Индукция множественных побегов из зародышевых осей зрелых семян обеспечивает новую платформу регенерации для биолистической доставки ДНК у Theobroma cacao L.
Multiple shoot induction from embryonic axes of mature seeds supports a novel regeneration platform for biolistic DNA delivery in Theobroma cacao L.
Suzam L. da S. Pereira, Grazielle da M. Alcântara, Glaucia C. B. Silva, F. J. L. Aragão, Fátima C. Alvim, Marcio G. C. Costa
Аннотация (перевод)
Аннотация Генетическая трансформация Theobroma cacao L. до сих пор в основном опирается на системы на основе соматического эмбриогенеза, которые зачастую генотип-зависимы, трудоемки и сопряжены с длительными периодами культивирования. В данном исследовании мы разработали альтернативную платформу регенерации на основе зародышевых осей зрелых семян и оценили ее пригодность для биолистической доставки ДНК. Зародышевые оси сортов какао ‘TSH1188’ и ‘Parazinho’ культивировали на средах с добавлением различных цитокининов для индукции множественных побегов. Среди протестированных регуляторов роста растений 6-бензиламинопурин (BAP) оказался наиболее эффективным, стимулируя прямой органогенез из апикального купола и обеспечивая максимальную частоту регенерации побегов и количество побегов на эксплант при 0.75 mg L⁻¹ для ‘TSH1188’ и 1.0 mg L⁻¹ для ‘Parazinho’. Анализ чувствительности с использованием антибиотиков и гербицидов выявил генотип-зависимые реакции на канамицин и гигромицин, тогда как глюфосинат аммония, имазапир и глифосат вызывали выраженные фитотоксические эффекты и полностью ингибировали регенерацию побегов при относительно низких концентрациях. Гигромицин в концентрации 2.5 mg L⁻¹ (‘Parazinho’) и 5.0 mg L⁻¹ (‘TSH1188’) обеспечивал эффективное ингибирование регенерации побегов, сохраняя способность регенерирующих тканей к восстановлению, что подтверждает его применимость в будущих протоколах селекции. Для укоренения индол-3-уксусная кислота (IAA) в концентрации 0.5 mg L⁻¹ способствовала наибольшей эффективности укоренения, формируя удлиненные корни и крепкие проростки без промежуточного образования каллуса. Предварительные биолистические эксперименты с использованием вектора pCAMBIA2301 привели к локализованной транзиентной экспрессии GUS в апикальном куполе, демонстрируя, что эта меристематическая зона компетентна для доставки экзогенной ДНК. В совокупности эти результаты определяют зародышевые оси зрелых семян как перспективный эксплант для будущей стабильной генетической трансформации и редактирования генома какао.
Оригинальная аннотация
Abstract Theobroma cacao L. genetic transformation still relies predominantly on somatic embryogenesis-based systems, which are often genotype-dependent, labor-intensive, and associated with prolonged culture periods. In this study, we developed an alternative regeneration platform based on mature seed-derived embryonic axes and evaluated its suitability for biolistic DNA delivery. Embryonic axes from the cacao cultivars ‘TSH1188’ and ‘Parazinho’ were cultured on media supplemented with different cytokinins for multiple shoot induction. Among the plant growth regulators tested, 6-benzylaminopurine (BAP) was the most effective, promoting direct organogenesis from the apical dome and producing the highest shoot regeneration frequency and number of shoots per explant at 0.75 mg L⁻¹ for ‘TSH1188’ and 1.0 mg L⁻¹ for ‘Parazinho’. Sensitivity assays using antibiotics and herbicides identified genotype-dependent responses to kanamycin and hygromycin, whereas ammonium glufosinate, imazapyr, and glyphosate caused severe phytotoxic effects and completely inhibited shoot regeneration at relatively low concentrations. Hygromycin at 2.5 mg L⁻¹ (‘Parazinho’) and 5.0 mg L⁻¹ (‘TSH1188’) provided effective inhibition of shoot regeneration while maintaining the recovery of regenerating tissues, supporting its use in future selection protocols. For rooting, indole-3-acetic acid (IAA) at 0.5 mg L⁻¹ promoted the highest rooting efficiency, generating elongated roots and vigorous plantlets without intermediate callus formation. Preliminary biolistic assays using the pCAMBIA2301 vector resulted in localized transient GUS expression in the apical dome, demonstrating that this meristematic region is competent for exogenous DNA delivery. Collectively, these findings identify mature seed-derived embryonic axes as a promising explant for future stable genetic transformation and genome editing in cacao.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/a7244b7b-2317-46dc-816e-3f3eb7807740
DOI: 10.1007/s11240-026-03573-1
OpenAlex: W7204120840