Brassinolide improves embryogenic tissue initiation in conifers and rice

Abstract

Somatic embryogenesis (SE), the most promising technology for the large-scale production of high-value coniferous trees from advanced breeding and genetic engineering programs, is expected to play an important role in increasing productivity, sustainability, and the uniformity of future U.S. forests. To be successful for commercial use, SE technology must work with a variety of genetically diverse trees. Initiation in loblolly pine ( Pinus taeda L.), our main focus species, is often recalcitrant for desirable genotypes. Initiation percentages of loblolly pine, Douglas-fir [ Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco], and Norway spruce ( Picea abies L., Karst.) were improved through the use of brassinolide. Brassinosteroids, which include brassinolide, are a relatively new group of natural plant growth regulators that are found in many plant species. They have been shown to have diverse, tissue-specific, and species-specific effects, including the stimulation of cell elongation and ethylene production and increasing resistance to abiotic stress. In our media, brassinolide was effective at concentrations ranging from 0.005-0.25 micro M. Using control medium (no brassinolide) and brassinolide-supplemented (0.1 micro M) medium, we achieved improved initiation percentages in loblolly pine, Douglas-fir, Norway spruce, and rice-15.0% to 30.1%, 16.1% to 36.3%, 34.6% to 47.4%, and 10%, respectively. Brassinolide increased the weight of loblolly pine embryogenic tissue by 66% and stimulated initiation in the more recalcitrant families of loblolly pine and Douglas-fir, thus compensating somewhat for genotypic differences in initiation. Initiation percentages in loblolly pine were improved through the combination of modified 1/2-P6 salts, 50 mg/l activated carbon (AC), adjusted levels of Cu and Zn (to compensate for adsorption by AC), 1.5% maltose, 2% myo-inositol (to raise the osmotic level, partially simulating the megagametophyte environment), 500 mg/l casamino acids, 450 mg/l glutamine, 2 mg/l alpha-naphthaleneacetic acid, 0.63 mg/l 6-benzylaminopurine, 0.61 mg/l kinetin, 3.4 mg/l silver nitrate, 10 micro M cGMP, 0.1 micro M brassinolide, and 2 g/l Gelrite. Across 12 open-pollinated families of loblolly pine, initiation percentages ranged from 2.5% to 50.7%, averaging 22.5%.

Embriogénesis somática en madroño (Arbutus xalapensis)

“…En el medio WPM se ha logrado la micropropagación de una gran cantidad de plantas leñosas como la azalea (Anderson 1984), el oxidendro (Banko y Stefani 1989) y el arándano (Isutsa et al 1994), así como el madroño texano (Arbutus texana HBK) utilizando brotes apicales cultivados en medio WPM, adicionado con sales MS y 2,5 o 5 mg L -1 de BA (Mackay 1996). Esto se debe probablemente a la especificidad del medio, pues como se mencionó antes, el medio Pullman 889 (Pullman et al 2003b) es específico para coníferas, el MS para el establecimiento de callo de tabaco, mientras que el WPM es utilizado para plantas leñosas, entre la que destaca el madroño texano, lo cual es relevante ya que en estudios de morfogénesis in vitro en árboles se ha observado la importancia que guarda el medio de cultivo y el desarrollo de los embriones en la generación de órganos o embriones somáticos (Cairney et al 2000), ya que muchas especies leñosas son recalcitrantes a los métodos de regeneración in vitro (Minocha et al 1999).…”

“…La desinfección de la semilla se realizó siguiendo el procedimiento reportado por Tovar et al (2014), utilizando semillas de frutos de madroño que presentaban maduración intermedia y maduros. Se extrajeron los embriones de las semillas y se cultivaron en los medios MS (Murashige y Skoog 1962), WPM (McCown y Lloyd 1981) y 889 (Pullman et al 2003b) en cajas de Petri de 60 x 20 mm. El medio 889 contiene vitaminas P889, AgNO 3 (nitrato de plata), y maltosa, el MS contiene sacarosa y vitaminas, y el WPM contiene vitaminas MS y tiamina.…”

“…Para utilizar estas técnicas es indispensable establecer el medio de cultivo más idóneo para cada especie, pues se ha observado que plantas como la guayaba (Psidium guajava L.) se propaga en forma masiva y de manera eficiente en un medio WPM (Woody Plant Medium) (Ocampo y Núñez 2007); por su parte, Hossain et al (1993) lograron regenerar plantas completas de papaya (Carica papaya L.) a partir de explantes de peciolos cultivados en medio MS (Murashige y Skoog 1962), Pullman et al (2003b) promueven la iniciación y extrusión de embriones cigóticos de Pinus taeda L. en un medio P889. Martínez et al (2004) indujeron la formación de callo y embriones somáticos en forma indirecta en hoja de eucalipto cultivados en medio B5 (Gamborg et al 1970).…”

La elongación de brotes adventicios de frambuesa (Rubus ideaus L.) es influenciada por brasinosteroides

“…una respuesta positiva sobre la proliferación in vitro de callos de Spartina patens (Lu et al, 2003), la elongación de tallos de Capsicun annuum (Franck-Duchenne et al, 1998), así como en la proliferación y elongación de brotes de Musa spp. (Hassan-Nassar, 2004) y la proliferación de embriones somáticos en coníferas y arroz (Pullman et al, 2003).…”

“…It has been observed that the addition of brasinolide, or its homologues 24-epi-brasinolide and 28-homobrasinolide, thus synergistic effects of these with auxins and gibberellins, have a positive response on proliferation of in vitro callus of Spartina patens (Lu et al, 2003), shoot elongation of Capsicun annuum (Duchenne-Franck et al, 1998) and in proliferation and shoot elongation of Musa spp. (Hassan-Nassar, 2004) and the proliferation of somatic embryos in conifers and rice (Pullman et al, 2003). una respuesta positiva sobre la proliferación in vitro de callos de Spartina patens (Lu et al, 2003), la elongación de tallos de Capsicun annuum (Franck-Duchenne et al, 1998), así como en la proliferación y elongación de brotes de Musa spp.…”