background image

 

 

Single Seed Descent

background image

 

 

SSD

• Single seed descent can be used 

in self or cross pollinated 
crops.  It is a method of 
inbreeding a segregating 
population that is quite 
conducive to environments that 
are not typical : good news for 
off-season nurseries!!

background image

 

 

Goulden (1941) proposed a similar 
system (without calling it SSD) and 
it resulted from the interest of 
plant breeders to rapidly inbreed 
populations before evaluating 
individual lines.  He noted that a 
wheat breeding program could be 
divided into the development of 
pure lines from a segregating 
populations and selection among the 
best of those lines.  He emphasized 
that with the pedigree method, 
plants had to be grown in an 
environment in which genetic 
differences would be expressed for 
the characters under selection; and 
thus probably limited to one 
generation per year.  

background image

 

 

Also, the pedigree method is based 
on the premise that progress in 
obtaining the lines with the 
required characteristics can be 
made at the same time as the lines 
are being selected for 
homozygosity.  His alternative was 
to separate the inbreeding and 
selecting generations in order to 
speed the process along.

background image

 

 

By doing this, the number of 
progeny grown from a plant in each 
generation should be one or two 
only, and two generations can be 
grown in the greenhouse and one in 
the field.  He proposed the model 
with spring-sown cereals.  In this 
manner, he could attain the F6 
generation in 2 years, as opposed 
to 5 years as with the pedigree 
method.  After the desired level of 
homozygosity was achieved, the 
lines could then be tested for 
desired characteristics.

background image

 

 

Single Seed Procedure 

 This is the classic 
procedure of having a 
single seed from each 
plant, bulking the 
individual seeds, and 
planting out the next 
generation
.

background image

 

 

Season 1: F

2

 plants 

grown.  One F

3

 seed 

per plant is harvested 
and all seeds are 
bulked.  Collect a 
reserve sample of 1 
seed/plant.  Brim 
suggested harvesting 
the 2-3 seeded soybean 
pod and using 1 seed 
for planting and 1-2 
for reserve. 

background image

 

 

Season 2: Bulk of F

3

 

seed is planted.  One 
F

4

 seed per plant is 

harvested and all 
seeds are bulked.  
Collect a reserve 
sample of 1 
seed/plant.  

Season 3: Repeat.

background image

 

 

Season 4: Grow bulk of 
F

5

 seed and harvest 

individual plants 
separately.

Season 5: Grow F

5

:

6

 

lines in rows; select 
among rows and harvest 
selected rows in bulk.
Season 6: Begin 
extensive testing of 
F

5

 derived lines.

background image

 

 

In reality, the population 
size will decrease with each 
generation (due to lack of 
germination, lack of seed set, 
etc.).  So if you want 200 F

4

 

plants and 70% of the seeds in 
each generation will produce 
plants with at least one seed. 
 Then, by working back to the 
F

2

 generation, you need to 

plant 584 F

2

 plants.  Be sure 

to take this into account when 
selecting the number of F2 
seeds. 

background image

 

 

Each single seed 
traces back to a 
single F2 plant.  
Theoretically, if you 
start with a large 
enough F2 sample, then 
by the F

5

 generation 

you will still have a 
broad representation 
of variability from 
the cross.

background image

 

 

As stated previously, the 
breeder must expect the 
genotypic frequencies in a 
bulk population to change 
during the propagation period. 
 To eliminate, or at least 
reduce, shifts in genotypic 
frequencies in bulk 
populations, Brim (1966) 
proposed using the Modified 
Pedigree Method – a 
modification of the SSD.  The 
true single seed descent 
method maintains the total 
genotypic array.  The modified 
pedigree is similar but allows 
some selection during 
inbreeding. 

background image

 

 

SSD’s Bonus Points:  
Rapid generation 
advance, maintenance 
of an unbiased broad 
germplasm base, labor 
and time efficient, 
able to handle large 
number of samples, and 
easily modified!

background image

 

 

Single Hill Procedure

     It can be used to 
ensure that each F

2

 plant 

will have progeny in the 
next generation of 
inbreeding.  Progeny from 
individual plants are 
maintained as separate 
lines during each 
generations by using a few 
seeds per hill 
and 
harvesting those to plant 
back the following year.

background image

 

 

Multiple Seed 
Procedure

     To avoid starting 
with a large F

2

 

population that 
compensates for loss 
of seed over 
generations, bulk 2-3 
seeds per plant at 
harvest.

background image

 

 

Genetic  Considerations
 1)     Additive genetic variation 
among individuals increased at a 
rate of (1+F)

2

A

 where F=0 in F

2

.  

There is little natural selection, 
except for seed germination 
potential or where the environment 
prevents some genotypes from 
setting seed.  
In multiple seed procedure, there 
may be a variation associated with 
sampling of seed from a bulk 
samples to plant the next 
generation.  This sampling results 
in exclusion of progeny from some 
plants, and multiple representation 
of progeny from others.  

background image

 

 

There may be a reduction in 

2

G

 but 

is slight.  Multiple seed descent 
indicated about 18% of the lines 
were due to repetitive sampling and 
did not represent independent 
lineages.  (See Keim et al., 1994, 
Crop Sci. 34:55-61).

background image

 

 

Pros

• Easy way to maintain pops 

during inbreeding

• Natural selection does not 

influence pops

• Well suited to GH and off 

season nurseries

background image

 

 

Cons

• Selection based on individual 

phenotype rather than progeny 
performance

• Natural selection cannot 

influence pop in a positive 
manner

background image

 

 

Doubled Haploid 

Breeding

background image

 

 

Doubled Haploids

• What are they?
• Homozygous diploid lines that 

come from doubling the chromosome 

number of haploid individuals.

• Heterozygous haploid individuals 

are produced, the chromosome 

number doubled, and an array of 

inbred homozygotes results.

background image

 

 

Doubled Haploids

• Where do the haploids come 

from?

• Naturally occurring

– Maternally derived
– Paternally derived

background image

 

 

Maternally Derived 

Haploids

• Maize - cross normal color 

(recessive) female parent x 
purple color male parent

• Germinate the F1 seeds
• Purple seedlings are F1’s
• Green seedlings are haploids 

(or selfs)

background image

 

 

Paternally Derived 

Haploids

• Occur at a very low frequency
• Not practical for use in a 

breeding progam

background image

 

 

Interspecific Crosses

• Concept:  Make a very wide cross
• Use the species of interest as 

female

• Fertilization Occurs
• Chromosomes of wild species are 

eliminated

• Use embryo rescue to recover 

haploid embryo

background image

 

 

Interspecific Crosses

•  Hordeum bulbosum method:

– Emasculate H. vulgare (2n=2x=14)
– Pollinate with H. bulbosum 

(2n=2x=14)

– Treat with hormones
– Culture embryo
– Treat seedlings with colchicine
– Place in pots, harvest selfed seed

background image

 

 

Interspecific Crosses

• Wheat x maize method

– Emasculate wheat plant
– Pollinate with fresh maize pollen
– After several days maize 

chromosomes eliminated

– Rescue embryo and place in culture
– Treat seedling with colchicine, 

harvest selfed seed

background image

 

 

Anther culture

• Anthers, or in some cases, 

microspores (pollen cells) can 

generate haploids

• Haploids are grown in tissue culture
• Callus is induced to differentiate 

through hormone treatments

• Plantlets are obtained and treated 

with colchicine

• Selfed seed harvested

background image

 

 

Anther culture

• In tobacco, found that anther 

derived di-haploids (doubled 
haploids) were more variable 
and less fit than SSD lines

• Why?
• Residual heterozygosity?
• Alterations brought about 

through tissue culture?

background image

 

 

Pros

• Homozygosity achieved rapidly
• Selection among homozygotes 

more efficient than selection 

among heterozygotes

• Homozygous, homogeneous seed 

source available for release

• Dominance not a problem when 

selecting among haploids

background image

 

 

Cons

• Requires a “well-oiled machine” method 

of producing haploids

• Evaluation of inbred lines will 

require at least as much time as usual

• May be problems among the DH ( tobacco 

example)

• Not feasible to use with all of your 

populations

• Frequency of haploid production 

impossible to predict

background image

 

 

Use of DH in Recurrent 

Selection

• Griffing (TAG 46:367 -) shows that if 

an efficient DH extraction method can 
be devised DH based selection will be 
much more efficient than diploid 
selection

• In the case of individual selection, 

given certain parameter values, theory 
says that individual DH selection can 
be ~ 6 times as efficient as 
individual diploid selection


Document Outline