Determination of the Appropriate Embryo Age in the Use of Immature Embryo Culture in Sunflower for Shortening The Generation Time

Abstract

Since sunflower is a highly cross-pollinated species, obtaining homozygous lines is important for both genetic studies and hybrid seed production.Traditional methods require at least six generations to obtain homozygous lines. Immature embryo culture method, which is one of the alternative methods, has the advantage of shortening the generation cycle by half. The response of immature sunflower embryos to embryo culture and the success of the method depends on the genotype of the donor plant, the growing conditions of the donor plant, the age of the embryo, the composition of the medium used in in vitro culture, the in vitro culture conditions and the culture time.

In this study, it was aimed to determine the most appropriate embryo age in order to overcome rapid generation with immature embryo culture technique in sunflower breeding. The study was conducted in the Generation Shortening Center within the Eastern Mediterranean Agricultural Research Institute. A modified version of MS medium was preferred as the main medium in in vitro culture studies. In the study, immature embryos of 7 different ages (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 days after pollination) taken from plants grown in open field conditions of 5 oil restorer lines were tested 8-20 days after pollination. Plant formation rates of the cultured embryos, plant weight in regenerated plants, plant root length, plant height and number of leaves per plantlet were examined. Research findings showed that the optimum embryo age in the selected MS environment was 14 days. It has been shown that there is an opportunity to overcome a rapid generation by culturing 14-day-old embryos in the modified MS medium used in this study.

Keywords

• Sunflower
• Embryo culture
• Genotype
• Embryo age

Ayçiçeğinde Olgunlaşmamış Embriyo Kültürünün Generasyon Atlatma Amaçlı Kullanımında Uygun Embriyo Yaşının Saptanması

Abstract

Ayçiçeği, yüksek düzeyde yabancı tozlanan bir tür olduğundan, homozigot hatların eldesi hem genetik çalışmalar hem de hibrit tohum üretimi için önemlidir. Geleneksel yöntemler, homozigot hatları elde etmek için en az altı kuşak gerektirmektedir. Alternatif yöntemlerden olan olgunlaşmamış embriyo kültürü yöntemi ise generasyon döngüsünü yarı yarıya kısaltabilme avantajına sahiptir. Olgunlaşmamış ayçiçeği embriyolarının embriyo kültürüne verdiği yanıt ve yöntemin başarısı, donör bitkinin genotipine, donör bitkinin yetişme koşullarına, embriyonun yaşına, in vitro kültürde kullanılan besi ortamının bileşimine, in vitro kültür koşullarına ve kültür süresine bağlıdır.

Bu araştırmada, ayçiçeği ıslahında olgunlaşmamış embriyo kültürü tekniğiyle hızlı generasyon atlatabilmek amacıyla en uygun embriyo yaşının saptanması amaçlanmıştır. Çalışma Doğu Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü bünyesindeki Generasyon Atlatma Merkezi’nde yürütülmüştür. In vitro kültür çalışmalarında temel besi ortamı olarak MS ortamının modifiye bir versiyonu tercih edilmiştir. Araştırmada 5 adet yağlık restorer hatta ait açık arazi koşullarında yetiştirilen bitkilerden tozlanmadan 8-20 gün sonra alınan 7 farklı yaştaki (tozlanmadan 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 gün sonra) olgunlaşmamış embriyolar test edilmiştir. Kültüre alınan embriyoların bitki oluşturma oranları, rejenere olan bitkilerde bitki ağırlığı, bitki kök uzunluğu, bitki boyu ve bitkicik başına yaprak sayısı incelenmiştir. Araştırma bulguları, seçilen MS ortamında en uygun embriyo yaşının 14 gün olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada kullanılan modifiye MS besi ortamında 14 günlük embriyoların kültüre alınmasıyla hızlı bir generasyon atlatma olanağı bulunduğu ortaya konmuştur.

Keywords

• Ayçiçeği,
• embriyo kültürü
• genotip,
• embriyo yaşı

References

1. Breccia, G., VegaT, N. G., Mayor, M. L., Zorzoli, R., & Picardi, L. (2009). Immature embryo culture for early screening of imidazolinone resistance in sunflower. International Journal of Plant Breeding, 3(1), 37-40.
2. Bridgen, M. P. (1994). A review of plant embryo culture. HortScience, 29(11), 1243-1246.
3. Dağüstü, N., Bayram, G., Sincik, M., & Bayraktaroğlu, M. (2012). The short breeding cycle protocol effective on diverse genotypes of sunflower (Helianthus annuus L.). Turkish Journal of Field Crops, 17(2), 124-128.
4. Hahne, G., (2002). Sunflower seed. In: Transgenic Plants and Crops. Eds., G.G. Khachatourians, A. McHughen, R. Scorza, W-K. Nip, Y. H. Hui, pgs: 813-830.
5. Jambhulkar, S. J. (1995). Immature embryo (Helianthus annuus L.). Helia, 8(22), 45-50.
6. Maiti, R. K., Vidyasagar, P., Shahapur, S. C., Ghosh, S. K., & Seiler, G. J. (2006). Development and Standardizatıon of a Simple Technique for Breaking Seed Dormancy in Sunflower (Helianthus annuus L.). Helia, 29(45), 117-126.
7. Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia plantarum, 15(3), 473-497.
8. Plotnikov, V. A. (1983). Use of the method of culturing young embryos for accelerated development of sunflower cytoplasmic male sterility analogues. Cytology and genetics (USA).

9. Serieys, H. (1992). Cytoplasmic effects on some agronomical characters in sunflower. In Proceedings of the 13th International Sunflower Conference (Vol. 2, pp. 1245-1 250).
10. Sharma, D. R., Kaur, R., & Kumar, K. (1996). Embryo rescue in plants—a review. Euphytica, 89(3), 325-337.
11. Sukno, S., Ruso, J., Jan, C. C., Melero-Vara, J. M., & Fernandez-Martinez, J. M. (1999). Interspecific hybridization between sunflower and wild perennial Helianthus species via embryo rescue. Euphytica, 106(1), 69-78.
12. Torresan, A., Kesteloot, J., Castaño, F., Rodríguez, R., & Colabelli, M. (1996). Use of immature seed germination technique as an alternative to in vitro culture of sunflower (Helianthus annuus L.) embryos. Euphytica, 91(1), 1-3.
13. Williams, P. H., & Hill, C. B. (1986). Rapid-cycling populations of Brassica. Science, 232(4756), 1385-1389.