Cultivos Tropicales Vol. 43, No. 4, octubre-diciembre, 2022, ISSN: 1819-4087
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Artículo original

Efecto del explante y el picloram en la formación de callos embriogénicos en ñame (Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir), var. ‘Blanco de Guinea'

 

iDYanet Hernández-Jeréz*✉:yhernandezj@udg.co.cu

iDJorge Liusvert Pérez-Pérez

iDJuan José Silva-Pupo


Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Universidad de Granma. Carretera a Manzanillo, km 17.5, Peralejo, Bayamo, Granma. Cuba

 

*Autor para correspondencia: yhernandezj@udg.co.cu

RESUMEN

La escasez de material vegetal de plantación con calidad fisiológica y sanitaria continúa limitando la producción a gran escala del cultivo del ñame ya que los tubérculos, que constituyen la parte útil de la planta para la alimentación, también tienen que ser utilizados como material vegetal de plantación. El trabajo se desarrolló con el objetivo de evaluar el efecto del tipo de explante y la concentración de Picloram en la formación de callos embriogénicos en Dioscorea cayenensis subsp rotundata var. ‘Blanco de Guinea’. Se tomaron como explantes, segmentos nodales, hojas inmaduras y segmentos de raíces provenientes de plantas in vitro. El medio de cultivo para la formación de callos contenía las sales MS y diferentes concentraciones de Picloram (0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 mg L-1). Se determinó el porcentaje de formación de callos para cada tipo de explante, el color y consistencia de los callos. Se alcanzó con empleo de 2,0 mg L-1 de Picloram, un 80 % de segmentos nodales con formación de callos embriogénicos, de color pardo-amarillento, consistencia compacta y friables.

Palabras clave: 
auxinas, cultivo de tejidos, Dioscorea, in vitro

Received: 29/9/2021; Accepted: 25/5/2022

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

 

El ñame (Dioscorea spp.) ocupa el cuarto lugar en la producción mundial de raíces y tubérculos, después de la papa (Solanum tuberosum L.), yuca (Manihot esculenta Crantz) y el boniato (Ipomoea batatas L.) (11. González JE, Rodríguez Y. Yam´s Potentials as Basis of Nutritional Security Programs in Underdeveloped Tropical Regions. Biomedical Journal ofScientific& Technical Research. 2019;20(4):15149-53. doi: 10.26717/BJSTR.2019.20.003474.); además, existen más de 600 especies entre las que destacan D. alata y D. rotundata (22. Ywih H,Kor K, Bin S. Influence of minisett size of purple yam (Dioscorea alata) towards the seedling emergence and growth rate in production of seed yam. International Journal of Applied Research. 2017;3(4):367-70. Available from: https://www.allresearchjournal.com/archives/?year=2017&vol=3&issue=4&part=F&ArticleId=3562.).

En este cultivo existen progresos en la producción de semillas por métodos tradicionales (33. Walsen A,Polnaya F,Lesilolo MK,Rehatta H,Lawalata IJ. The appropriate of plant propagation technology of yam (Dioscorea alata L) to reduce multiplication ratio. In: The 5th International Conference on Basic Sciences. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2020;1463:012029. doi:10.1088/1742-6596/1463/1/012029.) y su conservación por métodos biotecnológicos (44. Rayas A, López L, Medero VR, Basail M, Santos A, Martínez M. Conservación in vitro de cultivares de ñame (Dioscorea alata L.) bajo condiciones de crecimiento mínimo. Revista Agricultura Tropical. 2020;6(1):33-40. Available from: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=rt&op=metadata&path%5B%5D=133&path%5B%5D=0.), pero su desarrollo extensivo ha estado limitado por la escasez de material vegetal con buena calidad fisiológica y sanitaria (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), debido a que los tubérculos son utilizados, tanto para la alimentación como material de partida para la plantación (66. Rodríguez D, López J, Bermúdez I, Montano N, Rayas A, Basail M,et al. Regeneración de plantas de Dioscorea cayenensis subsp. rotundata Poir cultivar ‘Blanco de Guinea’ a partir de embriones somáticos. Biotecnología Vegetal. 2018;18(3):175-80. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/591/pdf.) y las pérdidas alcanzan hasta el 50 % durante la postcosecha y el almacenamiento, a causa de la susceptibilidad de los tubérculos a las bacterias, nemátodos y hongos como Colletotrichum gloeosporioides (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).

De igual manera, la aplicación de la Ingeniería Genética se ha visto limitada por la ausencia de protocolos eficientes que permitan la regeneración de plantas y su transformación genética (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). Una alternativa es la embriogénesis somática, un proceso por el cual las células somáticas pueden desarrollar embriones somáticos hasta convertir en plantas (88. Rodríguez D, López J, Montano N, Rodríguez D, Oviedo N, Santos A, et al. Conversión a plantas de embriones somáticos de ñame cultivar ‘Blanco de Guinea’. Revista Agricultura Tropical. 2019;5(2):46-51. Available from: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=rt&op=captureCite&path%5B%5D=116&path%5B%5D=0.).

A nivel internacional, los progresos en la embriogénesis somática en ñame, han sido descritos en un reducido número de especies y cultivares (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), con bajas frecuencias de inducción de embriones somáticos y variaciones entre genotipos (99. Chukwunalu O, Balogun M,MaroyaN,Asiedu R. YIIFSWA Research Brief: Improving Yam Micropropagation Series 2. Development of micropropagation system for yam (Dioscorea spp.) using somatic embryogenesis. Nigeria: International Institute of Tropical Agriculture. 2018.8 p. doi: 10.13140/RG.2.2.17246.38726.). Sin embargo, la conversión de los embriones somáticos a plantas no se ha logrado eficientemente (1010. Kumar A, Chand S, Lata C, Sharma N, Dhansu P, Parshad J. Rapid, efficient direct and indirect regeneration protocol of Dioscorea deltoidea Wall. Natl. Acad. Sci. Lett. 2017;40(4):237-40. doi:10.1007/s40009-017-0562-5.).

En Dioscorea rotundata existen limitantes en las diferentes fases de la embriogénesis somática, como porcentajes de inducción de masas pro-embriogénicas inferiores al 30%, bajos porcentajes de regeneración de plantas y protocolos no reproducibles en otros genotipos (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ,77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.,99. Chukwunalu O, Balogun M,MaroyaN,Asiedu R. YIIFSWA Research Brief: Improving Yam Micropropagation Series 2. Development of micropropagation system for yam (Dioscorea spp.) using somatic embryogenesis. Nigeria: International Institute of Tropical Agriculture. 2018.8 p. doi: 10.13140/RG.2.2.17246.38726.).

En Cuba, fue posible la regeneración de plantas vía embriogénesis somática en el cultivar 'Blanco de Guinea’ (66. Rodríguez D, López J, Bermúdez I, Montano N, Rayas A, Basail M,et al. Regeneración de plantas de Dioscorea cayenensis subsp. rotundata Poir cultivar ‘Blanco de Guinea’ a partir de embriones somáticos. Biotecnología Vegetal. 2018;18(3):175-80. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/591/pdf.,1111. Rodríguez D, López J, Montano N, Rayas A, Basail M, Beovides Y,et al. Formación de callos con estructuras embriogénicas en Dioscorea rotundata Poir cv. 'Blanco de Guinea'. Biotecnología Vegetal. 2014;14(3):185-88. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/81/452.), pero solo el 6,0 % de los callos obtenidos a partir de hojas con peciolos, lograron formar estructuras embriogénicas cuando fueron cultivadas con ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y no se observó callogénesis en secciones de raíz, siendo necesario nuevos estudios que permitan incrementar esta respuesta.

Por tal motivo, el presente trabajo tuvo como objetivo determinar el efecto del tipo de explante y la concentración de Picloram, en la formación de callos en ñame (Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir), var. ‘Blanco de Guinea’.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

La investigación se realizó en el Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal (CEBVEG) de la Universidad de Granma (UDG), ubicado en Peralejo, Bayamo, Granma, Cuba.

Material vegetal

 

Plantas de Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir var. ‘Blanco de Guinea’, fueron mantenidas y multiplicadas in vitro a partir de segmentos nodales, cultivados en el medio de cultivo, que contiene las sales y vitaminas MS (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.) 4,41 g L-1, 6-benzilaminopurine 0,05 mg L-1, ácido naftalenacético 0,02 mg L-1, ácido ascórbico 25 mg L-1, sacarosa 30 g L-1 y Gelrite® 2,4 g L-1.

Efecto del tipo de explante

 

Con el propósito de inducir la formación de callos con estructuras embriogénicas, se determinó el efecto de diferentes tipos de explantes (segmentos nodales, segmentos de raíz y hojas inmaduras colocadas sobre el medio de cultivo en posición adaxial/abaxial), procedentes de plantas in vitro de ñame 'Blanco de Guinea' cultivadas durante cinco semanas.

Los diferentes tipos de explantes fueron colocados en un medio de cultivo con las sales completas incluido las vitaminas MS (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.) 4,41g L-1; sacarosa 30 g L-1, ácido ascórbico 25mg L-1, Picloram 1,0 mg L-1, pH 5,8 y Gelrite® 2,4 g L-1.

Para determinar el inicio de la formación de callos, se realizaron observaciones semanales con un microscopio estereoscópico (Olympus, 10x) y se evaluó el color y consistencia de los callos; el porcentaje de formación de los callos se determinó a los 30 días de cultivo.

Efecto de la concentración de Picloram

 

Posteriormente, se utilizó el mejor tipo de explante determinado en el experimento anterior cultivado en diferentes concentraciones de Picloram (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 mg L-1) incluido un tratamiento control sin regulador del crecimiento.

Se utilizaron 25 réplicas por tratamiento y se colocaron en frascos de vidrio que contenían 10 mL de medio de cultivo durante cuatro semanas de cultivo. Estas fueron colocadas en condiciones de oscuridad a una temperatura de 25±2 °C, a los 30 días de cultivo

Análisis estadístico

 

Para verificar si los datos cumplían con los supuestos de normalidad de los datos, se utilizó la prueba de Shapiro Wilks y para la homogeneidad de varianza la prueba de Kolmogorov-Smirnov.

El porcentaje de formación de callos (%) por tipo de explante se determinó según la expresión matemática: % FC=Total de explante con callo/Total de explantes x 100.

Las variables cualitativas se analizaron mediante estadística descriptiva y los datos expresados en porcentaje, mediante un análisis de comparación de proporciones con el paquete estadístico CompraPro.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

Efecto del tipo de explante

 

En todos los explantes cultivados con Picloram 1,0 mg L-1, se observó fenolización del tejido vegetal y engrosamiento de la yema axilar de los segmentos nodales, a partir de la segunda semana de cultivo (Figura 1).

Posteriormente, hubo una abundante proliferación de callos de color blanco y con estructuras nodulares, consistencia compacta y friables (Figura 1A); cuando se emplearon hojas inmaduras, estas se encorvaron y formaron callos en los bordes del explante y en la nervadura principal del limbo foliar (Figura 1B); en tanto, en los segmentos de raíces hubo una escasa formación de callos con tendencia a la formación de embriones somáticos aislados y de manera directa (Figura 1C).

A) Callos embriogénicos a partir de segmentos nodales, B) Hojas inmaduras en posición abaxial, C) Segmentos de raíces con embriones somáticos
Figura 1.  Explantes con formación de callos en Dioscorea rotundata var. 'Blanco de Guinea' cultivados en la oscuridad con Picloram 1,0 mg L-1 durante 30 días

Los callos de color blanco observados en la presente investigación, son comparables con los descritos por otros autores, que hicieron referencia a la presencia de callos no embriogénicos semejante a motas de algodón en Dioscorea rotundata (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). En otros estudios se han descrito callos de apariencia cristalina y filamentosa, en algunos casos, asociados con masas pro-embriogénicas, los cuales estaban conformados por células no embriogénicas de forma alargada, desprovistas de núcleo y poco contenido citoplasmático (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).

Los explantes mostraron respuestas diferenciales a la formación de callo en presencia de Picloram 1,0 mg L-1. La mayor respuesta se obtuvo en alrededor de la mitad de los segmentos nodales explantes empleados, con diferencias estadísticas significativas en comparación con los valores obtenidos en el resto de los tipos de explantes empleados (Figura 2).

Letras diferentes sobre las barras indican diferencias estadísticas significativas según la comparación de proporciones (p≤0,05)
Figura 2.  Respuesta de formación de callos en diferentes tipos de explantes con 1,0 mg L-1 de Picloram a los 30 días de cultivo

Se observaron diferencias según la orientación abaxial y adaxial de las hojas sobre el medio de cultivo. En el lado adaxial de las hojas no ocurrió la formación de callos; por el contrario, el lado abaxial de las hojas y los segmentos de raíces respondieron con porcentajes inferiores al 7,0 % de formación de callos y sin diferencias estadísticas significativas entre estos tipos de explantes (Figura 2).

La respuesta observada a partir de los segmentos de raíces, difiere de lo informado en la literatura científica (1111. Rodríguez D, López J, Montano N, Rayas A, Basail M, Beovides Y,et al. Formación de callos con estructuras embriogénicas en Dioscorea rotundata Poir cv. 'Blanco de Guinea'. Biotecnología Vegetal. 2014;14(3):185-88. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/81/452.), donde no se observó callogénesis en este tipo de explante y el mismo genotipo, pero con 2,0 mg L-1 de ácido 2,4-diclorofenoxiacético.

Además, pudiera estar relacionado con que las raíces son el principal sitio de síntesis de citoquininas en las plantas (1313. Suárez L, Hernández MM. Efecto del Pectimorf® en el cultivo de ápices de plantas in vitro de yuca (Manihot esculenta Crantz), clones `CMC-40´ y `Señorita´. CultivosTropicales. 2015;36(4):55-62. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362015000400007&lng=es&tlng=es.), y cuya concentración endógena al interactuar con la auxina adicionada al medio de cultivo, propició un balance hormonal adecuado para la ocurrencia de la embriogénesis somática.

Las diferencias en la respuesta de las hojas según su orientación sobre el medio de cultivo, pudiera estar ligado a la presencia de diferentes tipos de células en la epidermis de ambos lados de las hojas.Un estudio realizado sobre las diferencias en la arquitectura foliar de tres especies, Dioscorea sp., D. glomerulata y D. haumanii, reveló que todas presentan epidermis adaxial con células isodiamétricas de paredes rectas a curvas; la epidermis abaxial presenta abundantes estomas y células isodiamétricas excepto en Dioscorea sp., donde las células eran rectangulares (1414. Asesor PN, Albornoz PL,Bulacio E. Evidencias del origen de una posible nueva entidad de Dioscorea (Dioscoreaceae) de las Sierras de Calilegua, Jujuy (Argentina). Un enfoque morfo-anatómico. Lilloa. 2019;56(2):1-17. doi:10.30550/j.lil/2019.56.2/1 ).

En tanto, se ha informado sobre la embriogénesis somática en D. rotundata var. 'Blanco de Guinea' al utilizar los explantes hojas con peciolos obtenidas de plantas in vitro. A las dos semanas se observó la formación de masas proembriogénicas con la mayor presencia en el tratamiento 1,0 mg L-1 de Picloram; el uso de sacarosa, incrementó el desarrollo de los embriones somáticos y favoreció la conversión a planta (1515. Suárez IE, Torres LA,Lizt R. SomaticEmbryogenesis in Yam (Dioscorea rotundata). Revista Facultad Nacional de Agronomía, Medellín. 2011;64(2):6037-42. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0304-28472011000200001&lng=en&tlng=en.).

Los segmentos nodales mostraron una mejor respuesta para la formación de callo, este resultado puede ser debido a que, al encontrarse la yema axilar en el segmento nodal, hay mayor cantidad de sustancias de reserva y de tejido meristemático, por tanto, al añadir el Picloram estimuló el proceso de formación de callos, ya que las auxinas tienen acción sobre la elongación celular, expansión de los tejidos, división celular y formación de raíces adventicias.

Los resultados con empleo de los segmentos nodales son comparables con los obtenidos por otros investigadores en esta misma especie (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.), pero con el uso de otro tipo de explante, quienes utilizaron hojas con peciolo y obtuvieron más de un 66% de formación de callos bajo el efecto del Picloram 2,0 mg L-1 en D. rotundata var. 'Alemán'.

Estos resultados indican la necesidad de seleccionar adecuadamente el tipo de explante, para la inducción de callo y la embriogénesis somática, particularmente en especies de plantas monocotiledóneas, donde las células se diferencian rápidamente, seguida de la pérdida de la capacidad mitótica y morfogenética.

Efecto de la concentración de Picloram

 

Los explantes de segmentos nodales cultivados en diversas concentraciones de Picloram, mostraron respuestas diferenciales a la formación de callo, con diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos. En todos los tratamientos se evidenció formación de estructuras callos, excepto en el tratamiento control que no incluyó la presencia del regulador de crecimiento. A medida que se incrementó la concentración de la auxina, aumentó la formación de callos hasta alcanzar la mayor respuesta con 2,0 mg L-1 de Picloram (Tabla 1).

Tabla 1.  Porcentaje de formación de callos con diferentes concentraciones de Picloram a partir de segmentos nodales de ñame a los 30 días de cultivo
Tratamientos Picloram (mg L-1) Segmentos nodales
1 0,0 0e
2 0,5 28d
3 1,0 50 c
4 1,5 65b
5 2,0 80a

Letras diferentes indican diferencias estadísticas significativas según la prueba de comparación de proporciones (p≤0,05)

En la máxima concentración de Picloram, se observaron masas embriogénicas de color amarillo (Figura 3A y B), así como embriones somáticos en etapa globular, que fueron separados con facilidad al no existir conexión vascular con el tejido materno (Figura 3C).

AB) Callos con masas de embriones somáticos de ñame. C) Embriones somáticos en etapa globular
Figura 3.  Callos embriogénicos de Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir var. ‘Blanco de Guinea’ en medio de cultivo MS con Picloram 2,0 mg L-1 a los 30 días de cultivo

Estos resultados difieren de los obtenidos por otros autores (1616. Belarmino MM, Gonzales JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in purple food yam (Dioscorea alata L.). Annals of Tropical Research. 2008;30(2):22-33. doi:10.32945/atr3022.2008.), donde abordan que el empleo de 2,4-D, ANA y Picloram (1,0 mg L-1), indujo la formación de callos en los explantes hojas y peciolos; sin embargo, para los segmentos nodales de D. alata variedades 'Kinampay y 'VU-2', después de seis semanas en la oscuridad, se comportó de manera similar, logrando un 78% de formación de callos, mientras que en peciolos y hojas los callos eran de consistencia blanda y con más del 50% de su área necrosada, debido a los compuestos fenólicos exudados de las zonas de los cortes.

Los resultados de la presente investigación contrastan con los publicados previamente, donde al utilizar mayores concentraciones de Picloram 9,0 mg L-1, se obtuvieron resultados inferiores al 43 % en brotes axilares (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). Por tal razón, se plantea que, en algunas especies vegetales, se requiere combinar el Picloram con otras auxinas como 2,4-D para inducir la formación de callos embriogénicos (1717. Hernández E. Embriogénesis somática in vitro y aclimatación deplántulas obtenidas por organogénesis directa en Heliconia spp. [Tesis Doctoral]. [México]: Institución de Enseñanza e Investigación en Ciencias Agrícolas; 2013. 139 p. Available from: https://1library.co/document/nzw521lz-embriogenesis-somatica-aclimatacion-plantulas-obtenidas-organogenesis-directa-heliconia.html.).

El Picloram se ha empleado con éxito para la inducción de callos embriogénicos friables en cultivos de raíces y tubérculos, especialmente yuca (Manihot esculenta), boniato (Ipomoea batatas) y ñame (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.,1616. Belarmino MM, Gonzales JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in purple food yam (Dioscorea alata L.). Annals of Tropical Research. 2008;30(2):22-33. doi:10.32945/atr3022.2008.). En este sentido, se demostró que es posible inducir masas pro-embriogénicas en ñame espino, con un porcentaje superior al 90 %, a partir de hojas con pecíolo bajo el efecto de una concentración de 2 mg L-1 de Picloram (1818. Torres MP, Durango E. Tolerancia al estrés salino en plantas de ñame espino (Dioscorea rotundata Poir). En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 73-94. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).

Sin embargo, los resultados obtenidos en el presente experimento demuestran el papel imprescindible que desempeña el Picloram en la formación de callos, obteniéndose los mejores resultados en los explantes procedentes de segmentos nodales.

CONCLUSIONES

 

Se alcanza el 80 % de segmentos nodales con formación de callos embriogénicos, de color pardo-amarillento, consistencia compacta y friables, con empleo de 2,0 mg L-1 de Picloram en Dioscorea rotundata var. ‘Blanco de Guinea’

AGRADECIMIENTOS

 

Los autores agradecen el apoyo financiero y material aportado por el programa de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación de Bélgica (VLIR), coordinado por la Universidad de Gent, en el marco del proyecto «Biotecnología in vitro de plantas para el incremento de la seguridad alimentaria en la región oriental de Cuba», que se desarrolla en la Universidad de Granma

BIBLIOGRAFÍA

 

1. González JE, Rodríguez Y. Yam´s Potentials as Basis of Nutritional Security Programs in Underdeveloped Tropical Regions. Biomedical Journal ofScientific& Technical Research. 2019;20(4):15149-53. doi: 10.26717/BJSTR.2019.20.003474.

2. Ywih H,Kor K, Bin S. Influence of minisett size of purple yam (Dioscorea alata) towards the seedling emergence and growth rate in production of seed yam. International Journal of Applied Research. 2017;3(4):367-70. Available from: https://www.allresearchjournal.com/archives/?year=2017&vol=3&issue=4&part=F&ArticleId=3562.

3. Walsen A,Polnaya F,Lesilolo MK,Rehatta H,Lawalata IJ. The appropriate of plant propagation technology of yam (Dioscorea alata L) to reduce multiplication ratio. In: The 5th International Conference on Basic Sciences. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2020;1463:012029. doi:10.1088/1742-6596/1463/1/012029.

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Cultivos Tropicales Vol. 43, No. 4, octubre-diciembre, 2022, ISSN: 1819-4087
 
Original artícle

Effect of explant and picloram on embryogenic callus formation in 'Blanco de Guinea' yam

 

iDYanet Hernández-Jeréz1Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Universidad de Granma. Carretera a Manzanillo, km 17.5, Peralejo, Bayamo, Granma. Cuba*✉:yhernandezj@udg.co.cu

iDJorge Liusvert Pérez-Pérez1Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Universidad de Granma. Carretera a Manzanillo, km 17.5, Peralejo, Bayamo, Granma. Cuba

iDJuan José Silva-Pupo1Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Universidad de Granma. Carretera a Manzanillo, km 17.5, Peralejo, Bayamo, Granma. Cuba


1Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Universidad de Granma. Carretera a Manzanillo, km 17.5, Peralejo, Bayamo, Granma. Cuba

 

*Author for correspondence: yhernandezj@udg.co.cu

ABSTRACT

The shortage of planting material of physiological and sanitary quality continues to limit the large-scale production of yam cultivation since the tubers, which constitute the useful part of the plant for food, also have to be used as planting plant material. The work was developed with the objective of evaluating the explant type effect and the concentration of picloram in the formation of embryogenic callus in Dioscorea cayenensis subsp rotundata cultivar Blanco de Guinea. Nodal segments, immature leaf and root segments from in vitro plants were taken as explants. The culture medium for callus formation contained the DM salts and different concentrations of Picloram (0; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 mg L-1). The callus formation percentage was determined for each type of explant, the color and consistency of the callus. It was achieved with the use of 2.0 mg L-1 of Picloram, 80% of nodal segments with embryogenic callus formation, yellowish-brown in color, compact and friable.

Keywords: 
auxins, tissue culture, Dioscorea, in vitro

INTRODUCTION

 

Yam (Dioscorea spp.) occupies the fourth place in the world production of roots and tubers, after potato (Solanum tuberosum L.), cassava (Manihot esculentaCrantz) and sweet potato (Ipomoea batatas L.) (11. González JE, Rodríguez Y. Yam´s Potentials as Basis of Nutritional Security Programs in Underdeveloped Tropical Regions. Biomedical Journal ofScientific& Technical Research. 2019;20(4):15149-53. doi: 10.26717/BJSTR.2019.20.003474.); besides, there are more than 600 species among which D. alata and D. rotundata stand out (22. Ywih H,Kor K, Bin S. Influence of minisett size of purple yam (Dioscorea alata) towards the seedling emergence and growth rate in production of seed yam. International Journal of Applied Research. 2017;3(4):367-70. Available from: https://www.allresearchjournal.com/archives/?year=2017&vol=3&issue=4&part=F&ArticleId=3562.).

In this crop there is progress in the production of seeds by traditional methods (33. Walsen A,Polnaya F,Lesilolo MK,Rehatta H,Lawalata IJ. The appropriate of plant propagation technology of yam (Dioscorea alata L) to reduce multiplication ratio. In: The 5th International Conference on Basic Sciences. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2020;1463:012029. doi:10.1088/1742-6596/1463/1/012029.) and their conservation by biotechnological methods (44. Rayas A, López L, Medero VR, Basail M, Santos A, Martínez M. Conservación in vitro de cultivares de ñame (Dioscorea alata L.) bajo condiciones de crecimiento mínimo. Revista Agricultura Tropical. 2020;6(1):33-40. Available from: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=rt&op=metadata&path%5B%5D=133&path%5B%5D=0.), but its extensive development has been limited by the scarcity of plant material with good physiological and sanitary quality (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), due to the fact that the tubers are used, both for food and as starting material for planting (66. Rodríguez D, López J, Bermúdez I, Montano N, Rayas A, Basail M,et al. Regeneración de plantas de Dioscorea cayenensis subsp. rotundata Poir cultivar ‘Blanco de Guinea’ a partir de embriones somáticos. Biotecnología Vegetal. 2018;18(3):175-80. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/591/pdf.), and losses reach up to 50 % during post-harvest and storage, due to the susceptibility of tubers to bacteria, nematodes and fungi such as Colletotrichum gloeosporioides (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).

Similarly, the application of genetic engineering has been limited by the absence of efficient protocols that allow the regeneration of plants and their genetic transformation (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). An alternative is somatic embryogenesis, a process by which somatic cells can develop somatic embryos into plants (88. Rodríguez D, López J, Montano N, Rodríguez D, Oviedo N, Santos A, et al. Conversión a plantas de embriones somáticos de ñame cultivar ‘Blanco de Guinea’. Revista Agricultura Tropical. 2019;5(2):46-51. Available from: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=rt&op=captureCite&path%5B%5D=116&path%5B%5D=0.).

Internationally, progress in somatic embryogenesis in yam has been described in a small number of species and cultivars (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), with low frequencies of somatic embryo induction and variations among genotypes (99. Chukwunalu O, Balogun M,MaroyaN,Asiedu R. YIIFSWA Research Brief: Improving Yam Micropropagation Series 2. Development of micropropagation system for yam (Dioscorea spp.) using somatic embryogenesis. Nigeria: International Institute of Tropical Agriculture. 2018.8 p. doi: 10.13140/RG.2.2.17246.38726.); however, the conversion of somatic embryos to plants has not been efficiently achieved (1010. Kumar A, Chand S, Lata C, Sharma N, Dhansu P, Parshad J. Rapid, efficient direct and indirect regeneration protocol of Dioscorea deltoidea Wall. Natl. Acad. Sci. Lett. 2017;40(4):237-40. doi:10.1007/s40009-017-0562-5.).

In Dioscorea rotundata there are limitations in the different phases of somatic embryogenesis, such as induction percentages of pro-embryogenic masses lower than 30 %, low percentages of plant regeneration and protocols not reproducible in other genotypes (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ,77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.,99. Chukwunalu O, Balogun M,MaroyaN,Asiedu R. YIIFSWA Research Brief: Improving Yam Micropropagation Series 2. Development of micropropagation system for yam (Dioscorea spp.) using somatic embryogenesis. Nigeria: International Institute of Tropical Agriculture. 2018.8 p. doi: 10.13140/RG.2.2.17246.38726.).

In Cuba, plant regeneration via somatic embryogenesis was possible in the cultivar 'Blanco de Guinea' (66. Rodríguez D, López J, Bermúdez I, Montano N, Rayas A, Basail M,et al. Regeneración de plantas de Dioscorea cayenensis subsp. rotundata Poir cultivar ‘Blanco de Guinea’ a partir de embriones somáticos. Biotecnología Vegetal. 2018;18(3):175-80. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/591/pdf.,1111. Rodríguez D, López J, Montano N, Rayas A, Basail M, Beovides Y,et al. Formación de callos con estructuras embriogénicas en Dioscorea rotundata Poir cv. 'Blanco de Guinea'. Biotecnología Vegetal. 2014;14(3):185-88. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/81/452.), but only 6.0 % of the callus obtained from leaves with petioles, were able to form embryogenic structures when they were cultivated with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and callogenesis was not observed in root sections, being necessary new studies that allow increasing this response.

For this reason, the present work was aimed at determining the effect of explant type and Picloram concentration on callus formation in yam (Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir) 'Blanco de Guinea'.

MATERIALS AND METHODS

 

The research was conducted at the Center for Plant Biotechnology Studies (CEBVEG) of the University of Granma (UDG), located in Peralejo, Bayamo, Granma, Cuba.

Plant material

 

Plants of Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir 'Guinea white', were maintained and multiplied in vitro from nodal segments, grown on the culture medium, containing the salts and vitamins MS (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.) 4.41g L-1, 6-benzylaminopurine 0.05 mg L-1, naphthaleneacetic acid 0.02 mg L-1, ascorbic acid 25 mg L-1, sucrose 30 g L-1 and Gelrite 2.4 g L-1.

Effect of explant type

 

With the purpose of inducing the formation of callus with embryogenic structures, the effect of different types of explants (nodal segments, root segments and immature leaves placed on the culture medium in adaxial/abaxial position), coming from in vitro 'Blanco de Guinea' yam plants grown for five weeks, was determined.

The different types of explants were placed in a culture medium with complete salts including vitamins MS (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.) 4.41 g L-1; sucrose 30 g L-1, ascorbic acid 25 mg L-1, Picloram 1.0 mg L-1, pH 5.8 and Gelrite® 2.4 g L-1.

To determine the onset of callus formation, weekly observations were made with a stereoscopic microscope (Olympus, 10x) and the color and consistency of the callus was evaluated; the percentage of callus formation was determined after 30 days of culture.

Effect of Picloram concentration

 

Subsequently, the best type of explant determined in the previous experiment grown in different concentrations of Picloram (0.5; 1.0; 1.5; 2.0mg L-1) including a control treatment without growth regulator was used.

Twenty-five replicates per treatment were used and placed in glass flasks containing 10 mL of culture medium for four weeks of culture. These were placed in dark conditions at a temperature of 25±2 °C. At 30 days of culture, the number of explants with embryogenic callus formation (%) was determined.

Statistical analysis

 

To verify whether the data complied with the assumptions of normality of the data, the Shapiro Wilks test was used and for homogeneity of variance the Kolmogorov-Smirnov test was used.

The percentage of callus formation (%) by explant type was determined according to the mathematical expression: % FC=Total explants with callus/Total explants X 100.

Qualitative variables were analyzed using descriptive statistics and data expressed as percentages were analyzed using a comparison of proportions analysis with the CompraPro statistical package.

RESULTS ANDY DISCUSSION

 

Effect of explant type

 

In all explants grown with Picloram 1.0 mg L-1, phenolization of the plant tissue and thickening of the axillary bud of the nodal segments were observed from the second week of culture (Figure 1).

Subsequently, there was an abundant proliferation of white callus with nodular structures, compact and friable consistency (Figure 1A); when immature leaves were used, they curved and formed callus on the explant edges and on the main rib of the leaf blade (Figure 1B); meanwhile, in the root segments there was scarce callus formation with a tendency to the formation of isolated somatic embryos and in a direct way (Figure 1C).

A) Embryogenic callus from nodal segments, B) Immature leaves in abaxial position C) Root segments with somatic embryos
Figure 1.  Callus-forming explants on Dioscorea rotundata var. 'Blanco de Guinea' grown in the dark with Picloram with Picloram 1.0 mg L-1 for 30 days

The white callus observed in the present investigation, are comparable with those described by other authors, who made reference to the presence of non embryogenic callus similar to cotton specks in Dioscorea rotundata (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), in other studies have been described callus of crystalline and filamentous appearance, in some cases associated with pro-embryogenic masses, which were formed by non embryogenic cells of elongated form, devoid of nucleus and little cytoplasmatic content (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).

The explants showed differential responses to callus formation in the presence of Picloram 1.0 mg L-1. The highest response was obtained in about half of the explant nodal segments used, with significant statistical differences compared to the values obtained in the rest of the explant types used (Figure 2).

Different letters on the bars indicate significant statistical differences according to comparison of proportions (p≤0.05)
Figure 2.  Callus formation response in different types of explants with 1.0 mg L-1 of Picloram at 30 days of culture

Differences were observed according to the abaxial and adaxial orientation of the leaves on the culture medium. No callus formation occurred on the adaxial side of the leaves; on the other hand, the abaxial side of the leaves and the root segments responded with percentages lower than 7.0 % of callus formation and without significant statistical differences between these types of explants (Figure 2).

The response observed from root segments differs from that reported in the scientific literature (1111. Rodríguez D, López J, Montano N, Rayas A, Basail M, Beovides Y,et al. Formación de callos con estructuras embriogénicas en Dioscorea rotundata Poir cv. 'Blanco de Guinea'. Biotecnología Vegetal. 2014;14(3):185-88. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/81/452.), where callogenesis was not observed in this type of explant and the same genotype but with 2.0 mg L-1 of 2.4-dichlorophenoxyacetic acid.

In addition, it could be related to the fact that roots are the main site of cytokinin synthesis in plants (1313. Suárez L, Hernández MM. Efecto del Pectimorf® en el cultivo de ápices de plantas in vitro de yuca (Manihot esculenta Crantz), clones `CMC-40´ y `Señorita´. CultivosTropicales. 2015;36(4):55-62. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362015000400007&lng=es&tlng=es.), and whose endogenous concentration when interacting with the auxin added to the culture medium, propitiated an adequate hormonal balance for the occurrence of somatic embryogenesis.

The differences in the response of the leaves according to their orientation on the culture medium could be linked to the presence of different types of cells in the epidermis of both sides of the leaves. A study on the differences in leaf architecture of three species, Dioscorea sp, D. glomerulatay D. haumanii, revealed that all have adaxial epidermis with isodiametric cells with straight to curved walls; the abaxial epidermis has abundant stomata and isodiametric cells except in Dioscorea sp. where the cells were rectangular (1414. Asesor PN, Albornoz PL,Bulacio E. Evidencias del origen de una posible nueva entidad de Dioscorea (Dioscoreaceae) de las Sierras de Calilegua, Jujuy (Argentina). Un enfoque morfo-anatómico. Lilloa. 2019;56(2):1-17. doi:10.30550/j.lil/2019.56.2/1 ).

Meanwhile, somatic embryogenesis has been reported in D. rotundata var. 'Blanco de Guinea' using explants of leaves with petioles obtained from plants in vitro. At two weeks, the formation of proembryogenic masses was observed with the highest presence in the 1.0 mg L-1 picloram treatment; the use of sucrose increased the development of somatic embryos and favored conversion to plant (1515. Suárez IE, Torres LA,Lizt R. SomaticEmbryogenesis in Yam (Dioscorea rotundata). Revista Facultad Nacional de Agronomía, Medellín. 2011;64(2):6037-42. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0304-28472011000200001&lng=en&tlng=en.).

The nodal segments showed a better response for callus formation, this result may be due to the fact that, when the axillary bud is in the nodal segment, there is a greater quantity of reserve substances and meristematic tissue, therefore, when adding Picloram it stimulated the callus formation process, since auxins have action on cellular elongation, tissue expansion, cellular division and formation of adventitious roots.

The results with the use of nodal segments are comparable with those obtained by other researchers in this same species (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.), but with the use of another type of explant, who used leaves with petiole and obtained more than 66 % callus formation under the effect of Picloram 2.0mg L-1 in D. rotundata cultivar Aleman.

These results indicate the need for proper selection of explant type for callus induction and somatic embryogenesis, particularly in monocotyledonous plant species, where cells differentiate rapidly, followed by loss of mitotic and morphogenetic capacity.

Effect of Picloram concentration

 

Explants from nodal segments grown in various concentrations of Picloram showed differential responses to callus formation, with significant statistical differences among treatments. Callus structure formation was evident in all treatments, except in the control treatment that did not include the presence of the growth regulator. As auxin concentration increased, callus formation increased until the greatest response was achieved with 2.0 mg L-1 Picloram (Table 1).

Table 1.  Callus formation percentage with different concentrations of Picloram from yam nodal segments at 30 days of culture
Treatments Picloram (mg L-1) Nodal segmentss
1 0.0 0e
2 0.5 28d
3 1.0 50 c
4 1.5 65b
5 2.0 80a

Different letters indicate significant statistical differences according to the proportions comparison test (p≤0.05)

At the maximum concentration of Picloram, yellow embryogenic masses were observed (Figure 3AB), as well as somatic embryos in globular stage, which were easily separated since there was no vascular connection with the maternal tissue (Figure 3C).

AB) Callus with somatic embryosmasses of yam. C) Somatic embryos at globular stage
Figure 3.  Embryogenic callus of Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir ‘Blanco de Guinea’ in MS culture medium with Picloram 2.0 mg L-1 at 30 days of culture

These results differ from those obtained by other authors (1616. Belarmino MM, Gonzales JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in purple food yam (Dioscorea alata L.). Annals of Tropical Research. 2008;30(2):22-33. doi:10.32945/atr3022.2008.), where they state that the use of 2,4-D, ANA and Picloram (1.0 mg L-1), induced the formation of callus in explants leaves and petioles; however, for the nodal segments of D. alata varieties 'Kinampay and 'VU-2' after six weeks in the dark behaved similarly, achieving 78 % callus formation, while in petioles and leaves the callus were of soft consistency and with more than 50 % of their area necrotic, due to the phenolic compounds exuded from the cut areas.

The results of the present investigation contrast with those previously published, where when using higher concentrations of Picloram 9.0 mg L-1, results lower than 43 % were obtained in axillary buds (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). For this reason, it is suggested that in some plant species, it is required to combine Picloram with other auxins such as 2,4-D to induce the formation of embryogenic callus (1717. Hernández E. Embriogénesis somática in vitro y aclimatación deplántulas obtenidas por organogénesis directa en Heliconia spp. [Tesis Doctoral]. [México]: Institución de Enseñanza e Investigación en Ciencias Agrícolas; 2013. 139 p. Available from: https://1library.co/document/nzw521lz-embriogenesis-somatica-aclimatacion-plantulas-obtenidas-organogenesis-directa-heliconia.html.).

Picloram has been successfully used for the induction of friable embryogenic callus in root and tuber crops, especially cassava (Manihot esculenta), sweet potato (Ipomoea batatas) and yam (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.,1616. Belarmino MM, Gonzales JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in purple food yam (Dioscorea alata L.). Annals of Tropical Research. 2008;30(2):22-33. doi:10.32945/atr3022.2008.). In this sense, it was demonstrated that it is possible to induce pro-embryogenic masses in hawthorn yam, with a percentage higher than 90 %, from leaves with petiole under the effect of a concentration 2 mg L-1 of Picloram (1818. Torres MP, Durango E. Tolerancia al estrés salino en plantas de ñame espino (Dioscorea rotundata Poir). En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 73-94. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).

However, the results obtained in the present experiment demonstrate the essential role played by Picloram in callus formation, the best results being obtained in explants from nodal segments.

CONCLUSIONS

 

An 80 % of nodal segments with embryogenic callus formation, of yellowish-brown color, compact and friable consistency, were achieved with the use of 2.0 mg L-1 of Picloram in Dioscorea rotundata cultivar Blanco de Guinea.

ACKNOWLEDGMENTS

 

The authors are grateful for the financial and material support provided by the program of the Belgian Secretariat for Higher Education, Science, Technology and Innovation (VLIR). It is coordinated by the University of Gent, in the framework of the project "In vitro biotechnology of plants to increase food security in the eastern region of Cuba", which is being developed at the University of Granma