Self-compatibility in hybrids between Phureja and haploid Andigena clones ofSolanum tuberosum

Summary

A high frequency of “self-compatible” (“SC”) plants occurred in Andigena haploid—Phurejahybrids, ranging form 43–77% among five different families. Self seed sets ranged from 2–143 seeds/fruit with family means ranging from 45–118 seeds/fruit. All of the parental clones are self-incompatible. Successful use of pollen from several “SC”-plants in sib-matings suggests that germination and growth of such pollen would not be inhibited byS allele interactions in similar crosspollinations. Analysis ofS allele constitution using tester pollen on groups of SI and “SC” full sibs gave anomalous results.

It has not been possible to explain on a simple scheme either this deviation from expectation or the occurrence of “self-compatibility” itself. A logical scheme to explain the occurrence of “SC”-plants must take into account pollen and ovule fertility and the ability to recognize clones which are quasi-compatible or parthenocarpic.

Zusammenfassung

Von selbstverträglichen Nachkommen aus Kreuzungen zwischen selbstunverträglichen Eltern ist selten berichtet worden. Besonders häufig (43–77%) “selbstverträgliche” (“SC”) Pflanzen (Tabelle) kämen in den F₁-Familien aus Kreuzungen zwischen der kultivierten diploiden ArtSolanum tuberosum-Gruppe Phureja (2n=24) und Haploiden (2n=24) derS. tuberosum-Gruppe Andigena (2n=48) vor. Der Samenansatz nach Selbstungen schwankte in kleinen Proben von 2 bis 143 Samen pro Beere mit einem Durchschnitt pro Familie von 45 bis 118 Samen pro Beere. Diese “Selbstverträglichkeit” wird im Hinblick auf Untersuchungen über die Vererbung der Selbstunverträglichkeit in diesen Hybriden und ihren Elternklonen beschrieben.

Das Vorkommen und die Häufigkeit von “SC”-Pflanzen ist eine Abweichung, die mit der bekannten Selbstunverträglichkeit der Elternklone schwer in Einklang zu bringen ist. Die Natur der “Selbstverträglichkeit” scheint eher mit einer Veränderung im Pollenverhalten verbunden zu sein als mit einer solchen des Griffels. Diese Schlussfolgerung basiert auf den Ergebnissen einer Diallel-Kreuzung (Abb. 1) von Einzelpflanzen aus einer Familie (US-W 6391), die zeigen, dass erstens drei von den sechs als Polleneltern ausgelesenen Geschwistern “selbstverträglich” waren, zweitens die drei “SC”-Pflanzen männlich kreuzungsverträglich mit allen andern getesteten Geschwistern waren, und drittens sich die “SC”-Pflanzen, wenn als Mutterpflanze gebraucht, in entgegengesetztem Sinn in Kreuzungen mit ihren selbstunverträglichen Geschwistern verhielten. Deshalb wurde die Analyse derS-Allel-Konstitution der “SC”-Klone mittels einer Diallel-Kreuzung von zufällig ausgewählten Vollgeschwistern nicht versucht. Männliche Tester,S _1·3 undS _2·3, wurden auf Grund von Resultaten aus einer Diallel-Kreuzung, die selbstunverträgliche US-W 6360-Geschwister einschloss, gebildet.

Da Pollen von 3 “SC”-Klonen auch in Geschwisterpaarungen nicht gehemmt war, wurde daraus geschlossen, dass Pollenkeimung und-Wachstum irgend einer der “SC”-Pflanzen durchS-Allel-Interaktionen in ähnlichen Kreuzbestäubungen nicht gehemmt würden. Es wurde erwartet, dass die einzelnen SI- und “SC”-Pflanzen aus einer Familie von US-W 6360-Geschwistern entweder mit dem einen oder dem andern der männlichen Tester, aber nicht mit beiden verträglich sein würden. Paarungen der beiden Tester-Genotypen mit SI-Pflanzen zeitigten jedoch Ergebnisse, die vom erwarteten 1∶1-Verhältnis der alternativen Reaktionen (+/−:−+) abwichen, da einige Pflanzen mit beiden Testern verträglich waren (+/−) (Abb. 2). Das Verhalten aller getesteten “SC”-Pflanzen wich vom erwarteten 1∶1-Verhältnis (P =0,2) nicht in signifikanter Weise ab. Es war nicht möglich, anhand eines einfachen Schemas weder das Vorkommen der abweichenden Pflanzen (+/+) in der SI-Gruppe, noch das Vorkommen der “Selbstverträglichkeit” selbst zu erklären. Ein logisches Schema zur Erklärung des Vorkommens von “SC”-Pflanzen muss die Pollen- und Eifertilität sowie die Fähigkeit berücksichtigen, quasi-verträgliche Klone oder solche mit parthenokarpischem Verhalten anzuerkennen.

Résumé

Il a rarement été signalé que l’on obtenait une descendance auto-compatible à partir de croisements entre parents auto-incompatibles. Une haute fréquence de plantes “auto-compatibles” (“SC”) (Tableau), variant approximativement de 43 à 77%, apparaît dans les familles F₁ provenant de croisements entre l’espèce cultivée diploïdeSolanum tuberosum, groupe Phureja (2n=24) et des haploïdes (2n=24) deS. tuberosum, groupe Andigena (2n=48). La quantité de semences par fruit chez de petits échantillons provenant d’autofécondation variait de 2 à 143 semences avec des moyennes par famille de 45 à 118. Cet “auto-compatibilité” est décrite en fonction des recherches sur l’hérédité de l’auto-incompatibilité dans ces hybrides et leurs clones parentaux. L’apparition et la fréquence de plantes “SC” sont difficiles à concilier avec l’auto-incompatibilité connue des clones parentaux. Cependant, la nature del’ “auto-compatibilité” semble être associée à un changement dans le compartement du pollen plutôt que dans celui du style. Cette conclusion est tirée de résultats d’un croisement dialléle (Fig. 1) de plantes individuelles d’une famille (US-W 6391), qui révèlent que 1. trois des six parents sélectionnés comme pollinisateurs sont “auto-compatibles”; 2. que ces trois plantes “SC” sont utilisables comme mâles avec tous les autres apparentés testés; et que 3. lorsqu’elles sont utilisées comme femelles, les plantes “SC” se comportent d’une manière contradictoire dans les croisements avec leurs parents auto-incompatibles. C’est pourquoi, l’analyse de la constitution de l’allèleS des clones “SC” au moyen de croisements diallèles de parents germains choisis au hasard n’a pas été tentéc. Les plantes-tests mâlesS _1·3 etS _2·3 ont été obtenues sur la base des résultats de croisements diallèles comprenant les apparentés auto-incompatibles US-W 6360.

Puisque le pollen des 3 clones “SC” n’était pas davantage inhibé dans les croisements entre parents consanguins, on concluait que la germination et la croissance du pollen chez une quelconque plante “SC” ne seraient pas inhibées par les interactions de l’allèleS dans de semblables pollinisations croisées. On s’attendait à ce que les plantes individuelles SI et “SC” d’une famille de consanguins US-W 6360 seraient compatibles avec l’une ou l’autre des plantes-tests mâles, mais non avec les deux. Cependant, les combinaisons des deux génotypes-tests avec les plantes SI donnaient des résultats qui déviaient du rapport attendu 1∶1 des réponses alternatives (+/−:−/+), puisque certaines plantes étaient compatibles avec les deux plantes-tests (+/+) (Fig. 2). La réponse de toutes les plantes “SC” testées ne déviait pas significativement du rapport attendu 1∶1 (P=0,2). Il n’a pas été possible d’expliquer suivant un schéma simple, soit l’apparition de plantes se comportant anormalement (+/+) dans le groupe SI, soit l’apparition de l’ “auto-compatibilité” elle-même. Un schéma logique expliquant l’apparition des plantes “SC” doit prendre en considération la fertilité du pollen et de l’ovule, et la possibilité de reconnaître les clones qui sont quasicompatibles ou parthénocarpiques.