Nucellar Embryony and Formation Mechanism in Sour Orange

Abstract

This study aims to determine fruit, seed and embryo development with nucellar embryo formation mechanism in the case of different pollination types in Sour orange var. Yerli. In the study, ‘Isolation’, ‘Open-pollination’, ‘Self-pollination’ and ‘Cross-pollination’ treatments were evaluated. The results showed that, nucellar embryo initial cell (NEIC)s firstly formed from chalazal part of nucellus depending on fertilization. They use the nucellus for their first development and after reaching to embryo sac, start to use up endosperm in order to develop. When the Sour orange var. Yerli was cross pollinated with Poncirus trifoliata, pollen tube growth rate becomes slower and lower in number. At the same time, the limited number of cross pollinated ovules did not develop sufficient endosperm inside the embryo sac. These cases were not seen in Open-pollination and Self-pollination treatments. Consequently, the formed NEICs after cross-pollination with Poncirus trifoliata cannot develop a mature embryo because of the insufficient compatibility and the critical period for embryo rescue of Sour orange is determined between 65th and 75th days after pollination. 

Keywords

• Rootstock
• Apomixis
• Citrus
• Embryo
• Breeding
• Pollination

Yerli Turunçta Nuseller Embriyoni ve Oluşum Mekanizmasının İncelenmesi

Öz

Bu araştırmada, Yerli turunç anacında farklı tozlama uygulamaları sonucunda meyve, tohum ve embriyo gelişimi ile nuseller embriyo oluşum mekanizmasına ilişkin incelemelerin yapılması amaçlanmıştır. Çalışmada; Yerli turunç anacında İzolasyon, Serbest tozlanma, Yabancı tozlama ve Kendileme uygulamaları yapılmıştır. Çalışma sonucunda nuseller embriyo köken hücre (NEKH)’lerinin; tohum taslağının kalaza kısmındaki nusellus dokusundan olmak üzere tozlanmaya bağlı olarak döllenme sonrasında oluştukları, gelişimlerinin ilk aşamasında nusellus hücrelerinden beslendikleri, embriyo kesesine giriş yaptıktan sonra ise endospermi tüketerek gelişmelerine devam ettikleri belirlenmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda Yerli turunç anacında Yerli üç yapraklı ile yabancı tozlama yapılması durumunda çiçek tozu çim borusu gelişiminin yavaş ve az sayıda olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, yabancı tozlama uygulaması sonucunda gelişen sınırlı sayıdaki tohum taslaklarında da endosperm gelişiminin yeterli düzeyde olmadığı tespit edilmiştir. Serbest tozlanma ve Kendileme uygulamalarında ise bu tip durumlar oluşmamıştır. Sonuçta, Yerli turunç anacının Yerli üç yapraklı ile tozlanması durumunda, yeterli eşeysel uyuşmanın gerçekleşmemesi nedeniyle başlangıçta oluşan NEKH’lerinin olgun birer embriyoya dönüşebilmesinin sınırlı olduğu, ayrıca embriyo kurtarma için kritik dönemin tozlanmadan sonra 65. ve 75. günler arasında olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Apomiksis
• Citrus
• tozlama
• embriyo
• anaç
• ıslah

References

1. Bacchi, O. (1943). Cytological observations in Citrus: III. Megasporogenesis, fertilization and polyembryony. Botanical gazete. 105(2), 221-225.
2. Ben-Cheikh, W., Perez-Botella, J., Tadeo, F. R., Talon, M. & Primo-Millo, E. (1997). Pollination increases gibberellin levels in developing ovaries of seeded varieties. Plant Physiol. 114, 557-564.
3. Distefano, G., Hedhly, A., Casas, G. L., Malfa, S., Herrero, M. & Gentile, A. (2012). Male-female interaction and temperature variation affect polen performance in Citrus. Scientia Horticulturae. 140, 1-7.
4. Esen, A. & Soost, R. K. (1977). Adventive embryogenesis in Citrus and its relation to pollination and fertilization. Amer. J. Bot. 64(6), 607-614.
5. Eti, S. (1987). Über das Pollenschlauchwachstum und die Entwicklung der Samenlagen in Beziehung zum Fruchtansatz und zur Frucht qualitaet bei der Manderinensorte “Clementine” (Citrus reticulata Blanco). (PhD) Dissertation Univ. Hohenheim, Germany.
6. Frost, H. B. & Soost, R. K. (1968). Seed Reproduction: Development of Gametes and Embryos. In: The Citrus Industry. pp: 290-234. California University Press.
7. Karabıyık, Ş., Eti, S., Yılmaz, B. & Sağır, F. S. (2017). Göbekli Portakal Çeşitlerinde Tozlamanın Meyve Tutumu ve Bazı Meyve Kalite Özellikleri Üzerine Etkisi. Alatarım. 16(1), 11-18.
8. Karabıyık, Ş., Gündeşli, M. A., Eti, S., Kafkas, S., Güney, M., Zarifikhoroshahi, M. & Kafkas N. E. (2018). Detection of bud abscission of pistachio via histological analysis. Paper presented at Proc. VII. International Symposium on Almonds and Pistachios. Adelaide/Australia.

9. Kepiro, J. L. & Roose, M. L. (2007). Nucellar Embryony. (pp, 141-149). In: I. A. Khan (Ed), Citrus Genetics, Breeding and Biotechnology. CAB International, USA.
10. Kobayashi, S., Ieda, I. & Nakatani, M. (1979). Studies on the nucellar embryogenesis in Citrus. II. Formation of the primordium cell of the nucellar embryo in the ovule of the flower bud and its meristematic activity. J. Jpn. Soc. Hortic. Sci. 48, 179-185.
11. Koltunow, A. M. (1993). Apomixis: Embryo sacs and embryos formed without meiosis or fertilization in ovules. The Plant Cell. 5, 1425-1437.
12. Koltunow, A. M., Soltys, K., Nito, N. & McClure, S., 1995. Anther, ovule, seed and nucellar embryo development in Citrus sinensis cv. Valencia. Can. J. Bot. 73,1567-1582.
13. Kumar, V., Malik, S. K., Pal, D., Srinivasan, R., & Bhat, S. R. (2014). Comparative transcriptome analysis of ovules reveals stres related genes associated with nucellar polyembryony in citrus. Tree genetics & genomes, 10(3), 449-464.
14. Mendes-Rodrigues, C., Carmo-Oliveira, R., Talavera, S., Arista M., Ortiz, P. L. & Oliveira, P. E. (2005). Polyembryony and apomixis in Eriotheca pubescens (Malvaceae-Bombacoideae). Plant Biol. 7, 533-540.
15. Naumova, T. N. (1993). Apomixis in Angiosperms. Nucellar and Integumentary Embryony. CRC Press, Boca Raton. 420 p.
16. Norton, J. D. (1966). Testing of plumpollenviabilitywithtetrazoliumsalts. Proc. Amer. Soc. Hort. Sci., 89,132-134.
17. Perez-Tornero, O. & Porras, I., 2008. Assessment of polyembryony in lemon: rescue and in vitro culture of immature embryos. Plant Cell Tiss. Organ Cult. 93, 173-180.
18. Seday, S. & Eti, S. (2011). Seleksiyonla elde edilen bazı klemantin mandarin tiplerinin kendine verimlilik durumlarının ve uygun tozlayıcıların belirlenmes. Ç.Ü. Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(5), 172-179.
19. Strasburger, E. (1878). Über Polyembryonie. Jenaische Zeitschrift für Naturwissenchaft. 12, 647–667.
20. Şimşek, Ö., Dönmez, D., Eti, S., Yeşiloğlu, T. & Aka Kaçar, Y. (2019). Comparative Transcriptome Sequencing to Determine Genes Related to the Nucellar Embrony Mechanism in Citrus. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 43, 58-68.
21. Turgutoğlu, E., Kurt, Ş. & Demir, G. (2009). Yerli turunç Anacında Ekim Öncesi Bazı Uygulamaların Çimlenme Üzerine Etkileri. Derim Dergisi, 26(2),11-19.
22. Wakana, A. & Uemoto, S. (1987). Adventive embryogenesis in Citrus. I. Occurence of adventive embryos without pollination or fertilization. Amer. J. Bot. 74,517-530.
23. Wakana, A. & Uemoto, S. (1988). Adventive embryogenesis in Citrus (Rutaceae). II. Postfertilization development. Amer. J. Bot. 75, 1031-1047.
24. Wilms, H. J. Went, J. L. Cresti, M. & Ciampolini, F. (1983). Adventive Embriyogenesis in Citrus. Caryologia. 36(1), 65-78.
25. Yamamoto, M. Kubo, T. & Tominaga, S. (2006). Self and cross incompatibility of various Citrus accessions. Journal of Japanese Society, 75(5), 372-378.
26. Zhang, S., Liang, M., Wang, N., Xu, Q., Deng, X. & Chai, L. (2018). Reproduction in woody perennial Citrus: An update on nucellar embryony and self-incompatibility. Plant Reproduction, 31(1), 43-57.