Influence of Abscisic Acid and Sucrose on Somatic Embryogenesis in Cactus Copiapoa tenuissima

Having produced the embryos of cactus Copiapoa tenuissima Ritt. forma monstruosa at the globular stage and callus, we investigated the effect of abscisic acid (ABA) in the following concentrations: 0, 0.1, 1, 10, and 100 μM on successive stages of direct (DSE) and indirect somatic embryogenesis (ISE). In the indirect somatic embryogenesis process we also investigated a combined effect of ABA (0, 0.1, 1 μM) and sucrose (1, 3, 5%). The results showed that a low concentration of ABA (0-1 μM) stimulates the elongation of embryos at the globular stage and the number of correct embryos in direct somatic embryogenesis, while a high ABA concentration (10–100 μM) results in growth inhibition and turgor pressure loss of somatic embryos. The indirect somatic embryogenesis study in this cactus suggests that lower ABA concentrations enhance the increase in calli fresh weight, while a high concentration of 10 μM ABA or more changes calli color and decreases its proliferation rate. However, in the case of indirect somatic embryogenesis, ABA had no effect on the number of somatic embryos and their maturation. Nevertheless, we found a positive effect of sucrose concentration for both the number of somatic embryos and the increase in calli fresh weight

Indukcja embriogenezy somatycznej u Astrophytum asterias (Zucc.) Lem. w aspekcie wpływu warunków świetlnych oraz stężenia auksyny 2,4-D

Astrophytum asterias (Zucc.) Lem. is a cactus which is among those most desired by producers and collectors all across the world and, at the same time, a species threatened with extinction in the natural environment. Micropropagation techniques can be helpful both in terms of its ex situ protection and its popularisation on the market, thus satisfying the needs of cacti breeders and collectors. Somatic embryogenesis is the most effective method of multiplication and it involves the formation of somatic embryos from vegetative cells. The medium, light conditions and type of explant demonstrate the key effect on its efficiency. Auxin 2,4-D (2,4-Dichlorophenoxyacetic acid) is most frequently applied to embryogenesis induction. In the present study we determined the effect of its concentration and light conditions on the efficiency of Astrophytum asterias somatic embryogenesis. Seeds were placed on the modified MS medium with a reduced content of macronutrients and sucrose ½MS (pH 5.7 – before autoclaving). All the in vitro cultures were incubated in the growth room (24 ± 2°C, 16 h light/8 h dark photoperiod, the intensity of quantum irradiation: 24.3 μmol·m⁻²·s⁻¹). After 14 days 70% of the seeds were produced of seedlings. To regenerate somatic embryos, halves of green seedlings were placed on the modified MS medium with auxin 2,4-D added at different concentrations: 5; 7 and 10 mg·dm⁻³, the MS0 medium without growth regulators was our control. To verify the effect of light conditions, half of explants were incubated in the light, and half in the dark. After 10 weeks of culture, the regenerated embryos were isolated, counted and measured. They were produced on all the media types, in both light conditions. The present research confirmed a positive effect of 2,4-D and light on the number of explants forming embryoid structures and on the number of regenerating embryos. The most number of embryos per 1 explant (1.8) were obtained on the MS7 medium (7 mg·dm⁻³ 2,4-D) in the light conditions.Astrophytum asterias (Zucc.) Lem. jest jednym z najbardziej pożądanych przez producentów i kolekcjonerów kaktusów na świecie, a jednocześnie gatunkiem zagrożonym wyginięciem w środowisku naturalnym. Techniki mikrorozmnażania mogą być pomocne zarówno w jego ochronie ex situ, jak i przyczynić się do jego rozpowszechnienia na rynku, zaspokajając potrzeby hodowców i kolekcjonerów kaktusów. Embriogeneza somatyczna jest najefektywniejszą spośród metod mikrorozmnażania i polega na tworzeniu zarodków somatycznych z komórek wegetatywnych. Pożywka, warunki świetlne oraz rodzaj eksplantatu, mają kluczowy wpływ na jej wydajność. W indukcji embriogenezy najczęściej stosowaną jest auksyna 2,4-D (kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy). W badaniach określono wpływ jej stężenia i warunków świetlnych na wydajność embriogenezy somatycznej. Nasiona wykładano na zmodyfikowaną pożywkę MS o zredukowanej zawartości makroelementów oraz sacharozy ½MS (pH 5,7 – przed autoklawowaniem). Wszystkie kultury in vitro inkubowano w pokoju wzrostowym (24 ± 2°C, 16 h dzień/ 8 h noc fotoperiod, natężenie napromienienia kwantowego: 24,3 μmol·m⁻²·s⁻¹). Po 14 dniach z 70% nasion uzyskano siewki. W celu regeneracji zarodków somatycznych, połówki zielonych siewek wyłożono na zmodyfikowaną pożywkę MS z dodatkiem auksyny 2,4-D w stężeniu: 5; 7 i 10 mg·dm⁻³, kontrolę stanowiła pożywka MS0 bez regulatorów wzrostu. W celu zweryfikowania wpływu warunków świetlnych, połowa eksplantatów była inkubowana na świetle, a reszta w ciemności. Po 10 tygodniach trwania kultury wyizolowano, zliczono i zmierzono zregenerowane zarodki. Uzyskano je na wszystkich pożywkach w obu warunkach świetlnych. Badania własne potwierdziły pozytywny wpływ 2,4-D i światła na liczbę eksplantatów tworzących struktury embrioidalne oraz na liczbę regenerujących zarodków. Najwięcej zarodków na jedenym eksplantacie (1,8) otrzymano na pożywce MS7 w warunkach światła

Genetic diversity of chrysanthemum plants derived via somatic embryogenesis using RAPD markers

The genetic diversity was investigated among two chrysanthemum (Chrysanthemum × grandiflorum Ramat./Kitam.) cultivars ‘Lady Salmon’ and ‘Lady Vitroflora’ and its 15 lines of plants derived from somatic embryos in using ten random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers. All primers gave 108 bands with 1218 products from 148.65 to 4391.20 bp in size. The average number of bands per primer was 10.8. Most fragments (54; 50%) were polymorphic, 9 (0.8%) specific and others (45; 49.2%) were monomorphic. Cluster analysis grouped all the cultivars and their lines into two main clusters and two subclusters. Most genetic diversity was characteristic for LS2 lines of plants derived via somatic embryogenesis from cultivar ‘Lady Salmon’. All lines were different from each other and from the original cultivar propagated by meristematic explants. RAPD markers are a helpful tool to detect the genetic diversity of chrysanthemum plants derived via somatic embryogenesis (SE). Our result will provide useful information for production laboratory and for breeding programmes

Badania nad występowaniem barwników w kwiatach u mutantów chryzantemy w grupach: Nero i Wonder

Two groups of chrysanthemum (Dendranthema grandiflora Tzvelev) representing the five cultivars were analysed to define their content of pigments in the inflorescence with the spectrophotometric method. It was observed that respective cultivars obtained as a result of the ionising radiation differed in their quality and quantity of flavonoids and carotenoids in the inflorescence as compared with original cultivars they originated from. Each of the chrysanthemum cultivars studied showed its own permanent repetitive profile of the occurrence of specific pigments, which gives a possibility of showing the distinctness of the cultivars analysed and their identification.Dwie grupy chryzantemy (Dendranthema grandiflora Tzvelev) reprezentowane przez pięć odmian były analizowane pod względem zawartości barwników w kwiatostanie metodą spektrofotometryczną. Stwierdzono, że poszczególne odmiany uzyskane w wyniku działania promieniowania jonizującego różniły się jakością i ilością flawonoidów i karotenoidów w kwiatostanie w stosunku do odmian wyjściowych, z których powstały. Kżda z badanych odmian chryzantem posiadała swój stały i powtarzalny profil występowania określonych barwników, co daje możliwość wykazania odrębności analizowanych odmian oraz ich identyfikację

Ocena stabilności genetycznej roślin uzyskanych przez embriogenezę somatyczną Chrysanthemum x grandiflorum (Ramat./Kitam.)

Genetic and phenotypic stability of plants obtained via somatic embryogenesis may be disrupted. The reason can be an indirect regeneration of somatic embryos via callus or a high concentration of growth regulators added at the induction stage of somatic embryos. Somatic embryogenesis of ‘Lady Salmon’ (chimeric) and ‘Lady Vitroflora’ (non-chimeric) cultivars was induced on modified Murashige and Skoog (MS) media, supplemented with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and kinetin (KIN) or 6-benzylaminopurine (BAP). Flow cytometry (FCM) revealed that the plants derived from somatic embryos of both cultivars maintained the ploidy of control plants obtained from the meristem. The colour and pigment content of the inflorescence of plants derived from somatic embryos of ‘Lady Vitroflora’ were similar to the original control plants. However, the ray florets of clones of ‘Lady Salmon’ did not contain carotenoids, characteristic for this cultivar, and consequently produced flowers of different colours. Thus, somatic embryogenesis in chrysanthemums can be applied for separating periclinal chimera components for chimeric cultivars and for receiving an additional source of variation in the breeding of cultivars. In the case of genetically homogeneous cultivars it can be used in production laboratories for cloning plants in vitro via somatic embryogenesis.Stabilność genetyczna i fenotypowa roślin uzyskanych przez embriogenezę somatyczną może zostać zachwiana. Powodem może być pośrednia regeneracja zarodków somatycznych poprzez kalus lub wysokie stężenie regulatorów wzrostu dodanych na etapie indukcji zarodków somatycznych. Embriogeneza somatyczna chryzantem odmian: ‘Lady Salmon’ (chimera) i ‘Lady Vitroflora’ (niechimera), była indukowana na zmodyfikowanych pożywkach Murashige i Skoog (MS) z dodatkiem 4 mg·dm-3 kwasu 2,4-dwuchlorofenoksyoctowego (2,4-D) i 1 mg·dm-3 kinetyny (KIN) lub 6-benzylaminopuryny (BAP). Cytometria przepływowa (FCM) wykazała, że rośliny pochodzące z zarodków somatycznych obu odmian utrzymują ploidalność roślin kontrolnych uzyskanych z merystemu. Barwa i zawartość barwników w kwiatostanach roślin pochodzących z zarodków somatycznych u ‘Lady Vitroflora’ były podobne do roślin kontrolnych. Jednak kwiaty języczkowate klonów ‘Lady Salmon’ nie zawierały karotenoidów, charakterystycznych dla tej odmiany, a w konsekwencji tworzyły kwiaty w różnych barwach. Tak więc embriogeneza somatyczna u chryzantem może być stosowana do oddzielania składników chimery peryklinalnej u odmian będących chimerami i otrzymania dodatkowego źródła zmienności w hodowli odmian. Natomiast u odmian jednorodnych genetycznie może być stosowana w laboratoriach produkcyjnych do klonowania roślin w warunkach in vitro poprzez embriogenezę somatyczną

Evaluation of ploidy in chrysanthemum mutants [Dendranthema grandiflora Tzvelev] obtained in mutagenesis induced in vitro and in vivo by ionizing radiation

Badano liczbę chromosomów w komórkach merystemów wierzchołkowych korzeni trzech odmian wyjściowych chryzantemy wielkokwiatowej (Dendranthema grandiflora Tzvelev) i odmian pochodnych, otrzymanych w wyniku radiomutacji. Wykazano, że tylko jedna odmiana mutacyjna – ‘Bronze Wonder’ miała inną liczb chromosomów niż odmiana wyjściowa ‘Lilac Wonder’.The present research investigated the number of chromosomes in the cells of apical meristems of roots for three original Dendranthema grandiflora Tzvelev cultivars and the derivative cultivars obtained due to radiomutation. It was shown that only in one mutation cultivar, ‘Bronze Wonder’, the number of chromosomes differed from that of the original cultivar, ‘Lilac Wonder’

Regeneracja zarodków somatycznych z izolowanych in vitro kwiatów języczkowatych chryzantemy

Many chrysanthemum mutants are chimeras built from tissues of a varied genetic composition. Regeneration in vitro of somatic embryos from the whole mutated ligulate florets or only from their small mutated fragments can lead to the separation of chimera components and, as a result, producing a new original cultivar. There was determined the effect of growth regulators (2,4-D; KIN or BAP) and explant type (whole or transversely-cut-into-half ligulate florets) on the efficiency of somatic embryogenesis of Chrysanthemum × grandiflorum (Ramat.) Kitam. ‘Cool Time’. For the induction of the somatic embryogenesis ant the regeneration of somatic embryos the MS medium [Murashige and Skoog 1962] with 18.08 μM 2,4-D as well as with this auxin and 4.44; 8.88; 22.20 μM BAP or 4.65; 9.30; 23.25 μM KIN was used. The best results were obtained when transversely-cut-into-half ligulate florets were inoculated onto the medium with 4.65 μM KIN and 18.08 μM 2,4-D. This results may increase the probability of success in separation of chimera components in chrysanthemum breeding.Wiele mutantów chryzantem jest chimerami zbudowanymi z tkanek o różnym składzie genetycznym. Regeneracja in vitro zarodków somatycznych z całych objętych mutacją kwiatów języczkowatych lub tylko z ich niewielkich zmutowanych fragmentów może doprowadzić do separacji komponentów składowych chimery i w rezultacie do uzyskania nowej, oryginalnej odmiany. W badaniach określono wpływ regulatorów wzrostu (2,4-D; KIN lub BAP) oraz rodzaju eksplantatu (cały lub przecięty poprzecznie na pół kwiat języczkowaty) na wydajność embriogenezy somatycznej u Chrysanthemum × grandiflorum (Ramat.) Kitam. ‘Cool Time’. Do indukcji embriogenezy somatycznej oraz do regeneracji zarodków somatycznych zastosowano pożywkę MS [Murashige and Skoog 1962] uzupełnioną jedynie 18,08 μM 2,4-D, a także tą auksyną oraz 4,44; 8,88; 22,20 μM BAP lub 4,65; 9,30; 23,25 μM KIN. Najlepsze rezultaty uzyskano, inokulując przecięte poprzecznie na pół kwiaty języczkowate na pożywkę z 4,65 μM KIN i 18,08 μM 2,4-D. Uzyskane wyniki mogą przyczynić się do zwiększenia prawdopodobieństwa separacji komponentów chimer w hodowli chryzantem

Identification of new Polish lines of Chenopodium quinoa (Willd.) by spectral analysis of pigments and a confirmation of genetic stability with SCoT and RAPD markers

Identification of cultivars is essential both in breeding and to settle cultivar disputes. The purpose of the study has been to examine cultivar identities based on absorption spectra of plant pigments and to confirm a genetic stability with SCoT and RAPD molecular markers in new Polish lines of Chenopodium quinoa Willd. Spectral analysis of pigments extracted from plant inflorescences in quinoa gives an opportunity to confirm the cultivar identity and identification of ‘Faro’ and ‘Titicaca’ cultivars and their new lines. Spectral analysis is an effective method of confirming cultivar identity and it should be used in practice for the identification of cultivars or cultivars lines in Chenopodium quinoa Willd. Analysis of molecular markers indicated by RAPD as well as SCoT technique revealed a high genetic stability of the derivative lines of ‘Faro’ and ‘Titicaca’, while variation was detected in plants representing original cultivars: banding pattern different than predominant was present in three plants of ‘Titicaca’ (genetic distnaces from 7.5% to 55.9%) and in a single plant of ‘Faro’(genetic distance 61.2% as indicated by SCoT technique)