Plant Genetic variability

Transcript

1 Plant Genetic variability Somatic hybridization Mutagenesis Somaclonal variability Haploids Genetic modified plants

2 Plant Genetic variability Somaclonal variation

3 Phenotypic variation in tissue culture : Introduction Genetic variability is an essential component of any breeding program designed to improve the characteristic of crops plant. Tissue culture has been hailed as one of the potential sources of useful genetic variation. The variability generated by the use of a tissue culture cycle has been termed somaclonal variation

4 Variation vs Mutation Variation: change in plant phenotype but not heritable in next generation Mutation : change in plant phenotype but heritable in next generation

5 Advantages vs Disadvantages In some application such as true-to-typness (clonal propagation) it is avoided. Mais Specie (Zea mays L.) Erba medica (Medicago sativa L.) Carattere Resistenza a emintosporiosi Altezza della pianta Maschiosterilità Contenuto di lisina e treonina Livello di ploidia 6x Habitus di crescita della pianta Morfologia e dimensione delle foglie Morfologia e colore dei fiori Parziale sterilità

6 ORIGINE Variabilità preesistente in vivo. Piuttosto frequente nelle cv di specie arboree nelle quali la propagazione agamica ha favorito nel tempo l accumulo di mutazioni nella stessa pianta. Variabilità indotta dalle condizioni di coltura in vitro. Essa può essere favorita da particolari condizioni di coltura: prolungata fase allo stato di callo, concentrazioni dei fattori di crescita velocità di proliferazione cellulare Ploidia della pianta madre Pianta normale Pianta mutata

7 Fattori che influenzano la v.s. GENOTYPE EXPLANT SOURCES DURATION OF CELL CULTURE CULTURE CONDITIONS

8 Fasi per la rigenerazione in pelargonium

9 Analisi agronomiche e biochimiche

10 Variabilità somaclonale e selezione di mutanti Ogni trattamento in vitro di cellule vegetali costituisce un potenziale trattamento mutageno. La fase in cui l effetto mutageno delle colture in vitro è più sensibile è il differenziamento (organogenesi o embriogenesi somatica) La frequenza di mutazioni indotte è funzione diretta del tempo di coltura in vitro

11 Potenzialità d uso della v. s. in colture cellulari Selezione di mutanti iperproducenti composti di interesse industriali Selezione di mutanti resistenti a composti chimici (alluminio, NaCl) Selezione di mutanti resistenti a stress biotici o abiotici (funghi, siccità, insetti)

12 Metodi di selezione Parametri fenotipici: (altezza pianta, resistenza a stress) Parametri biochimici: (analisi delle proteine, formazione di metaboliti secondari) Parametri genetici: (analisi citologiche, analisi con marcatori molecolari, grado di metilazione DNA)

13 Selezione dei mutanti senza selezione selettiva Scelta espianto Callo Rigenerazione Trasferimento in vivo Valutazione del carattere desiderato Autofecondazione

14 Selezione dei mutanti con selezione selettiva Scelta espianto Tossine di un fungo, NaCl, etc Callo Callo su substrato selettivo Rigenerazione e trasferimento in vivo Valutazione per il carattere desiderato Autofecondazione

15 Problemi associati alla v.s. Dipendenza dal genotipo Variazioni instabili e non ereditabili I caratteri di interesse possono non essere modificati Molti cambiamenti sono indesiderati Incontrollabile e non prevedibile

16 Tomato Somaclonal Variability

17 Variability detected in Tomato Experimental design Explants: young leaves from young plants (20-25 dap) Culture medium: MS, BAP and NAA Callus after 3 wks. Short time after new shoots and transplanted in rooting medium

18 Phenotypes scored Abnormal shoot development, die prior fruit set Tetraploid, leaves thickener and a deeper green colour than diploid, larger flower and seeds but lower set Sterility, 5% of regenerants, most like aneuploid

19 R1 generation plant R 0 Self crossing. R 1 plants transplanted in the field. The first 230 R 1 plants: 13 got a nuclear gene mutation were identified: Male sterility, lethal chlorophyll deficiency, virescence, Jointless pedicle: recessive, mechanical harvesting features. Fruit has not stem attached Tangerine virescent leaf, flower and fruit color.

20 Genetic analysis Evaluation self-fertilized R 2 progeny of selected R 1 plants, in particularly with the tangerine-virescent fruit variant. R1 segr in the field: 30 red to 6 tangerine fruit. 8 fruits from self fertilized plants individual

21 Fruit was collected from 8 individual plants Six Red ThreeRed vs Tangerine Two Tangerine Three Red Tangerine phenotype Pooled progeny fit a 3:1 ratio 58 red to 17 tangerine A single mutant R1 plant was crossed to a known fruit variant tangerine all hybrid progeny had tangerine fruit

22 In Addition R2 progeny flower, fruit, leaf colour defects cosegregated suggesting control of two pigments carotenoids (flower,fruit) chlorophyll leaf by a single pleiotripic gene.

23 CONCLUSION Locus contain two elements one controlling chlorophyll synthesis and carothenoid synthesis The new tv allele recovevered by somaclonal variation is recessive to the t allele for viriscence phenotype