Matromorfie in Brassica oleracea L.

INLEIDINGDe ontwikkeling van een diploid embryo uit een onbevruchte eicel van een diploide plant, mede ten gevolge van de stimulerende invloed van soort- of geslachtsvreemd pollen, wordt matromorfie of pseudogame diploide parthenogenese genoemd (EENINK, 1974a).Afwijkingen in kern- of celdelingen, die resulteren in eicellen waaruit (diploide) matromorfe embryos ontstaan, kunnen vóór, tijdens, of na de meiose optreden. Het tijdstip waarop deze afwijkingen optreden beïnvloedt het homozygotieniveau van de matromorfe planten. Volgens sommige onderzoekers (TOKUMASU, 1965; MACKAY, 1972) vinden deze afwijkingen bij Brassica vóór of tijdens de meiose plaats, volgens anderen (NISHI et al., 1964; RÖBBELEN, 1965) na de meiose.Wanneer matromorfe planten van Brassica oleracea volledig of vrijwel volledig homozygoot zouden zijn, dan zouden deze kunnen fungeren als ouders bij de produktie van Fl-hybriden. Het is dan niet meer noodzakelijk, via een vaak langdurige procedure van herhaalde zelfbevruchting, inteeltlijnen te maken. Naast het homozygotieniveau van de matromorfe planten is ook het aantal beschikbare planten van belang omdat binnen een groep matromorfe planten moet worden geselecteerd op vitaliteit, de afwezigheid van ongewenste eigenschappen en het bezitten van een goede algemene en specifieke combinatiegeschiktheid.Teneinde de mogelijkheden van het gebruik van matromorfe planten bij de produktie van Fl-hybriden in Brassica oleracea te onderzoeken werden in dit gewas de volgende aspecten van het verschijnsel matromorfie bestudeerd.a. De invloed van genetische verschillen op de frequentie van matromorfie.b. De invloed van uitwendige omstandigheden op de frequentie van matromorfie.c. Het homozygotieniveau van matromorfe planten voor kwalitatieve en kwantitatieve eigenschappen in samenhang met het tijdstip van optreden van afwijkingen in kernof celdelingen resulterend in eicellen waaruit diploide matromorfe embryos ontstaan.d. De microsporogenese en de groei en ontwikkeling van embryos, endospermen en zaadknoppen van prikkelbestoven B. oleracea planten in verband met de afwijkingen in kern- of celdelingen genoemd onder c.HET GENETISCH MILIEU EN HET OPTREDEN VAN MATROMORFIEUit vroeger onderzoek is gebleken dat bij Cruciferen tussen de verschillende oudercombinaties verschillen optreden in frequentie van matromorfie (NOGUCHI, 1928; TERASAWA, 1928, 1932; OLSSON, 1960; NISHI et al., 1964; PRAKASH, 1973). Deze verschillen worden mogelijk veroorzaakt door zowel verschillen in parthenogenetisch vermogen (p.v.) als door verschillen in parthenogenese inducerend vermogen (p.i.v.). Om bij een eventuele homozygotie van de matromorfe Brassica oleracea planten over grote aantallen van deze planten te kunnen beschikken werd bij Cruciferen onderzoek uitgevoerd naar verschillen in p.v. en p.i.v. tussen soorten, variëteiten, rassen en planten per ras.Planten van 13 rassen van Brassica oleracea, behorend tot de variëteiten capitata, gemmifera, gongylodes, laciniata en sabauda werden bij 14°C en 17°C prikkelbestoven door vertegenwoordigers van Brassica rapa, B. japonica, B.nipposinica, Camelina sativa, Crambe abyssinica, Eruca sativa en Raphanus sativus. Het bleek dat er tussen populaties van verschillende rassen van één variëteit significante verschillen optraden in p.v. en in p.i.v. Sommige combinaties produceerden relatief zeer veel matromorfe (en/of hybride) zaden. De hoeveelheid gevormde matromorfe zaden was in absolute zin in de meeste gevallen echter gering.Met behulp van klonen, gemaakt van planten uit populaties van B.oleracea rassen, werden verschillen in individueel parthenogenetisch vermogen (i.p.v.) onderzocht. Sommige klonen bleken relatief veel, andere bleken geen matromorfe zaden te produceren (EENINK, 1974b). Tussen verschillende planten van een populatie van een prikkelbestuiver (Eruca sativa) werden aanzienlijke verschillen in individueel parthenogenese inducerend vermogen (i.p.i.v.) aangetroffen. Zeer waarschijnlijk wordt een deel van de verschillen in p.v. of p.i.v. tussen soorten, variëteiten, rassen of planten, genetisch bepaald.Resultaten van onderzoek naar de genetica van een groot parthenogenetisch vermogen duiden op een niet-recessieve overerving.TEMPERATUUR, VERLATE PRIKKELBESTUIVING EN TOEDIENING VAN GROEIREGULATOREN EN HET OPTREDEN VAN MATROMORFIEOm de invloed van uitwendige omstandigheden op het optreden van matromorfie te onderzoeken werd gebruik gemaakt van klonen van de Brassica oleracea variëteiten capitata, gemmifera en sabauda. Iedere kloon werd prikkelbestoven door één plant van een ander geslacht of een andere soort.Planten van deze klonen werden gedurende de pre-meiose en de meiose bij drie temperaturen (10, 14 en 17°C geplaatst, waarna prikkelbestuiving en zaadzetting bij één temperatuur 14°C plaatsvond. Uit dit onderzoek bleek dat in sommige gevallen de temperatuur, voor of tijdens de meiose, invloed uitoefende op het aantal gevormde matromorfe zaden. Dit impliceert dat mogelijk afwijkingen in kern- of celdelingen voor of tijdens de meiose, de frequentie van de diploide parthenogenese kunnen beïnvloeden.Soortgelijk onderzoek naar de invloed van de temperatuur tijdens en na de prikkelbestuiving op het optreden van matromorfie toonde aan dat matromorfe zaden bij de diverse temperaturen in verschillende frequenties werden gevormd. Dit zou kunnen wijzen op chromosoomverdubbeling van de eicel na prikkelbestuiving. Het is echter ook mogelijk dat het meer of minder optimaal zijn van de temperatuur voor het uitgroeien van eicellen, die in een vroeger stadium reeds diploid zijn geworden, een rol speelt.Wanneer prikkelbestuiving 48 of meer uren na emasculatie werd uitgevoerd, dan bleken er significant meer matromorfe (en ook meer hybride) zaden te worden gevormd dan wanneer prikkelbestuiving onmiddellijk volgde op de emasculatie. Met behulp van microscopisch onderzoek (UV-methode) werd aangetoond dat de toegenomen zaadzetting zeer waarschijnlijk een gevolg was van het binnendringen van grotere aantallen pollenbuizen in de stampers.Na toediening van groeiregulatoren (GA3, NAA en Ethrel) aan prikkelbestoven bloemknoppen bleek dat GA3-oplossingen een significant positieve invloed uitoefenden op het aantal matromorfe zaden dat werd gevormd (EENINK, 1974c).ONDERZOEK AAN KWALITATIEF EN KWANTITATIEF GENETISCHE EIGENSCHAPPEN VAN MATROMORFE PLANTENTeneinde de mate van homozygotie en de ontstaanswijze van de matromorfe embryo's te onderzoeken werden de genotypen geanalyseerd van kwalitatieve eigenschappen (incompatibiliteit, glanzend blad, anthocyaan, bladkroezing) van matromorfe planten die waren verkregen na prikkelbestuiving van planten met een heterozygoot genotype voor één of meer van deze eigenschappen. Uit de aanwezigheid van matromorfe planten met heterozygote genotypen voor de zojuist genoemde eigenschappen werd afgeleid dat althans een deel van de matromorfe planten niet diploid was ten gevolge van afwijkingen in kern- of celdelingen na de meiose. Het was niet mogelijk met behulp van de genotypenfrequenties voor de verschillende eigenschappen, uitspraken te doen t.a.v. het moment waarop chromosoomverdubbeling had plaatsgevonden omdat de plaats op het chromosoom van de betreffende loci niet bekend was en bovendien verschillende afwijkingen in kern- of celdelingen mogelijk waren (EENINK, 1974d).Zowel vrij slecht als goed groeiende matromorfe planten werden na prikkelbestuiving van planten van open bestoven en hybride rassen verkregen. Na vergelijken van gemiddelden en varianties voor kwantitatieve eigenschappen (stengellengte, koolgewicht) van populaties matromorfe planten en controle planten (Il's en uitgangspopulaties), bleek dat de matromorfe planten niet in een inteeltminimum verkeerden. Na zelfbevruchting van matromorfe planten vertoonden de nakomelingen inteeltdepressie. Van planten uit populaties verkregen na diallele kruisingen tussen matromorfe planten en tussen controle planten (Il's) werden de stengellengtes gemeten en de varianties bepaald waarna variantieanalyses werden uitgevoerd. In een aantal gevallen bleken zowel het algemeen als het specifiek combinatievermogen een belangrijke invloed uit te oefenen op de stengellengte; de stengellengte werd hierbij dus zowel door additieve als niet-additieve genwerking bepaald. Uit de grote verschillen tussen de diverse populaties in variantie voor stengellengte kon worden afgeleid dat er tussen de matromorfe planten aanzienlijke verschillen in homozygotieniveau van het genotype voor stengellengte bestonden. Deze verschillen waren waarschijnlijk een gevolg van diverse verstoringen in kern- of celdelingen voor of tijdens de meiose. Sommige planten waren dermate heterozygoot dat de conclusie getrokken werd dat ze waarschijnlijk waren ontwikkeld uit diploide eicellen met hetzelfde genotype als de heterozygote (hybride) moederplant. Andere planten leken vrij homozygoot, deze waren misschien ontwikkeld uit eicellen die diploid waren ten gevolge van afwijkingen tijdens de tweede reductiedeling. Volledig homozygote matromorfe planten werden niet aangetroffen (EENINK, 1974e).ZAADKNOPPEN, EMBRYOS EN ENDOSPERMENOnderzoek aan zaadknoppen, embryos en endospermen van prikkelbestoven B.oleracea planten werd uitgevoerd om meer informatie te verkrijgen over a. het tijdstip van chromosoomverdubbeling resulterend in diploide eicellen en b. de ontwikkeling en groei van deze zaadknoppen, embryos en endospermen.Bestudering van microtoompreparaten toonde aan dat zaadknoppen langzamer groeiden na prikkelbestuiving dan na zelfbestuiving. Ook de embryogroei en - ontwikkeling en de endospermgroei verliepen na prikkelbestuiving langzamer dan na zelfbestuiving. De geringe embryoafmetingen correspondeerden met een tragere groei en ontwikkeling van de matromorfe planten (gedurende de eerste 40 dagen na zaaien) vergeleken met de ontwikkeling van corresponderende Il planten. De trage groei en ontwikkeling van embryos en endospermen werden waarschijnlijk veroorzaakt door kwalitatieve en/of kwantitatieve genoomverschillen binnen de embryozak (RUTISHAUSER, 1969). In sommige embryozakken trad waarschijnlijk een autonome endospermontwikkeling op. Ondanks de afwezigheid van generatieve kernen werden namelijk gefuseerde poolkernen aangetroffen.Uit de diameters van de endospermkernen werd geconcludeerd dat sommige embryozakken diploid waren, hetgeen eveneens wijst op een chromosoomverdubbeling van de eicel t.g.v. afwijkingen in kern- of celdelingen vóór of tijdens de meiose (EENINK, 1975a).MICROSPOROGENESE EN MICROSPOROGENESE-PRODUKTENEicellen waaruit matromorfe embryos ontstaan, zijn waarschijnlijk diploid ten gevolge van afwijkingen in kern- of celdelingen voor of tijdens de meiose. Onderzoek van de microsporogenese toonde aan dat er storingen optraden bij de vorming van spoelfiguren en bij de verdeling van de chromosomen over de anafase II produkten. Afwijkende microsporogenese-produkten zoals ongereduceerde PMC's, dyaden en triaden werden aangetroffen. De afwijkende microsporogenese-produkten correspondeerden met reuzepollenkorrels die door dezelfde planten werden geproduceerd. Een deel van de reuzepollenkorrels bezat twee (waarschijnlijk diploide) generatieve kernen, een deel bezat 4 (waarschijnlijk haploide) generatieve kernen. Hieruit kon worden afgeleid dat cytokinese en karyokinese zich in zekere mate onafhankelijk van elkaar gedroegen. Er werd een significante positieve correlatie aangetroffen tussen de frequentie van de reuzepollenkorrels en de frequentie van de matromorfe zaden bij een aantal klonen van een ras van Brassica oleracea. Dit duidt erop dat de matromorfe embryos zijn ontstaan uit eicellen die diploid waren t.g.v. afwijkingen tijdens de meiose. Deze eicellen waren dus heterozygoot (EENINK, 1975b).CONCLUSIESDe frequentie waarin matromorfie bij planten van Brassica oleracea optreedt blijkt zowel door het inwendig (genetisch) milieu als door het uitwendig milieu (temperatuur, verlate prikkelbestuiving, groeiregulatoren) te worden beïnvloed. De relatieve verschillen in frequentie waren in een aantal gevallen aanzienlijk (bijv. na behandeling met GA3-oplossingen en na verlate prikkelbestuiving), in absolute zin echter waren de verschillen in aantal gevormde matromorfe zaden meestal gering. Dit beïnvloedt de bruikbaarheid van de matromorfie in Brassica oleracea in ongunstige zin omdat de aantallen matromorfe planten die uit prikkel te bestuiven populaties worden verkregen waarschijnlijk zo gering zullen zijn dat selectie bij deze planten op o.a. goede algemene en specifieke combinatiegeschiktheid daardoor aanzienlijk wordt bemoeilijkt of onmogelijk is. Onderzoek aan kwalitatieve en kwantitatieve eigenschappen van matromorfe planten toonde aan dat de matromorfe planten heterozygoot zijn. Tussen de planten waren echter aanzienlijke verschillen in homozygotieniveau aanwezig. Sommige matromorfe planten leken een enigszins hoger niveau van homozygotie te hebben dan corresponderende controle planten ontstaan na zelfbestuiving. Volledig of vrijwel volledig homozygote matromorfe planten werden niet aangetroffen. Dit heeft tot gevolg dat de matromorfe planten niet kunnen worden gebruikt als ouders bij de productie van Fl-hybriden. Door cytologisch en embryologisch onderzoek werd aangetoond dat de verschillen in homozygotieniveau zeer waarschijnlijk een gevolg zijn van verschillende afwijkingen in kern- of celdelingen tijdens de meiose waardoor diploide heterozygote eicellen worden gevormd.

Bibliographic Details

Main Author:	Eenink, A.H.
Other Authors:	Sneep, J.
Format:	Doctoral thesis biblioteca
Language:	English
Published:	IVT
Subjects:	brassica oleracea, cabbages, koolsoorten,
Online Access:	https://research.wur.nl/en/publications/matromorfie-in-brassica-oleracea-l
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!