Kết quả khảo sát một số phương pháp kiểm tra đa bội trên sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.)

Văn Hiểu Phạm; Nguyễn Thị Kiều Linh Nguyễn Thị Kiều Linh; Trần Thanh Vy Trần Thanh Vy; Nguyễn Xuân Dũng Nguyễn Xuân Dũng

doi:10.59294/HIUJS.28.2024.587

Từ khóa:

Sâm Ngọc Linh, đa bội, dòng chảy tế bào, khí khổng, nhiễm sắc thể, lục lạp

Tóm tắt

Sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) là cây dược liệu quý và đặc hữu của Việt Nam. Việc nghiên cứu tạo giống sâm Ngọc Linh đa bội với hàm lượng dược chất và khả năng sinh trưởng gia tăng có ý nghĩa rất quan trọng đối với sản xuất. Tuy nhiên, việc kiểm tra đa bội ở sâm Ngọc Linh hiện vẫn chưa được thống nhất về mặt phương pháp. Nghiên cứu này tiến hành thử nghiệm và đánh giá một số phương pháp kiểm tra đa bội để phục vụ cho việc sàng lọc cây sâm Ngọc Linh đa bội. Mẫu sâm Ngọc Linh (lá, rễ, thân rễ và phôi) sau khi xử lý đa bội được sử dụng cho kiểm tra thông qua phân tích (1) số lượng lục lạp, kích thước và mật độ khí khổng, (2) số lượng nhiễm sắc thể (NST) tế bào đầu rễ và (3) hàm lượng ADN tế bào. Kết quả cho thấy tất cả các phương pháp phân tích đều có thể xác định được mẫu sâm Ngọc Linh đa bội. Số lượng lục lạp trong tế bào và kích thước khí khổng tăng trong khi mật độ khí khổng giảm ở mẫu tứ bội so với lưỡng bội. Số lượng nhiễm sắc thể đầu rễ ở mẫu tứ bội (48 NST) tăng 2 lần so với mẫu lưỡng bội (24 NST). Sự gia tăng hàm lượng ADN của mẫu tứ bội (9.41 ± 0.05 pg) so với lưỡng bội (4.73 ± 0.04 pg) đạt tỷ lệ tương ứng với mức độ đa bội

Abstract

Ngoc Linh ginseng (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) is a precious and endemic medicinal plant in Vietnam. Polyploidization of Ngoc Linh Ginseng aims to increase both medicinal content and growth ability is very important for production. However, the screening of Ngoc Linh ginseng polyploidized has not been unified in terms of methodology. This study tested and evaluated various polyploid testing methods on Ngoc Linh ginseng to serve the screening of Ngoc Linh ginseng polyploidized. The samples of Ngoc Linh Ginseng (leaves, roots, rhizomes and embryos) after polyploid treatment were used for testing through analysis of (1) the number of chloroplasts, stomatal size and density, (2) chromosome number on the root tip and (3) DNA content. The results show that all analytical methods can identify polyploid Ngoc Linh Ginseng samples. The number of chloroplasts and stomatal size increased while stomatal density decreased in tetraploid samples compared to diploid ones. The number of chromosomes on the root tip in tetraploid ginseng (48 chromosomes) increased twice compared to diploid one (24 chromosomes). The DNA content increased proportionally to the levels of ploidy between tetraploid (9.41 ± 0.05 pg) and diploid samples (4.73 ± 0.04 pg).

Tài liệu tham khảo

[1] D.T. Nhut, N.P. Huy, H.X. Chien, "In vitro culture of petiole longitudinal thin cell layer explants of Vietnamese ginseng (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) and preliminary analysis of saponin content," International Journal of Applied Biology, 3(3), p. 178, 2012.

[2] H.V. Cương, N.B. Nam, T.C. Luận, B.T. Vinh, D.T. Nhựt, "Nhựt Ảnh hưởng của ánh sáng đơn sắc lên sự sinh trưởng và khả năng tích lũy hoạt chất saponin thông qua nuôi cấy mô sẹo và cây sâm ngọc linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) in vitro," Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 50(4), p. 475-490, 2012.

[3] M. Niazian, A.M. Nalousi, "Artificial polyploidy induction for improvement of ornamental and medicinal plants," Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 142, p. 447-469, 2020.

DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-020-01888-1

[4] D. E. Soltis, V.A. Albert, J. Leebens‐Mack, C.D. Bell, A.H. Paterson, C. Zheng, D. Sankoff, C.W. de Pamphilis, P. Kerr Wall, P. S. Soltis, "Polyploidy and angiosperm diversification," American Journal of Botany, 96, p. 336-348, 2009.

DOI: https://doi.org/10.3732/ajb.0800079

[5] Hieu, P.V., "Polyploid Gene Expression and Regulation in Polysomic Polyploids," American Journal of Plant Science, 10(8), p. 1409-1443, 2019.

DOI: https://doi.org/10.4236/ajps.2019.108101

[6] Hieu, P.V., "Evolutionary Fixed Potential Agronomic Traits in Polysomic Polyploidy Plants with Special Reference to Potato," American Journal of Plant Sciences, 14, p. 793-811, 2023.

DOI: https://doi.org/10.4236/ajps.2023.147053

[7] Comai, L., "The advantages and disadvantages of being polyploid," Nature Reviews Genetic, 6, p. 836-846, 2005.

DOI: https://doi.org/10.1038/nrg1711

[8] M.C. Sattler, C.R. Carvalho, W.R. Clarindo, "The polyploidy and its key role in plant breeding," Planta, 243, p. 281-296, 2016.

DOI: https://doi.org/10.1007/s00425-015-2450-x

[9] Y.S. Kim, E.J. Hahn, H.N. Murthy, K.Y. Paek, "Effect of polyploidy induction on biomass and ginsenoside accumulations in adventitious roots of ginseng," Journal of Plant Biology, 47, p. 356-360, 2004.

DOI: https://doi.org/10.1007/BF03030551

[10] J.H. Lee, Y.J. Kim, D Jung, J.S. Shim, I. H. Kim and D.C. Yang, "In vitro Induction of Tetraploid Roots by Various Pretreatments from Anther of Panax ginseng C. A. Meyer," Journal of Ginseng Research, 33(1), p. 65-71, 2009.

DOI: https://doi.org/10.5142/JGR.2009.33.1.065

[11] L. T. Diem, T. H. Phong, H. T. Tung, H. D. Khai, T. T. L. Anh, N. T. N. Mai, V. Q. Luan, T. Que, H. T. N. Phuong, B. V. T. Vinh, D. T. Nhut, "Tetraploid induction through somatic embryogenesis in Panax vietnamensis Ha et Grushv. by colchicine treatment," Scientia Horticulturae, 303, p. e111254, 2022.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.111254

[12] B. Ahmadi, H. Ebrahimzadeh, "In vitro androgenesis: spontaneous vs. artificial genome doubling and characterization of regenerants," Plant Cell Report, 39, p. 299-316, 2020.

DOI: https://doi.org/10.1007/s00299-020-02509-z

[13] V. Stanys, A. Weckman, G. Staniene, P. Duchovskis, "In vitro induction of polyploidy in Japanese quince (Chaenomeles japonica)," Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 84, p. 263-268, 2006.

DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-005-9029-3

[14] E. Dhooghe, K. Van Laere, T. Eeckhaut, L. Leus, J. Van Huylenbroeck, "Mitotic chromosome doubling of plant tissues in vitro," Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 104, p. 359-373, 2011.

DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-010-9786-5

[15] B. Ordoñez, M. Orrillo and M. Bonierbale, Technical Manual Potato reproductive and cytological biology, 2017.

[16] J. P. T. Valkonen, K. N. Watanabe, E. Pehu, "Analysis of correlation between nuclear DNA content, chromosome number, and flowering capacity of asymmetric somatic hybrids of diploid Solanum brevidens and (di)haploid S. tuberosum," The Japanese Journal of Genetics, 69, p. 525-536, 1994.

DOI: https://doi.org/10.1266/jjg.69.525

[17] J. Čížková, E. Hřibová, P. Christelová, M. Häkkinen, N. Roux, R. Swennen and J. Doležel., "Molecular and Cytogenetic Characterization of Wild Musa Species," PLOS ONE, 10(8), e0134096, 2015.

DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134096

[18] J. S. Johnston, M. D. Bennett. A. L. Rayburn, D. W. Galbraith and H. J. Price , "Reference Standards For Determination Of DNA Content Of Plant Nuclei.," American Journal of Botany , 86(5), p. 609–613, 199.

DOI: https://doi.org/10.2307/2656569

[19] S. K. Sharma, G. J. Bryan, M. O. Winfield, S. Millam, "Stability of potato (Solanum tuberosum L.) plants regenerated via somatic embryos, axillary bud proliferated shoots, microtubes and true potato seeds: a comparative phenotypic, cytogenetic and molecular assessment," Planta, 226, p. 1449-1458, 2007.

DOI: https://doi.org/10.1007/s00425-007-0583-2

[20] M. Alsahlany, D. Zarka, J. Coombs, D. S. Douches, "Comparison of Methods to Distinguish Diploid and Tetraploid Potato in Applied Diploid Breeding," American Journal of Potato Research, 96, p. 244-254, 2019.

DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-018-09710-7

[21] S. J. Kwon, S. K. Roy, K. Y. Cho, Y. J. Moon, S. H. Woo, H. H. Kim, "Tetraploid induction approach induced by colchicine of Prunella vulgaris for. albiflora Nakai," International Journal of Scientific and Research Publications, 4, p. 1-7, 2014.

[22] Y. Khrolenko, O. Burundukova, E. Burkovskaya, and Y. Zhuravlev, "Mesophyll Structure And Chloroplast Density In Panax Ginseng Leaves From The Sikhote-Alin Mts," Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica 54(2), p. 54-60, 2012.

DOI: https://doi.org/10.2478/v10182-012-0021-z

[23] L. J. Kramer, J. Bamberg, "Comparing Methods of Ploidy Estimation in Potato (Solanum) Species," American Journal of Potato Research, 96, p. 419-426, 2019.

DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-019-09729-4

[24] F. X. Shi, M. R. Li, Y. L. Li, P. Jiang, C. Zhang, Y. Z. Pan, B. Liu, H. X. Xiao, L. F. Li, "The impacts of polyploidy, geographic and ecological isolations on the diversification of Panax (Araliaceae)," BMC Plant Biology, 15, p. 297, 2015.

DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-015-0669-0