2250-8493-1614-6/05/$0.00+$1.50© 20

225
0-8493-1614-6/05/$0.00+$1.50
© 2005 by CRC Press LLC
17
Haploid Cultures
Sandra M. Reed
C
HAPTER
17 C
ONCEPTS
• Haploids may be produced from male gametophytes (androgenesis) or female gametophytes
(gynogenesis).
•
In vitro
androgenesis involves culture of anthers or isolated microspores.
• Gynogenesis may be induced in unfertilized ovule or ovary culture.
• Success of haploid cultures depends on genotype, media, and cultural conditions.
• Stage of microspore development at time of culture is critical to the success of androgenesis.
• Chromosome doubled haploids (diploids) are useful in breeding projects.
INTRODUCTION
The ability to produce haploid plants is a tremendous asset in genetic and plant breeding studies.
Heritability studies are simplified, because with only one set of chromosomes, recessive mutations
are easily identified. In addition, doubling the chromosome number of a haploid to produce a
doubled haploid results in a completely homozygous plant. Theoretically, the genotypes present
among a large group of doubled haploids derived from an F
1
hybrid represent in a fixed form the
genotypes expected from an F
2
population. Use of doubled haploids in breeding programs can thus
greatly reduce the time required for development of improved cultivars. To be most useful, a large
number of haploids from many different genotypes are required.
Haploids have been available for genetic studies for many years. Prior to the 1960s, they were
mostly obtained spontaneously following interspecific hybridization or through the use of irradiated
pollen, but usually only infrequently and in very small numbers. Haploid methodology took a giant
step forward 40 years ago when Guha and Maheshwari (1964) found that haploid plants could be
obtained on a regular basis and in relatively large numbers by placing immature anthers of
Datura
innoxia
Mill. into culture. This work was rapidly expanded using tobacco (
Nicotiana tabacum
L.),
which became the model species for anther culture experiments. To date, androgenic haploids have
been produced in over 170 species; several good reviews provide lists of these species (Maheshwari
et al., 1982; Bajaj, 1983; Heberle-Bors, 1985; Dunwell, 1996). While efforts have been more
limited, haploids have also been obtained from
in vitro
culture of the female gametophyte in over
30 species (Keller and Korzun, 1996; Lakshmi Sita, 1997). Gynogenesis has been successfully
applied to several species in which androgenesis is generally ineffective, such as sugar beet (
Beta
vulgaris
L.), onion
(Allium
cepa
L.), and the Gerbera daisy (
Gerbera jamesonii
H. Bolus ex Hook).
226
Plant Development and Biotechnology
Although much of the terminology used in this chapter has been discussed in previous chapters,
the
in vitro
induction of haploids involves a few specialized terms. A haploid is a plant with the
gametic or
n
number of chromosomes. Doubled haploids, or dihaploids, are chromosome doubled
haploids or 2n plants. Androgenesis is the process by which haploid plants develop from the male
gametophyte. When anthers are cultured intact, the procedure is called anther culture. Microspore
culture involves isolating microspores from anthers before culture and is sometimes referred to as
pollen culture. Haploids are derived from the female gametophyte through a process referred to as
gynogenesis.
In vitro
gynogenesis involves the culture of unfertilized ovules or ovaries. While both
androgenesis and gynogenesis may occur
in vivo
, the usage of the terms in this chapter will refer
to the
in vitro
induction of haploids via these two mechanisms.
This chapter will begin with general discussions of androgenesis and gynogenesis, followed
by a review of the factors that affect the successful production of androgenic and gynogenic
haploids. Finally, some of the basic procedure used for the
in vitro
production of haploids will be
summarized. Excellent discussions of
in vitro
haploid production, along with specific protocols for
a number of crop species, can be found in Jain et al., 1996a; 1996b; 1996c; 1996d; 1997.
ANDROGENESIS
D
EVELOPMENT
OF
H
APLOIDS
Haploid plants develop from anther culture either directly or indirectly through a callus phase.
Direct androgenesis mimics zygotic embryogenesis; however, neither a suspensor nor an endosperm
is present. At the globular stage of development, most of the embryos are released from the pollen
cell wall (exine). They continue to develop, and after 4 to 8 weeks, the cotyledons unfold and
plantlets emerge from the anthers. Direct androgenesis is primarily found among members of the
tobacco (Solanaceae) and mustard (Cruciferae) families.
During indirect androgenesis, the early cell division pattern is similar to that found in the
zygotic embryogenic and direct androgenic pathways. After the globular stage, irregular and
asynchronous divisions occur and callus is formed. This callus must then undergo organogenesis
for haploid plants to be recovered. The cereals are am

النتائج (العربية) 1:

2250-8493-1614-6/05/$0.00+$1.50© 2005 لجنة حقوق الطفل الصحافة ذ م م17الثقافات فردانيساندرا م. ريدجالانقراضج 17أونسيبتسوقد أنتجت هابلويدس • من جاميتوفيتيس (أندروجينيسيس) من الذكور أو الإناث جاميتوفيتيس(جينوجينيسيس).•في المختبرأندروجينيسيس ينطوي على ثقافة anthers أو ميكروسبوريس معزولة.قد يتسبب • جينوجينيسيس في أبل المخصبة أو الثقافة المبيض.• نجاح الثقافات فرداني يعتمد على النمط الوراثي، ووسائط الإعلام، والظروف الثقافية.• مرحلة التنمية المئبر الوقت الثقافة أمر حاسم لنجاح أندروجينيسيس.• كروموسوم تضاعف هابلويدس (ديبلويدس) مفيدة في تربية المشاريع.مقدمةهو القدرة على إنتاج نباتات فرداني رصيداً هائلا في الوراثية ودراسات تربية النباتات.دراسات التوريث المبسطة، لأنه مع مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، الطفرات المتنحيةيتم التعرف عليها بسهولة. وباﻹضافة إلى ذلك، مضاعفة عدد الكروموسومات فرداني لإنتاجوتضاعف النتائج فرداني في مصنع متماثل تماما. من الناحية النظرية، الأنماط الجينية الحاليةمن بين مجموعة كبيرة من الضعف هابلويدس المستمدة من واو1تمثل الهجين بشكل ثابتالأنماط الوراثية المتوقعة من واو2السكان. يمكن استخدام هابلويدس الضعف في برامج تربية وهكذايقلل كثيرا من الوقت اللازم لتطوير أصناف محسنة. أن تكون مفيدة للغاية، كبيرهناك عدد من هابلويدس من العديد من الأنماط الجينية المختلفة المطلوبة.هابلويدس كانت متاحة للدراسات الوراثية لسنوات عديدة. قبل الستينات، كانتالحصول على تلقائياً بعد التهجين في الغالب أو من خلال استخدام من المشعحبوب اللقاح، ولكن عادة إلا نادراً، وفي إعداد صغيرة جداً. أخذت المنهجية فرداني عملاقةخطوة إلى الأمام قبل 40 عاماً عندما وجدت جوها وماهيشواري (1964) أن النباتات فردانيالتي تم الحصول عليها على أساس منتظم وبإعداد كبيرة نسبيا بوضع أنثيرس غير ناضجة منداتوراإينوكسيامطحنة-في الثقافة. هذا العمل قد توسعت بسرعة باستخدام التبغ (Tabacum نيكوتياناL.)،التي أصبحت الأنواع النموذجية لتجارب الثقافة العضو الذكرى. وحتى الآن، وقد هابلويدس اندروجينيوقد أنتجت في ما يزيد على 170 من الأنواع؛ عدة ملاحظات جيدة توفر قوائم هذه الأنواع (ماهيشواريet al.، 1982؛ باجاج، 1983؛ هيبيرلي--برس، 1985؛ دونويل، 1996). وفي حين بذلت جهود أكثرمحدودة، هابلويدس كما تم الحصول على منفي المختبرثقافة gametophyte الإناث أكثر فيالأنواع 30 (كيلر وكورزون، 1996؛ لاكشمي سيتا، 1997). وقد تم جينوجينيسيس بنجاحينطبق على العديد من الأنواع في أندروجينيسيس الذي هو عموما غير فعالة، مثل (بنجر السكرالإصدار بيتاالشائع.L.)، البصل(خولنجانترتيب الشراكة الاقتصادية الأوثقL.)، و (ديزي Gerberaجربيرا جاميسونيحاء – بولس السابقين هوك).226تنمية النباتات والتكنولوجيا الحيويةعلى الرغم من أن الكثير من المصطلحات المستخدمة في هذا الفصل قد نوقشت في الفصول السابقة،علىفي المختبرتحريض هابلويدس ينطوي على بعض المصطلحات المتخصصة. فرداني نبات معجاميتيك أوnعدد الكروموسومات. هابلويدس الضعف، أو ديهابلويدس، كروموسوم تضاعفهابلويدس أو النباتات 2n. أندروجينيسيس هي العملية التي تضع النباتات فرداني من الذكورgametophyte. عندما تستزرع anthers سليمة، يتم استدعاء الإجراء ثقافة العضو الذكرى. المئبرالثقافة ينطوي على عزل ميكروسبوريس من أنثيرس قبل الثقافة ويشار أحياناً إلىالثقافة حبوب اللقاح. هابلويدس مستمدة من جاميتوفيتي الإناث عن طريق عملية يشار إليهاجينوجينيسيس.في المختبرجينوجينيسيس ينطوي على ثقافة البويضات المخصبة أو المبايض. بينما كلاوقد تحدث أندروجينيسيس وجينوجينيسيسفي فيفو، يشير استخدام المصطلحات الواردة في هذا الفصللأنفي المختبرتحريض هابلويدس عبر هاتين الآليتين.سوف يبدأ هذا الفصل بالمناقشات العامة أندروجينيسيس وجينوجينيسيس، اتباعهاباستعراض العوامل التي تؤثر على النجاح في إنتاج اندروجيني وجينوجينيكهابلويدس. وأخيراً، بعض الإجراءات الأساسية المستخدمة فيفي المختبروسوف يكون إنتاج هابلويدستلخيص. مناقشات ممتازةفي المختبرالإنتاج فرداني، جنبا إلى جنب مع بروتوكولات محددةيمكن العثور على عدد من أنواع المحاصيل، في جاين et al., 1996a؛ 1996b؛ ج 1996؛ د 1996؛ 1997.أندروجينيسيسدتطورهمنحأبلويدستطوير النباتات فرداني من ثقافة العضو الذكرى مباشرة أو غير مباشرة من خلال مرحلة دشبذ.يحاكي مباشرة أندروجينيسيس امبريوجينيسيس زيجوتيك؛ ومع ذلك، لا تعليق أو السويداءغير موجود. في مرحلة تطوير كروي، يتم إطلاق سراح معظم الأجنة من حبوب اللقاحجدار الخلية (اكسين). أنها تواصل تطوير، وبعد 4 إلى 8 أسابيع، تتكشف كوتيليدونس والنبيتات الخروج من أنثيرس. المباشر في المقام الأول هو العثور على أندروجينيسيس بين أعضاءالتبغ (الباذنجانية) وأسر الخردل (Cruciferae).خلال أندروجينيسيس غير المباشر، نمط تقسيم الخلية الأولى مماثلة لتلك الموجودة فيزيجوتيك امبريوجينيك ومباشرة مسارات اندروجيني. وبعد مرحلة كروي، غير النظامية وتحدث انقسامات غير متزامن ويتم تشكيل دشبذ. يجب أن يخضع هذا دشبذ ثم organogenesisللنباتات فرداني استردادها. الحبوب وأنا

النتائج (العربية) 2:

225
0-8493-1614-6 / 05 / 0،00 $ + 1.50 $
© 2005 من قبل لجنة حقوق الطفل الصحافة LLC
17
الثقافات فرداني
ساندرا م ريد
C
HAPTER
17 C
ONCEPTS
يمكن أن تنتج • Haploids من نابتة عرسية الذكور (تخلق ذكوري) أو نابتة عرسية الإناث
(تكون بيضي).
•
في المختبر
تخلق ذكوري ينطوي على ثقافة anthers أو microspores معزولة.
• قد يكون ذلك حافزا تكون بيضي في بويضة غير مخصبة أو ثقافة المبيض.
• نجاح الثقافات فرداني يعتمد على التركيب الوراثي، ووسائل الإعلام، والظروف الثقافية.
• المرحلة من تطوير بوغ مكروي في وقت الثقافة هي الحاسمة لنجاح تخلق ذكوري.
• تضاعف الصبغي haploids (diploids) مفيدة في مشاريع تربية.
مقدمة
القدرة على إنتاج نباتات أحادية الصبغة رصيدا هائلا في الدراسات تربية الوراثية والنباتية.
يتم تبسيط دراسات التوريث، لأنه مع مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، الطفرات المتنحية
هي التعرف عليها بسهولة. وبالإضافة إلى ذلك، ومضاعفة عدد الصبغيات من فرداني لإنتاج
الضعف النتائج فرداني في مصنع متماثل تماما. من الناحية النظرية، والمورثات الموجودة
بين مجموعة كبيرة من haploids الضعف المستمدة من F
1
الهجين تمثل في شكل ثابت و
المورثات المتوقع من F
2
السكان. وبالتالي يمكن استخدام haploids الضعف في برامج التربية
يقلل كثيرا من الوقت اللازم لتطوير الأصناف المحسنة. أن يكون أكثر فائدة، كبير
يطلب عدد من haploids من العديد من المورثات مختلفة.
كانت Haploids متاحة للدراسات الجينية لسنوات عديدة. قبل 1960s، وكانوا
الحصول على معظمها من تلقاء أنفسهم بعد التهجين بين الأنواع أو من خلال استخدام المشع
حبوب اللقاح، ولكن عادة إلا نادرا وبأعداد صغيرة للغاية. اتخذت منهجية فرداني عملاقة
خطوة إلى الأمام قبل 40 عاما عندما وجدت جوها وماهيشواري (1964) أن النباتات فرداني يمكن
الحصول عليها على أساس منتظم وبأعداد كبيرة نسبيا من خلال وضع anthers غير ناضجة من
الداتورة
innoxia
مطحنة. في الثقافة. تم توسيع هذا العمل بسرعة باستخدام التبغ (
النيكوتين تبغ
L.)،
والتي أصبحت الأنواع نموذجا للالعضو الذكري تجارب زراعة. وحتى الآن، haploids الذكورة
تم إنتاجها في أكثر من 170 الأنواع؛ العديد من الاستعراضات جيدة توفر قوائم من هذه الأنواع (ماهيشواري
وآخرون، 1982؛. باجاج، 1983؛ هيبرل-بورس، 1985؛ Dunwell، 1996). في حين الجهود كانت أكثر
محدودية، كما تم الحصول haploids من
في المختبر
ثقافة الأمشاج الإناث في أكثر من
30 نوعا كيلر (وكورزون، 1996؛ لاكشمي سيتا، 1997). وقد تكون بيضي بنجاح
ينطبق على العديد من الأنواع التي تخلق ذكوري غير فعال بشكل عام، مثل بنجر السكر (
بيتا
الشائع
L.) والبصل
(ال Allium
CEPA
L.)، وديزي جربر (
جربر jamesonii
H. بولس السابق هوك).
226
مصنع التنمية والتكنولوجيا الحيوية
على الرغم من أن كثيرا من المصطلحات المستخدمة في هذا الفصل تم مناقشتها في الفصول السابقة،
و
في المختبر
تحريض haploids ينطوي على بعض المصطلحات المتخصصة. وفرداني هو النبات مع
عرسي أو
ن
عدد الكروموسومات. haploids الضعف، أو dihaploids، هي كروموسوم تضاعف
haploids أو النباتات 2N. تخلق ذكوري هو العملية التي يتم من خلالها النباتات فرداني تتطور من الذكور
الأمشاج. عندما تكون anthers مثقف سليمة، ويسمى هذا الإجراء العضو الذكري الثقافة. أبواغ الصغيرة
ينطوي على ثقافة عزل microspores من anthers قبل الثقافة ويشار أحيانا إلى
ثقافة حبوب اللقاح. وتستمد Haploids من الأمشاج الإناث من خلال عملية يشار إلى
تكون بيضي.
في المختبر
تكون بيضي ينطوي على ثقافة البويضات غير المخصبة أو المبيضين. في حين أن كلا
قد تحدث تخلق ذكوري وتكون بيضي
في الجسم الحي
، واستخدام المصطلحات الواردة في هذا الفصل يشير
إلى
في المختبر
تحريض haploids عبر هاتين الآليتين.
وسوف يبدأ هذا الفصل مع المناقشات العامة لتخلق ذكوري وتكون بيضي، ثم
من خلال استعراض لل العوامل التي تؤثر على انتاج الناجح لالذكورة وgynogenic
haploids. وأخيرا، بعض الإجراءات الأساسية المستخدمة ل
في المختبر
سيتم إنتاج haploids
تلخيصها. مناقشات ممتازة
في المختبر
إنتاج فرداني، جنبا إلى جنب مع بروتوكولات محددة ل
عدد من أنواع المحاصيل، يمكن العثور عليها في جاين وآخرون، 1996a؛ 1996b. 1996c. 1996d، 1997.
تخلق ذكوري
D
EVELOPMENT
من
H
APLOIDS
النباتات فرداني تتطور من العضو الذكري الثقافة سواء بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال المرحلة الكالس.
يقلد تخلق ذكوري المباشرة مرحلة التطور الجنيني اقحي. ومع ذلك، لا أحد suspensor ولا أحد السويداء
موجودا. في مرحلة كروية للتنمية، وأطلق سراح معظمهم من الأجنة من حبوب اللقاح
جدار الخلية (exine). استمروا في تطوير، وبعد 4-8 أسابيع، النبتات تتكشف و
شتلات الخروج من anthers. تم العثور تخلق ذكوري المباشر في المقام الأول بين أعضاء
التبغ (الباذنجانية) والخردل أسرة (Cruciferae).
وخلال تخلق ذكوري غير مباشر، في وقت مبكر نمط انقسام الخلايا مشابه لذلك الذي وجد في
مسارات الذكورة اقحي تخلقي ومباشرة. بعد مرحلة كروية، غير النظامية، و
تحدث انقسامات غير متزامن ويتم تشكيل الكالس. يجب أن هذا الكالس ثم الخضوع لتوالد
للنباتات أحادية الصبغة التي سيتم استردادها. الحبوب هي صباحا

النتائج (العربية) 3:

2250-8493-1614-6 / 05 / 0.00 دولار + 50 دولار© 2005 CRC Press ذ م م17فرداني الثقافاتSandra M. ريدجhapter17 جoncepts• الهبلويد قد تنتج من ذكر gametophytes (androgenesis) أو أنثى gametophytes(gynogenesis).•في المختبرandrogenesis ينطوي على ثقافة anthers أو microspores معزولة.• gynogenesis يمكن يتسبب في المبيض غير مخصب الإباضة أو الثقافة.• نجاح فرداني الثقافات يعتمد على التركيب الوراثي، ووسائل الإعلام، والظروف الثقافية.• المرحلة microspore تطوير الثقافة في وقت حاسم في نجاح androgenesis.• تضاعف صبغي الهبلويد (diploids) مفيدة في مشاريع تربية.مقدمةالقدرة على إنتاج نباتات أحاديات الصبغيات هي رصيد هائل في الدراسات الجينية للنبات.التوريث الدراسات المبسطة، لأنه مع مجموعة واحدة من الكروموسومات الطفرات المتنحيةيتم التعرف عليها بسهولة.وبالإضافة إلى ذلك، مضاعفة عدد الصبغيات فرداني من انتاجتضاعف فرداني النتائج في محطة متماثل تماما.من الناحية النظرية، التراكيب الوراثية الموجودةبين مجموعة كبيرة من الضعف الهبلويد مستمدة من و(1)الهجين تمثل في شكل ثابتالمورثات يتوقع من و2السكان.استخدام الضعف الهبلويد في برامج تربية وهكذايقلل كثيرا من الوقت اللازم لتطوير أصناف محسنة.أن يكون مفيدا للغاية، كبيرعدد الهبلويد العديد من التراكيب الوراثية المختلفة المطلوبة.الهبلويد كانت متاحة لسنوات عديدة من الدراسات الجينية.قبل الستينات، كانتفي الغالب الحصول عليها تلقائيا بعد التهجين بَينَ اَلأَنوَاعِ أو عن طريق استخدام المشعحبوب اللقاح، ولكن عادة إلا نادرا و بأعداد قليلة جدا.استغرق العملاق فرداني المنهجيةخطوة إلى الأمام منذ 40 عاما عندما جوها و maheshwari (1964) وجدت أن فرداني النباتات يمكنالحصول عليها على أساس منتظم في أعداد كبيرة نسبيا من خلال وضع ناضجة anthersداتورالاشوكيةميل.في الثقافة.هذا العمل هو التوسع السريع في استخدام التبغ (نيكوتيانا تاباكمL.)التي أصبحت الأنواع النموذجية على العضو الذكري الثقافة التجارب.حتى الآن، أندروجيني الهبلويدصدر في أكثر من 170 من نوع؛ العديد من الاستعراضات جيدة تقديم قوائم بأسماء هذه الأنواع (maheshwariet al., 1982; باجاج، 1983؛ heberle بورس، 1985؛ dunwell، 1996).ولئن كانت الجهود أكثرمحدودة الهبلويد كما تم الحصول عليها منفي المختبرثقافة الأنثى العرسية في أكثر من30 نوع (كيلر كورزون، 1996؛ لاكشمي سيتا، 1997).gynogenesis تم بنجاحتنطبق على العديد من الأنواع التي androgenesis عموما غير فعالة، مثل بنجر السكر (بيتاشائعL.), بصل(ثومسيباL.)، (ديزيjamesonii جربيراحاء - بالس بحكم هوك).226تطوير النبات والتقنية الحيويةعلى الرغم من أن الكثير من المصطلحات المستخدمة في هذا الفصل قد تم مناقشتها في الفصول السابقة،</s>في المختبرحث الهبلويد ينطوي على بعض التعابير المتخصصة.فرداني هو النبات معمَشِيجنعدد الكروموسومات.الضعف الهبلويد أو dihaploids، تضاعف صبغيالهبلويد او 2N النباتات.androgenesis هو العملية التي من خلالها تضع فرداني النباتات من الذكورالعرسية.عندما تكون مثقف anthers حالها الداخلي ويسمى العضو الذكري الثقافة.microsporeالثقافة تنطوي على عزل microspores anthers من قبل الثقافة و هي التي يشار اليها أحياناحبوب اللقاح الثقافة.الهبلويد مستمدة من العرسية الإناث من خلال عملية تسمىgynogenesis.في المختبرgynogenesis ينطوي على ثقافة غير مخصب البويضات أو المبيض.في حين أن كلاandrogenesis gynogenesis قد تحدثفي الجسم الحياستخدام المصطلحات الواردة في هذا الفصل سوف أشيرإلىفي المختبرحث الهبلويد عبر هاتين الآليتين.هذا الفصل سوف تبدأ المناقشات العامة androgenesis gynogenesis، يتبعمن خلال استعراض العوامل التي تؤثر على النجاح في إنتاج gynogenic الذكورهالهبلويد.وأخيرا، بعض الإجراءات الأساسية المستخدمةفي المختبروسيكون إنتاج الهبلويدتلخيص.مناقشات ممتازةفي المختبرفرداني الإنتاج، جنبا إلى جنب مع بروتوكولات محددةوهناك عدد من أنواع المحاصيل، يمكن العثور عليها في جين et al 1996a؛ 1996b 1996c 1996d؛ 1997.androgenesisدevelopmentمنحaploidsنباتات أحاديات الصبغيات من وضع العضو الذكري الثقافة إما بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال مرحلة الكالوس.androgenesis مباشرة يقلد لاقحي التخلق؛ ومع ذلك، لا suspensor أو السويداءهو هذا.في مرحلة تطور كروي، معظم الأجنة يتم الافراج عن اللقاحالجدار الخلوي (exine).استمرت في النمو، و بعد 4 الى 8 أسابيع نبتة تتكشفنبتات تخرج من anthers.androgenesis المباشر هو أساساً بين أعضاءالتبغ (الباذنجانية) و الخردل (كروسيفرا) أسرة.خلال androgenesis غير مباشرة، في وقت مبكر في انقسام الخلايا نمط مشابه لما هو موجود فيلاقحي الجنينية وتوجيه مسارات الذكورة.بعد مرحلة كروي وغير منتظمتزامن انقسامات تحدث و يتم تشكيل نسيج.هذا ثم يجب أن يخضع organogenesis الكالسفرداني النباتات التي سيتم استردادها.م