Androgenesis Revisited

Abstract

Androgenesis can be defined as the set of biological processes leading to an individual genetically coming exclusively from a male nucleus. Androgenesis was traditionally considered as the spontaneous, in vivo development of a male-derived haploid embryo from a fertilized egg where the female nucleus is eliminated. However, at present it is also possible to generate androgenic haploids/doubled haploids through in vitro microspore embryogenesis and by in vitro meiocyte-derived callogenesis. These three androgenic alternatives clearly differ in the inducible stage, but lead to the same final haploid or doubled haploid product. Whereas microspore embryogenesis is widely studied and applied, the other two routes are much less known. In this paper, the evidence accounting for the existence of these three alternative pathways is revised, as well as the mechanisms potentially involved in their induction. Their differences and similarities are discussed from a biological perspective, leading to the notion that they might represent an ancient survival mechanism triggered by similar factors. Resumen La androgénesis se define como el conjunto de vías biológicas que dan lugar a un individuo cuyo fondo genético proviene exclusivamente de un núcleo de origen masculino. Tradicionalmente, el concepto de androgénesis estaba restringido al desarrollo espontáneo, in vivo, de un embrión haploide o doble haploide a partir de una célula huevo fecundada en la que el material genético de origen femenino era inactivado o eliminado. Sin embargo, hoy en día sabemos que existen otras vías para conseguir haploides o doble haploides androgénicos, mediante embriogénesis de microsporas y mediante la formación de callos derivados de meiocitos. Estas tres alternativas androgénicas difieren claramente en la etapa en la que es posible la inducción, pero dan lugar al mismo producto haploide o doble haploide final. Mientras que la embriogénesis de microsporas es un fenómeno ampliamente estudiado y de clara aplicación práctica, las otras dos rutas son mucho menos conocidas. En este trabajo se revisan las evidencias existentes al respecto de estas tres alternativas androgén-icas, así como los mecanismos potencialmente implicados en su inducción. También se discuten sus diferencias y semejanzas, desde un punto de vista biológico, para llegar a la hipótesis de que estas rutas podrían representar un mecanismo atávico de supervivencia activado por factores similares.

Androgenesis: where males hijack eggs to clone themselves

“…in Crepis tectorum [89] and Antirrhinum majus [90], cited in [30]). More often, androgenesis is induced in vitro via a process known as anther culture (reviewed in [91]).…”

Androgenesis in recalcitrant solanaceous crops

“…However, throughout these years only two laboratories have published the complete regeneration of anther-derived tomato plants ( Figure 1) with a demonstrated haploid or DH origin Seguí-Simarro andNuez 2005, 2007). These regenerants showed a degree of morphological variability ranging from high (Zagorska et al 2004) to low (Seguí-Simarro and Nuez 2007).…”

Desenvolvimento floral e do óvulo e aspectos da reprodução em Aechmea sp. e Vriesea sp. (Bromeliaceae)

“…O desenvolvimento do grão de pólen tem despertado o interesse de muitos estudiosos pelo potencial biotecnológico visando ao melhoramento genético, através da geração de plantas haploides por embriogênese a partir dos micrósporos ou pólen, para geração de novos materiais com uso potencial em cruzamentos intraespecíficos e geração de novos híbridos (SEGUÍ-SIMARRO, 2010;GERMANÀ, 2011;DWIVEDI, et al, 2015). Esta metodologia tem sido utilizada principalmente em espécies de interesse agronômico, sendo relatada em um número reduzido de espécies ornamentais, tais como antúrio, begônia, crisântemo, lírio, girassol, entre outras, não havendo relatos em Bromeliaceae, apesar do uso potencial na geração de híbridos (FERRIE;CASWELL, 2011 …”

“…O estudo do desenvolvimento gametofítico masculino é importante para a realização de estudos celulares, moleculares e à aplicação de técnicas biotecnológicas visando o melhoramento genético, como a geração de plantas haploides por embriogênese a partir dos micrósporos ou pólen (SEGUÍ-SIMARRO, 2010;GERMANÀ, 2011;DWIVEDI, et al, 2015).…”

“…A utilização dessa técnica requer o conhecimento prévio do desenvolvimento gametofítico masculino, porque a indução de embriogênese a partir do micrósporo é alcançada em fases específicas do desenvolvimento, nos quais o micrósporo é capaz de se reprogramar da via gametofítica para a esporofítica (TOURAEV; PFOSSER; HEBERLE-BORS, 2001;SEGUÍ-SIMARRO, 2010).…”