Μελέτη και αξιοποίηση διειδικών υβριδίων στη βελτίωση της μελιτζάνας (Solanum melongena)

Abstract

The present study aimed to the development of cytoplasmic male sterile lines (CMS) of the Hellenic eggplant varieties ‘Lagada’, ‘Emi’ and ‘Tsakoniki’ with the cytoplasm of Solanum violaceum and the study of the inheritance of the fertility restorer genes (Rf-genes). In addition, these lines were utilized in the production of eggplant interspecific hybrids with the wild species S. integrifolium and S. gilo and the interspecific hybrids were evaluated as eggplant rootstocks. In the first experiment the CMS lines of the cultivars ‘Lagada’, ‘Emi’ and ‘Tsakoniki’ with the cytoplasm of S. violaceum were developed by using the backcross method. The female fertility of the CMS plants was not affected by the alien cytoplasm. However, the male fertility was adversely affected as indicated by inability of the anther to release its pollen, low pollen viability and anther morphological abnormalities. In the genetic background of ‘Tsakoniki’ some plants that apparently possessed the appropriate Rf-genes and formed fully functional anthers were identified for the first time. The genetic analysis revealed that fertility restoration is controlled by a major gene and a modifying locus, and that the appropriate dominant alleles are inherited from the wild species. The analysis of cytoplasmic organelles in BC4 generation confirmed their maternal inheritance from S. violaceum. The possibility of utilizing the three CMS lines as female parents in a hybridization program was assessed by their anthesis and seed production parameters after intraspecific crosses with cv. ‘Emi’ and interspecific crosses with S. integrifolium and S. gilo, which are resistant to Fusarium wilt. It was apparent that CMS ‘Emi’ was the most appropriate parent and that the intraspecific crosses were more successful than the interspecific. The germination of intraspecific and interspecific seed was very high and similar to that of eggplant. In the second experiment, five interspecific hybrids obtained from the first experiment were studied. The morphology of these hybrids was intermediate of their parents. In addition, these plants were very vigorous and heterotic for the characteristics of vegetative growth and, thus, potentially valuable eggplant rootstocks. The interspecific hybrids had zero pollen viability and could not be backcrossed to their parents, with the exception of the cross F1(cmsTxSG) x S. gilo. The plants obtained after that cross (BC1 population) were crossed to an eggplant line carrying the Rf-genes and backcrossed to S. gilo. The overall percentage of successful crosses in BC1 was higher than that achieved in F1 generation, which indicates that the female fertility was increased after a backcross cycle. In the third experiment the five interspecific hybrids studied in the second experiment were evaluated as rootstocks in combination with the eggplant cultivars ‘Lagada’, ‘Emi’ and ‘Tsakoniki’. These rootstocks were highly compatible with the eggplant scions, which was apparent by the high percentage of successful grafting. Grafting on the interspecific hybrids F1(cmsTxSI) and F1(cmsExSG) had a positive effect on the production of all three cultivars. It was also observed that self-grafting as well as grafting on the interspecific hybrids was accompanied by changes in the phenotype of the eggplant fruit.

Η παρούσα διατριβή είχε σκοπό τη δημιουργία κυτταροπλασματικά αρρενόστειρων σειρών των ποικιλιών μελιτζάνας ‘Λαγκαδά’, ‘Έμι’ και ‘Τσακώνικη’ με το κυτταρόπλασμα του Solanum violaceum και τη μελέτη της κληρονόμησης των γονιδίων της επαναφοράς της γονιμότητας (Rf-genes). Επίσης, αυτές οι σειρές αξιοποιήθηκαν στην παραγωγή διειδικών υβριδίων με τα άγρια είδη S. integrifolium και S. gilo και αυτά τα υβρίδια αξιολογήθηκαν ως υποκείμενα εμβολιασμού της μελιτζάνας. Στο πρώτο πείραμα δημιουργήθηκαν οι αρρενόστειρες σειρές των ποικιλιών ‘Λαγκαδά’, ‘Έμι’ και ‘Τσακώνικη’ με το κυτταρόπλασμα του S. violaceum εφαρμόζοντας τη μέθοδο των αναδιασταυρώσεων. Η γονιμότητα του γυναικείου του άνθους των αρρενόστειρων φυτών δεν επηρεάστηκε από το ξένο κυτταρόπλασμα. Αντίθετα, η γονιμότητα του ανδρείου επηρεάστηκε δυσμενώς, κάτι που φάνηκε από τις μορφολογικές ανωμαλίες του ανθήρα και την πολύ χαμηλή βιωσιμότητα της γύρης η οποία δεν ελευθερωνόταν από τον ανθήρα. Στο γενετικό υπόβαθρο της ‘Τσακώνικη’ βρέθηκαν φυτά τα οποία διέθεταν τα κατάλληλα Rf-genes και είχαν άνθη με πλήρως λειτουργικό ανδρείο. Η γενετική ανάλυση έδειξε ότι η επαναφορά της γονιμότητας ελέγχεται από μία κύρια γονιδιακή θέση και μία τροποποιητική και ότι τα κατάλληλα αλληλομόρφα κληρονομούνται κυρίαρχα από το άγριο είδος. Η ανάλυση του κυτταροπλάσματος σε φυτά της BC4 γενεάς επιβεβαίωσε τη μητρική κληρονόμησή από το S. violaceum. Η δυνατότητα αξιοποίησης των τριών αρρενόστειρων σειρών ως θηλυκών γονέων σε ένα πρόγραμμα υβριδισμού εκτιμήθηκε με βάση τις παραμέτρους της άνθισης και της σποροπαραγωγής μετά από ενδοειδικές διασταυρώσεις με την ‘Έμι’ και διειδικές διασταυρώσεις με τα άγρια είδη S. integrifolium και S. gilo, που είναι ανθεκτικά στη φουζαρίωση της μελιτζάνας. Διαπιστώθηκε ότι ο καταλληλότερος γονέας ήταν η αρρενόστειρη σειρά της ‘Έμι’ και ότι οι ενδοειδικές διασταυρώσεις έγιναν ευκολότερα από τις διειδικές. Η φυτρωτική ικανότητα του υβριδιόσπορου ήταν πολύ υψηλή και παραπλήσια με αυτή της μελιτζάνας. Στο δεύτερο πείραμα μελετήθηκαν τα διειδικά υβρίδια που προέκυψαν από τις διειδικές διασταυρώσεις του πρώτου πειράματος. Αυτά τα φυτά είχαν ενδιάμεση μορφολογία σε σχέση με τους γονείς τους και, επιπλέον, χαρακτηρίστηκαν από μεγάλη ευρωστία που εκφράστηκε με ετέρωση για τα χαρακτηριστικά της βλαστικής ανάπτυξης. Αυτό το γεγονός τα καθιστά δυνητικά αξιόλογα υποκείμενα εμβολιασμού της μελιτζάνας. Τα διειδικά υβρίδια είχαν γύρη με μηδενική βιωσιμότητα και δεν αναδιασταυρώθηκαν με τους γονείς τους, με εξαίρεση το διειδικό υβρίδιο F1(cmsTxSG) που αναδιασταυρώθηκε με το S. gilo. Οι απόγονοι της αναδιασταύρωσης (BC1 γενεά) διασταυρώθηκαν με μία σειρά μελιτζάνας που έχει τα κατάλληλα Rf-genes και αναδιασταυρώθηκαν με το S. gilo. Το γενικό ποσοστό των επιτυχών διασταυρώσεων στην BC1 ήταν υψηλότερο από αυτό που επιτεύχθηκε στην F1 γενεά, κάτι που δείχνει ότι η γονιμότητα του γυναικείου βελτιώθηκε μετά από μία γενεά αναδιασταύρωσης. Στο τρίτο πείραμα τα διειδικά υβρίδια που περιγράφηκαν προηγουμένως αξιολογήθηκαν ως υποκείμενα εμβολιασμού με τις ποικιλίες μελιτζάνας ‘Λαγκαδά’, ‘Έμι’ και ‘Τσακώνικη’. Τα υποκείμενα ήταν συμβατά σε μεγάλο βαθμό με τα τη μελιτζάνα, κάτι που φάνηκε από το υψηλό ποσοστό των επιτυχών εμβολιασμών. Η χρησιμοποίηση των διειδικών υβριδίων F1(cmsTxSI) και F1(cmsExSG) είχε θετική επίδραση στην παραγωγή και των τριών ποικιλιών μελιτζάνας. Τέλος, ο αυτο-εμβολιασμός και ο εμβολιασμός της μελιτζάνας πάνω στα διειδικά υβρίδια συνοδεύτηκαν από αλλαγές στον φαινότυπο του καρπού.