Effetti dei regolatori della crescita delle piante e del saccarosio sulla proliferazione e sulla qualità del tessuto embriogenico in Picea pungens

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13194 (2023) Citare questo articolo

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Il tessuto embrionale (ET) è importante per la modificazione genetica e la rigenerazione delle piante. La capacità di proliferazione e il vigore dell'ET sono cruciali per la propagazione delle piante attraverso l'embriogenesi somatica. In questo studio, l'ET è stata indotta da embrioni zigoti maturi nell'abete rosso blu (Picea pungens Engelm.). Sono state riscontrate differenze significative nell'induzione di ET tra due provenienze, vale a dire rispettivamente 78,8 ± 12,5% e 62,50 ± 12,8%. Gli effetti dell'acido 2,4-diclorofenossiacetico (2,4-D), della 6-benzil amminopurina (6-BA) e/o del saccarosio sulla proliferazione ET e sulla maturazione dell'embrione somatico (SE) sono stati ulteriormente studiati con quattro linee cellulari. Il tasso di proliferazione ET più elevato ha raggiunto il 1473,7 ± 556,0% bisettimanale. Le concentrazioni di 2,4-D o 6-BA applicate nella fase di proliferazione dei tessuti hanno influenzato la maturazione dell'SE tra le linee cellulari, mentre il saccarosio ha mostrato effetti minori. Il tasso più alto, 408 ± 230 SE maturi/g FW, è stato raggiunto nelle colture di maturazione SE. Questa ricerca ha dimostrato che le condizioni di coltura, cioè le concentrazioni specifiche di 2,4-D e BA, nella fase di proliferazione degli ET influenzano non solo la crescita degli ET, ma anche la qualità degli ET per la maturazione degli SE. Questo studio ha rivelato la necessità e il vantaggio di sviluppare sia protocolli generali che specifici per genotipo per una produzione efficiente di SE maturi o piante somatiche in abete rosso blu.

Gli aghi dell'abete rosso blu (Picea pungens Engelm.) sono di colore blu-argento durante tutto l'anno, il che è di alto valore ornamentale per il paesaggio1. Attualmente in Cina l’abete rosso viene generalmente rigenerato tramite la germinazione dei semi2,3. A causa del prezzo elevato di semi e piantine, il numero di varietà d’élite introdotte è limitato4. Gli aghi della progenie possono essere diversi per colore, forma, struttura e velocità di crescita, e la qualità delle piantine è quindi limitata. La tecnologia dell'embriogenesi somatica può essere utilizzata per produrre un gran numero di piante somatiche con tratti genetici coerenti in un periodo di tempo relativamente breve5, il che è quindi potente nella propagazione su larga scala di genotipi d'élite nell'abete rosso blu.

Attualmente molte specie di alberi potrebbero essere propagate tramite embriogenesi somatica. Il primo successo dell'embriogenesi somatica nelle specie di conifere può essere fatto risalire al 1985, quando Hakman et al.6 utilizzarono embrioni zigoti immaturi di abete rosso (Picea abies) per indurre tessuto embriogenico (ET) e quindi ottennero embrioni somatici maturi (SE). Dal 2000 sono stati pubblicati diversi articoli sull'ottimizzazione dell'embriogenesi somatica nelle specie di conifere, tra cui: Pinus radiata7, Picea abies8, Picea glauca9, Larix hybrids10, Pino coreano11,12,13,14, Abies nebrodensis15, Abies nordmanniana16, Abies alba17 e abete rosso blu1 . La proliferazione dell'ET insieme alla maturazione dell'SE sono passaggi chiave per la propagazione su larga scala e la conservazione a lungo termine del germoplasma di conifere15. Nielsen et al.16 hanno riportato forti effetti clonali nella maggior parte dei tratti durante il processo di propagazione tramite SE in Abies nordmanniana16. La grave dipendenza della linea cellulare tra proliferazione ET e maturazione SE è stata segnalata anche in Abies alba17. Questo tipo di ricerca non è stata riportata in precedenza sull'abete rosso blu.

Sono stati pubblicati pochi studi sull'inizio dell'embriogenesi somatica nell'abete rosso. Afele et al.18 hanno utilizzato embrioni maturi di abete rosso blu, come espianti, per l'induzione di ET. Il tasso di induzione di ET più alto è stato del 16% e il numero di embrioni somatici (SE) prodotti è stato di soli 9,7 SE/g FW. Sun et al.4 hanno ulteriormente ottimizzato il sistema di induzione ET. Hanno raggiunto il tasso di inserimento fino al 45,5%. Tuttavia, nelle fasi successive, si sono verificati molti embrioni anomali con conseguente scarsa capacità di germinazione SE. Hazubska-Przyby et al.19 hanno indotto ET dall'embrione zigotico con il tasso di induzione più alto del 23,75%, mentre non è stato ottenuto SE maturo. Tao et al.1, per la prima volta, hanno sviluppato un sistema tecnico completo di embriogenesi somatica nell'abete rosso blu, comprese le colture di induzione e proliferazione ET, maturazione SE, germinazione e conversione SE, nonché la durezza delle piante somatiche. Tuttavia, il sistema tecnico dell'embriogenesi somatica nell'abete rosso necessita di ulteriore ottimizzazione per risolvere i problemi, come i bassi tassi di induzione e proliferazione ET, nonché la scarsa capacità di maturazione SE. Tutti questi fattori hanno limitato il processo di propagazione su larga scala attraverso l’embriogenesi somatica nell’abete rosso blu. L'essenza della proliferazione ET è la divisione cellulare della massa proembriogenica. Fattori come l'acido 2,4-diclorofenossiacetico (2,4-D), la 6-benzil amminopurina (6-BA) e il saccarosio hanno mostrato grandi influenze sulla proliferazione degli ET20, così come le condizioni di coltura nella fase di proliferazione degli ET. Tuttavia, sono stati condotti pochi studi sui loro effetti successivi sulla maturazione dell’ES. Ci sono vari fattori che influenzano la maturazione dell'ES21,22. È essenziale studiare l'effetto delle condizioni di coltura nella fase di proliferazione ET sulla maturazione SE al fine di ottimizzare l'intero sistema di coltura per la propagazione di massa. In questo studio, embrioni zigotici maturi di abete rosso blu provenienti da due provenienze sono stati utilizzati come espianti per indurre ET e gli ET indotti sono stati utilizzati come materiali sperimentali per esplorare gli effetti di 2,4-D, 6-BA e/o saccarosio su ET tassi di proliferazione e qualità ET sulla maturazione SE al fine di ottimizzare il sistema SE per una produzione efficiente di piante somatiche d'élite in abete rosso blu.