An Overview of Doubled Haploid Plant Production in Cucurbita Species

Abstract

F1 cultivars are currently used in vegetable production because of their many superior agronomic advantages (high yield and quality, resistance/tolerance to biotic and/or abiotic stress factors, wide adaptability, etc.). It is not possible to produce hybrid vegetables without homozygous pure parental lines with defined traits and high combining ability. However, the production of homozygous pure parents needs a long time, great efforts, and high production cost. Moreover obtaining an F1 hybrid variety takes 8-10 years with traditional breeding methods, especially in a highly open-pollinated species such as Cucurbita spp. Doubled haploid (DH) technologies (parthenogenesis, androgenesis, and gynogenesis), called biotechnological breeding methods, have become an alternative to classical breeding methods and provide to obtain pure lines within 1-2 years by adapting to these technologies in F1 hybrid breeding programs. Although the DH technologies considered a meaningful approach to enhance the production of valuable double haploid plants, the implementation of these techniques needs labor-intensive efforts, high experiences, and advanced technologies. The main objective of this review to provide a summary of DH techniques applied in the Cucurbita species in the current progress.

Keywords

• Double haploid
• Partenogenesis
• Androgenesis
• Gynogenesis

Cucurbita Türlerinde Dihaploid Bitki Üretimine Genel Bir Bakış

Öz

F1 çeşitler sahip oldukları birçok üstün zirai avantajlar sebebiyle (yüksek verim ve kalite, biyotik ve/veya abiyotik stress faktörlerine tolerans/dayanım, geniş adaptasyon yetenekleri v.b.) sebze üretiminde yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Özellikleri belirlenmiş ve üstün kombinasyon yeteneği sahip homozigot saf ebeveyn hatlar olmadan hibrit çeşitlerin üretilmesi mümkün değildir. Ancak, homozigot saf ebeveynlerin üretilmesi uzun bir zamana, yoğun emeğe ve yüksek yatırıma ihtiyaç duyar. Dahası, F1 hibrit çeşitlerin üretimi özellikle Cucurbita türleri gibi yüksek oranda yabancı tozlanan türlerde klasik ıslah yöntemleriyle 8-10 yıl sürer. Biyoteknolojik ıslah metodları olarak adlandırılan ve klasik ıslah yöntemlerine alternatif olarak düşünülen dihaplod (DH) teknolojilerinin (partenogenesis, androgenesis ve gynogenesis) F1 ıslah programlarına adapte edilmeleri sayesinde 1-2 yıl içerisinde saf hatların elde edilmesi mümkündür. DH teknolojileri ıslah açısından oldukça değerli olan dihaploid bitkilerin elde edilmesini sağlayan anlamlı bir yaklaşım olsa da, bu tekniklerin hayata geçirilmesi için yoğun işgücüne, yüksek tecrübeye ve ileri teknolojilere ihtiyaç vardır. Bu derlemenin temel amacı güncel çalışmaların ışığında Cucurbita türlerinde uygulanan DH teknikleri hakkında bir özet sunmaktır.

Anahtar Kelimeler

• Dihaploidizasyon
• Partenogenesis
• Gynogenesis
• Androgenesis
• Cucurbita spp.

References

1. Referans 1: Bektemur, G., Yücel, N.K., Taşkın, H., Çömlekçioğlu, S., & Büyükalaca, S. (2014). Effects of different genotypes and gamma-ray doses on haploidization using irradiated pollen technique in squash. Turk J Biol, 38, 318–327.
2. Referans 2: Berber, M. (2009). Production of haploids in naked seed pumpkins (Cucurbita pepo L. var. styriaca) by pollination with irradiated pollen. (MSc), Cukurova University, Institute of Natural and Applied Science, Adana, Turkey.
3. Referans 3: Kurtar, E.S. (1999). Haploid plant propagation by anther culture of squash (Cucurbita pepo L.). J Agr. Fac. O.M.U., 14(2), 33-45.
4. Referans 4: Kurtar, E.S., Sari, N., & Abak, K. (2002). Obtention of haploid embryos and plants through irradiated pollen technique in squash (Cucurbita pepo L.). Euphytica, 127 (3), 335-344.
5. Referans 5: Kurtar, E.S. (2009). Influence of gamma irradiation on pollen viability, germinability and fruit and seed-set of pumpkin and winter squash. Afr J Bio, 8, 6918–6926.
6. Referans 6: Kurtar, E.S., Balkaya. A., Ozbakır, M., & Ofluoglu T. (2009). Induction of haploid embryo and plant regeneration via irradiated pollen technique in pumpkin (Cucurbita moschata Duchesne ex. Poir). Afr J Bio, 8, 5944–5951.
7. Referans 6: Kurtar, E.S., & Balkaya, A. (2010). Production of in vitro haploid plants from in situ induced haploid embryos in winter squash (Cucurbita maxima Duchesne ex Lam.) via irradiated pollen. Plant Cell Tis and Org Cul, 102, 267-277.
8. Referans 7: Kurtar, E.S., Balkaya, A., & Kandemir, D. (2016). Evaluation of haploidization efficiency in winter squash (Cucurbita maxima Duch.) and pumpkin (Cucurbita moschata Duch.) through anther culture. Plant Cell Tis and Org Cul, 127, 497–511.

9. Referans 8: Kurtar, E.S., Balkaya, A., Göçmen, M., & Karaağaç, O. (2017) Hıyara (Cucumis sativus L.) anaç olabilecek ümitvar kabak (Cucurbita spp.) genotiplerinde ışınlanmış polen tekniği ile dihaploidizasyon. Selcuk J Agr Food Sci, 31(1), 34-41.
10. Referans 9 Kurtar, E.S., Balkaya, A., & Ozbakir Ozer, M. (2018). Production of callus mediated gynogenic haploids in winter squash (Cucurbita maxima Duch.) and pumpkin (Cucurbita moschata Duch.). Check J of Gen and Plant Bre, 54(1), 9–16.
11. Referans 10: Kurtar, E.S. (2018). The effects of anti-mitotic agents on dihaploidization and fertility in winter squash (Cucurbita maxima Duch.) and pumpkin (Cucurbita moschata Duch.) androgenic haploids. Acta Sci. Pol. Hort Cul, 17(5), 3–14.