Flowering induction in cassava (Manihot esculenta Crantz) by transgrafting approach

Abstract

La yuca, un cultivo económicamente importante para la seguridad alimentaria en los trópicos, a menudo no florece en tiempos sincronizados adecuados para la polinización cruzada, o a veces nunca florece. Esto puede ser una seria restricción para el mejoramiento genético y experimentos de investigación para el cultivo. En este trabajo, reportamos datos acerca de la inducción de floración en yuca usando líneas transgénicas que expresan el gen AtFT, FLOWERING LOCUS T de Arabidopsis thaliana. Las líneas de yuca que portan el gen AtFT florecieron tempranamente en condiciones in vitro, de invernadero de bioseguridad (IB) y de campo confinado (CC) después de 0.16, 2.22 y 1.6 meses después de su siembra. Encontramos que la viabilidad del polen varió de 26 a 70% entre las líneas evaluadas. Desarrollamos un método para la aclimatación y propagación rápida de las líneas transgénicas bajo condiciones de IB y CC. La expresión fenotípica/molecular y el patrón de producción de flores de las líneas multicopia de yuca para el gen AtFT reveló que la frecuencia y número de flores producidas fue más alto en CC que IB. En ambos ambientes las líneas transgénicas mostraron fenotipo de enano a semi-enano, mientras que el genotipo 60444 alcanzo más de dos metros altura. Encontramos que la línea AtFT13 mostró el fenotipo de floración más marcado en el CC, sugiriendo que esta línea es promisoria y apropiada para los ensayos posteriores de trans-injertación. Para probar la hipótesis de que la señal producto del gen AtFT se mueve a través de la unión del trans-injerto, las líneas transgénicas de yuca que portan el gen AtFT fueron usadas como porta injertos y tres genotipos de yuca de floración tardía en campo fueron usados como indicadores en los ensayos de trans-injertación. La expresión del gen AtFT promovió floración continua en las cuatro líneas transgénicas evaluadas como porta-injertos; pero en los genotipos comerciales de yuca de floración tardía (SM35500-2, GM3893-65) y el genotipo de floración intermedia (60444) evaluados como indicadores, la técnica de trans-injertación falló en promover los fenotipos de floración.

//Abstract: Cassava, an important food security crop in the tropics, often does not flower at synchronous times suitable for controlled cross-pollination, or sometimes not at all. This can be a serious constraint for genetic improvement and experimental research for the crop. Here, we report about induction of rapid flowering in cassava using transgenic lines expressing a FLOWERING LOCUS T gene from Arabidopsis thaliana (AtFT). The AtFT cassava lines flowered at in vitro, biosafety greenhouse (BGH) and confined field (CF) at 0.16 to 0.22, 2.22 to 5.82 and 1.6 to 2.4 months respectively. We found that pollen grain viability ranging from 26 to 70 % among the lines tested. We developed a rapid hydroponic hardening method for quick acclimation and multiplication of the transgenic lines under BGH and CF conditions. The phenotypic/molecular expression and flower production patterns of the tested multi-copy transgenic lines revealed that frequency and number of flowers produced were much higher in CF than BGH condition. In both environment, the transgenic lines showed semi-dwarf to dwarf and bushy phenotypes compared to wild type. We found that, the transgenic line AtFT13 showed the strongest flowering phenotype in the field suggesting that this line is promising and suitable for the further transgrafting experiments. To prove the hypothesis if the FT-like signal moved across transgrafting junctions, the AtFT cassava lines were used as rootstocks and the cassava late flowering genotypes were used as a scions in the transgrafting experiment. The expression of the AtFT transgene caused continuous flowering in the transgenic lines tested as rootstocks, but the late commercial cassava genotypes (SM3500-2, GM3893-65) and the intermediate (60444) failed to show the early flowering phenotypes.