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Cultivo de Anteras
Dra Iris B. Pérez Almeida
La flor y sus partes
Las plantas superiores tienen dos generaciones diferentes durante su
ciclo de vida: la asexual o esporofitica y la sexual o gametofitica
Para que se produzcan los haploides, el programa de desarrollo, altamente controlado, es afectado por algún factor externo haciendo que se inhiba la ruta gametofitica en favor del desarrollo esporofitico vía embriogénesis directa u organogenesis vía formación de callo.
Técnica para producir líneas homocigotas a partir
de poblaciones segregantes mediante el doblamiento
cromosómico haploide y la regeneración de plantas
en un ciclo de cultivo in vitro
Manipulación in vitro de microsporas para inhibir el
desarrollo gametofítico e inducir el esporofítico
Cambio en el patrón de desarrollo de polen maduro a embriogénesis
Cultivo de Anteras
Esporofito haploide
AndrogénesisGinogénesis
Cultivo de ovarios u óvulos
Partenogénesis
Gametofito
maduro
Meiosis
Meiosporas
Meiosis
Cultivo de anteras o polen
Esporofito maduro
Cigoto
Mitosis
Fertilización
intraespecíficaFertilización
Inter-específica o
intergenérica
Meiosis
Gametas
Cigoto
Mitosis
Eliminación
de
cromosomas
n
2n
Cómo ocurren los haploides?
Genotipo de las plantas donadoras Condiciones ambientales y estado fisiológico de la planta donante Factores en la pared de la antera Tratamiento de las anteras antes de sembrarlas en el medio de inducción Estado de desarrollo de la microspora o del polenMedio de cultivo y densidad de cultivo Condiciones físicas de incubación de las anteras
Factores que influyen el proceso de androgénesis
La respuesta está determinada por la especie. En plantas como tabaco, el genotipo es menos importante.
En los cereales, hay un componente genético principal controlado por muchos genes. Mayor respuesta en arroz tipo japónica que índica.
Estudios de herencia sugieren que la inducción de callos y la regeneración de plantas están controladas por un bloque simple de genes recesivos diferentes; la dominancia de la no respuesta es parcial; no hay efecto materno, y el efecto de genes aditivos es significativo.
La respuesta in vitro no está ligada a otros caracteres de interés agronómico.
Genotipo
Factores que influyen el proceso de androgénesis
Albinismo
Es un fenómeno común en los cereales. Predomina en híbridos inter o intraespecíficos.
Influido por el estado de degeneración del ADN de los cloroplastos de la microspora en el momento del cultivo y las condiciones del cultivo in vitro.
La edad del callo, la temperatura en inducción y regeneración de planta, clase y concentración de los reguladores de crecimiento, concentración de sacarosa en inducción, concentración de sales, estado de desarrollo del polen.
Factores que influyen el proceso de androgénesis
El CA está influido por condiciones tales como foto-período, intensidad de la luz, temperatura (19 -29º C para la noche y día); nutrición mineral (deficiencia de nitrógeno), variaciones estacionales (bajo períodos de baja nubosidad y lluvia, mayor respuesta, debido a altos niveles de radiación solar); tratamientos físicos y aplicación de hormonas, estados fisiológicos (primeras inflorescencias).
Condiciones ambientales y estado fisiológico de la planta donante
Factores que influyen el proceso de androgénesis
Tratamiento de las anteras antes de sembrarlas en el medio de inducción
Temperatura
Especie Temperatura% Anteras formando
embriones
Nicotiana 22° C 22
3 – 5° C 58
Brassica 25° C 0.5
35° C 9
EspecieTemperatura para mejorar la
androgénesis
Arroz, centeno, maiz, Pennisetum, Datura, Nicotiana
130 C
Brassica, Capsicum 350 C
Factores que influyen el proceso de androgénesis
No se conocen los componentes específicos. La adición de extractos de la pared de la antera promueven la androgénesis en tabaco, p.ej.
En algunas plantas, la glutamina por si sola o en combinación con serina y mioinositol, reemplazan los factores de la pared.
Factores en la pared de la antera
Estado de desarrollo de la microspora o desarrollo del polen
La microspora o polen debe cambiar su patrón de desarrollo de gametofitico a esporofitico
El mejor tiempo de inducir tal cambio es justo antes de la división de la microspora o después de la mitosis de la microspora(formación de célula generativa y vegetativa)
Contiene 2 grandes grupos de sustancias: medio basal (macro y microelementos, carbohidratos, vitaminas y aditivos orgánicos); y un grupo de hormonas o reguladores de crecimiento.Sin hormonas – mayormente dicotiledóneas. Mayor éxito en especies solanáceas. No es deseable que la pared de la antera forme callos.Con hormonas – mayoría especies no-solanáceas. Muchas monocotiledóneas. Requieren hormonas o complejos orgánicos como agua de coco. El medio es particularmente importante en cereales como arroz para llegar a producir plantas verdes. Una dificultad mayor es el número de plantas albinas resultante. Sacarosa – niveles de 2% (Nicotiana) a 10% (Brassica)
Medio de cultivo
Factores que influyen el proceso de androgénesis
Volumen atmosférico del envase
Para embriones 15 mL/anteraPara producir plantas 5.5 mL/anteraEfecto puede deberse al etileno
Densidad del polen o anteras
En Brassica napus densidad mínima de 3000 granos polen/mL de medio de cultivo
Densidad de anteras sembradas
Factores que influyen el proceso de androgénesis
Uso de los haploides en el fitomejoramiento
Los haploides son de alta utilidad en el fitomejoramiento por varias razones:
Puesto que portan solo un alelo de cada gen, las mutaciones y características recesivas se expresan en el fenotipo de la planta. Se pueden estudiar las mutaciones.Plantas con genes letales se eliminan del reservorio genético Pueden producir doble homocigotas o plantas poliploides – valiosas al mejoramiento Mejoramiento usando líneas endocriadasSe acorta el tiempo de autofecundaciones para la producción de genotipos híbridos superioresMapeo genético de QTLsTransformación genética
Aplicaciones del Cultivo de Anteras
1979, Ciba Geigy liberó la variedad Mingo de cebada, un cultivar producido por el sistema de eliminación de cromosomas.1994, se habían liberado más de 10 nuevos materiales de trigo1980, se habían producido más de 22 nuevas variedades de arroz1992, se liberó un híbrido de maíz producido por CA1992, una variedad de pimiento dulce liberada en China1992, se desarrollaron plantas de manzana y pera derivadas por CA con buenas características agronómicas, y baja estatura.1993, estudio de DH vs pedigrí. 1995 variedad INCA liberada por CIRAD-CA y CIAT
Aplicaciones del Cultivo de Anteras
Experiencias en Cultivo de Anteras
Recolección del material en el campo
Experiencias en Cultivo de Anteras
Determinación del estado del polen
Desinfección del material
Experiencias en Cultivo de Anteras
Desinfección del material
Experiencias en Cultivo de Anteras
Inducción de callos
Experiencias en Cultivo de Anteras
Formación de microcallos
Experiencias en Cultivo de Anteras
Transferencia de microcallos a regeneración
Experiencias en Cultivo de Anteras
Regeneración de plantas
Aplicaciones del Cultivo de Anteras
CIAT, Colombia
“Variabilidad genética en la reacción a Pyricularia grisea Sacc. de dos poblaciones de arroz obtenidas por Cultivo de Anteras y Pedigrí”.
Pérez-Almeida, I., Lentini, Z. y Guimaräes, E.P.
1995. El cultivo de anteras en el desarrollo de
germoplasma resistente al añublo del arroz
(Pyricularia grisea). Fitopatol. Venez. 8:11-14.
Carga cromosómica
Fig. 2 a Vacuolated microspore of apricot (Prunusarmeniaca L.) cv. Ninfa at the time of antherculture establishment (section stained withtoluidine blue; photo taken at the laboratory of MC Risuen˜o, C.S.I.S. Spain). b Embryogenicpollen-derived friable calli and embryos indifferent stages developing inside of Citrus clementina Hort. ex Tan. cv. Monreal anther, after4 months of culture. c Direct microsporeembryogenesis in Citrus anthers after 3 monthsof culture. d Symmetrical division of nucleus in anolive (Olea europaea L.) microspore after 3 weeks of anther culture. e Heart-shaped pollen-derived embryo of C. clementina cv. Nules. f Microspore-derived plantlet of clementineobtained from embryo germination
Haploid chromosome number (n= 3X= 21). Double haploid chromosome number (2n= 6X= 42)
El uso de DH resulta en el logro pronto de homocigosis y la expresión de caracteres recesivos, aumentando la eficiencia de selección para caracteres cualitativos y cuantitativos.
En una sola generación se obtienen DH a partir de una F1 de padres heterocigotas.
Se acorta el ciclo de mejoramiento considerablemente al reducir el número de generaciones requeridas por los programas convencionales de mejora. Implica eficiencia en la producción de cultivares.
Ahorro de tiempo pues la evaluación puede hacerse en menor tiempo.
Pueden crearse tipos de recombinación de gametas muy difíciles de obtener por métodos convencionales.
Mapeo de genes y cromosomas.
Ventajas de los Doble Haploides
Fallo de las anteras en crecer, los embriones no continúan su crecimiento
Desarrollo de tejido o callo debe ser diploide o poliploideResultan quimeras de diferentes ploidíaFormación de albinos en cereales (especialmente arroz)Baja tasa de éxito – no viable comercialmente Uso de reguladores de crecimiento para la producción de callos
generalmente es detrimental para la producción de haploides por la producción de diploides o poliploides
Segregación observada en la progenieDependencia del genotipoCostos iniciales del equipamiento
Desventajas del Cultivo de Anteras
