Estudios previos al desarrollo de un protocolo de inducción de androgénesis en Cannabis sativa L

Abstract

[EN] One of the main objectives of plant breeding is the production of high yield varieties with homogeneus traits. These varieties are commercial in the form of hybrids, and are known as commercial hybrids. For the development of these hybrids, it is necessary to cross parentals with a homozygosity level close to 100% for all their loci. They are called pure lines.

Some biotechnological techniques based on in vitro culture, can accelerate the production of pure lines through the production of double haploid plants in only one in vitro generation. This approach allows for a significant reduction of the time and resources needed. Double haploids are 100% homozygous plants (homozygous for all their loci), obtained through duplication of a haploid genome. Induction of androgenesis is one of the different procedures for the production of double haploid plants. This can be defined as the set of paths leading to an individual whose genetic background comes exclusively from a haploid nucleus of male origin. One of these pathways is microspores embryogenesis, by which the microspore deviates from its original gametophytic fate and it is reprogrammed to a new pathway of embryogenic development.

Despite the growing economic interest of Cannabis sativa L. due to its industrial and pharmaceutical utility, until now, it has not been possible to develop a protocol for androgenesis induction to generate double haploid individuals to be used in breeding programs for the production of commercial hybrids.

The general objective of this work arises in the context of a project aimed at developing experimental protocols that lead to the production of double haploid individuals in Cannabis sativa L. through the induction of embryogenesis in microspores. For this, it is necessary to carry out previous studies, being essential to properly identify the suitable stages to induce embryogenesis. Therefore, it is first necessary to characterize the different stages of microsporogenesis and microgametogenesis. Furthermore, it is desirable to work with stable genotypes, homogeneous for the efficiency of induction treatments. Thus, it is advised to use in vitro generated clonal populations. In conclusion, this work focuses on the characterization of the different developmental stages of microspore and pollen in Cannabis sativa L. as well as in the achievement of an in vitro micropropagation protocol for this species.

[ES] Uno de los objetivos principales de la mejora genética vegetal es el desarrollo de variedades con gran rendimiento y un alto grado de homogeneidad. Estas variedades se comercializan en forma de híbridos, por lo que se conocen como híbridos comerciales. Para generar este tipo de híbridos, es necesario cruzar parentales con un nivel de homocigosis cercano al 100% para todos sus loci. Éstos se denominan líneas puras.

Algunas técnicas biotecnológicas de cultivo in vitro permiten acelerar el proceso de obtención de líneas puras mediante la producción de plantas doble haploides en una sola generación in vitro, reduciendo considerablemente el tiempo y los recursos necesarios para dicha obtención. Los doble haploides son plantas 100% homocigotas (para todos sus loci), obtenidas por duplicación cromosómica de un genoma haploide. Entre los diferentes procedimientos para obtener plantas doble haploides se encuentra la inducción de androgénesis. Ésta puede definirse como el conjunto de vías que dan lugar a un individuo cuyo fondo genético proviene exclusivamente de un núcleo haploide de origen masculino. Una de estas vías es la embriogénesis de microsporas, por la cual la microspora se desvía de su ruta gametofítica original y se reprograma hacia una nueva vía de desarrollo embriogénico.

A pesar del creciente interés económico generado por Cannabis sativa L. debido a su utilidad industrial y farmacológica, no se ha conseguido desarrollar hasta la fecha un protocolo de inducción androgénica con el que generar individuos doble haploides que puedan emplearse en programas de mejora para la obtención de híbridos comerciales.

El objetivo general de este trabajo surge en el contexto de un proyecto cuya finalidad es el desarrollo de protocolos experimentales que permitan la producción de doble haploides en Cannabis sativa L. mediante la inducción de embriogénesis a partir de microsporas. Para ello, es necesario llevar a cabo una serie de estudios previos, siendo indispensable la correcta identificación de las etapas idóneas para inducir la embriogénesis, por lo que es preciso conocer las distintas fases de la microsporogénesis y la microgametogénesis. Además, es deseable trabajar con variedades con un genotipo estable, que no influya en la eficacia de los tratamientos de inducción de manera distinta en cada individuo, por lo que es recomendable el empleo de poblaciones de clones generadas in vitro. Por ello, este trabajo se centra en la caracterización de las distintas etapas de desarrollo de la microspora y el polen en Cannabis sativa L., así como en la consecución de un protocolo de micropropagación in vitro para esta especie.