[go: up one dir, main page]

DE19829853A1 - Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung - Google Patents

Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung

Info

Publication number
DE19829853A1
DE19829853A1 DE1998129853 DE19829853A DE19829853A1 DE 19829853 A1 DE19829853 A1 DE 19829853A1 DE 1998129853 DE1998129853 DE 1998129853 DE 19829853 A DE19829853 A DE 19829853A DE 19829853 A1 DE19829853 A1 DE 19829853A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
protoplasts
fusion
plants
helianthus
incubation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE1998129853
Other languages
English (en)
Inventor
Heide Schnabl
Ruth Wingender
Hans Joachim Henn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE1998129853 priority Critical patent/DE19829853A1/de
Priority to PCT/DE1999/002062 priority patent/WO2000001221A2/de
Priority to AU58480/99A priority patent/AU5848099A/en
Publication of DE19829853A1 publication Critical patent/DE19829853A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/10Cells modified by introduction of foreign genetic material
    • C12N5/12Fused cells, e.g. hybridomas
    • C12N5/14Plant cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Gewinnung von Protoplasten aus Blättern von Pflanzen, zur Fusion von Protoplasten und zur Herstellung einer Pflanze mit neuen Eigenschaften nach der Fusion von Protoplasten sowie die Verwendung dieser Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Gewinnung von Protoplasten aus Blättern von Pflanzen, zur Fusion von Protoplasten und zur Herstellung einer Pflanze mit neuen Eigenschaften (z. B. Pilzresistenz) nach der Fusion von Protoplasten sowie die Verwendung dieser Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung.
Die Verwendung nur einer cytoplasmatisch männlichen Sterilität zur Erstellung von Inzuchtlinien (Leclerq, Amélior. Plantes 99-109, 1969) in der konventionellen Sonnenblumen-Hybridzüchtung hat die genetische Variabilität der Sonnenblume stark eingeschränkt. Die zahlreichen Helianthus- Wildarten zeigen hingegen eine große Variabilität für züchterisch interessante Merkmale wie Fettsäuregehalt und -zusammensetzung (Seiler, Econom. Bot. 271-279, 1994; Christov, FAO Progr. Rep. Evaluation of wild Helianthus species 31-62, 1994;) Trockentoleranz, cytoplasmatische männliche Sterilitat sowie Pilz- und Insektenresistenz (Henn et al. Angew. Bot. 5-9, 1997; Seiler, Field Crop Res. 195-230, 1992; Serieys, FAO Progr. Rep. Gentic Evaluation and use of Helianthus wild species and their use in breeding programs 18-23, 1987). Somit stellen die Wildarten der Sonnenblume wichtige Genressourcen für die Kulturform dar und konnten auch in einigen Fällen erfolgreich eingesetzt werden. Die interspezifische Hybridisierung ist jedoch aufgrund von Inkompatibilität, genetischer Distanz und erhöhter Chromosomenzahl in vielen Fällen sehr schwierig, wenn nicht unmöglich. H. annuus kann leicht mit anderen diploiden annuellen Arten gekreuzt werden, bei den perennierenden Arten wird jedoch häufig das Absterben des Embryos, geringe Befruchtungsrate und Sterilität der F1-Generation (Seiler 1992 s. o.) beobachtet. Letzterem kann mit Hilfe einer Colchicinbehandlung entgegengewirkt werden (Jan & Chandler Crop Sci. 643-646, 1988), doch mit bislang unbekannten Konsequenzen für die weiteren Generationen. Ähnliche Probleme treten auch bei Anwendung der Methode des "embryo rescue" auf, einem biotechnologischem Verfahren, in dem das nach Befruchtung gebildete Embryo in die Sterilkultur überführt wird (Kräuter et al. Theor. Appl Genet. 521-525, 1991). Eine weitere Möglichkeit, Kreuzungsbarrieren zu überwinden, besteht in der somatischen Zellfusion, bei der zellwandlose Gewebezellen von Donor- und Akzeptor-pflanzen miteinander verschmolzen werden. Die entstandenen Hybridzellen können anschließend in Kultur genommen und zu Pflanzen regeneriert werden.
1. Sterilkultur und Klonierung von Wildarten der Sonnenblume (Helianthus ssp.)
Die in vitro Propagation wird meist im Zierpflanzenanbau eingesetzt zur Produktion von vielen genetisch identischen Pflanzen auf einer kleinen Produktionsfläche. Die perennierenden Wildarten der Sonnenblume stellen Zierpflanzen dar, jedoch werden sie nicht über die in vitro Propagation vermehrt, da sie als mehrjährige Pflanzen über Rhizome verfügen, die unter Einsatz gärtnerischer Praxis eine leichte Vermehrung der Pflanzen gewährleisten. Über die in vitro Propagation von Helianthus giganteus berichteten Krasnyanski & Menczel (Plant Cell Rep. 232-235, 1995) jedoch mit wenigen technischen Details. Genauere Angaben für die sterile Anzucht und Propagation gaben Imhoff et al. (Angew. Bot. 70, 137-139, 1996) für Helianthus gigankteus, H. x laetiflorus und H. pauciflorus.
2. Regeneration von fertilen Pflanzen aus Protoplasten von Helianthus-Arten
Die Regeneration von fertilen Pflanzen, ausgehend von H. annuus Protoplasten, wurde bereits mit verschiedenen Medien sowie Hormonzugaben erreicht. Die Bildung von Sprossen aufgrund von Embryogenese (Krasnyanski & Menczel, Plant Cell Rep. 12, 260-263, 1993; Barth et al. Bot Acta 106, 220-222, 1993) als auch Organogenese (Binding et al. Zeitschr. f Pflanzenphysiol. 101, 119-130, 1981, Burrris et al. Plant Cell Rep. 10, 161-166, 1991, Fischer et al. Plant Cell Rep. 11, 632-636, 1992) wurde beschrieben. Alle diese Protokolle waren allerdings nur für jeweils wenige Sonnenblumengenotypen anwendbar. Ein Regenerationsprotokoll, das bei vier getesteten Sonnenblumensorten, zwar mit unterschiedlicher Effizienz, doch in jedem Fall fertile Pflanzen ergab, wurde von Wingender et al. (Plant Cell Rep. 15, 742-745, 1996) beschrieben.
Bei Wildarten der Sonnenblume wurde von Protoplasten ausgehende Regeneration von Pflanzen für H. petiolaris (Chanabe et al. Plant Cell Rep. 9, 635-638, 1991) und für H. praecox, H. scaberimus und H. rigidus (Bohorova et al. Plant Cell Rep. 5, 256-258, 1986) berichtet, wobei letztere keine näheren Angaben zur Kultur machten. Eine hohe Ausbeute an embryogenen Calli und Pflanzen wurde im Fall von H. giganteus (Krasnyanski et al. Plant Cell Rep. 11, 7-10, 1992) und H. maximiliani (Polgar & Krasnyanski Plant Sci. 87, 191-197, 1992) erhalten.
3. Regeneration von fertilen Pflanzen aus Hybridzellen von Helihanthus annuus und Helianthus ssp.
Die Regeneration von Hybriden nach Zellfusion von H. annuus und H. giganteus Protoplasten wurde von Krasnyanski & Menczel (Plant Cell Rep. 14, 232-235, 1995) beschrieben. Von über hundert Pflanzen produzierten aber nur zwei nach Selbstung Samen, während alle anderen steril waren.
Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue verbesserte Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung von Kultursonnenblume und Wildarten der Sonnenblume bereitzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein neues Verfahren zur Gewinnung von zellwandlosen Zellen (Protoplasten) aus Blättern, ein Verfahren zur Fusion von Protoplasten und die Herstellung einer Pflanze mit neuen Eigenschaften (z. B. Pilzresistenz) nach der Fusion der Protoplasten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung von Protoplasten aus Blättern von Wildarten der Sonnenblume (Helianthus ssp.) und zur Fusion von Protoplasten einer Kultursonnenblume (Helianthus annuus L.) einerseits und einer Wildart der Sonnenblume (Helianthus ssp.) andererseits und zur Regeneration von einzelnen Hybridzellen zu voll entwickelten Pflanzen eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Protoplasten aus Blättern umfaßt die Inkubation von Streifen der Blätter der obersten zwei bis fünf Nodi in Mesophyll-Enzymlösung, enthaltend Cellulase, Pectolyase, Macerocym und Driselase über 10-24 Stunden bei 10-24°C, die Erhöhung der Temperatur auf 16-30°C und die Inkubation unter Schütteln über etwa 30 Minuten und die nachfolgende Aufreinigung der Protoplasten. Vorzugsweise enthält die Mesophyll- Enzymlösung 0,05-0,25% Cellulase, 0,01-0,15% Pectolyase, 0,25-1,5% Macerocym und 0,001-0,025% Driselase. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Protoplasten stammen die Blätter von einer Helianthus-Wildart.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fusion von Protoplasten umfaßt das Mischen der Protoplasten bei einer Dichte von 1-4.4 Millionen Protoplasten/ml, die nachfolgende Zugabe eines gleichen Volumens einer Fusionslösung, umfassend 10-25% PEG (Polyethylenglycol) und 3-14% DMSO (Dimethylsulfoxid), die Inkubation für 10-30 Minuten bei Raumtemperatur im Licht und die nachfolgende Zugabe eines Salzpuffers und die Inkubation für 1 bis 3 Stunden bei Raumtemperatur im Licht. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fusion von Protoplasten umfaßt die Fusionslösung 10-25% PEG und 6-14% DMSO, insbesondere 15-20% PEG und 3-7% DMSO. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fusion der Protoplasten werden Protoplasten von Helianthus annuus mit Protoplasten einer Helianthus-Wildart fusioniert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Pflanze oder von Reproduktionsmaterial dieser Pflanze umfaßt die Fusion von Protoplasten gemäß dem vorstehend genannten Verfahren und die Regenerierung von Pflanzen oder Reproduktionsmaterial dieser Pflanzen oder von beidem aus dem Protoplasten und gegebenenfalls das biologische Replizieren der regenerierten Pflanzen oder des Reproduktionsmaterials von diesen Pflanzen.
Zur Gewinnung von Protoplasten aus Blättern von Wildarten der Sonnenblume wurde ein von allen Literaturstellen (Chanabe et al. Plant Cell Rep. 9, 635-638, 1991; Bohorova et al. Plant Cell Rep. 5, 256-258, 1986; Krasnyanski et al. Plant Cell Rep. 11, 7-10, 1992; Polgar & Krasnyanski Plant Sci. 87, 191-197, 1992; Imhoff et al. Angew. Bot. 70, 137-139, 1996) abweichendes Verfahren entwickelt, das reproduzierbar hohe Ausbeuten vitaler Protoplasten gewährleistet.
Hierbei erwies sich die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Zusammensetzung des Inkubationsmediums, speziell die Konzentration und die Art der eingesetzten Enzyme als entscheidend. Das erfindungsgemäße Verfahren konnte bei allen bislang getesteten Wildarten der Sonnenblume eingesetzt werden und erübrigt somit aufwendige Optimierungsschritte für einzelne Arten. Vor der Weiterverwendung wurden die Protoplasten im Gegensatz zu Chanabe et al. (Plant Cell Rep. 9, 635-638, 1991), die deutlich längere Inkubationszeiten verwendeten, zwei Stunden bei Raumtemperatur im Dunklen gelagert, was wesentlich zur Überwindung des Protoplastierstresses beitrug.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fusion von Protoplasten gewährleistete bei einer Fusion von Protoplasten der Kultursorte der Sonnenblume mit denen einer Wildart Fusionsraten von 3-10%. Abweichend von der üblichen Praxis hierzu nur eine Chemikalie einzusetzen, erwies sich die Kombination von Polyethylenglykol (PEG) und Dimethylsulfoxid (DMSO) in Konzentrationen von 10-25% PEG zu 3-14% DMSO als erfolgreich, um die vorstehend genannten Fusionsraten zu erzielen. Die Verwendung der von Krasnyanski & Menczel (Plant Cell Rep. 14, 232-235, 1995) beschriebenen Methode (25% PEG) brachte in keinem Fall ein zufriedenstellendes Ergebnis.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß das Mischen der Protoplasten bei einer Dichte von 1- 4.4 Millionen Protoplasten/ml, die nachfolgende Zugabe eines gleichen Volumens einer Fusionslösung, umfassend 10-25% PEG (Polyethylenglycol) und 3-14% DMSO (Dimethylsulfoxid), die Inkubation für 10-30 Minuten bei Raumtemperatur im Licht und die nachfolgende Zugabe eines Salzpuffers und die Inkubation für 1 bis 3 Stunden bei Raumtemperatur im Licht zu besonders hohen Fusionsraten führte. Besonders vorteilhaft erwies sich eine Fusionslösung enthaltend 10-25% PEG und 6-14% DMSO, insbesondere 15-20% PEG und 3-7% DMSO bei der Fusion von Protoplasten von Helianthus annuus mit Protoplasten einer Helianthus-Wildart.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Regenerationsverfahren für Hybridzellen, das den Erhalt von fertilen interspezifischen Hybriden mit den Donorarten H. maximiliani und H. giganteus gewährleistet. Hierbei war zu beachten, daß die Hybride ein von den jeweiligen parentalen Genotypen abweichendes Verhalten in der Kultur aufweisen. Es wurden Einbettungsdichten, Licht- und Temperaturbedingungen sowie die Abfolge des Phytohormonregimes diesen besonderen Ansprüchen entsprechend entwickelt und eine Hormonbehandlung zur Bewurzelung eingeführt. Die Regeneration erfolgte in Anlehnung an das für H. annuus beschriebene Protokoll (Wingender et al. Plant Cell Rep. 742-745, 1996), wobei jedoch für die Hybride die Zeitspannen der einzelnen Kulturschritte in Abhängigkeit zum Donorgenotyp modifiziert wurden. Hierbei erwies sich die 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure- Behandlung als besonders kritisch, weshalb die Zeitspanne hier auf maximal fünf Tage verkürzt wurde. Im weiteren Verlauf des Regenerationsprotokolls wurden die Zeitspannen den Entwicklungszuständen der Mikrokalli und später gebildeten größeren Kalli angepaßt, so daß die zeitliche Weiterführung der Kulturschritte von Fall zu Fall entschieden wurde. Weiterhin gelang es erstmalig, die erhaltenen Regenerate mittels einer Auxinbehandlung und weiterer Subkultivierung auf hormonfreiem Medium zu bewurzeln, wodurch die aufwendige Pfropfung auf eine Wildunterlage umgangen wurde. Es wurden 125 somatische Hybride zwischen H. annuus und H. maximiliani sowie 47 somatische Hybride zwischen H. annuus und H. giganteus erhalten. Im Gegensatz zu Krasnyanski & Menczel (Plant Cell Rep. 14, 232-235, 1995) wurden nach Selbstung von allen Pflanzen Samen erhalten, die auch keimfähig waren. Der Hybridcharakter der Pflanzen konnte auf genetischer Ebene mittels der RAPD-PCR-Analyse bestätigt werden.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung und sind nicht als einschränkend aufzufassen.
Beispiel 1 Gewinnung von Protoplasten
Zur Isolation der Mesophyllzeliprotoplasten (MCPs) werden Blätter der obersten zwei bis fünf Nodi von einwöchigen bis fünf vorzugsweise zwei bis drei Wochen alten in vitro propagierten Pflanzen abgeschnitten, in ca. 1 mm breite Streifen geschnitten und in 10-30, vorzugsweise 15-25, insbesondere 18-22 ml Mesophyll-Enzymlösung, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist, im Dunklen inkubiert.
Tabelle 1
Zusammensetzung der Mesophyll-Enzymlösung
Der pH wird auf 4,0-7,0, vorzugsweise auf 5,0-6,5, insbesondere auf 5,5-5,8 eingestellt und die Lösung sterilfiltriert.
In der beispielsweise 10-24, vorzugsweise 14-22, insbesondere 16-20 stündigen ersten Phase der Inkubation bei beispielsweise 10-24, insbesondere 14-22, vorzugsweise bei 16-20°C wird zunächst das Gewebe mit der Lösung infiltriert. Nach Erhöhung der Temperatur auf beispielsweise 16-30, insbesondere 20-28, vorzugsweise 24-27°C und Schütteln bei 60 - 110, vorzugsweise 70-90, insbesondere 75-85 rpm werden nach 1-1,5 h die Protoplasten freigesetzt. Zu deren Aufreinigung wird der gesamte Ansatz zunächst durch ein Edelstahlsieb mit einer Maschenweiten von 50 µm filtriert und das Filtrat anschließend 2-8, vorzugsweise 3,5-6,5, insbesondere 4,5-5,5 min bei 30-70, vorzugsweise bei 40-60, insbesondere bei 45-55 g zentrifugiert. Die pelletierten Protoplasten werden in 8 ml Saccharoselösung (0,3-0,7 M Saccharaose, 0,5-1,5 mM CaCl2, 0,1-0,5 mM MES, pH 4-7) resuspendiert und mit 2 ml Salzpuffer (0,1-0,5 M KCl, 0,005-0,015 M CaCl2, 0,1-5 M MES, pH 4-7) überschichtet. In der Interphase dieses diskontinuierlichen 2-Phasen Gradienten sammeln sich nach erneuter Zentrifugation bei 30-70g, vorzugsweise bei 40-60g, insbesondere bei 45-55g, für 2-8 min, die intakten Protoplasten. Die Anzahl der gereinigten Protoplasten wird im Fuchs-Rosenthal-Hämocytometer bestimmt.
Beispiel 2 Protoplastenfusion und Regeneration der Hybride a) Fusion
Zur Fusion von H. annuus Hypokotylptrotoplasten mit Mesophyllprotoplasten einer Helianthus- Wildart wurden diese beispielsweise im Verhältnis 1 : 2 (HCPs : MCPs) gemischt und eine Dichte von 1-4,4, insbesondere 1,5-3, vorzugsweise von 1,8-2,4 Mio Protoplasten/ml eingestellt. Von dieser Protoplastenmischung werden 150-350, vorzugsweise 180-330, insbesondere 200-300 µl in die Mitte einer Petrischale (∅ 10 cm) gegeben und vorsichtig mit dem gleichen Volumen der jeweiligen Fusionslösung gemischt. Die Inkubation erfolgt für 10-30, vorzugsweise bei 15-25, insbesondere 18-22 min bei RT im Licht. Anschließend werden vorsichtig 10-30, vorzugsweise 15-25, insbesondere 18-22 ml Salzpuffer (s. o.) hinzugegeben und für 1-3 vorzugsweise 1,5-2,5, insbesondere 1,8-2,2 h bei RT im Licht inkubiert. Die Zusammensetzung der jeweiligen Fusionslösung in Abhängigkeit von der verwenden Wildart wird in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Zusammensetzung der Fusionslösungen
Die Ansätze werden 2-8, vorzugsweise 3,5-6, insbesondere 4,5-5,5 min bei 80-160, vorzugsweise bei 100-140, insbesondere bei 110-130g zentrifugiert, das Protoplastenpellet mit 150-250, vorzugsweise 190-230, insbesondere mit 185-215 µl Salzpuffer resuspendiert und die Gesamtzahl an Protoplasten sowie die Fusionsrate im Fuchs-Rosenthal-Hämocytometer bestimmt.
b) Regeneration
Die Protoplasten werden in einer Dichte von 2×104-1×105, vorzugsweise 5×104-9×104, insbesondere 6×104-8×104 ml-1 in 32-40, vorzugsweise 33-38, insbesondere 34-36°C warme Agarose (0,5%ig in mKM-Medium nach Wingender et al. Plant Cell Rep. 15, 742-745, 1996 oder KMAR-Medium nach Schemionek, Dissertation Universität Bonn 1995 oder in VKM-Medium nach Binding & Nehls Z. Pflanzenphysiol. 85, 279-280, 1977 oder in Kultivierungs-Medium nach Kao & Michayluk Planta 126, 105-110, 1975) gegeben und in Tropfen von 20-80, vorzugsweise 30-70, insbesondere von 40-60 µl in Plastikpetrischalen (∅ 10 cm) verteilt, wobei pro Schale 10-50, vorzugsweise 15-35, insbesondere 18-25 Tropfen ausplattiert werden. Nach Erstarren der Agarose werden die Tropfen mit 5-15, vorzugsweise 9,5-14, insbesondere mit 10-12 ml pro Petrischale Regenerations-Flüssigmedium (400-700, vorzugsweise 450-650, insbesondere, 550-600 mosml) überschichtet und bei 16-30, vorzugsweise 20-28, insbesondere bei 24-26°C im Dunkeln inkubiert. Im Verlauf der Kultur wird das Flüssigmedium zwei- bis fünfmal gewechselt, wobei der Zeitpunkt des Wechsels vom Entwicklungsstadium der Zellen bzw. Mikrokolonien bestimmt wird. Bei jedem Mediumwechsel wird die Osmolarität des Mediums um 70-140 mosmol verringert und die Hormonzusammensetzung verändert.
Tabelle 3
Zusammensetzung des flüssigen Regenerations-Mediums
Der pH wird auf 4,0-7,0, vorzugsweise auf 5,0-6,5, insbesondere auf 5,5-5,8 eingestellt und die Lösung sterilfiltriert.
Schritt 1: Zu Beginn der Kultur werden dem Medium die Phytohormone BAP und NAA zugesetzt. BAP in einer Konzentration von 1-10 µM, vorzugsweise 2-6 µM, insbesondere 4 µM und NAA in einer Konzentration von 1-10 µM, vorzugsweise 2-6 µM, insbesondere 5 µM. Je nach Zellteilungsrate und Entwicklung der eingebetteten Zellen erfolgt der Wechsel des Mediums nach 4-12, vorzugsweise 6-10, insbesondere 7-8 Tagen. Schritt 2: Das neue Medium enthält das Phytohormon 2,4-D in einer Konzentration von 2-20, vorzugsweise 5-15, insbesondere 8-12 µM. Die Dauer der Kultivierung beträgt 2-10, vorzugsweise 4-8, insbesondere 5-7 Tage. Danach wird das Medium erneut gewechselt. Schritt 3: Dieses enthält BAP und NAA, wobei die BAP-Konzentration der in Schritt 1 verwendeten entspricht; NAA jedoch in einer Konzentration von 0.1-1, vorzugsweise 0,3-0,8, insbesondere 0,4-0,6 µM. Die Kultivierungsdauer entspricht der in Schritt 1 angegebenen. Schritt 4: Es erfolgt ein erneuter Medienwechsel, jedoch keine Veränderung in der Hormonzugabe. Die Kulturen werden jetzt jedoch bei 16-30, vorzugsweise 20-28, insbesondere bei 24-26°C in einer Lichtperiode von 6-16, vorzugsweise 8-14, insbesondere 11-13 Stunden weiterkultiviert. Die Kulturdauer richtet sich nach dem Entwicklungszustand der Kolonien; vor dem nächsten Subkultivierungsschritt müssen sie eine Mindestgröße von 1 mm Durchmesser erreicht haben. Hierfür werden erfahrungsgemäß 6-14 Tage benötigt. Schritt 5: Die weitere Kultivierung wird auf Festmedium durchgeführt. Hierzu werden die Kolonien aus den Agarosetropfen mittels geeigneter Maßnahmen wie vorsichtiges Zerdrücken der Tropfen oder Auflösen der Agarose oder Zerschneiden derselben freigesetzt und auf Differenzierungsmedium (Tabelle 4) überführt. Pro Petrischale (∅ 10 cm) werden Kolonien aus 2-12, vorzugsweise 4-10, insbesondere 5-7 Agarosetropfen aufgebracht und wie unter Schritt 4 angegeben kultiviert.
Tabelle 4
Zusammensetzung des Differenzierungsmediums
Der pH wird auf 4,0-7,0, vorzugsweise auf 5,0-6,5, insbesondere auf 5,5-5,8 eingestellt und die Lösung autoklaviert. Sterilfiltrierte Vitamine und Hormone werden anschließend zugesetzt. Die Konzentration an BAP entspricht der unter Schritt 4 angegebenen während NAA in einer Endkonzentration von 0,05-0,4, vorzugsweise 0,08-0,2, insbesondere 0,09-0,12 µM zugesetzt wird. Schritt 6: Sobald die Kalli grüne, organogene Strukturen aufweisen, werden 1-10, insbesondere 3-7, vorzugsweise 4-6 Kalli in Petrischalen (∅ 5 cm), die Sproßmedium (Tabelle 5) enthalten, umgesetzt.
Tabelle 5
Zusammensetzung des Sproßmediums
Der pH wird auf 4,0-7,0, vorzugsweise auf 5,0-6,5, insbesondere auf 5,5-5,8 eingestellt und die Lösung autoklaviert. Die Vitamine werden nach dem Autoklavieren hinzugegeben. Im weiteren Verlauf der Kultur entwickeln sich kleine Sprosse, die von umgebenden Kallusgewebe befreit werden und anschließend jeweils auf Sproßmedium subkultiviert werden. Da häufig neuer Wundkallus gebildet wird, muß dieser Vorgang des Entfernens von Kallus und Subkultivierung auf frischem Medium meist mehrfach wiederholt werden. Hierbei wird graduell die Wahl des Kultivierungsgefässes der Streckung der Sprosse angepaßt. Schritt 7: Haben die Sprosse eine Lange von 0,5-2, vorzugsweise von 0,8-1,8, insbesondere von 1-1,5 cm erreicht, so werden sie an der Basis abgeschnitten und diese für kurze Zeit in 2-10, vorzugsweise 4- 8, insbesondere 5- 5,5 M NAA-Lösung getaucht. Die weitere Kultivierung erfolgt auf modifiziertem Sproßmedium (Tabelle 6).
Tabelle 6
Zusammensetzung des modifizierten Sproßmediums
Der pH wird auf 4,0-7,0, vorzugsweise auf 5,0-6,5, insbesondere auf 5,5-5,8 eingestellt und die Lösung autoklaviert. Die Vitamine werden nach dem Autoklavieren hinzugegeben. Im weiteren Verlauf bewurzeln sich die Sprosse und bilden kleine Pflanzen. Sprosse, die Wundkallus bilden, müssen erneut abgeschnitten und die NAA-Behandlung wiederholt werden. Die Pflanzen werden nachdem sie eine Größe von 4-5 cm erreicht haben, in steriles Substrat aus Erde und Vermiculite bzw. Sand überführt und im Gewächshaus weiterkultiviert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Isolation von Protoplasten konnten Ausbeuten an Protoplasten zwischen 2×106 (H. maximiliani, H. nuttallii) - 3×106 (H. giganteus) g-1 Frischgewicht und Teilungsraten (als Maß der Vitalität) nach einer Woche Kultur von 60-70% für alle Genotypen erzielt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fusion der Protoplasten konnten Fusionsraten von 8-10% für verschiedene Genotypen und Teilungsraten nach einer Woche Kultur von 40-50% erzielt werden, wobei nur ein sehr geringer Verlust durch Absterben der Protoplasten aufgrund der Fusionslösungen zu beobachten war.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regeneration von interspezifischen Hybriden mit neuen Eigenschaften (z. B. Pilzresistenz) weist die folgenden Vorteile auf:
  • - Bewurzelung der Regenerate durch kurze Hormonbehandlung, keine Pfropfung notwendig
  • - Erhalt von zum größten Teil (80%) fertilen Pflanzen
  • - Einbringung von Wildartgenom in die Kultursonnenblume unter Umgehung der Kreuzungsbarriere zwischen den Arten, zum Zwecke des Erhaltens von Pflanzen mit neuen Eigenschaften (z. B. Pilzresistenz).
Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen, 1. die reproduzierbare Isolierung von Protoplasten zum Beispiel aus Wildarten der Sonnenblume, 2. deren effiziente und gleichzeitig schonende Fusion mit Protoplasten zum Beispiel aus der Kultursonnenblume und 3. die Regeneration von interspezifischen, fertilen Hybriden der Arten mit neuen Eigenschaften. Diese Verfahren dienen dazu, die Kreuzungsbarriere zum Beispiel zwischen Kultursonnenblume und deren perennierenden Wildarten zu umgehen und so die in den Wildarten vorhandenen agronomisch interessanten genetischen Eigenschaften zum Beispiel für die Sonnenblumenzüchtung zugänglich zu machen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Gewinnung von Protoplasten aus Blättern umfassend
die Inkubation von Streifen der Blätter der obersten zwei bis fünf Nodi in Mesophyll- Enzymlösung, enthaltend Cellulase, Pectolyase, Macerocym und Driselase über 10-24 Stunden bei 10-24°C,
die Erhöhung der Temperatur auf 16-30°C und die Inkubation unter Schütteln über etwa 30 Minuten und
nachfolgender Aufreinigung der Protoplasten.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mesophyll-Enzymlösung 0,05-0,25% Cellulase, 0,01-0,15% Pectolyase, 0,25-1,5% Macerocym und 0,001-0,025% Driselase enthält.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter von einer Helianthus-Wildart stammen.
4. Verfahren zur Fusion von Protoplasten durch Mischen der Protoplasten bei einer Dichte von 1-4.4 Millionen Protoplasten/ml, nachfolgender Zugabe eines gleichen Volumens einer Fusionslösung, umfassend 10-25% PEG und 3-14% DMSO, Inkubation für 10-30 Minuten bei Raumtemperatur im Licht und nachfolgender Zugabe eines Salzpuffers und Inkubation für 1 bis 3 Stunden bei Raumtemperatur im Licht.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fusionslösung 10-25% PEG
70-110 mM Mannit
40-80 mM CaCl2
20-30 mM Glycin
3-14% DMSO
umfaßt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Protoplasten von Helianthus annuus mit Protoplasten einer Helianthus-Wildart gemischt werden, um Pflanzen mit neuen Eigenschaften zu erhalten.
7. Verfahren zur Herstellung einer Pflanze oder von Reproduktionsmaterial dieser Pflanze,
wobei das Verfahren umfaßt,
die Fusion von Protoplasten gemäß einem der Ansprüche 4-6,
die Regenerierung von Pflanzen oder Reproduktionsmaterial dieser Pflanzen oder von beidem aus dem Protoplasten und
gegebenenfalls das biologische Replizieren der regenerierten Pflanzen oder des Reproduktionsmaterials von diesen Pflanzen.
8. Pflanzen erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7.
9. Pflanzenzellen erhältlich durch die Fusion der Protoplasten gemäß einem der Ansprüche 4-6.
DE1998129853 1998-07-03 1998-07-03 Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung Withdrawn DE19829853A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998129853 DE19829853A1 (de) 1998-07-03 1998-07-03 Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung
PCT/DE1999/002062 WO2000001221A2 (de) 1998-07-03 1999-07-05 Verfahren zur interspezifischen hybridisierung
AU58480/99A AU5848099A (en) 1998-07-03 1999-07-05 Methods for interspecific hybridization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998129853 DE19829853A1 (de) 1998-07-03 1998-07-03 Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19829853A1 true DE19829853A1 (de) 2000-01-05

Family

ID=7872937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1998129853 Withdrawn DE19829853A1 (de) 1998-07-03 1998-07-03 Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU5848099A (de)
DE (1) DE19829853A1 (de)
WO (1) WO2000001221A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108707595B (zh) * 2018-07-03 2021-07-27 华东理工大学 一种提高真菌产纤维素酶产量的方法
CN115820532B (zh) * 2022-12-09 2023-10-31 广州元信生物科技有限公司 一种香蕉幼根原生质体的解离方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5215903A (en) * 1983-08-04 1993-06-01 Ciba-Geigy Corporation Process for the maintenance and proliferation of defective non-infectious virus genomes in proliferating plant materials
US5384253A (en) * 1990-12-28 1995-01-24 Dekalb Genetics Corporation Genetic transformation of maize cells by electroporation of cells pretreated with pectin degrading enzymes
AU667301B2 (en) * 1992-03-24 1996-03-21 Japan Tobacco Inc. Process for reducing seed storage proteins and process for transforming plants
NL1001554C2 (nl) * 1995-11-02 1996-08-02 Enza Zaden De Enkhuizer Zaadha Cytoplasmatisch mannelijk steriele plant van een groentegewas van de familie der Compositae, alsmede werkwijze voor het verkrijgen van een dergelijke plant.
AU2914897A (en) * 1996-05-20 1997-12-09 Cooperatieve Verkoop- En Productievereniging Van Aardappelmeel En Derivaten Avebe B.A. Methods for producing and transforming cassave protoplasts

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000001221A3 (de) 2000-06-22
AU5848099A (en) 2000-01-24
WO2000001221A2 (de) 2000-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69617749T2 (de) Transformation von baumwollpflanzen
John-Shang et al. Investigations on the anther culture in vitro of Nicotiana tabacum L. and Capsicum annuum L.
DE69434870T2 (de) Verfahren zur Herstellung von aus Meristemen abgeleiteten To-Generationen vollständig transgener Pflanzen
DE3401291C2 (de) Verfahren zur Massenvermehrung einjähriger Nutzpflanzen
DE69818490T2 (de) Herstellung von zuckerrohr
Karnosky et al. Elms (Ulmus spp.)
Meier-Dinkel et al. Aging in tree species: present knowledge
DE69507146T3 (de) Zytoplasmische männliche-sterile Pflanzenzelle der Compositae Familie und Verfahren zur Herstellung der Pflanze
EP0129668B1 (de) Vermehrungsverfahren für pflanzliche Zellverbände
DE19829853A1 (de) Verfahren zur interspezifischen Hybridisierung
Čellárová Micropropagation of Mentha L.
DE3343894A1 (de) Verfahren zur vermehrung von pflanzen
EP0317512B1 (de) Eine leistungsfähige Methode, Baumwolle aus kultivierten Zellen zu regenerieren
DE69019034T3 (de) Verfahren zur Produktion von Hybridpflanzen von Allium.
Ren et al. Efficient somatic embryogenesis and bulblet regeneration of the endangered bulbous flower Griffinia liboniana
DE69331696T2 (de) Stabilisierte kultur von zellularaggregaten und verfahren zur entwicklung von embryos aus proembryogenen stämmen für die regeneration von weinreben
DE2842179A1 (de) Somatische hybriden aus kartoffeln und tomaten sowie ein reproduzierbares verfahren zu deren zuechtung
CN107455153A (zh) 一种文旦柚种植方法
DE68910069T3 (de) Pflanzenzüchtung.
DE3248379C1 (de) Verfahren zur Kultur und Selektion somatischer Hybriden
Gopi et al. In vitro plant regeneration through somatic embryogenesis in medicinally important leaf explants of Coleus forskohlii Briq
DE69822154T2 (de) Verfahren zur kultivierung pflanzlicher embryonen
DE68911833T2 (de) Verfahren zur Herstellung männlich steriler Tomatenpflanzen.
Nirmalakumari Effect of phytohormones on the In vitro callus formation in Vitex negundo L.
Walton et al. Electrofusion of protoplasts and heterokaryon survival in the genus Medicago

Legal Events

Date Code Title Description
8141 Disposal/no request for examination