Home About Browse Search
Svenska


Patterning during embryo development in Pinus

with special emphasis on somatic embryogenesis in Scots pine (Pinus sylvestris L.)

Abrahamsson, Malin (2016). Patterning during embryo development in Pinus. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2016:48
ISBN 978-91-576-8598-8
eISBN 978-91-576-8599-5
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

Somatic embryogenesis is an attractive method to propagate conifers vegetatively. However, many species belonging to Pinus are recalcitrant to somatic embryo development. The overall aim of this thesis has been to gain a better understanding of the developmental pathway leading to cotyledonary somatic embryos of Scots pine (Pinus sylvestris).

By comparing the developmental pathway of somatic embryos in a normal and in an abnormal cell line, differences between the cell lines were identified. An important difference was the high ratio of early and late embryos carrying supernumerary suspensor cells in the abnormal cell line compared to embryos in the normal cell line. This unbalanced ratio between the embryonal mass and the suspensor is at least partly caused by a disturbed polar auxin transport. Furthermore, a high proportion of early and late embryos degenerated in both cell lines. The degenerating embryos in the normal cell line were eliminated in a similar way as subordinate embryos in the seed. Contrastingly, the degenerating embryos in the abnormal cell line were not eliminated; instead the degenerated embryos started to differentiate new embryos creating a loop of embryo degeneration and embryo differentiation. During initiation of embryogenic tissue, the protruding early zygotic embryo(s) started to degenerate before a proliferating embryogenic culture was established, indicating that the initiation of embryogenic cultures is not a direct continuation of cleavage polyembryony. The results further suggest that there is a high risk that cell lines initiated from early zygotic embryos at the stage of cleavage develop abnormally.

To be able to use more differentiated tissues as explants for initiation of embryogenic cultures, more knowledge is needed about totipotence and embryogenic potential. Treatment with the histone deacetylase inhibitor trichostatin A (TSA) during maturation of somatic embryos of Norway spruce inhibited the maturation progression of the embryos. Furthermore, although TSA-treatment maintained the embryogenic potential in germinating somatic embryos, it did not enable the embryos to regain embryogenic potential after it was lost.

By analysing global changes in gene expression during early zygotic embryo development in Scots pine, we identified genes and processes that might be important for regulating the cleavage process and for the development of a dominant embryo.

Together these results contribute to the knowledge that in turn can lead to improved protocols for large scale propagation of Pinus species via somatic embryos.

Authors/Creators:Abrahamsson, Malin
Title:Patterning during embryo development in Pinus
Subtitle:with special emphasis on somatic embryogenesis in Scots pine (Pinus sylvestris L.)
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Skogsindustrin har ett stort intresse av att kunna föröka ekonomiskt viktiga trädslag vegetativt, då det innebär stora fördelar i både förädlingsarbetet och för massförökning av det förädlade materialet. Somatisk embryogenes är en relativt ny metod för vegetativ förökning, där man från ett enda frö kan producera ett obegränsat antal genetiskt identiska plantor. Metoden innebär att somatiska celler stimuleras att utvecklas till embryogena celler som kan bilda embryon, så kallade somatiska embryon, som motsvarar fröembryon. Gran, men inte tall, kan förökas effektivt via somatiska embryon.

Till skillnad från gran, så multipliceras fröembryot i tall på ett tidigt stadium genom delning. Embryona börjar tävla för sin överlevnad, och så småningom blir ett embryo dominant medan de resterande underordnade embryona succesivt bryts ner. Embryogena cellkulturer av tall kan endast etableras från omogna fröembryon, under en tvåveckorsperiod varje sommar, när multipliceringen av fröembryot sker. Embryogena cellkulturer av tall växer mycket snabbt, men det är svårt att stimulera utvecklingen och mognad av somatiska embryon.

Genom att systematiskt följa utvecklingen av somatiska embryon från en normal och en abnorm cellinje, har skillnader i utvecklingen mellan dessa kunnat dokumenteras. Vi fann att förhållandet mellan den embryogena massan och suspensorn är i obalans i embryon från den abnorma cellinjen, vilket delvis kan förklaras av en störd polär transport av växthormonet auxin. Studien visade också att många tidiga embryon i båda cellinjerna inte utvecklas vidare. De blockerade embryona i den normala cellinjen bryts ner på ett liknande sätt som de underordnade embryona i ett tallfrö. De blockerade embryona i den abnorma cellinjen bildar istället nya embryon, vilket resulterar i en kontinuerlig slinga av avbruten utveckling och nybildning av nya embryon. Dessa resultat tyder på att somatiska embryon från abnorma cellinjer fastnar i ett skede av ihållande multiplicering, där övergången till ett dominant embryo inte går att kontrollera.

För att få kunskap om hur övergången från multipliceringen av ett embryo till vidare utveckling av ett dominant embryo regleras, har vi studerat hur genuttrycket förändras under den tidiga utvecklingen av fröembryon. Ett antal gener, vilka reglerar centrala utvecklingsprocesser, har identifieras. Funktionerna av dessa gener under embryoutvecklingen måste nu bekräftas. När vi har fått mer ingående kunskaper om hur embryoutvecklingen regleras i tall, kommer förhoppningsvis metoden att föröka tall via somatiska embryon kunna förbättras.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2016
Depositing date:22 April 2016
Volume:2016:48
Number of Pages:58
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IAbrahamsson, M., Valladares, S., Larsson, E., von Arnold, S. (2012). Patterning during somatic embryogenesis in Scots pine in relation to polar auxin transport and programmed cell death. Plant Cell Tiss Organ Cult 109:391-400.
IIAbrahamsson, M., Valladares, S., Merino, I., Larsson, E., von Arnold, S. (2016). Degeneration pattern in somatic embryos of the gymnosperm Pinus sylvestris L. (submitted).
IIIUddenberg, D., Valladares, S., Abrahamsson, M., Sundström, J.F., Sundås-Larsson, A., von Arnold, S. (2011). Embryogenic potential and expression of embryogenesis-related genes in conifers are affected by treatment with a histone deacetylase inhibitor. Planta 234:527-539.
IVMerino, I., Abrahamsson, M., Sterck, L., von Arnold, S. (2016). Functional switches in gene regulation during development of zygotic embryos in Scots pine (manuscript).
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Plant Biology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-8598-8
ISBN for electronic version:978-91-576-8599-5
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:F Plant production > F30 Plant genetics and breeding
F Plant production > F62 Plant physiology - Growth and development
K Forestry > K01 Forestry - General aspects
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Cell Biology
(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Developmental Biology
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Forest Science
Agrovoc terms:pinus sylvestris, pinophyta, somatic embryos, somatic embryogenesis, auxins, apoptosis, transcription, gene expression
Keywords:Conifer, Embryogenic potential, Polar auxin transport, Programmed cell death, Scots pine, somatic embryos, somatic embryogenesis, transcriptome
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-3399
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-3399
ID Code:13298
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Department of Plant Biology (from 140101)
Deposited By: Malin Abrahamsson
Deposited On:25 Apr 2016 11:13
Metadata Last Modified:25 Apr 2016 11:13

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits