A large amount of information is currently available for somatic embryogenesis of plants. However, one common problem related to somatic embryos is that the conversion rate can be low for some species. Apical meristems are responsible for post-embryonic growth of the embryo. The low percentage observed is most likely a result of poor apical meristem development or defects in the meristem organization during somatic embryogenesis. In flowering plants, apical meristems are well developed by the late heart stage of zygotic embryo development. In conifers, such as white spruce, apical meristems are formed at the pre-cotyledon stage. Thus, apical meristem development occurs very early, prior to the maturation stage of embryo development. Once formed, meristems are stably determined. In the somatic embryo, as exemplified by white spruce, since embryo development is not synchronous, tissue differentiation including apical meristem formation occurs throughout the“maturation”stage. Different apical meristem organizations can be found among different individuals within a population. In contrast to their zygotic counterparts, the apical meristems appear not to be stably determined as their organization, as the shoot apical meristem especially, can be easily modified or disrupted. Precocious germination seldom results in functional plantlets. All these observations suggest that the conditions for somatic embryo maturation have not been optimized or are not suitable for meristem formation and development. The following strategies could improve meristem development and hence conversion: 1. Simulate in ouuio conditions to promote meristem development prior to the“maturation”treatment.2. Prevent deterioration of apical meristem organization during somatic embryo maturation.3. Promote further meristem development during embryo germination.
Winter bud explants from 15 individual angelica tree (Aralia elata) were cultured in vitro to find out optimal conditions for somatic embryo induction as well as plant regeneration. Calli are induced and grown on MS medium supplemented with 1.0 mg/L 2,4-D for 4 weeks and subcultured on a half-strength MS medium without phytohormones to induce somatic embryos. Inter-simple sequence repeat (I-SSR) markers were analyzed with total DNAs extracted from the trees. Genotype effects on somatic embryo induction were examined by cluster analysis. Callus induction rate varied from 58.5 to 100% among the genotypes. Somatic embryo induction rate also greatly varied from 0 to 100% among the genotypes. There was a significant difference in somatic embryo induction rate even among the individual trees that showed close genetic relationships each other. This suggested that somatic embryo induction rate in Aralia elata be influenced by a few major specific genes rather than whole genomic similarity among individual trees. Four individuals of Ulneong-7, Cheju-1, Shingu and China, which are recalcitrant to somatic embryo induction, turned out to have a close genetic relationship, suggesting that both physiological and genetic factors affect somatic embryo induction. The results suggest that genotype selection be the most important factor to achieve an efficient propagation, although cultural optimization through medium and explant manipulation may also play crucial roles in somatic embryogensis as well as plant regeneration of these species.
The factors influencing somatic embryo maturation, high frequency somatic embryo germination, and plantlet formation were studied in Terminalia chebula Retz. Maturation of somatic embryo were influenced by a number of factors such as in vitro culture passage, concentrations of sucrose, levels of abscisic acid (ABA), basal media and media additive combinations. Maximum frequency of somatic embryo maturation ($57.22{\pm}2.02$), was obtained on MS medium supplemented with 50 g/l sucrose. Different factors such as strengths of MS nutrients, plant growth regulators, media additives and their combinations controlling somatic embryo germination and plantlet formation were studied. High frequency of germination and plantlet formation ($58.80{\pm}1.47$) were achieved by subsequent subculture of mature somatic embryos on MS medium containing 30 g/l sucrose and 0.5 mg/l benzyl-adenine (BA). However, although duration of in vitro passage of the callus tissue was critical, contribution of the combinations of plant growth regulators and media additives showed nugatory effect on somatic embryo maturation and germination as evident from variable responses.
Park, Yong-Eui;Yang, Deok-Chun;Park, Kwang-Tae;Soh, Woong-Young;Hiroshi Sano
Proceedings of the Botanical Society of Korea Conference
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1999.07a
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pp.85-89
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1999
Somatic embryogendesis is one of good examples of the basic research for plant embryo development as well as an important technique for plant biotechnology. This paper describes the direct somatic embryogenesis from zygotic embryos of Panax ginseng is reversely related to normal axis growth of zygotic embryos by the experiment of various chemical treatments. Under the normal growth condition, the apical tips of embryo axis produced an agar-diffusible substance, which suppressed somatic embryo development from cotyledons. Although the cells of zygotic embryos were released from the restraint of embryo axis, various factors were still involved for somatic embryo development. Electron microscopic observation revealed that the ultrastructure of cells of cotyledon epidermis markedly changed before initiation of embryonic cell division, probably indicating reprogramming events into the cells embryogenically determined state. Polar accumulation of endogenous auxin or cell-cell isolation by plasmolysis pre-treatment is the strong inducer for the somatic embryo development. The cells for the process of somatic embryogenesis might be determined by the physiological conditions fo explants and medium compositions. Direct somatic embryos from cotyledons fo ginseng were originated eithrer from single or multiple cells. The different cellular origin of somatic embryos was originated either from single or multiple cell. The different cellular origin of somatic embryos was depended on various developmental stages of cotyledons. Immature meristematic cotyledons produced multiple cell-derived somatic embryos, which developed into multiple embryos. While fully mature cotyledons produced single cell-derived single embryos with independent state. Plasmolysis pretreatment of cotyledons strongly enhanced single cell-derived somatic embryogenesis. Single embryos were converted into normal plantlets with shoot and roots, while multiple embryos were converted into only multiple shoots. GA3 or a chilling treatment was prerequisite for germination and plant conversion. Low concentration of ammonium ion in medium was necessary for balanced growth of root and shoot of plantlets. Therefore, using above procedures, successful plant regeneration of ginseng was accomplished through direct single embryogenesis, which makes it possible to produce genetically transformed ginseng efficently.
A protocol was developed for somatic embryogenesis with 100% induction rate from immature zygotic embryo axes of peanut (Arachis hypogaea L. cv. DRG-12) cultured on MS medium containing $18.09\;{\mu}M$ 2,4-D. The frequency of somatic embryogenesis (31.7%) as well as the number of somatic embryos induced per explant (6.6) decreased when the concentration of 2,4-D was increased to $72.4\;{\mu}M$. Morphologically abnormal somatic embryos were observed at a frequency of 43.3% on MS medium containing $72.4\;{\mu}M$ 2,4-D. Somatic embryos isolated from 30-day-old cultures of immature zygotic embryo axes exhibited precocious germination with varied responses when placed on MS basal medium with 3% sucrose. Maximum shoot induction (80.0%) was observed from somatic embryos isolated from 60-day-old cultures of immature zygotic embryo axes when placed as a clump rather than individually on MS medium supplemented with $26.63\;{\mu}M$ BA and $0.54\;{\mu}M$ NAA. Shoots developed from somatic embryos rooted with higher frequency (93.3%) on Blaydes' medium containing $5.4\;{\mu}M$ NAA.
The structure of shoot apex in zygotic and somatic embryos of Daucus carota L. cv. Hongshim was observed by using SEM and longitudinal sections. Shoot apex of zygotic embryo was of an inverted boat shape, and these of two, three and four cotyledon somatic embryos were of an inverted boat shape, a pyramid shape and a convex diamond shape, respectively. In zygotic embryo shoot apex is consisted of small cells which are arranged in layers (tunica) and show corpus in central region. In somatic embryos shoot apices are consisted of somewhat large cells which are arranged in irregularly or slight regularly.
This experiment was conducted to investigate the effects of length of storage period under low temperature, $CO_2$ enrichment and addition of plant growth regulators in Murashige and Skoog medium on the plant regeneration of Korean ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer). Seeds were treated for 60 and 80 days respectively under $5^{\circ}C$ environment. 2500ppm of $CO_2$ was enriched by ventilation. Three plant growth regulators added to the medium were Indolbutyric acid, Benzyladenin and Gibberellic acid (GA3). The result indicated that : The capacity of differentiation was higher in the aged cotyledons from the seeds treated for 80 days under low temperature condition than in those treated for 60 days. $CO_2$ enrichment had stimulating effects on the growth and development of shoot primordium significantly but less effects on the formation of adventitious buds. From one zygotic embryo hundreds of plantlets were differentiated. $CO_2$ enrichment had effects on the formation of both indirect somatic embryo and direct somatic embryo. Indirect somatic embryo showed little growth and differentiation, being undifferentiated vascular stele and epicotyl. Direct somatic embryos were formed on the epidermis of backside basal part of cotyledon. Those embryos developed to whole plant having latent bud.
This study describes plant regeneration from leaf explant of Bupleurum falcatum through somatic embryogenesis, and the effect of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid on somatic embryo abnormalities. The relationship between the cotyledon number of somatic embryo and its germinability is also described. Embryogenic calli were selected from calli formed on explants cultured on MS solid basal medium supplemented with 1 mg/L 2,4-D. Cotyledonary abnormalities were observed in somatic embryos which were developed from calli cultured on MS medium with 1 mg/L 2,4-D for 6-week and then subcultured on 2,4-D free MS medium for 3 weeks. The frequency of abnormalities was as follows: 7% of somatic embryos had one cotyledon, 65% of them had two cotyledons, 25% three cotyledons, 5% four cotyledons, 2% five cotyledons, and 3% trumpet-like cotyledons. The two cotyledon somatic embryos were germinated at a frequency of 80%. However the germination frequency of one cotyledon embryo and multicotyledonary embryo was lower than that of the two cotyledon somatic embryo. All of trumper-like somatic embryos did not germinate. Histological observations of multicotyledon embryo showed circular procambium in the root but pocambial strands in the cotyledonary node or upper hypocotyl. The number of the strands was equal to the cotyledon number.
Haploidization in somatic cells is the process of reducing the diploid somatic chromosomes to haploid. Several studies have attempted somatic haploidization using oocytes in mice and humans. Some researchers showed partial somatic haploidization, but none observed embryo development. Our study attempted somatic haploidization using the modified somatic nuclear transfer (SCNT) protocol with various combinations of chemicals or proteins in mice. This study induced the proper segregation of somatic homologous chromosomes and full embryo development in vitro. Furthermore, somatic haploid embryos established embryonic stem cells and produced live births. The current review summarizes this recent study on the success of somatic haploidization and provides an overview of other related studies on somatic haploidization.
Endoreduplication is a developmental process that is unique to plants and occurs in all plants. The present study aimed to assess endoreduplication in various explant tissues and regenerated somatic embryos of Doritaenopsis. We further investigated the effects of light quality on endoreduplication and somatic embryo proliferation. To this end, we studied endoreduplication in leaves and root tips from regenerated plantlets and somatic embryos and in developing somatic embryos under 4 types of lighting conditions: red light, red + far-red light, red + blue light, and white light. We found that the degree of endoreduplication varied in different explants, and that the choice of explants used also influenced the ploidy levels of the newly regenerated somatic embryos. The DNA content of the leaf (2C-8C) was less than that of the root tip (2C-16C) and somatic embryo (2C-64C). In terms of light quality, the combination of red and far-red light produced the highest number of somatic embryos, while maintaining a low degree of endoreduplication. The data obtained indicate that this light combination stimulates somatic embryogenesis in Doritaenopsis and may exert some control on endoreduplication during cell division. These findings can be applied to achieve a reduction in somaclonal variations for the purpose of mass proliferation and genetic improvement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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