайды. Rf гендер бедеулікті тудыратын S цитоплазмасындағы құнарлылықты қалпына келтіру үшін қажет. Сонымен N цитоплазмасы бар өсімдіктер құнарлы, ал генотипі S цитоплазмасы бар өсімдіктер Rf- цитоплазмамен бірге құнарлылыққа әкеледі rfrf тек ерлер стерилін шығарады. Бұл жүйелердің тағы бір ерекшелігі мынада Rf мутациялар (яғни, мутациялар rf немесе фертильді қалпына келтіру жоқ) жиі кездеседі, сондықтан N цитоплазмасы бар Rfrf тұрақты құнарлылық үшін ең қолайлы.

Кез келген таңдалған генотипте ген -цитоплазмалық комбинациямен манипуляциялау арқылы стерильділікті бақылаудың ыңғайлылығына байланысты өсімдіктер өсімдіктерінде гибридті өсіру үшін цитоплазмалық -генетикалық еркектік жүйелер кеңінен қолданылады. Бұл жүйелердің еркек стерилдігіне қосылуы айқас тозаңданатын түрлерде изкуляция қажеттілігінен аулақ болады, осылайша табиғи жағдайда будандастырылған тұқымдарды шығаруға мүмкіндік береді.

Гибридті өндіріс үшін өміршең аталық жыныс жасушалары енгізілмеген өсімдік қажет. Бұл өміршең еркек гаметаларын іріктеп алуды әр түрлі жолдармен жүзеге асыруға болады. Бір жол, эмуляция өсімдіктің тек аналық ата -ана ретінде қызмет етуі үшін тозаң шығаруына жол бермеу үшін жасалады. Гибридті тұқымдарды өндіруге арналған аналық линияны құрудың тағы бір қарапайым тәсілі - өміршең тозаң шығара алмайтын сызықты анықтау немесе жасау. Еркек-ұрықсыз линия өздігінен тозаңданбайтындықтан, тұқымның пайда болуы басқа аталықтардың тозаңына байланысты. Гибридті тұқым шаруашылығында ерлердің цитоплазмалық стерилділігі де қолданылады. Бұл жағдайда ерлердің бедеулігі ана арқылы беріледі және барлық ұрпақ ер стерильді болады. Бұл CMS сызықтары қалыпты цитоплазмаға ие болғандықтан, еркек-ұрпақтан басқа, генетикалық жағынан ұқсас болып табылатын әпке сызығына (қызмет көрсетуші желі деп аталады) қайталап өту арқылы сақталуы керек. Цитоплазмалық -генетикалық ерлер бедеулігінде фертильділікті қалпына келтіру ядролық гендерді тасымалдайтын реставраторлық линиялардың көмегімен жүзеге асырылады. Еркек-стерильді сызық бірдей ядролық геномы бар, бірақ қалыпты құнарлы цитоплазмасы бар қолдаушы сызықпен қиылысу арқылы сақталады.

Пияз немесе сәбіз тәрізді дақылдар үшін F1 ұрпағынан жиналатын өнім вегетативті болып табылады, ерлердің стерилділігі проблема емес.

Гибридті жүгері өсіруде Өңдеу

Цитоплазмалық еркек бедеулігі - буданды жүгері өндірісінің маңызды бөлігі. Техаста табылған бірінші стерильді цитоплазмалық еркек CMS-T деп аталады. 1950 жылдардан бастап CMS-T қолдану бөлшектеу қажеттілігін жояды. 1970-ші жылдардың басында CMS-T генетикасы бар өсімдіктер оңтүстік жүгері жапырағының күйіп қалуына сезімтал болды және өнімділіктің жоғалуына ұшырады. Содан бері оның орнына CMS типтері C және S қолданылды. [3] Өкінішке орай, бұл линиялар экологиялық факторлардың әсерінен құнарлылықты қалпына келтіруге бейім және оларды далада мұқият бақылау қажет. Экологиялық индукцияланған, генетикалықтан айырмашылығы, қалпына келтіру белгілі бір экологиялық ынталандырулар өсімдікке стерильділік шектеулерін айналып өтіп, бәрібір тозаң шығаруға сигнал бергенде орын алады.

Өсімдік өсімдіктерінің митохондриялық геномдарының геномдық реттілігі CMS-ке қатысты митохондриялық қайта құруларға перспективалы үміткерлерді анықтауға көмектесті. [4] Соңғы жылдары өсімдіктердің жаңа түрлерінің жүйелі тізбектелуі сонымен қатар құнарлылық (РФ) гендерінің және олардың кодталған ақуыздарының бірнеше жаңа ядролық қалпына келуін анықтады. РФ бірыңғай номенклатурасы өсімдіктердің барлық түрлерінде ақуыздар тобын анықтайды және салыстырмалы функционалды геномиканы жеңілдетеді. Бұл номенклатура функционалды РФ гендері мен псевдогендерін орналастырады және олар болашақта қол жетімді болған кезде қосымша РЖ қосу үшін қажет икемділікті ұсынады. [5]


Бір кросс-гибридтер

Гибридті өсімдік екі генетикалық әртүрлі өсімдіктердің айқасуынан пайда болады. F1 гибридті ретінде де белгілі бір кросс гибридтің екі ата-анасы туыстық болып табылады. Екі тұқымды кесіп өту нәтижесінде пайда болған әрбір тұқымда әрбір ата-анадан аллельдердің массиві (жинағы) болады. Бұл екі массив әр түрлі болады, егер инбридтер генетикалық тұрғыдан өзгеше болса да, бірақ әрбір тұқым бір аналық массивтен және бір аталық массивтен тұрады. Осылайша, бір крестті будандардың барлық өсімдіктері генетикалық жағынан ұқсас. Екі туыстық ата-ананың әр түрлі аллельдері бар әрбір локуста бір айқаспалы буданда гетерозиготалы болады.

Бір кросс-буданның өсімдіктері ата-аналық туыстық өсімдіктерге қарағанда күштірек. In 2a және 2b суреттері, бір крестті гибридті өсімдік пен құлақ ата-аналық инбридтердің өсімдіктері мен құлағымен көрсетілген. Гибридті өсімдіктің биік және гибридті құлақтың үлкен екені анық. Гибридтің екі ата -анасына қарағанда күшінің артуы гибридті күш деп аталады.

Сурет. 2а: Жүгері өсімдіктері: Инбридті B73 (сол жақта), Инбридті Mo17 (ортада), Бір крест B73 x Mo17 (оң жақта) (UNL, 2004)

Сурет. 2b: Жүгері құлақтары: Inbred B73 (сол жақта), Inbred Mo17 (оң жақта), Дара крест B73 x Mo17 (ортаңғы) (UNL, 2004)

Селекционерлер көбінесе келесі формуламен белгінің гибридтік күшінің дәрежесін өлшейді:

қайда Гиб = гибридтегі белгінің мәні мен

депутат = ата-ананың екеуіндегі қасиеттің орташа мәні. Мысалы, ішінде Сурет 2а бір крестті гибридтің биіктігі 3,0 м (бұл тең Гиб), инбредтердің орташа биіктігі 2,0 м (бұл тең депутат), ал гибридті күштің мәні 50%құрайды. Осылай есептелген гибридті күш ортаңғы аталық гибридті күш деп аталады. Басқа түрі - жоғары ата-аналық гибридті күш. Бұл қасиеттің жақсы немесе жоғары мәні бар гибридтің ата -анадан пайызбен көрсетілген артықшылығы. Жүгері өсірушілер ескі гибридке қарағанда жаңа гибридтің гибридті күші жоғарыласа және ата-аналардың екі жиынтығы бірдей өнімділікке ие болса және/немесе гибридті күш өзгермесе, бірақ ата-ананың ата-аналық құндылығы орташа болса, гибридтік өнімділікті жоғарылатады. жаңа будандастыру бұрынғы буданның ата-анасынан жоғарырақ.

Гибридтік күштің генетикалық негізі толық зерттелмеген. Алайда, тәжірибе көрсеткендей, бір -бірімен тығыз байланысты екі инбридерді қиыстыру арқылы шығарылатын буданда гибридтік күш әлдеқайда алыс болады.

Егер бір айқас буданда ашық тозаңдануға рұқсат етілсе (тозаң еркін таралады), алынған тұқымнан өсірілген өсімдіктердің әрқайсысы генетикалық бірегей болады. Неліктен бұлай екенін түсіну үшін алдымен бір локусты қарастырыңыз. Бір кросс будандастырудың барлық өсімдіктері генетикалық жағынан бірдей, сондықтан бір гетерозиготалы локуста ашық тозаңданумен жүретін кез келген айқаспалы немесе өздігінен тозаңдану келесі түрде көрсетілуі мүмкін:

Әр өсімдік шығаратын жұмыртқа жасушаларының жартысы оны алып жүреді А1 аллель және бір жартысы тасымалдайды А2 аллель. Бұл тозаң жасушаларына да қатысты. Жұмыртқа мен тозаң жасушалары тозаңдану кезінде кездейсоқ біріктіріледі.

The А1А2 және А2А1 Генотиптер функционалды түрде ұқсас, сондықтан ашық тозаңдану пайда болған кезде бірегей гетерозиготалы локуста үш бірегей генотип шығаруға болады.

Екі гетерозиготалы локустармен, А және Б, жағдайды келесі түрде көрсетуге болады:

Екі локус жағдайында тоғыз бірегей генотип шығарылады. Бір немесе бірнеше локустарда барлығы бірдей гетерозиготалы генотипке ие ата-аналардың өздігінен немесе айқас тозаңдануынан туындайтын ұрпақтар арасында бірнеше генотиптердің пайда болуы генетикалық сегрегация деп аталады.

Бұл сегрегация жүздеген, тіпті мыңдаған гендік локустарда болады. At генетикалық сегрегациядан туындайтын бірегей генотиптердің саны n локус 3 арқылы беріледі n . Осылайша, егер n=1 (яғни, бір локус), онда бірегей генотиптердің саны үш, ал егер n= 2 бірегей генотиптердің саны тоғыз. Бірақ, егер n= 20, бірегей генотипті шарлар саны 3,486,784,401 дейін (= 3 20) Жүгерінің кез келген коммерциялық бір крест буданы 20-дан астам локуста гетерозиготалы болуы мүмкін. Сондықтан мұндай жалғыз кресттің ашық тозаңдануы генетикалық тұрғыдан бірегей ұрпақ береді.

F1 бір крестті буданда өздігінен тозаңданудан пайда болған ұрпақ F2 өсімдіктері деп аталады. Орташа алғанда, F2 өсімдіктерінің күші болады, бұл біртұтас ата-аналық өсімдіктер мен гибридті күштің жартысы жоғалған екі ата мен әженің орташа шамасы. Бұл суретте көрсетілген 3 -сурет. Төменгі қатардағы F2 құлақтары мөлшері бойынша әр түрлі, бірақ орташа есеппен олардың ата-әжелерінің құлағынан үлкен, ал олардың жалғыз ата-анасының құлағынан кіші. Сондықтан фермерлер жыл сайын жаңа кросс-гибридті тұқым сатып алуға ынталандырады.

Сурет. 3: Жүгері құлақшаларының жоғарғы қатары: Инбридті B73 (сол жақта), жалғыз крест B73 x Mo17 (ортада), Инбредті Mol7 (оң жақта) Жүгері масақтарының төменгі қатары: B73 x Mo17 алынған F2 өсімдіктерінен (UNL, 2004)

Жалғыз крест будандастыру тұқымы коммерциялық түрде өндірілгенде, бір тұқым-еркек ата-ана. Әйел ата-анасы еркек стерильді болуы керек (тозаң өндірілмейді немесе жұмыс істемейді) немесе кез келген тозаң өндірілмес бұрын әр аналық өсімдіктің орамалын алып тастау керек (бұл бөлшектеу деп аталады). (4-сурет). Кез келген жағдайда, аналық аналықта шығарылатын барлық тұқымдар бір крестті будандастырылған тұқым болады.

Сурет. 4: Бір кросс-гибридті өндіріс өрісі аналық туыстық ата-анасы жойылған) және ер туылмаған ата-анасы (тазаланбаған) (UNL, 2004)

Бір кросс гибридтен инбредті дамыту үшін қайталанатын өздігінен тозаңданудың шамамен жеті ұрпағы қажет. (1 -сурет). Америка Құрама Штаттарында жыл сайын коммерциялық тұқымдық компаниялар жүздеген жаңа инбридтер шығарады және далалық сынақтарда осы инбридтерді кесіп өту арқылы алынған мыңдаған жаңа бір крестті будандарды сынайды. Қолданыстағы коммерциялық будандармен салыстырғанда, бұл жаңа будандардың басым көпшілігі нашар болады немесе өнімділік жағынан жақсырақ болмайды. Бұл сынақтарда өнімділігі жоғары гибридтер ғана жаппай шығарылады және фермерлерге коммерциялық будандар ретінде сатылады.

Бір крест будандарды әзірлеуге, таңдауға және шығаруға көп уақыт пен кіріс қажет. Бұл процестердің экономикалық тиімділігінің жоғары деңгейіне қол жеткізу әдетте ауқымды операцияларды талап етеді.


Үнді майлы қыша тұқымында гибридті тұқым өндіруге арналған ерлердің жаңа цитоплазмалық ұрықтандыру жүйесі Brassica juncea

Біз ерлердің цитоплазмалық стерилділігінің (CMS) жаңа жүйесі туралы хабарлайды Brassica juncea (майлы қыша), ол егістікте гибридті тұқым алу үшін қолданылуы мүмкін. Микроспорада анықталған еркек стерильді өсімдік екі еселенген гаплоидты популяцияны қайта синтездейді B. napus ISN 706 желісі CMS болып табылды, себебі бұл қасиет ата -анадан тұқым қуалаған. «126-1» деп аталатын бұл CMS кейіннен он түрліге ауыстырылды B. juncea спецификалық кросс арқылы сорттар мен сызықтар, содан кейін қайталанатын кросс-кросс. F1спецификалық кресттер ішінара құнарлы болды, бірақ қолданылған сортқа/линияға қарамастан, реципиент линиялары бес-жеті ұрпақ бойында біртіндеп еркек стерильді болды және оларды ерлердің стерильді сызықтарын қалыпты аналогтарымен кесіп өту арқылы сақтауға болады. Ерлердің стерильді сызықтары ұзақ және қысқа тәулік жағдайында бұл қасиетке тұрақты екендігі анықталды. Сәйкес қызмет көрсетуші линиядан басқа сызықтармен қиылысқан кезде CMS желілері құнарлылық үшін қалпына келтірілді, бұл кез келген сорт «126-1» цитоплазмасын қалпына келтіруші бола алады дегенді білдіреді. B. juncea. CMS желілерінің қалыпты флоралық морфологиясымен бірге CMS желілерін күтіп ұстау мен қалпына келтірудің бұл бірегей ерекшеліктері гибридті тұқым өндіру үшін '126-1' цитоплазмасын қолдануға мүмкіндік берді. «126-1» бірегейлігі одан әрі митохондриялық ДНҚ зондтарымен оңтүстік будандастыру және аталық стерильді антерлердің дамуын гистологиялық зерттеу арқылы анықталды.

Бұл жазылу мазмұнының алдын ала қаралуы, сіздің мекеме арқылы кіру.


Талқылау

Бұл зерттеуде біз өсімдіктерде гетерозисті өсіру үшін ерлердің бедеулігін және құнарлығын қалпына келтіру жүйесін әзірледік. Әйел ата-анасында арабидопсиске тән, тапетумға тән, жоғары және постмейотикалық экспрессия BECLIN1/ATG6 ген ерлердің толық бедеулігіне әкелді. Тапетумға тән өрнек толығымен жойылды және F1 гибридінде ерлердің құнарлылығы қалпына келтірілді.

Ерлердің бедеулік жүйесі (конструкция 1371 S1a-I қосымша суреті)-бұл TGTA-мен арнайы байланысатын, толықтыратын TBPm3 қамтамасыз ету арқылы TGTA-мутацияланған промоутердің экспрессиясын қалпына келтіру принципіне негізделген біздің бұрын хабарланған 15 екі компонентті жүйенің модификациясы. 36 . Жүйе біздің алдыңғы есеп 15 келісе отырып, жергілікті tapetum-спецификалық промоутер (сур. 1a) астам өрнек бірнеше есе жақсарту берді. Бұл зерттеуде біз жеңіл реттелетін HFR1 транскрипция коэффициентін енгіздік, ол COP1 арқылы 37,49,50 деградациясын көрсетеді, TBPm3 шектеу және қалаған геннің экспрессиясын жою. HFR1-292 амин қышқылынан тұратын транскрипция коэффициенті (bHLH), оның ішінде N-терминалы 131 амин қышқылы COP1-мен өзара әрекеттеседі және С-терминалы 161 амин қышқылы ДНҚ-ны байланыстыратын және фотоморфогенезді 39,49 насихаттайтын функционалды рөлге ие. Біз HFR1 NT131 фрагментін TBPm3 N-терминусына біріктірдік, осылайша HFR1 NT131 -TBPm3 синтез ақуызын жасадық. Бұл біріктіру TBPm3 функциясына әсер етпеді, нәтижесінде қажетті геннің жоғары деңгейде экспрессиясы пайда болды (gusA немесе BECLIN1) (Cурет 1а). Трансгенді өсімдіктерді экспрессиялау gusA өсу мен дамуда қалыпты болды және өрнек жүйесінің күші мен қатаңдығы бұзылмады (2b,c–f суреті және Қосымша S1-b және c суреті). F1 ұрпағында тапетумға тән экспрессияның транскрипциялық жойылуын қамтамасыз ету үшін Арабидопсис P A реттеуі бойынша COP1 экспрессиясы бар ата-ана ата-анасымен айқастырылды.9 промоутер 47 (1б -сурет). COP1 өрнегі оның HFR1 NT131 -мен байланысын қамтамасыз етеді және оны F1 тапетальды жасушасында ыдыратады. TBPm3 деградациясына да қол жеткізілді, себебі ол HFR1 NT131 -TBPm3 конъюгацияланған (1c -сурет). Алайда COP1 F1-де TGTA-TBPm3 комплементтеу жүйесін ішінара жоюды жеңілдетеді (2б-сурет, c – f). COP1 ақуызы цитоплазма мен ядро ​​39 арасында тасымалданады және COP1 -дің стехиометриялық тұрғыдан жеткіліксіз ядролық концентрациясы экспрессияның ішінара қалпына келуіне себеп болуы мүмкін. Сондықтан біз балама COP1-мутантты қолдандық (COP1 L105A) 38. Мутация COP1 димеризациясын және функционалдық белсенділігін сақтап қалды, бірақ оның ядролық көптігін арттырды. Репортер генінің өрнегі (gusA) COP1 L105A желілері жергілікті COP1 орнына еркек ата-ана ретінде пайдаланылған кезде F'1 ұрпақтарында толығымен жойылды (2b,c–f-сурет). Осылайша, тапетумға тән қайтымды өрнек жүйесі құрылды.

Біз әзірлеген ерлердің бедеулігі мен құнарлылығын қалпына келтіру жүйесі жалпы сипатқа ие, сондықтан ерлердің бедеулігіне қатысты басқа да гендермен бірге қолдануға болады. Осылайша, әйелдік өрнек кассетасы (1371) еркек стерильділігі үшін хабарланған кез келген белгілі генді білдіру арқылы еркек-стерильді ата-ананы генерациялау үшін қолданыла алады. Барнас 18 , BAX 28 және т.б. Біздің жүйенің басты артықшылығы, мысалы, құнарлылықты қалпына келтіру геніне арнайы талап жоқ БАРСТАР жылы БАРНАСА 18,19. Ерлердің экспрессиялық кассетасы (Construct 1373) ерлердің бедеулік генінің транскрипциясын жою арқылы қалпына келтіруді ұсынады. Біз арабидопсисті қолдандық BECLIN1/ATG6 Толық аталық стерильді трансгенді өсімдіктерді өсіруге арналған 15 ген. Гибридті тұқым өндірудің нақты нұсқалары ретінде еркек-ұрықтылықтың гендік инженериясы мен құнарлылықты қалпына келтіру жүйесі пайда болды. Бірнеше қалпына келтіру жүйелері ерлердің стерилділігі ақуызын 18,19 инактивациялау, 14,17,51 ерлердің стерилділік генінің транскрипциясын төмендету және 8,10 еркектік геніндегі учаскеге тән рекомбинация арқылы ерлердің құнарлылығын өтейтіні туралы хабарланды. Дегенмен, құнарлылықты тиімді қалпына келтіру кейбір жүйелерде шектеу факторларының бірі ретінде талқыланды 14,21,51 . Қазіргі жүйе ерлердің бедеулігімен және F1 ұрпақтарының құнарлылығын қалпына келтірумен жабдықталған жүйені ұсынады (4,1а-в суреттері ұсынылған үлгі) жаңа тәсілмен.

F1 гибридінің құнарлылығын қалпына келтіру, әсіресе экономикалық өнім тұқым болған кезде, міндетті шарт болып табылады. Barnase/barstar жүйесі 18,19 коммерциялық гибридті өндіріс үшін орналастырылды, бірақ тиімді қалпына келтіруші (барстар) желісін анықтау қиын болды. Brassica juncea Барназа (еркектер стерильді) × барстар (қалпына келтіруші) арасындағы 54 кросс-рекомбинацияның біреуі F1 гибридінде ерлердің құнарлылығы барабар қалпына келтірілді 21,23 . Тапетумға тән промотор TA29 басқарылатын барстар (қалпына келтіруші) 65,6% ерлердің құнарлылығын қалпына келтіреді (тозаңның өміршеңдігі бойынша), ол P A9 және химерикалық жүйе барстарды (қалпына келтіруші) экспрессиялау үшін пайдаланылған кезде одан әрі 78-90% дейін жақсарды 9,21 . Өсімдік тінінде әлсіз экспрессияланған барназа өсімдіктерде өнімділікке әкелді 23 . Барназаға негізделген басқа жүйелер Cre/loxp-делдалдық спецификалық рекомбинациялық жүйе 10, екі компонентті жүйе 22 және сплит-гендік жүйе 4,11 F1 құнарлылығын 100% қалпына келтіруді талап етті, алайда транс гендік шектеулі уытты генді қолдану кейбір елдерде биосефтикалық алаңдаушылыққа байланысты қолайлы. Патогенезге байланысты (PR) β-1,3-глюканаза геніне негізделген ерлердің стерилділігі pA9 қозғаушы сезіммен және анти-сезімтал PR глюканазасының үзінділерімен 51 ішінара қалпына келтірілді. Температураға сезімтал ДИПТЕРИЯ ТОКСИН-А (DTA ts ) шартты-еркек-бедеулікті береді (18 ° C ерлердің стерилділігі, 26 ° С-тың құнарлылығын қалпына келтіру) 32 және жұмыртқа өсімдігінің 16-дағы қайтымды ерлердің бедеулігі толық қалпына келтіруді талап етті, бірақ этанолмен индукцияланатын әдіспен жұмыс істейді, бұл оның практикалық қолданылуын шектейді. Біздің жүйеде өсімдіктерді білдіретін әйелдер экспрессивті кассетасы (1371) бақылаумен салыстырғанда (еркек тозаңының өміршеңдігі (%): 77,7 ± 1,3 (100%), тозаңның өнуі (%): 70 ± 3,6 (100%) және тұқыммен толық еркек бедеулігін тудырады. -баптау (мг/под): 74,23 ± 5 (100%)), кездейсоқ таңдалған 10 BECLIN1 трансгендік сызықтарды білдіру тозаңның өміршеңдігін көрсетті (%): 0,76 ± 0,78 (

0,96%), тозаңның өнуі (%): 0,76 ± 0,73 (

2,3%) және нөлдік тұқым орнату (4u,v-сурет). F1 ұрпақтарының репродуктивті қалпына келуі ерлердің бедеулік генінің транскрипциясын жоюға бағытталған.BECLIN1) еркек ата -ана арқылы реттеледі. COP1 білдіретін сызықтар (1372) еркек ата -ана ретінде қолданылғанда, F1 көрсетті

21 есе азайды BECLIN1 тозаңның өміршеңдігін қалпына келтірген өрнек (5с -сурет) (%): 15,14 ± 1,8 (20%), тозаңның өнуі (%): 18,5 ± 3,3 (26%), бұл тұқымның оңтайлы қонуы үшін жеткілікті (мг/под) 60,2 ± 15 (81%) (4u,v-сурет). Біз COP1-мутантты (COP1 L105A) линияларын (1373) еркек ата-ана ретінде қабылдағанда, фертильді қалпына келтірудің одан әрі жақсарғанын байқадық, бұл экспрессияны толығымен жойды. BECLIN1 тозаңның өміршеңдігімен F'1 -де тозаңның құнарлылығын толық қалпына келтіру (%): 74,58 ± 1,2 (96%), тозаңның өнуі (%): 69 ± 4,6 (

97,14%) және тұқым баптау (мг/под) 71,9 ± 6,1 (97%) (4у, в -сурет) өңделмеген бақылау қондырғыларымен салыстыруға болады.

Еркек-стерильді аналық линияларды сақтау осы әдістемені болашақта коммерциялық қолданудың міндетті шарты болып табылады және еркек-стерильді әйел сызығының генетикалық дизайны (1371-сурет, S1a-ii сурет) осы мүмкіндікті қамтамасыз етеді. Гетерозиготалы еркек-стерильді аналық ата-анадан (BECLIN1/-) жабайы түрімен (-/-) өту

50% еркек-ұрықсыз ұрпақ (1: 1 қатынасы, (BECLIN1/-) және (-/-)). Болашақ тәсілдерде 1371 құрылымындағы гербицидке төзімділік генін байланыстыру (SeedLink TM сияқты) еркек-стерильді әйел ата-анасын таңдауға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл таза еркек-стерильді аналық ата-аналарды алу үшін гербицид қолдану арқылы артық отырғызуды және егілген өсімдіктердің жартысын жоюды талап етеді.

Қорытындылай келе, біз F1-гибридтегі құнарлылықты қалпына келтіру үшін экспрессивті жүйені транскрипциялық бақылау жүйесімен бірге еркектердің толық бедеулігіне жету үшін қалаған геннің тапетум-спецификалық, жоғары деңгейлі экспрессия жүйесін жасадық. Tapetum-спецификалық өрнек BECLIN1/ATG6 транскрипциясын басу үшін ген ерлердің толық стерилділігін жеңілдетеді және COP1 делдал HFR1 деградация жүйесі қолданылды. BECLIN1 одан кейін F1 гибридінде құнарлылықты қалпына келтіру. Мұнда ұсынылған ерлердің бедеулікті-репродуктивті қалпына келтіру жүйесі гибридті қуатты пайдалану мен гибридті тұқымның коммерциялық өндірісі үшін құнды болашақ үлес болады.


Дэн Брисебойспен бірге тұқымға бару

Өсімдіктердегі аталық стерилділік

Бұл пост Эрик Вебердің тұқымдардағы еркектердің бедеулігі туралы соңғы сұрағына жауап береді. Эрик асыл тұқымды жобада Green Goliath брокколиін қолдануды ойлады, бірақ High Gowath тұқымы Green Goliath тұқымын өндіруге қиналғанын және ерлердің ұрықсыздығына күдіктенгенін естіді. Ол бұл мәселеге не себеп болғанын және онымен не істеу керектігін білді.

The бас тарту: Бұл хабарлама генетикаға ауыр тиеді, бұл кейбіреулердің оқу рахатына әсер етуі мүмкін. Сондай -ақ, мен бұл тақырып бойынша сарапшы емеспін және менің түсінігімнің кейбір бөлігінде дәл емес немесе қате болуы мүмкін, бірақ мен онша алыспын деп ойламаймын.

Ал, еркек бедеулігі дегеніміз не?

Уикипедиядан: “Ерлердің ұрықсыздығы - бұл өсімдіктердің функционалды тозаңды, тозаңды немесе аталық гаметаны түзе алмауы. ”

Стерильді аталық өсімдік басқа өсімдіктерді немесе өзін тозаңдандыра алмайды. Алайда, гүлдің аналық көбею құрылымдары әлі де құнарлы. Стерильді еркек өсімдік, егер оларды басқа (еркек құнарлы) өсімдік тозаңдандырса, тұқым бере алады. Бұл генетикалық аномалия гибридті тұқым өндірісінде қолданылады, өйткені ол еркек стерильді өсімдіктерде айқас тозаңдануға кепілдік береді.

Ерлердің стерильді 3 жағдайы бар:

  1. Ерлердің генетикалық стерилділігі
  2. Ерлердің цитоплазмалық стерилділігі
  3. Ерлердің генетикалық цитоплазмалық стерилділігі.

1. Ерлердің генетикалық бедеулігі

Бұл жағдайда ерлердің бедеулігі рецессивті генмен (мс) туындайды. Ата-анасының екеуі де рецессивті генді алып жүрсе, тозаң өміршең болмайды. Егер сіз генетикалық еркек стерильді өсімдікті (MSMS) еркек ұрықтандыратын өсімдікпен (MsMs) қиып өтсеңіз, F1 ұрпақтары тек ms генінің (Msms) бір көшірмесін алып жүреді және құнарлы болады. Дегенмен, осы F1 өсімдіктерінің екеуін кесіп өткенде, келесі генотиоларды табасыз: MsMs, Msms және msms. ms генін экспрессиясыз (Msms) тасымалдайтын өсімдіктерден басқа кейбір еркек стерильді өсімдіктер (msms) болады.

Мен брокколи тәрізді дақылдардың көп айқас тозаңданатын популяциясында еркек стерильді өсімдіктерді анықтау қаншалықты оңай екенін білмеймін. Бірақ егер қолыңыздан келсе және сіз еркектердің стерильді өсімдіктерін бұзсаңыз, көптеген ұрпақтар бойы сіз MS генінің жиілігін айтарлықтай төмендетесіз. Бұл күшті халықты құру үшін жеткілікті болуы мүмкін.

Егер Жасыл Голиат генетикалық еркек стерильді болса, Эрик оны аналық өсімдік ретінде өсіру жобасында қолдануы мүмкін. Менің оқығанымнан, ерлердің генетикалық бедеулігі өте кең таралған емес.

2. Ерлердің цитоплазмалық стерилділігі (CMS)

Цитоплазма - бұл жасуша қабырғасының ішіндегі зат, оның ішінде жасуша ядросы қалқып тұрады. Мұнда сурет бар. Өсімдік тұқым салған кезде, аналық өсімдіктердің цитоплазмасынан алынған кейбір ДНҚ бірге жүреді. Цитоплазмалық ерлердің стерилділігі ДНҚ -ның осы түрімен беріледі. Егер анасы CMS болса, ұрпақтары да болады.

Егер сіз ашық тозаңданатын популяцияны өсіруге тырыссаңыз, ерлердің стерилдігінің бұл түрі сізді аяғыңызға атып тастайды, өйткені CMS өсімдіктерінен басқа өсімдіктерге гендік ағын болмайды.

3. Генетикалық цитоплазмалық ерлердің стерилділігі

Бұл ерлердің бедеулігін қалпына келтіретін басқа өсімдіктен енгізілетін гендер бар CMS зауыты. Егер сізде өсімдіктерді өсіруге арналған қондырғылар мен жұмыс істейтін генетикалық материал болса, бұл өте жақсы, бірақ біздің фермерлік селекционерлердің көпшілігінде бұл ресурстар жоқ шығар.

Егер Green Goliath цитоплазмалық стерильді немесе генетикалық цитоплазмалық еркек стерильді болса, Эрик үшін жұмыс істеу үшін басқа брокколи сорттарын тапқаны дұрыс болуы мүмкін.

Егер сіздің сорт еркек бедеулігі екенін білсеңіз (немесе күдіктенсеңіз), онда еркек құнарлы сорттың жанына еркек стерильді сорттың қатарын отырғызыңыз. Стерильді аталық тұқым себуі керек, бірақ тұқымның бәрі құнарлы еркекпен кесіледі.

Әр қатардағы тұқымды бөлек сақтаңыз,

Келесі жылы тек еркек стерильді қатардан сақталған тұқым себіңіз.

Егер өсімдіктер тұқым қоймаса, олар CMS. Сіздің өсіру жобаңыз осында жабылуы мүмкін.

Егер тұқым жиналса, өсімдік генетикалық аталық стерильді болуы мүмкін. Қиын жұмыс енді басталады. MS гендер әлі де экспрессияны күтіп тұрған популяцияда бар. Егер сіз ұрпақсыз еркек өсімдікті болашақ ұрпақтан анықтай алсаңыз, уақыт өте келе оларды жойып жіберуге болады. 5-6 ұрпақ ішінде кейбір бастық таңдау осы генетикалық қорқынышты жоюға көмектесуі мүмкін.

Көптеген гибридті тұқымдар ерлердің бедеулігін пайдалана отырып өндіріледі. Әсіресе пияз, сәбіз, қызылша және кейбір брассика. Егер сіз осындай сортты дегибибридтендіруге тырыссаңыз, ерте ме, кеш пе құнарлылық проблемалары туындауы мүмкін.


Қызанақта гибридті тұқым өндіру

Ботаникалық атауы: Соланум Ликоперсикум Л.

Отбасы: Solanaceae

Хромосома нөмірі: 2n = 24

Шығу орны: Перу және Мексика аймағы

Кіріспе

Қызанақтың гибридті сорттары ашық тозаңданатын сорттарға қарағанда көптеген артықшылықтарға ие. Гибридтер әдетте жоғары өнім береді. Олар әдетте ертерек және біркелкі жетіледі. Көптеген будандар жеміс сапасы мен ауруға төзімділігі жоғары. Осы артықшылықтардың барлығымен көптеген фермерлер тұқым шығынының жоғарылығына қарамастан гибридті тұқым себуді жөн көреді. Гибридті қызанақ тұқымына сұраныс тұқым шаруашылығына қызығатын өсірушілер үшін жаңа нарық ашуы мүмкін. Гибридтердің өнімділігі ашық тозаңданған сорттарға қарағанда шамамен 5-7 есе жоғары. Гибридті қызанақ тұқымын өндіру оңай емес. Біріншіден, бұл ауыр процесс. Бақытымызға орай, қол жетімді жұмыс күші бар дамушы елдерде бұл проблема емес. Екіншіден, бұл арнайы дағдыларды меңгеруді және бөлшектерге мұқият болуды талап етеді. Бұл басылым осы дағдыларды үйретеді.

Гибридті тұқым өндіру үшін біз күндізгі және түнгі температураның сәйкесінше 15-20 Ċ және 20-28 as температурасын қамтамасыз етуіміз керек.

Гибридті тұқымдық өндіріс аналық сызықтың аталық линияға өтуін қамтиды. Кез келген жол аналық немесе еркек ата -ана бола алады, бірақ әдетте ең жақсы тұқым беруші әйел ата -ана ретінде таңдалады. Ата-ананың екеуі де таза болуы керек, жақсырақ алты ұрпақ бойына өздігінен тозаңданады (бұл инбридинг деп аталады). Инбридті ата -аналар қалаған қасиеттерімен таңдалады (мысалы, жоғары өнімділік, ауруға төзімділік, жеміс сапасы, ерте өсу және т.б.).

Гибридті крест жасау үшін тозаңның көп болуы маңызды. Қызанақ жүзімдері мол гүлдейтіндіктен, әрбір төрт аналық өсімдікке бір еркек қатынасы ұсынылады.

Гибридті тұқым шаруашылығында өздігінен тозаңдануға жол берілмейді. Аналық гүл аталық тұқымның тозаңымен тозаңдануы керек. Өздігінен тозаңданудың алдын алу үшін аналық тұқымның гүл бүршіктерінен тозаң төгілмей тұрып алып тастаңыз және бұл процесс деп аталады. емескуляция.

Эмаскуляция егілгеннен кейін шамамен 55-65 күннен кейін басталады. Өсіру үшін екі-үш күннен кейін ашылатын екінші шоғырдан гүл бүршіктері таңдалады. Жапырақтары гүл бүршігінен сәл шығып кетеді, бірақ ашылмайды, ал гүл шоқының түсі сәл сары немесе тіпті бозғылт болады. Бірінші кластерден гүлдер жойылады. Sterilize the forceps, scissors and hands by dipping them in 95% alcohol before emasculation is started. If gloves are used, these should also be dipped in 95% alcohol to prevent pollen contamination. Use sharp-pointed forceps to force open the selected buds. Then, split open the anther cone. Carefully pull the anther cone out of the bud, leaving the calyx, corolla and pistil .To help identify the hybrid fruits from self-fruits at the time of harvest, cut the corolla and calyx (all or two sepals)

Emasculation of Tomato: selection of buds, removal of anther cone, and cutting of petals

Collect flowers from the male parent to extract pollen. The best time for pollen collection is during the early morning before the pollen has been shed. Avoid pollen collection on rainy days.

Remove the anther cones from the flowers and put them in suitable containers, such as glassine, cellophane, or paper bags. Dry the anther cones by placing them 30 cm below a 100-watt lamp for 24 hours. The lamp creates a drying temperature of about 30°C. Pollen can also be sun-dried, but avoid drying at midday when temperature is very high. Put the dried anther cones in a plastic pan or cup.

Cover the cup with a fine mesh screen (200-300 mesh) and then seal it with a similar tight-fitting cup, serving as a lid. Shake the cup about 10-20 times so that the pollen is collected in the “lid” cup. Transfer the pollen into a small convenient-to handle container for pollination. Fresh pollen is best for good fruit-set. It can be kept for one day at moderate room temperature. When weather conditions are not suitable for pollination, dried or dehydrated pollen can be stored in a sealed container (capsule or vial) and kept in the freezer for about a month. Without freezing, the pollen can be kept in an ordinary refrigerator for two to three days without any significant loss in viability. The pollen should be taken from the freezer or refrigerator and kept closed until the container warms to room temperature. This will prevent the pollen from getting wet due to condensation.

Emasculated flowers are generally pollinated one to two days later. Try to avoid pollination on rainy days. The corolla of the emasculated flower turns bright yellow, signaling that the stigma is ready for pollination. Dip the stigma into the pool of pollen in the pollen container or pollinate by touching the stigma with the tip of the index finger dipped in the pollen pool Pollination is usually done three times weekly over a three to five week period. Successful pollinations are easily seen within one week by the enlargement of the fruit.

Pollination of Emasculated Flowers

The number of hybrid fruits produced per plant depends on the fruit size of the maternal parent. As a rule of thumb, maintain the following: 30 fruits for large-fruited parent 40 fruits for medium- fruited parent and 50 or more fruits for small-fruited parent. Hybrid fruits are easily recognized by their cut sepals. Remove the naturally-pollinated (non-hybrid) fruits, if any, from the female plants. This removal will prevent the accidental mixture of non-hybrid with hybrid fruits. Furthermore, non-hybrid fruits will steal nutrition away from the ripening hybrid fruit

Tomato fruits ripen about 50-60 days after pollination, but may take longer if temperatures are cool. Keep the fruits on the vine until they are fully mature, preferably to the pink or red ripe stage. This enables the seed to develop normally and fully. If fruits are harvested at an earlier stage, place them in a covered, cool dry place for three or four days until they become red ripe. Be sure to check for the clipped sepal before harvesting fruit. Collect fruits in nonmetallic containers, such as nylon net bags, plastic buckets, or crates. Metal containers may react with acids in the tomato juice and affect seed viability. Hence, they should not be used.

The work on tomato seed extraction and storage contains lot of care. For the storage of tomato seeds, the seeds were dried.

The fully ripped fruits like fully red tomatoes are selected for collection of seed and then their seed are extracted manually. For the extraction the tomatoes are placed in shopping bags by putting some water in it and remain it for one day. The next day seeds are extracted by shaking of shopping bags and washed with water. The seeds are dried in sun shine till 8 am to 1 pm and stored in packet. It’s a cheap and manual way of collecting seed. But it needs a lot of labor and it’s a time consuming task as well. Environment also affects this process, some time there is sun shine sometimes not.


Mass selection in cross-pollinated species takes the same form as in self-pollinated species i.e., a large number of superior appearing plants are selected and harvested in bulk and the seed used to produce the next generation. Mass selection has proved to be very effective in improving qualitative characters, and, applied over many generations, it is also capable of improving quantitative characters, including yield, despite the low heritability of such characters. Mass selection has long been a major method of breeding cross-pollinated species, especially in the economically less important species.

The outstanding example of the exploitation of hybrid vigour through the use of F1 hybrid varieties has been with corn (maize). The production of a hybrid corn variety involves three steps: (1) the selection of superior plants (2) selfing for several generations to produce a series of inbred lines, which although different from each other are each pure-breeding and highly uniform and (3) crossing selected inbred lines. During the inbreeding process the vigour of the lines decreases drastically, usually to less than half that of field-pollinated varieties. Vigour is restored, however, when any two unrelated inbred lines are crossed, and in some cases the F1 hybrids between inbred lines are much superior to open-pollinated varieties. An important consequence of the homozygosity of the inbred lines is that the hybrid between any two inbreds will always be the same. Once the inbreds that give the best hybrids have been identified, any desired amount of hybrid seed can be produced.

Pollination in corn (maize) is by wind, which blows pollen from the tassels to the styles (silks) that protrude from the tops of the ears. Thus controlled cross-pollination on a field scale can be accomplished economically by interplanting two or three rows of the seed parent inbred with one row of the pollinator inbred and detasselling the former before it sheds pollen. In practice most hybrid corn is produced from “double crosses,” in which four inbred lines are first crossed in pairs (A × B and C × D) and then the two F1 hybrids are crossed again (A × B) × (C × D). The double-cross procedure has the advantage that the commercial F1 seed is produced on the highly productive single cross A × B rather than on a poor-yielding inbred, thus reducing seed costs. In recent years cytoplasmic male sterility, described earlier, has been used to eliminate detasselling of the seed parent, thus providing further economies in producing hybrid seed.

Much of the hybrid vigour exhibited by F1 hybrid varieties is lost in the next generation. Consequently, seed from hybrid varieties is not used for planting stock but the farmer purchases new seed each year from seed companies.

Perhaps no other development in the biological sciences has had greater impact on increasing the quantity of food supplies available to the world’s population than has the development of hybrid corn (maize). Hybrid varieties in other crops, made possible through the use of male sterility, have also been dramatically successful and it seems likely that use of hybrid varieties will continue to expand in the future.


Талқылау

Hybrid seed production and utilization has revolutionized the crop production by exploiting the genetic phenomenon of heterosis/hybrid vigor. This technological advancement directly contributed to an increase in the yield as seen in rice where hybrid rice yield increased

10–20% over the conventional lines [23]. There is a high potential to exploit the heterosis in soybean hence, understanding molecular basis of male sterility in soybean mutant lines is critical for the development of high yielding hybrid varieties. Further, insects have shown to be involved in transferring pollen from male-fertile plants to male-sterile soybean plants [24] which avoids laborious manual pollination. Identification and characterization of soybean male-sterile lines are critical for producing hybrid seed at commercial level as well as to understand the mechanism responsible for male sterility. In addition, the genetic male sterility has an advantage over the cytoplasmic male sterility (CMS) that it does not require a dedicated maintainer line to propagate the male-sterile line. The major constraint in the utilization of the genetic male sterility for production of pure hybrid seeds is the identification and removal of the male-fertile plants before flowering. Successful pre-flowering recognition of homozygous male sterile plants requires specific morphological or molecular markers. Male-sterile lines often do not display visible phenotype before flowering hence the gene-specific molecular markers are more practical in the identification and removal of male-fertile plants. In addition, these markers can be used for male-sterile line selection in backcrossing and recurrent selection breeding programs [3]. Further, identification of photoperiod/thermo-sensitive genic male sterile (PTGMS) lines may provide flexibility in regulating fertility by managing environmental conditions [25]. Hence, developing independent male-sterile lines and understanding the molecular mechanisms will help to deploying a suitable approach for hybrid seed production. In soybean, eleven independent male-sterile lines (ms1, ms2, ms3, ms4, ms5, ms6, ms7, ms8, ms9, msMOS, және msp) generated by various methods (spontaneous, fast neutron irradiation and transposable elements) have been identified [6,7,8]. In addition, the availability of the male-sterile lines from diverse genetic backgrounds further facilitates the opportunity for the exploitation of genetic diversity from different lines. Despite the identification of several male-sterile lines in soybean, not much is known about the identity of the genes or molecular mechanism behind the male sterility.

The overarching goal of the present study was to identify and characterize the gene responsible for male-sterile phenotype of the ms4 мутантты The ms4 was previously mapped to a 694 kb region on chromosome 2 which harbored 88 genes [6]. The soybean msp gene was also mapped in the same region hence fine mapping to identify the actual causal gene was essential to develop gene-specific molecular markers [6]. Солай деп есептеледі ms4 -дан ерекшеленеді msp, as the mechanisms involved in governing male sterility are different [6] indicating that mutations in independent loci are responsible for the male sterility in these lines. The msp is a temperature sensitive male sterile mutant, which displays higher fertility in the hot environment compared to cooler temperatures [14], while ms4 is not a temperature sensitive mutant. In the present study, we have fine mapped the ms4 locus to

216 kb region that contained 23 protein-coding genes (Fig. 2 Additional File 1: Table S1) and candidate gene was identified based on the functional relevance. The candidate gene (Glyma.02G243200) displayed high homology to Arabidopsis MMD1 which is involved in the male fertility in Arabidopsis [16,17,18]. The PHD domain protein AtMMD1 has been shown to be essential for proper chromosome condensation during male meiosis [16,17,18]. The mmd1 mutant fails to produce viable pollen due to pollen degeneration after the tetrad stage, a phenomenon that is also observed in the ms4 mutants, endorsing Glyma.02G243200 as the candidate gene. Sequence analysis of Glyma.02G243200 бастап ms4/ms4 plants confirmed the presence of a spontaneous mutation resulting into a truncated protein lacking PHD domain (Fig. 3B Additional File 1: Figure S1 and S2) [17, 18]. The PHD domain has been shown to be critical for MMD1 function in Arabidopsis [16, 18] which is missing in ms4/ms4 plants due to spontaneous mutation resulting in truncated protein.

Interestingly, phylogenetic analysis of the MS4 protein revealed the presence of another PHD domain protein, MS4_homolog, encoded by Glyma.14G212300 gene on chromosome 14. These two homologs appear to be result of segmental duplication during paleoploidization event (Additional File 1: Table S3). Even though cytogenetically soybean behaves as diploid, there are reports of at least two rounds of whole genome duplication [26, 27]. It is interesting that despite the presence of a homolog, the Ms4 is the only gene that is governing the male-sterile phenotype. These results are supported by the expression data which shows that soybean Ms4 expression is significantly higher than Ms4_homolog in most of the tissues, except root (Fig. 5). There are several reports of similar expressional shift (spatial and quantitative) among the remained duplicated genes (paralogs) in plants including soybean [28]. Non-functionality of MS4_homolog can also be explained based on the study in which loss or silencing of approximately 25% of the duplicated genes in soybean were reported since the last duplication event [26, 28]. The Arabidopsis homozygous mutant lines (mmd1/mmd1) complemented with soybean Ms4 (AtMMD1pro::gMs4 және AtMMD1pro::cMs4) showed successful functional complementation by producing viable pollen and siliques with seeds, whereas the Ms4_homolog was not able to complement (Fig. 6). Since, both Ms4 және Ms4_homolog genes were driven by native MMD1 promoter, the functional characterization clearly showed lack of function for Ms4_homolog, which explains the reason behind the male sterile phenotype of ms4 despite the presence of another homolog. Сәтсіздігі Ms4_homolog to rescue the male-fertile phenotype could be attributed to the 7% differences in amino acid composition between these two proteins (Additional File 1: Figure. S4). Further studies are needed to understand the reasons for the functional differences. In addition to its inability to produce viable pollens, homozygous mmd1 mutants produce shorter filaments placing the anthers below the stigma (Fig. 6). The complemented Ms4 lines produced normal filaments and viable pollens suggesting that the PHD finger proteins are involved in the filament elongation in addition to the chromosomal condensation (Fig. 6). Overall, our data successfully demonstrated that the spontaneous mutation in Glyma.02G243200 that resulted in premature stop codon is responsible for the male-sterile phenotype of the soybean ms4 line.


ТАЛҚЫЛАУ

Pollen production is essential for pollination, which is the first step in setting seed. Although failure to pollinate (male sterility) can prevent seed set in self-pollinated plant species, male sterility is highly beneficial in hybrid breeding. The discovery of male sterility traits in plants has enabled breeders to produce hybrid seeds much more efficiently in a wide range of crops ( Kim and Zhang, 2018 ). The direct benefit of hybrid production has been demonstrated by the significant yield advantage of maize hybrids over land races as well as improved yields and fitness in many other major crops and bioenergy species ( Zhang et al., 2018 ). Control of pollen production is critical for hybrid breeding especially for hybrid seed production in self-pollinated species. Therefore, identifying male sterility in important crop species and improving their use in hybrid breeding systems could make important contributions to increasing future agricultural production and food security.

No gene that mediates NMS in sorghum has been cloned previously despite the discovery of several sorghum NMS lines and mutants ( Andrews and Webster, 1971 Pedersen and Toy, 2001 Xin et al., 2017 ). Here, we report the isolation and characterization of a new male-sterile mutant and the identification of the first NMS gene in sorghum. This mutant, designated ms9, is distinct from all other sorghum NMS lines reported previously ( Andrews and Webster, 1971 Pedersen and Toy, 2001 Xin et al., 2017 ). The male-sterile phenotype in ms9 mutants can be easily recognized at onset of anthesis because of its thin pale anthers and exaggerated stigmas. Other than male sterility, the ms9 mutants develop similarly to WT BTx623 plants. Сипаттамалары ms9 make it ideal for development of a two-line breeding system in sorghum based on NMS ( Chang et al., 2016 Zhang et al., 2018 ).

Сәйкестендіру Ms9 as the causal mutation for the male-sterile phenotype of the ms9 mutant is supported by bioinformatic analysis of two independent whole-genome sequencing data sets of pooled F2 mutants as well as by identification of another independent allele (Fig. 5) from the sequenced mutant library ( Jiao et al., 2016 ). The cloned Ms9 gene encodes a PHD-finger transcription factor with a gene structure very similar to that of Ms1 жылы Арабидопсис, Ptc1 in rice, and Ms7 in maize ( Li et al., 2011 Wilson et al., 2001 Zhang et al., 2018 ) as well as homologs in other cereals and plant species (Fig. 5C). The mutations identified in the two ms9 mutant alleles (R218W and A37V) cause amino-acid changes in the conserved domains of this protein (Fig. 6). The amino-acid sequence of SbMS9 is also very similar to its orthologous counterpart other crops (Supplemental Fig. S2). MS7, recently identified in maize, is the closest homolog to SbMS9, with 100% identity in the conserved region (Fig. 5C, 6). The phenotype of ms9 is similar to that of the male-sterility phenotypes of Arabidopsis ms1, the rice ptc1 and maize ms7 lines ( Li et al., 2011 Wilson et al., 2001 : Zhang et al., 2018 ), all of which have significant effects on anther morphology and pollen development but no effect on other aspects of floral development and morphology (Fig. 1, 3, 4).

The expression pattern of the Ms9 gene is also similar to its orthologs in other species. The expression data of Ms9 gene was extracted from the Morokoshi Sorghum Gene Expression Atlas ( Makita et al., 2015 ). SbMs9 is highly expressed in young inflorescence tissues and anthers (Supplemental Fig. S3A). This tissue-specific gene expression pattern is similar to that of Ms1 жылы Арабидопсис және Ptc1 in rice ( Li et al., 2011 Wilson et al., 2001 ), further supporting the role of Ms9 in the development of tapetum and pollen grains. As with Ms1 және Ptc1 жылы Арабидопсис and rice, Ms9 may serve as a critical regulator in tapetal cell degeneration and pollen development during anther development.

At present, the three-line hybrid breeding system relies exclusively on CMS for the male-sterile female parent in sorghum ( Praveen et al., 2015 Rooney, 2004 ). Although several types of cytoplasmic male-sterile lines are available, commercial hybrid production uses mainly the A1 cytoplasm ( Jordan et al., 2011 ). A main advantage of the three-line breeding system in sorghum is that good A–B pairs can produce nearly 100% male-sterile line to serve as a female parent during production of hybrid seeds. Furthermore, this system has been used in breeding grain sorghum since 1940s, and many breeding materials in grain sorghum have been converted for use in this breeding system ( Stephens and Holland, 1954 ). However, several aspects of the CMS breeding system need to be improved. For example, many sorghum accessions are neither perfect B nor R lines and cannot be used in breeding sorghum hybrids without lengthy period of conversion to B or R lines. In addition, many lines suitable for breeding biomass or sweet sorghum hybrids have not been converted and cannot be used directly to breed hybrids with the CMS-based breeding system. Furthermore, The A1 cytoplasmic homogeneity may predispose sorghum hybrids to devastating diseases, as in the T-cytoplasmic maize hybrids produced in the 1970s ( Ullstrup, 1972 ).

A two-line breeding system that uses NMS can potentially overcome the disadvantage of the CMS-based three-line breeding system. For example, the male-sterility of a two-line breeding system based on a nuclear mutation can be restored by any line that does not carry the same mutation ( Chang et al., 2016 ). This advantage is particularly useful for breeding biomass and sweet sorghum hybrids because accessions with the useful bioenergy traits can be directly used as parents for the hybrids. The two-line breeding system based on NMS also does not require male-sterile cytoplasm and, therefore, can avoid homogeneity of cytoplasm in hybrid. The main disadvantage of directly using NMS in hybrid breeding is that a fertile plant, heterozygous for an NMS mutation, only produces 25% of homozygous male-sterile plants. To remove the fertile plants from a breeder's field is nearly impossible. Fortunately, through strategic manipulation of the NMS gene and its mutation, the two-line breeding system has been shown to produce pure male-sterile lines in rice ( Chang et al., 2016 Huang et al., 2014 Zhou et al., 2014 ). In Maize, Ms7, the closest homolog of the sorghum Ms9 gene, was identified by map-based cloning and used, along with its WT gene, to engineer a controllable male-sterile line for a two-line breeding system ( Zhang et al., 2018 ). A gene construct with the WT Ms7 gene and multiple control elements has been used to rescue the male sterility of the ms7 mutant and produce pure male-sterile seeds ( Zhang et al., 2018 ). Анықтау Ms9 gene and its causal mutations provides critical tools to manipulate the production of male-sterile parent that is 100% male sterile.

In summary, we characterized a new sorghum NMS mutant, ms9, and identified the first NMS gene in sorghum. Анықтау SbMs9 provides an opportunity to engineer controllable male sterility for development of a two-line breeding system in sorghum.

Supplemental Information Available

Supplemental information is available with the online version of this manuscript.

Conflict of Interest

Авторлар мүдделер қақтығысы жоқ деп мәлімдейді.

Author Contributions

JC and ZX conceived the idea and designed experiment, YJ analyzed the data, HL performed histological and SEM analyses of anther features, all performed the experiment. JC and ZX drafted the manuscript with input from all authors. All authors agree with the final manuscript.

Жауапкершіліктен бас тарту

Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the USDA. The USDA is an equal opportunity provider and employer.


Бейнені қараңыз: 都市伝説2018更新版 オリラジ中田あっちゃんが語る芸人都市伝説まとめ13連発やりすぎコージー (Ақпан 2023).