Randomly amplified polymorphic DNAs were employed to study the genetic variation and gene introgression in potato dihaploids (2n=24) which were generated after interspecific pollination of tetraploid cultivars (2n=4X=48, Solanum tuberosum cv Irish Cobbler, Superior and Dejima) by haploid inducer clones (2n=2X=24, Solanum phureja 1.22, Hes-5 and Hes-6). Genetic variation and DNA marker segregation among dihaploids were observed. Most dihaploids contain S. tuberosum specific RAPD markers but haploid inducer-specific RAPD markers were also found in some dihaploids. Of six different arbitrary 10-mer oligonucletide primers which showed polymorphism betwen tetraploid cultivars and haploid inducers used, three generated amplification products which seemed to be derived from the S. phureja parent. Our results indicate that chromosomes of dihaploids may not be pure S. tuberosum and the dihaploids may not be produced by parthenogenesis.
One of wild diploid Solanum species, Solanum chacoense, is one of the excellent resources for potato breeding because it is resistant to several important pathogens, but the species is not sexually compatible with potato (S. tuberosum) causing the limitation of sexual hybridization between S. tuberosum and S. chacoense. Therefore, diverse traits regarding resistance from the species can be introgressed into potato via somatic hybridization. After cell fusion, the identification of fusion products is crucial with molecular markers. In this study, S. chacoense specific markers were developed by comparing the chloroplast genome (cpDNA) sequence of S. chacoense obtained by NGS (next-generation sequencing) technology with those of five other Solanum species. A full length of the cpDNA sequence is 155,532 bp and its structure is similar to other Solanum species. Phylogenetic analysis resulted that S. chacoense is most closely located with S. commersonii. Sequence alignment with cpDNA sequences of six other Solanum species identified two InDels and 37 SNPs specific sequences in S. chacoense. Based on these InDels and SNPs regions, four markers for distingushing S. chacoense from other Solanum species were developed. These results obtained in this research could help breeders select breeding lines and facilitate breeding using S. chacoense in potato breeding.
Hairy root induced by A. rhizogenes from potato tuber (Solanm tuberosum L.) synthesized the agropine and mannopine which were demonstrated with paper electrophoresis. And the starch contents in hairy root were increased gradually following the developmental stage. But protein contents were decreased. The activity of ${\beta}-glucan$ synthetase II(GSII) which is related to the cell wall biosynthesis was stimulated in hairy root on the developmental stage. And chloropromazine did not influence the activity of GS II while verapamil inhibited about 60% of the activity GS II. Therefore, these results showed $Ca^{2+}$ to be effective factor in the cell wall formation. Isozyme pattern of peroxidase was investigated in the callus and hairy root induced from potato tuber.
Protopasts were isolated from cultured cells of potato (Solanum tuberosum L.) tuber tissue. The ability of callus formation from the culture cells was higher in cultivars Dejima and Superior than in Shimabara and Irish Cobbler on Lam's medium. Therefore, the former was used as sources for protoplast isolation. Friable calli were transferred to liquid media and cells in exponential phase were used for protoplast isolation. In both of Dejima and Superior, the yield of protoplasts was high in the enzyme solution of 2% Onozuka cellulase and 1% macerozyme. Also, viability of isolated protoplasts was very good. Thus, it seems that these protoplasts would be applicable to various aims of research.
Solanum hougasii, one of the wild Solanum species, has been widely used in potato breeding since it exhibits excellent resistance to diverse important pathogens. S. hougasii can be directly crossed with the cultivated tetraploid potato (S. tuberosum) owing to its EBN (Endosperm Balanced Number) value of 4, which is same as that of S. tuberosum although it is an allohexaploid. In this study, the complete chloroplast genome sequence of S. hougasii was obtained by next-generation sequencing technology, and compared with that of the chloroplast genome of seven other Solanum species to identify S. hougasii-specific PCR markers. The length of the complete chloroplast genome of S. hougasii was 155,549 bp. The structural organization of the chloroplast genome in S. hougasii was found to be similar to that of seven other Solanum species studied. Phylogenetic analysis of S. hougasii with ten other Solanaceae family members revealed that S. hougasii was most closely related to S. stoloniferum, followed by S. berthaultii, and S. tuberosum. Additional comparison of the chloroplast genome sequence with that of five other Solanum species revealed five InDels and 43 SNPs specific to S. hougasii. Based on these SNPs, four PCR-based markers were developed for the differentiation of S. hougasii from other Solanum species. The results obtained in this study will aid in exploring the evolutionary and breeding aspects of Solanum species.
Solanum demissum is one of the wild Solanum species originating from Mexico. It has wildly been used for potato breeding due to its resistance to Phytophthora infestans. S. demissum has an EBN value of four, which is same as that of S. tuberosum, so that it is directly crossable for breeding purposes with the cultivated tetraploid potato (S. tuberosum). In this study, the chloroplast genome sequence of S. demissum obtained by next-generation sequencing technology was described and compared with those of seven other Solanum species to develop S. demissum-specific markers. Thetotal sequence length of the chloroplast genome is 155,558 bp, and its structural organization is similar to those of other Solanum species. Phylogenetic analysis with ten other Solanaceae species revealed that S. demissum is most closely grouped with S. hougasii and S. stoloniferum followed by S. berthaultii and S. tuberosum. Additional comparison of the chloroplast genome sequence with those of seven other Solanum species revealed two InDels specific to S. demissum. Based on these InDels, two PCR-based markers for discriminating S. demissum from other Solanum species were developed. The results obtained in this study will provide an opportunity to investigate more detailed evolutionary and breeding aspects in Solanum species.
D-type cyclins are believed to regulate the G1 to S phase transition in response to nutrient and hormonal signals. We investigated the expression characteristics of the key cell-cycle regulators, mitotic and G1 cyclins in potato (Solanum tuberosum L.). We isolated D-type cyclin gene from potato and it was classified as D3 cyclin by sequence similarities and a phylogenetic analysis, and named as StcycD3;1. The accumulation of transcripts was predominantly associated with mitotically active organs, such as stolons, roots, flowers, leaves, and stems. Transcription of StcycD3;1 can be induced by sucrose.
The garlic chive (Allium tuberosum Rotter) is a prominent herb species in Asia and other nations of the world. Garlic chives is a favorite vegetable and used to garnish noodles in Korea. The effects of various doses of N, P, and K fertilizers and drought stress on the chlorophyll content in the leaves of garlic chives were investigated. The evaluations showed that chlorophyll a content was 0.386 at 10 mg/l N fertilizer and 0.584 at 50 mg/l N fertilizer. The treatment group showed a significant difference with regard to the contents of chlorophylls a and b and total chlorophyll at the 5% level (p<0.05). Pearson's correlation coefficient (Pearson's r) for chlorophylls a and b and total chlorophyll were 0.940, 0.966, and 0.971, respectively. The highest content of chlorophylls a and b and total chlorophyll in the leaves was recorded at 40 mg/l P fertilizer, while the values corresponding to 50 mg/l P fertilizer were lower than those for 40 mg/l P fertilizer. The content of total chlorophyll evaluated at 10 mg/l K fertilizer was 0.312 and that at 50 mg/l was 0.589. The simple linear regression showed the relationship between chlorophyll efficiency aand moisture. The slope factors of the dark-level fluorescence yield (Fo), the maximum fluorescence yield (Fm), the quenched state (Fv), and the maximal PSII quantum yield (Fv/Fm) for chlorophyll-efficient indicators were -0.931, 0.972, 972, and 0.950, respectively. NPK fertilizers and drought stress affected the chlorophyll content and efficiency of A. tuberosum.
Ku, Hyun-Hwoi;Lee, Sang Gak;Chiang, Mae-Hee;Choi, Jong-Lak;Lee, Sang-Eun
Korean Journal of Environmental Biology
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v.37
no.1
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pp.42-47
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2019
This experiment was conducted to investigate the effects of pH on the mineral nutrient uptake and growth of the four Chinese chives species. The Chinese chives species used in the experiment were the cultivated species grown in the farm (cultivated Allium tuberosum) and three wild species of wild Allium tuberosum, A. thunbergii and A. senescens. The pH levels of soil medium were set to be 4.5, 6.5, and 7.5. Fresh weight(FW) of cultivated A. tuberosum was highest at all pH levels. The increase of soil pH increased the FW of the wild A. tuberosum and A. thunbergii, but no difference was noted for the A. tuberosum and A. senescens. Plant height was higher in the order of wild A. tuberosum, A. thunbergii, and cultivated A. tuberosum and A. thunbergii. Notably plant height of the wild A. tuberosum increased significantly by the pH increase. The Zn content of the wild A. tuberosum was shown to be significantly higher than that of the other species and increased with the increase of soil pH. This indicates that there is a close relationship between the plant height and Zn content in Chinese chives plant. Principal component analysis for characterizing closely related A. species using the factors of plant growth and amounts of nutrients uptake showed that the cultivated A. and wild A. tuberosum were in the $4^{th}$ quadrant of the graph which are classified as the same species, while A. senescens and thunbergii was in $1^{st}$ and $3^{rd}$ quadrant indicating different species, respectively.
Plant cells from which the cell walls have been enzymatically or mechanically removed are called protoplasts. The protoplasts are theoretically totipotent and can be used as sources of somatic cell fusion in practical breeding programs. Wild Solanum species have often been used as sources of important agricultural traits including diverse disease resistance. However, they cannot often be directly applied to breeding programs due to their sexual incompatibility with S. tuberosum. Somatic hybridization via protoplast fusion is one of the ideal methods to overcome this limitation and to introgress certain traits into S. tuberosum. This technique has still widely been used in potato since the first fusion was reported in 1970s. Therefore, this review highlights general perspectives of protoplast fusion and discusses the application of protoplast fusion in potato breeding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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