+ All Categories
Transcript
  • Determina)on  of  LD50  in  two  cassava  landraces  using  Ethylmethane  sulphonate  (EMS)    

       

    SP  09-‐11  

    Biotechnology  and  Nuclear  Agriculture  Research  Ins6tute,  P.O.  Box  LG  80,  Legon,  Accra,  Ghana  

     

    Introduc)on:    

    Plant   biotechnology   can   be   coupled   with   muta6on  induc6on   to   produce   new   cassava   varie6es  with   desired   traits.   In  the   IAEA  database   the   two  mutant  cassava  released  were   induced  by   gamma   rays,   physical   mutagens   (IAEA,2015:   Asare,   1995).   The  use  of  chemical  mutagens  has  not  yet  been  reported  in  cassava  yet  probably  due  to  the  bulky  nature  of  stem  cuPngs  or  its  toxicity  on  plant  6ssues.  To  overcome  the  limita6on  of  bulky  stem  cuPngs,   in  vitro  generated  nodal  cuPngs  can  be  treated  with  known  chemical  mutagens   such   as   Ethylmethane   sulphonate   (EMS)   or   dimethyl  sulphonate   (DMSO)   for   mutant   induc6on.   Chemical   mutagens  allows  for  easy  detec6on  of  frequency  of  muta6ons  using  TILLING  in  many   plant   species   (Jain,2005).   A   prerequisite   for   muta6on  induc6on  is  the  determina6on  of  the  sensi6vity  of  the  6ssues  to  the  mutagen  or  the  lethal  dose  (LD50).  In  this  report  we  determined  the  LD50  of  nodal  cuPngs  using  EMS  in  two  landraces  of  cassava.  Also,  the   effect   of   the   mutagen   on   shoot   regenera6on   is   reported.  

                                               (  

             Figure  1:  Effect  of  EMS  on  shoot  growth  (A)  control  and  (B)  0.06%  treated  EMS  in  Ankrah  aBer  14  days  of  culture  

    Shoot  emergence  reduc6on  in  Ankrah  ranged  from  33.3  to  75%  and  58.3   to  60%  for  4  and  6  hours   respec6vely.  Contrarily,   in  Madam   it  ranged  from  13.3     to  40%  and  33.3  to  60%  for  4  and  6hr   indica6ng  that   Ankrah   is   more   sensi6ve   than  Madam.   The   effect   of   EMS   on  shoot  reduc6on  in  other  plant  species  is  well  documented.  Talebi  et  al   observed   shoot   reduc6on  using   0.25-‐2%  EMS   in   rice  while  Omar  recommended   an   op6mum   concentra6on   of   0.23%   for   3hr.  According  to  FAO  (2009)  any  dose  causing  a  dose  reduc6on  of  more  than  30%   is   considered   too  high   for   large   scale  muta6on   induc6on.  Considering  this  as  a  general  rule,  the  LD50  for  Ankrah  was  0.06  for  4  or  6hr  while  in  madam  LD50  was  0.04  for  6hr.    

       .  

     Figure  2:  Effect  of  EMS  on  shoot  regeneraHon  and  growth  reducHon  of  two  cassava  accessions  (A  and  C)  Ankrah  and  (B  and  D  )  Madam  aBer  six  weeks  of  culture.       In  Ankrah  Pearson  correla6on  coefficient   (r)  was  calculated  so  that  the  LD50  can  be  determined  using  shoot  emergence.  In  Ankrah,  r  was  9.3  and  8.5  for  4  and  6  hr  respec6vely  while  for  Madam  it  was  8  and  8.6.  Using  percentage  emergence  the  LD50  was  determined  as    0.07  and  0.05%  for  4  and  6hr  respec6vely  for  Ankrah  and  0.19  and  0.11%  for  Madam    

       

     

     

    Conclusion  Chemical  mutagens   can  be  used   to   complement  physical  mutagens  for  muta6on   breeding   programmes   in   cassava.   It   can   be   combined  with  in  vitro  regenera6on  methods.  In  vitro  propagules  such  as  nodal  cuPngs   can   easily   absorb   the   solu6on   and   thus   cause   gene6c  changes   in   the   plant.   The   LD50   depended   on   the   dura6on   of  immersion   in   the   aqueous   solu6on   of   the   mutagen.   Of   the   two      landraces,  Ankrah  was  more  sensi6ve  to  the  chemical  mutagen  than  Madam.  References     Asare,   E.,   Safo-‐   Kantanka,   O   (1995).Improvement   of   cassava   cooking   quality   through  muta6on   breeding.   Interna6onal   Atomic   Energy   Agency-‐TECDOC-‐951   Proceedings   of   a  final  Research  Co-‐ordina6on  Mee6ng  of  a  FAO/IAEA  Co-‐ordinated  Research  Programme,  held  in  Naples,  Italy,  30  October-‐November  1995     FAO   (2009)   Plant   breeding   and   farmer   par6cipa6on.Methodologies   for   generaHng  variability   Part   4:   MutaHon   techniques   by   Maluszynski,   M,   Szarejko   I,   BhaHa            C.R,Nichterlein  K  and  Lagoda  P.J.L.  FAO,  Rome                IAEA.    IAEA    mutant    database.    Vienna:    Interna6onal  Atomic  Energy  Agency;  c2015  [accessed  November2015].Available  from:hhp://mvd.iaea.org/    Jain,  S.M.,(2005).  Major  muta6on-‐assisted  plant  breeding  programs  support  by  FAO/IAEA.  Plant  cell  Tissue  org.  cult  82:113-‐123    Omar,  M.S.,  Novak,  F.J.  and  Brunner,  H.  (1989).In  vitro  ac6on  of  ethyl  methanesulphonate  on  banana  shoots  6ps.  Sci.Hor6c  40:  283–  295.      Talebi,  A.  B.Talebi,  A.  B.  &Shahrokhifar,  B.(2012)  Ethyl  Methane  Sulphonate  (EMS)  Induced  Mutagenesis  in  Malaysian  Rice  (cv.  MR219)  for  Lethal  Dose  Determina6onAmerican  Journal  of  Plant  Sciences;3(12):1661-‐1665  

     Materials  and  Methods:                  Flow  chart  of  methods                      Selec6on  of  landraces                                      ↓                  Prepara6on  and  Plan6ng  of  stem  cuPngs                                      ↓                  Harves6ng  of  shoots                                        ↓                    Prepara6on  of  nodal  cuPngs    

                                       ↓                Treatment  of  cuPngs  with  EMS  

                                       ↓  (Conc.  0.02,  0.04,  0.06,  0.08,  0.1)  Culture  on  standard  cassava  regenera6on  medium  

                                       ↓              Observe  for  shoot  regenera6on          

    Result  and  Discussion  :     Accurate   determina6on   of   LD50   is   prerequisite   for   successful  muta6on   in  plant   species.   In   the  present   study  EMS  had  effect  on  shoot  emergence  as  well  as  growth   (height)   in  both   landraces  but  this   effect   dependent   on   the   concentra6on   and   dura6on   of  immersion   in   the   chemical   mutagen   (Figure   1).   Immersion   in   the  mutagen  for   longer  6me  (6hr)  had  more  effect  on  shoot  reduc6on  than  4hr.  The  sensi6vity  of   the   two   landraces  Ankrah  and  Madam  also   differed     (Figure   2)   but   at   the   highest   concentra6on   of   0.1%  there   were   no   differences   between   shoot   emergence   at   4   and   6  hours.      

    0

    20

    40

    60

    80

    0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1Shoot  em

    ergence  red

    uction  %  

    Concentration  of  EMS  

    4hr 6hr

    0

    20

    40

    60

    80

    0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1Sho

    ot  emergence  redu

    ction  %  

    Concentration  of  EMS  

    4hr 6hr

    0

    20

    40

    60

    80

    0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

    Shoo

    t  heigh

    t  reductio

    n  %  

    Concentration  of  EMS  

    4hr 6hr

    0

    20

    40

    60

    80

    0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

    Shoot  height  redu

    ction  %  

    Concentration  of  EMS  

    4hr 6hr

    y  =  -‐488x  +  78.567  R²  =  0.8734  

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

    Percentage  shoot  

    emergence  

    Concentration  of  EMS  

    y  =  -‐485.86x  +  67.31  R²  =  0.7334  

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

    Percentage  shoot  

    emergence  

    Concentration  of  EMS  

    y  =  -‐248.14x  +  92.424  R²  =  0.6902  

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

    Percentage  shoot  

    emergence  

    Concentration  of  EMS  

    y  =  -‐362.29x  +  84.781  R²  =  0.738  

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

    Percentage  shoot  

    emergence  

    Concentration  of  EMS  

    World  Congress  on  Root  and  Tuber  Crops,  Nanning,  Guangxi,  China,  January  18-‐22,  2016  


Top Related