Production of an Interspecific Triploid Hybrid Between Gossypium hirsutum and G. Arboreum by Embryo Rescue



Hand pollination of G. hirsutum (2n= 4x= 52, AA D1D1) with G. arboreum (2n= 2x= 26, A1A1) produced 18.7% hybrid seeds. None of the hybrid seeds germinated in pots and in all likelihood the embryo (A1AD1) and the endosperm (A1AAD1D1) were incompatible. In vitro culture of ovules 5 days after pollination (DAP), failed to support the growth of viable embryos. Hybrid embryos 50 DAP, excised from field pollinated hybrid seeds, successfully germinated in vitro. Triploid hybrid plants were successfully grown to flowering in pots. The frequency of generation of hybrid plants was 2.3% of cultured embryos. Pollen mother cells of the hybrid plant showed the expected A genome ring of 4 and ring of 6 chromosomes. In addition, there were several unpaired chromosomes of the D genome at metaphase I. The unpaired chromosomes grouped randomly at MII and organized spindles around them. The mature pollen grains were sterile due to aneuploidy.


Article Title [Persian]

تولید هیبرید تریپلوئید بین گونه‌ای Gossypium hirsutum و G. arboreum به روش نجات جنین

Abstract [Persian]

در تلاقی بین گونه‌های G. hirsutum (2n= 4x= 52, AA D1D1) و G. arboreum (2n= 2x= 26, A1A1) به روش گرده افشانی دستی به میزان 7/18 درصد بذر هیبرید به دست آمد. هیچ­کدام از این هیبریدها قادر به جوانه زنی در خاک نبودند و این امر احتمالاً بیشتر به سبب ناسازگاری بین جنین (A1AD1) و آندوسپرم (A1AAD1D1) بوده است. کشت درون شیشه‌ی اوول‌ها 5 روز پس از گرده افشانی هیچ­گونه موفقیتی از نظر رشد جنین‌های سالم به همراه نداشت. جنین‌های هیبرید 50 روز پس از گرده‌افشانی که از تلاقی‌های مزرعه‌ای به دست آمده بودند توانستند به طور موفقیت آمیزی در شرایط کشت درون شیشه‌ای جوانه بزنند. این هیبرید‌های تریپلوئید توانستند با موفقیت به مرحله‌ی گلدهی برسند. درصد موفقیت از نظر دست یابی به گیاهان هیبرید در روش نجات جنین 3/2 درصد بود. سلول‌های مولد دانه‌ی گرده در مرحله‌ی متافاز اول حلقه‌هایی با چهار و شش کرومزوم مربوط به ژنوم A را نشان دادند. همچنین چندین کروموزوم جفت نشده که مربوط به ژنوم D بودند در متافاز اول مشاهده شدند. این کروموزو‌م‌ها به همراه رشته‌های دوکی در متافاز 2 به طور تصادفی دسته بندی شدند. دانه‌های گرده‌ی بالغ که تولید شدند به علت آنیوپلوئیدی عقیم بودند.

Keywords [Persian]

  • تریپلوئید
  • کشت جنین
  • هیبرید بین گونه‌ای
Beasley JO, 1940. Hybridization of American 26-chromosome and Asiatic 13-chromosome species of Gossypium. Journal of Agricultural Research 60: 175–181.
Endrizzi JE, Turcotte EL and Kohel R, 1985. Genetics, cytology and evolution of Gossypium. Advances in Genetics 23: 271-375.
Gill MS and Bajaj YPS, 1987. Hybridization between diploid G. arboreum and tetraploid G. hirsutum cotton through ovule culture. Euphytica 36: 625-630.
Gotmare V and Singh P, 2004. Use of wild species for cotton improvement in India. International Cotton Advisory Committee Research. 12: 12–14.
Kapoor CJ, 2003. Genetic improvement of Gossypium arboretum for quality cotton. In: Swanepoel A (Ed). Pp. 210-212. Proceedings of the World Cotton Research Conference-3, March 9–13, 2003, Cape Town, South Africa.
Katageri IS, Khadi BM and Vamadevaiah HM, 1999. In vitro in ovulo embryo culture in cotton. Journal of Indian Society of Cotton Improvement 3: 95-101.
Kumar S, Bhatia P, Jain RK, Bhutani S and Chowdhury VK, 2002. Effect of auxin, cytokinin, giberellin and kind of sugar on callus induction in ovules of G. hirsutum X G. arboreum crosses. Journal of Cotton Research 16: 13-16.
Liang CL, Sun CW, Liu TL and Chiang JC, 1978. Studies on interspecific hybridization in cotton. Scientia Sinica 2: 545-555.
Liu C, Shun J and Liu J, 1992. In vitro interspecific fertilization, embryo development and formation of hybrid seedlings between Gossypium  hirsutum and G. arboreum. Euphytica 60: 79-82.
Mehetre SS, Aher AR, Gawande VL, Patil VR and Mokate AS, 2003. Induced polyploidy in Gossypium: A tool to overcome interspecific incompatibility of cultivated tetraploid and diploid cottons. Current Science 84: 1510-1512.
Patil SS, Patil RS, Deepak CA, Somashekhar D and Kolhar BC, 2003. Genetic evaluation and comparison of G. herbaceum and G. hirsutum varieties in different levels of rainfed and intensive management situations. In: Swanepoel A (Ed). Pp. 152–161. Proceedings of the World Cotton Research Conference-3, March 9–13, Cape Town, South Africa.
Pundir NS, 1972. Experimental embryology of Gossypium arboreum L. and G. hirsutum L. and their reciprocal crosses. Botanical Gazette 133: 7–26.
Sacks EJ, 2008. Ovule rescue efficiency of Gossypium hirsutum x G. arboreum progeny from field-grown fruit is affected by media composition and antimicrobial compounds. ..Plant Cell Tissue and Organ Culture 9: 15-20.
Stewart JD, 1979. Use of ovule culture to obtain interspecific hybrids of Gossypium. Symposium, Southern Section, American Society of Plant Physiology, February 8, New Orleans, Pp. 44-56.
Stewart JD and Hsu CL, 1977. In-ovulo embryo culture and seedling development of cotton (Gossypium  hirsutum L.).  Planta 137: 113-117.
Stewart JD and Hsu CL, 1978. Hybridization of diploid and tetraploid cottons through in-ovulo embryo  cultures. Journal of  Heredity 69: 404-408.
Vafaie-Tabar M, Chandrashekaran S, Sing RP and Rana MK, 2003. Evaluation of genetic diversity in Indian tetraploid and diploid cotton (Gossypium spp.) by morphological characteristics and RAPDs. Indian Journal of Genetic 63: 230-234.
Wendel JF, Brubaker CL and Percival AE, 1992. Genetic diversity in Gossypium hirsutum and the origin of upland cotton. American Journal of Botany 79: 1291-1310.
Wu J, Zhang X, Nie Y, Jin S and Liang S, 2004. Factors affecting somatic embryogenesis and plant regeneration from a range of recalcitrant genotypes of Chinese cottons (Gossypium hirsutum L.). In Vitro Cell Developmental Biology- Plant 40: 371–375.