Jerzy Puchalski

Studies on genetic changes in rye samples (Secale cereale L.) maintained in a seed bank

The aim of this study was to identify genetic changes in rye seeds induced by natural ageing during long-term storage and consecutive regeneration cycles under gene bank conditions. Genomic DNA from four rye samples varying in their initial viability after one and three cycles of reproduction was analyzed by AFLP (amplified fragment length polymorphism) fingerprinting. Seven EcoRI/MseI primer combinations defined 663 fragments, and seven PstI/MseI primer combinations defined 551 fragments. The variation in the frequency of the seventy-four EcoRI/MseI bands was statistically significant between samples. These changes could be attributed to genetic changes occurring during storage and regeneration. However, the PstI/MseI fragments appeared to be uninfluenced by seed ageing, regeneration and propagation. A combined Principle Coordinate Analysis revealed differences between samples with different initial viability. We showed that materials with low initial viability differ in their response from highly viable ones, and that the changes exhibited in the former case are preserved through regeneration cycles.

Effect of morphactin on stem growth in relation to auxin in precooled rooted tulip bulbs

Effect of morphactin IT 3456, an auxin transport inhibitor, on tulip stem elongation induced by indole-3-acetic acid (IAA) was investigated. Tulip stem growth induced by IAA 0.1 % in lanolin paste applied on the top internode after excision of flower bud and removal of all leaves was greatly inhibited by 0.2 % morphactin IT 3456 applied on the 4th, 3rd, 2nd and 1st internode. The inhibitory effect of the morphactin on tulips stem growth promoted by IAA was restored by additional application of IAA below the morphactin treatment place. Morphactin inhibited also the growth of all internodes induced by flower bud in the absence of leaves. These results suggest a crucial role of auxin in the control growth of all internodes in tulip stem.

Isoenzyme variation within the wildSecale L. species

SummaryThe degree of inter- and intra-specific variation in the populations of allogamous and autogamousSecale L. species was estimated in support of isoenzyme markers. Totally, 11 different species ofSecale were analysed including perennial species:S. kuprijanoviiGrossh.,S. chaldicumFed.,S. montanumGuss.,S. anatolicumBoiss., and annual species:S. silvestreHost.,S. vaviloviiGrossh.,S. ancestraleZhuk.,S. dighoricumVav.,S. afghanicumVav.,S. segetaleRoshev.; as well as the cultivated ryeS. cereale L. cv. ‘Dańkowskie Złote’. Isoenzymes were analysed in the first leaf of single young seedlings grown in controlled conditions using starch-gel slab electrophoresis technique and the electrophoretic forms of two different enzyme systems were detected: nonspecific esterases (E. C. 3. 1. 1) and peroxidase (E. C. 1. 11. 1. 7). It was found that the breeding system of rye species has a distinct affect on the isoenzyme variation in their populations. The selffertile annual species,S. silvestre, was monomorphic for both enzyme systems. A very low esterases polymorphism was also found in other autogamous species,S. vavilovii, however a similar degree of polymorphism in allogamous annual species,S. segetale andS. dighoricum, was observed. Generally, the perennialSecale species were more polymorphic than the annual ones, and the isoenzyme variation in the population of cultivated ryeS. cereale was similar to some other wild annual species. It was observed that the intra-specific isoenzyme variation inSecale was bigger than the inter-specific. Esterases electrophoretic forms showed to be very sensitive markers of variation in rye species.ZusammenfassungDer Grad der inter- und intraspezifischen Variation in Populationen von allogamen und autogamen Arten der GattungSecale L. wurde mit Hilfe von Isoenzymmerkmalen geschätzt. Insgesamt wurden 11 verschiedene Arten vonSecale einschließlich der mehrjährigen Arten analysiert:S. kuprijanoviiGrossh.,S. chaldicumFed.,S. montanumGuss.,S. anatolicumBoiss. und die einjährigen Arten:S. silvestreHost.,S. vaviloviiGrossh.,S. ancestraleZhuk.,S. dighoricumVav.,S. afghanicumVav.,S. segetaleRoshev., wie auch des KulturroggensS. cereale L. cv. Dankowskie Złote. Die Isoenzyme wurden am ersten Blatt junger Einzelsämlinge, die unter kontrollierten Bedingungen angezogen wurden, unter Anwendung der Stärkegel-Plattenelektrophorese-Technik geprüft, und die elektrophoretischen Formen von zwei verschiedenen Enzymsystemen wurden nachgewiesen: nichtspezifische Esterasen (E. C.3.1. 1.)und Peroxidase (E. C. 1. 11. 1. 7.). Es wurde gefunden, daß das Fortpflanzungssystem der Roggen-Arten eine bestimmte Wirkung auf die Isoenzymvariation in ihren Populationen hat. Die selbstfertile einjährige Art,Secale silvestris, war hinsichtlich beider Enzymsysteme monomorph. Ein sehr schwach ausgeprägter Esterasenpolymorphismus wurde in einer anderen autogamen Art,S. vavilovii, gefunden, jedoch wurde ein ähnlicher Grad von Polymorphismus in allogamen einjährigen Arten,S. segetale undS. dighoricum, beobachtet. Grundsätzlich waren die mehrjährigenSecale-Arten polymorpher als die einjährigen, und die Isoenzym-Variation der Populationen des kultivierten RoggensS. cereale war ähnlich der einiger anderer einjähriger Wildarten. Es wurde beobachtet, daß die intraspezifische Enzym-Variation vonSecale größer war als die interspezifische. Die esterase-elektrophoretischen Formen erwiesen sich als sehr empfindliche Indikatoren für die Variation der Roggenarten.Краткое содержаниеСтепень межвидовой и внутривидовой измен чивости в популяциях аллогамн ых и автогамных видов ро даSecale L. оценивалась при помощи признаков изоэнзимов. Всего ана лизировалось 11 различ ных видов; многолетние:S. kuprijanoviiGrossh.,S. chaldicumFed.,S. montanumGuss.,S. anatolicumBoiss.; однолетние: S. silvestreHost,S. vaviloviiGrossh.,S. ancestraleZhuk.,S. dighoricumVav.,S. afghanicumVav.,S. segetaleRoshev. и культур ная рожьS. cereale L., сорт ‘Даньковские Злоте’. Изоэнзимы исследовались в перв ом листе отдельных моло дых сеянцев, выращенн ых в контролированных ус ловиях, с применением методи ки электрофореза (кра хмал — гель). Были выявлены электрофоретически е формы двух различны х систем энзимов: неспецифиче ские эстеразы (Е. С. 3. 1. 1.) и перок сидазы (Е. С. 1. 11. 1. 7.). Оказалос ь, что система размножения видов рж и оказывает определë нное влияние на изменчивость изоэнзимов в их попул яциях. Самофертильны й однолетний видS. silvestre был мономорфен в отно шении обоих систем эн зимов. Очень слабо выраженный полиморф изм эстераз был найде н у другого явтогамного вида,S. vavilovii, однако сходная сте пень полиморфизма наблюдалась и у аллог амных однолетних видов,S. segetale иS. dighoricum. В общем, многолетни е виды ржи оказались более п олиморфными, чем одно летние, а изменчивость изоэнз имов популяций культурно й ржи была сходна с так овой некоторых других однолетних дикораст ущих видов. Внутривид овая изменчивость энзимо в у родаSecale оказалась силь нее, чем межвидовая. Электроферетически е эстеразные формы проявили себя к ак очень чувствитель ные индикаторы изменчив ости видов ржи.

Rye genetic resources evaluation in the Botanical Garden of the Polish Academy of Sciences in Warsaw

SummaryThe new Botanical Garden of the Polish Academy of Sciences was established in 1974 as an institution dedicated to collecting, conserving, and evaluating crop genetic resources and their wild progenitors. The main object of this research is rye (Secale L. spp.) — the cereal of great importance to Poland. The genetic resources of rye are preserved in living field collections, as well as in a seed stock bank. The living collection contains 1.193 taxa, including 12 species ofSecale and 788 different rye cultivars. The seed bank stores 773 taxa of rye kept in glass containers (in vacuum, neutral gases or with silica gel) with optimum low moisture content in the seeds. Biochemical, physiological and genetical investigations are carried out for the estimation of safe and suitable conditions of seed dehydration and long term storage. These genetic resources of rye serve as material for taxonomic and phylogenetic studies, as well as for the evaluation of their selected breeding properties, especially seed protein content and its nutritional value. The taxonomic studies are performed using the isoenzyme technique and numerical methods. The enzymatic variation within the rye species, cultivars and inbred lines, are analysed. For the protein resources evaluation, different techniques are applied: the histochemical staining of seed slices. scanning electron microscope observations, and the chemical analyses of the entire amino acid composition of seed proteins. These results are used to select the most valuable taxa, which are then proposed to be used in the rye breeding programme.ZusammenfassungDer neue Botanische Garten der Polnischen Akademie der Wissenschaften wurde 1974 als eine Institution gegründet, die sich der Sammlung, Erhaltung und Beurteilung der genetischen Ressourcen von Kulturpflanzen und deren Wildformen widmen soll. Hauptgegenstand dieser Untersuchung ist der Roggen (Secale L. spp.) — ein Getreide, das für Polen von großer Bedeutung ist. Die genetischen Ressourcen des Roggens werden sowohl in lebenden Sammlungen auf dem Felde als auch in einer Samenbank erhalten. Die lebende Sammlung enthält 1193 Taxa (12 Roggen-Arten und 788 Roggen-Sorten). Die Samenbank umfaßt 773 Roggen-Taxa in Glasbehältern (im Vakuum, neutralen Gasen oder Silikagel) mit optimal niedrigem Samenfeuchtigkeitsgehalt. Biochemische, physiologische und genetische Untersuchungen werden durchgeführt zur Ermittlung sicherer und passender Bedingungen der Samenentwässerung und Langzeitlagerung. Diese genetischen Ressourcen des Roggens dienen als Material für taxonomische und phylogenetische Studien sowie für die Beurteilung ihrer züchterischen Eigenschaften, besonders Eiweißgehalt der Samen und sein Nährwert. Bei den taxonomischen Studien werden die Isoenzym-Technik und numerische Methoden angewendet. Die enzymatische Variation innerhalb der Roggen-Arten, -Sorten und -Inzuchtlinien werden untersucht. Für die Beurteilung der Protein-Ressourcen werden verschiedene Techniken angewendet: histochemische Färbung von Samenschnitten, Beobachtungen mit dem Raster-Elektronenmikroskop und chemische Analysen der gesamten Aminosäure-Zusammensetzung der Samen-Proteine. Diese Ergebnisse werden benutzt, um die wertvollsten Taxa aufzufinden, die dann zur Anwendung in Roggen-Zuchtprogrammen vorgeschlagen werden.Краткое содержаниеНовый Ботанический с ад Польской АН был осн ован в 1974 г. как учреждение, которое должно занят ься сбором, сохранени ем и оценкой генетических ресурсов культурных растений и их дикорас тущих форм. Главным объектом исследований являет ся рожь, имеющая для По льши очень важное значение.Генетические ресурс ы ржи сохраняются как в живых полевых коллекциях, так и в семенном генно м банке. Живая коллекц ия насчитывает 1193 образца (12 видов и 788 сортов ржи). В с еменном банке находя тся 773 образца ржи в стеклянных сосудах (в вакууме, нейтральных газах или силикогеле) при оптимально низкой вл ажности семян. Провод ятся биохимические, физио логические и генетические иссле дования, с целью выявл ения надëжных и подходящи х условий для обезвожи вания семян и их долго срочного хранения.Эти генетические рес урсы ржи служат матер иалом для таксономических и филогенетических ис следований, а также дл я оценки их селекционных качест в, в особенности содерж ания белка семян и их питательности. Для та ксономических целей применяют нуме рические методы и исс ледования изоэнзимов (их изменчивость внут ри видов, сортов и инбр едных линий ржи). Для оценки белковых ресурсов пр именяют различные ме тоды: гистохимическую окр аску тонких срезов семян, н аблюдения сканирующ им электронным микроск опом и химические анализы общего состава амино кислот семенных протеинов.Результаты исследов аний используются дл я выявления наиболее ценных образцов, которые буд ут предложены для про граммы селекции ржи.