Faba bean in microspore culture | Härkäpapu mikrosporiviljelyssä

The objective of this study was to develop functional method for producing doupled-haploid plants for faba bean. Microspore culture is an advanced method to produce doubled-haploids and it is based on the totipotent nature of plant cells, since even a microspore, which is an immature pollen cell with haploid genome, can develop into a plant. This plant is either haploid or doupled haploid depending on whether there has been chromosome doubling or not and because the chromosomes either do not have pairs or the pairs are pure copies of each other, the plant is completely homozygous. Doubled haploids are already used in breeding programs with several crops such as wheat, barley and oilseed rape. Faba bean is an important legume for food, feed and crop rotation. Together with other legumes it has the potential to replace soybean imports entirely in Finland. Faba bean yield stability and anti-nutritional factors restrain its use and active breeding is required to improve the crop. In Finland, where pea and faba bean are the only grain legumes actively cultivated, the breeding of faba bean has been recently reactivated and its objectives are earliness, higher yield, protein content and improved quality factors. Big bottle neck in faba bean breeding is the creation of pure homozygote lines because the partial cross-breeding in the species sets restrains for the procedure. In this study promising pea and chick pea protocols that were developed in 2009 and an efficient rapeseed protocol were applied with faba bean. The interaction of various stress treatments and two different induction media with five genotypes of faba bean on microspore culture were analysed. Pro-embryos and cell divisions were observed from the cultures. Heat shock was the most effective stress treatment. Effects of density and induction medium were high and cultivar’s low tannin content seemed to impact positively to induction efficiency. These results suggest that for faba bean microspore culture is as suitable method as anther culture is and that there is hope to produce doubled-haploid faba beans in the future.

Tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää menetelmä härkäpavun kaksoishaploidien kasvien tuottamiseksi mikrosporiviljelyllä, joka perustuu nuorten, kehittyvien siitepölyhiukkasten, mikrosporien, kasvattamiseen solukkoviljelymenetelmin kasveiksi. Genomiltaan haploidi siitepöly sisältää vain yhden kopion kustakin kromosomista. Haploidista genomista kehittyvä kasvi on joko haploidi tai kehityksen aikana tapahtuneen kahdentumisen seurauksena kaksoishaploidi. Kaksoishaploidi kasvi on kaikkien geeniensä osalta homotsygootti. Siksi se on erinomainen väline geenien ilmenemisen tutkimukselle ja myös yhtenäinen puhdas linja, johon lajikejalostuksessa pyritään. Mikrosporiviljelyä käytetään yleisesti mm. rapsin, vehnän ja ohran jalostusohjelmissa. Härkäpapu, jonka jalostus aloitettiin hiljattain uudelleen Suomessa, on tärkeä typensitoja ja valkuaiskasvi, joka yleistyessään voisi yhdessä muiden palkoviljojen kanssa korvata soijan tuonnin jopa kokonaan. Toisaalta härkäpavun viljelyn epävarmuus ja nykyisten lajikkeiden haitta-aineet rajoittavat sen rehukäyttöä, joten lajia tulisi parantaa jalostuksen avulla. Jalostustavoitteet härkäpavulla Suomessa ovat satoisuus, aikaisuus, korkea proteiinipitoisuus ja parannettu siemenen laatu. Puhtaiden linjojen jalostusta hankaloittaa kuitenkin kasvin osittainen ristipölytteisyys, jonka seurauksena jalostuslinjat pitää eristää toisistaan kasvihuoneessa ja pölytystä joudutaan stimuloimaan keinotekoisesti. Tässä tutkimuksessa sovellettiin käytössä olevaa rapsin menetelmää ja vuonna 2009 julkaistuja herneen ja kikherneen lupaavia menetelmiä. Näitä menetelmiä soveltaen tutkittiin viiden genotyypin käyttäytymistä kahdella kasvatusalustalla ja erilaisten stressikäsittelyjen vaikutuksia solujen jakautumiseen. Kokeessa havaittiin merkkejä alkionkehityksestä ja solunjakautumisesta. Lämpöshokki oli vaikutuksiltaan suurin käsittely käytetyissä testausolosuhteissa. Kasvatustiheys ja kasvatusalustan koostumus olivat tärkeitä tekijöitä, ja lajikkeen alhainen tanniinipitoisuus vaikutti positiivisesti. Aiempaan tutkimukseen verraten voidaan todeta, että mikrosporiviljely menetelmänä soveltuu tutkimukseen yhtä hyvin kuin ponsiviljelykin, ja saatujen havaintojen perusteella voidaan päätellä, että härkäpavulla on edellytyksiä tuottaa kaksoishaploideja kasveja.