Microsporogenesis in Brachiaria bovonei (Chiov.) Robyns and B. subulifolia (Mez) Clayton (Poaceae)

Some African species of Brachiaria have been introduced into the Americas and became the most important forage for pastures in the tropics. New cultivars can be obtained either from direct selections from the natural existing variability in the germplasm collections or from interspecific hybridizations. Polyploidy is predominant in the genus Brachiaria and correlated with apomixis which complicates hybridization. The objective of cytological studies underway on the Brachiaria germplasm collection at Embrapa Beef Cattle is to determine the chromosome number and meiotic behavior of accessions. For the breeding of Brachiaria species, compatible sexual and apomictic accessions need to be identified. Microsporogenesis was evaluated in two accessions of Brachiaria bovonei (BO01 and BO05) and one accession of B. subulifolia (SU01). BO01 is pentaploid (2n = 5x = 45), BO05 is tetraploid (2n = 4x = 36), and SU01 is hexaploid (2n = 6x = 54), derived from x = 9. Meiotic abnormalities typical of polyploids, characterized by precocious chromosome migration to the poles in metaphases, laggard chromosomes in anaphases, and micronuclei in telophases and tetrads, were recorded in high frequency in all the accessions generating unbalanced gametes. Both accessions of B. bovonei presented chromosome stickiness. The results are discussed in the view of the Brachiaria breeding program objectives.Algumas espécies africanas de Brachiaria foram introduzidas nas Américas e tornaram-se importantes pastagens nos trópicos. Novas cultivares podem ser obtidas por seleção direta da variabilidade genética existente na coleção de germoplasma ou por hibridização interespecífica. Poliploidia é predominante no gênero Brachiaria e correlacionada com apomixia, o que complica a hibridização. O objetivo dos estudos citogenéticos na coleção de germoplasma de Brachiaria da Embrapa Gado de Corte é determinar o número de cromossomos e o comportamento meiótico dos acessos. A microsporogênese foi avaliada em dois acessos de Brachiaria bovonei (BO01 e BO05) e um acesso de B. subulifolia (SU01). BO01 é pentaplóide (2n = 5x = 45), BO05 é tetraplóide (2n = 4x = 36), e SU01 é hexaplóide (2n = 6x = 54), todos derivados de x = 9. Anormalidades meióticas típicas de poliplóides, caracterizadas por migração precoce de cromossomos para os pólos em metáfases, cromossomos retardatários em anáfases, e micronúcleos em telófases e tétrades foram observadas em alta freqüência em todos os acessos gerando gametas geneticamente desbalanceados. Ambos os acessos de B. bovonei apresentaram aderências cromossômicas. Os resultados são discutidos sob o ponto de vista dos objetivos do melhoramento genético

Comportamento meiótico de híbridos interespecíficos entre tetraplóides artificiais de Brachiaria ruziziensis e tetraplóides apomíticos de B. brizantha (Poaceae)

O comportamento meiótico de quatro híbridos interespecíficos promissores de Brachiaria foi avaliado por metodologia citogenética convencional. Os genitores femininos eram dois acessos sexuais tetraploidizados artificialmente de B. ruziziensis (R41 e R44, 2n = 4χ = 36), os quais foram cruzados com um genσtipo tetraplσide natural apomítico agronomicamente superior de B. brizantha (B140 - BRA003395). Três deles (HBGC313, HBGC 315 e HBGC324) eram sexuais e um (HBGC325) apomítico. A análise de algumas células em diacinese revelou a presença de configurações cromossômicas multivalentes, sugerindo que recombinação genética e introgressão de alguns genes poderão estar presentes. Os quatro híbridos apresentaram freqüências e tipos variados de anormalidades meióticas. Anormalidades relacionadas à segregação irregular de cromossomos devido à poliploidia foram comuns entre os híbridos e caracterizadas pela presença de cromossomos em ascensão para os pólos e cromossomos retardatários, ambos levando à formação de micronúcleos em telófases e tétrades e, como conseqüência, gametas desbalanceados. Uma anormalidade genótipo-específica, relacionada à orientação do fuso (uma possível mutação fuso divergente) foi observada pela primeira vez em dois dos híbridos, HBGC313 e HBGC325. O híbrido sexual HBGC324 apresentou menor freqüência de anormalidades meióticas, podendo ser usado como genitor feminino em futuros cruzamentos no programa de melhoramento. A frequência e os tipos de anormalidades observadas podem afetar a fertilidade e a produção de sementes. Com base nos resultados, o híbrido HBGC324 é recomendado para o programa de melhoramento. Híbridos devem produzir grande quantidade de sementes viáveis, além de matéria seca com alto valor nutritivo para serem amplamente utilizados na produção de pastagens. Devido à pseudogamia, os híbridos apomíticos superiores necessitam de grãos de pólen viáveis para fertilizar o núcleo secundário do saco embrionário assegurando o desenvolvimento vigoroso do endosperma e a produção de sementes.The meiotic behavior of four interspecific promising hybrids was evaluated by conventional cytological methods. The female genitors were two artificially tetraploidized sexual accessions of B. ruziziensis (R41 and R44, 2n = 4χ = 36), which were crossed to an agronomically superior natural tetraploid apomictic genotype of B. brizantha (B140 - BRA003395). Three of them (HBGC313, HBGC 315, and HBGC324) were sexual and one (HBGC325) apomictic. Analyses of some cells in diakinesis revealed multivalent chromosome configurations, suggesting that genetic recombination and introgression of some genes could be present. The four hybrids had different types of meiotic abnormalities at various frequencies. Abnormalities related to irregular chromosome segregation due to polyploidy were common among these hybrids, and characterized by precocious chromosome migration to the poles, laggard chromosomes, both generating micronuclei in telophases and tetrads and, as a consequence, unbalanced gametes. One abnormality genotype-specific, related to spindle orientation (a putative divergent spindle mutation), was recorded for the first time in two of the hybrids, HBGC313 and HBGC325. The sexual hybrid HBGC324 had the lower rate of abnormalities, and it could be used as a female genitor in future crosses in the breeding program. The abnormalities present in these hybrids may impact fertility and affect seed production. Based on the results, HBGC324 is the single hybrid recommended to the breeding program. Hybrids must produce a good amount of viable seeds, besides good overall dry matter production and nutritive value, in order to be widely utilized and adopted in production systems. Due to pseudogamy, the desirable superior apomictic hybrids need viable pollen grains to fertilize the secondary nucleus of the embryo sac and thus ensure normal and vigorous endosperm development and plenty of seed set

Chiasmata frequency evaluation in maize (Zea mays L.) and implications with combining ability for grain production

A capacidade de combinação para a produção de grãos de uma linhagem tem sido definida como uma função do número de alelos favoráveis para este caráter que ela apresenta. Por outro lado, sabe-se que qualquer irregularidade que ocorra durante o processo meiótico pode afetar a viabilidade dos esporos, comprometendo a fertilidade da planta. Considerando - se que o melhorista sempre tem procurado nas linhagens um caráter que expresse alta correlação com boa performance do híbrido, procurou-se avaliar linhagens previamente selecionadas para alta e baixa capacidade de combinação a fim de se verificar possíveis correlações entre baixa capacidade para produção de grãos e instabilidade meiótica. Para tal, analisaram-se 40 linhagens S7 de milho, assim subdivididas: 10 linhagens Flint com baixa capacidade de combinação e 15 com alta capacidade de combinação; 10 linhagens Dentado com baixa capacidade de combinação e 5 com alta capacidade de combinação. A análise de freqüência de quiasmas por célula foi feita na fase de diacinese em 10 plantas por linhagem e 20 células por planta. Considerou-se ainda a freqüência de quiasmas intersticiais e terminais. As análises demonstraram que houve uma tendência da frequência de quiasmas ser menor nas linhagens com baixa capacidade de combinação, tanto para as linhagens Dentado quanto para as Flint. Não se observou cor relação entre frequência de quiasmas terminais e intersticiais e capacidade de combinação. As linhagens com baixa capacidade de combinação mostraram, além de menor freqüência de quiasmas, maior freqüência de cromossomos univalentes, estando estes dois caracteres altamente correlacionados. Os cromossomos univalentes mostraram segregação irregular, acompanhada ou não por não-dis-junção. A freqüência de micronúcleos observada na telófase I foi muito inferior à esperada com base nas anormalidades detectadas nas fases anteriores, sugerindo que grande parte dos cromossomos que ascendem precoce ou tardiamente para os pólos é incluída nos núcleos. A segunda divisão foi regular, sugerindo que os micronúcleos formados na primeira divisão desaparecem nesta fase. Apesar das tétrades não apresentarem micrócitos ou micronúcleos, não se pode esperar que cada micrósporo seja portador de n cromossomos, pois falta de disjunção cromossômica foi observada, bem como desaparecimento dos micronúcleos formados na primeira divisão. Estes dois fatores devem contribuir, sem dúvida alguma, para a formação de micrósporos aneuplóides, cuja viabilidade e desempenho poderão ser afetados. Além da menor freqüência de quiasmas e do maior número de cromossomos univalentes, as linhagens com baixa capacidade de combinação mostraram outros tipos de irregularidades meióticas, como: quebras cromossômicas, pontes e fragmentos, fusão celular, anormalidades de fuso e maior assincronia na meiose. Todas estas formas de irregularidade podem afetar o produto final da meiose. Os resultados aqui apresentados sugerem, portanto, que a capacidade de combinação, provavelmente, não deve ser unicamente uma função da freqüência de alelos favoráveis para a produção de grãos, mas sim, uma associação de tais alelos com um processo meiótico regular que garanta a viabilidade total dos gametas formados.The combining ability of an inbred line has been defined as a function of its favourable gene number. On the other hand, we know that irregularities that occur during the meiotic process can affect the spores viability affecting the plant fertility. ln this work inbred lines previously selected for high and low combining ability were evaluated in order to investigate correlations between meiotic instability and low combining ability. For this 40 S7 inbred lines of maize with the following characteristics were analized: ten Flint inbred lines with low combining ability and fifteen with high combining ability; ten Dent inbred lines with low combining ability and five with high combining ability. The microsporocyte chiasmata frequency was scored in diakine sis using ten plants from each inbred line and twenty cells in each plant. The interstitial and terminal chiasmata frequency were also evaluated. Both Dent and Flint lines with low combining ability showed a tendency to have lower chiasmata frequency and higher univalent chromosomes frequency. The intersticial and terminal chiasmata frequency did not show correlation with combining ability. Univalent chromosomes presented irregular segregation in the spindle showing sometimes non-disjunction. The micronuclei frequency in telophase I was lower than the expected one. This suggests that some chromosomes with early or delayed segregation were included in the nuclei. The second division was very regular, suggesting that the micronuclei originated in the first one disappeared in the second division. The tetrads did not show microcytes or micronuclei. One can not expect each microspore to carry n chromosomes, because non-disjunction and disappearance of micronuclei from the first division were observed. Both the factors must contribute to the formation of aneuploid microspores whose viability and performance might be affected. Besides the lower chiasmata frequency and higher univalent chromosomes number some inbred lines with low combining ability showed other types of meitoic irregularities: break points, bridges and fragments, cell fusion, divergent spindle and higher assinecrony in the meiosis. All these irregularities affect the meiotic products. The results presented here suggest that the combining ability can not probably be only a function of a favourable frequency for grain production, but an association of these genes with a meiotic regular process that assures the total viability spores

Not available

O presente trabalho foi desenvolvido, comparando-se a frequência de quiasmas em linhagens autofecundadas de milho, seus respectivos híbridos e gerações F2 de diferentes germoplasma, a fim de se verificar, especialmente, se os dados obtidos poderiam ser interpretados como herança poligênica. Procurou-se, também, como estudo preliminar, relacionar a frequência de quiasmas com o número de posições de knobs, uma vez que as raças utilizadas diferiram entre si para este caráter. Foram cruzadas seis linhagens, resultando quatro híbridos e respectivas gerações F2. A contagem de quiasmas foi feita na diacinese tardia, utilizando-se dez plantas para cada linhagem e híbrido e quarenta e três plantas para cada geração F2. Para cada planta contaram-se os quiasmas em vinte células. As diferenças estatísticas observadas entre os tratamentos refletem controle genotípico para frequência de quiasmas. É possível, contudo, que os knobs estejam contribuindo para estas diferenças, pois nos híbridos e gerações F2 pareceu haver uma correlação positiva entre os knobs e frequência de quiasmas. A frequência média de quiasmas foi menor nas linhagens e gerações F2 do que nos híbridos, enquanto, a variação na frequência de quiasmas entre e dentro de plantas foi maior nas plantas autofecundadas. Linhagens com o mesmo número de ciclos de autofecundação diferiram em estabilidade na formação de quiasmas, sugerindo diversidades genotípicas entre elas. Isto é assumido baseando-se no fato de que, em algumas linhagens, existem knobs homozigóticos e heterozigóticos, devendo haver também heterizigose gênica. Nas gerações F2, a variação entre plantas inclui um componente herdável. Todas as gerações F2 apresentaram distribuição normal para frequência de quiasmas, mostrando valores transgressivos em relação à distribuição das linhagens parentais. Estes valores transgressivos, provocando um aumento significativo de variabilidade, refletem segregação gênica para frequência de quiasmas, sendo, portanto, indicadores de caráter poligênico. Pares de cromossomos univalentes foram frequentes nas gerações F2 e em algumas linhagens. Quando a frequência de univalentes era alta, como na linhagem 103, observaram-se micronúcleos nas díades, como resultado da ascensão irregular para os polos. Na geração F2 - 78 x 2, além de pares de cromossomos univalentes, ocorreram células binucleadas, células gigantes, falta de emparelhamento em algumas regiões cromossômicas e falta de divisão celular.This work was carried out to compare the chiasma frequency in maize inbred lines, their respective hybrids and F2 generations from differents origins in order to verify if the data obtained could be interpreted as polygenic inheritance. The chiasmata frequency was also compared to the position number of knobs, as the races studies differed among themselves for this proper character. The statistics differences found between the treatments show a genotypic control for the chiasmata frequency. It is possible, however, that the knobs contribute to this difference because in the hybrids and F2 generations there seemed to be a positive correlation between the knobs and chiasmata frequency. The chiasmata frequency average was smaller and more variable in the lines and higher and less variable in the hybrids. In the F2 generations the chiasmata frequency was lower than that of the hybrids which originated it. The chiasmata frequency variation between and within the plants was greater in the inbred plants that in the hybrids. All the F2 analyzed generations presented a normal distribution chiasmata frequency, showing transgressive values comparing to the parents lines distribution. This transgressive values show genic segregation for the chiasmata frequency, and so being indicators of polygenic character. Meiotic irregulaties as: pairs of univalent chromosomes, binucleated cells, giant cells, asynapsis and lack of cell division were observed in some inbred plants

Cell fusion and chromatin degeneration in an inbred line of maize

A large number of maize genotypes are currently being evaluated to determine the effect of environmental stress caused by the aluminum found in cerrado soils on meiotic behavior. In the present study we report the occurrence of cell fusion followed or not by chromatin degeneration in meiocytes of some plants of an inbred line of maize grown on acid and corrected soil in the Brazilian central plateau. The results suggest the absence of any soil effect on the irregularities observed since the number of affected plants was higher among those grown on corrected soil. The possible causes of these irregularities and their influence on male sterility are discussed