Recently successful induction of haploid plant by means of anther culture method has become a big topic among geneticists and plant breeders. The haploid plant can be used as a precious material for such basic researches as mutation or genetics. Once the haploid is obtained, production of homozygous plant is not a difficult problem. The method of producing homozygous plant can, also, be applied to the practical breeding works. When applied to the hybridization of self-fertilizing breeding period would be greatly shortened and in cross-fertilizing vegetables production of uniform hybrid seed would be very easily obtained. Last few years many scientists attempted anther cultures using various plant species, but it was successful only in several species. Unlike the other tissue cultures which use somatic organs or tissues as explants, anther culture seems to be very difficult because the plants or calli have to be induced from the haploid microspores or pollen grains. In the present experiment anther culture of fruit trees and ornamental shrubs of four genera and seven species was attemped. Anthers of Various stages ranging from tetrad and late microspore were cultured on the modified Murashige and Skoog's medium supplemented with various concentrations of auxins and kinetin as growth regulators. Handling of materials, sterilization, and other operations of culture were done by routine methods. The results were summarized as follows: 1. Calli were induced in the anthers of Forsythia Koreana Nak., Rhododendron mucronuratum Turcz., R. yedoense Max. var. Poukhanense Nak., and Prunus armeniaca L. var. ansu Max. No signs of callus were observed in Prunus persica Sieb. et Zucc. var. vurgaris Max., Pyrus ussuriensis var. macrostipes (Nak.), and Prunus salcina Lindley. 2. Calli were easily formed in any of the media with differing concentrations of auxins and kinetin. 3. In F. Koreana calli developed from anther surface and connective. Callus emerging out of anther locule was not observed. 4. Somatic calli arose from filament, connective, and inside of anther wall in R. mucronulatum. Many of the microspores accumulated starch grains. 5. The anther lobes located opposite the filament of R. yedoense turned easily to calli. This phenomenon was not observed in R. mucronulatum. Microspore embedded for a period in the medium became starch pollen. No callus was observed arising from microspore. 6. In P. armeniaca calli were not induced from somatic anther tissues. Instead, callus emerged out of anther locule rupturing the anther slit. Starch was not formed in the microspore. 7. In P. persica, Pyrus ussuriensis, and P. salcina, calli were not observed in the anthers examined more than 60 days after culture. Microspores of these species, however, were free of starch grains even after long period of subculture. 8. It was learned that somatic calli of the species examined arose usually from endothelium of anther wall, septum of two neighboring anther locules, parenchyma tissues of connectives, or anther lobes. 9. In the anther locule of P. armeniaca cultured long in medium, swollen microspores, polynucleate microspores, multicellular pollen grains, or callus mass were frequently observed, this indicating that the callus of this species was microspore-origin. 10. It was clarified that in P. armeniaca production of haploid plant by anther culture might be possible.
Clear visualization of pepper (Capsicum annuum L.) microspore nuclei with common stains such as acetocarmine or propionocarmine is difficult, hindering cytological analysis. The DAPI stain after the addition of ferric chloride solution to fixative resulted in clear visualization of nuclei. For clear visualization of nuclei and slight fluorescence of microspore wall, addition of 40-60 ${mu}ell$ of ferric chloride solution to the 1 $m\ell$ fixative was identified as most effective. At all stages of gametophytic development, the nuclei can be distinctly visualized. Starch granules does not intefere with the fluorochrome, and so the vegetative and generative nuclei were cleary visible in binucleate pollens. With its rapidity and reliability, this technique represents an efficient tool for routine staging or investigation of the nuclear status of the microspore during culture.
Allergy to Brassica pollen has been reported in some countries. We have cloned a cDNA encoding a Brassica pollen allergen, Bra r 1. Bra r 1 belongs to a new family of $Ca^{2+}$-binding proteins, characterized by the presence of two EF-hand calcium-binding domains. Bra r 1 was detected in the tapetum, microspores, pollen coat and pollen tubes, indicating Bra r 1 is involved in pollen pistil interaction and pollen tube growth. We have engineered the hypoallergenic mutants of Bra r 1 for immunotherapy. Here we describe the review of molecular characterization of Bra r 1.
The ability of microspores or young pollen grains (male gametophytes) to undergo developmetal switch to embryogenic (sporophytic) pathway exemplifies the concept of totipotency as applied to haploid posmeiotic cells. As a first step pollen is devoid of positional information provided in situ by the intact anther - by isolation and cultivation in vitro in artificial media. This is inevitably accompanied by some degree of stress response in microspore/pollen. It has been shown in both monocots and dicots that intentional stress treatment (mostly starvation or heat shock) greatly stimulates embryo induction rate. Using transgenic sHSP antisense Nicotiana tabacum we show that expression of small heat shock proteins is an integral part of successful embryo and later haploid plant production from pollen grains. Our recently published data show that sHSP chaperone function is optimal in the absence of ATP.
The pattern of RNA synthesis during male gametogenesis of Brassica napus was studied using 3H-uridine autoradiography. No incorporation of isotope occurred in the newly released microspore and the nonvacuolate, furrowed microspore. Peak incorporation of label during male gametogenesis occurred in the uninucleate, furrowed microspores showing various degrees of vacuolation. In this microspore stage, silver grains were localized in the nucleus and cytoplasm. Moderate incorporation of the isotope occurred in the nulceus of the vacuolated microspore. After the microspore mitosis, isotope incorporation occurred predominantly in the nucleus of the vegetative cell with little or no incorporation in the generative cell. In tricellular pollen, no incorporation of isotope was observed in both the vegetative nucleus and the sperms. Silver grains almost completely disappeared from tricellular mature pollen grains ready to germinate.
Haploid cell obta-ined from microspores of Solanum nigrum were cultured on two kinds of medium, "Callus-inducing medium" and "Differentiation medium", in order to conduct histological studies of callus and examine differentiation of plantlets. On the callus-inducing medium the calli grew rapidly. The bulk of callus mass was light brown colored "Wet callus" covered on the surface with thin layers of rough and gleaming "White callus". The wet callus was consisted of parenchyma and meristematic tissues, while the white callus had no meristematic tissues. Large parenchyma cells, by successive divisions, became multicellular or poly nucleate cells which developed later to be meristematic tissues. The calli embedded on the differentiation medium quickly turned to dark brown color. Plantlets, however, came out later from these blackened callus mass. In the callus sectioned about ten weeks after imbedding on the differentiation medium, radially elongated tissue, concentric tissue, epidermis, tracheid-like structure, and plant jprimordia were observed.ure, and plant jprimordia were observed.
Park Eun-Joon;Kim Jin-Ae;Lee Jong-Suk;Jang In-Chang;Yoon Michung;Chung Sang-Ho;Kim Moonza
Journal of Plant Biotechnology
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v.32
no.1
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pp.37-44
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2005
Microspores were isolated from pepper (Capsicum annuum L.) anthers by using a micro-blender and cultured in modified NLN medium at $25^{\circ}C$. The influence of pretreatment period at $32^{\circ}C$, adding the 2-hydroxynicotinic acid to a pretreatment medium, and co-pretreatment anthers with microscopes on the induction of embryo were examined. Globular and torpedo embryos were observed from 3 weeks after culture. Embryo development was not synchronized within culture. After 4 weeks in culture, in addition to globular and torpedo embryos, cotyledonary embryos were observed. Normal cotylodonary embryos developed into plantlets when transferred to a solid hormone free B5 medium containing $2\%$ sucrose. Embryo yields were significantly higher after 1- and 2-day pretreatment at $32^{\circ}C$. However the development of embryo ceased at the globular or heart stage. In contrast, embryo yields were lower after 3- to 6-day pretreatment at $32^{\circ}C$ and embryo developed at the cotyledonary stage. After adding the 2-hydroxynicotinic acid to anther pretreatment solution, embryo yields were slightly increased. However most embryos occurred were at the globular or heart stage. Co-pretreatment of microspores with anthers was deleterious for embryo induction and development. AS far as we know, this is the first report of success in obtaining high frequency of embryogenesis and plantlets formation from isolated microspores of pepper. Although the culture conditions have to be optimized further, this promising microspore culture system can be used for genetic transformation, selection for dominant and recessive traits as well as for the production of homozygous doubled haploid plants.
The anthers of late uninucleate microspore or early binucleate microspore stage of Paeonia suffruticosa Andr. (economic tree) were cultured on the modified Murashige and Skoog's medium suppliment with Keinetin, 2,4-D, and NAA for inducing haploid plants. The results are as follows; 1. Callus were induced from both anther locule and anther wall, where that from anther locule was identified as haploid. 2. Among 2,000 anthers cultured, fourteen haploid callus were developed. These haploid callus were clearly identified to be originated from the microspore in anther locule. 3. Diploid callus were induced only 0.5 percent from the callus of endothelium of anther wall, septium of two neighboring anther locule, parenchyma tissues of connectives and or anther locules. 4. In the anther locule of Paeonia suffruticosa Andr. cultured in medium, swollen microspores, polynucleate microspores, multicellurar pollen grains, or callus mass was frequently observed. And the haploids were seemed to be caused by the callus originated from the reduced microspore.
JO, Man Hyun;MATSUBARA, Sachiko;KANG, Tae Jin;LEE, Eun Mo;WOO, In Sik
Korean Journal of Plant Tissue Culture
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v.25
no.4
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pp.219-223
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1998
Anthers contanining uninucleate microspores of eight cultivars of pepper were cultured on MS medium supplemented with 0.004mg/L 2,4-D and 0.1mg/L kinetin, 3% sucrose and 0.2% Gelrite, kept at $35^{\circ}C$ for 24 h, and then cultured at $25^{\circ}C$ with a photoperiod of 16 h daylight for 40 days. Frequency of embryoid and callus formation was varied with cultivars. Embryoid formation was found in Cheongyang and Fushimi Amanaga, while callus formation was in California Wonder, Fushimi Amanaga and Geoseong. In anther culture medium supplemented with 1% activated charcoal, embryoid formation was found with 0.5% of frequency only in Cheongyang, while no callus formation was found. In 1/2MS medium, frequency of embryoid formation in Shishitou, Yatsufusa and Taka no Tsume was 1.2%, 0.4% and 0.4%, respectively. On the other hand, in 1/2 B5 medium, frequency of callus formation in Yatsufusa and Taka no Tsume was 2.8% and 2.7%, respectively. Embryoids transferred to hormone-free MS medium were developed to plantlets and acclimatized. The number of chromosomes in the root tip cells of the haploid plant was 2n=$\times$=12 in cv. Cheongyang.
Nuclear DNA contents of spermatia from eight ceramiacean and four dasyacean algae (Ceramiales, Rhodophyta) and microspores from two land plants were estimated by fluorescence microscopic image processing and their nuclear SSU rDNA sequence data were analyzed. In frequency distribution patterns, the DAPI-stained nuclear volume (NV) of spermatia showed two peaks corresponding to 1C and 2C. Nuclear 2C DNA contents estimated from NV were 0.45-2.31 pg in ceramiacean and 0.40-0.57 pg in dasyacean algae and 8.42-9.51 pg in two land plants, Capsicum annuum and Nicotiana tabacum. By nuclear patterning of vegetative cells derived from an apical cell, 2C DNA contents of spermatia were 2.31 pg in an alga having uninucleate and non-polyploid nucleus (Aglaothamnion callophyllidicola), 0.45-1.94 pg in algae having uninucleate and polyploid nucleus (Antithamnion spp. and Pterothamnion yezoense), and 0.40-0.62 pg in algae having multinucleate and non-polyploid nuclei (Griffithsia japonica and dasyacean algae). Each mature spermatium and microspore (pollen grain) seemed to have a 2C nucleus, which may provide a genetic buffering system to protect the genetic content of a spermatium and microspore from potentially lethal mutations. Nuclear DNA content and SSU rDNA sequence of Antithamnion sparsum from Korea were reasonably different from those of Antithamnion densum from France. The data did not support the previous taxonomic studies that these two taxa could be conspecific.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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