Shoot structure and morphology of dihaploid potatoes, their chromosome-doubled derivatives and parthenogenetic tetraploid parents

Summary

Three dihaploids were compared with their chromosome-doubled derivatives and tetraploid parents. The dihaploids had more leaves per plant than the tetrapooids but had smaller leaves in some parts of the plant. The dihaploids and their chromosome-doubled derivatives had similar total leaf areas per plant.

Depending upon the dihaploid, the mean number of leaf parts (leaflets and lobes) per leaf increased, decreased or remained unchanged on chromosome doubling. For one dihaploid, its doubled derivative and parent, increases in leaf part number and mean leaf part size were equally important in increasing leaf area at successive nodes. For another dihaploid and its doubled derivatives increases in leaf part number were more important.

Chromosome doubling resulted in fused leaflets for one dihaploid. The length/breadth ratios of terminal and lateral leaflets were reduced on chromosome doubling of the two dihaploids for which such data was available.

Zusammenfassung

Pflanzen von drei Dihaploiden wurden mit ihren Chromosomen-verdoppelten Abkömmlingen und tetraploiden Eltern verglichen. Zwei Dihaploide (PDH7 und PDH52) gingen aus der Sorte Pentland Crown hervor, eine andere, PDH150, aus einer unbezeichneten Tetraploiden, 8318(4). Die Chromosomenverdopplung zur Erzeugung von PDH7×2 und PDH150×2 erfolgte nach der Colchicin-Methode nach Dionne. Einzeltriebpflanzen von Knollenstücken wurden im Sommer in einem Gewächshaus und während des Winters in einer Vegetationskammer angezogen. Es ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Genotypen in der mittleren Pflanzenhöhe, die Dihaploiden hatten jedoch signifikant mehr Blätter als ihre verdoppelten Abkömmlinge und Eltern (P<0,05).

Eine Dihaploide (PDH7) hatte in den frühen Wachstumsstadien an den Nodien drei bis sieben Blätter mit gesichert schmalerer Fläche als ihre verdoppelten Abkömmlinge (Tab. 1). Zu Beginn der Seneszenz hatten alle drei Dihaploiden an den oberen zehn Nodien Blätter mit schmalerer Fläche als ihre tetraploiden Abkömmlinge, und gesicherte Unterschiede bei Blattgewicht zwischen Dihaploiden und ihren tetraploiden Abkömmlingen fanden sich bei PDH52 und PDH150. Bei der mittleren Gesamtblattfläche pro Pflanze ergab sich bei allen drei Dihaploiden keine signifikante Beeinflussung durch Chromosomenverdopplung (P>0,05) (Tab. 1). Folglich ergab sich für die Änderungen in der Blatt-produktion durch Chromosomenverdopplung die Tendenz, dass sie sich gegenseitig aufhoben.

Die mittlere Zahl von Blatteilen (Blättchen und Blattlappen) erhöhte sich generell mit fortlaufenden Nodien nach oben. Für die Dihaploide PDH7 sowie ihre Chromosomenverdoppelten Abkömmlinge und Elter, waren der Anstieg der Blattfläche bei aufeinander folgenden Nodien gleichermassen durch Anstieg der Zahl der Blatteile und der mittleren Grösse der Blatteile bestimmt. Für PDH52 und ihren tetraploiden Abkömmling entsprach ansteigende Blattfläche vor allem der Erhöhung der Zahl an Blatteilen (Tab. 2).

Bei Chromosomen-Verdopplung ergab sich ein signifikanter Anstieg (P<0,05) der mittleren Zahl der Blatteile pro Nodium bei PDH52, eine Reduktion bei PDH150 und keine signifikante Veränderung bei PDH7 (Abb. 1). Nur bei Blättern mit hoher Zahl an Blatteilen (z.B. über ca. dreizehn) fanden sich bei einer Pflanze von PDH52×2 verschmolzene Blättchen (Abb. 2). Bei Vorkommen von Infloreszenzen zeigte sich eine signifikante Reduktion (im Durchschnitt 6,3 Blatteile) bei der Zahl an Blatteilen an Nodien, die dem Ansatzpunkt benachbart waren (vgl. Abb. 2), möglicherweise entsprechend einer reduzierten lokalen Verfügbarkeit von Nährstoffen für das Wachstum der Blattprimordien durch Konkurrenz um Nährstoffe mit den Infloreszenzen.

Keine signifikanten Unterschiede in den Längen/Breiten-Verhältnissen der terminalen Blättchen ergaben sich zwischen Dihaploiden und ihren verdoppelten Abkömmlingen (P>0,05) (Tab. 3). Signifikante Reduktionen der Längen/Breiten-Beziehungen lateraler Blättchen zeigte sich bei Chromosomen-Verdopplung (z.B. durch relativ breitere Blättchen) bei den Dihaploiden PDH7 und PDH52 (P<0,05). Diese Verhältnisse unterschieden sich nicht gesichert von denen bei dem Elter Pentland Crown.

Die Veränderungen im Spross durch Chromosomen-Verdopplung der drei Dihaploiden hoben sich in ihren Auswirkungen bei der pro Pflanze produzierten Blattfläche gegenseitig auf. Weitere Änderungen waren von geringfügiger Natur. Möglicherweise sind die Pflanzen in der Lage, grössere Wachstumsprozesse gegen Änderungen der Ploidie abzupuffern.

Résumé

Les plantes issues de trois dihaploïdes ont été comparées à celles de leurs descendants à chromosomes doublés et de leurs parents tétraploïdes. Deux dihaploïdes (PDH7 et PDH52) provenaient de la variété Pentland Crown et le troisième, PDH150, d'un hybride tétraploïde 8318(4). Le doublement des chromosomes chez PDH7×2, PDH52×2 et PDH150×2 était obtenu par la méthode de Dionne à la colchicine. Des plantes monotiges étaient prélevées avec un fragment de tubercule puis cultivées en serre pendant l'été et en chambre de culture durant l'hiver. Il n'y avait pas de différence significatives entre les moyennes des hauteurs par plantes pour les génotypes mais les dihaploïdes présentaient, de façon significative, plus de feuilles que leurs descendants à chromosomes doubles et que leurs parents (P<0,05).

Un dihaploïde (PDH7) avait des feuilles significativement plus petites que ses descendants durant le premier stade de la croissance, de la formation du troisième noeud à la formation du septième noeud (tabl. 1). A la sénescence, stade 10 noeuds, les trois dihaploïdes avaient des surfaces foliaires plus petites que leurs descendants tétraploïdes se traduisant par des différences de poids foliaire significatives entre dihaploïdes et descendants tétraploïdes (PDH52 et PDH150). La moyenne de la surface foliaire totale par plante n'était pas affectée par le doublement des chromosomes chez les trois dihaploïdes (P<0,05) (tabl. 1). Les variations de production foliaire tendaient par conséquent à disparaître.

Le nombre moyen de pièces foliaires (folioles et lobules intermédiaires) augmentait progressivement des noeuds de la base aux noeuds du sommet de la tige. Pour le dihaploïde PDH7, les descendants à chromosomes doublés et les parents présentaient une augmentation de la surface foliaire en direction du sommet et un nombre de pièces foliaires plus élevé. Pour PDH52 et ses descendants, l'augmentation de la surface des feuilles était principalement due à l'accroissement du nombre de pièces foliaires (tabl. 2).

Par rapport au doublement de chromosomes, il y avait une augmentation significative (P<0,05) du nombre moyen de pièces foliaires par noeud chez PDH52, une réduction chez PDH150 et aucun changement significatif chez PDH7 (fig. 1). Une plante de PDH52 présentait des folioles soudées sur seulement des feuilles qui comportaient un grand nombre de pièces foliaires (une trentaine environ) (fig. 2). Il y avait une réduction significative du nombre de pièces foliaires (moyenne 6,3) au niveau du noeud adjacent à l'inflorescence (fig. 2). Cela est probablement dû à la diminution des disponibilités en nutriments nécessaires à la croissance de la feuille initiale, pour des raisons de compétition avec l'inflorescence.

Il n'y avait pas de différences significatives dans le rapport longueur/largeur de la foliole terminale chez les dihaploïdes et chez leurs descendants à chromosomes doublés (P>0,05) (tabl. 3). Ce rapport n'était pas significativement différent de celui du parent Pentland Crown.

Les modifications apportées par le doublement des chromosomes dans les pousses des trois dihaploïdes s'annulaient réciproquement pour ce qui est des quantités de feuillage produites par plante. Les autres modifications étaient mineures. Il est possible que les plantes puissent jouer un rôle de tampon vis-à-vis des principaux processus de croissance à travers les changements de ploïdie.