Plant reproduction biology (Council of Complex Environmental Sciences)
80 %
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
10 %
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
10 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Fehér, Attila Jäger, Katalin Lángné dr. Molnár, Márta Polgári, Dávid Szakács, Éva
Starting date
2012-04-01
Closing date
2017-03-31
Funding (in million HUF)
23.934
FTE (full time equivalent)
7.75
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat központi témája a távoli búzahibridekben a korai embriófejlődés során közönségesen fellépő kromoszómaelimináció jelensége, ami egyben a vad fajok hasznos génjei átvitelének gátját is képezi. Az eliminációs folyamat nyomonkövetése búza-árpa és búza-kukorica hibridek zigótáinak tenyésztésével és regenerációjával történik, melyeket a megtermékenyítés után különböző időpontokban, folyamatos időgrádienst képezve, mentünk ki. A tenyésztett zigótákban az embriogenezis kiváltásában nélkülözhetetlen szabályozó gének hatását is tanulmányozzuk, mikroinjektálással előidézett tranziens expresszió segítségével. A kapott növények kromoszómaösszetételét áramlási citométerrel és molekuláris citogenetikai módszerekkel állapítjuk meg. Az összegyűjtött adatok mélyebb betekintést engednek a korai generatív fejlődés folyamatába, és újfajta gemetikai alapanyagot is biztosíthatnak, amelyek egyúttal ‘pre-breeding’ céljára is felhasználhatók.
Summary
This project deals with the common phenomenon of chromosome elimination during early embryo development of wheat alien hybrids, which also represents a bottleneck for the introgression of useful genes from wild relatives. The elimination process will be followed by culture and regeneration of zygotes from wheat-barley and wheat-maize hybrids gradually rescued at different time points after fertilization. The effect of several regulatory genes essential for embryogenesis induction will also be studied in the rescued zygotes by their transient expression via microinjection. The chromosomal status of the obtained plants will be analyzed by flow cytometry and molecular cytogenetics. The collected data will provide a deeper insight in early generative processes and the experiments may deliver novel genetic material for pre-breeding purposes.
Final report
Results in Hungarian
Egymással jól kereszteződő genotípus kombinációk azonosítása révén egy hatékony rendszert dolgoztunk ki búza-árpa (T. aestivum × H. vulgare) nemzetség hibridek előállítására. Áramlási citométeres, genomi in situ hibridizációs és kromoszóma-specifikus molekuláris markeres elemzésekkel igazoltuk, hogy részleges vagy teljes hibridek, valamint anyai, búza haploidok keletkeztek. A kidolgozott rendszer alkalmazásával egy 210 F1 növényből álló nagy populációt állítottunk elő az apai kromoszómáknak a kezdeti fejlődés során végbemenő kiesése jellemzésére. A molekuláris markerelemzés az egyes árpa kromoszómák véletlenszerű kiesési trendjét tárta fel.
A megtermékenyülést megelőző és az azt követő fejlődést kiterjedt mikroanatómiai vizsgálatnak vetettük alá. A búza és az árpa pollen életképessége és tömlőhajtási képessége a búza bibén nem tért el egymástól. A megtermékenyítés gyakorisága, valamint a zigóták, embriók és az endospermium kezdeti fejlődése szintén hasonló volt az árpával végzett keresztezések és az öntermékenyítések esetében. Az endospermium fejlődése azonban megrekedt a cönocitikus állapotban, ami fokozatos fejlődésbeli lemaradáshoz és az embriók pusztulásához vezetett. Az adatok szerint nem figyelhető meg a termékenyülés előtt inkompatibilitás a búza-árpa hibrideknél, viszont fellép az ún. klasszikus triploid blokk, amelyről Arabidopsis és más fajok esetében ismert, hogy epigenetikus szabályozás alatt áll.
Results in English
Based on highly crossable genotype combinations, an efficient hybridization system was developed for the production of intergeneric wheat-barley hybrids (T. aestivum × H. vulgare). Flow cytometry, genomic in situ hybridization and chromosome-specific molecular marker analyses confirmed the generation of partial or full hybrids as well as maternal, wheat haploids. This system was used to make a large population of 210 F1 plants in order to characterize paternal chromosome elimination during early development. Molecular marker analysis revealed the random loss of each barley chromosome in this population.
To characterize the major events during the prefertilization as well as postfertilization stages of reproduction, a systematic micro-anatomical study was carried out. Vitality and tube formation capacity on wheat styles was not different between barley and wheat pollen. Fertilization frequencies and early development of zygotes, embryos and endosperm as monitored by confocal microscopy were also similar after cross-pollination with barley or self-fertilization. However, endosperm development was blocked during the coenocytic phase, which resulted in gradual developmental delay and deterioration of hybrid embryos. This study indicates no prefertilization incompatibility in wheat × barley crosses, and reveals a classical triploid or endosperm block under epigenetic control as described in Arabidopsis and other species.
Polgári D, Jäger K, Barnabás B, Sági L: “GLOBALIZATION” IN THE SEXUAL REPRODUCTION OF CEREALS: WIDER CHOICE, BETTER HYBRIDS., STUD UNIV BABAES-BOLYAI BIOL 58: (1) 55, 2013
Polgári D, Fábián A, Szakács É, Sági L: Cytological and molecular characterization of chromosome elimination in intergeneric wheat-barley hybrids, XXII. Növénynemesítési Tudományos Napok, 2016
Polgári D, Cseh A, Szakács E, Jäger K, Molnár-Láng M, Sági L: High-frequency generation and characterization of intergeneric hybrids and haploids from new wheat-barley crosses, PLANT CELL REPORTS 33: (8) 1323-1331, 2014
Polgári D, Fábián A, Szakács É, Sági L: Cytological and molecular characterization of chromosome elimination in intergeneric wheat-barley hybrids, XXII. Növénynemesítési Tudományos Napok, 2016
Polgári D, Cseh A, Szakács É, Jäger K, Molnár-Láng M, Sági L: High-frequency generation and characterization of intergeneric hybrids and haploids from new wheat-barley crosses, Plant Cell Reports, 2014
Polgári D, Fábián A, Jäger K, Sági L: Histological characterization of the progamic developmental phase in intergeneric wheat-barley hybrids, XXI. Növénynemesítési Tudományos Napok, 2015
Polgari D, Cseh A, Szakacs E, Jager K, Molnar-Lang M, Sagi L: High-frequency generation and characterization of intergeneric hybrids and haploids from new wheat-barley crosses, PLANT CELL REP 33: (8) 1323-1331, 2014
Polgári D, Fábián A, Mihók E, Szakács É, Sági L: Búza × árpa intergenerikus hibridek hatékony előállítása, XXIII. Növénynemesítési Tudományos Nap, 2017
Polgári D, Mihók E, Sági L: Chromosome constitution and distribution in a large-scale population of wheat-barley (Triticum aestivum L. × Hordeum vulgare L.) hybrids, submitted, 2017
Events of the project
2022-01-10 11:47:49
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Sejtbiológiai Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
