بررسی اثر تنش ‏های سرمایی، گرمایی و شیمیایی در القای آندروژنز در گیاه زینتی لیسیانتوس (Eustoma grandiflorum)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، شیراز، ایران

2 استادیار گروه علوم باغبانی، پردیس ابوریحان - دانشگاه تهران، ایران

3 دانشیار بخش تحقیقات کشت بافت و انتقال ژن، پژوهشکدۀ بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، کرج، ایران

چکیده

روش‏های متعددی برای تولید گیاهان هاپلوئید وجود دارد که یکی از انواع کارآمد آن‏ها آندروژنز به‌ویژه کشت میکروسپور است. نتایج مطالعات متعدد نشان می‏دهد که اعمال تنش به‌منزلۀ یک عامل محرک، در القای رویان‏زایی میکروسپور مؤثر است. در آزمایش اول اثر تیمار دمایی شامل تنش سرما و تنش گرما به همراه کنترل بررسی شد. در آزمایش دوم اثر 2,4-D و در آزمایش سوم اثر PEG-4000 در محیط کشت بررسی شدند. در ادامه از تنش‏های دیگری شامل pH بالای محیط القا، اتانول و همچنین دور بالای سانتریفیوژ در القای آندروژنز استفاده شد. نتایج نشان داد که بر اثر پیش‌تیمار سرمایی ˚C 4 به‌مدت یک روز تقسیم سلولی صورت گرفت؛ همچنین با تنش گرمایی ˚C 35 به‌مدت دو روز تقسیم سلولی ایجاد شد. از میان تنش‏های دمایی، پیش‌تیمار ˚C 35 به‌مدت یک روز کارآمدترین تنش، در القای آندروژنز بود. بهترین تیمار تنش 2,4-D برای القای آندروژنز، غلظت 25 میلی‏گرم بر لیتر بود؛ که موجب ایجاد بیشترین ساختار چند‌سلولی شد. در تنش پلی‌اتیلن گلیکول نیز بیشترین تغییرات مطلوب با تیمار 84/0- مگاپاسکال مشاهده شد. pH های 5/6 و 7 سبب شروع تقسیم سلولی میکروسپورها و ایجاد ساختار چند‌سلولی شدند. پیش‏تیمار سانتریفیوژ با دور بالا، فقط سبب تولید میکروسپورهای متورم شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of cold, heat and chemical stresses on the induction of androgenesis in lisianthus (Eustoma grandiflorum)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Fakhraei 1
  • Mostafa Arab 2
  • Mehran Enayati shariat panahi 3
1 PhD Student of Biotechnology and Molecular Genetics of Horticultural Products, Department of Horticultural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran (Corresponding Author*)
2 Assistant Professor, Department of Horticultural Sciences, Aboureyhan Campus - University of Tehran, Iran
3 Associate Professor, Department of Tissue culture and Gene Transformation, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Karaj, Iran
چکیده [English]

Several methods are available to produce haploid plants. One of the most efficient methods is especially microspore culture. Stress as a triggering factor is essential for embryogenesis induction in microspores. In the first experiment, the effect of different thermal stresses including cold treatments and heat stress and the control were evaluated. In the second experiment, the effect of 2,4-D and in the third experiment effect of PEG-4000 were studied. In addition, some other stresses including high medium pH, ethanol and high speed of centrifugation were also tested. Results showed that cold pretreatment (4˚C for 1 day) and heat stress (35˚C for 2 days) induced cell divisions. Among stresses tested, heat stress (35˚C for 1 day) was the most efficient one for induction of and rogenesis. The best concentration of 2,4-D for and rogenesis induction was 25 mg/l that induced the highest ratio of multicellular structures. The most effective cellular changes were observed when PEG in 10 percent density was applied. The pH (6.5 and 7) induced the initiation of microspore cellular divisions and creation of multi-cellular structures. The high speed centrifugation caused only swelling of microspores.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 2
  • 4-D
  • chemical stresses
  • microspore culture
  • PEG-4000
  • thermal stresses
  1. طایفه افشاری ب.، عنایتی شریعت‌پناهی م. و وهاب‌زاده م (1390) «بررسی جنین‌زایی میکروسپور در هیبریدهای مختلف گندم نان (Triticum aestivum L) و معرفی پیش‌تیمار تنشی 2,4-D برای افزایش کارایی جنین‌زایی». زیست‌فناوری گیاهان زراعی. 1(1): 13-21.
    1. Höfer M, Touraev A and Heberle-Bors E (1999) Induction of embryogenesis from isolated apple microspores. Plant Cell Reports. 18: 1012-1017.
    2. Hosp J, Ribaritst A, Szaszka K, Jin Y, Tasshpulatov A, Baumann M, Resch T, Friedmann C, Ankele E, Voronin V, Palme K, Touraev A and Heberle-Bors E (2011) A tobacco homolog of DCN1 is involved in cellular reprogramming and in developmental transitions. Available at precedings.nature.com (Nature Precedings: hdl:10101/npre.2011.5728.1).
    3. Ichimura K and Korenaga M (1998) Improvement of vase life and petal color expression in several cultivars of cut Eustoma flowers by sucrose with 8-hydroxyquinoline sulfate. Bulletin of the National Research Institute of Vegetables, ornamental plants and tea, Japan. 13:31-39.
    4. Ilić-Grubor K, Attree SM and Fowke LC (1998) Induction of microspore-derived embryos of Brassica napus L. with polyethylene glycol (PEG) as osmoticum in a low sucrose medium. Plant Cell Reports. 17(5): 329-333.
    5. Li C, Yu M, Chen F and Wang S (2010) In vitro maturation and germination of Jatropha curcas microspores. International Journal of Agriculture and Biology. 12(4): 541-546.
    6. Lichter R (1982) Induction of haploid plants from isolated pollen of Brassica napus. Zeitschrift fur Pflanzenphysiologie. 105: 427–434.
    7. Pechan PM, Barteis D, Brown DCW and Schell J (1991) Messenger-RNA and protein changes associated with induction of Brassica microspore embryogenesis. Planta. 184: 161-165.
    8. Pechan PM and Keller WA (1988) Identification of potentially embryogenic microspores in Brassica napus. Physiologia Plantarum. 74(2): 377–384.
    9. Pechan PM and Keller WA (1989) Induction of microspore embryogenesis in Brassica napus L. by gamma irradiation and ethanol stress. In Vitro Cellular and Developmental Biology. 25(11): 1073-1074.
    10. Peng M, Ziauddin A and Wolyn DJ (1997) Development of asparagus microspores in vivo and in vitro is influenced by gametogenic stage and cold treatment. In Vitro Cellular and Developmental Biology - Plant. 33(4): 263-268.
    11. Raghavan C, Ong EK, Dalling MJ and Stevenson TW (2006) Regulation of genes associated with auxin, ethylene and ABA pathways by 2,4-dichlorophenoxy-acetic acid in Arabidopsis. Functional and Integrative Genomics. 6: 60–70.
    12. Reid MS (2001) Cut flowers and Greens. Department of Environmental Horticulture, University of California, Davis, CA. 36 p.
    13. Sabehat A, Lurie S and Weiss D (1998) Expression of small heat-shock proteins at low temperatures: a possible role in protecting against chilling injuries. Plant Physiology. 117: 651-658.
    14. Sefc KM, Ruckenbauer P and Regner F (1997) Embryogenesis in microspore culture of Vitis subspecies. Vitis. 36: 15-20.
    15. Shariatpanahi ME, Bal U, Heberle-Bors E and Touraev A (2006) Stresses applied for the re-programming of plant microspores towards in vitro embryogenesis. Physiologia Plantarum. 127: 519–534.
    16. ShariatpanahiME and Touraev A (2010) Microspores and their applications in basic and applied plant sciences. In: Columbus F (Eds.), Pollen: Structure, Types and Effects. Nova Science Publishers. pp. 217-234.
    17. Supena EDJ, Muswita W, Suharsono S and Custers JBM (2006) Evaluation of crucial factors for implementing shed-microspore culture of Indonesian hot pepper (Capsicum annuum L.) cultivars. Scientia Horticulturae. 107: 226–232.
    18. Yuan S, Su Y, Liu Y, Fang Z, Yang L, Zhuang M, Zhang Y and Sun P (2012) Effects of pH, MES, arabinogalactan-proteins on microspore cultures in white cabbage. Plant Cell Tissue Organ Culture. 110: 69–76.
  1. عبدالهی م. ر.، معینی ا.، حدادی پ. و جلالی جواران م (1382) «رویان‌زایی از کشت جدایه‌های میکروسپوری در ارقام مختلف کلزا (.Brassica napus L)». پژوهش و سازندگی در زراعت و باغبانی. 60: 48-52.
  2. عنایتی شریعت‌پناهی م. و امامی میبدی د (1388) «میکروسپور: سلولی هاپلوئید با کاربردهای متنوع در ژنتیک و اصلاح نباتات». مجله ژنتیک نوین. 4(3): 5-16.
  3. فخرائی م. م.، عرب م.، عنایتی شریعت‌پناهی م.، لطفی م.، عزیزی‌نیا ش. و ظل‌انوار ف (1390) «اثر متقابل غلظت‏های مختلف و انواع کربوهیدرات و پنج نوع محیط کشت بر آندروژنز رقم ماریچی سفید خالص لیسیانتوس Eustoma grandiflorum 'Mariachi Pure White'». هفتمین همایش ملی بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران.
  4. فخرائی م. م.، عرب م.، عنایتی شریعت‌پناهی م.، لطفی م.، عزیزی‌نیا ش. و ظل‌انوار ف (1390) «تأثیر رقم، اندازۀ غنچه و مرحلۀ تکامل دانه‌گرده (میکروسپوروژنز) بر آندروژنز گل لیسیانتوس Eustoma grandiflorum از طریق کشت میکروسپور». همایش ملی کشاورزی پایدار – دانشگاه آزاد اسلامی واحد ورامین – پیشوا. 133‌ـ 138.
  5. فخرائی م. م.، عرب م.، عنایتی‌شریعت پناهی م.، لطفی م.، عزیزی‌نیا ش. و ظل‌انوار ف (1390) «ارزیابی بهترین روش رنگ‌آمیزی هستۀ میکروسپور گل لیسیانتوس Eustoma grandiflorum (با رنگ فلورسنتی DAPI و سه معرف استوکارمن، استواورسئین و فوشین)». هفتمین کنگرۀ باغبانی ایران. 357‌ـ 378.
  6. فخرائی م. م.، عرب م.، عنایتی‌شریعت پناهی م.، لطفی م.، عزیزی‌نیا ش. و ظل‌انوار ف (1390) «تعیین بهترین روش و محیط جداسازی (ایزوله‌کردن) و زمان و دور سانتریفیوژ در کشت میکروسپور گل لیسیانتوس Eustoma grandiflorum». هفتمین همایش ملی بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران.
  7. فخرائی م. م.، عرب م.، عنایتی شریعت‌پناهی م.، لطفی م.، عزیزی‌نیا ش. و یونسی حمزه‏خانلو م (1389) «بررسی مراحل تکامل دانه‌گرده (میکروسپوروژنز) در چند رقم گل لیسیانتوس Eustoma grandiflorumبا استوکارمن». دومین کنگرۀ ملی تخصصی زیست‌شناسی محققان سراسر کشور. ایران. صفحه 440.
  8. ناصریان خیابانی ب.، مجد ف.، ودادی س.، رحمانی ا. و موسوی شلمانی م. ا (1384) «بررسی تأثیر ژنوتیپ، پیش‌تیمار سرمایی، دزهای پایین اشعۀ گاما و هورمون 2,4-D در واکنش به کشت پرچم گندم». مجلۀ علوم زراعی ایران. 7(1): 86-96.
  9. Bakos F, Fábián A and Barnabás B (2007) Isolated microspore cultures of a Hungarian durum wheat (Triticum turgidum L.) cultivar, Martondur1. Acta Agronomica Hungarica. 55(2): 157–164.
  10. Barinova I, Clement C, Martiny L, Baillieu F, Soukupova H, Heberle-Bors E and Touraev A (2004) Regulation of developmental pathways in cultured microspores of tobacco and snapdragon by medium pH. Planta. 219: 141–146.
  11. Emamifar M, Shariatpanahi ME, Habibzadeh S, Nematzadeh GA and Oroojlo A (2008) Induction of microspore embryogenesis with 2,4-D instead of heat shock in Brassica napus L. cv. Topas. Proceeding of the second international student conference of biotechnology. University of Tehran.
  12. Feher A, Pasternak TP and Dudits D (2003) Transition of somatic plant cells to an embryogenic state. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 74b: 201–228.
  13. Gu HH, Hagberg P and Zhou WJ (2004) Cold pretreatment enhances microspore embryogenesis in oilseed rape (Brassica napus L.). Plant Growth Regulation. 42: 137-143.
  14. Habibzadeh S, Shariatpanahi ME, Amiri R, Emamifar M, Oroojloo M, Nematzadeh G, Sadat Noori SA and Heberle-Bors E (2011) Effect of 2,4-D as a Novel Inducer of Embryogenesis in Microspores of Brassica napus L. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 47(3): 114–122.
  15. Halvy AH and Kofranek AM (1984) Evalution of lisianthus as a new flower crop. Hort Science. 19(6): 845-847.
  16. Harbaugh BK (2007) LISIANTHUS. In: Anderson Neil O (Eds.), Flower Breeding and Genetics. Springer. 824p.