Resumo
ABSTRACT: Chromosome doubling of Italian ryegrass genotypes ( Lolium multiflorum Lam.) adapted to the brazilian edaphoclimatic conditions is an important strategy used by breeders and aims to obtain more vigorous genotypes with better forage quality and disease resistance. The effectiveness of chromosome doubling can be measured by genetic stability and fertility rates of plants over generations. However, a common problem in the polyploidization process is the regeneration of mixoploid plants that have impaired fertility and genetic stability. The objective of this study was to verify if progenies of recently tetraploidized plants remain stable regarding DNA content and chromosome number, over two generations. Progenies of L. multiflorum plants artificially tetraploidized with colchicine treatment were evaluated. Chromosome counting and estimates of the DNA content were used to evaluate the genetic stability. The percentage of tetraploid plants (4X) increased over generations (18%, 34% and 91% in cycle 0, 1 and 2, respectively). All progenies identified as tetraploid by flow citometry showed variation in chromosome number (mixoploidy), but produced viable seeds. Results showed that stabilization in chromosome number and DNA content in tetraploidized plant progenies requires time and that the success of this procedure depends on a continuous and accurate screening and selection.
RESUMO: A duplicação cromossômica de genótipos de azevém anual ( Lolium multiflorum Lam.) adaptados às condições edafoclimáticas brasileira é uma estratégia importante usada pelos melhoristas e visa a obtenção de genótipos mais vigorosos com melhor qualidade de forragem e resistência a doenças. A eficiência da duplicação cromossômica pode ser medida pela estabilidade genética e taxas de fertilidade das plantas ao longo das gerações. No entanto, um dos problemas comumente encontrados no processo de poliploidização é a regeneração de plantas mixoploides que apresentam comprometimento na fertilidade e instabilidade genética. O objetivo deste estudo foi verificar se progênies oriundas de plantas tetraploidizadas recentemente se mantêm estáveis quanto ao conteúdo de DNA e ao número cromossômico, ao longo de duas gerações. Foram avaliadas progênies de plantas de L. multiflorum tetraploidizadas artificialmente com tratamento de colchicina. A estabilidade genética foi avaliada por meio de contagens cromossômicas e estimativa da quantidade de DNA. A porcentagem de plantas tetraploides (4X) aumentou ao longo das gerações (18%, 34% e 91% no ciclo de 0, 1 e 2, respectivamente). Todas as progênies identificadas como tetraploides por meio de citometria de fluxo apresentaram variação no número cromossômico (mixoploidia), entretanto, produziram sementes viáveis. Os resultados demonstraram que a estabilização no número cromossômico e no conteúdo de DNA em progênies de plantas tetraploidizadas requer tempo e que o sucesso desse procedimento depende de um contínuo e rigoroso monitoramento e seleção.
Resumo
Synthetic wheat is developed by crossing tetraploid species (Triticum turgidum, AABB) with a diploid species (Aegilops tauschii, DD), followed by chromosome duplication through the use of colchicine to restore the resultant sterile hybrid to a fertile hexaploid plant. The main importance of producing synthetically improved wheat is to increase their genetic variability and to incorporate genes that code for resistance to biotic and abiotic stressors. This study aimed to evaluate the presence of micronuclei (MN) and the meiotic index (MI) in the tetrad phase in synthetic wheat accessions and cultivars (Triticum aestivum) stored at the Germplasm Bank of Embrapa Trigo (Brazil), in order to identify and select genetically stable accessions for plant improvement. Five plants were collected by genotype, prior to anthesis, and the tissues were fixed in Carnoy solution. Cytological slides were prepared by the smash method, and the cells were dyed with 1% acetocarmine and observed under an optical microscope. Presence of MN was observed in all genotypes analyzed, and variability of genetic stability was reported in the two years of analysis. In 2014, the highest MI of synthetic wheat accessions was 96.86% and the lowest was 46.32%. In 2015, the highest MI was 96.60% and the lowest was 47.96%. Based on the results, some genotypes were considered meiotically stable and suitable for use in wheat breeding programs.
Trigos sintéticos são resultados do cruzamento entre uma espécie tetraploide (Triticum turgidum, AABB) e uma espécie diploide (Aegilops tauschii, DD) originando um híbrido estéril, seguido por duplicação cromossômica, por meio de colchicina, para restabelecer um trigo hexaploide fértil. A principal importância do uso de trigos sintéticos no melhoramento é que possibilitam aumentar a variabilidade genética, bem como introgredir genes de resistência a estresses bióticos e abióticos. O presente estudo teve como objetivo avaliar a presença de micronúcleos (MCN) e índice meiótico (IM) na fase de tétrades, em acessos de trigos sintéticos e cultivares testemunhas (T. aestivum), armazenadas no Banco de Germoplasma da Embrapa Trigo, a fim de selecionar os acessos estáveis geneticamente e disponibilizar ao melhoramento. Cinco plantas por genótipos, na fase anterior à antese, foram coletadas e fixadas em solução Carnoy. As lâminas citológicas foram preparadas pelo método de maceração e a coloração das células com carmim acético 1%. As observações foram em microscópio óptico. Observou-se a presença de micronúcleos em todos os genótipos analisados e foi encontrado variabilidade quanto à estabilidade genética nos dois anos de análises. Em 2014, o percentual máximo de IM dos acessos de trigos sintéticos foi de 96,86% e o mínimo de 46,32%. Em 2015, o percentual de IM máximo foi de 96,60% e o mínimo de 47,96%. Com base nos resultados, alguns genótipos foram considerados meioticamenteestáveis e, poderão ser utilizados em programas de melhoramento genético de trigo.
Assuntos
Melhoramento Vegetal/métodos , Triticum/genética , Variação Genética , Análise Citogenética , Citogenética , Colchicina , Testes para MicronúcleosResumo
Synthetic wheat is developed by crossing tetraploid species (Triticum turgidum, AABB) with a diploid species (Aegilops tauschii, DD), followed by chromosome duplication through the use of colchicine to restore the resultant sterile hybrid to a fertile hexaploid plant. The main importance of producing synthetically improved wheat is to increase their genetic variability and to incorporate genes that code for resistance to biotic and abiotic stressors. This study aimed to evaluate the presence of micronuclei (MN) and the meiotic index (MI) in the tetrad phase in synthetic wheat accessions and cultivars (Triticum aestivum) stored at the Germplasm Bank of Embrapa Trigo (Brazil), in order to identify and select genetically stable accessions for plant improvement. Five plants were collected by genotype, prior to anthesis, and the tissues were fixed in Carnoy solution. Cytological slides were prepared by the smash method, and the cells were dyed with 1% acetocarmine and observed under an optical microscope. Presence of MN was observed in all genotypes analyzed, and variability of genetic stability was reported in the two years of analysis. In 2014, the highest MI of synthetic wheat accessions was 96.86% and the lowest was 46.32%. In 2015, the highest MI was 96.60% and the lowest was 47.96%. Based on the results, some genotypes were considered meiotically stable and suitable for use in wheat breeding programs.(AU)
Trigos sintéticos são resultados do cruzamento entre uma espécie tetraploide (Triticum turgidum, AABB) e uma espécie diploide (Aegilops tauschii, DD) originando um híbrido estéril, seguido por duplicação cromossômica, por meio de colchicina, para restabelecer um trigo hexaploide fértil. A principal importância do uso de trigos sintéticos no melhoramento é que possibilitam aumentar a variabilidade genética, bem como introgredir genes de resistência a estresses bióticos e abióticos. O presente estudo teve como objetivo avaliar a presença de micronúcleos (MCN) e índice meiótico (IM) na fase de tétrades, em acessos de trigos sintéticos e cultivares testemunhas (T. aestivum), armazenadas no Banco de Germoplasma da Embrapa Trigo, a fim de selecionar os acessos estáveis geneticamente e disponibilizar ao melhoramento. Cinco plantas por genótipos, na fase anterior à antese, foram coletadas e fixadas em solução Carnoy. As lâminas citológicas foram preparadas pelo método de maceração e a coloração das células com carmim acético 1%. As observações foram em microscópio óptico. Observou-se a presença de micronúcleos em todos os genótipos analisados e foi encontrado variabilidade quanto à estabilidade genética nos dois anos de análises. Em 2014, o percentual máximo de IM dos acessos de trigos sintéticos foi de 96,86% e o mínimo de 46,32%. Em 2015, o percentual de IM máximo foi de 96,60% e o mínimo de 47,96%. Com base nos resultados, alguns genótipos foram considerados meioticamenteestáveis e, poderão ser utilizados em programas de melhoramento genético de trigo.(AU)
Assuntos
Triticum/genética , Variação Genética , Melhoramento Vegetal/métodos , Colchicina , Testes para Micronúcleos , Citogenética , Análise CitogenéticaResumo
ABSTRACT: Synthetic wheat is developed by crossing tetraploid species ( Triticum turgidum , AABB) with a diploid species ( Aegilops tauschii , DD), followed by chromosome duplication through the use of colchicine to restore the resultant sterile hybrid to a fertile hexaploid plant. The main importance of producing synthetically improved wheat is to increase their genetic variability and to incorporate genes that code for resistance to biotic and abiotic stressors. This study aimed to evaluate the presence of micronuclei (MN) and the meiotic index (MI) in the tetrad phase in synthetic wheat accessions and cultivars ( Triticum aestivum ) stored at the Germplasm Bank of Embrapa Trigo (Brazil), in order to identify and select genetically stable accessions for plant improvement. Five plants were collected by genotype, prior to anthesis, and the tissues were fixed in Carnoy solution. Cytological slides were prepared by the smash method, and the cells were dyed with 1% acetocarmine and observed under an optical microscope. Presence of MN was observed in all genotypes analyzed, and variability of genetic stability was reported in the two years of analysis. In 2014, the highest MI of synthetic wheat accessions was 96.86% and the lowest was 46.32%. In 2015, the highest MI was 96.60% and the lowest was 47.96%. Based on the results, some genotypes were considered meiotically stable and suitable for use in wheat breeding programs.
RESUMO: Trigos sintéticos são resultados do cruzamento entre uma espécie tetraploide ( Triticum turgidum, AABB) e uma espécie diploide ( Aegilops tauschii , DD) originando um híbrido estéril, seguido por duplicação cromossômica, por meio de colchicina, para restabelecer um trigo hexaploide fértil. A principal importância do uso de trigos sintéticos no melhoramento é que possibilitam aumentar a variabilidade genética, bem como introgredir genes de resistência a estresses bióticos e abióticos. O presente estudo teve como objetivo avaliar a presença de micronúcleos (MCN) e índice meiótico (IM) na fase de tétrades, em acessos de trigos sintéticos e cultivares testemunhas ( T. aestivum ), armazenadas no Banco de Germoplasma da Embrapa Trigo, a fim de selecionar os acessos estáveis geneticamente e disponibilizar ao melhoramento. Cinco plantas por genótipos, na fase anterior à antese, foram coletadas e fixadas em solução Carnoy. As lâminas citológicas foram preparadas pelo método de maceração e a coloração das células com carmim acético 1%. As observações foram em microscópio óptico. Observou-se a presença de micronúcleos em todos os genótipos analisados e foi encontrado variabilidade quanto à estabilidade genética nos dois anos de análises. Em 2014, o percentual máximo de IM dos acessos de trigos sintéticos foi de 96,86% e o mínimo de 46,32%. Em 2015, o percentual de IM máximo foi de 96,60% e o mínimo de 47,96%. Com base nos resultados, alguns genótipos foram considerados meioticamente estáveis e, poderão ser utilizados em programas de melhoramento genético de trigo.
Resumo
Chromosome doubling of Italian ryegrass genotypes ( Lolium multiflorum Lam.) adapted to the brazilian edaphoclimatic conditions is an important strategy used by breeders and aims to obtain more vigorous genotypes with better forage quality and disease resistance. The effectiveness of chromosome doubling can be measured by genetic stability and fertility rates of plants over generations. However, a common problem in the polyploidization process is the regeneration of mixoploid plants that have impaired fertility and genetic stability. The objective of this study was to verify if progenies of recently tetraploidized plants remain stable regarding DNA content and chromosome number, over two generations. Progenies of L. multiflorum plants artificially tetraploidized with colchicine treatment were evaluated. Chromosome counting and estimates of the DNA content were used to evaluate the genetic stability. The percentage of tetraploid plants (4X) increased over generations (18%, 34% and 91% in cycle 0, 1 and 2, respectively). All progenies identified as tetraploid by flow citometry showed variation in chromosome number (mixoploidy), but produced viable seeds. Results showed that stabilization in chromosome number and DNA content in tetraploidized plant progenies requires time and that the success of this procedure depends on a continuous and accurate screening and selection.
A duplicação cromossômica de genótipos de azevém anual ( Lolium multiflorum Lam.) adaptados às condições edafoclimáticas brasileira é uma estratégia importante usada pelos melhoristas e visa a obtenção de genótipos mais vigorosos com melhor qualidade de forragem e resistência a doenças. A eficiência da duplicação cromossômica pode ser medida pela estabilidade genética e taxas de fertilidade das plantas ao longo das gerações. No entanto, um dos problemas comumente encontrados no processo de poliploidização é a regeneração de plantas mixoploides que apresentam comprometimento na fertilidade e instabilidade genética. O objetivo deste estudo foi verificar se progênies oriundas de plantas tetraploidizadas recentemente se mantêm estáveis quanto ao conteúdo de DNA e ao número cromossômico, ao longo de duas gerações. Foram avaliadas progênies de plantas de L. multiflorum tetraploidizadas artificialmente com tratamento de colchicina. A estabilidade genética foi avaliada por meio de contagens cromossômicas e estimativa da quantidade de DNA. A porcentagem de plantas tetraploides (4X) aumentou ao longo das gerações (18%, 34% e 91% no ciclo de 0, 1 e 2, respectivamente). Todas as progênies identificadas como tetraploides por meio de citometria de fluxo apresentaram variação no número cromossômico (mixoploidia), entretanto, produziram sementes viáveis. Os resultados demonstraram que a estabilização no número cromossômico e no conteúdo de DNA em progênies de plantas tetraploidizadas requer tempo e que o sucesso desse procedimento depende de um contínuo e rigoroso monitoramento e seleção.
Assuntos
Mapeamento Cromossômico , Poliploidia , Reatividade-Estabilidade , Seleção ArtificialResumo
Chromosome doubling of Italian ryegrass genotypes ( Lolium multiflorum Lam.) adapted to the brazilian edaphoclimatic conditions is an important strategy used by breeders and aims to obtain more vigorous genotypes with better forage quality and disease resistance. The effectiveness of chromosome doubling can be measured by genetic stability and fertility rates of plants over generations. However, a common problem in the polyploidization process is the regeneration of mixoploid plants that have impaired fertility and genetic stability. The objective of this study was to verify if progenies of recently tetraploidized plants remain stable regarding DNA content and chromosome number, over two generations. Progenies of L. multiflorum plants artificially tetraploidized with colchicine treatment were evaluated. Chromosome counting and estimates of the DNA content were used to evaluate the genetic stability. The percentage of tetraploid plants (4X) increased over generations (18%, 34% and 91% in cycle 0, 1 and 2, respectively). All progenies identified as tetraploid by flow citometry showed variation in chromosome number (mixoploidy), but produced viable seeds. Results showed that stabilization in chromosome number and DNA content in tetraploidized plant progenies requires time and that the success of this procedure depends on a continuous and accurate screening and selection. (AU)
A duplicação cromossômica de genótipos de azevém anual ( Lolium multiflorum Lam.) adaptados às condições edafoclimáticas brasileira é uma estratégia importante usada pelos melhoristas e visa a obtenção de genótipos mais vigorosos com melhor qualidade de forragem e resistência a doenças. A eficiência da duplicação cromossômica pode ser medida pela estabilidade genética e taxas de fertilidade das plantas ao longo das gerações. No entanto, um dos problemas comumente encontrados no processo de poliploidização é a regeneração de plantas mixoploides que apresentam comprometimento na fertilidade e instabilidade genética. O objetivo deste estudo foi verificar se progênies oriundas de plantas tetraploidizadas recentemente se mantêm estáveis quanto ao conteúdo de DNA e ao número cromossômico, ao longo de duas gerações. Foram avaliadas progênies de plantas de L. multiflorum tetraploidizadas artificialmente com tratamento de colchicina. A estabilidade genética foi avaliada por meio de contagens cromossômicas e estimativa da quantidade de DNA. A porcentagem de plantas tetraploides (4X) aumentou ao longo das gerações (18%, 34% e 91% no ciclo de 0, 1 e 2, respectivamente). Todas as progênies identificadas como tetraploides por meio de citometria de fluxo apresentaram variação no número cromossômico (mixoploidia), entretanto, produziram sementes viáveis. Os resultados demonstraram que a estabilização no número cromossômico e no conteúdo de DNA em progênies de plantas tetraploidizadas requer tempo e que o sucesso desse procedimento depende de um contínuo e rigoroso monitoramento e seleção. (AU)
Assuntos
Reatividade-Estabilidade , Mapeamento Cromossômico , Poliploidia , Seleção ArtificialResumo
The aim of the present study was to evaluate the effect of the colchicine and oryzalin anti-mitotic substances on the induction of tetraploid plants and foliar anatomy of two diploids clones of Solanum commersonii ssp. Nodal segments of Solanum commersonii subsp. commersonii Dun. and Solanum commersonii subsp. malmeanum Bitt. were treated with colchicine (3.5, 5.0, and 6.5mM; 72h) or oryzalin (10, 30, and 50µM; 24h). After the treatment with anti-mitotic substances, nodal segments were inoculated in the MS culture medium and cultivated in vitro (60 days). After in vitro cultivation, the plants were transferred to vases with the substrate Plantmax® and kept in the greenhouse (45 days). Plant ploidy level was assessed by flow cytometry and leaf anatomy was assessed by anatomic cuts. An increase was observed in the polar and equatorial diameter of stomata ("gigas effect") of the Solanum commersonii subsp. commersonii (SCC) and Solanum commersonii subsp. malmeanum (SCM) clones, which was due to the use of the anti-mitotic substances. Treatments with colchicine (6.5mM; 72h) and oryzalin (50µM; 24h) caused death of the SCC plants cultured in vitro. In the others treatments of the SCC clone, the use of oryzalin and colchicine caused production of chimeric plants. The treatment of nodal segments of SCM with oryzalin (10-50µM; 24h) was effective on induction of tetraploid plants, which can be employed in genetic breeding programs in crossbreeding with cultured potato.(AU)
O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito das substâncias antimitóticas colchicina e orizalina na indução de plantas tetraploides e na anatomia foliar de dois clones diploides de Solanum commersonii ssp. Segmentos nodais de Solanum commersonii subsp. commersonii Dun. e Solanum commersonii subsp. malmeanum Bitt. foram tratados com colchicina (3,5, 5,0 e 6,5mM; 72h) ou orizalina (10, 30 e 50µM; 24h). Após o tratamento com as substâncias antimitóticas, os segmentos nodais foram inoculados em meio de cultura MS e cultivados in vitro (60 dias). Após o cultivo in vitro, as plantas foram transferidas para vasos contendo o substrato Plantmax® e mantidas em casa de vegetação (45 dias). O nível de ploidia das plantas foi avaliado por citometria de fluxo e a anatomia foliar foi avaliada através de cortes anatômicos. Foi observado um aumento no diâmetro equatorial e polar dos estômatos ("efeito gigas") dos clones de Solanum commersonii subsp. commersonii (SCC) e Solanum commersonii subsp. malmeanum (SCM), que foi produzido pelo uso de substâncias antimitóticas. O tratamento com colchicina (6,5mM; 72h) e orizalina (50µM; 24h) causou morte nas plantas de SCC cultivadas in vitro. Nos demais tratamentos do clone de SCC, o uso de orizalina ou colchicina causou a produção de plantas quiméricas. O emprego de orizalina (10-50µM; 24h), nos segmentos nodais de SCM, resultou na obtenção de plantas tetraploides consistentes, as quais podem ser usadas nos programas para melhoramento genético em cruzamentos com a batata cultivada.(AU)
Assuntos
Solanum/crescimento & desenvolvimento , Solanum/genética , Hibridização Genética , Tetraploidia , Antimitóticos/análise , ColchicinaResumo
Knowledge about the pollen viability is important to ensure success in controlled hybridizations and, consequently, support breeding programs. The aims of this study were to evaluate the pollen viability in progenies of artificially induced tetraploid accessions of Brachiaria ruziziensis, and to verify if the position of the flower buds on the raceme affects the pollen viability rate. Staining of aborted and non-aborted pollen (Alexanders technique) was used to determine the viability of the pollen grains. Tetraploid accessions of B. ruziziensis plants had high pollen viability (x = 76.8% to x = 99.6%). Some of these plants had viability rates similar to diploid B. ruziziensis, showing that the induction of chromosome duplication by colchicine did not result in abnormalities in production and morphology of pollen grains. Pollen grains from middle and apical regions of the raceme presented higher viability rates (x = 97.9% and x = 97.7% respectively). The viability of pollen grains in artificially induced tetraploid accessions of B. ruziziensis plants was high, which may favor obtaining fertile descendants in possible crosses.(AU)
O conhecimento da viabilidade de grãos de pólen é imprescindível para assegurar o sucesso nas hibridações controladas e, consequentemente, auxiliar programas de melhoramento genético. O objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade de grãos de pólen em progênies de Brachiaria ruziziensis tetraploidizadas artificialmente, além de verificar se há efeito da posição dos botões florais no racemo sobre a taxa de viabilidade de pólen. A coloração de pólen abortado e não abortado (técnica de Alexander) foi usado para determinar a viabilidade dos grãos de pólen. Plantas de B. ruziziensis apresentaram elevada viabilidade de pólen (x = 76,8% a x = 99,6%). Algumas dessas plantas apresentaram taxas de viabilidade similares a B. ruziziensis diploide, mostrando que a indução de duplicação cromossômica usando colchicina não resultou em anormalidades na produção e na morfologia dos grãos de pólen. Grãos de pólen das regiões mediana e apical do racemo apresentaram maiores taxas de viabilidade (x = 97,9% e x = 97,7%, respectivamente). A viabilidade dos grãos de pólen em plantas de Brachiaria ruziziensis tetraploidizadas artificialmente foi alta, o que pode favorecer a obtenção de descendentes férteis em eventuais cruzamentos.(AU)
Assuntos
Brachiaria/genética , Pólen , Melhoramento Vegetal/métodos , InflorescênciaResumo
The artificial obtaining of duplicate genotypes aims to maximize forage characteristics of agronomic interest, such as nutritional value and forage production, resistance against pests and diseases, abiotic stress tolerance and fertility restoration in sterile hybrids. It also aims to obtain genetic variability in apomictic species through chromosome doubling of the sexual accesses by equaling the ploidy in order to allow crossings and the obtaining of fertile descendents. The polyploidy induction is made using antimitotic substances, and colchicine is the most widely used in forage. However, due to its toxicity, other substances such as herbicides and caffeine has been used successfully for grasses. The efficiency in obtaining the polyploidy artificially depends on various exogenous factors, such as the antimitotic substances used, the kind of explants, the time and the exposure conditions and the antimitotic concentrations. This review aims to present the main methods used to induce polyploidy in grasses and the progress obtained in genetic breeding by the use of artificially duplicate genotypes.
A obtenção artificial de genótipos com duplicação cromossômica em forrageiras busca maximizar características de interesse agronômico, como valor nutricional e produção de forragem, resistência a pragas e doenças, tolerância a estresses abióticos e restauração da fertilidade de híbridos estéreis. Outro objetivo da duplicação cromossômica é a geração de variabilidade genética em espécies apomíticas, por meio da duplicação cromossômica de acessos sexuais igualando a ploidia de modo a permitir a realização de cruzamentos e a obtenção de descendentes férteis. A indução de poliploidia é feita utilizando substâncias antimitóticas, sendo a colchicina a mais amplamente usada em plantas forrageiras. Entretanto, devido a sua toxicidade, outras substâncias como herbicidas e cafeína vem sendo empregadas com sucesso em gramíneas. A eficácia na obtenção de poliploides artificialmente depende de uma série de fatores exógenos, tais como as substâncias antimitóticas utilizadas, o tipo de explante, o tempo e as condições de exposição e as concentrações dos antimitóticos. Esta revisão tem por objetivo apresentar os principais métodos usados para indução de poliploidia em gramíneas forrageiras e os avanços obtidos no melhoramento genético, a partir do uso de genótipos poliploidizados.
Resumo
The artificial obtaining of duplicate genotypes aims to maximize forage characteristics of agronomic interest, such as nutritional value and forage production, resistance against pests and diseases, abiotic stress tolerance and fertility restoration in sterile hybrids. It also aims to obtain genetic variability in apomictic species through chromosome doubling of the sexual accesses by equaling the ploidy in order to allow crossings and the obtaining of fertile descendents. The polyploidy induction is made using antimitotic substances, and colchicine is the most widely used in forage. However, due to its toxicity, other substances such as herbicides and caffeine has been used successfully for grasses. The efficiency in obtaining the polyploidy artificially depends on various exogenous factors, such as the antimitotic substances used, the kind of explants, the time and the exposure conditions and the antimitotic concentrations. This review aims to present the main methods used to induce polyploidy in grasses and the progress obtained in genetic breeding by the use of artificially duplicate genotypes.
A obtenção artificial de genótipos com duplicação cromossômica em forrageiras busca maximizar características de interesse agronômico, como valor nutricional e produção de forragem, resistência a pragas e doenças, tolerância a estresses abióticos e restauração da fertilidade de híbridos estéreis. Outro objetivo da duplicação cromossômica é a geração de variabilidade genética em espécies apomíticas, por meio da duplicação cromossômica de acessos sexuais igualando a ploidia de modo a permitir a realização de cruzamentos e a obtenção de descendentes férteis. A indução de poliploidia é feita utilizando substâncias antimitóticas, sendo a colchicina a mais amplamente usada em plantas forrageiras. Entretanto, devido a sua toxicidade, outras substâncias como herbicidas e cafeína vem sendo empregadas com sucesso em gramíneas. A eficácia na obtenção de poliploides artificialmente depende de uma série de fatores exógenos, tais como as substâncias antimitóticas utilizadas, o tipo de explante, o tempo e as condições de exposição e as concentrações dos antimitóticos. Esta revisão tem por objetivo apresentar os principais métodos usados para indução de poliploidia em gramíneas forrageiras e os avanços obtidos no melhoramento genético, a partir do uso de genótipos poliploidizados.
Resumo
No presente estudo avaliou-se a eficiência da indução à triploidia em duas espécies (pacu Piaractus mesopotamicus e tambaqui Colossoma macropomum) e seu respectivo híbrido interespecífico tambacu ( tambaqui x pacu). O principal objetivo foi avaliar a indução por choque de temperatura quente e frio e a forma de identificação da ploidia dos peixes. Além disso, foi padronizado um protocolo de obtenção de cromossomos mitóticos a partir de larvas (citogenética de larvas). Nas avaliações de quantidade e qualidade das metáfases, observaram-se melhores resultados para o protocolo de citogenética de larvas utilizando a concentração de colchicina a 0,007% (4 h). Inicialmente, nos experimentos pilotos, foram avaliados choque quente e frio em pacu e tambaqui, os quais apresentaram melhores resultados de taxa de eclosão e índice de triploides nos tratamentos quentes. Dessa forma, apenas tratamentos quentes foram avaliados nos experimentos seguintes. Na indução do pacu, foram detectados 11,8% de triploides por citogenética em juvenis no choque a 43 oC (2 min), 2 min após a fertilização. Para o tambaqui, em análise por citogenética de larvas, foram detectados 80% de triploides no choque a 43 °C (2 min), 2 min após a fertilização; entretanto, quando analisado na fase juvenil, este tratamento apresentou 29,4% de triploides. Já para o híbrido tambacu, foram detectados 33,3% de triploides na fase larval no choque a 43 °C (2 min), 2 min após a fertilização; e 8,7% na fase de juvenil. Entretanto, no choque a 41°C (2 min), 1 min após na fertilização, foram detectados 57,8% de triploides na fase juvenil. Quando o nível de ploidia foi analisado por meio da análise das Regiões Organizadoras do Nucléolo (NOR) nos cromossomos metafásicos, verificou-se variação intra-individual (NORs múltiplas) para o pacu, tambaqui e tambacu, assim como na análise dos núcleos interfásicos do tambaqui, inviabilizando essa técnica para a verificação da ploidia. Em conclusão, apesar deste estudo não ter atingido 100% de triploidia, esse trabalho possibilita a produção de triploides para estudos futuros e identificá-los no estágio larval, através de um método prático e de baixo custo. Em geral, peixes triploides são estéreis, resultante da incompatibilidade cromossômica dos gametas, assim, a energia antes utilizada para o desenvolvimento gonadal é direcionada para o desenvolvimento de tecido somático, melhorando a qualidade da carne, taxa de crescimento e rendimento de carcaça. Além disso, é uma excelente alternativa para ser utilizada no confinamento genético de híbridos interespecíficos. Dessa forma, estudos posteriores são necessários para padronização de 100% de triploidia e dimensionar os reais impactos que os peixes triploides podem causar.
In the present study, we evaluated the triploidy induction efficiency in two species (pacu Piaractus mesopotamicus and tambaqui Colossoma macropomum) and their respective interspecific hybrid tambacu ( tambaqui x pacu). The main objective was to evaluate the heat and cold shock temperatures and the form of identification of the fish ploidy. Furthermore, a protocol has been standardized to obtain mitotic chromosomes from larvae (larvae cytogenetics). In the evaluations of quantity and quality of metaphases, we observed better results for larvae cytogenetics using the concentration of 0.007% (4 hours). Initially, in the pilot experiments, we analyzed heat and cold shock treatments in pacu and tambaqui, which showed better results from hatching rate and triploid index in heat temperatures. Thus, only heat shocks were evaluated in the final experiments. In pacu, 11.8% of triploid juveniles were detected by cytogenetic method in the shock induction at 43 °C (2 min), 2 min after fertilization. For tambaqui, 80% of triploid were detected in larvae cytogenetic analysis for the shock at the 43 °C (2 min), 2 min after fertilization; however, when analyzed in the juvenile stage, we observed 29.4% of triploids. For the hybrid tambacu, we detected 33.3% of triploids in the larval stage at the shock at 43 °C (2 min), 2 min after fertilization; and 8.7% in the juvenile stage. However, in the shock at 41 °C (2 min), 1 min after fertilization, we detected 57.8% of triploid in the juvenile stage. When the ploidy level was analyzed by Nucleolar Organizer Regions analysis (NOR) on metaphase chromosomes, intra-individual variation was found (multiple NOR) for pacu, tambaqui and tambacu, as well as the analysis of interphase nuclei tambaqui, preventing this technique for verification of ploidy. In conclusion, although this study did not reach 100% triploidy, this work enables the triploid production for future studies and identifies them in the larval stage, through a practical and inexpensive method. In general, triploid fish are sterile, resulting from chromosomal incompatibility of gametes, thus the energy used before for gonadal development is directed to the development of somatic tissue, improving meat quality, growth rate and carcass yield. Moreover, it is an excellent alternative for use in genetic containment of interspecific hybrids. Therefore, further studies are needed to standardize 100% triploidy and measure the real impacts that triploid fish can cause.
Resumo
Several concentrations of colchicine were applied in the seeds of Centrosema virginianum (L.) Benth, during variable periods of time in order to determine some cytomorphological reactions in the development of the plants. The Centrosema have demonstrated high sensibility to colchicine, with only 5% survived. Several differences were observed in the morphological characters and, in the root-tips it was detected high percentage of polissomaty with two news levels of ploidy, 2n = 4X = 36 (Tetraploids) and 2n = 4X = 54 (hexaploids).
Diferentes concentrações de colchicina foram aplicadas em sementes de Centrosema virginianum (L.) Benth., por períodos variados de tempo, com a finalidade de detectar reações citomorfológicas no desenvolvimento de suas plantas. Centrosema mostrou alta sensibilidade à colchicina, sobrevivendo apenas 5% das mesmas. Várias alterações foram observadas em seus caracteres morfológicos, e, em pontas de raízes, ocorreu elevada taxa de polissomatia com dois novos níveis de ploidia, 2n = 4X = 36 (tetraplóides) e 2n = 6X = 54 (hexaplóides).
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Several concentrations of colchicine were applied in the seeds of Centrosema virginianum (L.) Benth, during variable periods of time in order to determine some cytomorphological reactions in the development of the plants. The Centrosema have demonstrated high sensibility to colchicine, with only 5% survived. Several differences were observed in the morphological characters and, in the root-tips it was detected high percentage of polissomaty with two news levels of ploidy, 2n = 4X = 36 (Tetraploids) and 2n = 4X = 54 (hexaploids).
Diferentes concentrações de colchicina foram aplicadas em sementes de Centrosema virginianum (L.) Benth., por períodos variados de tempo, com a finalidade de detectar reações citomorfológicas no desenvolvimento de suas plantas. Centrosema mostrou alta sensibilidade à colchicina, sobrevivendo apenas 5% das mesmas. Várias alterações foram observadas em seus caracteres morfológicos, e, em pontas de raízes, ocorreu elevada taxa de polissomatia com dois novos níveis de ploidia, 2n = 4X = 36 (tetraplóides) e 2n = 6X = 54 (hexaplóides).
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The present work relate a case of overdose of colchicine in a capsules of compounded pharmaceutical formulation whose ingestion dose initiated a process of acute gastrointestinal haemorrhage leading the patient to death. Colchicine is a pharmacon of low therapeutical index drug, and the maximum recommended dose for gout treatment in adult is 2.5 mg at the first 24 hours. The remaining non- ingested capsules were analyzed by spectrophotometry, and colchicine amount was determined according to the Brazilian Pharmacopoeia, IV edition. The average dosage was of 47.36 mg, that is, about 20 times higher than the maximum recommended dose. The dosage mistake was evidenced in the medicament prescription, and also in consultation the professional responsible for prescribing the medicine on the part of operator who processed the colchicines formulation.
O presente trabalho relata um caso de superdosagem de colchicina em cápsulas manipuladas cuja ingestão inicial ocasionou um processo de hemorragia digestiva aguda levando o paciente a óbito. A colchicina é um fármaco de baixo índice terapêutico, cuja dose máxima recomendada para o tratamento de gota é de 2,5 mg, nas primeiras 24 horas para adultos. Nas cápsulas restantes, não ingeridas, a dosagem média de colchicina, determinada por espectrofotometria (segundo a Farmacopéia Brasileira IV edição) foi de 47,36 mg ou seja, cerca de 20 vezes maior que a dose máxima recomendada. O erro foi constatado na prescrição e na consulta ao prescritor por parte do manipulador do medicamento.
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Polyploidy produces desirable characteristicsin orchids that are represented by increase of the floral pieces, succulency degree, intensification of color, durability and larger resistance of flowers. The colchicine as polyploidy inductor agent in in vitro culture of plants has limitations, because when in high concentrations or very long treatments, it becomes poisonous for the vegetal tissues. The objective of this research work was to evaluate the influence of concentrations and times of exposition to the colchicine, on the survival and on the in vitro development of Cattleya tigrina. Protocorms were treated with colchicine in the concentrations of 0.5 and 1g.L-1 during 24, 48 and 72 hours. There were evaluated the tax of survival of the protocorms (%), percentage of plantlings with multiple buds and plant height after three and seven months. The increase of the concentration and of the time of exposition to colchicine caused a larger plant mortality and an increase of plantlings with reduced height.
Nas orquidáceas, a poliploidia produz características desejáveis, que se traduzem em aumento das peças florais, grau de suculência, intensificação do colorido, durabilidade e maior resistência das flores. A colchicina como agente indutor de poliploidia em cultura de plantas in vitro tem suas limitações, pois em elevadas concentrações ou tratamentos muito prolongados, torna-se tóxica. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência da concentração e do tempo de exposição à colchicina, na sobrevivência e no desenvolvimento in vitro de Cattleya tigrina. Protocormos foram tratados com colchicina em concentrações de 0,5 e 1g.L-1 durante 24, 48 e 72 horas. Foram avaliados taxa de sobrevivência dos protocormos (%), porcentagem de plântulas com múltiplas brotações e altura após três e sete meses. Com o aumento da concentração e do tempo de exposição à colchicina houve maior mortalidade e aumento do número de plântulas com múltiplas brotações e altura reduzida.
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Polyploidy produces desirable characteristicsin orchids that are represented by increase of the floral pieces, succulency degree, intensification of color, durability and larger resistance of flowers. The colchicine as polyploidy inductor agent in in vitro culture of plants has limitations, because when in high concentrations or very long treatments, it becomes poisonous for the vegetal tissues. The objective of this research work was to evaluate the influence of concentrations and times of exposition to the colchicine, on the survival and on the in vitro development of Cattleya tigrina. Protocorms were treated with colchicine in the concentrations of 0.5 and 1g.L-1 during 24, 48 and 72 hours. There were evaluated the tax of survival of the protocorms (%), percentage of plantlings with multiple buds and plant height after three and seven months. The increase of the concentration and of the time of exposition to colchicine caused a larger plant mortality and an increase of plantlings with reduced height.
Nas orquidáceas, a poliploidia produz características desejáveis, que se traduzem em aumento das peças florais, grau de suculência, intensificação do colorido, durabilidade e maior resistência das flores. A colchicina como agente indutor de poliploidia em cultura de plantas in vitro tem suas limitações, pois em elevadas concentrações ou tratamentos muito prolongados, torna-se tóxica. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência da concentração e do tempo de exposição à colchicina, na sobrevivência e no desenvolvimento in vitro de Cattleya tigrina. Protocormos foram tratados com colchicina em concentrações de 0,5 e 1g.L-1 durante 24, 48 e 72 horas. Foram avaliados taxa de sobrevivência dos protocormos (%), porcentagem de plântulas com múltiplas brotações e altura após três e sete meses. Com o aumento da concentração e do tempo de exposição à colchicina houve maior mortalidade e aumento do número de plântulas com múltiplas brotações e altura reduzida.
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The effect of colchicine on the protocorm-like bodies of Cattleya intermedia L. (Orchidaceae) cultured in vitro was studied. Different concentrations of the drug (0.00, 0.05, 0.10 and 0.20%) as well as two times of culture (4 or 8 days) were tested to determine the best treatment for the induction of tetraploid plants. Of the 3 colchicine levels applied, 0.05 and 0.10% of drug treatments appeared to be effective on the production of mixoploids and tetraploids and could be further used in breeding programs. The suitability of stomatal area and stomata density as criteria for the distinction between diploids and tetraploids was also tested. The results suggested that tetraploid plants could be identified with a fair amount of certainty when the screening was based on the density of stomata.
No presente trabalho, foi estudado o efeito da colchicina em corpos semelhantes a protocormos de Cattleya intermedia L. (Orchidaceae). Diferentes concentrações da droga (0,00; 0,05; 0,10 e 0,20%), bem como diferentes tempos de cultura (4 ou 8 dias) foram testados para determinar o melhor tratamento para a indução de plantas tetraplóides. Dos três níveis de colchicina aplicados, os tratamentos com 0,05 e 0,10% da droga parecem ser mais efetivos na produção de mixoplóides e tetraplóides, sendo que tais tratamentos podem ser utilizados em programas de melhoramento. Como critério para distinção entre diplóides e tetraplóides, foram realizadas medidas de área de estômatos e densidade de estômatos das folhas. Os resultados sugerem que as plantas tetraplóides podem ser identificadas com elevado grau de certeza quando a seleção é realizada com base na densidade de estômatos.
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The effect of colchicine on the protocorm-like bodies of Cattleya intermedia L. (Orchidaceae) cultured in vitro was studied. Different concentrations of the drug (0.00, 0.05, 0.10 and 0.20%) as well as two times of culture (4 or 8 days) were tested to determine the best treatment for the induction of tetraploid plants. Of the 3 colchicine levels applied, 0.05 and 0.10% of drug treatments appeared to be effective on the production of mixoploids and tetraploids and could be further used in breeding programs. The suitability of stomatal area and stomata density as criteria for the distinction between diploids and tetraploids was also tested. The results suggested that tetraploid plants could be identified with a fair amount of certainty when the screening was based on the density of stomata.
No presente trabalho, foi estudado o efeito da colchicina em corpos semelhantes a protocormos de Cattleya intermedia L. (Orchidaceae). Diferentes concentrações da droga (0,00; 0,05; 0,10 e 0,20%), bem como diferentes tempos de cultura (4 ou 8 dias) foram testados para determinar o melhor tratamento para a indução de plantas tetraplóides. Dos três níveis de colchicina aplicados, os tratamentos com 0,05 e 0,10% da droga parecem ser mais efetivos na produção de mixoplóides e tetraplóides, sendo que tais tratamentos podem ser utilizados em programas de melhoramento. Como critério para distinção entre diplóides e tetraplóides, foram realizadas medidas de área de estômatos e densidade de estômatos das folhas. Os resultados sugerem que as plantas tetraplóides podem ser identificadas com elevado grau de certeza quando a seleção é realizada com base na densidade de estômatos.