<p>In this project relational and Lotus Notes database technology are evaluated with regard to their suitability in providing computer-based support in plant breeding in general and specifically in the production of doubled haploids. The two developed databases are compared based on a set of requirements produced together with the DH-group which is the main users of the databases. The results indicate that both Lotus Notes and the relational databases are able to fulfil all needs documented in this project, although both systems have their limitations. An often expressed opinion is that it is difficult to combine biology and databases. The experience gained in this project however suggests that it does not need to be the case in instances where data is not as complicated as often discussed. Observations made during this project indicate that data warehousing with integrated data mining and OLAP tools are surprisingly similar to how the DH-group at Svalöf Weibull works and could be a suitable solution for the production of doubled haploids.</p>

In this project relational and Lotus Notes database technology are evaluated with regard to their suitability in providing computer-based support in plant breeding in general and specifically in the production of doubled haploids. The two developed databases are compared based on a set of requirements produced together with the DH-group which is the main users of the databases. The results indicate that both Lotus Notes and the relational databases are able to fulfil all needs documented in this project, although both systems have their limitations. An often expressed opinion is that it is difficult to combine biology and databases. The experience gained in this project however suggests that it does not need to be the case in instances where data is not as complicated as often discussed. Observations made during this project indicate that data warehousing with integrated data mining and OLAP tools are surprisingly similar to how the DH-group at Svalöf Weibull works and could be a suitable solution for the production of doubled haploids.

No description available.

Thesis (MSc (Genetics))--University of Stellenbosch, 2010. / Includes bibliography. / ENGLISH ABSTRACT: Wheat rust is a significant contributor to the total impact of diseases on sustainable wheat production. Genetic resistance, produced by using resistance genes from wheat and other related wild species, is the simplest and most cost-effective way to guard against these diseases. The pyramiding of resistance genes in a single line is a vital practice in bringing about durable resistance. This study aimed to develop a series of doubled haploid (DH) wheat lines containing combination's of wild species genes for rust resistance. Rust resistance genes Lr19 (7BL), Sr31/Lr26/Yr9/Pm8 (1BS) and Lr54/Yr37 (2DL) were combined by means of crossing. Breeders. lines which have complex resistance including Lr24/Sr24 (3DL), Lr34/Yr18 (7D), Sr36 (2BS) and Sr2 (3BS), were used. Marker assisted selection (MAS) was used to type populations for the above mentioned genes. Using the DH method (maize pollination technique), an inbred population was developed from the selected lines, after which the lines were characterised molecularly for the resistance gene translocations which they contain. The study produced 27 lines with diverse genetic profiles. Seven lines contain four translocations (Lr24/Sr24, Lr34/Yr18, Sr2 and Lr19 or Sr31) each, 11 lines contain three genes each, six lines contain two genes each and only three lines contain a single translocation (Lr24/Sr24). The reality that rust pathogens have already overcome three of the resistance genes in the final population . Lr19, Sr31 and Sr24 . is a clear indication of the value of using non-major gene resistance for bringing about durable resistance. The focus should fall ever more greatly upon the application of quantitative trait loci (QTL) for this purpose, which will result in MAS contributing to the development of more durable resistance. The value of the integration of MAS and DH in combination with conventional breeding practices in breeding programmes has already been illustrated internationally for increasing the rate of cultivar development and this is reaffirmed by this study. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Koringroes lewer jaarliks .n beduidende bydrae tot die totale impak van siektes wat volhoubare koringverbouing belemmer. Die mees eenvoudige en koste-effektiewe verweer teen hierdie siektes is genetiese weerstand, wat deur weerstandsgene vanaf koring, sowel as wilde verwante spesies, bewerkstellig word. Die stapeling van weerstandsgene in .n enkele lyn word as .n onontbeerlike praktyk om duursame weerstand tot stand te bring, geag. Hierdie studie het ten doel gehad om .n reeks verdubbelde haploiede (VH) koringlyne te ontwikkel wat kombinasies van wilde spesie gene vir roesweerstand bevat. Roesweerstandsgene Lr19 (7BL), Sr31/Lr26/Yr9/Pm8 (1BS) en Lr54/Yr37 (2DL) is deur middel van kruisings gekombineer. Telerslyne wat oor komplekse weerstand beskik wat Lr24/Sr24 (3DL), Lr34/Yr18 (7D), Sr36 (2BS) en Sr2 (3BS) insluit, is gebruik. Merker-bemiddelde seleksie (MBS) is gebruik om populasies vir bogenoemde gene te tipeer. .n Ingeteelde populasie is vanaf die geselekteerde lyne met behulp van die VH metode (mielie-bestuiwing tegniek) ontwikkel, waarna die lyne molekuler vir die weerstandsgeentranslokasies waaroor hul beskik, gekarakteriseer is. Die studie het 27 lyne met diverse genetiese profiele opgelewer. Sewe lyne bevat vier weerstandsgeentranslokasies (Lr24/Sr24, Lr34/Yr18, Sr2 en Lr19 of Sr31) elk, 11 lyne beskik oor kombinasies van drie gene elk, ses bevat twee gene elk en slegs drie lyne beskik oor .n enkele translokasie (Lr24/Sr24). Die realiteit dat die roespatogene reeds drie van die weerstandsgene in die finale populasie . Lr19, Sr31 en Sr24 . oorkom het, benadruk die waarde van die gebruik van nie-hoofgeenweerstand vir die daarstelling van duursame weerstand. Die fokus behoort toenemend meer op die aanwending van kwantitatiewe kenmerk-loci (QTL) vir hierdie doel te val en sal sodoende teweegbring dat MBS bydra tot die ontwikkeling van meer duursame weerstand. Die waarde van die integrasie van MBS en VH in kombinasie met konvensionele telingsmetodiek is reeds internasionaal vir die versnelling van kultivarontwikkeling aangetoon en word ook deur hierdie studie herbevestig.

[ES] Los dobles haploides son una gran herramienta para la mejora genética de híbridos debido a que se puede alcanzar la homocigosis completa en una sola generación. Entre las técnicas usadas para obtener estas plantas, la inducción de la embriogénesis de microsporas, mediante el cultivo de anteras o de microsporas, es la más eficiente y la más usada. La embriogénesis de microsporas es también un ejemplo de totipotencia de las células vegetales gracias a su habilidad de reprogramar su desarrollo gametofítico hacia una ruta esporofítica, donde las células proliferan de forma organizada para crear un nuevo organismo. Como en muchos otros procesos in vitro, las condiciones de cultivo deben ser optimizadas para incrementar la eficiencia. En la presente Tesis Doctoral, hemos usado dos especies como sistemas experimentales para estudiar y optimizar el cultivo de microsporas. Por un lado, usamos berenjena (Solanum melongena) como un ejemplo de cultivo de importancia económica en el que los protocolos todavía tienen mucho margen de mejora. La optimización de la densidad celular y los reguladores de crecimiento han demostrado ser útiles para modificar la eficiencia del cultivo de microsporas de berenjena. Por otra parte, hemos utilizado el cultivo de microsporas de Brassica napus para estudios básicos puesto que ha sido ampliamente usado como modelo para entender procesos celulares que ocurren durante este cambio en el desarrollo. Se detalla un protocolo estandarizado para el cultivo de microsporas de B. napus, el cual ha sido utilizado en todos los cultivos en esta Tesis para explorar una serie de procesos y estructuras celulares potencialmente implicados en el cambio de desarrollo hacia embriogénesis. Estos procesos incluyen estrés del retículo endoplásmico, muerte celular programada, autofagia y estructura y composición de la pared celular. Estudiamos en paralelo el cultivo de microsporas de dos genotipos de B. napus con diferente respuesta androgénica en condiciones estándar y añadiendo Tricostatina A, un modulador epigenético que ha mostrado ser beneficioso para la respuesta androgénica en algunos casos. En conjunto, esta Tesis representa un avance en la optimización del cultivo de microsporas en estas especies y arroja luz sobre el papel de algunos procesos en el contexto de embriogénesis de microsporas. / [CA] Els dobles haploides són una gran eina en millora vegetal per a la producció d'híbrids, a causa de la seua total homozigosi, que es pot aconseguir en només una generació in vitro. Entre les diverses tècniques que s'utilitzen per tal d'obtenir aquestes plantes, la inducció de l'embriogènesi de microspores, mitjançant cultiu d'anteres o microspores, és la més comuna i eficient. L'embriogènesi de microspores també és un exemple de la totipotència de les cèl·lules vegetals, capaços de reprogramar-se d'una via gametofítica a una via esporofítica, on proliferen de manera organitzada per crear un nou organisme. Com en moltes altres tecniques in vitro, s'han d'optimitzar les condicions del cultiu per tal d'augmentar l'eficiència. En la present Tesi Doctoral, hem utilitzat dues espècies de plantes com a sistemes experimentals per estudiar i optimitzar el cultiu de microspores. Per una banda, hem utilitzat l'albergínia (Solanum melongena) com a exemple de cultiu d'importància econòmica on els protocols encara tenen marge per a l'optimització. La optimització de la densitat de cèl·lules en cultiu i la concentració de reguladors de creixement van demostrar ser útils per modificar l'eficiència de la resposta dels cultius de microspores d'albergínia. D'altra banda, hem utilitzat cultius de microspores de Brassica napus principalment per a estudis bàsics, ja que s'utilitza àmpliament com a model per entendre els processos cel·lulars que es produeixen durant aquest canvi de desenvolupament. Es detalla un protocol estandarditzat per al cultiu de microspores de B. napus, que s'ha utilitzat en tots els cultius inclosos en aquesta Tesi per explorar una sèrie de processos i estructures cel·lulars potencialment implicades en el canvi de desenvolupament cap a l'embriogènesi. Aquests inclouen l'estrès del reticle endoplasmàtic, la mort cel·lular programada, l'autofàgia i l'estructura i composició de la paret cel·lular. Vam estudiar en paral·lel cultius de microspores de dos genotips de B. napus amb diferent resposta androgènica, cultivats en condicions estàndard i afegint-hi Tricostatina A, un modulador epigenètic que s¿ha demostrat beneficiós per a la resposta androgènica en alguns casos. En conjunt, aquesta Tesi representa un avanç en l'optimització dels cultius de microsporas en aquestes espècies i aporta llum sobre el paper d'alguns processos en el context de l'embriogènesi de microspores. / [EN] Doubled haploids are a great tool for hybrid breeding due to their complete homozygosity achievable in only one in vitro generation. Among the several techniques used to obtain these plants, induction of microspore embryogenesis, via anther or microspore culture, is the most common and efficient approach. Microspore embryogenesis is also an example of totipotency of plant cells due to their ability to reprogram themselves from a gametophytic to a sporophytic pathway, where cells proliferate in an organized way to create a new organism. As in many other in vitro procedures, culture conditions must be optimized in order to increase efficiency. In the present Doctoral Thesis, we used two plant species as experimental systems to study and optimize microspore culture. On one hand, we used eggplant (Solanum melongena) as an example of economically important crop where protocols have still room for optimization. Optimization of cell density and growth regulators demonstrated to be useful to modify the efficiency of eggplant microspore cultures. On the other hand, we used B. napus microspore cultures principally for basic studies since it is widely used as a model to understand cellular processes occurring during this developmental switch. A standardized protocol for Brassica napus microspore culture is detailed, which was used in all the cultures included in this Thesis to explore a series of processes and cellular structures potentially involved in the developmental switch towards embryogenesis. These included endoplasmic reticulum stress, programmed cell death, autophagy, and cell wall structure and composition. We studied in parallel microspore cultures from two B. napus genotypes with different androgenic response cultured in standard conditions and adding Trichostatin A, a epigenetic modulator shown to be beneficial for the androgenic response in some cases. Together, this Thesis represents an advance in the optimization of microspore cultures in these species, and sheds light on the role of some processes within the context of microspore embryogenesis. / Thanks are due to the Electron Microscopy Service of Universitat Politècnica de València, Marisol Gascón (IBMCP Microscopy Service). This work was supported by grant AGL2017-88135-R to JMSS from MICINN jointly funded by FEDER and by a Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship (656579) to PC-M This work was supported by grant AGL2017-88135-R to JMSS from MINECO jointly funded by FEDER. / Camacho Fernández, C. (2021). Microspore embryogenesis: cell wall dynamics and reprogramming of cell fate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163698

[ES] El calcio (Ca2+) es un catión esencial que juega un papel fundamental en todos los organismos vivos. Desde el punto de vista funcional, el Ca2+ actúa como un segundo mensajero que regula distintos procesos celulares. Trabajos anteriores indican que la señalización mediante Ca2+ podría estar implicada en las primeras etapas de la inducción de la embriogénesis in vitro de las plantas, pero el verdadero papel del Ca2+ en este proceso es aún desconocido. Por eso, el principal objetivo de la presente Tesis es el estudio del papel del Ca2+ en la embriogénesis in vitro mediante dos sistemas in vitro: la embriogénesis somática y la embriogénesis de microsporas. Para determinar la importancia de la homeostasis del Ca2+ en la inducción de la embriogénesis y las dinámicas de los niveles de Ca2+ durante la inducción y el establecimiento de embriones somáticos y derivados de microsporas, se utilizaron tratamientos químicos y se detectaron los niveles de Ca2+ mediante sondas fluorescentes y sensores cameleon codificados genéticamente, visualizados con microscopía fluorescente y confocal. Observamos que el aumento de Ca2+ es un marcador temprano en la inducción de la embriogénesis in vitro y que los niveles de Ca2+ durante la embriogénesis in vitro son dinámicos en todos los sistemas estudiados. Además, las oscilaciones en los niveles de Ca2+ podrían estar relacionadas con los procesos de diferenciación que ocurren en las células inducidas una vez une el Ca2+ a la calmodulina. Mostramos que un aumento de Ca2+ dentro de un rango definido de concentración tiene un efecto positivo, dependiendo del sistema, en la producción de embriones, siendo más sensibles aquellos sistemas basados en suspensiones de células aisladas que aquellos que usan tejidos como explantes. Finalmente, estudiamos el papel de la calosa durante la embriogénesis somática, observando que la inhibición de la deposición de calosa impide el desarrollo embrionario, lo que sugiere una relación entre la formación de una barrera de calosa y el establecimiento de la identidad embrionaria en las células somáticas. / [CAT] El calci (Ca2+) és un catió essencial que juga un paper fonamental en tots els organismes vius. Des del punt de vista funcional, el Ca2+ actua com a un segon missatger que regula diferents processos cel·lulars. Treballs anteriors indiquen que la senyalització mitjançant el Ca2+ podria estar implicada en les primeres etapes de la inducció de l'embriogènesi in vitro de les plantes, però el paper real del Ca2+ en aquest procés encara és desconegut. Per això, el principal objectiu de la present Tesi és l'estudi del paper del Ca2+ en l'embriogènesi in vitro mitjançant dos sistemes in vitro: l'embriogènesi somàtica i l'embriogènesi de micròspores. Per tal de determinar la importància de l'homeòstasi del Ca2+ en la inducció de l'embriogènesi i les dinàmiques dels nivells de Ca2+ durant la inducció i l'establiment d'embrions somàtics i derivats de micròspores, es van utilitzar tractaments químics i es van detectar els nivells de Ca2+ mitjançant sondes fluorescents i sensors de cameleon codificats genèticament, visualitzats amb microscòpia fluorescent i confocal. Vam observar que l'augment de Ca2+ és un marcador primerenc en la inducció de l'embriogènesi in vitro i que els nivells de Ca2+ durant l'embriogènesi in vitro són dinàmics en tots els sistemes estudiats. A més, les oscil·lacions en els nivells de Ca2+ podrien estar relacionades amb els processos de diferenciació que tenen lloc en les cèl·lules induïdes una vegada uneix el Ca2+ a la calmodulina. Vam mostrar que un augment de Ca2+ dins d'un rang definit de concentració té un efecte positiu, depenent del sistema, en la producció d'embrions, essent més sensibles aquells sistemes basats en suspensions de cèl·lules aïllades que aquells que usen teixits com a explants. Finalment, vam estudiar el paper de la cal·losa durant l'embriogènesi somàtica, i vam observar que la inhibició de la deposició de cal·losa impedeix el desenvolupament embrionari, la qual cosa suggereix una relació entre la formació d'una barrera de cal·losa i l'establiment de la identitat embrionària en les cèl·lules somàtiques. / [EN] Calcium (Ca2+) is an essential cation that plays fundamental roles in all living organisms. From a functional point of view, Ca2+ acts as a second messenger that regulates different cellular processes. Previous works point to the fact that Ca2+ signaling may be involved in the early stages of induction of in vitro plant embryogenesis, but the actual role of Ca2+ in this process remained unveiled. Thus, the main goal of the present Thesis is to study the role of Ca2+ in in vitro embryogenesis using two in vitro systems: somatic embryogenesis and microspore embryogenesis. Chemical treatments and detection of Ca2+ with fluorescent probes and genetically-encoded cameleon sensors imaged by fluorescence and confocal microscopy were performed to determine the importance of Ca2+ homeostasis for induction of embryogenesis and the dynamics of Ca2+ levels during the induction and establishment of somatic and microspore-derived embryos. We observed that Ca2+ increase is an early marker of induction of in vitro embryogenesis and Ca2+ levels during in vitro embryogenesis are dynamic in all the systems we studied. Moreover, Ca2+ oscillations might be related to the differentiation processes that take place in the induced cells upon binding to calmodulin. We showed that Ca2+ increase within a defined range has system-specific positive effects in embryo yield, being more sensitive those systems using isolated cell suspensions rather than those using tissues as explants. Finally, we studied the role of callose during somatic embryogenesis, and we observed that inhibiting callose deposition prevents embryo development, which suggests a relationship between the formation of a callose barrier and the establishment of embryo identity in somatic cells. / Calabuig Serna, A. (2023). Multidisciplinary study of the role of calcium in plant in vitro embryogenesis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196022