Nuevos avances en la investigación sobre determinación e identificación del sexo de la papaya Imágenes de papaya y papaya Xuan

Resumen: Hay tres tipos de género básicos en la papaya, y la herencia de género es relativamente compleja. Este artículo revisa el progreso de la investigación sobre polimorfismo de plantas, determinación e identificación del sexo, construcción de mapas genéticos vinculados, tecnología de selección asistida por marcadores moleculares y desarrollo de órganos florales, y también analiza las perspectivas de aplicación de la identificación de género de la papaya.

Palabras clave: papaya; identificación de género; determinación del sexo; avances de la investigación

Número CLC: Q75

Código de identificación del documento: A

Artículo número: 1007-7847(2006)01-0001-06

La papaya (Crica papaya L.) es una famosa fruta y verdura tropical. Su fruta fresca tiene una apariencia hermosa, buen color y fragancia. "Lingnan Best Fruit", se cultiva 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 rica variedad de sustancias similares a la papaína, que se utilizan ampliamente en investigación científica, procesamiento de alimentos, tratamientos médicos, cosméticos, belleza, etc. La tecnología moderna ha demostrado que la papaya es un tesoro de fruta que tiene cientos de beneficios sin ningún daño, integrando nutrición, prevención de enfermedades, anticancerígeno, cuidado de la salud y belleza.

La papaya generalmente se propaga por semillas, por lo que una gran cantidad de "machos de papaya", es decir, plantas masculinas, aparecen durante el proceso de cultivo de las plántulas. El género de las plantas sólo se puede identificar cuando florecen 6. -8 meses después, no hay No se puede juzgar con precisión por la morfología. Normalmente, los individuos masculinos representan alrededor del 3% al 5% y deben retirarse cuando están en floración. Esta situación no solo provoca un gran desperdicio. en producción, pero también deja un crecimiento indeseable en huertos con "machos de papaya" hará que aparezcan una gran cantidad de "machos de papaya" en las plántulas que se reproducirán en el futuro, lo cual es muy dañino. gran importancia para estudiar la determinación e identificación del sexo de la papaya. Este artículo revisa los nuevos desarrollos en esta área.

1. Polimorfismo de las flores de 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, el tipo de planta de la papaya es. También se divide en tres tipos básicos: masculino (macho o estaminado), femenino (hembra o pistilado) y hermafrodita. Las variedades cultivadas se dividen principalmente en dos tipos: hermafrodita y femenina. Cultivada principalmente en mi país. La variedad "roja" es una cepa hermafrodita. Las plantas hermafroditas se cultivan ampliamente, pero los sexos de sus descendientes a menudo se separan. La proporción de segregación es generalmente de 2:1 (hermafrodita:hembra). El género de la planta sólo se puede determinar cuando 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, que muestran una gama muy amplia de polimorfismo, y también hay informes de fructificación y flores masculinas de "papaya masculina" en plantas hermafroditas ( Es decir, el fenómeno de la monofila heterosexual (flores femeninas, flores masculinas y flores bisexuales que aparecen en la misma planta al mismo tiempo). Se puede ver que la expresión del patrón floral y la herencia de la papaya son muy complicadas.

En la naturaleza, la dioica es común. Por ejemplo, el ginkgo, el kiwi, los espárragos, el Luo Han Guo, el tejo, etc. entre las plantas superiores son todas plantas dioicas. La determinación del sexo de la mayoría de las plantas dioicas no lo es. Se determina durante el período embrionario como los animales, pero se puede determinar en una determinada etapa después del crecimiento, diferenciación y desarrollo. Al mismo tiempo, también se verá afectado en diversos grados por las condiciones ambientales externas como la nutrición, la temperatura, la humedad y la intensidad de la luz. y la luz del sol Debido a la influencia de factores como el tiempo y las hormonas vegetales, la diferenciación sexual de muchas plantas superiores es inestable. En el caso de la papaya, la forma y el género de sus flores también cambiarán debido a las estaciones, las altas temperaturas y la poda inadecuada. Por ejemplo, las plantas masculinas se convertirán en plantas femeninas o hermafroditas como resultado de factores ambientales.

Existen grandes diferencias en el rendimiento de fructificación, forma del fruto y calidad de las plantas de papaya de diferentes géneros. Dado que las plantas masculinas no pueden dar frutos, se deben hacer esfuerzos para evitar la aparición de "machos de papaya".

2. Investigación sobre la determinación e identificación del sexo de la papaya

2.1 Identificación morfológica

Identificar el sexo de la planta en la etapa de plántula es importante para el mejoramiento e identificación de la papaya. El cultivo tiene cierto significado. En términos de morfología de las plántulas, casi no hay diferencia entre los distintos tipos de plantas y solo se pueden juzgar en función de la forma del órgano floral durante la floración.

Los hábitos de fructificación, la morfología del fruto y la calidad de las papayas de diferentes variedades y géneros son bastante diferentes, por lo que la aplicación de métodos de identificación morfológica en la producción es muy limitada. Algunas personas intentan utilizar métodos físicos, químicos y de cultivo de tejidos para predecir el crecimiento de las plantas. género, pero los resultados no son ideales.

2.2 Investigación sobre las reglas genéticas del género

Con la mejora del nivel de la investigación genética, el estudio del género de las plantas ha comenzado a convertirse en el foco de atención. , el estudio del género de las plantas siempre ha sido el foco de atención en el mundo. Un eslabón débil en la investigación de las plantas, interpretar la información genética del sexo de las plantas siempre ha sido el sueño de los investigadores, aunque es diploide, solo tiene 9 pares. de cromosomas (2n = 18), y su genoma también es muy pequeño, alrededor de 372 Mbp, pero hasta ahora, la investigación genética y la comprensión de la gente siguen siendo muy superficiales.

En cuanto a la comprensión de la herencia de género de la papaya, ya hace 60 años, alguien había propuesto la hipótesis de que su género está controlado por tres alelos. Según la proporción de segregación sexual en la descendencia híbrida de los tres tipos de plantas, Storey et al creyeron que los tres alelos son M1, M2 y m, que controlan los rasgos masculinos, hermafroditas y femeninos respectivamente, entre los cuales M1 y M2 son dominantes. y m es recesivo, los genotipos de las plantas masculinas, hermafroditas y femeninas fueron M1m, M2m y mm respectivamente, mientras que los cigotos con genotipos M1M1, M1M2 y M2M2 mostraron aborto y se localizaron los genes determinantes del sexo. La combinación dominante conduce al aborto dominante, lo que resulta en una segregación 2:1 de la descendencia de las cepas hermafroditas. Más tarde, Storey revisó esta hipótesis, creyendo que la determinación del sexo no es el resultado de un solo gen, sino que está controlada por un complejo de genes agrupados en un rango muy estrecho en los cromosomas sexuales. Hofmeyr informó además que M1 y M2 se perdieron. en el cromosoma existen regiones de inactivación de longitud ligeramente diferente de genes clave para la determinación del sexo. Según los resultados de la hibridación intragénero, Horovitz y Jiménez señalaron que la determinación del sexo de la papaya es del tipo XX-XY. la hembra es XX y los dos sexos son XY2 e Y2. Es un cromosoma Y mutado. Recientemente, Liu et al. sugirieron que la evolución de los cromosomas sexuales implica la supresión de la recombinación en regiones cromosómicas cercanas a los genes que determinan el sexo. Una región cromosómica permanentemente heterocigótica puede acumular mutaciones recesivas nocivas y fijarse mediante selección mediante mutaciones favorables más recientes en la región. Cromosoma Y. Con el tiempo, estos cambios pueden conducir a la disminución del cromosoma Y y su separación del cromosoma X. En humanos, se ha encontrado que solo el 5% de los cromosomas Y muestran un reintercambio de cromosomas X-Y. Por lo tanto, se cree que la papaya contiene un cromosoma Y original, y la única región específica masculina (aproximadamente el 10% de la longitud del cromosoma) también experimentó una estricta supresión de recombinación y cambios en la secuencia del ADN. Los cromosomas sexuales proporcionan evidencia directa sobre los autosomas.

Otra hipótesis es que los tres alelos codifican diferentes factores de acción trans para guiar la formación de diferentes patrones florales y desarrollar 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 y clonar genes objetivo, sino también una herramienta importante para la investigación genética. La construcción del mapa genético de ligamiento es muy importante. para la clonación de genes y moléculas relacionadas tiene sentido la selección asistida por marcadores. En la actualidad, se han construido mapas genéticos de ligamiento de muchos cultivos.

La construcción del mapa genético de ligamiento de la papaya va muy por detrás de otros cultivos. El primer mapa genético se construyó hace 60 años, que sólo incluía tres marcadores morfológicos: tipo sexual, color de la flor y color del tallo. En 1996, Sondurt informó sobre el segundo mapa genético basado en marcadores moleculares. En este mapa de ligamiento genético, había 62 marcadores RAPD. El gen determinante del sexo estaba ubicado en el primer grupo de ligamiento, uno a cada lado del sitio. la distancia genética es 7cM Recientemente, HaoL de la Universidad de Hawaii y otros construyeron el tercer mapa genético de enlace molecular de alta densidad basado en la población F2 de 54 cepas de Kapoho y SunUp. El mapa tiene 1.501 marcadores, incluidos 1.498 marcadores. y marcadores de proteína de cubierta del virus de la mancha anular de la papaya, marcadores morfológicos de género y marcadores de color de fruta fresca, etc. Estos marcadores se dividen en 12 grupos de enlace, cubriendo un total de 3294,2 cM del genoma, y ​​la distancia promedio entre marcadores es de 2,2 cM.

Un estudio más detallado de estos marcadores reveló que se aislaron 225 marcadores del gen sexual cerca del sitio determinante del sexo. Casi al mismo tiempo, Chadesworth construyó un mapa muy detallado de los cromosomas que portan genes determinantes del sexo. En el mapa se puede ver que los genes determinantes del sexo de la papaya están ubicados en una región de recombinación muy concentrada en el mapa. es similar a otras regiones específicas de los machos (como las del cromosoma Y), esta región sigue siendo una pequeña parte del genoma de la papaya y sus resultados son consistentes con Hao, lo que demuestra aún más que los genes que determinan el sexo y sus los marcadores cercanos están estrechamente vinculados,

2. 4 Investigación sobre marcadores moleculares de ADN vinculados al sexo

Como método básico de análisis genético, la tecnología de marcadores moleculares se ha utilizado ampliamente en muchos campos, como Los marcadores genéticos (marcadores genéticos) basados ​​​​en macromoléculas biológicas, especialmente los polimorfismos de los ácidos nucleicos, el material genético de los organismos, son un medio eficaz para identificar loci genéticos (10CUS) de animales, plantas y humanos. en el genoma los marcadores moleculares tienen la capacidad de estabilizar la genética, el método de herencia es simple y puede reflejar las características de organismos y grupos individuales, por lo que actualmente es el tipo de marcador genético de más rápido desarrollo.

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 muchos cultivos, lo que también alienta a los investigadores a desarrollar la eliminación temprana de plantas masculinas de papaya. Tecnología de selección de marcadores moleculares. Debido al polimorfismo sexual de la papaya, la conversión sexual ocasional y la pérdida mutacional de los cromosomas sexuales, el estudio a nivel molecular del sexo de la papaya siempre ha sido un tema de investigación candente y difícil. Se han logrado algunos avances en la determinación e identificación del sexo. El diputado de la Universidad de Hawaii y otros fueron los primeros en lograr el éxito: obtuvieron tres marcadores RAPD que estaban estrechamente relacionados con el sexo de la papaya. Después de secuenciarlos, sintetizaron cebadores y los convirtieron en marcadores SCAR. se puede producir entre plantas hermafroditas y masculinas. El producto de PCR específico rara vez aparece en plantas femeninas; SCARTI produce este producto de PCR en todos los tipos de plantas. Por lo tanto, estos tres pares de cebadores se pueden utilizar para distinguir los tres tipos de plantas de papaya. 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 del 99,2%, logrando el propósito de la selección temprana. Más tarde, Parasnis, Lemos y Uraski también desarrollaron con éxito tecnología de marcadores masculinos (específicos para hombres), específicos para hermafroditas (específicos para hermafroditas) y moleculares, y asistencia para marcadores. distinguir hembras de machos y técnicas de selección hermafroditas respectivamente y para la selección temprana del sexo. Eliana et al. utilizaron tecnología RAPD para distinguir la progenie de los tres géneros del cultivar comercial Solo y descubrieron que el marcador BC210438 generado por el cebador BC210 puede detectar el tipo de cepa hermafrodita del material de prueba. Posteriormente, SomsriI et al. también estudiaron los marcadores genéticos de género de la papaya utilizando tecnología de amplificación de huellas dactilares.

Los minasatélites y microsatélites de ADN en los genomas eucariotas son ricos en polimorfismo. Debido a que están distribuidos amplia y uniformemente por todo el genoma, son muy conservadores, se heredan de forma dominante y son capaces de proporcionar una gran cantidad de información genética estable. y tiene una serie de ventajas como un análisis conveniente y rápido. Por lo tanto, ha sido ampliamente utilizado en mapeo genético biológico, investigación de genética de poblaciones y otros aspectos. Parasnist3 y otros de la India utilizaron recientemente microsatélites y minisatélites para identificar el sexo de la papaya. Creyeron que una sonda microsatélite (GATA)4 mostraba especificidad sexual en la variedad de papaya estudiada y, por lo tanto, desarrollaron marcadores microsatélites para la identificación del género de la papaya en la plántula. etapa Al mismo tiempo, también se descubrió que el material genético de los cromosomas X e Y de la papaya es completamente diferente debido al diferente proceso de diferenciación sexual, lo que revela la herencia de las diferencias de género a nivel del material cromosómico.

Los académicos de mi país también han explorado el uso de marcadores moleculares para estudiar el género de la papaya. Chen Zhonghai utilizó tecnología de isoenzimas y métodos SDS-PAGE de proteínas para estudiar tres tipos de papaya: femenina, masculina y hermafrodita. Diferencias entre sexos Se encontró que existen diferencias en los perfiles enzimáticos de las isoenzimas peroxidasa (POD), esterasa (EST) y polifenol oxidasa (PPO) entre las cepas femeninas, masculinas y hermafroditas. La actividad enzimática total es la femenina. las plantas tienen una actividad más fuerte, mientras que las plantas masculinas y hermafroditas tienen una actividad más débil y, en comparación con las plantas femeninas y hermafroditas, hay un afl más en el pecíolo de las plantas masculinas. Hay una banda de isoenzima peroxidasa de 0,29, una banda adicional específica de isoenzima esterasa 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 la papaya. Las cepas Zhou Guohui utilizaron el método de análisis de poblaciones de segregación mixta para encontrar el marcador RAPD del gen hermafrodita de la papaya (M2) entre 205 cebadores aleatorios de 10 bases OPQ071800 y OPE061050, estos dos cebadores se utilizaron para detectar el ADN de 210 plantas de papaya individuales. Los resultados mostraron que OPQ071800 y OPE061050 están estrechamente relacionados con el gen M2 y están ubicados en ambos lados del gen M2. Sus distancias genéticas son 4, 5 cM y 1, 9 cM respectivamente. clonación de genes y mejoramiento direccional, y también lleva el trabajo de mejoramiento tradicional a un nuevo nivel

2.5 Identificación de género por otros métodos

Además del uso de tecnología de selección asistida por marcadores moleculares para Identificación de género, algunas personas también informaron que usaron algunos métodos fisiológicos y bioquímicos para la identificación temprana de género. Awadt3] utilizó hojas y pecíolos de la variedad Fairchild de tres meses como materiales, analizó las diferencias en su composición química y exploró la relación entre las sustancias químicas. Composición de las hojas de papaya y expresión de género. Se encontró que no hubo diferencia significativa en el contenido de sólidos solubles en clorofila, ácidos totales y fenoles totales en las hojas masculinas y femeninas, pero sí se pudo detectar a través de las hojas femeninas. , silicio, indol y aminoácidos de la hoja y el contenido de prolina libre en el pecíolo se pueden utilizar para la identificación temprana de plantas femeninas. La planta masculina se puede identificar a través del mayor contenido de cenizas en las hojas y el pecíolo, y el mayor contenido en el pecíolo. Para predecir se utilizan altos contenidos de peroxidasa y prolina libre, y muchos investigadores diferentes han desarrollado otros métodos para la identificación temprana de plántulas de papaya desde diferentes aspectos.

Además, algunas medidas en el cultivo y el manejo también pueden afectar el crecimiento. Expresión de género de papaya Suranant utilizó NAA y GA-3 para tratar plántulas de papaya y descubrió que el tratamiento con NAA en una concentración adecuada puede reducir el porcentaje de plantas masculinas en la población, aunque el tratamiento con GA-3 no redujo la proporción de plantas masculinas y femeninas. Se cambia, pero las características masculinas aparecen antes que los otros dos tipos sexuales. Por lo tanto, la identificación temprana de las plantas masculinas y la reducción de las plantas masculinas se pueden lograr mediante la pulverización oportuna de los agentes químicos NAA y GA-3. que el tratamiento de plántulas con 100 μg/g de NAA puede aumentar el porcentaje de plantas femeninas (del 46% al 62,5%), lo que respalda el punto de vista anterior

3 Desarrollo de los órganos florales

Para obtener el proceso único de desarrollo de órganos florales de la papaya Qing, algunos investigadores han observado los cambios morfológicos en el proceso de formación de órganos florales de las cepas hermafroditas de papaya, Xie Mingxian y otros de Taiwán, mi país, utilizaron un microscopio de disección. un microscopio electrónico de barrido para observar cada una de las cepas hermafroditas de papaya Tainong No. 2. El proceso de desarrollo de los botones florales viejos 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 perianto. (secciones 1 a 3) donde aparecen uno tras otro los sépalos y los primordios de los pétalos, y los estambres y los primordios del carpelo. La etapa de formación inicial del primordio de los órganos florales masculino y femenino (secciones 4-6), la etapa de finalización de la formación del estambre (secciones). 7-9) cuando los pétalos y filamentos son claramente visibles, y la formación de pistilos cuando los carpelos están completamente curados y se forman estigmas ramificados (secciones 10 a 14). Investigaciones adicionales encontraron que el proceso de formación de los órganos florales de papaya tiene una relación estable y consistente con la cantidad de nodos a los que está adherido, lo que sugiere que el método de calibración de la posición de los nodos puede usarse para inferir el grado de desarrollo de los cogollos en producción. También se encontró que el patrón de diferenciación apical de la formación de los órganos florales de papaya y el tiempo requerido para la formación de los órganos florales varían entre 4 y 10 semanas dependiendo de la temporada, mientras que el tiempo requerido para la maduración de los órganos florales es relativamente constante, alrededor de 3 a 5 semanas; .

La obstrucción del desarrollo que ocurre en diferentes etapas durante la formación de los estambres formará pistilos con diferente número de carpelos y estigmas. Al mismo tiempo, Lu Bingguo utilizó tres tipos diferentes de papayas, a saber, plantas femeninas, plantas hermafroditas y plantas masculinas, como materiales. para estudiar diferentes tipos de papayas. Se estudió la fertilidad del polen de la papaya, se observó la aparición y desarrollo de megasporas, gametofitos femeninos y embriones, y se estudió el impacto de la fertilidad en el rendimiento de fructificación de las plantas. Todos estos estudios han explorado hasta cierto punto los diferentes tipos de órganos florales y los procesos de desarrollo embrionario de la papaya, brindando a las personas una cierta comprensión de este complejo proceso.

4 Perspectivas

Durante mucho tiempo, la papaya ha utilizado principalmente semillas para propagar plántulas, pero la tasa de plántulas masculinas siempre se ha mantenido en alrededor del 5%. Debido a la falta de métodos efectivos de identificación de género, la identificación de género solo se puede realizar después de la floración, lo que ha afectado en gran medida la producción de papaya. Cómo identificar y eliminar de manera rápida y precisa las plantas masculinas en la etapa de plántula ha sido un problema que se ha estudiado y trabajado. difíciles de resolver en los últimos años. Los métodos de identificación morfológica son simples y fáciles de implementar, pero requieren mucho tiempo y mano de obra; la identificación utilizando 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 reducida; aunque la tecnología de selección asistida por marcadores moleculares rápida y precisa tiene ciertas aplicaciones, la operación es compleja y costosa, y la confiabilidad de la tecnología aún debe mejorarse aún más. Por lo tanto, hasta ahora, todavía faltan métodos de identificación rápidos, convenientes y eficientes 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.

Relativamente hablando, en las circunstancias actuales, el uso 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 bastante efectivo. Es simple, tiene un efecto significativo y puede promoverse y aplicarse en la producción. Otra forma prometedora de controlar el género es el método tradicional de cultivo de tejidos, 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. se pueden suministrar para la producción; las anteras de plantas femeninas o hermafroditas también se pueden cultivar in vitro. Después de obtener plantas haploides, se pueden utilizar agentes químicos de concentración adecuada, como colchicina o fuminlong, para duplicar los cromosomas y obtener homogeneidad genética. Individuos femeninos o hermafroditas. Los requisitos de esta tecnología de cultivo de tejidos son mucho menos complicados que la identificación molecular. Las instalaciones son simples, los consumibles son baratos y fáciles de obtener y la operación ha sido básicamente programada. Taller de cultivo, por lo tanto, el método de cultivo de tejidos para producir cepas femeninas o hermafroditas genéticamente homogéneas tiene grandes perspectivas de promoción y aplicación.

Estudiar las reglas de herencia sexual y determinación del sexo en la papaya es de gran importancia para mejorar el sexo de la papaya en el futuro. A través de una investigación en profundidad sobre la herencia sexual, podemos aclarar las reglas genéticas y descubrir más. los genes que controlan el sexo (como los genes del género femenino), logrando en última instancia el propósito de controlar artificialmente el género. Sobre esta base, al construir un vector de expresión vegetal eficiente, transferir genes exógenos a la papaya y expresarlos específicamente en los conductos lácteos, se puede obtener una gran cantidad de productos genéticos exógenos mientras se cosecha papaína, convirtiendo así la papaya en una especie extremadamente ideal. El propósito de muchos investigadores es explorar las reglas genéticas de género de la papaya. Este artículo es el texto completo original. Si no tiene un navegador de PDF instalado, descárguelo e instálelo primero. El texto completo original