Haploidproduktion aus einem Kartoffelzuchtmaterial mit intensiver Wildarteinkreuzung

Summary

104 potato breeding lines with genes from wild species gave rise to 1978 raw (=primary) haploids (tab. 1).

Screening for haploids by counting the numbers of chloroplasts in the stomata proved a very effective technique.

Seasonal influences before or after the period of fertilization affected the haploid rates (tab. 3).

Seeds with delayed germination yielded twice the frequency of haploids compared with normally germinating seeds (tab. 4).

There is an association between seed size and vitality of the haploids: In the primary haploids the most vigorous plants developed from medium sized seeds, in the secondary haploids, however, the biggest seeds yielded the plants with the best vitality (tab. 10).

The percentage of primary haploids decreased with encreasing seed size.

The two pollinators,S. phureja P. I. 225 682.1 and .22, yielded an average of about 42 and 27 haploids per 100 fruits, respectively (tab. 3).

In comparison with .1, the pollinator .22 produced a higher number non-viable seed. The relative seed-set per fruit, compared with .1, amounts only to a tenth, because of seed collapse in a late embryo stage (tab. 5).

The percentage of haploids and of 3x-hybrids among the seeds with use of .22 as a pollinator was eight times and three times as high, respectively, as using .1 as a pollinator (tab. 5).

In spite of its homozygosity for the anthocyanin marker geneP, .22 yields occasionally a few 4x- and 3x- seedlings with a green hypocotyl.

To explain this fact, the following hypothesis is put forward: .22 is heterozygous for the basic pigmentation geneI; the allelei is coupled with a plasmone-sensitive lethal geneEl. Thus, the formula for combining a green haploid parent line with .22 may be for example: [El ^s]$\left[ {El^s } \right]pppp\frac{i}{{el}}\frac{i}{{el}}\frac{i}{{el}}\frac{i}{{el}} \times \left[ {el^r } \right]PP\frac{I}{{el}}\frac{i}{{El}}$. The viable 3x- and 4x-hybrids with green hypocotyls thus result from a crossover betweeni andel.

The postulated lethal geneEl does not support haploid induction through “unreduced” pollen.

We did not find a parent line that gave no rise to haploids.

Various parent lines differed regarding the frequency of haploids per 100 berries (tab. 7). The influence of the female parent on the frequency of haploids is discussed.

The haploid progeny of a triplex (PPPp) mother shows predominantly chromatid segregation; this is in contrast to statements in the literature concerning pure chromosome segregation forP.

The “cytoplasm” (demissum-, stoloniferum-, tuberosum-, “andigena”- andspegazzinii-“cytoplasm”) in which the genome of the parent line is incorporated, also influences the frequency of haploids per 100 berries. The effect of the “cytoplasm” differs according to the pollinator used (tab. 8). “Andigena”- andspegazzinii-“cytoplasm” are less sensitive to the lethal effect from .22 than the other “cytoplasm” types.

Differences in chloroplast numbers of guard cells from haploids, depending on the maternal “cytoplasm” involved, were also recorded. Here, too,tuberosum- and “andigena”-“cytoplasm” reacted differently (p. 129).

Among 1681 primary haploids, 64 with 2n=25, 9 with 2n=26 and 1 with 2n=27 chromosomes were found.

The number of trisomics among haploids from 49 chromosome parent lines did not differ, on the average, from the 48 chromosome lines.

48 chromosome parent lines differed in their ability to produce trisomics. Inbreeding of such parent lines promotes generally a trend for the production of trisomics. The various inbred lines differed, however, considerably in this respect, some inbreeding tolerating lines being without trisomics.

Three cases of somatic reduction (2n=14, 2n=14 and 2n=12 in whole rootlets) were found. In the last case a 24-12 chromosome chimera was involved.

The examples of somatic reduction and the more numerous cases of endomitotic reduplications (partly with diplochromosomes) in root tip meristems indicate a disturbance of the correlation mechanism between chromosome multiplication and cell multiplication. This, presumably, occurs during the transition from the diploid to the haploid level.

Zusammenfassung

Aus 104 Kartoffelzuchtklonen, die Gene von Wildarten besitzen, wurden 1978 primäre Haploide gewonnen (Tab. 1). Eine Vorselektion der Haploiden durch Plastidenzählung in den Schließzellenpaaren was sehr effektiv.

Jahrgangseinflüsse außerhalb des Zeitraums der Befruchtung über einen Einfluß auf die Haploidrate aus (Tab. 3).

Spätkeimende Samen zeigen eine doppelt so hohe Haploidrate wie normalkeimende Samen (Tab. 4).

Der Zusammenhang zwischen Samengröße und Vitalität der Haploiden wurde teils in Samen, die zur Extraktion von primären Haploiden dienen, und teils in Samen aus sekundären Haploiden untersucht. Bei primären Haploiden gaben mittlere Samengrößen die vitalsten Pflanzen, bei sekundären Haploiden dagegen die größeren Samen (Tab. 10).

Der Prozentsatz primärer Haploider nimmt mit steigender Samengröße ab.

Die beiden PollinatorenS. phureja P.I. 225 682.1 und .22 erbrachten im Gesamtdurchsmitt etwa 42 bzw. 27 Haploide pro 100 Beeren (Tab. 3).

Im Vergleich mit dem Pollinator .1 bringt .22 beim Samenansatz eine viel größere Letalwirkung mit. Der relative Samenansatz pro Beere ist auf Grund einer Letalität in einem späten Embryostadium zehnmal so klein (Tab. 5).

Der relative Anteil von Haploiden bzw. von 3x-Bastarden under den Samen ist bei .22 achtmal größer bzw. dreimal größer als bei. 1 (Tab. 5).

Trotz Homozygotie für das AnthocyanmarkierungsgenP liefert .22 vereinzelt 4x- und 3x-Pflanzen mit grünem Hypokotyl. Als Erklärung wird die Hypothese aufgestellt, daß .22 für das Anthocyan-grundgenI heterozygot sei und daß das Alleli mit einem plasmasensiblen LetalgenEl gekoppelt sei. Formel der Kreuzung der grünen Haploidmutter mit .22 z. B.: [El ^s]$\left[ {El^s } \right]pppp\frac{i}{{el}}\frac{i}{{el}}\frac{i}{{el}}\frac{i}{{el}} \times \left[ {el^r } \right]PP\frac{I}{{el}}\frac{i}{{El}}$. Durch crossing-over zwischeni undel entstehen lebensfähige 3x- und 4x-Bastarde mit grünem Hypokotyl.

Die Annahme des LetalgensEl spricht gegen eine Haploidieauslösung durch “unreduzierten” Pollen.

Es wurden keine Mutterklone gefunden, die zur Haploidieerzeugung unfähig waren.

Verschiedene Mutterklone zeigen Unterschiede hinsichtlich ihrer Haploidrate pro 100 Beeren (Tab. 7). Die Ursache des mütterlichen Einflusses auf die Haploidrate wird diskutiert (S. 127).

Das Anthocyangen P zeigt in der haploiden Nachkommenschaft einer triplex (PPPp)-Mutter eine überwiegende Chromatidenspaltung im Gegensatz zu Literaturangaben über reine Chromosomenspaltung (S. 128).

Das Plasma (Demissum-, Stoloniferum-, Tuberosum-, “Andigena”- undSpegazzinii-Plasma), in dem das Genom der Haploidmütter eingelagert ist, beeinflußt die Höhe der Haploidrate pro 100 Beeren. Der Plasmaeinfluß ist je nach Pollinator verschieden (Tab. 8). Das “Andigena”- und dasSpegazzinii-Plasma reagieren weniger sensibel gegenüber der Letalwirkung von .22 als die übrigen Plasma-Typen.

Die Plastidenzahlen in den Schließzellen von Haploiden zeigten ebenfalls charakteristische Unterschiede je nach dem Ursprung des mütterlichen Plasmas. Auch in diesem Fall reagierten die Plasmen vonTuberosum- undAndigena-Formen unterschiedlich (S. 129).

Unter 1681 primären Haploiden wurden 64 mit 2n=25, 9 mit 2n=26 und 1 mit 2n=27 Chromosomen gefunden.

Der Trisomenanteil in Haploiden aus 49chromosomigen Müttern war durchschnittlich nicht von dem der 48chromosomigen verschieden. Die 48chromosomigen Mütter variierten hinsichtlich ihrer Neigung, Trisome zu produzieren.

Inzucht der Mutterklone fördert zwar generell die Neigung zur Trisomenbildung. Die Variation der einzelnen Inzuchtlinien war jedoch sehr groß. Einige inzuchttolerante Linien gaben keine Trisomen.

Es wurden 3 Fälle von somatischer Reduktion (2n=14, 2n=14 und 2n=12), die ganze Seitenwurzeln betrafen, gefunden. In dem einen Fall lag eine 12-24chromosomige Wurzelchimäre vor.

Die Beispiele von somatischer Reduktion und die häufigen Fälle von endomitotischen Verdopplungen (u. a. mit Diplochromosomen) im Wurzelspitzenmeristem zeugen von eine Störung des Korrelationsmechanismus zwischen Chromosomen-und Zellvermehrung, die vermutlich durch den Übergang von der diploiden zur haploiden Stufe ausgelöst wurde.