PCR identification of petunia male sterile cytoplasm = Identificação por PCR de citoplasma macho estéril em Petunia

Abstract

Petunia is a very important ornamental plant with a broad range of flower colour and size, and most of the cultivars grown are propagated through seeds. Cytoplasmic male sterility (CMS) is a maternally inherited character determined by mitochondrial genes that results in impaired pollen development. The unique and well characterized male sterile cytoplasm in Petunia is a valuable resource for hybrids production because it prevents self-fertilization of mother plants and ensures the purity of F1s. Introgression of the male sterile cytoplasm in elite lines of Petunia is achieved following a backcross scheme and can be assisted using molecular markers associated to the trait of interest. The objective of this study was to develop a molecular marker to identify the male sterile cytoplasm of Petunia. A PCR-based marker amplifying a region of the mitochondrial CMS-associated urfS only in the male sterile plants was designed. Results showed differential PCR amplification of a ≈ 600 bp product in plants carrying male sterile cytoplasm in four Petunia species and their F1s and BC1 generations. A multiplex PCR reaction was subsequently set up, adding specific primers amplifying a ≈ 800 bp product from the conserved region trnT-trn-L of the chloroplast genome as a positive control in order to unambiguously identify the cytoplasm types as normal or sterile. A rapid, simple and precise molecular marker is now available for assisting breeding of F1 hybrids in Petunia.

A petúnia é uma planta ornamental muito importante, com uma ampla gama de cores e tamanhos de flores, e a maioria das cultivares são propagadas através de sementes. A esterilidade citoplasmática masculina (CMS) é um caráter hereditário da mãe, determinado por genes mitocondriais que resultam em prejuízo ao desenvolvimento do pólen. O citoplasma macho estéril único e bem caracterizado em Petúnia é um recurso valioso para a produção de híbridos, pois previne a autofecundação das plantasmãe e garante a pureza do F1. A introgressão do citoplasma macho estéril nas linhas de elite de Petúnia é alcançada seguindo um esquema de retrocruzamento e pode ser assistida usando marcadores moleculares associados à característica de interesse. O objetivo deste estudo foi desenvolver um marcador molecular para identificar o citoplasma macho estéril de Petunia. Foi desenhado um marcador baseado em PCR que amplificou uma região de urfS associada à CMS mitocondrial apenas em plantas masculinas estéreis. Os resultados mostraram amplificação por PCR diferencial de um produto de ≈ 600 bp em plantas portadoras de citoplasma estéril masculino em quatro espécies de Petúnia e suas gerações F1s e BC1. Uma reação de PCR multiplex foi subsequentemente configurada, adicionando iniciadores específicos amplificando um produto de ≈ 800 bp da região conservada trnT-trn-L do genoma do cloroplasto como um controle positivo, para identificar inequivocamente os tipos de citoplasma como normal ou estéril. Um marcador molecular rápido, simples e preciso está agora disponível para auxiliar no melhoramento genético de híbridos F1 em Petunia.