Selection of somatic fusion products in potato by hybrid vigour |
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Authors: | S C Debnath G Wenzel |
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Institution: | (1) Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft, Institut für Resistenzgenetik, D-8059 Grünbach, Federal Republic of Germany |
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Abstract: | Summary Tetraploid potato plants were regenerated after polyethylene-glycol-induced protoplast fusion between dihaploids. Hybrid vigour
of the regenerated calli was used for preselection of fusion products. Nearly all the selected vigorous clones possessed chromosome
counts at the tetraploid level. Fusion products were compared to the parental material to auto-fused plants of and to three
protoclones expressing different degrees of somaclonal variation. The selected clones, where grown in vitro in growth rooms
and in pots in the glasshouse, showed increased vigour compared to their parents, to auto-fused and to 4x protoclones. Plants of clones from very vigorous calli, when assessed by height, the number of nodes per plant, leaf morphology
and tuber production, showed hybrid vigour. The hypothesis that superior clones result from heterokaryons after protoplast
fusion or that they arise from other in vitro events such as somaclonal variation is discussed.
Zusammenfassung Die Verwendung dihaploider Kartoffelklone (2n=2x=24) in Züchtungsprogrammen, vor allem die Rückkehr zum tetraploiden Grad, wird sehr oft durch deren fehlende Fertilit?t verhindert.
Dieses Problem dürfte am elegantesten durch somatische Fusion der Dihaploiden überwunden werden. Als Ergebnis einer solchen
Prozedur würden sich, ausser der Paarung beider Ploidiestufen, die Addition qualitativer und quantitativer Merkmale ergeben.
Gr?sstes Hindernis für die Anwendung der Protoplastenfusion ist das Fehlen eines brauchbaren Selektionssystems für die Separierung
von homo- und heterokaryotischen Fusionsprodukten. In der hier beschriebenen Methode wurde der sehr kr?ftige Wuchs einiger
Kalli für die Vorselektion einiger vermuteter Hybriden verwendet. Nach Anwendung der Polyethylenglykol-Fusions-methode (PEG,
Tabelle 1) konnten von fünf selektierten dihaploiden Klonen (P1–P5) grosse Zahlen von Kalli und Pflanzen regeneriert werden,
obwohl die PEG-Behandlung einen negativen Einfluss auf die Regenerationsrate hatte (Tabelle 2). Insgesamt wurden nach PEG-Behandlung
115 Kalli als vermutliche Hybriden, ihrer extremen Wuchsleistung entsprechend, selektiert. Tabelle 3 vergleicht die Ploidiestufen
dieser selektierten Klone mit der von unbehandelten Elternklonen. Wegen der somaklonalen Variation wurden auch von nicht fusionierten
Protoplasten viele tetraploide Klone gefunden. Ihre Zahl war allerdings signifikant kleiner, und unter den nicht PEG-behandelten
Protoplasten waren immer einige diploide vorhanden. Die Tabellen 4 und 5 zeigen die Merkmale von 9 und 10 selektierten Klonen
(Hy 1–10) in vitro und in vivo für Sprossl?nge, Zahl der Nodien, Blattfl?che, Blattform, Zahl der Wurzeln und allgemeiner
Wachstumsleistung. In allen F?llen waren die gemessenen Parameter bei den selektierten Klonen signifikant gr?sser als bei
den Kontrollen. Folglich kann das st?rkere Wachstum der selektierten Klone nicht nur mit somaklonaler Variation erkl?rt werden.
Es ist ein starkes Indiz für die Hybridnatur. Das Isoenzym-Muster der Esterasen unterstreicht diese Schlussfolgerung. Den
Ergebnissen zufolge ist es m?glich, somatische Hybriden anhand ihrer hybriden Vitalit?t vorzuselektieren. Dies sollte die
M?glichkeit zur Entdeckung somatischer Hybriden in ausreichender H?ufigkeit für praktische Züchtungsprogramme erh?hen.
Résumé L'utilisation de cl?nes dihaplo?des (2n=2x=24) dans les programmes d'hybridation, et particulièrement le retour au niveau tétraplo?de, est entravée par leur manque
de fertilité. Ce problème pourrait être maitrisé élégamment par la fusion somatique de dihaplo?des. D'un tel procédé résulterait
de plus l'héritage de caractères qualitatifs et quantitatifs apportés par le doublement de plo?die. Le principal obstacle
pour utiliser la fusion de protoplastes est l'absence d'un système de sélection approprié pour la séparation des homo et hétérokaryotes
produits par la fusion. Par la méthode décrite dans cet article la grande vigueur de croissance de quelques cals a été mise
à profit pour la présélection des présumés hybrides. Après l'adaptation du procédé de fusion au polyéthylène-glycol (PEG,
tableau 1) sur cinq cl?nes dihaplo?des sélectionnés (P1–P5) un grand nombre de cals et de plantes pourrait être régénéré,
bien que le traitement PEG ait une influence négative sur le taux de régénération (tableau 2). Au total 115 cals étaient sélectionnés
après le traitement comme de présumés hybrides, en raison de leur extrème vigueur. Le tableau 3 compare les niveaux de plo?die
de ces cl?nes sélectionnés avec ceux des parents non traités. La variation somatique de protoplastes non fusionnés est également
trouvée dans de nombreaux cl?nes tétraplo?des, leur nombre est cependant significativement plus petit, et parmi les protocl?nes
régénérés de protoplastes non traités quelques diplo?des sont toujours présents. Les tableaux 4 et 5 montrent les caractéristiques
de 9 et 10 cl?nes sélectionnés (Hy 1–10) in vitro et in vivo, respectivement pour la longueur de pouses, le nombre de noeuds,
la surface et la forme des feuilles, le nombre de racines et la vigueur générale. Dans tous les cas, les paramètres mesurés
ont des valeurs significativement plus élevées dans les cl?nes sélectionnés que dans les témoins. En conséquence, leur vigoureuse
croissance ne peut être expliquée seulement par la variation somatique mais elle constitue une indication sur la vigueur hybride.
L'analyse des estérases souligne cette conclusion (figure 1). Ces résultats montrent qu'il est possible de présélectionner
des hybrides somatiques par leur vigueur, ce qui augmente les possibilités de les détecter en quantité suffisante dans les
programmes d'hybridation.
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Keywords: | dihaploids protoclones protoplasts Solanum tuberosum somaclonal variation |
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