JoVE Journal > Developmental Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Developmental Biology

وضع متطلبات التلقيح في البرقوق الياباني من خلال الرصد الفينولوجي والتلقيح اليدوي والمجهر الفلوري وال جينوتيبينج الجزيئية

Published: November 09, 2020
doi:
10.3791/61897
, ,
1Unidad de Hortofruticultura,Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón (CITA), 2(CITA-Universidad de Zaragoza),Instituto Agroalimentario de Aragón – IA2, 3Departamento de Hortofruticultura, Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura (CICYTEX),Instituto de Investigaciones Agrarias Finca La Orden

Summary

ويرد وصف منهجية لتحديد متطلبات التلقيح في الهجينة اليابانية من نوع البرقوق، والتي تجمع بين التلقيح الميداني والمختبري وملاحظات أنابيب حبوب اللقاح تحت المجهر الفلوري مع تحديد الأنماط الجينية Sبواسطة PCR ورصد المزهرة لاختيار الملقحات.

Abstract

أصناف البرقوق اليابانية التي تزرع عادة هي هجينة بين الأنواع المشتقة من الصلبان بين برينس ساليسينا الأصلي مع أنواع Prunus الأخرى. معظم الهجينة معرض gametophytic الذاتي عدم التوافق، والتي تسيطر عليها واحد ومتعدد الأشكال للغاية S-الموضعالذي يحتوي على أليلات متعددة. معظم الهجينة المزروعة هي ذاتية غير متوافقة وتحتاج حبوب اللقاح من متبرع متوافق لتسميد الزهور الخاصة بهم. أصبح وضع متطلبات التلقيح في البرقوق الياباني مهما بشكل متزايد بسبب العدد الكبير من أصناف جديدة مع متطلبات تلقيح غير معروفة. في هذا العمل، يتم وصف منهجية لتحديد متطلبات التلقيح في الهجينة اليابانية من نوع البرقوق. يتم تحديد التوافق الذاتي (في) عن طريق التلقيح اليدوي في كل من الحقل وفي المختبر ، يليه رصد استطالة أنبوب حبوب اللقاح مع المجهر الفلوري ، وكذلك مراقبة نضوج الفاكهة في هذا المجال. يتم تقييم اختيار أصناف التلقيح من خلال الجمع بين تحديد الأنماطالجينية S عن طريق تحليل PCR مع رصد الوقت المزهر في الميدان. معرفة متطلبات التلقيح من أصناف يسهل اختيار أصناف لتصميم بساتين جديدة ويسمح للكشف المبكر عن مشاكل الإنتاجية المتعلقة بنقص التلقيح في البساتين المنشأة.

Introduction

البرقوق الياباني(برونوس ساليسينا ليندل.) هو مواطن في الصين1. في القرن التاسععشر ، تم إدخال هذا المحصول من اليابان إلى الولايات المتحدة ، حيث تم تقاطعه مع الخوخ ثنائي الدبلويد الأمريكي الشمالي الآخر2. فيالقرن العشرين، انتشرت بعض هذه الهجينة إلى المناطق المعتدلة في جميع أنحاء العالم. في الوقت الحاضر، يشير مصطلح “البرقوق الياباني” إلى مجموعة واسعة من الهجينة بين الأنواع المشتقة من الصلبان بين P. salicina الأصلي مع ما يصل إلى 15 ديبلويد برونوس SPP.3،4،5.

البرقوق الياباني، مثل الأنواع الأخرى من عائلة الوردية، والمعارض Gametophytic الذاتي عدم التوافق (GSI)، والتي تسيطر عليها واحد ومتعدد الأشكال S-الموضعالذي يحتوي على أليلات متعددة6. يحتوي S-locus على جينين يرمزان إلى ريبونوكليز(S-RNase)المعبر عنه في الحوت ، وبروتين F-box (SFB) المعبر عنه في حبوب اللقاح7. في رد فعل عدم التوافق الذاتي، عندما S-أليل أعرب في حبوب اللقاح (haploid) هو نفس واحد من اثنين أعرب في pistil (diploid)، يتم القبض على نمو أنبوب حبوب اللقاح عبر النمط بسبب تدهور الحمض النووي الريبي أنبوب حبوب اللقاح من خلال عمل S-RNase8. وبما أن هذه العملية تمنع تخصيب الغاموتوفيت الأنثوي في البويضة، فإن مؤشر GSI يعزز التقاطع بين الأصناف.

على الرغم من أن بعض أصناف البرقوق اليابانية متوافقة مع نفسها ، إلا أن معظم أصناف الأصناف التي تزرع حاليا غير متوافقة مع نفسها ، وتحتاج إلى حبوب اللقاح من المتبرعين المتوافقين مع بعضها البعض لتسميد أزهارها3. في أنواع الفاكهة الحجرية من جنس Prunus مثل اللوز9، المشمش10،11،12 والكرز الحلو13، يمكن إنشاء متطلبات التلقيح من أصناف من قبل نهج مختلفة. يمكن تحديد التوافق الذاتي (في) عن طريق التلقيح الذاتي للزهور في الميدان والرصد اللاحق لمجموعة الفاكهة ، أو عن طريق التلقيح الذاتي شبه في الجسم الحي في ظروف خاضعة للرقابة في المختبر ومراقبة أنابيب حبوب اللقاح تحت المجهر14،15،16،17،18 . يمكن تحديد علاقات عدم التوافق بين أصناف عن طريق التلقيح عبر في الميدان أو المختبر باستخدام حبوب اللقاح من أصناف التلقيح المحتملة، ومن خلال تحديد S-alleles من كل أصناف من قبل تحليل PCR14،15،16،19،20،21،22 . في أنواع مثل الكرز الحلو أو اللوز، يمكن أيضا تقييم التوافق الذاتي (في) من خلال تحديد أليليس S معينة المرتبطة التوافق الذاتي، كما S4‘ في الكرز الحلو13 أو Sو في اللوز23.

العديد من برامج تربية البرقوق من البلدان المنتجة الرئيسية هي الافراج عن عدد من أصناف جديدة2،14، وكثير منهم مع متطلبات التلقيح غير معروف. في هذا العمل، يتم وصف منهجية لتحديد متطلبات التلقيح في الهجينة اليابانية من نوع البرقوق. يتم تحديد التوافق الذاتي (في) عن طريق التلقيح الذاتي في كل من الحقل والمختبر ، تليها ملاحظات لأنابيب حبوب اللقاح تحت المجهر الفلوري. اختيار أصناف التلقيح يجمع بين تحديد S-genotypes بواسطة تحليل PCR مع رصد الوقت المزهرة في هذا المجال.

Protocol

1. التلقيح اليدوي في الميدان استخراج حبوب اللقاح للحصول على حبوب اللقاح، وجمع براعم الزهور في المرحلة D24، وفقا للمرحلة 57 على مقياس BBCH25،26.ملاحظة: براعم الزهور أكثر ضرورية في البرقوق الياباني مما كانت عليه في أنواع Prunus …

Representative Results

كل برعم زهرة البرقوق اليابانية يحتوي على الإضاءة مع 1-3 الزهور. كما هو الحال في أنواع الفاكهة الحجرية الأخرى ، تتكون كل زهرة من أربعة عاهرات: الكاربل ، والركودات ، وبتلات ، والسيبال ، والتي تنصهر في تشكيل كوب في قاعدة الزهرة. هياكل الزهور هي أصغر من الفواكه الحجرية الأخرى، مع pistil قصيرة وهشة م…

Discussion

المنهجية الموصوفة هنا لمتطلبات التلقيح من أصناف البرقوق اليابانية يتطلب تحديد الذاتي (في) التوافق بين كل أصناف عن طريق التلقيح الخاضعة للرقابة في الميدان أو المختبر، والمراقبة اللاحقة لنمو أنبوب حبوب اللقاح مع المجهر الفلوري. يتم تأسيس علاقات عدم التوافق من خلال توصيف S-alleles عن طريق ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم تمويل هذا البحث من قبل المعهد الوطني للاستثمار في علم المواصلات 2017-00003-0000؛ Gobierno de Aragón – الصندوق الاجتماعي الأوروبي، الاتحاد الأوروبي (Grupo Consolidado A12-17R)، والمجلس العسكري دي إكستريمادورا – فوندو أوروبا دي ديسارولو الإقليمية (FEDER)، خطة إقليمية دي Investigación (IB16181)، جروبو دي Investigación (AGA001، GR18196). 10- وتحظى B.I. Guerrero بدعم من زمالة المجلس الوطني للكنسية من المكسيك (كوناسيت، 471839).

Materials

Acetic Acid Glacial Panreac 131008.1611
Agar iNtRON Biotechnology 25999
Aniline blue Difco 8504-88
Boric Acid (H3BO4) Panreac 131015.1210
Calcium Nitrate 4-hydrate (Ca(NO3)2·4H2O) Panreac 131231.1211
Coverglass Deltalab D102460 24 mm x 60 mm
Digital Camera Imaging Developmet Systems UI-1490SE
Digital Camera Software Suite Imaging Developmet Systems 4.93.0.
DNA Oligos ThermoFisher Scientific
dNTP Mix, 10 mM each ThermoSischer Scientific R0193
DreamTaq Green DNA polymerase ThermoFisher Scientific EP0713
Ethanol 96° VWR-Chemicals 83804.360
1Kb DNA Ladder (U.S. Patent No. 4.403.036) (500pb-12Kb) Invitrogen 15615-016 Size: 250µg; Conc: 1.0 µg/µl
Gel Documentation System Bio-Rad 1708195
Hand Counter Tamaco TM-4
Image Lab Software Bio-Rad Image Analyse System for Gel Documentation System
MetaPhor Agarose Lonza 50180
Microcentrifuge 5415 R Eppendorf Z605212
Microscope with UV epiflurescence Leica DM2500 Exciter filter BP340-390, Barrier filter LP425
Microslides Deltalab D100004 26 mm x 76 mm
Mini Electrophoresis System Fisherbrand 14955170
Minicentrifuge ThermoFisher Scientific 15334204
NanoDrop 1000 Spectrophotometer ThermoFisher Scientific ND1000
Petri Dishes Deltalab 200201 55 mm x 14 mm
Potassium Phosphate Tribasic (K3PO4·1.5H2O) Panreac 141513
Primer forward 'Pru C2' ThermoFisher Scientific
Primer forward Pru T2' ThermoFisher Scientific
Primer reverse 'PCER' ThermoFisher Scientific
RedSafe Nucleic Acid Staining Solution iNtRON Biotechnology 21141
Saccharose Panreac 131621.1211
Sodium sulphite anhydrous (Na2SO3) Panreac 131717.1211
Speedtools plant DNA extraction Kit Biotools 21272
TBE Buffer (10X) Panreac A0972,5000PE
Thermal Cycler T100 Bio-Rad 1861096
Thermomixer comfort Eppendorf T1317
Vertical Autoclave Presoclave II JP Selecta 4001725
Vortex Fisherbrand 11746744
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hendrick, U. P. . The Plums of New York. , (1911).
  2. Okie, W. R., Hancock, J. F., Hancock, J. F. Plums. Temperate Fruit Crop Breeding. , 337-357 (2008).
  3. Guerra, M. E., Rodrigo, J. Japanese plum pollination: a review. Scientia Horticulturae. 197, 674-686 (2015).
  4. Okie, W. R. Introgression of Prunus species in plum. New York Fruit Quarterly. 14 (1), 29-37 (2006).
  5. Okie, W. R., Weinberger, J. H., Janick, J., Moore, J. . Fruit Breeding, vol. 1. Tree and tropical fruits. , 559-608 (1996).
  6. Mccubbin, A. G., Kao, T. Molecular recognition and response in pollen and pistil interactions. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 16, 333-364 (2000).
  7. Hegedűs, A., Halász, J. Recent findings of the tree fruit self-incompatibility studies. International Journal of Horticultural Science. 13 (2), 7-15 (2007).
  8. de Nettancourt, D. . Incompatibility and Incongruity in Wild and Cultivated Plants. , (2001).
  9. Tao, R., et al. Identification of stylar RNases associated with gametophytic self-incompatibility in almond (Prunus dulcis). Plant and Cell Physiology. 38 (3), 304-311 (1997).
  10. Halász, J., Pedryc, A., Ercisli, S., Yilmaz, K., Hegedűs, A. S-genotyping supports the genetic relationships between Turkish and Hungarian apricot germplasm. Journal of the American Society for Horticultural Science. 135 (5), 410-417 (2010).
  11. Lora, J., Hormaza, J. I., Herrero, M., Rodrigo, J. Self-incompatibility and S-allele identification in new apricot cultivars. Acta Horticulturae. (1231), 171-176 (2019).
  12. Herrera, S., Lora, J., Hormaza, J. I., Rodrigo, J. Determination of self- and inter-(in)compatibility relationships in apricot combining hand-pollination, microscopy and genetic analyses. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (160), (2020).
  13. Cachi, A. M., Wunsch, A. Characterization of self-compatibility in sweet cherry varieties by crossing experiments and molecular genetic analysis. Tree Genetics & Genomes. 10, 1205-1212 (2014).
  14. Guerra, M. E., Guerrero, B. I., Casadomet, C., Rodrigo, J. Self-compatibility, S-RNase allele identification, and selection of pollinizers in new Japanese plum-type cultivars. Scientia Horticulturae. 261, 109022 (2020).
  15. 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, 1-12 (2018).
  16. Herrera, S., Rodrigo, J., Hormaza, J. I., Lora, J. Identification of self-incompatibility alleles by specific PCR analysis and S-RNase sequencing in apricot. International Journal of Molecular Sciences. 19 (11), 3612 (2018).
  17. Sociasi Company, R., Kodad, O., Fernández i Martí, J. M., Alonso, J. M. Mutations conferring self-compatibility in Prunus species: from deletions and insertions to epigenetic alterations. Scientia Horticulturae. 192, 125-131 (2015).
  18. Rodrigo, J., Herrero, M. Evaluation of pollination as the cause of erratic fruit set in apricot ‘Moniqui. Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 71 (5), 801-805 (1996).
  19. Beppu, K., et al. Se-haplotype confers self-compatibility in Japanese plum (Prunus salicina Lindl). Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 80 (6), 760-764 (2005).
  20. Guerra, M. E., Rodrigo, J., López-Corrales, M., Wünsch, A. S-RNase genotyping and incompatibility group assignment by PCR and pollination experiments in Japanese plum. Plant Breeding. 128 (3), 304-311 (2009).
  21. Guerra, M. E., Wunsch, 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).
  22. Guerra, M. E., Wünsch, A., López-Corrales, M., 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).
  23. 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).
  24. Baggiolini, M. Les stades repérés des arbres fruitiers à noyau. Revue romande d’Agriculture et d’Arboriculture. 8, 3-4 (1952).
  25. Meier, U. Growth stages of mono-and dicotyledonous plants: BBCH Monograph. Federal Biological Research Centre for Agriculture and Forestry. , (2001).
  26. Fadón, E., Herrero, M., Rodrigo, J. Flower development in sweet cherry framed in the BBCH scale. Scientia Horticulturae. 192, 141-147 (2015).
  27. Fadon, E., Rodrigo, J. Combining histochemical staining and image analysis to quantify starch in the ovary primordia of sweet cherry during winter dormancy. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (145), (2019).
  28. 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).
  29. Burgos, L., et al. The self-compatibility trait of the main apricot cultivars and new selections from breeding programmes. Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 72 (1), 147-154 (1997).
  30. Dicenta, F., Ortega, E., Cánovas, J. A., Egea, J. Self-pollination vs. cross-pollination in almond: pollen tube growth, fruit set and fruit characteristics. Plant Breeding. 121, 163-167 (2002).
  31. Alonso, J. M., Socias i Company, R. Differential pollen tube growth in inbred self-compatible almond genotypes. Euphytica. 144, 207-213 (2005).
  32. Hedhly, A., Hormaza, J. I., Herrero, M. The effect of temperature on pollen germination, pollen tube growth, and stigmatic receptivity in peach. Plant Biology. 7, 476-483 (2005).
  33. Hedhly, A., Hormaza, J. I., Herrero, M. Warm temperatures at bloom reduce fruit set in sweet cherry. Journal of Applied Botany. 81, 158-164 (2007).
  34. Milatović, D., Nikolić, D. Analysis of self-(in)compatibility in apricot cultivars using fluorescence microscopy. Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 82, 170-174 (2007).
  35. Jia, H. J., He, F. J., Xiong, C. Z., Zhu, F. R., Okamoto, G. Influences of cross pollination on pollen tube growth and fruit set in Zuili plums (Prunus salicina). Journal of Integrative Plant Biology. 50, 203-209 (2008).
  36. Herrero, M., Salvador, J. La polinización del ciruelo Red Beaut. Información Técnica Econónomica Agraria. 41, 3-7 (1980).
  37. Ramming, D. W. Plum. Register of new fruit and nut varieties: Brooks and Olmo, List 37. HortScience. 30 (6), 1142-1144 (1995).
  38. Hartmann, W., Neümuller, M. Plum breeding. Breeding plantation tree crops: Temperate species. , 161-231 (2009).
  39. Guerra, M. E., López-Corrales, M., Wünsch, A. Improved S-genotyping and new incompatibility groups in Japanese plum. Euphytica. 186 (2), 445-452 (2012).
  40. 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 (3), 224-233 (1999).
  41. Yamane, H., Tao, R., Sugiura, A., Hauck, N. R., Lezzoni, A. F. Identification and characterization of S-RNases in tetraploid sour cherry (Prunus cerasus). Journal of the American Society for Horticultural Science. 126, 661-667 (2001).
  42. López, M., Jose, F., Vargas, F. J., Battle, I. Self-(in)compatibility almond genotypes: a review. Euphytica. 150, 1-16 (2006).
  43. Bošković, R., Tobutt, K. R. Correlation of stylar ribonuclease zymograms with incompatibility alleles in sweet cherry. Euphytica. 90, 245-250 (1996).
  44. Beppu, K., Syogase, K., Yamane, H., Tao, R., Kataoka, I. Inheritance of self-compatibility conferred by the Se-haplotype of Japanese plum and development of Se-RNase gene-specific PCR primers. Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 85, 215-218 (2010).
  45. Beppu, K., Kumai, M., Yamane, H., Tao, R., Kataoka, I. Molecular and genetic analyses of the S-haplotype of the self-compatible Japanese plum (Prunus salicina Lindl.) “Methley”. Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 87 (5), 493-498 (2012).
  46. Beppu, K., Konishi, K., Kataoka, I. S-haplotypes and self-compatibility of the Japanese plum cultivar ‘Karari’. Acta Horticulturae. 929, 261-266 (2012).
  47. Sapir, G., Stern, R. A., Shafir, S., Goldway, M. S-RNase based S-genotyping of Japanese plum (Prunus salicina Lindl.) and its implication on the assortment of cultivar-couples in the orchard. Scientia Horticulturae. 118, 8-13 (2008).
  48. Karp, D. Luther Burbank’s plums. HortScience. 50 (2), 189-194 (2015).

Tags

Pollination RequirementsJapanese PlumPhenological MonitoringHand PollinationsFluorescence MicroscopyMolecular GenotypingSelf-incompatible CultivarsPollen ExtractionBBCH ScaleFruit SetSelf-pollinationCross-pollinationPollen GerminationFixative SolutionMicroscopy

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Guerrero, B. I., Guerra, M. E., Rodrigo, J. Establishing Pollination Requirements in Japanese Plum by Phenological Monitoring, Hand Pollinations, Fluorescence Microscopy and Molecular Genotyping. J. Vis. Exp. (165), e61897, doi:10.3791/61897 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image