Nuevos avances en la determinación del sexo e identificación de la papaya
Palabras clave: papaya; identificación de género; determinación del sexo; progreso de la investigación
Número de clasificación de la Biblioteca de China: Q75
Código de identificación del documento: a
Número de artículo: 1007-7847(2006)01-0001-06.
La papaya es una famosa fruta tropical, tanto frutal como vegetal. Su fruta fresca tiene una apariencia hermosa, buen color y aroma, y se la conoce como la "Mejor fruta Lingnan" y se planta ampliamente en el sur de mi país. Además de ser comestible, la papaya también tiene un valor de aplicación industrial extremadamente importante. La leche de papaya inmadura contiene una variedad de enzimas de papaína y se usa ampliamente en investigación científica, procesamiento de alimentos, atención médica, cosmética, belleza, etc. La ciencia y la tecnología modernas han demostrado que la papaya es un tesoro de fruta que integra nutrición, prevención de enfermedades, prevención del cáncer, cuidado de la salud y belleza.
La papaya normalmente se propaga por semillas, por lo que hay una gran cantidad de "plantas masculinas de papaya" durante el proceso de cultivo de las plántulas. El género de la planta sólo se puede identificar entre 6 y 8 meses después, cuando florece, y antes de esa fecha no se puede determinar con precisión a partir de la morfología. Por lo general, el número de plantas masculinas es de 3 a 5 y deben eliminarse cuando florecen. Esta situación no sólo genera un gran desperdicio en la producción, sino que también deja en el huerto las semillas de las "plantas macho de papaya", lo que les permitirá reproducirse en el futuro. Este artículo revisa los nuevos desarrollos en esta área.
1. Polimorfismo floral de la papaya
Los tipos básicos de flores de la papaya se pueden dividir en tres tipos: flores masculinas, flores femeninas y flores bisexuales, por lo tanto, los tipos de plantas de la papaya. Se puede dividir en Hay tres tipos básicos: plantas masculinas (flores masculinas o masculinas), plantas femeninas (flores femeninas o femeninas) y flores bisexuales. Las variedades cultivadas se dividen principalmente en dos tipos: plantas bisexuales y plantas femeninas. En la actualidad, las principales variedades de "Suihong" en mi país son plantas con flores hermafroditas. Las plantas hermafroditas se cultivan ampliamente, pero sus plántulas suelen tener sexos separados. La proporción de separación es generalmente de 2:1 para plantas hermafroditas:plantas femeninas. El género sólo se puede determinar cuando la planta florece después de 6 a 8 meses de crecimiento.
Además de los tres tipos de flores básicos comunes, la papaya también tiene otros tipos de flores, mostrando una gama muy amplia de tipos. También hay informes de frutos "machos de papaya" y flores masculinas en plantas bisexuales (es decir, flores femeninas, flores masculinas y El fenómeno heterocigoto en el que ambas flores sexuales nacen en la misma planta al mismo tiempo) muestra que la expresión del patrón floral y la herencia de la papaya son muy complejas.
En la naturaleza, las plantas dioicas son muy comunes. Por ejemplo, el ginkgo, el kiwi, los espárragos, el Luo Han Guo y el tejo, entre las plantas superiores, son todas plantas dioicas. El sexo de la mayoría de las plantas dioicas no se determina en la etapa embrionaria como los animales, sino en una determinada etapa después del crecimiento, diferenciación y madurez. Al mismo tiempo, se verá afectada en diversos grados por las condiciones ambientales externas como la nutrición, la temperatura, la humedad, la intensidad de la luz, la hora del sol, las hormonas vegetales, etc., por lo que la diferenciación sexual de muchas plantas superiores es inestable. En el caso de la papaya, la forma y el género de la flor también cambiarán debido a la estación, las altas temperaturas y una poda inadecuada. Por ejemplo, las plantas masculinas se convertirán en plantas femeninas o hermafroditas, lo cual es el resultado de factores ambientales.
Existen grandes diferencias en el rendimiento de fructificación, forma y calidad del fruto entre plantas de papaya de distintos géneros. Debido a que las plantas masculinas no pueden dar frutos, trate de evitar la aparición de "hombres papaya"
2. Determinación e identificación del sexo de la papaya.
2.1 Identificación morfológica
La identificación del género de la planta en la etapa de plántula tiene cierta importancia para el mejoramiento y cultivo de papaya. En términos de morfología de las plántulas, casi no hay diferencia entre los distintos tipos de plantas. Sólo se pueden juzgar en función de la forma de los órganos florales durante la floración. Las diferentes variedades de papaya difieren mucho en fructificación, forma y calidad del fruto, por lo que la aplicación de la identificación morfológica en la producción es muy limitada. Algunas personas han intentado predecir el sexo de las plantas mediante métodos físicos, químicos y de cultivo de tejidos, pero los resultados han sido insatisfactorios.
2.2 Investigación sobre la ley de herencia de género
Con la mejora del nivel de investigación genética, la investigación sobre el género de las plantas se ha convertido en el centro de atención de la gente.
Al mismo tiempo, la investigación sobre el género de las plantas siempre ha sido un eslabón débil en la investigación vegetal mundial, y la interpretación de la información genética sobre el género de las plantas siempre ha sido un sueño para los investigadores. La papaya, aunque es diploide, tiene sólo 9 pares de cromosomas (2n=18) y su genoma es pequeño, de unos 372 Mbp, pero su herencia ha sido estudiada hasta el momento.
En lo que respecta a la comprensión de las reglas de herencia sexual de la papaya, hace ya 60 años se propuso la hipótesis de que su sexo está controlado por tres alelos. Según la proporción de segregación sexual de la descendencia híbrida de los tres tipos de plantas, Storey et al creían que los tres alelos son M1, M2 y M, que controlan los rasgos masculinos, femeninos y hermafroditas, respectivamente, y M1 es dominante. recesivo. Los genotipos de las plantas masculinas, hermafroditas y femeninas fueron M1m, M2m y mm respectivamente. Los cigotos con genotipos M1M1, M1M2, m2 m2 y m2 experimentaron abortos, lo que indica la ubicación del gen determinante del sexo. La unión dominante conduce al aborto dominante, lo que hace que la descendencia de las cepas hermafroditas se separe en una proporción de 2:1. Más tarde, Storey revisó esta hipótesis, argumentando que la determinación del sexo no es el resultado de la acción de un solo gen, sino que está controlada por un complejo de genes agrupados en un rango muy estrecho de los cromosomas sexuales. Hofmeyr informó además que M1 y M2 son regiones inactivadas con longitudes ligeramente diferentes en los cromosomas, mientras que Horovitz y Jiménez señalaron que la determinación del sexo de la papaya es XX-XY basándose en los resultados de la hibridación intraespecífica, siendo el genotipo masculino XY y el femenino siendo XX, ambos sexos son XY2, Y2 es el cromosoma Y mutado. Recientemente, Liu et al. han sugerido que la evolución de los cromosomas sexuales implica la supresión de la recombinación en regiones cromosómicas cercanas a los determinantes sexuales, y que una región cromosómica permanentemente heterocigótica puede acumular mutaciones recesivas nocivas y quedar fija. Después de un período de selección de mutaciones favorable en el cromosoma Y, estos cambios pueden conducir a la disminución del cromosoma Y y su separación del cromosoma X. Se ha descubierto que sólo 5 cromosomas Y en humanos todavía exhiben reintercambio de cromosomas X-Y. Por lo tanto, se cree que la papaya contiene un cromosoma Y original, y la única región específica masculina (que representa aproximadamente el 10% de la longitud del cromosoma) también ha sufrido una estricta supresión de recombinación y cambios en la secuencia del ADN, lo que proporciona además evidencia directa de que los cromosomas sexuales se originó a partir de autosomas.
Otra hipótesis es que los tres alelos codifican diferentes factores de acción trans, guiando así la formación de diferentes tipos de flores y desarrollando la determinación del sexo desde el nivel genético hasta el nivel de traducción de proteínas.
2.3 Construcción de un mapa genético de ligamiento
El mapa genético de ligamiento de alta densidad no es solo el primer paso para aislar genes diana, sino también una herramienta importante para la investigación genética. La construcción de mapas genéticos de ligamiento es de gran importancia para la clonación de genes relacionados y la selección asistida por marcadores moleculares. Actualmente, se han construido mapas genéticos de ligamiento de muchos cultivos.
La construcción del mapa genético de ligamiento de la papaya está muy por detrás de otros trabajos. El primer mapa genético se construyó hace 60 años e incluía sólo tres marcadores morfológicos: tipo de sexo, color de la flor y color del tallo. En 1996, Sondurt presentó el segundo mapa genético basado en marcadores moleculares. En este mapa de ligamiento genético, hay 62 marcadores RAPD. El gen determinante del sexo está ubicado en el primer grupo de ligamiento. Hay un marcador a cada lado del locus y la distancia genética es de 7 cM. Recientemente, HaoL de la Universidad de Hawaii construyó el tercer mapa genético de enlace molecular de alta densidad basado en 54 poblaciones F2 de Kapoho y SunUp. El mapa** tiene 65,438 0,506,5438 0 marcadores, incluidos 65,438 0,498 marcadores AFLP, marcadores de proteína de cubierta del virus de la mancha anular de la papaya, marcadores de morfología sexual y marcadores de color de fruta fresca. Estos marcadores se dividieron en 12 grupos de enlace, que cubrían 3.294,2 cM del genoma, y la distancia media entre marcadores fue de 2,2 cM. Un estudio más detallado de estos marcadores reveló que se aislaron 225 marcadores de genes sexuales cerca del sitio determinante del sexo. Casi al mismo tiempo, Chadesworth construyó un mapa muy detallado de los cromosomas que contienen los genes determinantes del sexo.
Como se puede ver en el mapa, los genes que determinan el sexo de la papaya están ubicados en una región de recombinación muy concentrada en el mapa, que todavía es una pequeña parte del genoma de la papaya en comparación con otras regiones específicas de los machos (como el cromosoma Y de los mamíferos). ). Sus hallazgos son consistentes con los de Hao y proporcionan evidencia adicional de que los genes que determinan el sexo están estrechamente relacionados con sus marcadores cercanos.
2.4 Investigación sobre marcadores moleculares de ADN vinculados al sexo
Como eslabón básico en el análisis genético, la tecnología de marcadores moleculares ha sido ampliamente utilizada en los campos de animales, plantas, mapas genéticos humanos y análisis genético. Los marcadores moleculares son marcadores genéticos basados en macromoléculas biológicas, especialmente polimorfismos de ácidos nucleicos, y son un medio eficaz para identificar loci genéticos (10cu) en el genoma. Los marcadores moleculares tienen las ventajas de ser genéticamente estables, de herencia simple y capaces de reflejar características individuales y grupales. Actualmente son los marcadores genéticos de más rápido crecimiento.
La tecnología de selección asistida por marcadores moleculares es una aplicación específica de la tecnología de marcadores moleculares en la práctica de mejoramiento. Se ha informado con éxito en la selección temprana de una variedad de cultivos. Esto también ha impulsado a los investigadores a desarrollar la selección de marcadores moleculares. Tecnología para selección temprana. Eliminación de plantas macho de papaya. Debido al polimorfismo y la transición esporádica del sexo y la pérdida de cromosomas sexuales, la investigación a nivel molecular sobre el sexo de la papaya siempre ha sido un tema candente y difícil, y se han logrado algunos avances en la determinación e identificación del sexo. La tasa de degeneración de la Universidad de Hawaii tuvo éxito por primera vez. Obtuvieron tres marcadores RAPD que estaban estrechamente relacionados con el sexo de la papaya. Los secuenciaron, los sintetizaron y los convirtieron en marcadores SCAR. Creyeron que SCARTl2 y SCARWll estaban entre hermafroditas y masculinos. plantas. SCARTI produce este producto de PCR en todos los tipos de plantas, por lo que los tres tipos de plantas de papaya se pueden distinguir bien utilizando estos tres pares de cebadores. Con base en esto, desarrollaron con éxito una tecnología para detectar el tipo de planta de papaya, es decir, usar T1 como control positivo, usar Wll o T12 para identificar plantas hermafroditas y masculinas, y realizar una identificación temprana del género en la etapa de plántula para predecir el género de las plantas. papaya con una precisión de 99.2, logrando el propósito de selección temprana. Más tarde, Palanis, Reimers y Ulasky también desarrollaron con éxito tecnología de marcadores moleculares específica para hombres y hermafroditas y tecnología de selección asistida por marcadores para distinguir hembras y machos, respectivamente, y las aplicaron a la selección temprana del sexo. Eliana et al. utilizaron tecnología RAPD para distinguir tres descendientes sexuales del cultivar comercial Solo y descubrieron que el marcador BC210438 generado por el cebador BC210 podía detectar el tipo de planta hermafrodita del material de prueba. Posteriormente, SomsriI y otros también utilizaron tecnología de huellas dactilares de amplificación de ADN para estudiar los marcadores de genes sexuales de la papaya.
Los microsatélites y el ADN de microsatélites en los genomas eucariotas son ricos en polimorfismo. Debido a que están distribuidos amplia y uniformemente en todo el genoma, tienen una serie de ventajas como un fuerte conservadurismo, herencia dominante, la capacidad de proporcionar una gran cantidad de información genética estable y un análisis conveniente y rápido, se utilizan ampliamente en biología. cartografía genética y genética de poblaciones, investigación académica, etc. Parasnist3 et al. en India identificaron recientemente el sexo de la papaya utilizando microsatélites y sondas de microsatélites. Creyeron que la sonda microsatélite (GATA) 4 mostraba especificidad sexual en las variedades de papaya estudiadas y, por lo tanto, desarrollaron un marcador microsatélite para la identificación del sexo de la papaya en la etapa de plántula. Al mismo tiempo, también descubrieron que el material genético de los cromosomas X e Y de la papaya es completamente diferente debido a diferentes procesos de diferenciación sexual, lo que revela la base del material genético de las diferencias de género desde el nivel de las cromátidas.
Los estudiosos nacionales también han explorado el uso de marcadores moleculares para estudiar el género de la papaya. Chen Zhonghai utilizó tecnología de isoenzimas y método SDS-PAGE de proteínas para estudiar las diferencias entre plantas de papaya femeninas, masculinas y hermafroditas. Los resultados mostraron que había diferencias en las isoenzimas peroxidasa (POD), esterasa (EST) y polifenol oxidasa (PPO) de plantas femeninas, masculinas y hermafroditas, y la tendencia general de la actividad enzimática fue que las plantas femeninas eran más activas. La banda de isoenzima peroxidasa de 0,29 tiene una banda de isoenzima esterasa adicional con Rf = 0,75 y una banda de polifenol oxidasa con Rf = 0,35 que falta en las hojas maduras, lo que sugiere que estas tres bandas específicas pueden usarse como referencia para identificar plantas de papaya. "Zhou Guohui" debe analizarse como un grupo de cuarentena mixto.
Entre los 205 cebadores aleatorios de 10 bases, se encontraron los marcadores RAPD OPQ071800 y OPE061050 del gen hermafrodita de la papaya (M2). Se detectó el ADN de 210 plantas de papaya utilizando estos dos cebadores. Los resultados mostraron que OPQ071800 y OPE061050 estaban estrechamente relacionados con el gen M2. Esta investigación abre nuevas vías para la clonación y el mejoramiento direccional del gen M2, y también lleva el trabajo de mejoramiento tradicional a un nuevo nivel.
2.5 Otros métodos de identificación de género
Además de la tecnología de selección asistida por marcadores moleculares para la identificación de género, también hay informes sobre el uso de algunos métodos fisiológicos y bioquímicos para la identificación temprana de género. Awadt3] utilizó hojas y pecíolos de 3 meses de edad de la variedad Fairchild como materiales para explorar la relación entre los componentes químicos de las hojas de papaya y la expresión de género mediante el análisis de las diferencias en sus componentes químicos. Los resultados mostraron que no hubo diferencias significativas en los contenidos de sólidos solubles de clorofila, ácidos totales y fenólicos totales entre las plantas masculinas y femeninas, pero sí los mayores contenidos de materia seca, silicio, indol, aminoácidos y prolina libre en las hojas y pecíolos de Las plantas femeninas podrían ser indicadores de identificación temprana de plantas femeninas, un mayor contenido de ceniza en las hojas y pecíolos de las plantas masculinas y un mayor contenido de peroxidasa y prolina libre en los pecíolos pueden usarse como indicadores predictivos de plantas masculinas. Muchos otros investigadores han desarrollado otros métodos desde diferentes aspectos.
Además, algunas medidas en cultivo y manejo también afectarán al rendimiento sexual de la papaya. Suranant trató plántulas de papaya con NAA y GA-3 y descubrió que el tratamiento con concentraciones apropiadas de NAA podría reducir el porcentaje de plantas masculinas en la población. Aunque el tratamiento con GA-3 no cambió la proporción de plantas masculinas y femeninas, las características masculinas aparecieron antes que las de los otros dos tipos sexuales. Por lo tanto, la pulverización oportuna de NAA y GA-3 puede lograr el propósito de identificar tempranamente las plantas masculinas y reducir la tasa de plantas masculinas. Mitra también informó que el tratamiento de plántulas con 100 μg/gnaa puede aumentar el porcentaje de plantas femeninas (de 46 a 62,5), lo que respalda la opinión anterior.
Desarrollo de los órganos florales
Para aclarar el proceso único de desarrollo de los órganos florales de la papaya, algunos investigadores observaron los cambios morfológicos durante la formación de los órganos florales en ambos sexos de la papaya. Xie Mingxian y otros de la provincia china de Taiwán utilizaron microscopios de disección y microscopios electrónicos de barrido para observar el proceso de desarrollo de los botones florales de las plantas de flores bisexuales Tainong No. 2 en varias etapas. Según la morfología, el proceso de formación de órganos florales de las flores bisexuales se divide en cuatro etapas: la etapa de formación del primordio del periantio (secciones 1 a 3) en la que aparecen uno tras otro sépalos y primordios de pétalos, y la etapa de formación inicial en la que estambres y carpelos comienzan a formarse uno tras otro (secciones 4-6), la etapa de formación de estambres cuando los pétalos y filamentos son claramente visibles (secciones 7-9) y la etapa de formación de pistilos cuando los carpelos están completamente curados para formar estigmas ramificados. Investigaciones adicionales encontraron que existe una relación estable y consistente entre el proceso de formación de los órganos florales de papaya y la cantidad de nodos en los que se plantan, lo que sugiere que el grado de desarrollo de las yemas se puede estimar mediante la calibración de la posición de los nodos durante la producción. El estudio también encontró que el patrón de diferenciación apical de la formación de órganos florales de papaya y el tiempo requerido para la formación de órganos florales varían entre 4 y 10 semanas dependiendo de la temporada. Pero el tiempo necesario para que maduren los órganos florales es relativamente constante, entre 3 y 5 semanas. Si se bloquea el desarrollo en diferentes etapas de formación del estambre, se formarán pistilos con diferentes carpelos y estigmas. Al mismo tiempo, Lu Bingguo utilizó tres tipos diferentes de papaya como materiales para estudiar la fertilidad del polen de diferentes tipos de papaya, observó la aparición y desarrollo de megasporas, gametofitos femeninos y embriones, y estudió el impacto de la fertilidad en el rendimiento de fructificación de las plantas. Estos estudios han explorado hasta cierto punto los diferentes tipos de órganos florales y procesos de desarrollo embrionario de la papaya, lo que ha permitido a las personas tener una cierta comprensión de este complejo proceso.
4 Perspectivas
Durante mucho tiempo, la papaya ha utilizado principalmente semillas para la propagación de plántulas, pero la tasa de plántulas de plantas masculinas se ha mantenido en alrededor de 5. Debido a la falta de métodos eficaces de identificación de género, sólo se puede juzgar cuando florece, lo que afecta en gran medida el rendimiento de la papaya. Cómo determinar y eliminar de forma rápida y precisa las plantas masculinas en etapa de plántula es un problema que se ha estudiado y resuelto en los últimos años.
El método de identificación morfológica es simple, pero requiere mucho tiempo y mano de obra; la identificación mediante indicadores fisiológicos y bioquímicos se ve fácilmente afectada por las condiciones ambientales, las etapas de desarrollo de la planta y el nivel técnico del operador, lo que resulta en una confiabilidad molecular reducida, aunque rápida y precisa; La tecnología de selección asistida por marcadores tiene algunas aplicaciones, pero la operación es compleja y costosa, y es necesario mejorar aún más la confiabilidad de la tecnología. Por lo tanto, hasta el final del proyecto, todavía falta un método de identificación rápido, conveniente y eficiente para predecir el tipo de planta de papaya. A medida que el nivel de investigación y diagnóstico continúa mejorando, una tecnología de identificación estable, rápida y simple seguramente proporcionará una base sólida para la identificación temprana y eficiente de la papaya.
En términos relativos, el uso actual de algunos productos químicos baratos como NAA o GA-3 para tratar las plántulas de papaya debería ser un atajo para la identificación temprana de los tipos de plantas. Este método de control de género es muy simple y efectivo y puede promoverse y aplicarse en la producción. Otro método prometedor para controlar el género es el cultivo de tejidos tradicional, que implica realizar cultivos de tejidos a gran escala en variedades superiores que han sido identificadas como plantas femeninas o hermafroditas, y luego obtener una gran cantidad de plantas femeninas o hermafroditas genéticamente homogéneas para la producción. También es posible cultivar las anteras de plantas femeninas o hermafroditas in vitro, y luego utilizar concentraciones apropiadas de productos químicos, como colchicina o fumulon, para duplicar los cromosomas, obteniendo así plantas femeninas o hermafroditas diploides genéticamente homogéneas. Esta tecnología de cultivo de tejidos es mucho menos compleja que la identificación molecular, con instalaciones simples, consumibles baratos y fácilmente disponibles y operaciones programadas básicas. Muchas empresas de semillas tienen sus propios talleres de cultivo de tejidos, por lo que los métodos de cultivo de tejidos producen plantas genéticamente homogéneas.
La investigación futura sobre las leyes de herencia sexual y determinación del sexo en la papaya será de gran importancia para mejorar el sexo de la papaya. A través de una investigación en profundidad sobre la herencia de género, podemos descubrir sus reglas genéticas, descubrir más a fondo los genes que controlan el género (como los genes que controlan el género femenino) y, en última instancia, lograr el propósito de controlar artificialmente el género. Sobre esta base, se construye un vector de expresión vegetal de alta eficiencia para transferir genes exógenos a la papaya y expresarlos específicamente en los conductos de la glándula mamaria, obteniendo así una gran cantidad de productos genéticos exógenos mientras se cosecha la papaya, lo que convierte a la papaya en una plataforma para expresar proteínas farmacéuticas. Un biorreactor vegetal ideal puede realizar una fábrica barata utilizando plantas de papaya transgénicas para producir medicamentos necesarios para los humanos. Este es el propósito de muchos investigadores al explorar las reglas de herencia de género de la papaya. Este artículo es el texto completo del artículo original. Los usuarios que no tengan un navegador de PDF primero deben descargar e instalar el texto completo del texto original.