DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-024-01750-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38741016
تاريخ النشر: 2024-05-13
المؤلف: Yazhong Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: التvariations الكروموسومية والجينية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم زراعة نباتات الطماطم تحت ظروف النهار الطويل، تحديداً 16 ساعة من الضوء تليها 8 ساعات من الظلام، باستخدام غرف برونسون، وغرف بيرسيفال، والدفيئات في معهد ماكس بلانك لأبحاث تربية النباتات. تم إجراء تهجين نباتات الطماطم من خلال الإخصاء اليدوي والتلقيح اللاحق. يتم تقديم معلومات مفصلة حول أصل البذور المستخدمة في التجارب في قسم الشكر في الورقة.
مقدمة
يتضمن إدخال نباتات الطماطم إلى الثقافة في المختبر عملية دقيقة لاختيار وتحضير البراعم الجانبية الصغيرة. في البداية، يتم قطع هذه البراعم في بيئة معقمة وتخضع لبروتوكول تعقيم باستخدام تخفيف 1:4 من المبيض التجاري مع 0.02% توين لمدة 15 دقيقة. بعد ذلك، يتم شطف البراعم ثلاث مرات بالماء من نوع ميلي-كيو لإزالة أي مواد كيميائية متبقية. بعد ذلك، يتم زراعة البراعم المعقمة في وسط 0.5 MS-10، حيث يتم زراعتها مرة أخرى بعد فترة من 4-5 أسابيع، مما يسهل النمو والتطور في بيئة محكومة. هذه الطريقة ضرورية لنجاح إنقاذ الأجنة وتكاثر نباتات الطماطم في المختبر.
نقاش
في هذه الدراسة، بحثنا في التنوع الظاهري لنسل الهجين MiMe ونباتات التحكم F1 وF2، مع التركيز على صفات مثل ارتفاع النبات، وتطور الثمار والبذور، وشكل الأوراق. ومن الجدير بالذكر أن نسل MbTMV-MT F2 أظهر مجموعة واسعة من الأنماط الظاهرية، مما يتناقض مع الصفات الموحدة التي لوحظت في الهجن F1 وMiMe رباعية الصبغيات. تشير هذه الاختلافات إلى أنه يمكن إنتاج الأمشاج الكلونية غير المخفضة، مما قد يؤدي إلى تقصير الكروموسومات بسبب انكسارات مزدوجة في الحمض النووي لا يتم إصلاحها من خلال إعادة التركيب المتماثل. كما استكشفنا نظام MiMe لتصميم الجينوم متعدد الصبغيات، مما أدى إلى إنشاء نباتات ‘4-هبلوتيب’ (4-Hap) التي تحتفظ بالتكوين الجيني الكامل لأجدادها الأربعة المربّين.
من خلال تسلسل الجينوم الكامل، أكدنا وجود جميع الجينومات الأبوية الأربعة في نباتات 4-Hap وصادقنا على وراثة الطفرات في جينات الهدف MiMe. أشارت التحليلات الخلوية إلى أن هذه النباتات حافظت على العدد المتوقع من الكروموسومات الرباعية الصبغيات، وكشف تحليل الأنماط الظاهرية عن نمو نباتي طبيعي وزيادة في محتوى الكلوروفيل. تشير نتائجنا إلى أن تصميم الجينوم متعدد الصبغيات يمكن أن يدير بشكل فعال التغايرية الجينية في المحاصيل، مما يوفر مساراً لإدخال الصفات المفيدة من الأقارب البرية إلى الأصناف المزروعة. تحمل هذه الطريقة وعداً كبيراً لتعزيز مرونة الإنتاج الزراعي وإنتاجيته، خاصة في سياق تربية البطاطس الهجينة والمحاصيل الأخرى متعددة الصبغيات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-024-01750-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38741016
Publication Date: 2024-05-13
Author(s): Yazhong Wang et al.
Primary Topic: Chromosomal and Genetic Variations
Overview
In this study, tomato plants were cultivated under long-day conditions, specifically 16 hours of light followed by 8 hours of darkness, utilizing Bronson chambers, Percival chambers, and greenhouses at the Max Planck Institute for Plant Breeding Research. The hybridization of the tomato plants was performed through manual emasculation and subsequent pollination. Detailed information regarding the origin of the seeds used in the experiments is provided in the Acknowledgements section of the paper.
Introduction
The introduction of tomato plants into in vitro culture involves a meticulous process of selecting and preparing young side shoots. Initially, these shoots are cut in a sterile environment and subjected to a sterilization protocol using a 1:4 dilution of commercial bleach combined with 0.02% Tween for 15 minutes. Following this, the shoots are thoroughly rinsed three times with Milli-Q water to remove any residual chemicals. Subsequently, the sterilized shoots are transplanted into a 0.5 MS-10 medium, where they are subcultured after a period of 4-5 weeks, facilitating further growth and development in a controlled environment. This method is crucial for successful embryo rescue and propagation of tomato plants in vitro.
Discussion
In this study, we investigated the phenotypic diversity of hybrid MiMe offspring and control F1 and F2 plants, focusing on traits such as plant height, fruit and seed development, and leaf morphology. Notably, the MbTMV-MT F2 offspring exhibited a wide range of phenotypes, contrasting with the uniform traits observed in the F1 hybrids and MiMe tetraploids. This variation suggests that unreduced, clonal gametes can be produced, potentially leading to chromosome truncations due to DNA double-strand breaks that are not repaired through homologous recombination. We also explored the MiMe system for polyploid genome design, resulting in the creation of ‘4-haplotype’ (4-Hap) plants that retain the complete genetic makeup of their four inbred grandparents.
Through whole-genome sequencing, we confirmed the presence of all four parental genomes in the 4-Hap plants and validated the inheritance of mutations in MiMe target genes. Cytological analyses indicated that these plants maintained the expected tetraploid chromosome count, and phenotyping revealed normal vegetative growth and enhanced chlorophyll content. Our findings suggest that polyploid genome design can effectively manage genetic heterozygosity in crops, offering a pathway for the introgression of beneficial traits from wild relatives into cultivated varieties. This approach holds significant promise for enhancing agricultural resilience and productivity, particularly in the context of hybrid potato breeding and other polyploid crops.