بخشی از مقاله
چکیده
هدف اصلی از تولید گیاهان هاپلوئید در خانواده کدوئیان به منظور تسریع برنامههاي بهنژادي براي گزینش ژنوتیپهاي مطلوب از طریق استفاده از لاینهاي دابل هاپلوئید خالص میباشد. نرزایی، ماده زایی و بکرزائی روشهاي معمول تولید گیاهان هاپلوئید هستند. مطالعهي مروري حاضر، فاکتورهاي مؤثر در افزایش کارایی روش بکرزایی القایی با تکنیک گرده پرتوتابی شده در گیاهان خانواده جالیزي را بیان میکند.
رایجترین و بهترین روش شناخته شده براي دستیابی به گیاهان هاپلوئید جالیزي روش گرده افشانی با گرده پرتوتابی شده است که نمو جنینهاي هاپلوئید بکرزا را در گیاه القاء میکند. در این روش جنینها از بذور نابالغ خارج شده و در شرایط درون شیشهاي نجات مییابند تا به گیاه کامل توسعه پیدا کنند.
در گیاهان جالیزي، اولین گزارش در تولید موفق هاپلوئیدي از این روش توسط Sauton و Dumas منتشر گردید و بعد از آن توسط محققان دیگر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسیهاي مختلف نشان داد که موفقیت در این روش تحت تأثیر چندین فاکتور از جمله ژنوتیپ و قدرت رشد گیاه مادري، تعیین دز مناسب پرتو، زمانی از سال که گردهافشانی با گرده پرتوتابی شده صورت میگیرد و روش تشخیص، جداسازي و نجات جنین قرار میگیرد و پیشنهاد میگردد که در استفاده از این تکنیک فاکتورهاي ذکر شده مورد توجه اصلاحگران نبات قرار گیرد.
مقدمه
گیاهان جالیزي از مهمترین محصولات صیفی در کشور هستند که طی سالیان متمادي کشت و کار شدهاند و داراي صفات با ارزش فراوانی میباشند، ولی به دلیل گردهافشانی آزاد و بذرگیري سنتیغالباً از یکنواختی و ثبات کامل جهت معرفی به عنوان لاین اصلاحی برخوردار نیستند. از طرفی، انجام هر گونه برنامه اصلاحی و بررسی و انتقال صفات مقاومت به بیماريها و تولید بذر هیبرید منوط به وجود لاینهاي خالص میباشد.
با توجه به اینکه تولید لاینهاي خالص از طریق خودگشنی مکرر زمان زیادي نیاز دارد ومعمولا گیاهان حاصله صددرصد هموزیگوس نمیباشند، از این رو روش هاپلوئیدي1 و هاپلوئیدي مضاعف2 با کوتاه کردن زمان مورد نیاز براي دستیابی به گیاه خالص نقش مهمی را در برنامههاي به نژادي گونههاي مختلف زراعی ایفا میکند. هاپلوئیدها گیاهانی هستند که حاوي تعداد کروموزمومهاي گامتوفیتک در مرحله اسپوروفیتی میباشند که میتوانند به صورت خودبخودي در طبیعت و یا در نتیجه تکنیکهاي گوناگون القاء هاپلوئید حاصل شوند.
علاقهمندي به هاپلوئیدي از سال 1921 شروع شد و نمو خودبخودي گیاهان هاپلوئید در سال 1922 براي اولین بار در گیاه تاتوره توسط Blakeslee معرفی شد سپس گزارشات مشابهی در تنباکو، گندم و چندین گونه دیگرارائه گردید
با این حال، وقوع خودبخودي این پدیده به ندرت اتفاق میافتد که ارزش کاربردي آن را محدود میکند. گیاهان هاپلوئید میتوانند از طریق روشهاي نرزایی درون شیشهاي3 - کشت درون شیشهاي دانه گرده و بساك - ماده زایی درون شیشهاي4 - کشت درون شیشه اي تخمک و تخمدان - و بکرزائی - تحریک5 به رشد سلول تخمزا در کیسه جنینی عمدتاً با گرده افشانی با گرده پرتو دیده - بدست آیند
پتانسیل هاپلوئیدي در بهنژادي گیاهان از 1964 با دستیابی جنین هاپلوئید از کشت درون شیشهاي بساك تاتوره و پس از آن تولید موفق درون شیشهاي هاپلوئید در گیاه تنباکو مشخص گردید .
تلاشهاي زیادي در این زمینه صورت گرفت که نتیجه آنها دستیابی به پروتوکلهایی براي 250 گونه گیاهی بودکه تقریباً متعلق به همه خانوادههاي سلسه گیاهی میباشند
یکی از جدیدترین تکنیکهاي تولید گیاهان هاپلوئیدي که در بسیاري از گونههاي گیاهی در تولید جنین و گیاه هاپلوئید و دابل هاپلوئید موفقیتآمیز بوده تکنیک گرده پرتوتابی شده میباشد. روشهاي مرسوم نظیر کشت بساك، تخمک و تخمدان تلقیح نشده براي تولید هاپلوئید در انواع گیاهان جالیزي موفقیت چندانی ندارد و موفقترین روش در این خانواده، القاء جنینهاي بکرزا با استفاده از گردههاي پرتودیده و سپس نجات جنینها در محیط کشت اختصاصی میباشد
مطالعهي مروري حاضر به بررسی مهمترین نتایج حاصل از تکنیک گرده پرتوتابی شدهو فاکتورهایی که میزان موفقیت این تکنیک را تحت تأثیر قرار میدهند،میپردازد.
کاربرد تکنیک گرده پرتو دیده در تولید گیاهان هاپلوئید و دابل هاپلوئید: تکنیک گرده پرتوتابی شده یکی از روشهاي بکرزایی - parthenogenesis - است. در واقع این تکنیک شامل القاء جنین بکرزا با استفاده از گردهافشانی با گردههاي پرتودیده و سپس نجات جنینهاي القاء شده در شرایط درون شیشه اي است. این تکنیک در تولید گیاهان هاپلوئید و دابل هاپلوئید چندین گونه گیاهی موفقیت آمیز بود و مورد توجه اصلاحگران نباتات قرار گرفت.
براي گیاهان جالیزي، اولین بار حدود 20 سال پیش به طور موفقیت آمیزي القاء نمو بکرزایی در سلول تخم توسط گردهافشانی با گرده پرتودیده و به دنبال آن نجات جنین براي دستیابی به گیاهان هاپلوئید در خربزه و خیار مورد استفاده قرار گرفت
علاوه بر این، تولید گیاه هاپلوئید با کمک این تکنیک در هندوانه و کدو تابستانه بدست آمد . - Kurtar et al. 2002 - در طول سالهاي بعدي ، اثر ژنوتیپ، زمان کاربرد، و دز پرتو بر تعداد گیاهان هاپلوئید به دست آمده در بررسیها مورد توجه قرار گرفتاخیراً،. کاربرد این روش در القاي هاپلوئید در کدو تنبل و کدو حلوایی گزارش گردید
تلاشهاي بعدي در جهت بهینه سازي این روش در خیار و خربزه صورت گرفت
از این رو، گردهافشانی با گرده پرتوتابی شده به عنوان یک روش کارآمد در القاي هاپلوئیدي در گیاهان جالیزي شناخته شد.
نحوي عمل:
پرتوتابی دانه گرده با موتاژنهاي فیزیکی - اشعه گاما اشعه ماوراي بنفش و اشعه ایکس - به منظور عقیم کردن دانه گرده و القاي بکرزایی در این روش استفاده میشود. اشعه گاما به خاطر سهولت کاربرد، قدرت نفوذ بالا، اثربخشی مطلوب و خطرات کمتر در برنامههاي تولید گیاهان هاپلوئید به طور گستردهاي مورد استفاده قرار میگیرد
در این تکنیک، ابتدا دانه گرده با پرتوتابی توسط موتاژن فیزیکی عقیم میشود سپس پایه مادري با گرده عقیم شده گرده افشانی میشوند. با قرار گرفتن گرده پرتوتابی شده بر روي کلاله، دانه گرده قادر است بر روي کلاله جوانه زده و لوله گرده را در داخل خامه گل تشکیل دهد ولی توانایی بارور کردن سلول تخمزا و هستههاي قطبی داخل کیسه جنینی را ندارد. غیر فعال بودن از لحاظ ژنتیکی و قدرت جوانهزنی گردههاي پرتو دیده میتواند باعث تحریک تقسیم سلولی در سلول تخمزا گردد و بنابراین باعث القا بکرزائی و نمومیوه پاتنوکارپگردد
کارایی تکنیک گرده پرتوتابی شده در تولید هاپلوئیدي: انتخاب دز مناسب پرتو، شرایط رشد گیاهان مادري، بهینه سازي روش گرده افشانی، زمان برداشت میوه، روش تشخیص و استخراج جنین، مرحله نموي جنین، محیط کشت و شرایط کاشت از جمله مهمترین فاکتورهاي تأثیر گذار در موفقیت روش گرده پرتودیده و تعداد جنین و گیاه هاپلوئید نجات یافته دارد. Saton et al. - 1989 - میانگین 0/9 نسبت جنینبه میوه را در خیار بدست آوردند.
در حالی که - 1994 - Niemirowicz-Szczytt توانست تعداد 4 جنین به میوه را بدست آورند. همچنین Çağlar و - 1996 - Abak تعداد 16 جنین به میوه را در خیار گزارش کردند. در کدو تابستانه،. - 2002 - Kurtar et al تعداد 7/5 جنین به میوه را گزارش کردند. در حالی که - 2010 - Sari et al. تعداد 0/7 جنین به میوه را در خربزه گزارش کردند. اخیراً، یک میانگین کارایی 13/7 جنین به میوه در کدو زمستانه بدست آمد
تعیین دز مناسب پرتو: تعیین دز مناسب جهت پرتوتابی دانه گرده یکی از مراحل با اهمیت در این روش می باشد. دزي مناسب است که حداکثر عقیمی دانه گرده را ایجاد نماید و در عین حال دانههاي گرده پرتوتابی شده توانایی القاء تشکیل میوه پارتنوکارپ را در پایه مادري داشته باشند. با توجه به نتایج بررسی هاي مختلف دز مناسب جهت پرتوتابی و القاء هاپلوئید در گونهها و یا حتی ارقام مختلف متفاوت میباشد.
در بررسی انجام شده بر روي خربزه توسط - 1988 - Sauton دز 300 گري پرتو گاما را به عنوان دز مؤثر گزارش کردند که این دز همچنین در تولید هاپلوئیدي در خیار به عنوان دز مناسب معرفی شد. - 1999 - Faris et al. اثر دزهاي 50 تا 300 گري پرتو گاما را بر روي نمو جنین هاپلوئید در خیار مورد بررسی قرار دادند و دز 100 گري را به عنوان دز مناسب گزارش کردند. در حالی که - 2005 - Claveria et al. دز 500 گري را به عنوان دز مناسب معرفی کردند. براي تعیین دز معمولا گل نر که گلپوش هاي آن حذف گردیدند جهت پرتوتابی استفاده میشود. اگرچه در برخی بررسی ها از پرچم و یا جوانه گل جهت پرتوتابی استفاده کردند.
ژنوتیپ و قدرت رشد پایه مادري: ژنوتیپ، قدرت رشد و شرایط فیزیولوژیکی گیاهان مادري از جمله فاکتورهایی است که ممکن است در موفقیت القاي جنین هاپلوئید تأثیرگذار باشد. اثر معنی دار ژنوتیپ گیاهان مادري بر تولید هاپلوئید در خیار، خربزه، و کدو تابستانه مشاهده گردید. علاوه بر این، قدرت رشد و وضعیت فیزیولوژیکی گیاهان مادري براي تشکیل خربزه هاپلوئید مهم بود
لاینهاي اینبرد خیار و هیبریدهاي آنها را به عنوان پایه مادري استفاده کردند و مشاهده کردند که تعداد کل جنین هاي هاپلوئید بدست آمده در هیبریدها نسبت به لاینهاي اینبرد بالاتر بود. Sestili و - 1996 - Ficcadenti تفاوت معنی داري در تعداد هاپلوئیدهاي بدست آمده با گرده پرتو دیده در میان هیبرید هاي حاصل از تلاقیهاي دايآلل لاین هاي مختلف مشاهده کردند. بنابراین قدرت گیاه به نظر میرسد نقش مهمی در القاء جنین هاي هاپلوئید ایفا میکند.
زمانی از سال که گرده افشانی صورت میگیرد: زمانی از سال و یا ماهی که گردهافشانی با گرده پرتوتابی شده بر روي پایه مادري انجام میگیرد میزان کارایی این روش را در تولید گیاه هاپلوئید تحت تأثیر قرار میدهد. - 1988 - Sauton بالاترین عملکرد در تولید هاپلوئید را بین ماههاي جون - تیرماه - و سپتامبر - شهریور ماه - گزارش کرد. در خیار تعداد جنینهایی که تولید گیاه هاپلوئید نمودند در تابستان بیشتر از بهار بودند. علاوه بر این، بالاترین تعداد گیاهان هاپلوئید خیار در ماههاي جون و جولاي توسط Çağlar و - 1999 - Abak بدست آمد. در کدو خورشی بیشترین تعداد جنین به بذر در سپتامبر و جون بدست آمد - . - Kurtar et al.2002 در کدو تنبل و کدو حلوایی تأثیر مثبت فصل بهار بر میزان جنین هاپلوئید مشاهده گردید
تشخیص، جداسازي و کشت جنینها: علاوه بر فاکتورهاي ذکر شده، روش تشخیص و نجات جنین از بذر یکی از فاکتورهاي موثر در تولید هاپلوئیدي است. بعد از گرده افشانی با گرده پرتوتابی شده به خاطر عدم لقاح مضاعف، آندوسپرم در بذر تشکیل نمیشود اگرچه جنینهاي القاء شده نیازي به حضور آندوسپرم براي رشد اولیه خود ندارند. با این حال، توسعه کامل جنین نیازمند مواد ذخیرهاي اندوسپرم میباشد.
براي توسعه کامل جنینهاي القاء شده در بذور که فاقد آندوسپرم هستند نیازمند نجات جنین و کشت آن در شرایط دورن شیشهاي میباشد. رایجترین محیط کشتی که براي نجات جنین استفاده میشود محیط کشت E20A است که توسط Sauton و - 1987 - Dumas براي تولید هاپلوئید خربزه تهیه گردید. عمومیترین روش تشخیص بذرهاي حاوي جنین باز کردن مستقیم همه بذرهاست که روشی دقیق ولی وقتگیر و پرهزینه است که ممکن است کارایی تولید را کاهش دهد
