Establecimiento de un sistema de selección in vitro de variedades venezolanas de arroz (Oryza sativa L.) resistentes al hongo Pyricularia grisea.
Establishment of an in vitro Selection of Venezuelan Cultivars of Rice (Oryza sativa L.) Resistant to the Fungus Pyricularia grisea
DOI:
https://doi.org/10.15446/abc.v22n1.56933Palabras clave:
embriogénesis somática, estrés hídrico por desecación, presión de selección de filtrado crudo in vitro. (es)selection pressure of crude filtrate in vitro, somatic embryogenesis, water stress by desiccation. (en)
Descargas
El arroz, luego del trigo, es el cereal más importante del mundo, sin embargo, es susceptible al ataque de numerosos patógenos, siendo Pyricularia grisea, el más dañino. Este trabajo estableció un sistema de selección in vitro de variedades venezolanas a P. grisea, optimizando el sistema de regeneración por embriogénesis somática (inducción, regeneración y estrés por desecación), sometiendo el callo embriogénico (E) a presión de selección del filtrado crudo “FC” a través de cambios a la misma concentración “MC” o por incrementos progresivos en la concentración “IPC”, obteniendo plantas tolerantes al fitopatógeno. El máximo porcentaje de inducción de callo embriogénico oscilo entre 30-65 %, en las cuatro variedades (Araure-4 y Venezuela 21: 1 mg.L-1 + 2 mg.L-1 K; Cimarrón: 3 mg.L-1 + 2 mg.L-1 K; Centauro: 1 mg.L-1 + 2 mg.L-1 BAP), mientras que la regeneración estuvo entre 44 y 52 % con 0.5 mg.L-1 + 2 mg.L-1 BAP a 48 h de desecación para Centauro y 24 h para las otras tres variedades. La frecuencia regenerativa de los callos E disminuyo a medida que se incrementó la concentración del FC, independientemente del método de presión selectiva. El promedio de plantas diferenciada por variedad, dependió del método de presión usado, siendo el sistema IPC (25 % para Centauro y 50 % para las otras tres variedades) el que mostro los resultados más favorables, evidenciándose que para las condiciones de los sistemas selectivos de FC evaluados, la resistencia expresada a nivel de planta in vivo no corresponde a la encontrada in vitro.
Rice after wheat is the most important cereal in the world, however, it is susceptible to attack by many pathogens, which Pyricularia grisea being the most harmful. In the current study we established an in-vitro selection system of P. grisea on Venezuelan rice varieties. A somatic embryogenesis regeneration system was optimized (induction, regeneration and desiccation) to expose embryogenic callus (E) to crude filtrate "CF" selection pressure through changes at the same concentration "SC" or progressive concentration increments " PIC "of P. grisea, and thus obtain plants tolerant to the pathogen. The maximum percentage of embryogenic callus induction ranged between 30-65 % in the four varieties (Araure-4 and Venezuela- 21: 1 mg.L-1 + 2 mg.L-1 K; Cimarron: 3 mg.L-1 mg.L-1 + 2 K; Centauro: 1 mg.L-1 + 2 mg.L-1 BAP) while regeneration was between 44 and 52 % with 0.5 mg.L-1 + 2 mg.L- 1 BAP 48 h of desiccation for Centauro and 24 h for the other three varieties. The regeneration frequency of embryogenic callus decreased as the concentration of FC increased, regardless of the method of selective pressure. The average differentiated plants per variety, depended on the pressure method used, with the PIC system being the most favorable (25 % for Centauro and 50 % for the other three varieties). The result demonstrated, to resistance expressed for plants in vivo does not correspond to the in vitro conditions.
Descargas
Citas
Acevedo M, Castrillo W, Belmonte U. Origen, evolución y diversidad del arroz. Agronomía Trop. 2006;56(2):151-170.
Agrios G. Fitopatología. México: Limusa; 1991. 756 p.
Barreto T. Caracterización de los filtrados tóxicos de Sclerotium rolfsii Sacc. y su efecto sobre callos de tabaco (N. tabacum L.). Rev Fac Agron. 1993;19:99-100.
Bay P, Muoi L, Thanh N. In vitro screening of Indica rice cultivars for resistance to blast disease using phytotoxin. Institute of Biotechnology. National Center for Natural science and technology:Vietnam; 1997. p. 10-15.
Bevitori R, Popielarska M, dos Santos E, Grossi M, Petrofeza S. Morpho-anatomical characterization of mature embryo-derived callus of rice (Oryza sativa L.) suitable for transformation. Protoplasma. 2014;251(3):545-54.
Brookes G, Barfoot P. Will this lead the way for global acceptance of GM crop technology? Cornell University, USA: ISAAA Briefs; 2003. 62 p.
Chand R, Sen D, Prasad K, Singh A, Bashyal B, Prasad l, Joshi A. Screening for disease resistance in barley cultivars against Bipolaris sorokiniana using callus culture method. Indian J Exp Biology. 2008;46(4):249-253.
Cornide M, Lima H, Gálvez G, Sigarroa A. Mecanismo de resistencia a las enfermedades: Genética Vegetal y Fitomejoramiento. Editorial Científico-Técnica, Cuba. 1995;400-414.
Cordero V, Rivero L. Principales enfermedades fungosas que inciden en el cultivo del arroz en Cuba. Boletín Técnico del Arroz, IIA, Minagri, 2001;3-7.
Correa F, Guimaraes E. Utilización del concepto de linaje genético de Pyricularia grisea en un programa de selección recurrente. Primer Taller Internacional de Selección Recurrente en Arroz, Goiania, Brasil. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Cali, Colombia. 1995;19.
DANAC. Fundación DANAC. Informe de gestión 2005-2006. [On line]. 2009. Available at: www.danac.org.ve/areas_disciplinarias/index.php. [Accessed: 2010, diciembre 18].
Daub M. Tissue culture and the selection of resistance to pathogens. Ann Rev Phytopathology. 1986;24:159-186.
D’Ávila L, Lehner M, Filippi M, Scheuermann K, Del Ponte E. Genetic structure and mating type analysis of the Pyricularia oryzae population causing widespread epidemics in southern Brazil. Trop Plant Pathol. 2016;1-9. Doi:10.1007 / s40858-016-0101-9
Diez J, Gil L. Efecto de los filtrados de cultivos de Ophiostoma novo-ulmi Brasier sobre el crecimiento de callo de olmos con diferente susceptibilidad a la grafiosis. Invest Agr Sist Recur For. 2002;11(1):67-76.
Dissanayaka D, Dahanayake N. Effect of plant growth regulators on micro-propagation of selected Sri Lankan traditional and improved rice cultivars (Oryza sativa L.). Sabaragamuwa University J. 2014;13(1):33-41.
El-Banna A, Khatab I. Biochemical characterization of rice somaclones resistant to blast. Curr Res J Biological Sci. 2012;4(2):137-142.
El-Kazzaz A, Hanafy M, Andel-Kader M. In vitro selection of resistant rice plants against rice blast caused by Pyricularia oryzae via tissue cultura technique. Arch Phyto Plant Protection. 2009;42(9):847–856. Doi:10.1080/03235400701492715
FAO. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Seguimiento del mercado del arroz. [On line]. 2015. Available at: [http://www.fao.org/economic/est/publications/publicaciones-sobre-el-arroz/seguimiento-del-mercado-del-arroz-sma/es/]
Fernández R. Influencia del estrés hídrico inducido por desecación en la regeneración in vitro de variedades venezolanas de arroz (Oryza sativa L.). Acta Biol Venez. 2010;30 (1-2):63-74.
Fernández R. Sistema de regeneración in vitro por embriogénesis somática indirecta en variedades venezolanas de arroz (Oryza sativa L.). Revista Científica UDO Agrícola. 2012;12(1):55-68.
Fernández R, Cardona A. Establecimiento de un sistema de regeneración in vitro de cultivares venezolanos de arroz (Oryza sativa L.). Revista Faraute de Ciencia y Tecnología. 2010;5(1):5-17.
Fernández M, Fernández M, Centeno l, Cañal M, Rodriguez R. Reaction of common bean callus to culture filtrate of Colletotrichum lindemuthianum: Differences in the composition and toxic activity of fungal culture filtrates. Plant Cell Tiss Organ Cult 2000;61:41-49. Doi:10.1023/A:1006486203315
Flores P, Otoni W, Dhingra O, Diniz S, dos Santos T, Bruckner C. In vitro selection of yellow passion fruit genotypes for resistance to Fusarium vascular wilt. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2012;108:37-45. Doi:10.1007/s11240-011-0009-5
Ganesan M, Jayabalan N. Isolation of disease-tolerant cotton (Gossypium hirsutum L. cv. SVPR 2) plants by screening somatic embryos with fungal culture filtrate. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2006;87:273-284. Doi:10.1007/s11240-006-9164-5
Ge X, Chu Z, Lin Y. A tissue culture system for different germplasm of indica rice. Plant Cell Rep. 2006;25:392-402. Doi:10.1007/s00299-005-0100-7
Ghobeishavi H, Dorani E, Siamak S, Valizadeh M. Study of factors influencing somatic embryogenesis in rice (Oryza Sativa L.). Int J Adv Biol Biom Res. 2015;3(1):43-50.
Guimaraes E, Ospina Y, Correa- Victoria F. Empleo del concepto de linajes de Pyricularia grisea para escoger germoplasma de arroz resistente. Fitopatología Venezolana. 1996;9(1):2-6.
Huang W, Liu L. Carbohydrate metabolism in rice during callus induction and shoot regeneration induced by osmotic stress. Bot Bull Acad Sin. 2002;43:107-113.
Ilahi I, Bano S, Jabeen M, Rahim F. Micropropagation of rice (Oryza sativa L. CV Swat-II) through somatic embriogénesis. Pak J Bot. 2005;37(2):237-242.
Jan Q, Hassan M, Fatima T, Hasnai T. Tissue culture response of local varieties of rice (Oryza sativa L.) of NWFP. J Biol Sci. 2001;1:387-390.
Johansen D. Plant Microtechnique. McGraw-Hill:New York; 1940. 523 p.
Joyia F, Khan M. Reproducible and expedient rice regeneration system using in vitro grown plants. Afr J Biotechnol. 2012;11(1):138-144.
Kadhimi A, Naji A, Isahak A, Farshad M, Mohamad A, Doni F, Mohtar W, Radziah C. Effect of genotype and growth regulators in induction of embryogenic callus in rice. J. Pure App Microb. 2014;8(6):1-6.
Khan M.A.I., Ali M.A., Monsur M.A., Kawasaki-Tanaka A., Hayashi N., Yanagihara S., Obara M., Mia M. A. T., Latif M. A., Fukuta Y. Diversity and Distribution of Rice Blast (Pyricularia oryzae Cavara) Races in Bangladesh. Plant Disease. 2016;100(10):2025-2033. Doi:http://dx.doi.org/10.1094/PDIS-12-15-1486-RE
Krishna H., Alizadeh M., Singh D., Singh U., Chauhan N., Eftekhan M., Sadh R. Somaclonal variations and their applications in horticultural crops improvement. 3 Biotech. 2016;6(1):54. Doi:10.1007/s13205-016-0389-7
Mahajan R, Sharma S. Comparison of regeneration efficiency of three different genotypes of basmati rice under in vitro condition. IJBTT. 2015;11(1):16-24.
Murashige T, Skoog, F. A revised medium for rapid growth and biassars with tobacco culture. Plant Physiol. 1962;15:473-497.
Michaux-Ferriére N, Carrón M. Histology of early somatic embryogenesisin Hevea brasiliensis. The importance of the timing of subculturing. Plant Cell Tiss Organ Cult. 1989;19:243-256.
Montoya M., Rodriguez N., Perez-Almeida I., Cova J., Aleman L. Caracterización morfológica de 13 variedades de arroz venezolanas. Agronomía Trop. 2007;57(4):299-311.
Narayan R, Singburaudom N, Sommartya T, Sarobol E. Pathogenicity determination of crude extract toxin produced by the fungus (P. oryzae Cav). The causal agent of rice blast. Nat Sci. 1995;29:498-507.
Pérez-Clemente E., Vives V., Zandalinas S., López-Climent M., Muñoz V., Gómez-Cadenas A. Biotechnological Approaches to Study Plant Responses to Stress. BioMed Res Int. 2013;1-9. Doi:10.1155/2013/654120
Pieters A., Graterol E., Reyes E., Álvarez R., González A. Cincuenta años de mejoramiento genético del arroz en Venezuela. ¿Qué se ha logrado?. Interciencia. 2011;36(12):943-948.
Prabhu A, Rush M. Differential sensitivity of callus derived from immature panicles of rice cultivars to the non-specific toxin of Pyricularia grisea. Plant Cell Tiss Organ Cult. 1997;50:13–18.
Raemakers C, Jacobsen E., Visser G. Secondary somatic embryogenesis and application in plant breeding. Euphytica. 1995;81:93-107.
Rai M, Kalia R, Singh R, Gangola M, Dhawan. Developing stress tolerant plants in vitro selection- An overreview of the recent progress. Envir Exp Bot. 2011;71:89-98.
Roly Z, Islam M, Shaekh P, Arman S, Shahik S, Das D, Haamem M, Khalekuzzaman M. In vitro induction and regeneration potentiality of aromatic rice (Oryza sativa L.) cultivars in differential growth regulators. Int J Appl Sci Biotechnol. 2014;2(2):160-167.
Sangduen N, Klamsomboon P. Histological and scanning electron observations on embryogenic and non-embryogenic calli of aromatic Thai rice (Oryza sativa L. cv. Khao Daw Mali 105). Kasetsart J. Nat. Sci. 2001;35:427-432.
Shahsavari E. Evaluation and optimizations of media on the tissue culture system of Upland rice. International J Agric Biol. 2010;12(4):537-540.
Shahsavari E, Maheran A, Akmar A, Hanafi M. The effect of plant growth regulators on optimizations of tissue culture system in Malaysian upland rice. African J Biotechnology. 2010;9(14):2089-2094.
Slavov S. Phytotoxinas and in vitro screening for improved diseased resistant plants. Biotechnol. Biotechnol. 2005;40-45.
Talbot N, Mccafferty H, Kershaw M, Dixon K. Identification of pathogenicity determinants in the rice blast fungus Magnaporthe grisea. In Mayor Fungal Diseases of rice. Netherlands: Springer; 2001. 21-34 p. Doi:10.1007/978-94-017-2157-8_3
Tariq M, Ali G, Hadi F, Ahmad S, Ali N, Shah A. Callus induction and in vitro plant regeneration of rice (Oryza sativa L.) under various conditions. Pak J Biol Sci. 2008;11(2):255-259.
Uchiyama T, Ogasawa N. Disappearence of cuticle and wax in outermost layer of callus cultures and decrease of protective ability against microorganisms. Agric Biol Chem. 1977;41:1401–1405.
Vasil I. Developing cell and tissue culture systems for the improvement of cereal and grass crops. J Plant Physiol. 1987;128:193-218.
Wei S, Liu W, Yu Y. Effects of Pyricularia grisea toxin on the survival and ultrastructure in the calli of rice. J Shenyang Agric University. 1999.
Zaidi M, Narayanan M, Sardana R, Taga I, Postel S, Johns R, McNulty M, Mao J, Loit E, Altosar I. Optimizing tissue culture media for efficient transformation of different indica rice genotypes. Agronomy Res. 2006;4(2):563-575.
Zhang H, Zheng X, Zhang Z. The Magnaporthe grisea species complex and plant pathogenesis. Mol Plant Pathol. 2015;17(6):796-804. Doi:10.1111/mpp.12342
Zhuang J, Jia X. Increesing differentiation frequencies in Wheat pollen callus. In: Cell and tissue culture techniques for cereal crop improvement. Proceedings of a workshop. Responsores by Institute of Genetic Academic Sinica: Science press; 1983. p. 453-459.
Licencia
Derechos de autor 2017 Acta Biológica Colombiana

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
1. La aceptación de manuscritos por parte de la revista implicará, además de su edición electrónica de acceso abierto bajo licencia Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 (CC BY NC SA), la inclusión y difusión del texto completo a través del repositorio institucional de la Universidad Nacional de Colombia y en todas aquellas bases de datos especializadas que el editor considere adecuadas para su indización con miras a incrementar la visibilidad de la revista.
2. Acta Biológica Colombiana permite a los autores archivar, descargar y compartir, la versión final publicada, así como las versiones pre-print y post-print incluyendo un encabezado con la referencia bibliográfica del articulo publicado.
3. Los autores/as podrán adoptar otros acuerdos de licencia no exclusiva de distribución de la versión de la obra publicada (p. ej.: depositarla en un archivo telemático institucional o publicarla en un volumen monográfico) siempre que se indique la publicación inicial en esta revista.
4. Se permite y recomienda a los autores/as difundir su obra a través de Internet (p. ej.: en archivos institucionales, en su página web o en redes sociales cientificas como Academia, Researchgate; Mendelay) lo cual puede producir intercambios interesantes y aumentar las citas de la obra publicada. (Véase El efecto del acceso abierto).






