Floricane yield and berry quality of seven primocane red raspberry (Rubus idaeus L.) cultivars

Primocane raspberry (Rubus idaeus L.) may produce crop on the lower part of the cane during the second year of its' growth cycle, if the canes are retained over winter. We aimed to evaluate the floricane cropping potential and berry quality in seven primocane raspberry cultivars, which are too late for fall cropping in the Northern growing conditions. Long cane plants of these cultivars were produced, overwintered, and grown like floricane cultivars in a high tunnel. Harvesting floricane crop started in mid-June, and the length of the summer cropping season was between eight to 10 weeks. 'Joan J' and 'Imara' were the earliest cultivars, and 'Autumn Bliss' was the latest. Total floricane yield in most cultivars was between 1.7 to 2.0 kg/cane. 'Autumn Treasure' yielded significantly less, and 'Autumn Bliss' produced 2.5 kg berries /cane. The average berry size was 5 g, except in 'Autumn Bliss' and 'Autumn Treasure', which had smaller berries. The highest sugar content was observed in 'Kwanza' berries and the lowest in 'Polka'. High throughput phenotyping proved an effective tool for determining berry shape and color. 'Kwanza' berry color was the reddest, yellowest and lightest of all cultivars. Based on our results, growing primocane raspberry cultivars as long cane plants for production of summer crop is more reliable than growing them as fall cropping in short growing season conditions. The cultivars 'Imara' and 'Kweli' were the most promising in our experiment; they had a high yield potential and excellent berry quality.Peer reviewe

Molecular control of the yearly growth cycle in wild strawberry

Strawberries (Fragaria sp.) are found throughout the Northern Hemisphere, growing in a wide variety of climatic conditions. The economically most important species is the garden strawberry (Fragaria x ananassa Duch.). Strawberries are perennial rosette plants with distinct developmental phases regulated by day length during the growing season. During long days (LDs) in spring and summer, strawberries grow actively with axillary buds developing into stolons called runners. During short days (SDs) in autumn, runner formation is replaced by branch crown formation and an inflorescence is initiated in the shoot meristem of a rosette crown. After winter rest, the inflorescence formed in the previous autumn flowers and vegetative growth is again activated by LDs. The wild strawberry (F. vesca L.) has been used as a model plant in strawberry research for several years. The wild strawberry is a seasonally flowering SD plant, but several perpetually flowering strawberry genotypes have been found. These types differ by a single recessive locus, the SEASONAL FLOWERING LOCUS (SFL), but the regulatory gene behind this trait has not been identified. This thesis aimed to identify the genes related to flowering and vegetative development in the wild strawberry. Expressed sequence tag (EST) sequencing of SD F. vesca and a perpetually flowering genotype were combined with data mining in published Fragaria and Rosaceae EST databases using known Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. flowering-related genes as a reference. The results revealed that most genes in the Arabidopsis flowering pathways could be identified among strawberry ESTs, indicating putative conservation in flowering pathway genes between these species. Fragaria vesca TERMINAL FLOWER 1 (FvTFL1), a homologue of the Arabidopsis thaliana TFL1, was confirmed to be the SFL, encoding the flowering repressor in wild strawberry. Fragaria vesca SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (FvSOC1), a homologue of Arabidopsis SOC1, represses flowering via FvTFL1 activation in shoot apices. Both FvSOC1 and FvTFL1 expression are under photoperiodic regulation, controlled at least in part via F. vesca FLOWERING LOCUS T 1 (FvFT1), encoding a putative homologue of the Arabidopsis mobile flowering signal FT, and expressed specifically under LDs. It was concluded that FvTFL1 functions as the flowering repressor and FvTFL1 activation under LDs occurs by FvFT1 via FvSOC1 in wild strawberry. FvSOC1 regulates vegetative growth independently of FvTFL1. FvSOC1 enhanced runner formation from the axillary buds, which involves changes in the levels of gibberellin biosynthesis genes. These results were used to construct a model of the yearly growth cycle in wild strawberry.Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää ahomansikan vuotuiseen kasvurytmiin vaikuttavien geenien toimintaa. Tutkimuksessa osoitettiin, että kahdella geenillä on keskeinen rooli ahomansikan kukinnan ja kasvun säätelyssä. Nämä geenit ovat Fragaria vesca TERMINAL FLOWER 1 ja Fragaria vesca SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1. Puutarhamansikka on taloudellisesti tärkein marjakasvi sekä Suomessa että maailmanlaajuisesti. Mansikat ovat monivuotisia ruusukekasveja, joiden vuosikasvurytmiä säätelee päivänpituus kasvukauden aikana. Pitkänpäivänoloissa keväällä ja kesällä mansikka kasvaa aktiivisesti ja hankasilmuista muodostuu rönsyjä. Lyhyenpäivänoloissa syksyllä mansikan hankasilmuista muodostuu sivuhaaroja ja kukintoaihe muodostuu haaran kärkisilmuun. Mansikan mallikasvina käytetään yleisesti ahomansikkaa, koska puutarhamansikalla geneettinen tutkimus on hankalaa sen suuren genomin takia. Puutarhamansikan lailla ahomansikka on lyhyenpäivänkasvi, mutta myös jatkuvasti kukkivia genotyyppejä on löydetty. Tutkimus vahvisti, että Fragaria vesca TERMINAL FLOWER 1 (FvTFL1) -geeni säätelee kausittaista kukintaa ahomansikalla. Pitkänpäivänoloissa FvTFL1:n ilmeneminen on voimakasta ja estää kukintoaiheen muodostumista kärkisilmussa. Jatkuvasti kukkivilla genotyypeillä FvTFL1-geenin sekvenssi on muuttunut koodaamaan toimimatonta FvTFL1-proteiinia, jolloin kukintoaiheiden muodostuminen ei esty pitkänpäivänoloissa ja kasvi muodostaa kukintoaiheita päivänpituudesta riippumatta. Tutkimuksessa kävi myös ilmi, että Fragaria vesca SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (FvSOC1) aktivoi FvTFL1-geenin ilmenemistä kärkikasvupisteessä. Lisäksi päivänpituus säätelee sekä FvSOC1- että FvTFL1-geenien ilmenemistä. Tällöin pitkänpäivänoloissa voimakas FvSOC1:n ilmeneminen johtaa FvTFL1:n ilmenemisen aktivoitumiseen, jolloin kukinta-aiheiden muodostuminen estyy. Lyhyenpäivänoloissa näiden geenien ilmeneminen vähenee, mikä johtaa kukintoaiheen muodostumiseen kärkikasvupisteessä. Kukinnan säätelyn lisäksi FvSOC1 vaikuttaa ahomansikan kasvuun edistämällä rönsynmuodostusta hankasilmuista säätelemällä kasvihormoni gibberelliinin tuotantoa. Pitkänpäivänoloissa voimakkaasti ilmenevä FvSOC1 edistää aktiivisen gibberelliinin muodostumista, mikä puolestaan edistää rönsynmuodostumista hankasilmusta. Lyhyenpäivänoloissa vähenevä FvSOC1-geenin ilmeneminen vähentää gibberelliinibiosynteesigeenien ilmenemistä, jolloin aktiivisen gibberelliinin määrä laskee ja hankasilmusta muodostuu sivuhaara. Tämä tutkimus auttaa kehittämään puutarhamansikan tutkimusta ja jalostamista, koska ahomansikalla saatuja tutkimustuloksia voidaan soveltaa geneettisesti monimutkaisempaan puutarhamansikkaan. Koska mansikoilla kukinto muodostuu kärkikasvupisteeseen, haarojen määrä kasvissa vaikuttaa seuraavan vuoden kukintojen määrään ja sitä kautta saatavan sadon määrään. FvTFL1:n ja FvSOC1:n toiminnan selvittäminen lisää mahdollisuuksia muokata kukintojen muodostumista sekä tasapainoa rönsyn- ja sivuhaaranmuodostumisen välillä

Fragaria vesca CONSTANS controls photoperiodic flowering and vegetative development

According to the external coincidence model, photoperiodic flowering occurs when CONSTANS ( CO) mRNA expression coincides with light in the afternoon of long days (LDs), leading to the activation of FLOWERING LOCUS T (FT). CO has evolved in Brassicaceae from other Group Ia CO-like (COL) proteins which do not control photoperiodic flowering in Arabidopsis. COLs in other species have evolved different functions as floral activators or even as repressors. To understand photoperiodic development in the perennial rosaceous model species woodland strawberry, we functionally characterized FvCO, the only Group Ia COL in its genome. We demonstrate that FvCO has a major role in the photoperiodic control of flowering and vegetative reproduction through runners. FvCO is needed to generate a bimodal rhythm of FvFT1 which encodes a floral activator in the LD accession Hawaii-4: a sharp FvCO expression peak at dawn is followed by the FvFT1 morning peak in LDs indicating possible direct regulation, but additional factors that may include FvGI and FvFKF1 are probably needed to schedule the second FvFT1 peak around dusk. These results demonstrate that although FvCO and FvFT1 play major roles in photoperiodic development, the CO-based external coincidence around dusk is not fully applicable to the woodland strawberry.Peer reviewe

Image-based time series analysis to establish differential disease progression for two Fusarium head blight pathogens in oat spikelets with variable resistance

Oat-based value-added products have increased their value as healthy foodstuff. Fusarium head blight (FHB) infections and the mycotoxins accumulated to the oat seeds, however, pose a challenge to oat production. The FHB infections are predicted to become more prevalent in the future changing climates and under more limited use of fungicides. Both these factors increase the pressure for breeding new resistant cultivars. Until now, however, genetic links in oats against FHB infection have been difficult to identify. Therefore, there is a great need for more effective breeding efforts, including improved phenotyping methods allowing time series analysis and the identification of molecular markers during disease progression. To these ends, dissected spikelets of several oat genotypes with different resistance profiles were studied by image-based methods during disease progression by Fusarium culmorum or F. langsethiae species. The chlorophyll fluorescence of each pixel in the spikelets was recorded after inoculation by the two Fusarium spp., and the progression of the infections was analyzed by calculating the mean maximum quantum yield of PSII (F-v/F-m) values for each spikelet. The recorded values were (i) the change in the photosynthetically active area of the spikelet as percentage of its initial size, and (ii) the mean of F-v/F-m values of all fluorescent pixels per spikelet post inoculation, both indicative of the progression of the FHB disease. The disease progression was successfully monitored, and different stages of the infection could be defined along the time series. The data also confirmed the differential rate of disease progression by the two FHB causal agents. In addition, oat varieties with variable responses to the infections were indicated.Peer reviewe

Ahomansikan kukintaan vaikuttavien geenien karakterisointi

Kasvien kukintaa säätelevät sekä ulkoiset (ympäristöolosuhteet) että sisäiset tekijät (kasvin kehitysvaihe).Näiden tekijöiden vaikutusta kukinnan alkamiseen on tutkittu paljon erityisesti lituruohon (Arabidopsis thaliana(L.) Heyhn.), avulla. Lituruoholla kukintaa säätelevät useat reitit, kuten esimerkiksi päivänpituus-,hormoni-, vernalisaatio- ja autonominen reitti. Reitit muodostavat geeniverkoston, joka säätelee kukintaingeraattorigeenienFT ja SOC1 kautta kukkameristeemin identiteettigeenejä LFY ja AP1. Päivänpituusreitti edistääkukintaa aktivoimalla FT:n ilmenemistä, kun taas hormoni-, vernalisaatio- ja autonominen reitti edistävätkukintaa estämällä kahden kukintaa negatiivisesti säätelevän geenin, FLC:n ja SVP:n, ilmenemistä.Yhteistä SOC1:lle, FLC:lle ja SVP:lle on se, että ne kaikki kuuluvat laajaan MADS-boxgeeniperheeseen.MADS-geenien koodaamat proteiinit säätelevät kohdegeeniensä toimintaa sitoutumallaniiden DNA:han. Lisäksi MADS-proteiinit pystyvät muodostamaan komplekseja sekä itsensä että muidenMADS-proteiinien kanssa. Esimerkiksi SOC1 aktivoi LFY:ä sitoutumalla sen säätelyalueeseen, mutta pystyysiirtymään tumaan vain vuorovaikutuksessa toisen MADS-proteiinin kanssa. Vastaavasti FLC ja SVP estävätSOC1:n ilmenemistä sitoutumalla sen säätelyalueeseen keskinäisessä vuorovaikutuksessa. MADS-proteiinitja niiden vuorovaikutukset sekä toiminta ovat varsin säilyneitä eri kasvilajien välillä, joskin keskeinen kukintaaestävä MADS-geeni FLC on tunnistettu vain ristikukkaisissa lajeissa.Ahomansikka on, toisin kuin lituruoho, monivuotinen lyhyenpäivänkasvi. Tutkimme mansikan kukinnansäätelyä käyttämällä ahomansikkaa mallikasvina. Ahomansikalta tunnetaan villityypin lisäksi useitajatkuvasatoisia muunnoksia. Näiden avulla olemme identifioineet mahdollisia kukintaan liittyviä kandidaattigeenejä,joiden toimintaa mansikalla voidaan tutkia siirtogeenisten mansikkalinjojen avulla. Tutkimmeahomansikan SOC1:n roolia kukinnan säätelyssä käyttämällä geenien ylituotto- ja hiljentämistekniikkaa Hawaii-4 –genotyypillä. Olemme tuottaneet agrobakteerivälitteisen geeninsiirron avulla useita ylituotto- ja hiljennyslinjoja,joiden kukintaominaisuuksissa näkyy muutoksia

Keinotekoisten lyhytpäiväkäsittelyiden ja varastoinnin vaikutus mansikan (Fragaria x ananassa Duch.) kukintaan ja satoon

ei saatavill

Genomic and phenomic screens for flower related RING type ubiquitin E3 ligases in Arabidopsis

Flowering time control integrates endogenous as well as environmental signals to promote flower development. The pathways and molecular networks involved are complex and integrate many modes of signal transduction. In plants ubiquitin mediated protein degradation pathway has been proposed to be as important mode of signaling as phosphorylation and transcription. To systematically study the role of ubiquitin signaling in the molecular regulation of flowering we have taken a genomic approach to identify flower related Ubiquitin Proteasome System components. As a large and versatile gene family the RING type ubiquitin E3 ligases were chosen as targets of the genomic screen. To this end the complete list of Arabidopsis RING E3 ligases were retrieved and verified in the Arabidopsis genome v11. Their differential expression was used for their categorization into flower organs or developmental stages. Known regulators of flowering time or floral organ development were identified in these categories through literature search and representative mutants for each category were purchased for functional characterization by growth and morphological phenotyping. To this end, a workflow was developed for high throughput phenotypic screening of growth, morphology and flowering of nearly a thousand Arabidopsis plants in one experimental round.Peer reviewe

TERMINAL FLOWER1 is a breeding target for a novel everbearing trait and tailored flowering responses in cultivated strawberry (Fragaria x ananassa Duch.)

The effects of daylength and temperature on flowering of the cultivated octoploid strawberry (Fragaria x ananassa Duch.) have been studied extensively at the physiological level, but information on the molecular pathways controlling flowering in the species is scarce. The flowering pathway has been studied at the molecular level in the diploid short-day woodland strawberry (F. vesca L.), in which the FLOWERING LOCUS T1 (FvFT1) SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (FvSOC1)-TERMINAL FLOWER1 (FvTFL1) pathway is essential for the correct timing of flowering. In this work, we show by transgenic approach that the silencing of the floral repressor FaTFL1 in the octoploid short-day cultivar 'Elsanta' is sufficient to induce perpetual flowering under long days without direct changes in vegetative reproduction. We also demonstrate that although the genes FaFT1 and FaSOC1 show similar expression patterns in different cultivars, the regulation of FaTFL1 varies widely from cultivar to cultivar and is correlated with floral induction, indicating that the transcription of FaTFL1 occurs at least partially independently of the FaFT1-FaSOC1 module. Our results indicate that changing the expression patterns of FaTFL1 through biotechnological or conventional breeding approaches could result in strawberries with specific flowering and runnering characteristics including new types of everbearing cultivars.Peer reviewe

Proheksadioni-kalsium lisää mansikan satopotentiaalia avomaalla

Puutarhamansikka (Fragaria x ananassa Duch.) on Suomen tärkein viljelty marja. Mansikan juurakko koostuu lyhyistä nivelväleistä, joissa on yksi lehti ja hankasilmu. Hankasilmu voi pysyä lepotilaisena tai se voi erilaistua joko sivujuurakoksi tai rönsyksi. Kukinto muodostuu juurakon kärkisilmuun, jolloin ylin hankasilmu jatkaa vegetatiivista kasvua. Taimeen muodostuvien kukintojen lukumäärä on siten riippuvainen sivujuurakoiden määrästä. Mansikan hankasilmujen erilaistuminen on päivänpituuden säätelemää. Syksyllä päivänpituuden lyhetessä hankasilmuista alkaa muodostua sivujuurakoita. Päivänpituuden edelleen lyhentyessä sekä lämpötilan laskiessa kukintojen aiheet alkavat muodostua juurakoiden kärkisilmuihin. Kasvu pysähtyy ja kukintoaiheiden muodostuminen loppuu talveksi. Keväällä kasvu elpyy ja kukinta alkaa. Päivän pidentyessä alkaa rönsyjen erilaistuminen hankasilmuista. Suomessa satokauden aikana alkava rönsyntuotanto on voimakasta ja vähentää seuraavan vuoden satoa merkittävästi.Proheksadioni-kalsium (ProCa) on gibberelliinisynteesi-inhibiittori, jonka on havaittu vähentävän rönsynmuodostusta ja lisäävän sivujuurakoiden muodostumista mansikalla. Helsingin yliopiston Soveltavan biologian laitoksella selvitettiin ProCan vaikutusta Polka-lajikkeen kesällä 2004 avomaalle istutettujen taimien kasvuun ja sadontuotantoon. Taimet käsiteltiin ProCalla noin kuukausi istutuksen jälkeen heinäkuussa 2004 ja niiden kasvua ja sadonmuodostusta seurattiin syksyllä ja seuraavana kesänä. Lisäksi kasvukauden 2004 lopulla määritettiin liukoiset sokerit, tärkkelys- ja ravinnepitoisuudet.Vuonna 2004 ProCa lyhensi lehtiruotien pituutta lyhytaikaisesti. Lehtiruotien kasvussa oli havaittavissa lievä voimistuminen kuukausi käsittelyn jälkeen. ProCa kaksinkertaisti sivujuurakoiden määrän ja vähensi rönsyjen määrää kolmanneksella. ProCalla ei ollut vaikutusta glukoosin, sakkaroosin, tärkkelyksen eikä ravinteiden pitoisuuksiin eri kasvinosissa. Seuraavana kesänä ProCa lisäsi kukintojen määrää kolmanneksella sekä hidasti kukinnan ja sadon alkamista muutamalla päivällä. ProCa puolitoistakertaisti taimesta saatavan sadon ja marjojen määrän, mutta ei vaikuttanut marjakokoon.Tutkimuksen perusteella istutusvuonna annetulla yhdellä ProCa-käsittelyllä voidaan vähentää mansikan loppukesän rönsynmuodostusta ja lisätä sivujuurakoiden muodostumista, sekä siten kasvattaa seuraavan vuoden marjasatoa

High throughput in vitro seed germination screen identified new ABA responsive RING-type ubiquitin E3 ligases in Arabidopsis thaliana

Seed quality is an important factor for seedling vigour as well as adult plant resilience. The key quality attributes are related to physical characteristics, physiological performance, genetic background and health status of the seeds. Many ways to address seed quality attributes have been developed and recently many of them have featured automated high throughput methods. In our study, we addressed two of the seed quality attributes, namely physiological performance and genetic background by analysing germination rates in our mutant collection. These mutants represent ubiquitin E3 ligases that transcriptionally respond to abscisic acid (ABA). This plant hormone is an important regulator of germination and seedling establishment. To facilitate in vitro germination screens of large seed collections a high throughput image-based assay was developed. As a read out of the germination on ABA treatment the cotyledon emergence was detected with top view chlorophyll fluorescence camera. By applying the ABA treatment during germination, RING-type ubiquitin E3 ligase mutants were identified, showing either resistant or sensitive responses to ABA. In conclusion, a scalable high throughput screen for in vitro germination assay was established that allowed fast screening of tens of mutants in a hormone supplemented media.Peer reviewe