Use of Inducer Lines and Dihaploidization in Maize Breeding

Öz

Corn (Zea mays L.) is an important and strategic plant that has wide use in both human and animal nutrition and industry. Changing climatic conditions, high quality products demanded from the market, high yields, resistance to diseases and pests continuously increase the demand for new hybrid varieties. New pure lines have to be continuously developed for the development of high-yield and high quality hybrids in maize plants. The access to the pure line by classical breeding methods is at least 6-7 generations since both the genetic factors and the environmental conditions are influenced after this time, the pure lines with the desired properties cannot be obtained and the breeding program is not successful. For this reason, new technologies are used to shorten the time in breeding activities and to increase the efficiency of the breeding programs. In vivo double haploid technique is one of these technologies. The basis of obtaining haploid plant in maize is the inducer genotype. Inducer genotypes are special genotypes that allow hybridization to be obtained in a generation by obtaining homozygous individuals. This genotype with the main plant determined according to the purpose of the breeding program is hybridized and thus obtain haploid seeds with n chromosome. In the obtained haploid seeds, chromosomes are folded and double haploid plants with 2n chromosomes are obtained. Thanks to this technology, 100% homozygous lines can be obtained in 2-3 generations, shorten the duration of breeding activities and increase the efficiency of breeding programs quickly and reliably. In this review; the history of maize plant and maize breeding, the in vivo double haploid technique for corn breeding studies and the benefits of maize breeding programs were discussed.

Anahtar Kelimeler

• Plant breeding,double haploid,inducer line,in vivo

Mısır Islahında İndirgeyici Hatların Kullanımı ve Dihaploidizasyon

Öz

Mısır (Zea mays L.), insan ve hayvan beslenmesi yanı sıra endüstride de geniş kullanım alanı bulan önemli ve stratejik bir bitkidir. Değişen iklim koşulları, piyasadan talep edilen kaliteli ürün ve yüksek verim, hastalık ve zararlıların direnç kazanması hususları sürekli olarak yeni melez çeşitlere olan talebi artırmaktadır. Mısır bitkisinde yüksek verimli ve kaliteli melezlerin geliştirilmesi için devamlı olarak üstün vasıflı ebeveyn hatların oluşturulması gerekmektedir. Klasik ıslah metotlarıyla saf hatta ulaşmak en az 6-7 generasyon sürmekte bu süre sonrasında istenilen özellikteki saf hatlar bazen elde edilememekte ve böyle durumlarda uzun süren ıslah programları başarılı olamamaktadır. Bu nedenle ıslah çalışmalarında süreyi kısaltmak ve ıslah programlarının etkinliğini arttırmak için yeni teknolojilere başvurulmaktadır. In vivo katlanmış haploid tekniği de bu teknolojilerden biridir. Mısırda haploid bitki elde etmenin temelinde indirgeyici genotip bulunur. İndirgeyici genotipler melezlemeye girerek bir generasyonda homozigot bireyler elde etme imkanı tanıyan özel genotiplerdir. Bu genotipler ıslah programının amacına uygun olarak belirlenen heterozigot yapıdaki bitkilerle melezlenir ve bu melezleme sonucu elde edilen tohumlarda yapılan renk seleksiyonu ile n kromozoma sahip haploid tohumlar elde edilebilmektedir. Elde edilen haploid tohumlarda kromozom katlaması yapılarak 2n kromozomlu katlanmış haploid bitkiler elde edilir. Bu teknoloji sayesinde %100 homozigot hatlar 2-3 generasyonda elde edilebilmekte, ıslah çalışmalarının süresi kısalmakta, hızlı ve güvenilir bir şekilde ıslah programlarının etkinliği artmaktadır. Bu derlemede; mısır bitkisinin ve mısır ıslahının tarihçesi, in vivo katlanmış haploid tekniğinin mısır ıslah çalışmalarında kullanılması ve mısır ıslah programlarına sağlayacağı faydalar ele alınmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Bitki ıslahı,katlanmış haploid,indirgeyici hat,in vivo

Kaynakça

1. Anonim (2017). Current Biology 27. R1089–R1107, October 23, 2017.
2. Arıkoğlu, O. (1979). Türkiye’de melez mısır ıslahı ve elde edilen sonuçlar. Bitki Islahı Sempozyumu, İzmir 2,17: 275-280.
3. Belicuas, P. R., Guimarães, C. T., Paiva, L. V., Duarte, J. M., Maluf, W. R., Paiva, E. (2007). Androgenetic haploids and SSR Markers as tools for the development of tropical maize hybrids. Euphytica 156: 95-102.
4. Cai, Z., Xu, G., Liu ,X., Dong, Y., Dai, Y., Li, S. (2007). The breeding of JAAS3-haploid inducer with high frequency parthenogenesis in maize. J Maize Sci. 15(1):1–4.
5. Cerit. İ, Cömertpay, G., Çakır, B., Hatipoğlu, R., Özkan, H. (2016). Melez mısır ıslahında In vivo katlanmış haploid tekniğinde kullanılan farklı Inducer genotiplerin haploid indirgeme oranların belirlenmesi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 25 (Özel sayı-1): 52-57.
6. Chaikam, V., Nair, S. K., Martinez, L., Lopez, L. A., Utz, H. F., Melchinger, A. E., Boddupalli, P. M. (2018). Marker-Assisted breeding of ımproved maternal haploid ınducers in maize for the tropical/subtropical regions. Frontiers in Plant Science, 9: 1-14.
7. Chalyk, S. T. (1994). Properties of maternal haploid maize plant s and potential application to maize breeding. Euphytica. 79:13-18.
8. Coe, E. H. (1959). A line of maize with haploid frequency. The American Naturalist 93:381-382.

9. Dang, N. C., Munsch, M., Aulinger, I., Renlai, W., & Stamp, P. (2012). Inducer line generated double haploid seeds for combined waxy and opaque 2 grain quality in subtropical maize (Zea mays L.). Euphytica, 183(2), 153-160.
10. Dwivedi, S. L., Britt, A. B., Tripathi, L., Sharma, S., Upadhyaya, H. D., Ortiz, R. (2015). Haploids: constraints and opportunities in plant breeding. Biotechnol. Adv. 33: 812-829.
11. Eder, J., Chalyk, S. (2002). In vivo haploid induction in maize. Theor Appl Genet. 104:703–708.
12. Geiger, H. H. (2011). In vivo haploid techniques. Melez mısırla 100 yıl Çalıştayı, 18-20 Mart, Antalya Özet kitapçığı.
13. Gernand, D., Rutten, T., Varshney, A., Rubtsova, M., Prodanovic, S., Brüss, C., Kumlehn, J., Matzk F., Houben, A. (2005). Uniparental chromosome elimination at mitosis and ınterphase in wheat and pearl millet crosses ınvolves micronucleus formation, progressive heterochromatinization, and DNA fragmentation. Plant Cell. 17(9): 2431–2438.
14. Kahraman, F., Egesel, C. Ö., Demir, A. (2013). Türkiye’de mısır ıslahı çalışmalarının geçmişi ve bugünü. Türkiye 10. Tarla Bitkileri Kongresi 10-13 Eylül, Konya, Bildiriler kitabı Cilt 1 syf: 545-550.
15. Kebede, A. Z., Dhillon, B. S., Schipprack, W., Araus, J. L., Banziger, M., Kassa, S., et al. (2011). Effect of source germplasm and season on the in vivo haploid induction rate in tropical maize. Euphytica. 180:219-226. https://doi.org/10.1007/s10681-11-0376-3
16. Khakwani, K., Dogar, M. R., Ahsan, M., Hussain, A., Asif, M., Malhi, A. R., Altaf, M. (2015). Development of maize haploid inducer lines and doubled haploid lines in Pakistan. Br Biotechnol J 8:1-7.
17. Kün, E. (1985). Sıcak İklim Tahılları. A. Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları: 953, Ders Kitabı: 275-317, Ankara.
18. Lashermes, P., Beckert, M. (1988). Genetic control of maternal haploidy in maize (Zea mays L.) and selection of haploid inducing lines. Theor Appl Genet. 76:405-410.
19. Liu, Z., Song, T. (2000). The breeding and identif ication of haploid inducer with high frequency parthenogenesis in maize. Acta Agronomica Sinica. 26(5): 570-574.
20. Öner, F., Yılmaz, N., Gülümser, A., Sezer, İ., Özkorkmaz Atıcı, F. (2013). Yerel mısır (Zea mays L.) genotiplerinde tohumların bazı fiziksel ve kalite özelliklerinin belirlenmesi. 10. Tarla Bitkileri Kongresi 10-13 Eylül, Konya, Bildiriler kitabı Cilt 1 syf: 330-335.
21. Özgören, B. (2015). Mısır’da Doubled Haploid Bitki Üretimi. http://genetiksel.blogspot.com.tr/2015/10/msrda-doubled-haploid-bitki-uretimi-i.htm.
22. Röber, F. K., Gordillo, G. A., Geiger, H. H. (2005). In vivo haploid ınduction in maize-performance of new ınducers and significance of doubled haploid lines in hybrid breeding. Maydica, p: 275-283.
23. Şehirali, S., Özgen, M. (2013). Bitki Islahı (5. Baskı), Ankara Üniversitesi Basımevi, Yayın No: 1582, 270 Sayfa, Ankara.
24. Vanous, K., Vanous, A., Frei, U. K., Lübberstedt, T. (2017). Generation of maize (Zea mays) doubled haploids via traditional methods. Current Protocols in Plant Biology, 2 (2): 147-157.
25. Wilkes, G. (1966). Teosinte: The Closest Relative of Maize. Cambridge, Mass., pp. 1-159.
26. Xu, X., Li, L., Dong, X., Jin ,W., Melchinger, A.E., Chen, S. (2013). Gametophytic and zygotic selection leads to segregation distortion through in vivo induction of a maternal haploid in maize. J Exp Bot. 64(4):1083–1096. https:// doi:10.1093/jxb/364 ers393 PMCID: PMC3580820.
27. Yanıkoğku, S. (2013). Mısırın Kökeni ve Tarihçesi. BİSAB Yayınları 7-16, 312s, Ankara
28. Yaralı, F., Yanmaz, R. (2013). Allium Türlerinin Islahında Haploidi Tekniğinden Yararlanma, Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 6(2) 45-52.
29. Yılmaz, Ö. E. (2005). Yazlık Kabakta (Cucurbita pepo L.) Ovaryum Kültürü Yoluyla Haploid Bitki Elde Edilmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, syf: 5.
30. Zhang, Z. L., Qiu, F. Z., Liu, Y. Z., Ma, K. J., Li, Z. Y., Xu, S. Z. (2008). Chromosome Elimination and In vivo Haploid Production Induced by Stock 6-derived Inducer Line in Maize (Zea mays L.). Plant Cell Rep. 27: 1851-1860.