Use of Inducer Lines and Dihaploidization in Maize Breeding

Yıl 2019, Cilt: 8 Sayı: 1, 170 - 177, 18.07.2019

Mustafa Yorgancılar , Mehmet Akif Yaşar Emine Atalay

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

• Anonim (2017). Current Biology 27. R1089–R1107, October 23, 2017.
• Arıkoğlu, O. (1979). Türkiye’de melez mısır ıslahı ve elde edilen sonuçlar. Bitki Islahı Sempozyumu, İzmir 2,17: 275-280.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Chalyk, S. T. (1994). Properties of maternal haploid maize plant s and potential application to maize breeding. Euphytica. 79:13-18.
• Coe, E. H. (1959). A line of maize with haploid frequency. The American Naturalist 93:381-382.
• 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.
• 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.
• Eder, J., Chalyk, S. (2002). In vivo haploid induction in maize. Theor Appl Genet. 104:703–708.
• Geiger, H. H. (2011). In vivo haploid techniques. Melez mısırla 100 yıl Çalıştayı, 18-20 Mart, Antalya Özet kitapçığı.
• 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.
• 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.
• 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
• 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.
• Kün, E. (1985). Sıcak İklim Tahılları. A. Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları: 953, Ders Kitabı: 275-317, Ankara.
• 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.
• 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.
• 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.
• Özgören, B. (2015). Mısır’da Doubled Haploid Bitki Üretimi. http://genetiksel.blogspot.com.tr/2015/10/msrda-doubled-haploid-bitki-uretimi-i.htm.
• 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.
• Şehirali, S., Özgen, M. (2013). Bitki Islahı (5. Baskı), Ankara Üniversitesi Basımevi, Yayın No: 1582, 270 Sayfa, Ankara.
• 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.
• Wilkes, G. (1966). Teosinte: The Closest Relative of Maize. Cambridge, Mass., pp. 1-159.
• 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.
• Yanıkoğku, S. (2013). Mısırın Kökeni ve Tarihçesi. BİSAB Yayınları 7-16, 312s, Ankara
• Yaralı, F., Yanmaz, R. (2013). Allium Türlerinin Islahında Haploidi Tekniğinden Yararlanma, Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 6(2) 45-52.
• 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.
• 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.