Parthenogenetic Embryogenesis Frequencies of Different Cucumber Genotypes by Irradiated Pollen Pollination and Haploid Embryo Development

Abstract

Pollination with irradiated pollen stimulates the formation of parthenogenetic haploid embryos in the Cucurbitaceae family. Haploid embryos can be formed in cucumbers with this method and haploid embryos can be transformed into plants by embryo culture. In order to obtain haploid plants from 16 cucumber genotypes, varieties of Beith Alpha, mini, langa and spiny segments were selected. When the plants started to bloom the male flowers were collected one day before the anthesis and exposed to Gamma ray at 300 Gy at Atomic Energy Institution in Ankara. After pollination with irradiated pollens, growing fruits were collected between 21-45 days-old and seeds were extracted under aseptic conditions. Both seed opening method and direct in vitro seed cultivation (germination) method were applied. Although it is possible to obtain more embryos by capturing the embryos in the globular stage by seed opening method, the transformation rate to plants is low. Direct germination obtained by seed sowing method is high conversion rate to plants, saving time and labor. Parthenogenetic response of genotypes and differentiation to plant were different. 40 days after the pollination was determined as the limit time, the necrosis rate of embryos in the seed after 38-40 days was found to be 85%. The highest viable embryo ratio was obtained from the spiny type Bazeal genotype with a total of 19 embryos. It is recommended to develop an effective ovary culture technique which can be an alternative to haploid irradiated pollen in cucumber and to perform gamma ray dose trials.

Keywords

• Cucumis sativus,Embryo rescue,Gamma ray,In vitro,Method

Farklı Hıyar Genotiplerinin Işınlanmış Polenle Tozlama ile Partenogenetik Embriyo Oluşturma Frekansları ve Haploid Embriyo Gelişimi

Abstract

Işınlanmış polenlerle yapılan tozlamalar, kabakgiller familyasında partenogenetik haploid embriyo oluşumunu uyarmaktadır. Hıyarda da bu yöntemle haploid embriyo oluşabilmekte, embriyo kültürü yapılarak haploid embriyoların bitkiye dönüşümü sağlanabilmektedir. 16 adet hıyar genotipinden haploid bitki elde edebilmek için yapılan çalışmada Beith Alpha, silor, langa ve dikenli tipte ürün segmentlerine ait çeşitler seçilmiştir. Bitkiler çiçeklenmeye başladığında erkek çiçekler anthesisten bir gün önce toplanarak Ankara’da Atom Enerjisi Kurumunda 300 Gy olacak şekilde Gamma ışınına maruz bırakılmış, 12 saat içerisinde yeni açan dişi çiçeklerin tozlanmasında kullanılmıştır. Gelişen meyveler 21-45 günler arasında toplanarak aseptik koşullarda tohumları çıkartılmıştır. Hem tohum açma yöntemi hem de tohumların doğrudan kültüre alma yöntemi uygulanmıştır. Tohum açma yöntemi ile globular aşamadaki embriyoların da yakalanması ile daha fazla sayıda embriyo elde etmek mümkün olsa da bunlardan bitkiye dönüşüm düşük oranda gerçekleşmektedir. Doğrudan tohum ekimi yöntemiyle elde edilen çimlenmelerden bitkiye dönüşüm oranı yüksek olmakta, zamandan ve işgücünden tasarruf sağlanmaktadır. Genotiplerin verdiği partenogenetik yanıt ve bitkiye dönüşüm farklılık göstermiştir. Tozlamadan sonra 40 gün sınır süre olarak belirlenmiş, 38-40.günlerden sonra embriyoların tohum içerisinde nekroze olma oranı % 85 olarak bulunmuştur. En yüksek canlı embriyo oranı toplamda 19 embriyo ile dikenli tipteki Bazeal genotipinden elde edilmiştir. Hıyarda ışınlanmış polenle haploid elde etmeye alternatif olabilecek ovaryum kültürü tekniğinin geliştirilmesi, gamma ışın dozu denemelerinin yapılması önerilmektedir.

Keywords

• Cucumis sativus,Embriyo kurtarma,Gamma ışını,In vitro,Yöntem

References

1. [1] FAO; 2017 [Erişim Tarihi:30.08.2019]. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC
2. [2] TÜİK; 2017 [Erişim Tarihi:30.08.2019]. http://www.biruni.tuik.gov.tr/medas/
3. [3] Gözen V. Hıyarda (Cucumis sativus L.) Örtüaltı Yetiştiriciliğine Uygun Hibrit Çeşit Islahında Morfolojik Karakterizasyon, Hibrit Kombinasyonları ile Hibrit Tohum Verim ve Kalitesinin Belirlenmesi. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 196 s, Ankara; 2008.
4. [4] Sarı N, Tan A, Yanmaz R, Yetişir H, Balkaya A, Solmaz İ, Aykas L. General status of cucurbit genetic resources in Turkey. Cucurbitaceae, Proceedings of the IXth EUCARPIA meeting on genetics and breeding of Cucurbitaceae (Pitrat M, ed), INRA, Avignon (France): 2008.
5. [5] Leppik EE. Searching gene centers of the genus Cucumis through host-parasite relationship. Euphytica; 1966;15: p. 323-338.
6. [6] Bates DM, Robinson RW. Cucumbers, melons and watermelons (Cucumis and Citrullus (Cucurbitaceace). 22nd Edn. Longman Scientific, Harlow, Essex, UK: 1995. p. 89-96.
7. [7] De Candolle A. Origin of cultivated plants (2 ed.), Hafner Publishing Co. USA: 1967.
8. [8] Zhang YX, Lespinasse Y, Chevreau E. Induction of haploid in fruit trees. In: In vitro Culture and Horticultural Breeding. (eds: Janicks J, Zimmerman RH). Acta Horticulturae. 1990;280: 293-305.

9. Xue GR, Yu WY, Fei KW. Watermelon plants derived by in vitro anther culture. Plant Physiology Commun. 1983;4:40-42.
10. [9] Xue GR, Yu WY, Fei KW. Watermelon plants derived by in vitro anther culture. Plant Physiology Commun. 1983;4:40-42.
11. [10] Chambonnet D, Dumas de Vaulx R. Obtention of embryos and plants from in vitro culture of unfertilized ovules of Cucurbita pepo. Cucurbit Genetics Coop Rep. 1985;8: 66. [11] Sauton A, Dumas de Vaulx, R. Production of haploid plants in melon (Cucumis melo L.) as a result of gynogenesis induced by irradiated pollen. Agronomie. 1987;7(2):141-147.
12. [12] Sauton A. Haploid gynogenesis in Cucumis sativus induced by irradiated pollen. Cucurbit Genetics Coop. 1989;12:22-23.
13. [13] Niemirowicz-Szczytt K, Dumas de Vaulx R. Preliminary data on haploid cucumber (Cucumis sativus L.) induction. Cucurbit Genet Coop. 1989;12:2425.
14. [14] Gałązka J, Słomnicka R, Góral-Radziszewska K, Niemirowicz-Szczytt K. From pollination to DH lines verification and optimization of protocol for production of doubled haploids in cucumber. Acta Sci Pol Hortorum Cultur. 2015;14(3):81-92.
15. [15] Moqbeli E, Peyvast G, Hamidoghli Y, Olfati J. In vitro cucumber haploid line generation in several new cultivars. As Pac J Mol Biol Biotechnol, 2013;21(1):18-25.
16. [16] Çetinkaya E. Farklı besi ortamı kombinasyonlarının bazı hıyar (Cucumis sativus L.) genotiplerinde gynogenesis yolu ile embriyo ve haploid bitki oluşumu üzerine etkisi. Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 58 s, Antalya; 2015.
17. [17] Erol MH. Hıyarlarda ovül-ovaryum kültürleri ve ışınlanmış polen tekniği ile spermidin ve putresin uygulamalarının haploid embriyo uyartımına etkileri. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi 99 s, Adana; 2018.
18. [18] Toprak S. ZYMV dayanımlı farklı hıyar tiplerinin double haploid etkinliğinin belirlenmesi ve ovül kültürünün optimizasyonu. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 59 s, Kayseri; 2019.
19. [19] Baktemur G. Kavunda (Cucumis melo var. inodorus) ışınlanmış polenle uyartılmış haploid embriyoların ayrılmasında kullanılabilecek farklı yöntemler. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 61 s, Adana; 2009.
20. [20] Çağlar G, Abak K. Progress in the production of haploid embryos, plants and doubled haploids in cucumber (C. sativus L.) by gamma irradiated pollen, in Turkey. In Ist International Symposium on Cucurbits; 1997;492: p. 317-322.
21. [21] Lotfi M, Kashi A, Onsinejad R. Induction of parthenogenetic embryos by irradiated pollen in cucumber. First International Symposium on Cucurbits, 1997;492: p. 323-328.