Stress as a trigger for androgenesis induction in isolated microspore culture of wheat (Triticum aestivum L.)

The effect of various stress treatments (cold, heat, starvation) and its combinations on androgenesis induction in isolated microspore cultures of spring wheat (Triticum aestivum L.) was under the study. On the basis of our preliminary experiments, spring wheat cultivar Minaret recognized as responsive for androgenic development was selected and used in the study. The anthers were aseptically isolated from freshly cut or cold-pretreated (9-14 days at 4°C) tillers. The anthers were precultured in starvation B medium or rich AT3 medium at 5, 26 or 33°C. After 4 days, microspores were mechanically isolated and cultured in AT3 medium at a density 1 x 10⁵ microspores per cm³, at 26°C, in the dark. Well-developed embryos were transferred to solid 190-2 medium and cultured at 26°C, in the dim light. Cytological observations were done in 2-weeks intervals with inverted light microscope. The analysis of the number of spontaneously shed microspores and its cytological characterization conducted after 4-day anther pre-culture was a good indicator of culture androgenic potential. The effectiveness of androgenesis induction was depended on the type and sequence of stress treatments. The highest intensity of stress treatment (combination of cold pretreatment of tillers with heat and carbohydrate/nitrogen starvation stresses applied to anthers) induced the most effective androgenic development and as result a great number (about 100 per dish) of multicellular androgenic structures were formed. However, the final effect (the number of globular embryos big enough to be transferred onto regeneration medium) was not satisfying (max 50 embryos per dish). Cold shock applied both to tillers or anthers enhanced androgenic development and plant regeneration. The percentage of regenerating embryos ranging from 0 to 50%. However all regenerates were chlorophyll-lacking (albino) plants. In the control cultures (no stress treatment) microspores continued their normal gametophytic development.

W przedstawionej pracy badano zdolności do rozwoju androgenicznego w kulturach izolowanych mikrospor pszenicy jarej poddanej działaniu różnych czynników stresowych. Ze świeżo ściętych lub uprzednio traktowanych chłodem kłosów (9-14 dni w 4°C) izolowano pylniki wykładając je na płynną pożywkę hodowlaną AT3 lub płynną pożywkę „głodową” B. Kultury umieszczano w temperaturze 5, 26 lub 33°C. Mikrospory izolowano mechanicznie i hodowano w pożywce AT3, w ciemności, w 26°C. Zregenerowane zarodki przenoszono na stałą pożywkę 190-2 i hodowano w 26°C. Hodowli towarzyszyły obserwacje cytologiczne wykonywane przy użyciu świetlnego mikroskopu odwróconego. W kulturach izolowanych mikrospor badanego genotypu pszenicy jarej, stres okazał się być czynnikiem niezbędnym dla zaindukowania rozwoju androgenicznego; mikrospory niepoddane działaniu stresu kontynuowały gametofityczną drogę rozwoju. Dobór czynnika indukującego stres wpływał znacząco na efektywność androgenezy i zdolności regeneracyjne zarodków. Wstępne traktowanie chłodem kłosów nie było czynnikiem niezbędnym dla zaindukowania androgenezy, jednakże niska temperatura działająca na kłosy i/lub izolowane pylniki wyraźnie podnosiła efektywność indukcji i zdolności regeneracyjne zarodków. Najbardziej efektywnym w indukowaniu androgenezy było połączenie działania stresu temperaturowego (33°C) ze stresem głodowym (20-100 wielokomórkowych struktur na obiekt). Liczba zarodków zdolnych do regeneracji wynosiła od 0 do 50%, jednakże nie uzyskano roślin zielonych.