تحديد الذات والعلاقات بين (في) التوافق في المشمش الجمع بين تلقيح اليد والمجهر والتحليلات الوراثية
Summary
نحن نقدم منهجية لتحديد متطلبات التلقيح من المشمش(Prunus أرمينياكا L.) أصناف الجمع بين تحديد الذاتي (في) التوافق بواسطة المجهر fluorescence مع تحديد النمط الجيني S من قبل تحليل PCR.
Abstract
يتم تحديد عدم التوافق الذاتي في الوردية من قبل نظام عدم التوافق الذاتي (GSI) الذي يتم التحكم فيه بشكل رئيسي من قبل loallelic S. في المشمش ، وتحديد الذات وفيما بين (في) علاقات التوافق هو على نحو متزايد أهمية ، منذ الإفراج عن عدد كبير من أصناف جديدة قد أدى إلى زيادة أصناف مع متطلبات التلقيح غير معروف. هنا، نحن وصف منهجية التي تجمع بين تحديد الذاتي (في) التوافق عن طريق التلقيح باليد والمجهر مع تحديد من S-نوع جيني من قبل تحليل PCR. لتحديد التوافق الذاتي (في) ، تم جمع الزهور في مرحلة البالون من كل أصناف في الحقل ، ملقحات يدوي في المختبر ، ثابتة ، وملطخة باللون الأزرق الأنيلين لمراقبة سلوك أنبوب حبوب اللقاح تحت المجهر الفلوري. 10- ولإقامة علاقات عدم التوافق بين الأصناف، استُخرج الحمض النووي من كل صنف من أوراق الشجر الصغيرة، وتم تحديد الـS-alleles بواسطة PCR. ويسمح هذا النهج بإنشاء مجموعات عدم التوافق وتوضيح علاقات عدم التوافق بين الأصناف، مما يوفر معلومات قيمة لاختيار الملقحات المناسبة في تصميم البساتين الجديدة واختيار الآباء المناسبين في برامج التربية.
Introduction
عدم التوافق الذاتي هو استراتيجية من النباتات المزهرة لمنع التلقيح الذاتي وتعزيز outcrossing1. في Rosaceae، يتم تحديد هذه الآلية من قبل نظام عدم التوافق الذاتي Gametophytic (GSI) Sالتي يتم التحكم فيها أساسا من قبل متعدد الأراضي2. في الاسلوب ، جين RNase ترميز S – stylar المحدد ، RNase3، في حين أن بروتين F – مربع ، الذي يحدد S –حبوب اللقاح المحدد ، هو مقنن من قبل SFB الجينات4. يحدث التفاعل الذاتي عدم التوافق من خلال تثبيط نمو أنبوب حبوب اللقاح على طول النمط منع الإخصاب من البويضة5،6.
في المشمش ، وقد حدث تجديد varietal في جميع أنحاء العالم في العقدين الماضيين7،8. هذا التقديم لعدد هام من أصناف جديدة، من مختلف برامج التربية العامة والخاصة، أدى إلى زيادة أصناف المشمش مع متطلبات التلقيح غير معروف8.
وقد استخدمت منهجيات مختلفة لتحديد متطلبات التلقيح في المشمش. في مجال، الذاتي (في) التوافق يمكن أن تنشأ عن طريق التلقيحات التي تسيطر عليها في الأشجار في قفص أو في الزهور emasculated وتسجيل نسبة الفاكهة في وقت لاحقمجموعة 9،10،11،12. وبالإضافة إلى ذلك، وقد أجريت التلقيحات التي تسيطر عليها في المختبر من قبل شبه في ثقافة الجسم الحي من الزهور وتحليل سلوك أنبوب حبوب اللقاح تحت المجهر الفلوريسنس8،13،14،15،16،17. في الآونة الأخيرة، سمحت التقنيات الجزيئية، مثل تحليل PCR وتسلسله، بتوصيف علاقات عدم التوافق على أساس دراسة جينات RNase و SFB 18،19. في المشمش، ثلاثة وثلاثين S-أليليس تم الإبلاغ عن (S1 إلى S20، S22 إلى S30، S52، S53، Sv، Sx) ، بما في ذلك أليل واحد ذات صلة بالتوافق الذاتي (Sc)12،18،,2121،22،23،24. حتى الآن، 26 مجموعات عدم التوافق قد تم stablished في هذا النوع وفقا ل S-genotype8،,9،,17،,25،,26،,27. أصناف مع نفس S-alleles هي inter-incompatible، في حين أن أصناف مع واحد على الأقل مختلفة S-أليل، وبالتالي، المخصصة في مجموعات مختلفة غير متوافقة، هي inter-compatible.
لتحديد متطلبات التلقيح من أصناف المشمش، ونحن وصف منهجية التي تجمع بين تحديد الذاتي (في) التوافق بواسطة المجهر الفلوريس مع تحديد من S-الجيلية من قبل تحليل PCR في أصناف المشمش. ويسمح هذا النهج بإنشاء مجموعات عدم التوافق وتوضيح علاقات عدم التوافق بين الأصناف.
Protocol
Representative Results
Discussion
تقليديا، معظم أصناف المشمش التجارية الأوروبية متوافقة مع36. ومع ذلك، فإن استخدام أصناف أمريكا الشمالية غير المتوافقة ذاتيا كوالدين في برامج التربية في العقود الماضية أدى إلى الإفراج عن عدد متزايد من أصناف جديدة غير متوافقة ذاتيا مع متطلبات التلقيح غير معروف7،…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا البحث من قبل وزير دي سينسيا، Innovación y Universidades-Fund European Regional Development Fund، والاتحاد الأوروبي (AGL2016-77267-R، و AGL2015-74071-JIN)؛ المعهد الوطني للاستثمارات و تيكنولوجيا أغريا y أليمنتاريا (RFP2015-00015-00, RTA2017-00003-00)؛ Gobierno de Aragón -European Social Fund, European Union (Grupo Consolidado A12_17R), Fundación Biodiversidad and Agroseguro S.A.
Materials
| Agarose D1 Low EEO | Conda | 8010.22 | |
| BIOTAQ DNA Polymerase kit | Bioline | BIO-21060 | |
| Bright field microscope | Leica Microsystems | DM2500 | |
| CEQ System Software | Beckman Coulter | ||
| DNeasy Plant Mini Kit | QIAGEN | 69106 | |
| dNTP Set, 4 x 25 µmol | Bioline | BIO-39025 | |
| GenomeLab DNA Size Standard Kit – 400 | Beckman Coulter | 608098 | |
| GenomeLab GeXP Genetic Analysis System | Beckman Coulter | ||
| GenomeLab Separation Buffer | Beckman Coulter | 608012 | |
| GenomeLab Separation Gel LPA-1 | Beckman Coulter | 391438 | |
| HyperLadder 100bp | Bioline | BIO-33029 | |
| HyperLadder 1kb | Bioline | BIO-33025 | |
| Image Analysis System | Leica Microsystems | ||
| Molecular Imager VersaDoc MP 4000 system | Bio-Rad | 170-8640 | |
| NanoDrop One Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | 13-400-518 | |
| pH-Meter BASIC 20 | Crison | ||
| Phusion High-Fidelity PCR Kit | Thermo Fisher Scientific | F553S | |
| Power Pack P 25 T | Biometra | ||
| Primer Forward | Isogen Life Science | ||
| Primer Reverse | Isogen Life Science | ||
| Quantity One Software | Bio-Rad | ||
| Stereoscopic microscope | Leica Microsystems | MZ-16 | |
| Sub-Cell GT | Bio-Rad | ||
| SYBR Safe DNA Gel Stain | Thermo Fisher Scientific | S33102 | |
| T100 Thermal Cycler | Bio-Rad | 1861096 | |
| Taq DNA Polymerase | QIAGEN | 201203 | |
| Vertical Stand Autoclave | JP Selecta |
Referenzen
- Silva, N. F., Goring, D. R. Mechanisms of self-incompatibility in flowering plants. Cellular and Molecular Life Sciences. 58, 1988-2007 (2001).
- Charlesworth, D., Vekemans, X., Castric, V., Glémin, S. Plant self-incompatibility systems: A molecular evolutionary perspective. New phytologist. 168, 61-69 (2005).
- Tao, R., et al. Identification of stylar RNases associated with gametophytic self-incompatibility in almond (Prunus dulcis). Plant and Cell Physiology. 38, 304-311 (1997).
- Ushijima, K., et al. Structural and transcriptional analysis of the self-incompatibility locus of almond: Identification of a pollen-expressed F-box gene with haplotype-specific polymorphism. The Plant cell. 15, 771-781 (2003).
- Bedinger, P. A., Broz, A. K., Tovar-Mendez, A., McClure, B. Pollen-Pistil Interactions and Their Role in Mate Selection. Plant Physiology. 173, 79-90 (2017).
- Guerra, M. E., Rodrigo, J. Japanese plum pollination: A review. Scientia Horticulturae. 197, 674-686 (2015).
- Zhebentyayeva, T., Ledbetter, C., Burgos, L., Llacer, G., Badenes, M. L., Byrne, D. Apricot. Fruit Breeding. , 415-458 (2012).
- Herrera, S., Lora, J., Hormaza, J. I., Herrero, M., Rodrigo, J. Optimizing Production in the New Generation of Apricot Cultivars: Self-incompatibility, S-RNase Allele Identification, and Incompatibility Group Assignment. Frontiers in Plant Science. 9, 527 (2018).
- Egea, J., Burgos, L. Detecting Cross-incompatibility of Three North American Apricot Cultivars and Establishing the First Incompatibility Group in Apricot. Journal of the American Society for Horticultural Science. 121, 1002-1005 (1996).
- Rodrigo, J., Herrero, M. Effects of pre-blossom temperatures on flower development and fruit set in apricot. Scientia Horticulturae. 92, 125-135 (2002).
- Julian, C., Herrero, M., Rodrigo, J. Flower bud differentiation and development in fruiting and non-fruiting shoots in relation to fruit set in apricot (Prunus armeniaca). Trees. 24, 833-841 (2010).
- Muñoz-Sanz, J. V., Zuriaga, E., López, I., Badenes, M. L., Romero, C. Self-(in)compatibility in apricot germplasm is controlled by two major loci, S and M. BMC Plant Biology. 17, 82 (2017).
- Burgos, L., Berenguer, T., Egea, J. Self- and Cross-compatibility among Apricot Cultivars. HortScience. 28, 148-150 (1993).
- Rodrigo, J., Herrero, M. Evaluation of pollination as the cause of erratic fruit set in apricot “Moniqui”. Journal of Horticultural Science. 71, 801-805 (1996).
- Milatović, D., Nikolić, D., Krška, B. Testing of self-(in)compatibility in apricot cultivars from European breeding programmes. Horticultural Science. 40 (2), 65-71 (2013).
- Milatović, D., Nikolić, D., Fotirić-Aksić, M., Radović, A. Testing of self-(in)compatibility in apricot cultivars using fluorescence microscopy. Acta Scientiarum Polonorum, Hortorum Cultus. 12 (6), 103-113 (2013).
- Herrera, S., Rodrigo, J., Hormaza, J. I., Lora, J. Identification of Self-Incompatibility Alleles by Specific PCR Analysis and S-RNase Sequencing in Apricot. Int J Mol Sci. 19, 3612 (2018).
- Romero, C., et al. Analysis of the S-locus structure in Prunus armeniaca L. Identification of S-haplotype specific S-RNase and F-box genes. Plant Molecular Biology. 56, 145-157 (2004).
- Halász, J., Pedryc, A., Hegedus, A. Origin and dissemination of the pollen-part mutated SC haplotype which confers self-compatibility in apricot (Prunus armeniaca). New Phytologist. 176, 792-803 (2007).
- Halász, J., Hegedus, A., Hermán, R., Stefanovits-Bányai, &. #. 2. 0. 1. ;., Pedryc, A. New self-incompatibility alleles in apricot (Prunus armeniaca L.) revealed by stylar ribonuclease assay and S-PCR analysis. Euphytica. 145, 57-66 (2005).
- Vilanova, S., Romero, C., Llacer, G., Badenes, M. L., Burgos, L. Identification of Self-(in)compatibility Alleles in Apricot by PCR and Sequence Analysis. Journal of the American Society for Horticultural Science. 130, 893-898 (2005).
- Feng, J., et al. Detection and transcript expression of S-RNase gene associated with self-incompatibility in apricot (Prunus armeniaca L.). Molecular Biology Reports. 33, 215-221 (2006).
- Zhang, L., et al. Identification of self-incompatibility (S-) genotypes of Chinese apricot cultivars. Euphytica. 160, 241-248 (2008).
- Wu, J., et al. Identification of S-haplotype-specific S-RNase and SFB alleles in native Chinese apricot (Prunus armeniaca L). Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 84, 645-652 (2009).
- Szabó, Z., Nyéki, J. Blossoming, fructification and combination of apricot varieties. Acta Horticulturae. 293, 295-302 (1991).
- Halász, J., Pedryc, A., Ercisli, S., Yilmaz, K. U., Hegedűs, A. S-genotyping supports the genetic relationships between Turkish and Hungarian apricot germplasm. Journal of the American Society for Horticultural Science. 135, 410-417 (2010).
- Lachkar, A., et al. Identification of self-(in)compatibility S-alleles and new cross-incompatibility groups in Tunisian apricot (Prunus armeniaca L.) cultivars. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 88, 497-501 (2013).
- Pérez-Pastor, A., Ruiz-Sánchez, M. C., Domingo, R., Torrecillas, A. Growth and phenological stages of Búlida apricot trees in South-East. Agronomie. 24, 93-100 (2004).
- Williams, J. H., Friedman, W. E., Arnold, M. L. Developmental selection within the angiosperm style: using gamete DNA to visualize interspecific pollen competition. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96, 9201-9206 (1999).
- Julian, C., Herrero, M., Rodrigo, J. Anther meiosis time is related to winter cold temperatures in apricot (Prunus armeniaca L.). Environmental and Experimental Botany. 100, 20-25 (2014).
- Guerra, M. E., López-Corrales, M., Wünsch, A., Rodrigo, J. Lack of Fruit Set Caused by Ovule Degeneration in Japanese Plum. Journal of the American Society for Horticultural Science. 136 (6), 375-381 (2011).
- Guerra, M. E., Wünsch, A., López-Corrales, M., Rodrigo, J. Flower Emasculation as the Cause for Lack of Fruit Set in Japanese Plum Crosses. Journal of the American Society for Horticultural Science. 135 (6), 556-562 (2010).
- Hormaza, J. I., Pinney, K., Polito, V. S. Correlation in the tolerance to ozone between sporophytes and male gametophytes of several fruit and nut tree species (Rosaceae). Sexual Plant Reproduction. 9, 44-48 (1996).
- Alcaraz, M. L., Hormaza, J. I., Rodrigo, J. Pistil Starch Reserves at Anthesis Correlate with Final Flower Fate in Avocado (Persea americana). PLOS ONE. 8 (10), 78467 (2013).
- Tao, R., et al. Molecular typing of S-alleles through Identification, Characterization and cDNA cloning for S-RNases in Sweet Cherry. Journal of the American Society for Horticultural Science. 124, 224-233 (1999).
- Burgos, L., et al. The self-compatibility trait of the main apricot cultivars and new selections from breeding programmes. Journal of Horticultural Science. 72, 147-154 (1997).
- Hormaza, J. I., Yamane, H., Rodrigo, J., Kole, C. Apricot. Genome Mapping and Molecular Breeding in Plants, Volume 4 Fruits and Nuts. , 171-187 (2007).
- Benmoussa, H., Ghrab, M., Ben Mimoun, M., Luedeling, E. Chilling and heat requirements for local and foreign almond (Prunus dulcis Mill.) cultivars in a warm Mediterranean location based on 30 years of phenology records. Agricultural and Forest Meteorology. 239, 34-46 (2017).
- Rodrigo, J., Herrero, M., Hormaza, J. I. Pistil traits and flower fate in apricot (Prunus armeniaca). Annals of Applied Biology. 154, 365-375 (2009).
- Williams, R. R., Williams, R. R., Wilson, D. Techniques used in fruit-set experiments. Towards Regulated Cropping. , 57-61 (1970).
- Sutherland, B. G., Robbins, T. P., Tobutt, K. R. Primers amplifying a range of Prunus S-alleles. Plant Breeding. 123, 582-584 (2004).
- Murray, M. G., Thompson, W. F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research. 8, 4321-4325 (1980).
- Porebski, S., Bailey, L. G., Baum, B. R. Modification of a CTAB DNA Extraction Protocol for Plants Containing High Polysaccharide and Polyphenol Components. Plant Molecular Biology Reporter. 15 (1), 8-15 (1997).
- Rogers, S. O., Bendich, A. J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Molecular Biology. 5 (2), 69-76 (1985).
- Hormaza, J. I. Molecular characterization and similarity relationships among apricot (Prunus armeniaca L.) genotypes using simple sequence repeats. Theoretical and Applied Genetics. 104, 321-328 (2002).
- Sonneveld, T., Tobutt, K. R., Robbins, T. P. Allele-specific PCR detection of sweet cherry self-incompatibility (S) alleles S1 to S16 using consensus and allele-specific primers. Theoretical and Applied Genetics. 107, 1059-1070 (2003).
- Hegedus, A., Lénárt, J., Halász, J. Sexual incompatibility in Rosaceae fruit tree species: molecular interactions and evolutionary dynamics. Biologia Plantarum. 56 (2), 201-209 (2012).
- Fernández i Martí, A., Gradziel, T. M., Socias i Company, R. Methylation of the Sf locus in almond is associated with S-RNase loss of function. Plant Molecular Biology. 86, 681-689 (2014).
- Company, R. S. i., Kodad, O., Martí, A. F. i., Alonso, J. M. Mutations conferring self-compatibility in Prunus species: From deletions and insertions to epigenetic alterations. Scientia Horticulturae. 192, 125-131 (2015).
- Boskovic, R., Tobutt, K. R. Correlation of stylar ribonuclease zymograms with incompatibility alleles in sweet cherry. Euphytica. 90, 245-250 (1996).
- Cachi, A. M., Wünsch, A. S-genotyping of sweet cherry varieties from Spain and S-locus diversity in Europe. Euphytica. 197 (2), 229-236 (2014).
- Zuriaga, E., et al. An S-locus Independent Pollen Factor Confers Self-Compatibility in “Katy” Apricot. PLoS ONE. 8 (1), 53947 (2013).
