¿Cuál es la importancia de la investigación de la citología del tomate?
Desde que Winkler identificó el cromosoma del tomate como (2n=24) en 1909, la investigación en citología del tomate ha avanzado mucho. A través de la observación celular de la mitosis y la meiosis (especialmente la meiosis en la etapa de paquiteno) de tomates comunes, tomates peludos y tomates peruanos, aclaramos las diferencias en estructura, longitud total, proporción de brazos y diferencias en longitud, configuración de las regiones de cromatina y características del centrómero. y tamaño del centrómero. Basándonos en estas diferencias, dividimos los cromosomas del tomate en 12 pares, que se denominaron cromosoma 1, cromosoma 2, cromosoma 3 y cromosoma 12 en orden de más largo a más corto.
Al mismo tiempo, con la ayuda del análisis del genoma, la tecnología de reproducción híbrida, la poliploidía inducida por colchicina, el cultivo de tejidos, la fusión de protoplastos y otras tecnologías, se obtuvieron autopoliploidías (como la autotetraploidía) (como la autotetraploidía). ), materiales de alopoliploidía (doble media diploidía) y aneuploidía (monosomía, deleción, trisomía primaria, trisomía secundaria, trisomía y trisomía compensada), y completó el análisis de materiales poliploides y aneuploides. Observó la estructura cromosómica y las características de la meiosis de la poliploidía y aneuploidía del tomate, y utilizó el método clásico de aneuploidía para analizar la trisomía primaria, la trisomía secundaria, la trisomía terciaria y el análisis de la ubicación cromosómica de genes como ms, r, wf, rv, sf. , var, cpt, sp y otros genes localizados tempranamente se han completado inicialmente.
Las técnicas citológicas comúnmente utilizadas en la innovación y el mejoramiento de recursos de germoplasma de tomate incluyen el cultivo de embriones, la fusión de protoplastos, el cultivo de anteras y microsporas, etc.
(1) Cultivo de embriones
La tecnología de cultivo de embriones incluye cultivo de embriones inmaduros, óvulos, ovarios, endospermo, embriones maduros y fertilización in vitro. En el mejoramiento de tomates y la innovación de germoplasma, se utiliza principalmente tecnología de cultivo de embriones maduros, y esta tecnología está actualmente relativamente madura. Los gametos femeninos del tomate desarrollan embriones maduros entre 25 y 30 días después de la fertilización. El fruto se abre en condiciones estériles, se extraen las semillas, se retira la cubierta de la semilla y los embriones maduros se inoculan y cultivan para obtener una planta.
La tecnología de cultivo de embriones maduros es adecuada para la generación de materiales que no requieren la observación de rasgos hortícolas de frutos de tomate, como la recombinación de líneas endogámicas, el establecimiento de poblaciones de líneas casi isogénicas y la mejora de ciertos rasgos de la Los padres (como la resistencia a enfermedades y a los insectos), la tolerancia a la sal y los álcalis, etc.) se pueden aplicar a la tecnología de cultivo de embriones maduros. Con esta tecnología, cada material se puede reproducir durante tres a cinco generaciones en un año, lo que acelera enormemente el proceso de reproducción.
La tecnología de cultivo de embriones maduros también se puede utilizar para superar la esterilidad de los híbridos de tomate. El uso de genes beneficiosos y rasgos cuantitativos QTL en tomates silvestres para resistencia a enfermedades, resistencia a insectos, resistencia al frío, resistencia al calor, alto rendimiento, alta calidad y otros rasgos de calidad es una tendencia importante en el mejoramiento moderno de tomates. Existe totipotencia entre el tomate silvestre y el tomate común. Sexo y otras cuestiones, como la hibridación del tomate común (L.esculentum) y el tomate peruano (L.peruvianum), el tomate chileno (L.chilense) y los similares al tomate (L.chilense). ), y la hibridación de L.chilense y tomate común. L. chilense y L. lycopersicoides tienen poca compatibilidad y no producen semillas. Su generación F1 y la primera generación de retrocruzamiento son estériles e inmaduras, lo que se puede solucionar cultivando embriones maduros.
(2) Fusión de protoplastos
La fusión de protoplastos de tomate se estudió anteriormente. Melchers (1978) generó un híbrido de células somáticas de tomate y papa en ese año. Su apariencia era similar a la de un. Planta de tomate. Las flores y hojas tienen características híbridas y tienen frutos pequeños y deformes, pero los frutos no tienen semillas y las raíces no forman tubérculos de papa. Desde entonces, muchos investigadores han realizado muchas investigaciones y han obtenido plantas híbridas somáticas de tomate común y papa, tomate, berenjena, tabaco, tomate, tomate peruano y tomate Panari (Tabla 24-3).
Tabla 24-3 Fusión de protoplastos de tomate
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El Las ventajas de la fusión de protoplastos del tomate son: 1) Puede superar problemas como la incompatibilidad, la infertilidad o el aborto embrionario temprano de híbridos distantes de tomates, y ayudar a crear nuevas variedades o tipos. La fusión de células somáticas puede evitar el proceso de fertilización de células germinales en la hibridación convencional, evitar los obstáculos anteriores y lograr la transferencia de genes entre especies. Por ejemplo, la papa y el tomate pueden obtener híbridos intergenéricos como la papa y el tomate a través de la fusión celular que no se han obtenido. por hibridación sexual hasta el momento. Genes beneficiosos como la resistencia a las enfermedades, la resistencia a los insectos, la tolerancia a la sal, la tolerancia al frío, la tolerancia a la sequía, la tolerancia a los herbicidas y la calidad del tomate se pueden transferir a los tomates comunes. Por ejemplo, S. lycopersicoids Dun (S. ricki Corr.) contiene resistencia a Botrytis cinerea, CMV, pudrición de la raíz por Phytophthora (Phytophthora. pstica), costra del tomate (Xanthomonas campestris pv.) y otras enfermedades. Además, las berenjenas parecidas a los tomates son más resistentes al estrés ambiental y pueden tolerar bajas temperaturas y cierto grado de heladas. Por lo tanto, la penetración de genes útiles similares a los del tomate en tomates cultivados se ha convertido en una investigación importante. Hendley (1986), Guri (1991), Hossain (1994) y Matsumoto (1997) obtuvieron híbridos somáticos de tomate y especies similares mediante fusión inducida químicamente y fusión inducida por campo eléctrico, lo que dio como resultado tetraploides. La fertilidad del polen de hexaploides somáticos La proporción de híbridos fue del 42-48% y las semillas viables se obtuvieron mediante autofecundación, hibridación entre cepas y retrocruzamiento con tomate. Aunque el trabajo mencionado aún se encuentra en la etapa de investigación, los resultados de la investigación son de gran importancia para ampliar el rango de variación del tomate y para la futura resistencia a enfermedades del tomate, resistencia a insectos, tolerancia a la sal, tolerancia al frío, tolerancia a la sequía y mejoramiento de la calidad del tomate. (iii) Se pueden cultivar híbridos citoplasmáticos. Genes como la esterilidad masculina citoplasmática y la resistencia a herbicidas existen en el citoplasma de los cloroplastos y las mitocondrias. La hibridación sexual solo puede ser una recombinación de material genético nuclear, no de citoplasma, y los gametos masculinos en la hibridación sexual llevan muy poco citoplasma, es difícil de producir. híbridos citoplasmáticos, pero en la hibridación de células somáticas el citoplasma de ambos padres tiene un cierto aporte, por lo que mediante la fusión celular se pueden obtener diferentes combinaciones de núcleo, cloroplasto y genomas mitocondriales, lo cual es de gran valor en el mejoramiento.
Mutschler, M.A. (1985-1992) intentó utilizar métodos de reproducción convencionales y métodos de cultivo de embriones para establecer {[(LA716×F)×F]×F}×New Yorker (10 times) A cms system que contiene el material genético del citoplasma de L. pennellii (L. pennellii) LA716 y del tomate común New Yorker (NY), se obtuvo una línea casi isogénica que contiene el citoplasma de L. pennellii (L. pennellii) LA716. Pennellii (LA716) y más del 99% del genoma del tomate común neoyorquino. Contiene los cloroplastos y mitocondrias de L. pennellii y su genoma es similar al del tomate común. El sistema cms no se ha establecido. El autor cree que es necesario utilizar el sistema cms correspondiente sólo se puede obtener con éxito mediante la fusión de protoplastos y orgánulos recombinantes de los padres. Más tarde, algunos investigadores utilizaron el método de fusión de protoplastos para transferir con éxito genes de esterilidad masculina citoplasmática, resistencia a herbicidas y tolerancia a sales y álcalis. Por ejemplo, Jain, S.M, E.A. Shahin (1988) transfirieron con éxito el rasgo de resistencia a las malezas atrazina de Solanum nigrum a tomates cultivados VF36 utilizando el método de fusión de protoplastos.
Hassanpour-Estahbanati (1985) obtuvo híbridos citoplasmáticos de Lycopersicon esculentum y Nicotiana tabacum., L. peruvianum y P. hybrida, Lycopersicon esculentum y Nicotiana tabacum (L. pennelli) y un sistema cms preliminar.
(iii) Cultivo de anteras y microsporas
El cultivo haploide de tomate comenzó en 1971 con callos de tomate cultivados obtenidos por Sharp. Gresshoff y Doy (1972) indujeron callos de anteras de tomate para obtener plantas de polen, y ese mismo año Sharp creó una tecnología de cultivo de nutrientes para polen de tomate. Posteriormente, Debergh y Nitsch (1973) cultivaron granos de polen aislados y siguieron el crecimiento desde el embrión adventicio hasta la etapa de embrión cotiledóneo. Devreux et al. (1976) obtuvieron callos de anteras de L. peruvianum pero sólo pudieron regenerar plantas diploides y tetraploides a partir de tejido materno. Cappadocia et al. (1978) cultivaron callos de anteras híbridos de tomate L. peruvianum de los cuales se observaron embriones globulares. Ese mismo año, Debergh et al. repitieron el experimento anterior con tomate cultivado y L. pimpinellifolium y lograron el éxito.
En la década de 1980, Gulshan et al. (1981) indujeron con éxito callos a partir de anteras de microsporas tempranas no nucleadas; Krueget-Lebus et al. (1983) cultivaron microsporas de cultivares de tomate de Nadja y Piccolo, y obtuvieron embriones globulares. Shamina y Yadav (1986) cultivaron microsporas mononucleadas aisladas y obtuvieron callos y embriones con tallos. Khoang et al. (1986) informaron sobre la regeneración de plantas haploides a partir de anteras del cultivar de tomate Roma, así como de plantas diploides y plantas híbridas.
Investigadores chinos también han realizado trabajos en este ámbito. Gao Xiuyun, Wang Jifang et al. (1979, 1980) cultivaron anteras de tomate y obtuvieron plantas haploides a partir de tejido de callo; Yuan Yinan (1999) utilizó tomates cultivados y tomates silvestres como materiales y cultivó microsporas en embriones esféricos y en etapa de embrión en forma de corazón.
No existe ningún precedente exitoso para inducir plantas haploides mediante el cultivo de microsporas de tomate, pero vale la pena aprender de las siguientes experiencias: ① El entorno de crecimiento de la planta donante: Debergh (1976) demostró que el cultivo de tomates y hojas finas La temperatura de crecimiento de los tomates se controla a 22°C (día)/20°C (noche), lo que puede aumentar la temperatura de crecimiento de las microsporas a 20°C (día). (Noche), las microsporas se pueden cultivar hasta la etapa de embrión de cotiledón; ② Período de desarrollo de las microsporas: generalmente se cree que las microsporas son efectivas desde la etapa uninucleada tardía hasta la etapa dicariótica temprana (iii) Genotipo de la planta donante: Krueger-Lebus; (1983) cultivaron microsporas de tomates cultivados y encontraron que algunas variedades no tenían embriones globulares. Yuan Yinan (1999) cultivó microsporas de tomates de verano en campo abierto, y solo respondieron los tomates de hoja de papa; (iv) Medio y hormonas-Sharp (1971); ) suspendieron microsporas en medio White modificado y luego las cultivaron en medio MS modificado para obtener líneas celulares que se dividen vigorosamente. Debergh et al. (1973) utilizaron macronutrientes y sales de hierro de Halperin, oligoelementos y vitaminas de Nitsch, y agregaron sacarosa (2%), 0,1 mg/L de AIA y extracto de antera de Nannochloropsis durante la embriogénesis. En el experimento, encontraron que en el medio suplementado con NAA y L-glutamina, el 18% del polen tenía más de dos núcleos después de 10 días.
En resumen, debido a la dificultad de cultivar microsporas libres de tomate, pocos investigadores nacionales y extranjeros continúan realizando investigaciones en profundidad, y casi se ha convertido en un problema mundial.
En el futuro, se deberán realizar investigaciones en profundidad sobre el período de extracción, los métodos de tratamiento de activación, la composición del medio de cultivo y los mecanismos fisiológicos del desarrollo de microsporas en el entorno de crecimiento.