การพัฒนาระบบสืบพันธุ์เพศเมียในมะละกอและอิทธิพลต่อคุณภาพเมล็ด
Female Gametophyte Development of Carica papaya L. and Its Possible Role in Seed Quality
Keywords:
กล้องจุลทรรศน์แสง , ผลไม้, โครงสร้างเซลล์ , มะละกอ, light microscopy , fruit, cellular structure , papayaAbstract
มะละกอ (Carica papaya L.) เป็นไม้ผลซึ่งสามารถนำไปบริโภค และแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้อย่างหลากหลาย มะละกอมีถิ่นกำเนิดในแถบอเมริกากลาง ปัจจุบันมีการปลูกอย่างกว้างขวางในประเทศเขตร้อน และกึ่งร้อน มะละกอได้รับเลือกเป็นพืชต้นแบบสำหรับไม้ผลเขตร้อน และใช้ในการศึกษาการแสดงเพศ เนื่องจากมีความสำคัญทางเศรษฐกิจ จีโนมขนาดเล็ก และมี Y โครโมโซม มะละกอแขกดำเป็นพันธุ์ที่นิยมปลูกมากที่สุดในประเทศไทย มะละกอแขกดำ ระยะผลดิบสามารถนำมาบริโภคเป็นผัก ในขณะที่ผลสุกรับประทานเป็นผลไม้ อย่างไรก็ดีการผลิตมะละกอแขกดำ พบปัญหาด้านความไม่สม่ำเสมอของคุณภาพเมล็ด โดยเฉพาะปริมาณเมล็ดสมบูรณ์ และอัตราการงอกของเมล็ด คณะผู้วิจัยได้ศึกษาเปรียบเทียบ รูปร่าง และขนาดของระบบสืบพันธุ์เพศเมียกับคุณภาพของเมล็ดของมะละกอแขกดำ เปรียบเทียบกับปลักไม้ลาย ซึ่งเป็นพันธุ์ที่มีคุณภาพเมล็ดดีผลการศึกษาชี้ว่ารูปร่างของยอดเพศตัวเมียส่งผลต่อคุณภาพของเมล็ดอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ โดยยอดเกสรเพศเมียสั้นที่พบในพันธุ์ปลักไม้ลาย ส่งเสริมการผสม (fertilization) ทำให้มีจำนวนเมล็ดที่สมบูรณ์มากกว่า ในขณะที่มะละกอพันธุ์แขกดำซึ่งมียอดเกสรเพศเมียที่ยาวกว่า มีเมล็ดที่สมบูรณ์น้อยกว่า Papaya (Carica papayaL.) is a fruit crop with versatility for consumption and manufacturing into products. Originated in Central America, it is currently cultivated in many tropical and subtropical countries. Due to its economic importance, small genome size and the presence of Y-chromosome, papaya is considered to be a plant model for tropical fruits and for the sex determination study. Carica papaya cv. Khak Dum is the most widely grown papaya cultivar in Thailand. The fruit can be consumed as vegetable at mature green stage and as fruit at ripe stage. The inconsistency of seed quality including seed number and its germination rate however is occurred frequently. This causes difficulty in seed collection and plantlet preparation. In order to investigate the basis of such irregularity, the morphology of female gametophytes and seed numbers and maturity from Khak Dum fruit were determined. The data was compared with that of Carica papayacv. Pluk Mai Lie, a cultivar known for its consistency in seed quality. The outcome showed that stigma morphology significantly impacted seed quality in papaya fruit. Papaya cv. Pluk Mai Lie with short stigma was likely promoted high fertilization and consequently produced large amount of good quality papaya seeds. On the other hand, Papaya cv. Khak Dum with significantly longer stigma produced lower numbers of good quality seeds.References
Buathongjan, P., Thaipong, K., Krairod, A., Doungngern, U. and Burns, P. (2020). The development of female gametophyte in hermaphrodite flowers of ‘Pluk Mai Lie’ papaya (Carica papaya L.). Acta Horticulturae, 1298(88), 641-646.
Department of Agriculture Extension. (2020). Agricultural production information system Ministry of Agriculture and Cooperatives. Retrieved March 19, 2021, from https://production.doae.go.th/
Drew, R. (2016). Marker assisted breeding of papaya to develop new commercial lines. Horticulture Innovation Australia Limited. ISBN 0 7341 3751 6.
Fu, X.P., Zhang, J., Li, F., Zhan, P.T. and Bao, M.Z. (2011). Effects of genotype and stigma development stage on seed set following intraand inter-specific hybridization of Dianthus spp. Scientia Horticulturae, 128, 490-498.
Gonsalves, D. (2006).Transgenic Papaya: Development, release, impact and challenges. Advances in Virus Research, 67,317-354.
Iamjud, K., Srimat, S., Tatlumluk, W., Wasee, S. and Thaipong, K. (2014) Number of seeds, seed weight and germination in 9 cultivars of papaya. Khon Kaen Agriculture Journal, 42, 168-173.
Ingouff M, Jullien, P.E. and Berger, F. (2006). The female gametophyte and the endosperm control cell proliferation and differentiation of the seed coat in Arabidopsis. Plant Cell,18,3491-3501.
Karunamoorthi, K., Kim, H. M., Jegajeevanram, K., Xavier, J. and Vijayalakshmi, J. (2014). Papaya: A gifted nutraceutical plant- a critical review of recent human health research. TANG Humanitas medicine, 4(1), 1-17.
Katano, K., Oi, T and Suzuki, N. (2020). Failure of pollen attachment to the stigma triggers elongation of stigmatic papillae in Arabidopsis thaliana. Frontiers in Plant Science, 11(989), 1-12.
Kobayashi, K., Horisaki, A., Niikura, S. and Ohsawa, R. (2009) Floral morphology affects seed productivity through pollination efficiency in radish (Raphanus sativusL.). Euphytica, 168, 263-274.
Leroy, O., Hennig, L., Breuninger, H., Laux, T. and Köhler, C. (2007). Polycomb group proteins function in the female gametophyte to determine seed development in plants. Development, 134, 3639-3648.
Li, S., Chen, L., Zhang, L., Li, X., Liu, Y., Wu, Z., Dong, F., Wan, L., Liu, K., Hong, D. and Yang, G. (2015). BnaC9.SMG7b functions as a positive regulator of the number of seeds per silique in Brassica napus by regulating the formation of functional female gametophytes1. Plant Physiology, 169,2744-2760.
Liu, Z., Moore, P. H., Ma, H., Ackerman, C. M., Ragiba, M., Yu, Q., Pearl, H. M., Kim, M. S., Charlton, J. W. and Stiles, J. I. (2004). A primitive Y chromosome in papaya marks incipient sex chromosome evolution. Nature,427, 348-352.
Ma, H., Moore, P. H., Liu, Z., Kim, M. S., Yu, Q., Fitch, M. M., Sekioka, T., Paterson, A. H. and Ming, R. (2004). High-density linkage mapping revealed suppression of recombination at the sex determination locus in papaya. Genetics, 166, 419-436.
de Macedo, C. M. P., Pereira, M. G., Cardoso, D. L., & da Silva, R. F. (2013). Evaluation of seed physiological quality of papaya elite hybrids, their reciprocal crosses and parents1. Journal of Seed Science, 35(2), 190-197.
Medina, J., Gutiérrez, G. V. and García, H. S. (2004). PAWPAW: Post-harvest Operation. Post-harvest compendium. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Edited by AGSI/FAO: Danilo Mejía, PhD, AGST, FAO (Technical).
Moore, P. H. and Ming R. (2008). Papaya Genome: A Model for Tropical Fruit Trees and Beyond. Tropical Plant Biology,1, 179-180.
OECD/FAO (2020), OECD-FAO Agricultural Outlook 2020-2029, FAO, Rome/OECD Publishing, Paris, from https://doi.org/10.1787/1112c23b-en.
Pillitteri, L.J., Bemis, S.M., Shpak, E.D.and Torii, K.U. (2007). Haploinsufficiency after successive loss of signaling reveals a role for ERECTA-family genes in Arabidopsis ovule development. Development,134,3099-3109.
Riccini, A., Picarella, M. E., De Angelis, F. and Mazzucato, A. (2021) Bulk RNA-Seq analysis to dissect the regulation of stigma position in tomato. Plant Molecular Biology, 105,263-285.
Schneitz, K., Hülskamp, M. and Pruitt, R.E. (1995). Wild-type ovule development in Arabidopsis thaliana: a light microscope study of cleared whole-mount tissue. The Plant Journal, 7(5), 731-749.
Tamaki, M., Urasaki, N., Sunakawa, Y., Motomura, K., & Adaniya, S. (2011). Seasonal variations in pollen germination ability, reproductive function of pistils, and seeds and fruit yield in papaya (Carica papaya L.) in Okinawa. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science, 80(2), 156-163.
Yamada, T., Sasaki, Y., Hashimoto, K., Nakajima, K. and Gasser, C.S. (2016). CORONA, PHABULOSA and PHAVOLUTA collaborate with BELL1 to confine WUSCHEL expression to the nucellus in Arabidopsis ovules. Development, 143, 422-426.
Waites, A. R. and Gren, J. A. (2006) Stigma receptivity and effects of prior self-pollination on seed set in tristylous Lythrum salicaria (LYTHRACEAE). American Journal of Botany, 93(1), 142-147.
