Wykład 1

genetyka → hodowla roś → nasiennictwo

genetyka - teoretyczne podstawy (prawa dziedziczenia cechy) dla HR

HR - nowe, lepsze odmiany dostosowane do różnych celów użytkowania

nasiennictwo - rozmnażanie, rozpowszechnienie nowych odmian

przemysł nasienny - system organizacyjny, ułatwiający przepływ nasion do farmerów i pieniędzy, do firm hodowlano-nasiennych.

Z TESTAMENTU..................

Hodowla zwierząt, roś, co z ludźmi?

• hodowla zwierząt - pierwsza

• nowe rasy koni, bydła. zasada "dobra krew rodzi dobrą krew"

• ludzie - bariery kastowe, rasowe, społeczne zawężały krzyżowanie. Choroby genetyczne. arystokracja- hemofilia.

• Faraonowie - małżeństwa - brat z siostra syn z matką. Szybka degeneracja dynastii

Hodowla ludzi - Niemcy hitlerowskie

übermensh - supermen. Eugenika - nauka - poprawa składu genetycznego ludzkiej populacji

Czynnik sprawczy - działanie genetyczne, rasowe

eugenika negatywna En i pozytywna Ep

En przymusowa sterylizacja i mordowanie psychicznie chorych i gorszych rasowo

Ep "lebensbor" - nagrody dla rasowych Niemek mających dużo dzieci, zapładniane przez oficerów SS aryjskich kobiet

Odbieranie dzieci rodzicom i wychowanie przez Niemców. Dzieci z Zamojszczyzny

HL- Zw. Radzicki

Homo Sovieticus (Hs) - Aleksander Ziwiew

Komunizm tworzy nie tylko nowe społeczeństwo ale i jednostki

Czynnikiem sprawczym - środowisko organizacji pionierskiej komsomolskiej, miejsca pracy

Hs niezainteresowany wynikami pracy, brak poczucia własności (wsie tieper kołchoznoje, wsie tieper moje), izolacjonizm, akceptacja co zrobi i powie władza.

HR - nauka, sztuka, biznes związany z poprawa cech roś dla uzyskania ludzkich korzyści.

HR jako:

• nauka- o ulepszeniu dziedzicznych cech roś uprawnych

• sztuka - odmiana jest wytworem intelektu i wyobraźni hodowcy chroniona prawem o własności intelektualnej. Bez poczucia piękna nie może być dobrym hodowcom.

• aby mieć sukcesy w HR - potrzebna odrobina szaleństwa i fantazji

HR jako nauka:

• przemysł nasienny w skład którego wchodzi

• HR jest najbardziej innowacyjny w świecie

• śr. w świecie 12-14% a w Niemczech 17% obrotu przemysłu nasiennego jest przeznaczane na badania naukowe. w Niemczech więcej niż przemysł farmaceutyczny.

• przemysł motoryzacyjny - 5%

HR jako biznes Wartość rynku nasiennego:

W 2008 wartość globalnego rynku nasiennego wynossiłą 36,5 mld USD w tym nasiona rolnicze 80%, warzywa i kwiaty 20%

wartośc wynku nasiennego mld USD:

• azja 10

• Ameryka Płn. 9,5

• UE 9,5

• Ameryka Płd. 3,5

• Afryka 1

• Reszta 3

Gdy doliczymy FSS - wartość rynku=50mld USD

HR - kierunki hodowli

PLON JAKOŚĆ OCHRONA ROŚ

fiz roś, statystyka, biochemia, biologia molekularna, genetyka, żywienie, ochrona roś

Odmiana roś uprawnych - populacja roś o zbliżonych właściwościach biologicznych i możliwie wyrównanych cechach morfologicznych zachowujących je przy rozmnażaniu właściwym dla danej odmiany.

Odmiana odznacza sie określoną zmiennością i odziedziczalnością, reakcją na warunki przyrodnicze i posiada swoiste cechy użytkowe.

Hodowla twórcza- nowe lepsze odmiany

Hodowla zachowawcza- utrzymanie cech odmian na niezmienionym poziomie.

HZ traci na znaczeniu, jest kosztowna, śr czas życia odmiany pszenicy 4-5 lat

stąd - partia materiału matecznego do przechowalni- niska temp i wilgotność nasion musi starczyć na rozmnożenie przez 4-5 lat. Za to pewność trwałości odmiany.

Techniki hodowli w zależności od efektywności i zaangażowania środków materialnych

1. Participatory Plant Breeding - zespołowa HR. W krajach rozwijających się uczestniczą farmerzy, którzy wykonują pewne etapy hodowli: zachowanie zasobów, selekcje. Dostosowania do lokalnych warunków.

2. H. konwencjonalna - międzynarodowa, duże firmy, duży zasięg odmiany

3. smart breeding (SB) H precyzyjna. Użycie molekularnych markerów determinujących pożądane cechy, wybór odpowiednich partnerów do krzyżowania. Eliminacja wpływy środowiska na ujawnianie sie cech, SB ale wprowadza nowych genów do genoimu w odróżnieniu od form transgresyjnych.

4. Struttle breeding - 2 plony w roku, hodowla w różnych środowiskach. zapoczątkowana przez Normana Borlauga.

Specyfika HR:

• specyfika polega na tym, że zmienia samą roś a nie środowisko jej wzrostu, tak jak uprawa roś, nawożenie

• przyszłość rolnictwa- zapewnienie bezpieczeństwa żywnościowego świata

należy do H w połączeniu z biotechnologią

2010, Oxford - meeting brytyjskich farmerów

w jakiej dzidzinie nauki rolniczej postęp będzie potrzebny dla Ciebie njabardziej:

• HR 23% plon, jakość, tolerancja dla choroby

• ochrona roś 21%

• GMO 20%

• gleboznawstwo 3%

• żywienie zwierząt, mechanizacja, informatyka 2%

• nie wiem 19%

HISTORY OF PLANT BREEDING.............

Sztuczne zapylenie Phoenix dectylifera. Relief ze starożytnej Asyrii w Nimrud. Layard 700-1500 pne BC

Historia polskiej HR

Piotr Krescentyn senator z Bolonii - Księgi o gospodarstwie (1549) zaleca selekcję w obrębie gat (selekcja masowa)

1826 Kurowski krzyżował ziemniaki , większą zmienność w następnych pokoleniach, które mogą być wykorzystywane dla nowych odmian

1860 Władysław Pepłowski Sarnów k/Płocka selekcja pszenicy wg gęstości ziarna

1870 Julian Dobrzański Budziszowice pow. Jedrzejów - buraki cukrowe

1880 Aleksander Janasz - zboża a od 1886 buraki

1886- KBS - Konstanty Buszczyński i synowie

1860 stacja Doświadczalna w Sobieszczynie k/Garwolina A.sempołowski hodowla żyta

1891-1914

1922 - 1939 Konkursy Warszawskie z burakami cukrowymi

1900 obliczanie błędów doświadczalnych

1906 E. Załęski - "wykład metodyki doświadczeń z zastosowaniem rachunku prawdopodobieństwa" Podręcznik Doświadczalnictwa i statystyki 1930/31 pierwszy rektor rolnik UJ

1978 pierwsza (druga w świecie) SON z Żabikowie k/Poznania dyrektor Antoni Sempołowski. Pierwszy dr honoris causa SGGW w 1925

1938 przepisy i regulamin kwalifikowania materiału siewnego

1945 Państwowe Zakłady H Roś

1.01.1951- IHAR

1961 - ZHRiN

Prof. Antoni Sempołowski 1847 - 1936

1902 pierwsze wydanie książki

1956 ostatnie wydanie

Największe osiągnięcia HR:

• wyhodowanie krótkosłomowych odmian pszenicy, jęczmienia i ryżu "zielona rewolucja"

• wąsate odmiany grochu

• 3."OO" odmiany rzepaku

• jednonasienne buraki

• trawy dostosowane do różnego wykorzystania

• ziemniaki do różnego wykorzystania

• owiec pozbawiony łuski

• TRITIKALE

Pszenica Żyto

jako matka x jako ojciec = Tritikale

Największy sukces polskiej hodowli. Polskie odmiany Tritikale uprawiane od Nowej Zelandii po Kanadę, Hiszpanię, Płd. Afrykę

Zadania HR:

Nowe lepsze odmiany

• dla produkcji żywności i paszy

• dostosowanie do zmian klimatycznych - badania nad tolerancją na suszę, wysokie temp są na początku rozwoju. Genomika daje narzędzia do identyfikacji genów odpowiedzialnych za te cechy, selekcje roś wykonywaną o markery molekularne i w konsekwencji uzyskania form o podwyzszonej tolerancji na suszę i wysokie temp.

• dla produkcji bioenergii - rolnictwo producent czystej energii i surowców chem. Estry metylowe rzepaku biodiesel z roś oleistych (palma olejowa), biogaz z kukurydzy czy buraków w połączeniu z trawami - zaawansowany poziom. Gazyfikacja piroliza etanol z biomasy (BtL) są technologiami stosowanymi na małą skalę. Postęp szybki i ogromny. Oleje, tłuszcze, skrobia, celuloza do produkcji farb i lakierów, plastiku, papieru, materiałów izolacyjnych, leków.

• zrównoważonego rozwoju kraju - nowoczesne odmiany minimalizują niekorzystny wpływ rolnictwa na środowisko 1) odmiany odporne na choroby i szkodniki - mniej pestycydów 2) wykorzystujące mniejsze nakłady środków produkcji w tym nawozów, wody. Ochrona gleby 3) zapobieganie lub zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska, fitoremediacja. 4) ochrona bioróżnorodności, udział w jej zachowaniu.

• kształtowanie krajobrazu - hodowca, modyfikując fenotypy roś, kształtuje krajobraz wiejski, miejski czy domowy. Nasze roś powinny być piękne, łatwe do uprawy i tolerancyjne na środowisko. Genetyka molekularna odgrywa coraz to większą rolę w hodowli roś ozdobnych. Kultury tkankowe i komórkowe ułatwiają wegetatywne rozmnażanie są stosowane na szeroką skalę w uprawie roś ozdobnych.

Podsumowanie:

1. HR zmienia samą roś

2. HR jest biznesem, sztuką i nauką o ulepszaniu dziedzicznych cech roś

3. nowe odmiany są wykorzystywane do produkcji żywności i paszy, bioenergii zrównoważonego rozwoju kraju, kształtowania krajobrazu

Wykład 2

Współdziałanie G x E x M

Plon i jakość surowców, tolerancja roś na stresy biotyczne i abiotyczne sa kształtowane przez: genotyp (odmianę), środowisko i uprawę.

G x E x M

Aby uzyskać maksymalny plon i jakość i odporność właściwości roś (genotyp) = cechy genetyczne i fenotypowe, muszą być dostosowane do środowiska i do uprawy. W nowoczesnym rolnictwie nakłady energetyczne maleją a plony i jakość rosną

Współdziałanie G x E x M

• W miarę, jak zanikają ograniczenia środowiskowe, rośnie poziom uprawy (maleją nakłady) zwiększa się rola odmian w kształtowaniu plonów.

• Jeżeli poziom nakładów w postaci nawożenia, środków chem jest wysoki, warunki środowiska nie są czynnikiem limitującym, nowoczesne wysokoplonujące odmiany dadzą największy zysk rolnikowi

• Jeżeli poziom nakładów jest niski, środowisko wzrostu słabe, nie ma sensu uprawiać wysokowydajnych konwencjonalnych odmian specjalnych, dostosowanych do niskich nakładów i słabego środowiska

Reakcja dwóch odmian A i B w dwóch odmiennych środowiskach X i Y. Reakcja - umowne jednostki od 1 do 4. WYKRESY

Odmiana A jest bardziej uniwersalna niż B. We wszystkich środowiskach lepiej reaguje w X niż w Y. W typie 6 odmiana A wyjątkowo dobrze reaguje na środowisko X (specjalizacja). W typie 4 obie odmiany są dostosowane do warunków X i Y. Środowiska X i Y są wyjątkowo dobrze dostosowane do odmian.

Czynniki wzrostu produkcyjności roś

Czynnik	Wzrost produkcyjności w %
	1951-1970	1971-1990
Postęp biologiczny	18	52
nawożenie	47	24
Ochrona roś	22	14
Agrotechnika	9	7
Inne	4	3
razem	100	100

WYKRESY POSTĘPÓW HODOWLANYCH

Jakość surowców

• Wpływ środowiska na jakość surowców roślinnych jest mniejszy niż na plon stąd udział odmian - większy

• odmiany jakościowe pszenicy o podwyższonej zawartości glutenu. Rzepaki "OO"

• ziemniaki - odmiana Russet Burbank - frytki Mc Donald. (1870 - wyhodowana)

• wysoka zawartość cukru i antyoksydantów - brązowa frytka (karmelizacja cukru)

Postęp odmianowy w produkcji zbóż w Polcse w latach 1966-1985 (Krzymuski)

Gat	Ocena odmian		produkcja		Postep odmianowy w
	Plon t/ha	Postęp odmianowy % przyrostu plonu	Plon t/ha	Przyrost całk. plonu dzięki odmianom	Całkowitym plonie	Przyroście plonów
Pszenica oz.	4,41	30,0	2,87	22,9	1,13	49,4
Pszenicaj.	3,95	28,8	2,67	16,8	11,3	67,2
Jęczmień oz.	3,97	9,9	2,82	26,0	3,3	12,9
jęczmień j.	4,19	43,1	2,73	15,6	10,5	67,8
Żyto	4,18	14,3	2,19	18,8	4,9	27,3
Owies	4,03	37,8	2,32	10,9	7,4	67,3
średnia	4,12	27,0	2,6	17,7	7,9	44,5

Udomowienie roś ok. 10 tyś. lat temu na obszarze międzyrzecza

Udomowienie - proces polegający na zmianie cech roś dzikich w kierunku:

• pozbycia sie cech uniemożliwiających przetrwanie w naturalnym środowisku bez pomocy człowieka np. spoczynek nasion

• nabycie cech ilościowych i jakościowych przydatnych człowiekowi i umożliwiających przetrwanie w warunkach uprawy.

Mechanizmy udomowienia:

• bezpośrednie: zmian frekwencji alleli, utrwalenie przewagi alleli w obrębie i pomiędzy gat = przewaga mutantów zawierających allele genów, które są pożyteczne do przetrwania w uprawie, lub tych które są niekonieczne w stanie dzikim.

• pośrednie:

• selekcja naturalna działająca w gęstym łanie roś upr. powodująca konkurencję i eliminowanie części roś

• selekcja sztuczna stosowana przez człowieka przy zbiorze nasion wpływająca na zwiększenie wielkości cechy smakowe (jakościowe) nasion

Rozwój HR i konsekwencje udomowienia roś

• od udomowienia po 1850 - selekcja naturalna i sztuczna

• 1850-1983 - konwencjonalna hodowla w oparciu o podstawy naukowe

• 1983 - pierwsza roś transgeniczna

Zmiana sposobu rozsiewania nasion, wzrostu i morfologii roś, wzrost masy nasion, wschodów polowych, wigoru siewek i plonu, zmniejszenie sterylności.

Poprawa wartości żywieniowych, eliminacja niekorzystnych zw chem, triglikozydów, zw siarkowych w kapustnych, fenoli w nasionach.

Postęp hodowlany od neolitu do poł. XIX wieku

Zmiany cech roś pod wpływem ich udomowienia (Harlan1992)

Etapy selekcji	Zmienione cechy		przykłady
		ogólne		specyficzne
Wzrost siewek	Zwiększenie wigoru siewek	Utrata spoczynku nasion	Wiele gat roś
kwitnienie	Zmiana systemu reprodukcji	Zwiększenie samopłodności	pomidor
				Wprowadzenie rozmn. wegetatywnego	kasawa
		Zbiór nasion	Zwiekszenie plonu nasion	Utrata osypywania sie nasion	kukurydza
				Bardziej zwarty sposób wzrostu	Motylkowe, kukurydza
				Zwiększenie liczby lub wielkości kwiatostanów	Pszenica, jęczmień, kukurydza
				Zwiększenie liczby nasion w kwiatostanie	Kukurydza, szarłat
				Zmiana wrażliwości fotoperiodycznej	Motylkowate, ryż
		Przechowywanie i spożywanie nasion	Cechy smakowe nasion	Kolor, wielkość, tekstura, smak	Wiele gat.
				Zmniejszenie zawartości toksycznych lub niesmacznych sub.	Kasawa, motylkowate

TABELA WZROST NAION I OWOCÓW POD WPŁYWEM SELEKCJI NTURALNEJ I SZTUCZNEJ - NIEWYRAŹNE

Konsekwencje udomowienia i HR

Udomowione roś były selekcjonowane pod kątem wzrostu pod opieką człowieka. Bez uprawy większość roś upr. nie jest wstanie współzawodniczyć z chorobami i szkodnikami. Cechy determinujące współzawodnictwo i przetrwanie zostały utracone lub wyeliminowane w wyniku hodowli. W ostatnich latach hodowla zmieniła wiele cech ułatwiających mechanizację i oszczędną uprawę. Te kierunki nie sprzyjają przetrwaniu roś w warunkach naturalnych.

Większość nowych odmian jest genetycznie wyrównana co zwiększa ich podatnośc na atak chorób i szkodników.

W historii gatunku występuje wiele momentów ograniczenia zmienności genetycznej (ludzie) (genetic bottlenecks)

Zachowanie bioróżnorodności gat upr., chwastów jest odstawa hodowli i zmniejsza podatność na choroby i szkodniki.

Genetyczna kontrola udomowienia

Względnie mała liczba genów determinowała udomowienie roś:

1-2 geny kontrolowały łamliwość kłosa u pszenicy

1-2 geny kontrolują otwieranie się strąka u Arabidopsis. Gdy inaktywne - brak otwarcia strąka.

Raz odkryte ważne geny determinujące cechy udomowienia roś, gwałtownie przyspieszały ten proces.

Cechą roś dzikich jest pękanie poprzeczne kwiatostanu. Selekcja naturalna i sztuczna spowodowała wyeliminowanie tej cechy.

Postęp hodowlany od neolitu do poł. XIX wieku

1. udomowienie teosinte - efekt kilku mutacji w 5 miejscach genomu kukurydzy

2. zmniejszenie osypywania ziarna ryżu - pojedyncza mutacja

II i III etap HR od 1850-1983

II. największe osiągnięcia II etapu wraz z historią odkryć naukowych przedtawiono na wykładzie 1.

III etap - odmiany transgeniczne. Pierwsze doświadczenia polowe z roś tolerancyjnymi na herbicyd totalny zaczęły się w 1986 w USA i Francji

IV etap - syntetyczna biologia "sztuczne życie"

Rewolucja genowa- od końca lat 90 XX wieku

"Złoty ryż" (golden rice) wzbogacony w betakaroten, żelazo, wit. E, cynk o lepszej jakości białka (Potrukus i Beyer)

Czy złoty ryż zapobiegający ślepnięciu 1400 dzieci dziennie to koń trojański biotechnologii czy sposób na przezwyciężenie chorób i niedożywienia.

Pierwsza kom bakterii, której rozwój i podziały sa kontrolowane przez syntetyczny wprowadzony DNA

Zabawa w stwórce

Żyjąca kom drożdży była wykorzystywana jako biorca dla syntetycznie skonstruowanego DNA. Różnica między GMO polega na tym ze w przypadku GMO używa sie istniejącego w przyrodzie DNA. W biologii syntetycznej - DNA jest sztucznie syntezowany za pomocą odpowiedniego hardware i software poza żywym organizmem. Tak sztucznie skonstruowane kom posiadają potencjalnie ogromne możliwości aplikacyjne np. do produkcji szczepionek czy paliw w wyniku rozkładu celulozy.

Etapy hodowli roślin

1. Znalezienie (stworzenie) zmienności genetycznej -kolekcje materiałów wyjściowych, indukowanie zmienności, krzyżowanie

2. Selekcja roślin o pożądanych cechach w zależności od gatunku i przeznaczenia

3. Ocena poprawności selekcji

1. Odkrycie lub stworzenie zmienności genetycznej

1. Tworzenie nowej nie istniejącej w przyrodzie zmienności genetycznej

2. wykorzystanie zmienności genetycznej istniejącej w uprawnych lub dzikich gatunków roś.

a) Tworzenie nowej nie istniejącej zmienności

1. działanie czynnikami mutagennymi w tym w kulturach tkankowych. Mutacje są powodowane działaniem: promieniowania jonizującego, wirusami, transpozonami, chemicznymi mutagenami oraz naturalnymi błędami występującymi w mitozie i w czasie replikacji DNA.

Trzy grupy hodowców (opinie)

2. hodowla mutacyjna (HM) jest bezcelowa to samo można uzyskać metodami konwencjonalnymi

3. HM dają użyteczną zmienność pod warunkiem, że włożymy wystarczający wysiłek

4. HM jest pożytecznym narzędziem dla poszerzania zmienności w celu uzyskania specyficznych celów.

Tworzenie nowej nie istniejącej zmienności

2. Inżynieria genetyczna - poprzez wprowadzenia nowych genów lub zmianę sąsiedztwa genów, tworzy się nowa zmienność.

Możliwość korzystania genów ze wszystkich org. żywych, brak barier gatunkowych rodzajowych.

2. Wykorzystanie istniejącej zmienności genetycznej

• kolekcja materiałów wyjściowych tworzących:

podstawową pulę genową:

- odmiany uprawne, prymitywne, dzikie roś tego samego gat.

wtórną pule genowa

- odmiany ekotypy, dzikie roś różnych gat. mogących być wykorzystane w procesie krzyżowania

Przemysł nasienny musi dobrze funkcjonować, ponieważ rośnie liczba ludności.

Podsumowanie:

1. efektywność stosowania nowych odmian zależy od poziomu uprawy i środowisk. Gdy plon zbóż waha się w granicach 2-3 t/ha udział odmian w kształtowaniu plonów waha się około 50%. Gdy 8 t- wynosi 80-90%.

2. udomowienie roś zmieniło wiele ich cech fenotypowych

3. dysponowanie odpowiednim zakresem ziemności genetycznej jest podstawowym warunkiem prowadzenia hodowli roś.

4. tylko hodowla

5. tylko hodowla roślin wraz z biotechnologia są w stanie zapewnić nowe wysokowydajne odmiany pozwalające rozwiązać problem niedożywienia w 2050 roku.

Wykład 3

zmienność genetyczna i jej modyfikacje

wpływ rozwoju rolnictwa na roślinną zmienność genetyczną. sposoby określania poziomu zmienności genetycznej i fenotypowej. Klasyfikacja istniejącej puli genowej. Metody zachowania roślinnej zmienności genetycznej. Naturalne i sztuczne banki genów. Międzynarodowa współpraca w zakresie zachowania zmienności. Techniczne i ekonomiczne zmiany w zakresie sposobów zachowania zmienności.

zmienność biologiczna:

• zmienność biologiczna to zmienność form życia na każdym poziomie organizacji biologicznej

• z. molekularna - (ZM) to bogactwo budowy różnych molekuł determinujących ważne funkcje życiowe org, aminokwasów białek, tłuszczów, kw nukleinowych. Zmienność pomiędzy 2 nićmi DNA w układzie nukleotydów daje zmienność molekularną. ZM występuje w obrębie jednego organizmu, różnymi organizmami tego samego gat, pomiędzy spokrewnionymi gat, pomiędzy ekosystemami i w ramach procesu ewolucji

• z. genetyczna

• ZG to całkowita liczba różnych kombinacji genowych występujących w ramach danej puli genetycznej

• mutacje, wymiana genów, zmiana częstotliwości genomów w populacji występująca na poziomie DNA jest siłą napędową ewolucji

• genetyczna erozja powstaje w wyniku, śmierci org. Mała zmienność genetyczna w populacji prowadzi do zmniejszenia puli genowej, chowu wsobnego, osłabiania systemu odpornościowego org i szybkiej ich eliminacji

• Więcejniekorzystnych mutacji u Amerykanów pochodzenia europejskiego niż afrykańskiego wskazuje, że w rozwoju dziejowym nastąpiło ograniczenie zmienności genetycznej w populacji europejskiej

• z. gatunkowa

• Wg Global Taxonomy Initiative i European Distributed Institute Taxonomy, całkowita liczba gat jest prawdopodobnie większa od znanej obecnie:

• 10-30 milion owadów, 0,9 mln znanych obecnie

• 5-10 milion gat bakterii bacteria

• 1,5 miliona gat grzybów, 0,4 mln znanych obecnie

• ˜ 1 miliona szkodników

• ponieważ nie znamy pełnej liczby gat nie rozumiemy jak działa nasze środowisko. Gatunki mogą zginąć zanim je poznamy.

• z. ekosystemów - z. ekosystemów jest determinowana przez klimat, szerokość geograficzną, jakość gleby i obecność innych gatunków.

• Bioróżnorodność ekosystemów zmniejsza się od równika do biegunów. Specyficzne ekosystemy takie jak lasy deszczowe w Brazylii czy bagna torfowe w Europie charakteryzują się dużą zmiennością ekosystemów.

Historia rolnictwa a zmienność genetyczna

HR to ciągła pogoń za nowymi genami. Gdy nowe geny istnieją lub trudno je znaleźć - HR nie możliwia

Początek rolnictwa (10 tyś pne) powstanie ekotypów i lokalnych odmian. Zmienność ogromna wewnątrz ekotypów i pomiędzy

Do połowy 19 w tendencja do zwiększania zmienności, później tendencja zahamowana ze względu na rozwój transportu i wymianę nasion.

Zmienność genetyczna a postęp rolnictwa

• dość powszechne wrażenie - intensywna hodowla roś prowadzona przez długi czas zmniejszyła zmienność genetyczną materiałów hodowlanych i zasobów genetycznych.

• wrażenie jest potęgowane przez fenotypową jednolitość, szczególnie gdy chodzi o krótkosłome odmiany zbóż.

• Czy wystąpiło ograniczenia zmienności i kiedy?

• Roś dzikie - udomowione ( ekotypy - naturalna presja selekcyjna ) - mniej lub bardziej czyste linie - naukowa hodowla) - naturalna i sztuczna selekcja

• ograniczenie zmienności genetycznej nastąpiło gł. w wyniku przejścia od ekotypów do nowoczesnych odmian. Francuskie ekotypy pszenicy (z 1800 r.) okazały się o 25% bogatsze pod względem występowania poszczególnych alleli niz. odmiany

• w latach 1960-70 obserwowano ograniczenie zmienności genetycznej w pszenicach ( przyczyna " zielona rewolucji"

• jeżeli chcemy maksymalizować zachowanie zmienności genetycznej powinniśmy pobierać próby z ekotypów a nie odmian uprawnych..

Postęp w rolnictwie prowadzi do zmniejszenia zmienności!!! genetycznej czy fenotypowej. Odmiany homogenne fenotypowo ale czy genetycznie???

1. Obecne odmiany selekcjonowane pod kątem jednorodności. Test OWT. Homogeniczność fenotypowa jest korzystna dla farmera i przemysłu, prowadzi do obniżenia kosztów produkcji i niższej ceny za jednostkę

2. Globalizacja prowadzi do jednorodności i zmniejszenia zmienności genetycznej odmian?!!!! - dość powszechny pogląd

Duża homogeniczność genetyczna- niebezpieczna - stymuluje przystosowanie się nowych ras chorób, szkodników do nowej odmiany. Brak plastyczności w przystosowaniu do zmian klimatu

• HR (selekcja) prowadzi do zmniejszenia zmienności genetycznej w obrębie selekcjonowanych cech. Ale czy innych także?

• U obcopylnych - następuje zmniejszenie niepożądanych alleli w wyniku selekcji

• U samopylnych czyste linie wsobne homozygotyczne, lub mieszanina linii

• F-1 w pełni jednorodne heterozygotyczne, ponieważ powstaje po skrzyżowaniu dwóch dopełniających homozygot AA x AA = Aa. Gdy formy rodzicielskie nejednolite - F1 również nejednolite

Historyczne konsekwencje jednolitości genetycznej odmian

data	miejsce	gat	Efekt
1846	Irlandia	Ziemniak	Głód - zaraza
18..00	Sri Lanka	Kawa	Zniszczone farmy
19..40	USA	Różne	2x większe straty - owady
1943	Indie	Ryż	Wielki głód - rdza
19..60	USA	Pszenica	Epidemia rdzy
1970	USA	Kukurydza	1mld USD strat (H.m) Plon mniejszy o 15%
1984	USA Floryda	cytrusy	18mln drzew zniszczonych

55 odmian pszenicy i 134 jęczmienia jarego z Recommended List UK poczynając od 1930 r. 5-7/dekadę

Analizowano genotyp przez AFLP i SSR (simple sequences repeats), białka zapasowe, cechy morfologiczne.

Hodowla wpływa na genotyp tylko w części alleli odpowiedzialnych za cechy podlegające selekcji(wernalizacja, krótkosłomość), morfologiczne. Ma mały wpływ na częstotliwość alleli nie podlegających selekcji.

Generalnie hodowla nie wpłynęła negatywnie na ograniczenia zmienności genetycznej. Hodowla prowadzona w wielu małych firmach podtrzymuje zmienność genetyczną.

Wpływ systemu organizacyjnego HR na zmienność:

• Plant Breeders Right ( hodowca może bezpłatnie korzystać z materiałów hodowlanych) nie wpłynęły na zmienność

Systemy Recommended List jest korzystny dla farmerów a nie pływa na negatywnie na zmienność genetyczną odmian.

Skład genetyczny nowoczesnych odmian roślin diploidalnych

gat	rośliny	Sposób kojarzenia / rozmnażania	Skłąd genetyczny	Opis
jęczmień	1	samopłodne	AABBccDDeeff	Populacja podobnych siostrzanych linii, homozygotycznych, homogennych
			2			AABBccDDEEff
			3			AaBBccDDeeFf
	Żyto		1		obcopłodne	AaBBCcddEeFf	Genotypy heterozygotyczne, heterogenne
			2			AABbCcDdeeFF
	Ziemniak		1		wegetatywnie	AaBbccDdEeFf	Roś identyczne, wysoce heterozygotyczne, bardzo homogenne
			2			AaBbccDdEeff
	burak		1		Mieszaniec	AaBbCcDdEe	Roś genetycznie identyczne, heterozygotyczne, homogeniczne
			2			AaBbCcDdEe

Stopień zmienności genetycznej i heterozygotyczności odmian

roś	ekotypy		odmiany
	Zmienność genetyczna	heterozygotyczność	Zmienność genetyczna	heterozygotyczmność
Roczne samopłodne	średnia	mała	mała	Prawie 0
Roczne obcopłodne	duża	duża	średnia	duża
Wieloletnie samopłodne	średnia	mała	mała	?
Wieloletnie obcopłodne lub wegetastywne rozmnażanie	średnia	b. duża	Prawie0	b. duża

Podsumowanie:

HR w największym stopniu przyczyniła się do ograniczenia zmienności genetycznej na etapie przejścia od ekotypów do nowoczesnych odmian.

Nowoczesne odmiany charakteryzują sie podobną zmiennością na przestrzeni lat.

Duża liczba mniejszych firm prowadząca hodowlę sprzyja zachowaniu zmienności genetycznej.

Pdstawy prawne zachowania bioróżnorodności

2 Traktaty

1 Konwencja zróżnicowania biologicznego - (Convention Biological Diversity, CBD) obejmuje zm. biol roś i zwierząt

Międzynarodowy Traktat na rzecz Zachowania Roślinnych Zasobów Genetycznych dla Rolnictwa i Produkcji Żywności (FAOIT PGRFA'), wspiera światową produkcję żywności

Convention on Biological Diversity

CBD - zasoby genetyczne stanowią wspólne światowe dziedzictwo, lecz państwo na którym terenie się znajdują ma suwerenną władzę nad nimi i prawo do korzyści z tego powodu

Oznacza to , że każdy kto chce wykorzystać zasoby musi podpisać dwustronne porozumienie z państwem właścicielem zasobów genetycznych i podzielić sie zyskami z wykorzystania zmienności.

FAO IT PGRFA - ograniczony do ochrony zmienności roś i rolnictwa i produkcji żywności. Obejmuje 64 gat roś, które tworzą jedną pulę zasobów genetycznych, wykorzystywanych przez strony podpisujące Traktat do badań, HR i szkolenia

Problemy z ograniczoną zmiennością genetyczną

Dowody na zubożnei puli genetycznej

a/ historyczne - rodowodowe

b/ brak postepu hodowlanego przy dobrze zaplanowanym programie hodowlanym

Dane historyczne o wąskiej bazie genetycznej niektórych odmian

1. wiele milionów krzewów kawy ARABICA pochodzi od krzewu uprawianego w 1706 w OB. w Amsterdamie

2. Kauczukowiec uprawiany w Malezji pochodzi od 22 siewek z Brazylii

3. Wszystkie odmiany soi pochodzą z 11 linii wyselekcjonowanych z wschodnioazjatyckiej kolekcji.

4. nie więcej niż 6 wsobnych linii kukurydzy dało początek najlepszym, mieszańcom

5. odmiany ziemniaków powstały w 18 z kilkunastu 4x klonów Solanum andigena

Brak postępu hodowlanego

Słaby postęp w hodowli ma miejsce w przypadku soi i ziemniaków, w których po wyczerpaniu istniejącej puli genowej nastąpi regres w plonowaniu.

Kwalifikacja istniejącej puli genowej - rośliny uprawne

Odmiany uprawne - wysoka produktywność homogenność, podatność na stresy biotyczne i abiotyczne.

Odmiany miejscowe (ekotypy) - powstałe w wyniku naturalnej, sztucznej selekcji i migracji roślin. Ogromna zmienność pomiędzy i wewnątrz ekotypów, tolerancja na stresy, niska produktywność, mało rozpowszechnione.

Materiały hodowlane - linie, rody, inne.

Dystrybucja zmiennościi genetycznej

Wawiłow opracował teorię na temat centrów pochodzenia roś uprawnych. Stwierdził, że roś nie zostały udomowione w przypadkowych miejscach świata, lecz tam gdzie była ich największa zmienność. Do niedawna sądzono, że centra pochodzenia sa także centrami zmienności, gdzie duża liczba spokrewnionych dzikich gat występuje.

Centra pochodzenia = centra zmienności!!!??

Obecnie badanie zmienności DNA nie potwierdziło założenia Wawiłowa, że centra pochodzenia są obszarami największej zmienności. Dla niektórych gat brak zależności pomiędzy miejscem pochodzenia dzikich form, miejscem udomowienia i dalszego ewolucyjnego zróżnicowania. Niektóre gat pochodzą z innego obszaru geograficznego niż zostały udomowione

Centa zmienności to nie miejsca udomowienia roś

W początkowej fazie udomowienia gat. " podróżowały" wraz z człowiekiem

Wiele gat pochodziło z jednego obszaru geograf. a zostało udomowione w innym

Wawiłow (Nikołaj Ivanowicz) dyrektor VIR w Leningradzie 1924-1940. Kolekcja przetrwała 28 miesięcy oblężenia Leningradu. Jeden z asystentów zmarł z głodu otoczony żywymi nasionami. Krytyk nowej biologii Łysenki. Aresztowany z 1940 zmarł z wycieńczenia w więzieniu w Saratowie. Pochowany z wieloma innymi w bezimiennym grobie.

Centra pochodzenia udomowionych roś

1. Płd. Meksyk, Centralna Ameryka - kukurydza, fasola, amarantus melon, bawełna, sizal

2. Płd. Ameryka - ziemniaki, fasola, pomidory, papryka, maniok, kauczukowiec

3. Basen M. Śródziemnego - pszenica twarda, emmer, spelta, owies, groch, łubin, koniczyna, seradela, len, rzepak, gorczyca, oliwki, burak, kapusta, sałata, cykoria, selery

4. Środkowy wschód - pszenica, jęczmień, owies, soczewica, łubin, koniczyna, wyka, figi, jabłka, grusze

5. Etiopia - pszenica, jęczmień, sorgo, len

6. Centralna Azja - sezam, czosnek, marchew, jabłka, bawełna, konopie, marchew

7. Indyjski - ryz, ogórek, mango, pomarańcz, cytryna, trzcina cukrowa, palma kokosowa, banany, juta, len, sezam

8. Chiński - gryka, soja, kapusta, cebula, ogórek, grusza, wiśnia, ananas.

Sposoby zwiększania zmienności w agrosystemach

1. Agrotech - płodozmian, polikultury rolnicze, międzyplony

2. genetyczne - różne odmiany o różnym pochodzeniu, mieszanki odmian, populacje wieloliniowe

3. organizacyjne - organizacyjne zasady funkcjonowania ekosystemów, wsparcie władzy, lokalnych społeczności

Metody zachowania zmienności genetycznej

1. Tworzenie naturalnych parków genów (NPG)

2. Tworzenie sztucznych kolekcji w laboratorium i polu

NPG powinny być zlokalizowane w centrach genowych i tam gdzie duża zmienność.. Meksyk - park genowy dla zachowania Zea diploperennis i Izraelu dla dzikiego jęczmienia i 4x pszenicy

Parki ogrodnicze i rolnicze - uprawa starych odmian, niekoszenie miedz, zaniechanie walki z chwastami

Sztuczne kolekcje - kolekcje podstawowe, aktywne i robocze.

• Podstawowe - doskonałe wyposażenie dla zachowania żywotności nasion

Materiał z kolekcji nie podlega wymianie, reprezentuje zmienność populacji

• Aktywne - wyposażenie dla rozmnażania i wymiany materiału

• Robocze - hodowców, wykorzystywane na bieżąco

Hodowla roś w zachowaniu zmienosći genetycznej

Pierwszy bank genów został założony przez hodowców w latach 30 XX wieku

około88% firm nasiennych prowadzi działania związane z konserwacją zmienności genetycznej i wydaje na ten cel, 5% budżetu na badania.

Bank genów - zachowanie zmienności genetycznej ex situ

1. Zmienność genetyczna maleje bardzo szybko

2. Liczba banków genów (BG) rośnie bardzo szybko od 19..70 gdzie było 10 banków, przechowywujących i 0,5 mln prób

3. FAO World Information Database - (Biodiversity Interanational) - ponad 1,4 tys. kolekcji przechowywujących 6,1 mln okazów w tym 0,527 mln w postaci polowych (BG) 90% z 6 mln okazów - banki nasion 48% z 6 mln - odmiany lub formy hodowlane - reszta ekotypy.

Wielkość banków genów:

• Ryż w gł kolekcjach

• Filipiny 68500

• JAponia 19000

• Indie 15000

• USA 25000

• Razem 127500

• Pecs (Węgry) - kolekcja 1135 winorośli

Międzynarodowe organizacje prowadzące HR i banki genów

IRRI - International Rice Research Institute, Filipiny - bank ryżu

CIMMYT International MAize and Wheat Improwement Center, Meksyk bank kukurydzy i spokrewnionych roś

CIAT - International Istitute for Tropical Agriculture, Nigeria, bank ryżu, roś korzeniowych, orzeszków ziemnych

CIP - International Potato Center, Per, bank dla ziemniaka

ICARDA - International Potato Center for Agriculture Research in Dry Areas. Syria, bank jęczmienia i soczewicy, wyki, twardej pszenicy

Podsumowanie:

W świecie robi się bardzo wiele aby zachować zmienność genetyczną organizmów żywych

Zachowanie genotypów in situ są podstawowymi sposobami zachowania zmienności

Wykład 4

Zmienność biologiczna- zmienność form życia na każdym poziomie organizacji biologicznej.

Zmienność molekularna, genetyczna, gatunkowa, ekosystemów.

Sposoby modyfikacji zmienności genetycznej: autoploidy, alloploidy, haploidy, mieszańce somatyczne, selekcja.

Poliploidy-Organizm lub komórka mająca więcej niż dwukrotną haploidalną liczbę chromosomów. Organizm z dwoma lub większą liczbą genomów. Organizm, zwykle roślina, która ma więcej niż dwa podstawowe zestawy chromosomów.

Występowanie poliploidów: Ok. 30% gatunków roślin kwitnących to poliploidy. Ok. 50% wszystkich rodzajów roślin zawiera gatunki poliploidalne i 2/3 wszystkich traw to poliploidy. Przykłady: Pszenica(6x), koniczyna(4x), kawa(4x), truskawki(8x). Rośliny ozdobne takie jak różne chryzantemy, tulipany to poliploidy. U ssaków i ptaków poliploidy są letalne. Niektóre zwierzęta, salamandry, płaskie robaki-poliploidy.

Autopoliploidy- pomiędzy blisko spokrewnionymi lub w obrębie tych samych gatunków. Chromosomy homologiczne formują tri-tetra pentawalenty(multiwalenty) dziedziczenie polisemiczne.

Allopoliploidy- pomiędzy niespokrewnionymi gatunkami, chromosomy niehomologiczne formują biwalenty w obrębie chromosomów homologicznych. Dziedziczenie disomiczne.

Cechy fenotypowe u autopoliploidów- większe komórki, organy-gigantyzm, większe komórki szparkowe, często większe chloroplasty, ziarna pyłku większe, wolniejszy wzrost, późniejsze dojrzewanie, mniej obfite kwitnienie , gorsza płodność, zmiana składu chemicznego(4x kukurydza 40% więcej witaminy A niż 2x; zawartość nikotyny u 4x tytoniu 18-33% większa w porównaniu z 2x), najlepsze efekty-rośliny pastewne.

Cecy auto i allopoliploidów

Autopoliploidy-częściej występuje obco zapylenie, co powoduje większą heterozygotyczność, zmienność genetyczną i zdolność buforową w stosunku do środowiska

Alloploiploidy-częściej występuje samozapylenie

Autopoliploidy-ze wzg na większą liczbę alleli jednego genu, większa zdolnośc przetrwania w małych populacjach.

Wśród roślin uprawnych- brak autopoliploidów roślin rocznych i wysoce samopylnych.

Allopoliploidy- roczne i wieloletnie, samo- i obcopylne.

Cechy genetyczne poliploidów:

• Populacja autopoliploidów zachowuje wyższy poziom heterozygotyczności niż odpowiadające diploidy,np. samozapylenie diploida Aa czyli Aa x Aa= 25%AA, 25%aa, 50%Aa

• Wszystkie rośliny allopoliploida są heterozygotyczne dzięki zachowanej w pokoleniach heterozygotyczności

• Depresja wsobna u poliploidów jest mniejsza niż u odpowiadających im diploidów dzięki maskowaniu działania szkodliwych alleli przez dodatkowe genomy. W konsekwencji można zwiększyć efektywność chowu wsobnego.

• Ogólna zmienność genetyczna poliploidów jest większa szczególnie u allopoliploidów.

Liczba chromosomów 2n=4 do 2n=500, u paproci więcej niż 1200

2n=4x=16 autotetrapoliploid 2n=2 Xa+2Xb allotetrapoliploid

U autotetrapoliploida formowane są tetrawalenty i koniugacja oraz crossing over zachodzi pomiędzy nimi. U allotetrapoliploida formowane są biwalenty i koniugacja zachodzi między chromosomami homologicznymi należącymi do tego samego gatunku

Sposoby powstawania autupoliploidów:

• Poliploidy mitotyczne-podczas mitozy podział chromosomów staje się wrażliwy na czynniki zewnętrzne, w latach 30. XX w.-kolchicyna, także gaz rozweselający N2O. Podział chromosomów zachodzi, brak odciągania chromatyd do biegunów, podział centromerów, brak tworzenia ściany komórkowej.

• Poliploidyzacja mejotyczna- nieprawidłowości w redukcji chromosomów. Powstaję gamety niezredukowane, ich częstotliwość genetycznie determinowana, średnio 0,5% u roślin.

• Połączenie gamet niezredukowanych.

Poliploidy mitotyczne:

• Identyczne genetyczne konsekwencje, podwojenie chromosomów= podwojenie alleli

• Zdublowanie alleli, efekty pozytywne: większa zdolność buforowa, większa heterozygotyczność pojedynków ważna u odmian syntetycznych, możliwość prowadzenia hodowli na większych populacjach bez obawy o efekty chowu wsobnego, efekt negatywny: mniejsza płodność

Gamety FDR powstają w wyniku: niekompletnego pierwszego podziału redukcyjnego. Brak wytworzenia ściany komórkowej po podziale redukcyjnym przez co komórka się nie dzieli.

Gamety SDR- niekompletny drugi podział. Tylko ściana redukcyjna jest formowana, brak jest podziału chromosomów homologicznych na chromatydy.

Wykorzystanie gamet niezredukowanych w hodowli roślin- dzikie gatunki ziemniaka posiadające wiele cennych cech,np. wysoką zawartość białka, tolerancję na stresy to diploidy. Ziemniak S.Tuberosum to tetraploid są problemy z krzyżowaniem 4xi2x niepłodność. Krzyżowanie form 2x o gametach niezredukowanych z formą 4x pozwala uzyskać potomstwo 4x pełne wigoru. Krzyżowanie dwóch form wytwarzających gamety SDR homozygotyczne pozwala uzyskać F-1 heterozygotyczne o dużym efekcie heterozji utrwalonej przez rozmnażanie wegetatywne.

Efekty poliploidyzacji generatywnej: powstanie płodnych, pełnych wigoru mieszańców; przezwyciężane są bariery pliodalności, lepsze zdolności adaptacyjne mieszańców.

Autotriploidy-niektóre gatunki są hodowane tak aby uzyskać poziom triploidalny-buraki, beznasienne banany, melony-triploidy beznasienne, astry, tulipany Darwina, brzoza , wiele drzew owocowych. Triploidy- brak rozmnażania przez nasiona, większość rozmnażana wegetatywnie. Forma 4x*2x=3x

Liczba kombinacji chromosomach w gametach rośnie wraz ze zwiększaniem liczby chromosomów, maleje jednocześnie liczba gamet z pełną liczbą chromosomów.

Dziedziczenie cech u autotetraploidów: Autotetraploid=4 chromosomy homologiczne

Koniugacja-kwadriwalent,triwalent+uniwalent,2xbiwalenty i rzadko 4 uniwalenty. Dziedziczenie skomplikowane ze wzg na 4 chromosomy homologiczne. Samozapylenie (chów wsobny) 99%, homozygotyczność-7 generacji u diploida i 27 u tetraploida. Przyczyna- wyższa heterozygotyczność.

Dziedziczenie cech u autotetraploidów: Przy krzyżowym zapyleniu diploida frekwencja genotypów=(p+q)²=p²+2pq+q² dla tetraploida (p+q)⁴=p⁴+4p³q+6p²q²4pq³+q⁴ Zakładając stan równowagi frekwencja A=a=0,5, dla diploida gdy p=A=0,5 i q=a=0,5 to AA=25%, Aa=50% aa=25% Dla tetraploida (0,50)⁴=6,25%AAAA i 6,25 aaaa Łącznie 12,5% homozygot u 4x a u diploida 50% U tetraploida w stanie równowagi więcej heterozygot.

Przykłady hodowli tetraploidów:

• Żyto 2n=4x=28 2% więcej białka, ziarno o doskonałej wartości wypiekowej. Problem 20% sterylności kłosa co daje mniejszy plon

• Żyto 2n=4x=28 na zielonkę na poplon ozimy

Sztuczne zdublowanie chromosomów daje pozytywny efekt u roślin, które:

• Mają niewysoką i suboptymalną liczbę chromosomów

• Obcopylnych

• Są uprawiane na części wegetatywne

• Są gatunkami wieloletnimi

• Są zdolne do wegetatywnego rozmnażania

Poliploidyzacja jako metoda hodowli nie w pełni spełnia pokładane nadzieje, głównie w wyniku obniżonej płodności roślin

Czynnikiem decydującym o powodzeniu hodowli na poziomie poliploidalnym jest użycie diploidów o szerokim zakresie zmienności.

Wyklad 5

Przykłady auto- i alloploidalnych gatunków roślin

GATUNKI	NAZWA ŁACIŃSKA	TYP POLIPLOIDALNOŚCI	PLOIDALNOŚĆ	REPRODUKCJA
Por	Allium porum	Auto	4x=32	Obco. cebulowe
Lucerna	Medicago sativa	Auto	4x=32	Ocop. wieloletnia
Kupkówka	Dactylis glomerata	Auto	4x=28	Ocop. wieloletnia
Ziemniak	Solanum tuberosum	Auto	4x=48	Obcop. weg. rozmn.
Tymotka	Phleum pratense	Auto	4x=42	Obcop. wielole
Trzcina cukrowa	Saccharum oficinarum	Auto	8x=80	Obcop. weg. rozmn.
Bataty	Ipomoea batatas	Auto	6x=90	Obcop.weg. rozmn.
Pszenica	Triticum vulgare	Allo	2(X,Y,Z)=42	Samopyl. roczna
Owies	Avena sativa	Allo	2(X,Y,Z)=42	Samopyl. roczna
Rzepak	Brassica napus	Allo	2(X,Y)=38	Obcop. roczna
Bawełna	Gossypium hirsutum	Allo	2(X,Y)=52	Samop. roczna

Poliploidy:

• Autopoliploidy Pomiędzy blisko spokrewnionymi lub w obrębie tych samych gatunków Chromosomy homologiczne formują tri- tetrapentawalenty. (multiwalenty) Dziedziczne polisomiczne

• Alopoliploidy pomiędzy niespokrewnionymi gatunkami, Chromosomy niehomologicznie formują biwalenty w obrębie chromosomów homologicznych. Dziedziczenie disomiczne

Zależność pomiędzy szerokością geograficzną a udziałem poliploidów w naturalnej florze (Tischler 1936)

POŁOŻENIE	SZEROKOŚĆ GEOGRAFICZNA N	% POLIPLOIDÓW
Sycylia	36-38	37
Rumunia	44-47	46,8
Centralna Europa	46-55	50,7
Anglia	50-61	52,3
Islandia	63-66	71,2
Finlandia	60-70	57,3
Spitsberg	77-81	74
Ziemia Franciszka Józefa	80-82	75
Wyspa Peary`ego	82-84	85,9

We florze alpejskiej 64% poliploidów, na nizinach 45% (Löve & Löve 1967)

Allopoliploidy (mieszańce odmianowe)

Definicja allopoliploidów, rola, efekty i cele krzyżowania oddalonego, sposoby powstawania allopoliploidów, bariery i utrudnienia podczas krzyżowania oddalonego

Definicja alloploidów:

Allopoliploidy (amfiploidy) - poliploidy z chroosomami uzyskanymi z różnych gatunków a następnie zdublowaniu ich liczby.

Allopoliploid (amfiploid) - organizm poliploidalny powstały na skutek skrzyżowania dwóch gatunków i zawierający zdwojone genomy każdego z typów rodzicielskich. Liczba chromosomów w takim mieszańcu jest sumą liczby diploidalnej chromosonów obu form rodzicielskich.

Chromosomy homologiczne

• Chromosomy homologiczne - chromosomy o tym samym kształcie i wielkości zawierają podobną informację genetyczną, czyli geny. Geny te jednak mogą występować w innych postaciach, czyli allelach. Jeden chromosom w parze pochodzi od ojca, a drugi od matki. Podczas mejozy chromosomy homologiczne łączą się w pary i wymieniają odcinki.

Chromosomy homeologiczne - chromosomy należące do różnych genomów rodzicielskich tak podobne jak homologiczne co prowadzi do tetrasomicznego dziedziczenia cech i rekombinacji między genomowej.

W obrębie gatunku chromosomy są homologiczne, pomiędzy gatunkami homeologiczne.

Rola krzyżowania oddalonego

• Różna w zależności od gatunku oraz rodzaju cech, które chcemy przenieść lub połączyć w mieszańcu.

• Najczęściej są to cechy związane ze składem chemicznym, tolerancją na stresy abiotyczne (suszę, zasolenie) i biotyczne - choroby oraz owady.

• Donorem cech najczęściej - forma dzika

Efekty krzyżowania oddalonego:

1. Czy i w jakim zakresie otrzymamy płodne potomstwo

2. Czy i jak szybko uda nam się poprzez krzyżowanie wsteczne wyprzeć z mieszańca pozostałości dzikiego rodzica

U pomidora 12 lat, aby oddzielić odporność na nematody od niepożądanych cech owoców.

Cele krzyżowania oddalonego:

1. Przeniesienie, kombinacja pożądanych genów.

2. Rozszerzenie zdolności adaptacjinych.

3. Poprawa jakości.

4. Zwiększenie plonu.

5. Stymulowanie powstania haploidów i form sterylnych wykorzystywanych w hodowli heterozyjnej. Sterylność - głównie CMS- niezgodność lub brak współdziałania pomiędzy genomem jądrowym a plazmonem Cytoplazma - po matce

6. Do analizy stopnia pokrewieństwa i analizy genomów.

7. Do resyntezy istniejących gatunków - zwiększenie zmienności i wprowadzenia cech nie istniejących w allopoliploidach ale które są obecne w gatunkach rodzicielskich.

Powstanie alloploida - wydarzenia - hybrydyzacja, zdublowanie chromosomów - wysoka zdolność konkurencyjna w środowisku.

Naturalne poliploidy mają cechy nie zawsze pożądane przez człowieka.

Główne allopoliploidy u roślin uprawnych:

• Pszenica,

• Owies,

• Tytoń,

• Bawełna,

• Trzcina cukrowa,

• Truskawki,

• Rośliny ozdobne,

• Drzewa owocowe.

Praktyczne sukcesy hodowlane krzyżowania oddalonego

Ograniczone - kostrzewa łąkowa x życica wielokwiatowa

Przyczyna - niestabilność genetyczna, zakłócenia w mejozie - słaba płodność mieszańców.

Przyczyna - koniugacja pomiędzy chromosomami homeologicznymi - gamety o zróżnicowanej liczbie chromosomów.

Praktyczne sukcesy hodowlane krzyżowania oddalonego

Naturalne aloploidy - genetyczny system - prawidłowości koniugacji i mejozy.

Pszenica - gen na chromosomie 5B, który zapewnia prawidłowość mejozy pomiędzy chromosomami homologicznymi. Jeżeli go wyłączymy - mejoza nieprawidłowa.

Inne poliploidy - podobny system.

`Sposoby powstania alloploidów

In vivo

1. Krzyżowanie i dublowanie liczby chromosomów

2. Dublowanie i krzyżowanie (hybrydyzacja)

3. Użycie gamet niezredukowanych obojga rodziców lub ich mieszańców

In vitro

1. Fuzja protoplastów (mieszańce somatyczne)

1. Krzyżowanie i dublowanie liczb chromosomów

1. Zakładając , że krzyżujemy 2 osobniki diploidalne efektem jego jest w idealnym przypadku: normalna mejoza, jednakowa liczba chromosomów w gametach, płodne potomstwo. Dublowanie chromosomów - kompletna homozygotyczność.

• Warunkiem płodności - nie tworzenie par pomiędzy chromosomami homeologicznymi

Dublowanie chromosomów i krzyżowanie

• Efekt metody 2 jest podobny do 1 gdy osobniki rodzicielskie są homozygotyczne.

• Gdy heterozygotyczne jest inaczej. W takim przypadku osobniki potomne są bardziej zróżnicowane genetycznie.

• Użycie gamet niezredukowanych obojga rodziców lub ich mieszańców

• Efekt - pełne wigoru mieszańce o dużej zdolności adaptacyjnej,

1. AA x BB, gamety niezredukowane u obu rodziców = AABB potomstwa

2. AA x BB (tylko AA wytwarza gamety niezredukowane) = AAB

AAB ( gamety niezredukowane) x BB= AABB

Wg Harlana i de Witta większość poliploidów powstała przez gamety niezredukowane przynajmniej jednego z partnerów.

Metoda 1 a metoda 2

Decyduje zdolność do krzyżowania, dawanie płodnego potomstwa na poziomie 2x i 4x oraz efekty kolchicynowania.

Na poziomie 4x płodność często spada w stosunku do 2x. Wtedy metoda 1.

Zdublowanie chromosomów za pomocą kolchicyny nie daje 100% zdublowania. Gdy mamy dużo nasion czy siewek jak w metodzie 2 wtedy możemy sobie pozwolić aby tylko część potomstwa miała zdublowane chromosomy. Lepsza metoda 2.

Istnieje duża genetyczna niestabilność świeżych autopoliploidów.

Krzyżowanie autopoliploidów (pierwszy etap metody 2) może prowadzić do aneuploidów co powoduje o niestabilności allopoliploidów.

Bariery i utrudnienia podczas krzyżowania oddalonego

1. Zewnętrzne np. różnice w terminie kwitnienia

2. Wewnętrzne

- pomiędzy zapyleniem a zapłodnieniem

- pomiędzy zapłodnieniem a wzrostem zarodka i jego kiełkowaniem

2. Wewnętrzne - pomiędzy zapyleniem a zapłodnieniem

Interakcja pomiędzy łagiewka pyłkową.

Geny barierowe w słupku i geny penetracji łagiewki. Pszenica, ziemniaki, pomidor i jęczmień - geny barierowe są dominujące.

Rośliny charakteryzujące się silnym działaniem genów barierowych i słabym działaniem genów penetracji są zdolne do krzyżowania z małą liczbą gatunków.

Mostki gatunkowe, napromieniowanie pyłku.

Wewnętrzne - pomiędzy zapłodnieniem a wzrostem zarodka i jego kiełkowaniem

Brak harmonijnego rozwoju zarodka w wyniku niedopasowania genomów rodzicielskich a szczególnie plazmonu i genomu jądrowego

Rozwiązywanie - kultury zarodków.

NAZWA MIESZAŃCA	SAMIEC	SAMICA
Muł	Osioł	Koń
Osłomuł	Koń	Osioł
Zebroid	Koń	Zebra Grevy`ego
Żubroń	Żubr	Krowa
Tyglew	Tygrys	Lew

Aloploidy - ludzie

Humpans, zarodki hybrydowe, ludzie - chimery

Ilja Ivanowicz Ivanow profesor weterynarii, specjalista od sztucznego zapłodnienia, koni, w 1910 roku na światowym kongresie zoologów dał wykład o możliwym stworzeniu hybrydy człowieka i małpy HUMPANSA.

Iwanow w 1924 roku dostał fundusze na eksperymenty do INSTYTUTU PASTEURA W PARYŻU Profesor wyjechał, gdzie życie ludzkie niewiele znaczyło, bo z perspektywy Europy nie żyli tam ludzie - pojechali do Gwinei Francuskiej. Tam próbował zapłodnić szympansice ludzkim nasieniem. Nasieniem miejscowej ludności, która jak wierzył, miała z małpami więcej wspólnego niż biały człowiek.

Niestety dla Iwanowa i bolszewickich planów podboju świata - mimo dodatkowych prób w Gruzji, gdzie profesor próbował zapłodnić „ochotniczki” nasieniem małp - nic z projektu hybrydy człowieka i małpy nie wyszło.

Stalin miał zażyczyć sobie „nowej, niepokonanej istoty ludzkiej, niewrażliwej na ból i obojętnej na jakość pożywienia”.

Tani i szybki sposób uzyskiwania komórek macierzystych - hybrydowe komórki ludzkie z komórkami królika, owcy czy krowy. Dzięki temu można nie posługiwać się żeńskimi komórkami jajowymi.

Jądro z ludzkim DNA (bez redukcji chromosomów) jest wprowadzone do komórki krowy z którego usunięto jądro. W konsekwencji zarodek będzie w 99,9% ludzki ], krowie będzie tylko DNA w cytoplazmie.(cybryda)

Komórki zmuszona do podziałów - prądem elektrycznym Po 14 dniach zarodek był zniszczony.

Celem jest uzyskiwanie łatwego dostępu do komórek macierzystych niezdeterminowanych rozwojowo, które mogą być wykorzystane do budowy różnych ludzkich narządów. Prace trwają od lat dziewięćdziesiątych.

Rewolucyjne odkrycie w dziedzinie stomatologii

Naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Columbia zdołali zainicjować proces, w którym komórki macierzyste odtwarzają cały ząb i to w niecałe 9 tygodni. Metoda polega na umieszczeniu specjalnego rusztowania z czynnikiem wzrostu bezpośrednio w pustym zębodole. Komórki macierzyste otaczają rusztowanie i zaczynają formować ząb w odpowiednim rozmiarze i kształcie. „Cell homing” pozwala ponad to na odtworzenie kości tkanek dziąseł i przyzębia 24.02.2011

Llydia Fairchild - ludzka chimera

Według badań jej mąż był ojcem jej 3 dziecka ale ona nie była jego matką. Oskarżona o wynajęcie macicy (bycie surogatką) i próbę wyłudzenia pieniędzy z opieki społecznej.

Lidia Fairchild ma ciało, którego organy mają różny skład DNA ludzkiego. Nie jest hybrydą lecz chimerą.

W łonie matki - 2 żeńskie zarodki, połączone w jeden. Do implantacji w macicy zapłodnione komórki otoczone osłonką przejrzystą. Gdy dwie komórki tracą osłonkę lub implantują się blisko macicy - wzajemne wrastanie komórek.

Gdy ta sama płeć - brak kłopotów- widoczne gdy skóra składa się z różnych komórek - mozaikowate zabarwienie naskórka, tęczówki oka.

Gdy różna płeć - zaburzenia rozwoju narządów płciowych. Opisanych ponad 100 przypadkach.

Podsumowanie

1. Aloploidy stanowią jedną z metod pokonywania barier gatunkowych.

2. Kluczową sprawą jest genetyczna kontrola prawidłowości koniugacji chromosomów homologicznych.

3. Konwencjonalna hodowla zanotowała dwa sukcesy krzyżowania oddalonego: tritikale i festuloium.

4. Gdy inżynieria genetyczna pozwoli wyizolować geny kontrolujące prawidłowość mejozy, krzyżowanie oddalone stanie się bardziej popularną metodą hodowli.

WYKŁAD 6

Gynogeneza In vivo - induktory

• Indukcja ginogenezy In vivo wymaga specyficznego genotypu zwanego induktorem

• Pierwszy znany z literatury tock 6 (Coe 1959) and WS14

• Żeńskie kwiaty zapylane pyłkiem induktora dawały haploidalne nasiona

• Gdyby je wysiać byłyby sterylne- brak formowania regularnych gamet

Jakość induktora

• Jakość induktora określana jest udziałem nasion z haploidalnym zarodkiem do wszystkich nasion

• Udział 2-10% w zależności od induktora

• Gdy KWWZ jest zapłodniona to powstaje triploidalne bielmo i haploidalny zarodek

PARTENOGENEZA- jest formą rozmnażania bezpłciowego. Wzrost i rozwój zarodka następuje z komórki jajowej bez jej uprzedniego zapłodnienia.

26.06.2007, International Stem Cell Corporation ogłosił, że dr. Elena Revazoya i jej grupa, uzyskała pierwszą ludzką komórkę macierzystą z niezapłodnionej komórki jajowej poprzez partenogenezę. Możliwe będzie wytwarzanie komórek macierzystych, dla poszczególnych kobiet wykorzystywanych dla leczenia wielu chorób powodujących degeneracje tkanek.

Metoda bulbosowa- eliminacja somatyczna

• Eliminacja somatyczna występuje w przypadku krzyżowania międzyrodzajowego i między gatunkowego. W mieszańcu chromosomy jednego gatunku są stopniowo eliminowane.

• Hordeum vulgare (2n=14)x H.bulbosum (2n=14). Większość potomstwa (95%) to haploidy pozostałe- diploidalne mieszańce.

• Krzyżowanie pomiędzy 2x jęczmień i 4x H. bulbosum wytwarza w większości triploidalne mieszańce.

• Eliminacja somatyczna wykorzystywana u zbóż i ziemniaków do produkcji haploidów. Zaleta brak zmienności soma klonalnej. Wada- mało roślin uzyskuje się w porównaniu do kultury pylników

Etapy eliminacji somatycznej:

1. Zachodzi podwójne zapłodnienie

2. Eliminacja ojcowskich chromosomów (zapylacza)

3. Eliminacja chromosomów ojcowskich z bielma- bielmo zamiera

4. Zarodek prowadzony w kulturach „In vitro”

Metoda bulbosowa - znaczenie kierunku krzyżowania - cytoplazma dziedziczy się po matce. W cytoplazmie znajdują się DNA- w plastydach mitochondriach, co może mieć wpływ na efekty krzyżowania. (V-Hordeum vulgare, H-H. Bulbosum)

Krzyżowanie 4xB i 2xV oraz odwrotnie, daje triploidalne mieszańce- nierówna liczna chromosomów.

Czynniki determinujące wytwarzanie haploidów

1. genotyp rośliny matecznej

2. Części roślin wykorzystywane do indukowania haploidów (pyłek, zalążnia/zalążki)

3. Właściwości kultury In vitro

4. Czynniki zewnętrzne środowiska

5. Fizjologiczny stan rośliny matecznej

6. Czynniki fizyczne i chemiczne wpływające na roślinę mateczną

Genotyp rośliny matecznej

• U wielu gatunków roślin wykazano wpływ genotypu (odmiany) na efektywność produkcji haploidów

• Z japońskich odmian ryżu łatwiej uzyskać haploidy niż z indyjskich

• Większą wydajność produkcji haploidów uzyskano używając mieszańców F-1 jako roślin rodzicielskich niż form rodzicielskich

Części roślin wykorzystywane do indukowania haploidów (pyłek/pylniki, zalążnia/zalążki) - łatwiej uzyskać haploidy z pylników niż z pyłku. Ściana pylnika daje efekt pielęgnacyjny rozwijającym się zarodkom poprzez:

- stymulację wzrostu zarodków - niektóre aminokwasy: seryna i glutamina

- ściana pylników blokuje inhibitujący efekt niektórych substancji znajdujących się w kulturze

WŁAŚCIWOŚCI KULTURY IN VITRO

- skład kultury zmienny zależnie od genotypu, wieku pylnika i warunków wzrostu rośliny- donora

- Oprócz podstawowych składników nieorganicznych, witamin, hormony odgrywają kluczową rolę w indukcji zarodków z pyłku w wielu gatunkach Solanaceae z wyjątkiem tytoniu. Auksyny stymulują formowanie kallusa u zbóż

- sacharoza jest używana jako podstawowe źródło węglowodanów. Węgiel aktywowany jest używany do usuwania produktów rozkładu skrobi z podłoża agarowego

- mleczko kokosowe jest źródłem wielu składników pokarmowych.

Fizjologiczny stan rośliny matecznej:

- częstotliwość androgenezy jest większa gdy pylniki są zbierane w początku kwitnienia i obniża się z wiekiem roślin. Wynika to z obniżania żywotności pyłku wraz z wiekiem organizmu, a także z generalnego obniżenia żywotności roślin.

- poprawa stanu roślin- poprzez aplikacje hormonów i różnego rodzaju odżywek

Czynniki zewnętrzne środowiska:

- temperatura - wysoka (30 0C) daje lepsze rezultaty niż niska. Szoki temperaturowe- zwiększają wydajność androgenezy

- wydajność androgenezy jest wyższa w warunkach naświetlania niż w ciemności

Czynniki fizyczne i chemiczne wpływające na organy regenerujące:

- chłód któremu poddane są kwiaty, pączki lub pylniki przed wyłożeniem na podłoże, zwiększa wydajność androgenezy

- młode pylniki zawierające pyłek w formie tetrad lub stare zawierające dwujądrowy pyłek są mało przydatne dla androgenezy

Zmienność morfologiczna pyłku:

- dimorfizm pyłku - pyłek zdolny do formowania haploidów (embriogeniczny) jest mały, barwi się słabiej w acetokarminie

- pyłek w niewielkim stopniu zdolny do formowania haploidów jest większy, barwi się intensywniej, daje mało haploidów

- poddanie rośliny działaniu chłodu przed kwitnieniem zwiększa udział embriogenicznego pyłku

WYKŁAD 7

Genetyka haploidów

1. Gdy roślina rodzicielska jest homozygotyczna we wszystkich allelach uzyskane haploidy są identyczne, jeżeli heterozygotyczna - różne. Grupa różnych haploidów z heterozygotycznej rośliny nosi nazwę „genetycznej próby”

Monohaploidy - pojedynczy allel z pary, stad ujawnienie się cech recesywnych i efektów mutacyjnych

2. Dihaploidy - Gdy mamy parę alleli A i a to w DH występują tylko 2 genotypy AA lub aa, z częstotliwością ½ AA i ½ aa.

U diploidów występują 3 genotypy: ¼ AA, ½ Aa, ¼ aa

Gdy pożądanym genotypem jest np: AA to u DH prawdopodobieństwo = ½ a u diploida 1/4.

Gdy mamy n loci to prawdopodobieństwo uzyskania pożądanego genotypu wynosi (1/2)ⁿ u DH i (1/4)ⁿ u diploida.

Wniosek- łatwiej prowadzić hodowlę u DH niż diploidów

Zastosowanie nono haploidów:

- w badaniach mutacyjnych- u monohaploidów brak dominacji alleli. Stąd każda zmiana alleli w tym mutacje recesywne przejawiające się w fenotypie. Bioindykatory skażeń.

- monohaploidy - sposób na szybki uzyskiwanie linii homozygotycznych

- teoretycznie w kulturach, na dużej populacji można prowadzić selekcje przeciwko recesywnym niekorzystnym allelom powodującym depresję wsobną

U kukurydzy potrzeba było ponad 50 lat aby obniżyć poziom reakcji na depresję wsobną. Wykorzystanie haploidów- skróci to do kilku lat, w przypadku cebuli i lucerny.

Hodowlane zastosowanie di haploidów:

- kluczem do zastosowania technologii DH jest posiadanie systemu selekcji nasion haploidalnych

- markery do identyfikacji haploidów powinny posiadać następującą charakterystykę:

1. cecha powinna być łatwo i wcześnie dostrzegalna

2. łatwo wyróżnić haploidalne i diploidalne nasiona

3. niezależna od środowiska i składu genetycznego donora pyłku

4. cecha określana przez marker powinna mieć charakter dominujący

Zastosowanie dihaploidów - Korzyści

- służą one do analizy genomów i ustalania dróg ewolucji gatunków. Mniejsza liczba genomów ułatwia obserwacje koniugacji chromosomów. Jeżeli chromosomy łączą się w pary świadczy to o autopoliploidalnym pochodzeniu gatunku, jeżeli nie- allopolidalnym

- po określeniu wartości kombinacyjnej - jako komponenty dla wytwarzania heterozygotycznych odmian syntetycznych i mieszańcowych.

- uzyskiwania linii homozygotycznych u gatunków negatywnie reagujących na chów wsobny. (żyto, festuca, lolium)

- do opracowania map chromosomowych u jęczmienia, ryżu i pszenicy

- wyszukiwania markerów genetycznych powiązanych z cechami fenotypowymi

- sprowadzenie hodowli z poziomu tetraploidalnego na diploidalny (ziemniaki)

- do uzyskiwania form transgenicznych. Bombardowanie mikrospor cząsteczkami zawierającymi DNA trans genu np. u jęczmienia ( 50% odmian jęczmienia powstało poprzez wykorzystanie DH)

Wady haploidów i dihaploidów:

- DH są genetycznie identyczne stąd nieefektywna selekcja. Selekcje można zastosować na populacje przed haploidyzacją.

- w haploidach uzyskanych kulturą pylników występują aneuploidy lub haploidy - diploidy

- w produkcji DH duży jest koszt laboratoriów i wyposażenia laboratoriów kultur tkankowych

- zbytnio rozbudowanych program DH ogranicza zmienność genetyczną

Zainteresowanie uzyskiwanie haploidów i dihaploidów rośnie w ostatnich latach z powodu:

- wykorzystania haploidów do uzyskiwania nowych odmian

- dostępność zasad i sposobów uzyskiwania haploidów

- zastosowanie haploidów w genetyce hodowli roślin, badaniach mutacyjnych i genetycznej transformacji roślin.

Mieszaniec somatyczny- komórka, organizm powstały w wyniku połączenia (fuzji) dwóch komórek somatycznych (protoplastów) często z różnych gatunków w celu otrzymania mieszańców.

Protoplast- komórki otoczone przez błonę cytoplazmatyczną, nie mające ściany komórkowej. Początkowo uzyskiwano protoplasty metodą mechaniczną poprzez plazmolizę komórek. Niska wydajność produkcji.

1960 Cocking - użycie enzymów celulolitycznych. Obecnie - hodowle mieszaniny różnych enzymów.

Każdy protoplast jest potencjalną totipotentny- regeneruje ścianę komórkową - mitozy- całą rośliną.

Cechy protoplastów:

- protoplasty pobierają wodę- umieszczenie w roztworach o ujemnym potencjale wody

- mają małą gęstość- zbieranie na powierzchni roztworu o dużej gęstości (np. sacharoza) po odwirowaniu

-są naładowane ujemnie, 10-30 mv odpychają się wzajemnie. Koniecznośc doprowadzenia do zlepiania się.

Fuzja protoplastów - połączenie dwóch protoplastów w celu uzyskania mieszańca o nowych cechach. Etapy fuzji:

1. Izolacja protoplastów - ściana komórkowa - celuloza, hemiceluloza, ligniny, trawienie przez pektynazy, celulazy i hemicelulozy. Dodawany roztwór osmotyczny. Oczyszczanie filtratu przez odwirowanie, filtracje, przemywanie. Oznaczenie żywotności protoplastów- barwniki.

2. Fuzja protoplastów - w komorze z elektrodami, gdy przyłożymy napięcie - pole elektryczne- protoplasty formują łańcuszki. Następnie wyładowanie elektryczne, które dziurkuje protoplast. Szybka prosta metoda - Solanacea wydajność mieszańców większa niż 50%

3. Identyfikacja i selekcja komórek mieszańcowych - selekcja produktów fuzji. Po fuzji mamy: protoplasty macierzyste niepołączone, połączone protoplasty macierzyste, heterokariony i różne kombinacje hybryd. Zwykle 1-10% protoplastów przeszło fuzję. Selekcja hybrydów pomiędzy protoplastami bez fuzji i homofuzji. Selekcja; różne metody tolerancji na herbicydy, wzrost w kulturze zawierającej herbicyd. Wizualna identyfikacja: np. wg barwy. Barwniki fluoroscencyjne barwiące różnie odmienne gatunkowo protoplasty. Kallus mieszańcowy jest różny i charakteryzuje się większym wigorem

4. Wzrost protoplastów mieszańcowych- protoplasty w kulturze zaczynają formować ścianę komórkową kilka godzin po fuzji, czego dowodem jest utrata okrągłego kształtu. Pierwsze podziały komórkowe po 2-7 dniach, po 3 tygodniach widoczne małe kolonie komórek.

Zastosowanie somatycznej hybrydyzacji

Mieszańce płciowe ograniczone do tego samego gatunku lub blisko spokrewnionych gatunków- bariery utrudniające krzyżowanie oddalone.

Mieszańce somatyczne- bariery krzyżowania nie odgrywają takiej roli. Przezwyciężenie barier samo niezgodności, większa zmienność genetyczna- połączone jądra obu rodziców (hybryda), jądro jednego gatunku plazmom drugiego, różne kombinacje połączeń jądra i plazmonu.

Przyczyny zmienności w liczbie chromosomów:

- w fuzji stymulowanej przez PEG i elektrofuzji 1/3 produktów powstaje z łączenia więcej niż 2 komórek.

-fuzja- aktywnie dzielących się komórek jednego gatunku i komórek w spoczynku drugiego

- nierówna szybkość replikacji DNA u obu partnerów i zmienność somaklonalna.

HYBRYDA I CYBRYDA

- dwujądrowa komórka efekt fuzji - heterokarion lub heterokariocyt

- hybryda (mieszaniec jądrowy) połączone jądra częściowo lub całkowicie. Całkowita hybryda- połączone jądra i organelle z obu komórek. Może być symetryczna lub asymetryczna.

- cybryda (mieszaniec cytoplazmatyczny) jądro jednego gatunku, organelle drugiego lub jądro jednego i połączenie organelli obu gatunków.

Cybryda - w mieszańcach płciowych jądro ma charakter mieszańcowy, cytoplazma po matce. Cytoplazma po obu matkach lub po jednej, jądro od drugiego rodzica. Cybrydy mogą być uzyskane następującymi metodami:

1. Fuzja normalnego protoplastu jednego rodzica z pozbawionym jądra protoplastem drugiego rodzica. Jądro wyrzucone przez wirowanie lub zniszczone przez napromieniowanie.

2. Normalny protoplast + protoplast pozbawiony żywotnego jądra

3. Eliminacja jednego jądra z heterokarionu

4. Selektywna eliminacja chromosomów jednego partnera w późniejszych fazach fuzji.

Wyklad 8

SELEKCJA

Selekcja (S)- wybor z populacji najgorszych (s.negatywna) lub najlepszych (s.pozytywna) osobnikow lub populacji z istniejącego zbioru. Selekcja naturalna i sztuczna.

Selekcja-najstarsza swiadoma lub nieswiadoma metoda hodowli. Obecnie od selekcji masowej opartej na fenotypie po selekcje oparta o markery molekularne.

S-podstawa fenotyp, ale zainteresowani jesteśmy genotypem, stad:

1. Jaka zależność miedzy genotypem a fenotypem?

2. Jak selekcjonując najlepsze rosliny (populacje), jak możemy kontrolowac krzyzowanie, obcopylne?

Selekcja ma sens wtedy gdy istnieje zmienność.

• Im wieksza zmienność tym teoretycznie wieksza możliwość selekcji

• Zmienność fenotypowa nie zawsze rownoznaczna z genetyczna

Gdy nie istnieje zmienność genetyczna (np. linia czysta) selekcja nie jest możliwa.

Cechy jakościowe -determinowane przez geny glowne -silnie działające. Wpływ środowiska niewielki. Zmienność skokowa lub 0-1.

Dziedzicza się zgodnie z prawami Mendla. Do ich opisu potrzeba prostych obliczen frekwencji osobnikow. Podstawa analizy i krzyzowanie pojedynek. Zmienność cech jakościowych latwa do opisana i wykorzystania w hodowli roslin.

Cechy ilościowe- dziala wiele genow z roznych loci, dzialanie jednego genu slabe, trudne do okreslenia. Okresla się dzialanie wszystkich genow.

Poligeny-wiele genow wplywajacych na przejaw jednej cechy.

Fenotypowa wartość cechy ilościowej determinowana przez G, E, i GxE.

Dzialanie genow ma charakter addytywny, dominujacy, epistatyczny i naddominujacy.

Gdy cecha determinowana ilościowo- jest szansa na pojawienie się w F2 transgresywnych segregantow.

Addytywny-kumulujacy- każdy gen cos daje do wytworzenia określonej cechy. Np.: aabb=0, Aabb=1, AAbb=2, AaBb=3, AABB=4 jednostki

Efekt dominacji-Aa=2 jednostki, aa=0

Efekt epistazy-wspoldzialanie genow z roznych loci Aabb=0, aaBb=0 ale A…B…=4

Efekt naddominacji- współdziałanie roznych alleli(A i a) daje wiekszy efekt niż tych samych (A i A oraz a i a) stad AA=aa=1, Aa=3.

Przykłady cech ilościowych:

Wiele cech może być traktowane jako ilościowe i jakościowe. Dlugosc slomy u zboz jest kontrolowana przez silnie działające geny glowne (karłowatości) jak i poligeny.

Do typowych cech ilościowych naleza:

• Biomasa, plon

• Zawartość składników chemicznych np. cukru, bialka, tluszczu- cecha jakosciowa w sensie oceny produktu- ilosciowa w sensie genetycznym

• Odporność na stresy biotyczne i abiotyczne, wysokość roslin

• Podstawa wyroznienia- zmienność-charakter ciągły- cecha ilosciowa

Parametrem matematycznym opisującym ceche ilosciowa jest: srednia arytmetyczna i miernik zmienności np. odchylenie standardowe (OS). OS mowi, jak wartości jakiejs cechy (takiej jak np. wiek, inflacja, kurs akcji itp.) SA rozrzucone wokół jej sredniej.

Cechy jakosciowe	Cechy ilosciowe
Zróżnicowany rodzaj cech: forma, struktura, barwa.	Zroznicowana wielkość (stopien) cech: dlugosc, liczba, masa
Możliwość wyodrębnienia klas, zmienność niecala, skokowa, często 0-1	Zmienność ciala, trudno wyodrębnić poszczegolne klasy
Cecha determinowana przez 2 lub wiele alleli pojedynczego genu	Cecha determinowana przez wiele genow nieallelicznych lub polieny
Slabyy wpływ środowiska na fenotyp	Silny wpływ środowiska na fenotyp
Związane z pojedynczym osobnikiem i jego potomstwem	Związane z populacja i krzyzowaniem w jej obrebie
Analiza poprzez proste obliczenia frekwencji genotypow i fenotypow	Obliczenia statystyczne

Transgresja- zjawisko w którym w F2 pojawiaja się osobniki przekraczające zakres form rodzicielskich.

Krzyzowanie dwoch odmian pszenicy o czerwonych ziarnach:

P= R1R1r2r2 x r1r1R2R2 = jasno czerwone

F1= R1r1R2r2 jasno czerwone (samozapylenie)

F2- jeden osobnik R1R1R2R2 cienmo czerwone, jeden osobnik r1r1r2r2 biale ziarno

Reszta mniej lub bardziej jasnoczerwona zaleznie od liczby alleli R1 i R2

Wspolczynnik odziedziczalnosci:

• Zmienność fenotypowa Vp może być determinowana 3 komponentami: zmiennością genetyczna Vg, zmiennoscia srodowiskowa Ve i zmiennością wynikajaca z ingerencji Vge stad:

Vp = Vg+Ve+Vge

• Zmienność genetyczna jest determinowana: addytywnym, epistatycznym i dominującym dzialaniem genow

Vg= Va+Vd+Vep

Rodzaje współczynników odziedziczalności:

• W szerokim zakresie-z uwzględnieniem wszystkich czynnikow genetycznych : H=vg\vp lub vg\vg+ve+Ge

• W waskim zakresie : jeśli odziedziczalność jest wyrazona jako stosunek zmienności addytywnej do zmienności fenotypowiej: h²=Va\Vp

Wpolczynnik odziedziczalności okresla stosunek zmienności determinowanej genetycznie do zmienności całkowitej.

H- genetyczna zmienność calkowita, h²-addytywna

Wartość 0-1lub 0-100%. Wartość zero cala zmienność determinowana środowiskiem. Wartość 1- w 100% zalezna od genotypu.

Znaczenie współczynnika odziedziczalności:

• Wartość współczynnika odziedziczalności dotyczy konkretnej populacji i środowiska. Nie dotyczy pojedynczego osobnika

• Współczynnik 50% nie oznacza, ze cecha jest w 50% determinowana genetycznie ale zmienność tej cechy w określonej populacji w 50% zalezy od genotypu

• Gdy okreslamy współczynnik na roznych populacjach i srodowiskach- informacja pelniejsza

• Współczynnik odziedziczalności wazny dla jednej generacji (porównanie rodzicow i potomstwa) i dla nastepnych (po selekcji) trzeba liczyc ponownie

• Zmienia się zmienność i frekwencja genow

Wykorzystanie współczynnika odziedziczalności:

1. Okreslenia czy można spodziewac się sukcesu w hodowli roslin. Jeżeli WO dla określonej cechy jest wysoki, to uzyte metody hr prawdopodobnie poprawia te ceche

2. Opracowanie najlepszej metody selekcji. Selekcja fenotypowa (bez oceny potomstwa) ma sens tylko wtedy dy WO jest wysoki.

3. Przewidywania reakcji na selekcje, wysoki WO zapewnia duza reakcje na selekcje.

Mozliwosci i oraniczenia WO:

• Ocena współczynnika, jego wielkość jest determinowana warunkami środowiska i zmiennością genetyczna badanej cechy

• Roznica w obliczeniach wielkości WO ogromna. H² dla plonu nasion rzepaku z rosliny od 0.01 do 0.44

• gdy rozne cechy okreslamy w tym samym środowisku- możliwość porównania

Okreslenie efektywności selekcji:

1.selekcja zmienia srednia wartość cechy oraz ogranicza jej zmiennnosc

2.roznica miedzy srednia wartością cechy przed i po selekcji- roznica selekcyjna Rs

3.Rs może być determinowana genetycznie, środowiskowo i przez współdziałanie- genotyp x środowisko

4.postep genetyczny (biologiczny) to czesc roznicy selekcyjnej przeniesionej na potomstwo

Roznica selekcyjna a współczynnik odziedziczalności

• Gdy h²=1, cala roznica selekcyjna przeniesiona na potomstwo, dy

• H²=0- brak możliwości przeniesienia Rs na potomstwo ponieważ była ona determinowana przez środowisko

• Miernik efektywności selekcji- metoda dajaca największy postep genetyczny lub dajaca największe prawdopodobieństwo uzyskania genotypow lepszych od standardu(sredni czy maly Pg nieistotny)

• Pg \ jednostke kosztow -wazny element efektywności selekcji, C-koszty poniesione na selkcje.

Okreslenie efektywności selekcji

Reakcja na selekcje (postep genetyczny) jednego cyklu selekcji rowna się: Pg=Rs x h² lub Pg=[Rs=op x i] x h²

• Pg- postep genetyczny

• Op- fenotypowe odchylenie standardowe dla określonej cechy = (srednia wartosc cechy dla pojedynkow rodzicielskich wyrazona jako odchylenie od sredniej ze wszystkic pojedynkow w generacji rodzicielskiej)

• I- standaryzowana roznica selekcyjna

• H²- współczynnik odziedziczalności

Gdy selekcje stosujemy kilkakrotnie- zmniejsza się zmienność genetyczna i WO. W konsekwencji efekt selekcji maleje wraz z kolejnymi jej etapami.

Czynniki wpływające na efektywność selekcji:

1. Wielkość populacji

2. Calkowita zmienność fenotypowa

3. Odziedziczalność cecy

4. Presji selektywnej= wielkość wyselekcjonowanej populacji (populacji wyjściowej)

Czynniki wpływające na efektywność selekcji:

• Duza zmienność fenotypowa korzystna. Gdy odziedziczalność wysoka a zmienność mala- nie ma miejsca na roznice selekcyjna

• Gdy odziedziczalność wysoka to jednorazowa selekcja niewielu najlepszych pojedynkow daje szybki efekt ale kosztem zwężenia zmienności i obniżenia WO- obniżenie efektywności selekcji w nastepnych pokoleniach

• Gdy odziedziczalność mala -celowa niewielka presja selekcyjna

Długookresowe czy krotkookresowe korzyści z selekcji:

• Selekcja jest wydajniejsza w duzych niż malych populacjach

• Postep genetyczny w selekcji dluookresowej jest proporcjonalny do wielkoosci populacji i intensywności selekcji

• Istnieje sprzeczność pomiedzy efektami selekcji uzyskanymi w krotkim i dlugim okresie czasu

• Mala populacja i ostra selekcja daje pozytywne efekty krotkookresowe lecz mierne długookresowe

• Wielkość populacji, ostrosc selekcji, liczba generacji selekcjonowanyc -zaleznie od warunkow hodowli

Granice selekcji

Efektywność selekcji- postep genetyczny=0, np.: plon osiaga plateau - brak efektow slekcji

Granice selekcji zaleznie od wielu czynnikow: zmienność genetyczna, intensywność selekcji

Wielkość populacji-granice selekcji inne - w zależności od konkretnej sytuacji

Selekcja u roslin samopylnych i obcopylnych

• Ostra selekcja w malych populacjach powoduje wzrost homozygotyczności

• U samopylnych nie powoduje to negatywnych konsekwencji

• U obcopylnych- uzyskujemy negatywne efekty wynikające z chowu w bliskim pokrewieństwie

• Wazne- u obcopylnych należy zwracac wieksza uwage na wielkość populacji i ostrosc selekcji.

RODZAJE SELEKCJI:

• selekcja masowa

SM- wybor pojedynkow z populacji, zmieszanie i stworzenie nowej pod-populacji. Nie ocenia się potomstwa

Efekt zalezny od: zmienności genetycznej, rodzaju cechy- jakosciowa czy ilosciowa, sposobu dziedziczenia: dominacja, niepelna dominacja, naddominacja, epistaza, gen dominujacy czy recesywny

Kiedy ujawnia się cecha: przed czy po kwitnieniu- rosliny dwuletnie- wieloletnie

Prosta, malo pracochlonna, stosowana od początku rolnictwa, do ulepszania ekotypow, duzy wpływ środowiska

U obcopylnych znana tylko matka, stad współczynnik odziedziczalności zredukowany do 50%

Istota genetyczna- nasycenie nowej populacji poza danymi genami

• selekcja indywidualna

SI- wybor roslin, nasiona nie miesza się- wysiewa oddzielnie w linniach rody- pozwala na ocene potomstwa. Z najlepszych linii, rodow można ponownie wybierac najlepsze rosliny z ktorych tworzymy nowa populacje. W przypadku obcopylnych rosliny te swobodnie się krzyżują.

• Selekcja na kilka cech

Aby efektywnie prowadzic selekcje na kilka cech należy:

1. Wiedziec jak cechy sa ze soba powiazane (korelacja ujemna lub dodatnia) i jak sa dziedziczone

2. Należy mieć świadomość, ze kiedy zmieniamy jedna ceche inne również się zmieniaja

Metody selekcji:

Tandem metod (selekcja nastepcza)

• Selekcja niezalezna

• Wskaznikowa z zastosowaniem indeksu selekcyjnego

Selekcja nastepcza (tandem)

Selekcja kolejno na kazda ceche

Zalety:

• Latwa do przeprowadzenia

• Duzy postep dla selekcjonowanej cechy

Wady:

• Dlugotrwala dla osiągnięcia pozytywnyc rezultatow

• Doskonalenie populacji (wielu cech) zachodzi wolno

• Bardzo Malo efektywna gdy cechy ujemnie skorelowane ze soba

Metoda niezalezna

Uwzględniamy kilka cech jednoczesnie, selekcjonujemy tylko te osobniki które spełniają wszystkie wariki wynikające z zalozonego poziomu każdej cechy np.: 7000kg mleka i 3,3% bialka

Metoda niezalezna- problemy:

1. Odrzucamy osobniki które sa wyjatkowo dobre pod wzledem jednej cechy ale nie spełniają warunkow w stosunku do innej

2. Nie wykorzystujemy wszystkich pozytywnych genow znajdujących się w populacji

Metoda wskaznikowa z zastosowaniem indeksu selekcyjnego:

• Kazda jest wartosciowana wg jej znaczenia

• Podstawa selekcji jest suma wskaźników każdej z cech

• Znaczenie każdej cechy jest determinowane jej waga w stosunku do innych

Waga każdej cechy zalezy od :

• Jej ekonomicznego znaczenia

• Współczynnika odziedziczalności h²

• Genetycznej korelacji miedzy cechami

Metoda wskaznikowa z zastosowaniem indeksu selekcyjnego

• Jest to najlepsza metoda selekcji na wiele cech

• Selekcja odbywa się na podstawie lacznej sumy wskaźników co pozwala włączyć do selekcjonowania puli osobnikow które sa wyjatkowo dobre pod względem jednej cechy i kiepskie pod względem innej

• Jeżeli zmieniaja się warunki ekonomiczne należy opracowac nowe wskaźniki

• Waga każdego wskaźnika zmienia się z czasem

• Trudno dobrac wage dla każdego wskaźnika cechy

WYKLAD 10 MAJ

Szczególna przydatność markerów

• cecha ujawnia sie późno w okresie rozwoju rośliny( np cecha kwiatów czy owoców) co wymaga czekania na możliwość wykonania selekcji

• Allel determinujący interesującą nas cechą jest recesywny- możliwość wykorzystania heterozygot do krzyżowań aby uzyskać w rozszczepieniach formy recesywne o pożądanej cesze

• gdy wymagane sa specjalne warunki aby ujawniło się działanie określonych genów np zastosowanie sztucznego zakażenia. MAS zapobiega problemem z zakażeniem np braku zezwoleń na zakażenie sztuczne

Metoda wskaźnikowa z zastosowaniem indeksu selekcyjnego

• każda cecha jest wartościowana według jej znaczenia.

• podstawą selekcji jest suma wskaźników dla każdej z cech.

• znaczenie każdej cechy jest determinowane jej wagą w stosunku do innych

• waga każdej cechy zależy od:

-jej ekonomicznego znaczenia

-współczynnika odziedziczalności h2

-genetycznej korelacji miedzy cechami

Selekcja u roślin samopylnych i obcopylnych:

-ostra selekcja w małych populacjach powoduje wzrost homozygotyczności

- u samopylnych nie powoduje to negatywnych konsekwencji

-u obcopylnych- uzyskujemy negatywne efekty wynikające z chowu w bliskim pokrewieństwie

-u obcopylnych należy zwracać większą uwagę na wielkości populacji i ostrość

Selekcja wspomagana markerami MAS

-selekcja polegająca na użyciu markerów(wskaźników) cech morfologicznych. fizjologicznych, biochemicznych, opartych na zmienności DNA/RNA determinujących interesujące nas cechy. wykorzystywane dla niebezpośredniej selekcji tej cechy czy cech. Używana w hodowli zwierząt i roślin.

MAS-cecha jest selekcjonowana nie na podstawie fenotypu ale markera związanego z cechą

Etapy kształtowania sie cech

DNA → RNA

→białka, enzymy →

↑

→Reakcje fizjologiczne i biochemiczne →↑

↑

cechy fizjologiczno-biologiczne (fenotyp)

↑

SRODOWISKO

TYPY MARKERÓW

1.biologiczne -rasy patogenów mogą być użyte jako markery reakcji rośliny na zakażenie czy porażenie

2.morfologiczne - znalezienie markerów loci w których znajdują się geny determinujące cechy morfologiczne np barwa kształt zapach, ms

3. biochemiczne- geny kodujące wytworzenie określonego białka np izoenzymy, białka zapasowe

4. molekularne - unikalne sekwencje DNA występujące w sąsiedztwie genu lub locus który nas interesuje identyfikowane przez PCR, RFLP itp

GEN a MARKER

Gen wytwarza białko i daje dalej określony fenotyp. Związek przyczynowo-skutkowy.

Marker nie wpływa na cechę ale jest z nią związany, gamety determinujące określoną cechę przenoszą ze sobą również markery. Brak rekombinacji pomiędzy genem a markerem.

Ważne cechy idealnych markerów:

1. łatwe rozpoznawanie wszystkich fenotypów determinowanych przez wszystkie kombinacje alleli homo i heterozygot.

Posiadają mierzalne różnice w nasileniu cechy widoczne we wczesnym rozwoju.

Markery nie wywierają wpływu na cechę, która zmienia sie zależnie od rodzaju alleli w loci markerów

Brak albo niska interakcja miedzy allelami - możliwosc jednoczesnego użycia ich w ocenie segregującej populacji.

PODSUMOWANIE

-selekcja ma sens gdy istnieje zmienność

-rodzaj cechy (ilosciowa jakosciowa)określa reakcję na selekcje

-wielkość współczynnika odziedziczalności zależy od konkretnej populacji i warunków jego oceny

-efektywność selekcji na kilka cech wymaga wiedzy jak są one z sobą połączone i jak sie dziedziczą.

-MAS daje możliwości selekcji na poziomie molekularnym- genotypu.

POROWNANIE PROGRAMÓW HODOWLANYCH

definicja PH. Programy hodowli roślin samopylnych (PHRS).Panmiktyczne populacje obcopylne(PPO).Rosliny samopylne vs obcopylne. Wartość kombinacyjna. rodzaje PH roslin obopylnych.

Porównanie programów hodowlanych

Program hodowlany (Ph) sposób postepowania hodowcy od wyboru komponentów rodzicielskich do uzyskania odmiany. Ph obejmuje: określenie celu hodowli, zasad wyboru materialu wyjsciowego, schematu krzyzyowania, zasad selekcji, kryteria selekcyjne (plon, jakosc itp)

Istnieja 4 podstawowe Ph zależnie od sposoby rozmnażania i kojarzenia.

PHRS

-rośliny samopylne w większości jednoroczne rozmnażają sie przez nasiona, genetycznie homozygotyczne

-PHRS najstarszy nieswiadomy program hodowlany. Początek- z miejscowych populacji zaczęto wyodrębniać zawężone genetycznie linie wsobne. zaczyna sie od skrzyżowania dwóch roślin homozygotycznych rożnych alleli AA i aa pochodzących od rożnych linii wsobnych.

Chrakterystyka roślin

obco samo

-samo niezgodne -samo zgodne

-wiele kwiatów -mało kwiatów

-duże kwiaty - małe kwiaty

-jaskrawe kolory -kwiaty jednobarwne

-wyst nektaru -brak nektaru

Genetyczne podstawy roślin samopylnych

--> zmienność genetyczna po raz pierwszy uzyskuje się w F-2, potomstwo jednak w 50% heterozygotyczne .PAMIETAJ- heterozygota niesie z sobą efekty heterozji (dobra gospodarczo) ale sie rozszczepia przy dalszym samozapyleniu

Aa x Aa= rozszczepienie 50% homo i 50% heterozygoty. homozygoty sa gorsze pod wzgledem gospodarczym. wybieramy dobrze ale w następnym pokoleniu mammy słabe potomstwo- tak jak w życiu chcesz dobrze- wychodzi jak zwykle.

Podstawowy problem HRS

1.dobor odpowiednich partnerów

2.umiejetnosc selekcji wśród segregującego potomstwa

3.kiedy w którym pokoleniu zaczynamy selekcje?

Jeżeli w F2-F4 (metoda rodowodowa) to: zmniejszamy liczbę linii ale:

- Duzy poziom heterozygotyczności, selekcja efektywna gdy jej przedmiotem są cechy o dużej odziedziczalności np. ościstość kłosa

-Ramsz- rozmnażanie linii bez selekcji do F4, F6,potem ostra selekcja: zaleta wysoka homozygotyczność, wada -duża liczba linii, działanie selekcji naturalnej która może wyeliminować cenne linie.

Sukces w hodowli roślin samopylnych

- o sukcesie decyduje duża liczba pokolenia F2 kilka tysiecy roślin. w losowym zbiorze czystych linii prawdopodobieństwo wystąpienia w F-2 lini doskonałej w n loci wynosi =[1/2]ⁿ(przynajmniej ze 1 loci determinuje ważna ceche)

gdy n=10 to [1/2]¹⁰=prawdopodobienstwo 1 na tysiac

gdy n=20 to prawdopodobieństwo 1 na mln

Gdyby w F2 udało sie wybrać najlepsze pojedynki selekcja bylaby abrdzo efektywna.

ODMIANA- potomstwo jednej lini lub mechaniczna mieszanka jednolitych genotypowo linii. Gdy mieszanka- lepsza zdolność buforowa odmiany

Wyklad 10

Praktyczny podział czynników chorobotwórczych

1. Grzyby przenoszone przez powietrze (głównie rdze - zaraza ziemniaczana rdze zbóż mączniaki)

Wytwarzają dużo ras, hodowla odpornościowa trudna i intensywna. Do tej grupy należą najważniejsze patogeny powodujące głównie choroby.

2. Grzyby glebowe (rak, kiła korzeniowa, Fusrium, Verticillum) w małym stopniu zróżnicowane rasy . Hodowla odpornościowa intensywna

3. Bakterie- zgnilizna pierścieniowa ziemniaka gatunkowo wyspecjalizowanie

4. Wirusy - w różnym stopniu gatunkowo wyspecjalizowane, hodowla odpornościowa intensywnie prowadzona.

5. Nicienie, szkodniki glebowe w większości wyspecjalizowane (mątwik ziemniaczany zbożowy burakowy)

6. Owady w większości wyspecjalizowane

1>2>3>4=5=6 - znaczenie gospodarcze (straty)prawdopodobnie 1 = suma pozostałych

Ogólne zasady hodowli odpornościowej 1.

Podstawowym założeniem prac hodowlanych jest założenie że każda roślina powinna być wystawiona w takim samym stopniu na atak patogenna jak wszystkie inne. Najczęściej stosujemy 2 metody testowanie odporności genotypów.

A/ uprawa testowanych genotypów w środku pola gdzie uprawiane są podatne genotypy służące jako miejsce do ich rozmnażania. Patogen przenosi się drogą naturalną. Wada takiego postępowania - różne porażenie podatnych genotypów, i stąd różne stężenie infekcji w różnych latach.

B/ sztuczna inokulacja prowadzona w odpowiednim momencie i tak aby wszystkie rośliny uzyskały taką samą liczę zarodników.

Ogólne zasady hodowli odpornościowej 2

* Tylko wtedy gdy dysponujemy źródłami odporności możemy efektywnie prowadzić hodowlę odpornościową.

* Odporność możemy znaleźć w starych odmianach, obecnie istniejących odmian (rzadko) w dzikich formach tego samego gatunku lub gatunków spokrewnionych dających po krzyżowaniu płodne potomstwo.

* odporność występującą we własnych gatunkach jest najbardziej obiecująca ponieważ nie ma problemu z krzyżowaniem.

Właściwa hodowla odpornościowa.

Właściwa hodowla odpornościowa nie odbiega od hodowli na każdą inną cechę taką jak

Wyklad 11

Podstawowy problem hodowli roślin samopylnych.

1. Dobór odpowiednich partnerów

2. Umiejętność selekcji wśród segregującego potomstwa

3. Kiedy w którym pokoleniu zaczynamy selekcję??

Jeżeli F-2-F-4 (metoda rodowodowa) to: zmniejszamy liczbę linii ale:

Duży poziom heterozygotyczności, selekcja efektywna gdy jej przedmiotem są cechy o dużej odziedziczalności np. ościstość kłosa

Ramsz - rozmnażanie linii bez selekcji do F-4, F-6, potem ostra selekcja, : Zaleta homozygotyczności, wada - duża liczba linii, działanie selekcji naturalnej która może wyeliminować cenne linie.

Sukcesy w hodowli roślin samopylnych

• O sukcesie decyduje duża liczba pokolenia F-2- kilka tys. Roślin. W losowym zbiorze czystych linii prawdopodobieństwo wystąpienia linii F-2 doskonałej w n loci wynosi =[1/2]^{n ( przyjmijmy że jeden locus determinuje ważną cehcę)}

• Gdy n = 10 to [1/2]¹⁰= prawdopodobieństwo 1 n tysiąc

• Gdy n = 20 to prawdopodobieństwo 1 na milion

Gdyby w F-2 udało się wybrać najlepsze pojedynki selekcja byłaby bardzo efektywna

Odmiana - potomstwo jednej linii lub mechaniczna mieszanka jednolitych genotypowo linii. Gdy mieszanka - lepsza zdolność buforowa odmiany

PANMIKTYCZNE POPULACJE OBCOPYLNE ( PPO)

Heterozygoty obciążone niepożądanymi recesywami - źle znoszą chów wsobny - samopylnie. Zawierają homo- i heterozygotyczne loci ale ich wł. determinowane są przez heterozygoty.

Istota hodowli (żyto, kukurydza, trawy motylkowe wieloletnie) polega na zmianach w frekwencji genów - podniesieniu częstotliwości korzystnych. Osiągniecie jednorodności odmiany - niemożliwe, poszczególne rośliny różnią się genetycznie. Wzorzec odmiany dotyczy populacji, nie pojedynczych roślin.

Przyczyna - swobodnie krzyżowanie. Hodowla dąży do ograniczenie krzyżowania w obrębie najlepszych genotypów. Odmiana niejednorodna genetycznie.

ROSLINY OBCOPYLNE VS SAMOPYLNE

W naturalnych warunkach reprodukcji geny które są korzystne dla adaptacji organizmów i wyższej produkcji nasiennej w danym środowisku są faworyzowane przez naturalna selekcję - populacja płynie zgodnie z kierunkiem działanie środowiska.

Uwaga hodowcy na populację a nie na pojedynczą roślinę jak u samopylnych.

b/ cechy jakościowe a nie ilościowe

c/ u samopylnych wartość rodzica może być oceniona po potomstwie, potomstwo roślin obcopylne nie odtwarza rodziców - jest inne.

d/ z jednej rodziny nie można uzyskać odmiany.

ROSLINY OBCOPYLNE VS SAMOPYLNE

• Obcopylne obciążone recesywami. Źle znoszą chów wsobny czyli samozapylenie. Pojawiająię efekty genów letalnych i subletalnch

• Gdy nie można samozapylać (motylkowe pastewne) - chów rodzinowy - krzyżowanie w obrębie rodziny - wolniejsza homozygotacja ale żywotniejsze potomstwo

WARTOŚĆ KOMBINACYJNA (WK) - sposób oceny rodziców

• Wk - zdolność dopełnienia się genów obojga rodziców do dawna wartościowego potomstwa. Jeżeli ojciec ma taki sam skład genetyczny(linia homozygotyczna) i zapyla różne matki, to wartość potomstwa zależy od jakości matek.

• Średnia wartość potomstwa róznych matek przy zapyleniu jednym ojcem - Ogólna Wk

• Wartość potomstwa przy krzyżowaniu ściśle określony ojciec x określona matka = specyficzna Wk

CECHY ROŚLIN DETERMINUJĄCE OBCOZAPYLENIE

• Jednopienność - na jednym „pniu” kwiaty żeńskie i męskie - kukurydza

• Dwupienność - na dwóch pniach - kwiaty męskie i żeńskie - konopie, chmiel asparagus, szpinak

• Samoniezgodność

• Nieprawidłowość w budowie kwiatu

RODZAJE PROGRAMÓW HODOWLANYCH PPO

1. Metoda hodowli odmian populacyjnych

Populacja ulega zmianom genetycznym w wyniku selekcji. Tworzy się nowa populacja o zawężonej zmienności genetycznej, innej częstotliwości korzystnych genów. Istota - zwiększyć częstotliwość korzystnych genów.

2. Hodowla odmian syntetycznych

Polega na wyborze rodów, klonów, ocenie ich ogólnej wartości kombinacyjnej i mechaniczne zmieszanie. F - 1 można reprodukować lub reprodukować w ograniczonym zakresie, zależnie od ich liczby

Metoda hodowli odmian populacyjnych:

1.Selekcja masowa - wybór wg fenotypu pożądanych pojedynków połączenie ich razem

2. Dobre efekty, gdy cecha może być oceniona wizualnie np. odporność. Słabość - brak kontroli przepylenia. Genotyp znany tylko ze strony matki stąd odziedziczalność spada do ½

3. Przy cechach ilościowych i gdy cecha ujawnia się po kwitnieniu - efektywność Sm - niewielka

Metoda hodowli odmian populacyjnych

• Selekcja indywidualna - podstawa selekcji fenotyp, pojedynki nie łączone razem jak przy Sm ale prowadzone oddzielnie w liniach rodach. Ocena wg wartości potomstwa.

• Metoda połówkowa

• Gdy cecha ujawnia się po kwitnieniu efektywność Sm = Si

ODMIANY SYNTETYCZNE OS

• OS - mieszanina linii rodów klonów dobranych wg OWK, możliwych do rozmnażania przez kilka generacji. Komponenty(rody,, linie) są rozmnażane odzielnie i co kilka lat odtwarzana jest OS.

• OS- rośliny pastewne, żyro, burak c.

• W OS wykorzystuje się częściowo efekt heterozji.

OS - ETAPY HODOWLI

1. Kolekcja genotypów różniących się zmiennością uprawiana w szkółce w rzadkiej rozstawie (1000 lub więcej roślin)

2. Wybór najlepszych linii rodów i ich rozmnożenie najlepiej wegetatywne.

3. Ocena OWK przez test polycross(TP). TP każdy komponent jest dostarczycielem pyłku i jego odbiorcą. Zbiór nasion oddzielnie z każdej linii - ojciec- mieszanina pyłku ze wszystkich linii.

4. Ocena wartości potomstwa zebranego w każdej linii. Wybór 5-10-20 linii klonów jako składnika odmiany syntetycznej. Ustalenie % udziału nasion każdego z komponentów w mieszaninie.

TEST POLYCROSS - ocena OWK w warunkach gdy komponentem ojcowskim jest mieszanina pyłku wszystkich roślin w crossing block - u

Crossing block - pole gdy wg ściśle określonego schematu są wysadzane rośliny należące do różnych komponentów w celu wzajemnego swobodnego przekrzyżowania.

Krzyżowanie występuje w najbliższym sąsiedztwie stąd - przestrzenne umieszczenie różnych komponentów ważne tak aby każdy miał w powtórzeniu innych sąsiadów.

Nasiona z tych samych matek np. za genotypu nr. 5, znajdującego się w różnych mejscach crossing blocku zbierane są razem.

Ponieważ matki są różne a pyłek ze wszystkich roślin(ojciec ten sam) to wartość potomstwa determinowana jest jego wartością matek. Każde nasienie może pochodzić od innego ojca ale w sumie mieszanina pyłku ze wszystkich roślin czyli ojciec jest taki sam dla wszystkich matek.

JAKOŚĆ ODMIAN SYNTETYCZNYCH W F - 2 ZALEŻY:

• Wysokości plonu pokolenia F- 1 (syn - 1)

• Jakości form rodzicielskich tworzących odmianę

• Ogólnej wartości kombinacyjnej - efekt heterozji

• Liczby form rodzicielskich. Teoretycznie - im więcej tym lepej ale - im więcej tym trudniej o wysoki efekt heterozji dla komponentów - stąd zwykle 5-10 linii, klonów, rodów. Gdy faworyzujemy stabilność plonowania ponad wielkość plony liczba linii od 10 do 100

• Równej zdolności do swobodnego krzyżowania różnych linii szczególnie wsobnych zmuszanych uprzednio do samozapylenia.

WARTOŚC ODMIAN SYNTETYCZNYCH PODCZAS ROZMNAŻANIA

F2=F1 - [średnia F - 1 - średnia P]/n

F- 2 wartość pokolenia f - 2 ( syn 2)

Średnia F- 1 - średnia wartość mieszańców pojedynczych między liniami (syn 1)

P- średnia wartośćlinii rodzicielskich (syn 0) n liczba linii.

Gdy n=2 nadwyżka wigoru (F - 1 nad P) w F-2 spadnie o ½ % gdy n= 3 o 1/3, gdy n= 5 o 1.5 itd. W następnych pokoleniach po F - 2 nie powinno następować obniżenie plony pod warunkiem że krzyżowanie jest losowe.

Stosuje się do form diploidalnych, rodzice - linie wsobne. Nie stosuje się do form poliploidalnych i obligatoryjnych obcopylnych.

HODOWLA ROSLIN ROZMNAŻANYCH WEGETATYWNIW

1. Gatunki o normalnym kwitnieniu i osadzaniu nasion. W praktyce rozmnażanie wegetatywne ale zdolne do rozmnażania płciowego

2. Gatunki o normalnym kwitnieniu ale słabym osadzeniu nasion. W praktyce nie rozmnażane przez nasiona.

3. Gatunki rozmnażane przez apomiksję. Ponad 1000 gatunków traw.

4. Gatunki nie kwitnące i nie wytwarzające nasiona.

CHARAKTERYSTYKA GENETYCZNA

1. Klony, rośliny podobne, podst. Proces - mitoza. Zmienność spowodowana środowiskiem

2. Wiele gatunków wysoce heterozygotycznych, wrażliwe na depresję wsobną

3. Gdy istnieje możliwość rozmnażania płciowego i wegetatywnego - wysoka heterozja może być przenoszona przez potomstwo

4. Wiele gat. - mieszańce międzygatunkowe o wysokiej ploidalności

5. Występują chimiery gdy pojedynek zawiera rózne typy komórek.

Metody hodowli

1. Selekcja wśród istniejących klonów poddanych dzialaniu środowiska. Ma sens tylko wtedy gdy dysponujemy wystarczajacą zmiennością genetyczną pomiędzy klonami.

2. Krzyżowanie (uzyskanie nowej zmienności) selekcja wśród klonów

3. Wykorzystanie apomiksji.

Metody hodowli - 1

• Ad. 1 Klony zróżnicowanej zmienności wysadzamy w warunkach prowokacyjnych i określamy stopień reakcji na środowisko. Wybieramy najlepsze klony i najlepsze rośliny w obrębie klonów

• Namnażamy materiał - kultury tkankowe

• Wielopowtórzeniowe doświadczenia porównawcze w różnych miejscowościach

• Wybór najlepszego klonu - odmiany

Metody hodowli - 2

• Ad.2 Wybór partnerów do krzyzowania - określenie WK

• Krzyżowanie - uzyskanie nasion F- 1

• Wysiew nasion, z każdego nasienia można uzyskać siewkę i kilka małych bulw (klon - odmianę) Sukces zależy od liczby siewek -o,1 - 0,5 mln

• Wysadzenie uzyskanych nulw - selekcja w obrębie klonów pod względem wielu cech

• Wybór klonu - odmiany

Metody hodowli - 3

• Apomiksja jest determinowana kilkoma genami. Chcąc uzyskać zmienność apomikt może być używany tylko jako męski partner.

• Męski apomikt krzyżowany jest z płciową formą żeńską uzyskujemy F - 1, który po samozapyleniu daje w F - 2 apomikty i formy rozmnażające się płciowo. Z apomiktów można wyselekcjonować odmian. Formy płciowe dają po samozapyleniu spadek wigoru apomikty - nie

Wyklad 12

WYKLAD 31 MAJ

DOMIANY MIESZANCOWE

heterozja i jej efekty. Charakterystyka mieszańców i sposób ich uzyskania. Rodzaje mieszańców. Zalety i wady heterozji przez apomiksję. Produkcja nasion mieszańcowych.

ANG

Heterozja (schull)- wigor mieszkańców, pokolenie F1 wykracza poza zakres form rodzicielskich. Efekt heterozji dotyczy głównie cech ilościowych. Cechy o dużej odziedziczalności (jakościowe) w małym stopniu podlegają heterozji. Maksymalny efekt heterozji (Eh) występuję w pokoleniu F1. w F2 sie obniża. Heterozja występuję najczęściej w roślinach obco niz samopylnych. Maksymalny efekt heterozji występuję w krzyżowaniach partnerów o wysokiej wartości kombinacyjnej.

EFEKT HETEROZJI

(wg harda)

Eh=[(srednia F1- srednia MP):średnia MP]x100

Eh=[(srednia F1- srednia LP):średnia LP]x100

Eh==[(srednia F1- srednia standardu):średnia standardu]x100

Eh---> efekt heterozji,F1, MP, LP, standard -srednie wartosci cechy u ieszanca, obu komponentów rodzicielskich (MP), lepszego partnera (LP), standardu np odmiany standardowej

(wg Brewbakera)

Srednia F1 (średnia M+Srednia P):2

F1, M, P - srednie wartosci cechy dla mieszańca i obojga rodziców

HIPOTEZY HETEROZJI

1.dominacja:

a)wigor mieszancow jest zwiazany zdzialaniem genow dominujacych ktore dzialaja stymulujaco

b) efektów genów dominujacych sie sumuja

c)wystepuje wspoldzialania genów z roznych loci (epistaza)

Ale w F2 AABB=w F1 AaBb

z rys.korzytsnie dzialaja geny dominujace, recesywne dzialaja niekorzysttnie. Aa niekorzystny efekt genu a jest maskowany przez A

2.naddominacja: Aa>AA i Aa>aa

z rys. heterozygoty są zawsze lepsze od obu homozygot. heterozygotyczność jest konieczna dla heterozji. homozygotycznosc powoduje efekty chowu wspobnego

3.hipoteza równowagi genetycznej

EH= sumie wspoldzialan w obrębie genotypow

4.Hipoteza słąbego ogniwa

Enzymy wytwarzane tylko przez allele ominujace

aa- nie wytwara eznyzmu A, bb-nie wytwarza eznymu B

aaBB( en A) xAAbb (en B) =AaBb (en A i B)

KRZYZOWKA 1

linia wsobna 1 x linia wsobna 2

AabbCCdd AabbCCdd

F1AabbCCdd

brak heterozji .F1 ma taka sama liczbe alleli dominujacych (3) co rodzice.Efekty alleli b i d nie maskowane

KRZYZOWKA 2

l linia wsobna 1 x linia wsobna 2

AabbCCdd aaBBccDD

F1AaBbCcDd

Heterozja. niekorzystny wplyw alleli recesywnych a b c d jest maskowany przez allel dominujacy (4)

W hipotezie dominacji heterozja nie jest wynikiem heterozygotycznosci ale maskowaniem dzialania niekorzystnych alleli reces.

Czynniki determinujące efekt heterozji (EH)

--->wysoko plonujace komponenty rodzicielskie dają wieksze prawdopodobienstwo wysokiego efektu heterozji niz nisko plonująca. Kontrola przepylenia-ważna.

Skladniki plonotworcze kazdego komponentu powinny sie dopełniać np liczba i masa ziarniaków.

Efekt heterozji determinowany odmiennoscią genetycznąpartnerów- pochodzenie z rożnych regionów.

Wartość kombinacyjna. wysoko OWK pozwala uzyskać wartościowe mieszańce chociaż nie zawsze. niekiedy krzyżowanie wysoka OWK x srednia OWK lub nawet niska x niska OWK dało dobre efekty u ryżu.

Charakterystyka mieszanców

Populacje homogeniczne, wysoce heterozygotyczne, uzyskane po OWK i SWK oraz kontroli przekrzyzowania

Maksymalnny efekt heterozji- gdy OWK obu rodziców i kontrola przepylenia.

Etapy Hodowli Odmian Mieszańcowych

1. uzyskanie linii homo odleglych genetycznie i komplementarnych

2.ocena OWK i SWK

Opracowanie techniki produkcji nasion mieszańcowych

Uzyskanie linii homo:

1 chow wsobny wymuszone samozapylenie roślin obco

2. chow rodzinowy

3. podwójne haploidy

CHOW WSOBNY--> selfing

Negatywny efekt samozapylenia był obserwowany u obco i samopylnych. chow wsobny to wymuszone samozapylenie rośliny obcopylnej. Konsekwencja - deprasja wsobna w wyniku dzialania alleli recesywnych o dzialaniu letalnym lub subletalnym. Nowe linie wsobne wprowadzamy z mieszanców pokolenia F2. 5-8 samozapylen potrzeba aby linie byly dostatecznie czyste genetycznie (homozygotyczne)Wigor linii homo spada do mniej niż polowy w porównaniu z swobodnie zapylajacą się kukurydzą.

Negatywne Efekty chowu wsobnego są bardziej widoczne w pierwszych generacjach samozapylenia niz pózniej.

Aa (samozapylenie) =x Aa=50 % AA i aa oraz 50% Aa

W F2-75% AA i aa , w F3- 87,5%- homozygot (50% na pokolenie rośnie udział homozygot)

Depresja wsobna faworyzuje krzyżowe zapylenie. U ludzi więcej niz 42% potomstwa z kojarzenia brat -siostra--> umiera. brat i siostra są nośnikiem tych samych recesywnych letalnych alleli przenoszonych z organizmu w formie Aa

Hipotezy wyjasniajace negatywne efekty chowu wsobnego bazują na wzrastającym udziale homozygot.

a)Naddominacja- heterozygoty dają większą zdolność przeżycia potomstwa pod wzglądem analizowanych cech niz homozygoty (maja wiekszy wigor).

b)dominacja czesciowa dominacja- obciążenie niekorzystnymi recesywnymi allelami.

Heterozja (H) vs chow wsobny (Chw)

Chw - efekt krzyzowania pomiedzy spokrewnionymi osobnikami

H - niespokrewnionymi

Ch- zmniejszajaca sieżywotnosc zmniejsza się heterozygotyczność

H - zwiększa się wigor i heterozygotycznosc

Ch-deprasja w F2 ujawnienie się recesywnych alleli

H-recesywne allele jednego rodzica są maskowane dominującym drugim

Uzyskanie linii homozygotycznej o korzystnych dominujących allelach jest niemożliwa- sprzeżenie korzytsnych i niekorzystnych recesywnych alleli

Depresja wsobna =[(F1-F2):F1] x100

Może byc bardzo wysoka lub 0, zaleznie od gatunku i sposobu dziedziczenia.

CHOW RODZINOWY --> biparental inbreeding

- krzyżowanie pomiędzy blisko spokrewnionymi osobnikami (w rodzinie) różniącymi sie genetycznie. Stosujemy gdy rośliny negatywnie reagują na chów wsobny np. koniczyna. Przyrost poziomu homozygotyzacji znacznie wolniejszy niz w chowie wsobnym. Trudno uzyskać czyste linie.

PODWÓJNE HAPLOIDY

A- uzyskanie haploidów

1.Metoda kultur tkankowych z pyłku lub pylnika

2.u kukurydzy poprzez krzyzowanie ze specyficznymi liniami indukujacymi (partner meski) powstawanie haploidów. w potomstwie 3-5% haploidów niezaleznie od genotypu. Nasiona zawieraja markery fenotypowe stąd można odróznić monohaploidy od nasion diploidalnych

B-podójne monohaploidy. 2 generacje (1rok) uzyskujemy diploidalne w pełni homozygotyczne linie wsobne.

OWK

WK- zdolnosc do przekazywania pożądanych genów do mieszańca. Najtrudniej wybrać najbardziej obiecującą linie

Top cross- krzyzowanie z jednym zapylaczem o szerokiej bazie genetycznej. Niekiedy krzyzowanie linii po pierwszym samozapyleniu. Jezeli wypadną dobrze to- samozapylenie do 5 pokolenia i krzyzowanie

Diallecross-kazdy z kazdym. liczba krzyzowan=n(n-1):2. wyselekcjonowane linie wedlug OWK są krzyzowane w celu selekcji najlepszych markerów.

Mieszańce

Pojedyncze AxB. jednolite, wysoki efekt heterozji, wysoka cena nasion, problem z produkcją komponentów rodzicielskich ze względu na depresje wsobną

Trójliniowe AxB=AB ABxC=ABC nie wyrównane

Podwójne AB x CD= ABCD Słabszy efekt heterozji, łatwość produkcji nasiennej, niższa cena nasion.

Mieszańce- najważniejsza kontrola zapylenia -->mechanizmy gwarantują kontrolę przypylenia pomiędzy dobranymi wg wartości kombinacyjnej komponentami.

Mechanizmy gwarantujące kontrole przypylenia

-dwupienność, jednopienność

-meska sterylnosc

-genetycz

-cytoplazmatyczna

-gen-cytop

-funkcjonalna

-samoniezgodnosc

-kastracja

-mechaniczna

-chemiczna (CHA- chemical sterilizing agent)

Rozdzielnoplciowość--> najbardziej efektywny mechanizm gwarantujący obco zapylenie

Roslina jednopienna (kukurydza) na "jednym pniu" oddzielne kwiaty męskie (wiecha) i żeńskie (kolby)

MESKA -ZENSKA sterylnosc

MS--> niezdolnosc roślin do wytworzenia funkcjonalnych pylników, pyłku lub ogolnie meskich gamet. MS wykryto u około 150 gatunkow. częsciej wystepuje niż ŻS--> prawdopodobnie pylniki, pyłek są bardziej wystawione na niekorzystne czynniki srodowiska niz woreczek zalązkowy.

MS można stwierdzic wizualnie lub przez barwienie pylku np (karmieniem)

Efektem ŻS- niewytworzenie nasion.

MS-aparat jajowy jest w porządku - może wytwarzać nasiona po zapyleniu obcym pylkiem

MS- stymulacja poprzez krzyżowanie oddalone.

Mutacje w genach jądrowych i genach znajdujących sie w cytoplazmie (w mitochondriach i plastydach)

Płodne i niepłodne (meskosterylne) kwiaty rzepaku PROBLEM- kwiaty maja mało lub niewiele nektaru -są mało atrakcyjne dla pszczół - problem z zapyleniem.

MESKA STERYLNOSC:

1.cytoplazmatyczna--->nie dziedziczy się zgodnie z prawami Mendla. dziedziczy sie po matce. determinowana genami znajdującymi sie w cytoplazmie (plazmonem). dwie formy Normalna S-sterylna

2.jądrowa (genowa)-->jednym lub dwoma recesywnymi allelami w jądrze, ms ms. forma Ms ms lub Ms Ms 100% plodne. małe znaczenie w produkcji nasiennej-brak możliwosci uzyskania 100% matecznej linii ms

3.cytoplazmatyczno- jadrowa

4. funkcjonalna

SAMONIEZGODNOSC

-sporofityczna

-gametofityczna

Sterylnosć Genetyczno - Cytoplazmatyczna---->

Determinowana : sterylną cytoplazmą S i parą alleli recesywnych w jądrze mm=Smm. W celu uzyskania nasion mieszancowych nalezy mięc komponenty: formę mateczna MS (Smm) x zapylacz (ojciec).

formę mateczną rozmnazamy poprzez krzyzowanie z plodnym analogiem (linia Owena)

Smm x Nmm = Smm (nasiona zbieramy z matki).Nmm linia ekwiwalentna do MS. Gdy dobra jest pod wzgledem gospodarczym to po 6 skrzyowanaich forma MS staje się linią O (gospodarczo). Linia O najcenniejsza u buraków kg nasion -5tys USD

Gdy plon rolniczy nasiona (np pszenica) zapylacz musi mieć geny Rf (przywracające plodnosc).

Forma N__ oraz SRf_ są plodne

Srf rf sterylne Stąd np produkcja nasion pszenicy oparta jest o męską sterylnosc.

Matka sterylan: S rf rf x zapylacz plodny (ojciec) N lub SRfRf- nasiona zebrane z matki czyli F1=SRf rf. Pyłek zapylacza przenosi tylko geny jądrowe RfRf stąd czy cytoplazma ma formę S czy N- nie ma znaczenia.

ZALETY I WADY ODMIAN MIESZANCOWYCH:

• -wysoki plok i jakosc -efekt heterozji

• -mozliwosc polaczenia w odmianie cech determinowanych genami dominujacymi

• -odmiany sa homozygotyczne

• -trudna kradzież materialow hodowlanych

• wysoki koszt produkcji nasion - kosztowna hodowla i produkcja nasienna

• co roku trzeba odnawiac nasiona

• wąska baza genetyczna -niebezpieczenstwo porażenia przez choroby i szkodniki. efekt heterozji- pokrywa wyzszż cenę zakupu nasion - warunek konieczny akceptacji odmiany.

Wyklad 13

Odmiany mieszancowe

męsko sterylny- niepłodny

linia Owena- najcenniejsza

Po kilku krzyżowaniach linia sterylna staje się taka jak linia Owena.

Homogenicznosc fenotypowa- odmiany mieszancowe sa genetycznie homogenne (Aa) co powoduje, ze SA także fenotypowo homogenne. Homogennosc jest wazna gdy operujemy pojeciem plon handlowy zamiast plonu biologicznego.

Plon handlowy- plon nadajacy się do sprzedazy roslin, rosliny Male i zbyt duze sa odrzucane. Stad mieszance i odmiany populacyjne mogą mieć zbliżony plon biologiczny- ale plon handlowy mieszańców będzie wiekszy.

Odmiany mieszancowe sa drogie- dlatego wysiewamy ich mniej, dlatego musza mieć wiekszy wigor- dltego musi być wyższy poziom uszlachetnienia- stad wyzsza cena nasion (sprzężenia zwrotne).

Cena nasion mieszancowych jest wyzsza niż nasion konwencjonalnych.

Heterozja wystepuje tylko w I pokoleniu. W jaki sposób ja ustalic?

apomiksja- sposób rozmnazania bez zapłodnienia, powstaje klon, chodzi tu o p\artenogeneze.

Mieszance rozmnazane apomiktycznie- heterozja w nastepnych pokoleniach.

Fakultatywne apomikty- wykorzystywane w hodowli i krzyzowaniu. Po uzyskaniu odmiany- wybor obligatoryjnych apomiktow i rozmnazanie w pelni apomiktyczne.

Produkcja nasienna odmian mieszancowych

Aby rozmnażać odmiany mieszancowe trzeba prowadzic produkcje nasienna.

1.Formy żeńskie (ms) i meskie zapylane sa oddzielone przestrzennie ( zbierane oddzielnie0 WYSIEWANE W ODDZIELNYCH RZEDACH.

Nasiona mieszancowe zbierane sa z formy ms czyli z 50-70% pola. nasiona zebrane z zapylacza sluza do jego rozmnazania- samozapylenie.

Najwazniejsze- nie zmieszac nasion

Specjalne maszyny przeprowadzaja kastracje roslin.

Schemat produkcji nasiennej opartej linie samo niezgodne. Obie linie S1;S2 i S3;S4 sa jednoczesnie komponentem matecznym i ojcowskim. Nasiona mieszancowe zbierane z obu linii.

Ale jak produkowac linie rodzicielskie, skoro nie mogą same się zapylac. Dlatego wykonuje się zapylanie paczkowe.

Genetyczne podstawy roslin samopylnych

Zmiennosc genetyczna ukazuje się poraz pierwszy w F2 potomstwo jednak w 50% heterozygotyczne. Pamietaj heterozygota niesie z soba efekt heterozji. HETEROZYGOTYCZNOSC= HETEROZJA

Aa*Aa= rozszczepienie %)% homo i 50% hetero.

Homozygoty sa gorsze pod względem gospodarczym.

Istota hodowli polega na tym

-kiedy je przeprowadzamy

-kazda linia może być nowa odmiana

Podstawowy problem hodowli roslin samo???

1 dobor odpowiednich partnerow

2 umiejetnosc selekcji wśród segregującego potomstwa

3 kiedy w którym pokoleniu zaczynamy selekcje

Sukces w holowli samo

- o sukcesie decyduje duza liczba pokoleniaF2 kilka tysięcy roslin. W losowym zbiorze czystych linii prawdopodobieństwo wystepowania w F2 linii …. w n loci wynosi (1/2)ⁿ

Gdyby w F2 udalo się wybrac najlepsze pojedynki selekcja bylaby bardzo efektywna.

Odmiana- potomstwo jednej linii lub mechaniczna mieszanka jednolitych genotypowo….

Panmiktyczne populacje obcoplodne

Wyklad 14

NASIENNICTWO

Biologia nasion- nauka o nasionach ( powstawaniu kiełkowaniu, spoczynku, starzeniu)

Technologia nasion- nauka i działalność praktyczna prowadzaca do wyprodukowania dobrych jakościowo nasion pod względem genetycznym i somatycznym

Nasienie- nosnik wartości genetycznej i somatycznej

Wartość genetyczna-determinowana przez hodowle roślin zdolność dawania plonu w określonych warunkach środowiska, determinant postepu hodowlanego

Wartość somatyczna- zdolność do kiełowania i wschodów w zróżnicowanych warunkach środowiska.

Wartość gen +somatyczna = wartość nasion jako jako towaru

Przesuniecie akcentów z dobra publicznego „public good” w kierunku towaru, technologia terminatora”

Lodoicja seszelska- kokos morski, palma seszelska , największe drzewo świata. Wymaga 25-30 lat by palma wytworzyła owoce. Podwójne owoce dojrzewaja 6-7 lat. Wielkość owocu do 50 cm masa do 30 kg. Gatunek zagrozony wyginięciem występuję na 2 wyspach seszelskich.

Masa nasienia storczyka 0,005 mg. Storczyk wytwarza od 1-3 mln nasion w pojedynczyn straku. Czas od kiełkowania do dojrzałości wynosi 12 lat. Do kiełkowania wymagają mikoryzy z grzybami , które dostarczają cukrów kiełkującym nasionom.

Produkcja nasinna- przedłużenie hodowli roślin

HR generuje koszty, nie przynosi zysku, zysk przynosi sprzedaz nasion w różnej formie. Tradycyjny podział na hodowle roślin i nasiennictwo- przeżytek. Mieszance - wartość odmiany tworzona w produkcji nasiennej. Zamiast HR i nasiennictwa - PRZEMYSŁ NASIENNY. System organizacyjny pozwalający na efektywną produkcje nasion nowych odmian.

Przemysł nasienny definicja-

Przemysł Nasienny- zintegrowany system organizacyjny, zapewniający wysoka efektywność hodowli roślin oraz jak najlepsze wykorzystanie w praktyce nowych odmian. PN obejmuje firmy hodowlane, nasienne, banki, instytucje naukowe, oceny odmian, nasion, oraz odbiorców nasion. Centralnym miejscem gdzie spotykaja się interesy producentów i odbiorców nasion jest rynek. Dobrze funkcjonujący rynek gwarantuje spełnienie interesów hodowców, producentów i farmerów.``

Zmiany organizacyjne w przemysle nasiennym- skutki i przyczyny- KONCENTRACJA, koncentracja koncentracja.

Przyczyny koncentracji przemysłu nasiennego

Postep w technologii modyfikacji genetycznych, rejonizacji, produkcji nasiennej, uszlachetniania nasion, marketingu co wymaga wysokich nakładów.

Przyspieszenie procesu hodowli i reprodukcji odmian. Pionowa integracja wszystkich działalności ( hodowla nasiennictwo, obrót) w obrebie firmy. Krótszy cykl zycia odmian.

Wzrastające współzawodnictwo dzieki globalizacji. Koncentracja na mieszancach i GMO, które są nosnikiem nie tylko „ nowej genetyki” ale i technologii nasiennej oraz marketingu. Dzieki takiemu połączeniu mazna uzyskać wysokie ceny za nasiona.

Skala koncentracji

10 najwiekszych swiatowych firm nasiennych opanowało 67 % handlowego rynku swiatowego . Czołowe 3 firmy kontrolują 47 % rynku nasion ( Monsanto, DuPont, Syngenta)

ETC Group ocenia, że 3 czołowe firmy kontrolują 65 % swiatowego handlowego rynku kukurydzy i ponad połowe soi

76% nasion kukurydzy Monsanto sprzedawanych w 2009r. była potrójnie genetycznie zmodyfikowanych. Syngenta ogłosiła ze potrójnie zmodyfikowana kukurydza bedzie stanowić 85% oferty w 2011 r.

Potega Monsanto

Przed połowa lat osiemdzisiatych Monsanto nie było zaangażowane w przemysle nasiennym. Patentowane technlogie , transformacje genetyczne, pozwoliły na zajecie pierwszego miejsca w przemysle nasiennym. To nie konsolidacja w przemysle nasiennym to konsolidacja pierwszego etapu łańcucha żywnościowego. Tworzenie „ ford chain clusters”- kontrola rynku genu/ nasienia po supermarket.

Koszt transformacji gentycznej- jednej cechy w odniesieniu do jednego gatunku - 10 mln USD. Taki koszt wyklucza z praktycznej hodowli GMO małe i srednie firmy zachodnie.

10 mln USD to wiecej niż koszt całej hodowli w 2007 r.

Hodowcra odmian roślin, który stworzy i zarejestruje nowa odmianę , staje się właścicielem wartości intelektualnej, podobie jak twórca oprogramowania komputerowego bądź utworu artystycznego. W każdym z wyej wymienionych przypadków twórcy przysługują prawa autorskie a co za tym idzie- prawo do czerpania korysci z własności intelektualnej.

Aby hodowca mógł kontynuowac dalsze prace hodowlane musza istniec instrumenty zwrotu wcesniej poniesionych nakładów . takimi instrumetnami są opłata licencyjna oraz opłata materiału ze zbioru.

Opłata licencyjna- od materiału siewnego odmiany chronionej jest formą czerpania korzyści z wyłącznego prawa do odmian w celu utrzymania możliwości odtwarzania nakładów ponoszonych na prowadzenie działalności hodowlanej. Jest pobierana od podmiotów zajmujących się nasiennictwem odmiany chronionej, z którymi właściciel odmiany podpisał umowe licencyjną. Oczywiście, firma nasienna przenosi ten koszt na cene nasion ( lub sadzeniaków) sprzedawanych rolnikom. W ostatecznym rozrachunku opłate licencyjną pokrywa każdy producent rolny, który zakupi materiał kwalifikowany

Opłata za nasiona ze zbioru (FSS)

Jest ona formą czerpana korzyści z wyłącznego prawa do odmian w przypadku braku możliwości wykonywania wyłącznego prawa w odniesieniu do materiału siewnego odmiany chronionej. Ma to miejsce, w sytuacji, gdy rolnik uzywa materiału ze zbioru jako materiału siewnego w kolejnym sezonie.

FSS- Farm Saved Seed- Zgodnie z obowiązującym prawem tylko posiadacz gruntów rolnych o powierzchni do 10 ( 25 ha) może używać materiału ze zbioru jako materiału siewnego bez uiszczania opłaty na rzecz właściciela odmiany. Pozostali posiadacze gruntów rolnych przy uzywaniu materiały ze zbioru jako materiału siewnego odmiany chronionej zobowiązani są do uiszczenia opłat wynikających z umowy zawieranej z hodowcą . Jeżeli stosowana umowa nie została zawarta to opłata na rzecz hodowcy wynosi 50 % opłaty umowy licencyjnej ustalonej przez hodowce

Przyczyny zwiększania rynku nasiennego.

-odmiany mieszancowe

-zwiekszenie poziomu uszlachetniania nsion

- rozwój GM odmian

- rozwój nowych rynków poszczególnie w krajach rozwijających się takich jak Chiny Indie

- ochrona własności intelektualnej

- reprodukcja nasion w południowej hemisferze w okresie naszej zimy

- rynek nasienny2008 (USD) USA 8500, Chiny 4000, Francja 2150, Niemcy 1500, Węgry 300, Holandia 300, Czechy 300, Rumunia 220

Handel nasionami-

Obok pestycydów nasiona maja wyjątkowo silny globalny charakter. Produkowane są tam gdzie jest to najbardziej opłacalne i sprzedawane na całym świecie. Nowoczesna firma hodowlano nasienna produkuje nasiona również na eksport niekiedy wyłącznie ( konsekwencje dla hodowli) h

- koniczność testowania materiałów w róznych miejscach świata

-uczestnictwo w swiatowych kanałach dystrybucji nasion

W 1985r miedzy narodowy handel nasionami -7% światowego rynku nasiennego w 2006 15%

Rynek nasienny w Polsce

Bez prawidłowo działaja cego rynku- hodowla nie może dobrze funkcjonować.

Wartość rynku nasiennego w Polsce w latach 90 była ocenianiana 400 mln . W początkach 21 zmniejszyła się do 200 mln, w 2007 i 2008 oceniono wartość rynku nasiennego na 350 mln USD.

Rynek nasienny bardzo słaby element polskiego przemysłu nasiennego. Transformacja w sektorze powinna być zaczęta od budowy rynku.

Na rynku współzawodniczą nasiona wyprodukowane przez firmy hodowlane i nasienne. Stad propagowanie odmian zagranicznyh przez firmy nasienne

Rejonizacja produkcji nasiennej

ZASADA - TAM, GDZIE NAJTANIJ PRODUKUJEMY, WTEDY NA NAJLEPSZE NASIONA.

-duża norma wysiewu , tanie nasiona- produkcja na miejscu, drogi transport

- maa norma wysiewu, nasion drogie- rejonizacja globalna

Buraki c.-, Niemcy Rumunia, Płd Francja

Zboza- Rosja, Włochy, Francja, Hiszpania, Niemcy, Rumunia

Trawy- dania, Niemcy Holandia

Ziemniaki-Holandia, Rosja, Niemcy, Francja

Rzepak- Francja, Niemcy, Rumunia

Nasiona, pestycydy- towary o charakterze globalnym

Organizacja systemu oceny nasion

1. Europejski- kontrola jakości lezy w rekach publicznych/ prywatnych instytucji/ firm. Zwykle prywatne stacje są pod kontrolą oficjalnych publicznych stacji oceny nasion.Interesy konsumenta ( uzytkownika nasion) powinno chronic panstwo. Nasiona nie dopuszczone do obrotu zanim odmiana nie zostanie oficjalnie sprawdzona w doświadczeniach i wpisana do rejestru, a genetyczna i somatyczna jakość nasion jest potwierdzona w ocenie kwalifikacyjnej.

2. Amerykański- jakość nasion jest wymuszona przez współzawodnictwo. Użytkownik nasion jest chroniony wysoka odpowiedzialnością firm oraz sprawnością sądów. Istota funkcjonowania rynku nasiennego jest konieczność podawania prawdy na etykietach (truth In labeling) Systemy niezależnej oceny odmian i nasion istnieja jednak nie są obowiązujące dla hodowcy, producenta, sprzedawcy nasion. AOSCA wprowadziła specjalny znak IP oznaczający ze produkt oznaczony tym znakiem był wytwarzany w warunkach, które gwarantowały zachowanie jego genetycznej i fizycznej tożsamości.. Znak firmowy jest wskaźnikiem jakości

Wewnętrzne systemy oceny jakości nasion

Bazuje on na zbieraniu wszystkich danych dotyczących produkcji oraz kontrolach wykonywanych przez przedstawicieli firm i odpowiednich testach. Każda firma ma własne metody kontrolowania jakości na dowolnym etapie przygotowania nasion.

W większości przypadków firmowe normy jakościowe są wyższe niż oficjalne,uzyskuje się to dzieki temu ze typowy producent nasion musi monitorować produkcje nasienna w 25-30 punktach, krytycznych dla jakości nasion. Standardowy oficjalny system oceny jakości obejmuje 4-5 oficjalnych testów i inspekcji w czasie wegetacji roślin i po zbiorze nasion, Dla farmera znak firmowy ważniejszy nic świadectwo jakości.

Dopłaty do zakupu kwalifikowanego materiału siewnego

Do 1.06 można składac do ARR wnioski o dopłaty do zakupu kwalifikowanego materiału siewnego w ramach pomocy de minimis. Pomoc ta to wsparcie finansowe, które może zostac udzielone rolnikowi przez państwo bez zgody Komisji Europejskiej. Kwota wsparcia dla jednego gospodarstwa może wynieść max 7,5 tys Euro w ciagu 3 lat. Wsparcie polega na m. In na ulgach w podatkach, do9płatach do kwalifikowanych nasion lub roślin energetycznych.

PODSUMOWANIE

- NASIONA NOSNIK POSTEPU BIOLOGICZNEGO,który determinuje w głównej mierze przyrost plonów w ostatnich kilkudzisieciu latach

- podstawa finansowania firm hodowlanych są opłaty licencyjne i opłaty za materiał ze zbioru

- nadmierna koncentracja firm nasiennych jest szkodliwa dla swiata

-nasiona obok pestycydów maja wyjatkowo silny globalny charakter

PYTANIA

Odmiany mieszancowe

męsko sterylny- niepłodny

linia Owena- najcenniejsza

Po kilku krzyżowaniach linia sterylna staje się taka jak linia Owena.

Homogenicznosc fenotypowa- odmiany mieszancowe sa genetycznie homogenne (Aa) co powoduje, ze SA także fenotypowo homogenne. Homogennosc jest wazna gdy operujemy pojeciem plon handlowy zamiast plonu biologicznego.

Plon handlowy- plon nadajacy się do sprzedazy roslin, rosliny Male i zbyt duze sa odrzucane. Stad mieszance i odmiany populacyjne mogą mieć zbliżony plon biologiczny- ale plon handlowy mieszańców będzie wiekszy.

Odmiany mieszancowe sa drogie- dlatego wysiewamy ich mniej, dlatego musza mieć wiekszy wigor- dltego musi być wyższy poziom uszlachetnienia- stad wyzsza cena nasion (sprzężenia zwrotne).

Cena nasion mieszancowych jest wyzsza niż nasion konwencjonalnych.

Heterozja wystepuje tylko w I pokoleniu. W jaki sposób ja ustalic?

apomiksja- sposób rozmnazania bez zapłodnienia, powstaje klon, chodzi tu o p\artenogeneze.

Mieszance rozmnazane apomiktycznie- heterozja w nastepnych pokoleniach.

Fakultatywne apomikty- wykorzystywane w hodowli i krzyzowaniu. Po uzyskaniu odmiany- wybor obligatoryjnych apomiktow i rozmnazanie w pelni apomiktyczne.

Produkcja nasienna odmian mieszancowych

Aby rozmnażać odmiany mieszancowe trzeba prowadzic produkcje nasienna.

1.Formy żeńskie (ms) i meskie zapylane sa oddzielone przestrzennie ( zbierane oddzielnie0 WYSIEWANE W ODDZIELNYCH RZEDACH.

Nasiona mieszancowe zbierane sa z formy ms czyli z 50-70% pola. nasiona zebrane z zapylacza sluza do jego rozmnazania- samozapylenie.

Najwazniejsze- nie zmieszac nasion

Specjalne maszyny przeprowadzaja kastracje roslin.

Schemat produkcji nasiennej opartej linie samo niezgodne. Obie linie S1;S2 i S3;S4 sa jednoczesnie komponentem matecznym i ojcowskim. Nasiona mieszancowe zbierane z obu linii.

Ale jak produkowac linie rodzicielskie, skoro nie mogą same się zapylac. Dlatego wykonuje się zapylanie paczkowe.

Genetyczne podstawy roslin samopylnych

Zmiennosc genetyczna ukazuje się poraz pierwszy w F2 potomstwo jednak w 50% heterozygotyczne. Pamietaj heterozygota niesie z soba efekt heterozji. HETEROZYGOTYCZNOSC= HETEROZJA

Aa*Aa= rozszczepienie %)% homo i 50% hetero.

Homozygoty sa gorsze pod względem gospodarczym.

Istota hodowli polega na tym

-kiedy je przeprowadzamy

-kazda linia może być nowa odmiana

Podstawowy problem hodowli roslin samo???

1 dobor odpowiednich partnerow

2 umiejetnosc selekcji wśród segregującego potomstwa

3 kiedy w którym pokoleniu zaczynamy selekcje

Sukces w holowli samo

- o sukcesie decyduje duza liczba pokoleniaF2 kilka tysięcy roslin. W losowym zbiorze czystych linii prawdopodobieństwo wystepowania w F2 linii …. w n loci wynosi (1/2)ⁿ

Gdyby w F2 udalo się wybrac najlepsze pojedynki selekcja bylaby bardzo efektywna.

Odmiana- potomstwo jednej linii lub mechaniczna mieszanka jednolitych genotypowo….

Panmiktyczne populacje obcoplodne

PYTANIA

1. Etapy hodowli:

• Nieświadoma hodowla (prowadzona przez rolników)

• Naukowa - I połowa XX w. Selekcja krzyżowanie  selekcja

• 1983 r - uzyskanie pierwszej rośliny transgenicznej - tyto

2. Penetracja genowa

Gdy osobniki o jednakowych genotypach różnią się fenotypowo, to mówimy o różnej penetracji genowej

Ekspresja genów  różne nasilenie cechy w fenotypie

3. Rodzaje penetracji

Pod względem genetycznym określamy penetrację jako częstotliwość z jaką dominujący lub recesywny allel ujawnia się w fenotypie

Wyróżniamy:

• Penetrację zupełną, genotyp = fenotyp

• Niezupełna  nie u wszystkich genotyp = fenotyp

4. Utrzymywanie roślin

FAO opracował zasady utrzymywania roślin w sztucznych kolekcjach

1. Kolekcje podstawowe  do max długiego przechowywania roślin bez manipulacji

2. Kolekcje aktywne  do średniego czasu, rozmnażania, wymiany, oceny, dokumentacji

3. Kolekcje robocze  każdy hodowca ma swój ekotyp powstały w skutek współdziałania ze środowiskiem

5. Autoploidy i ich właściwości

Autoploidy  rośliny, które maja więcej niż 2 kopie homologicznych chromosomów, tego samego gatunku. Powstają w wyniku działalności czynników mutagennych: promieniowanie UV, niska temp.

Właściwości:

• Zwiększenie komórek (gigantyzm)

• Większe komórki szparkowe, ziarna pyłku

• Wolniejszy wzrost i dojrzewanie

• Trudności z płodnością (mitoza - czynniki środowiskowe)

• Nie spełniły stawianych wymagań, sprawdzają się tylko tam gdzie interesują nas części wegetatywne

6. Alloploidy i ich właściwości

Alloploidy  mieszańce oddalone, międzyrodzajowe i gatunkowe. Czynnikiem determinującym płodność jest występowanie homologicznych chromosomów (w tych samych loci mają allele tych samych genów)

Sens uzyskiwania:

• Zmienność genetyczna

• Zróżnicowanie cech osobników  lepsze cechy

• Mieszańce są niepłodne

Wyróżniamy: aloploid sterylny - niepłodny, nie ma chromosomów homologicznych

Aloploid ferylny - płodny, uzyskiwany po działaniu kolchicyną

Np., pszenica, rzepak, pszenżyto, festulolium

7. Haploidy, powstawanie i wykorzystywanie

Haploid  organizm saprofityczne, o gametycznej liczbie chromosomów

Uzyskiwanie

• In vitro

• Androgeneza - wykorzystanie pyłku lub pylników, na pożywce zachodzi embriogeneza 9wytworzenie zarodków somatycznych) lub przez hallus

• Ginogeneza - powstanie zarodka lub rosliny z niezapłodnionej komórki jajowej

• In vivio

• Partenogeneza - rozwój zarodka z niezapłodnionej komórki jajowej

• Redukcja somatyczna - eliminacja chromosomu 1 gatunku w komórce zarodka mieszańcowego

Wykorzystanie:

• W hodowli roślin

• Prowadzenie hodowli z poziomu 4x do 2x

• Szybkie uzyskanie linii homozygotycznych

• W badaniach genetycznych

• W analizie genomów i ustalenia dróg ewolucji gatunków

• W badaniach mutacyjnych (bo allel jest pojedynczy i ujawnia się fenotypowo

Etapy somatycznej hybrydyzacji

• W 1902 roku powstała koncepcja łączenia komórek, tzw. somatyczna hybrydyzacja

I etap - uzyskanie nagich komórek

II łączenie - fuzja protoplastów

III selekcja produktów fuzji (nie wszystkie się połączyły)

IV uzyskanie roślin mieszańcowych metodą kultur tkankowych

8. Co to są heterokariocyty?

Heterokariocyty  mieszaniec, który ma połączone jądra, organelle obu organizmów

9. Hybryda somatyczna - aby ją uzyskać, musi być zgodność chromosomalna, dlatego dobre jest łączenie gatunkowo spokrewnionych, często łączy się dzikie

10. Współczynnik odziedziczalności, zjawisko korelacji

H²


Jeśli h² =0,3 (30%) to zmienność cechy w 30% determinowana jest genotypem, a 70% przez środowisko

Gdy h² = 0 - wartość zmienności zależy tylko od środowiska, selekcja jest nieskuteczna

Gdy h² = 1 - to całość zależy od genotypu, może być przekazywana

Zjawisko korelacji  istnieje współczynnik korelacji, który informuje nas o sile związku między cechami. Wówczas gdy jedna cecha rośnie, druga maleje. Zwykle zjawisko korelacji jest ujemne.

Od czego zależy efektywność selekcji.

• Od wielkości populacji

• Od zmienności cechy w populacji

• Od ostrości selekcji

• Od liczby cech

11. Rodzaje selekcji (prócz masowej i indywidualnej)

• Następcza - prowadzona na jedna cechę, potem na następną, aż uzyskamy „pułap selekcji”

• Niezależna - na kilka cech jednocześnie ( intensywność selekcji danych cech jest mniejsza, ale większy postęp hodowlany)

• Wskaźnikowa - dla każdej cechy ustalamy pewne, wskaźnikowe skale porównawcze, które sumujemy. Interesuje nas tylko suma punktów, w skrajnych wartościach jedna cecha ma 100 punktów, a druga 0 punktów. WSP - wskaźnikowe skale porównawcze

12. Program hodowlany  zakłada cele hodowli, zasady krzyżowania, selekcji, doboru materiału, zależy od sposobu krzyżowania i rozmnażania i kojarzenia roślin

• Płciowo - łączą się gamety, zmienność w potomstwie

• Bezpłciowo - apomiksja, partenogeneza, zarodek nie ma charakteru mieszańcowego

Cel -> uzyskać odmiany heterozyjne (brak rozszczepienia cech)

Sposoby kojarzenia

• Samopylne - populacje homozygotyczne

• Obcopylne - swobodne (panmiktyczne) ustalenie równowagi zgodnie z prawem Hardiego - Webera

13. PPO - panmiktyczna populacja obco płodna

1. Metoda hodowli odmian populacyjnych

• Selekcja masowa - bardzo prosta, duża populacja = duża odziedziczalność, możliwość kontroli zapylenia

• Selekcja indywidualna - bardzo skomplikowana, pozwala na lepszą ocenę roślin przez ocenę ich potomstwa (metoda rezerw)

2. Hodowla odmian syntetycznych - podobna do heterozyjnej. Populacja powstała wskutek swobodnego przekrzyżowania linii wsobnych. Oceniane wg wartości kombinacyjnej

14. Heterozja - efekty i hipotezy

Heterozja (schill) - wigor mieszańców pokolenia F₁ wykracza pod względem cechy poza zakres form rodzicielskich

Efekty:

• Dotyczą głównie cech ilościowych

• Cechy o dużej odziedziczalności w małym stopniu ujawniają heterozje

• W cechach jakościowych zmiana wartości efektu cechy jest prawie niezauważalna

Hipotezy:

• Dominowanie - zakłada, że w determinowaniu heterozji liczą się tylko geny dominujące, ale można uzyskać homozygoty tak samo produktywne jak heterozygoty.

• Naddominacja - w stanie heterozygotycznym gen silniej dominuje niż stanie homozygotycznym. Zakłada, że wigor mieszańca mającego gen dominujący i recesywny jest większy niż u homozygot. Nie można uzyskać homozygot tak samo produktywnych jak heterozygot.

• Równowaga genetyczna - efekt heterozji - silnie współdziałanie w obrębie genotypów. Jeden allel działa stymulująco, a drugi obniżająco, a efekt ostateczny zależy od współdziałania.

• Słabego ogniwa - zakłada, że ostateczne efekty zależą od współdziałania ogniw, od najsłabszego bo gdy pęknie to cały łańcuch się rozpada

15. Zalety i wady odmian mieszańcowych

zelety

• Duzy plon i jakość - efekt heterozji

• Możliwość zrekombinowania w odmianie cech dominujących

• Odmiany są homogeniczne (jednorodne)

• Trudna kradzież materiałów hodowlanych

• Wady

• Wysoki koszt produkcji nasion

• Co roku trzeba odnawiać materiał hodowlany

• Wąska baza genetyczna, wzrasta możliwość porażenia szkodnikami i chorobami

16. Zalety i wady gametoidów

Zalety:

• Zbędne jest uzyskanie linii męsko sterylnych

• Linie, w których jest problem z pyleniem mogą być wykorzystywane jako komponenty mateczne

• Oszczędność czasu

Wady:

• Może powodować sterylność form matecznych

• Skrócenie czasu kiedy znamię jest zdolne do przyjęcia pyłku

• Deszcze i silny wiatr może uniemożliwić zabieg oprysku

• Przed opryskiem należy uwzględnić współdziałanie gamet środ. I genotypów

17. Hodowla odpornościowa

W 1905 roku Biffen powiedział, że odporność dziedziczy się zgodnie z prawami Mendla, warunkowana jednym, dwoma lub wieloma genami

• Odporność monogeniczna (nieodporne rośliny są porażone, a odporne nie) (jeden gen odporności), układ 0-jedynkowy - mechanizmy nadwrażliwości - obumieranie tkanek

• Poligeniczna - krzywa Gausa - każdy gen działa słabo

18. Doświadczenie Flora - (1947 - 1956) (lnu na rdzę)

Każdemu genowi odporności roślinie żywiciela odpowiada specyficzny gen wirulencji patogenu. Reakcja odpornościowa zachodzi wówczas, gdy roślina żywicielska posiada dominujący gen odporności, który nie był zrównoważony przez odpowiedni gen warunkujący wirulencję u patogena.

19. Boom a Boust

Jeśli wyhodujemy odmianę odporną to plon będzie wysoki, patogen musi wówczas zmienić genotyp. Człowiek znów hoduje odmianę odporną, więc znika patogen, a rośnie roślina, Wynika to z wyczerpania genów roślin odpornych. Z cyklem tym mamy do czynienia przy mechanizmie nadwrażliwości. Cykle te są ciągłe (np. zanik cholery)

20. Właściwa hodowla odpornościowa

• U obcopylnych

• Selekcja masowa - ciągła poprawa poziomu odporności

• Metoda krzyżówkowa - krzyżowanie z odpornymi i hodowla w rodach

• U samopylnych

• Selekcja masowa - jeśli znajdziemy jedna formę odporną to może ona dać początek odmiany

• Metoda krzyżówkowa - krzyżowanie wypierające (wsteczne). Bierzemy dziką odporną formę męską i nieodporną uprawną formę żeńską. Nasycamy mieszańca genami odpornymi z testowaniem.

Przez metodę krzyżówkową otrzymujemy odmiany multiliniowe (linie izogeniczne) - różnica jednym genem odporności, tylko jedna linia nieodporna na te rasę patogena.

• U rozmnażanych wegetatywnie - problem to wirusy (V) odcięcie merystemu wierzchołkowego i rozmnażanie In vitro - i uzyskamy formy odporne

21. Zalety i wady GMO

• Zalety

• Korzyści ekonomiczne

• Korzystne z punktu widzenia przemysłu (np. wzrost jakości)

• Jako szczepionki

• Likwidowanie głodu na świecie?

• Zmniejszenie zużycia pestycydów?

• Zwiększy się zysk rolnika, a jednocześnie spadną ceny żywności

• Złoty ryż wyleczy dzieci w III świecie (prowitaminę A)

• Wady

• Niepożądane przekrzyżowania (rzepak z chwastami z rodziny krzyżowe)

• Rośliny mogą być toksyczne dla fauny pożytecznej (pszczoły)

• Alergie u ludzi

• Mogą zajść transformacje organizmów glebowych

• Odporność owadów na toksynę Bt (owady przeżywają na bawełnie Bt wytwarzającej toksynę

• Powstawanie chwastów odpornych na glifosat

22. Porównaj łatwość produkcji nasiennej i heterozji pojedynczej i podwójnej mieszańców kukurydzy

• Pojedyncza - mały plon nasion, Duzy plon masy wegetatywnej

• Podwójna - odwrotnie, duży plon nasion, a mały masy wegetatywnej

23. Zarodek - triploidalny

Bielmo -tetraploidalne

24. CLW - czysta linia wsobna - brak zmienności genetycznej

25. Dlaczego samozapylenie u roślin obcopylnych powoduje negatywne konsekwencje genetyczne, a u samopylnych nie.
    Wzrost homozygotyczności i wzrasta ryzyko ujawniania się genów letalnych

26. Na jakim poziomie ploidalności i dlaczego powinny być osobniki wskazujące na mutagenny wpływ środowiska
    Gdy mamy monoploidy i zdublujemy chromosomy to mamy 100% pewności o homozygotyczności osobników. Haploidy SA dobre bo maja tylko 1 allel danego genu. Dzieki temu haploidy dobre SA do badania mutacyjnego wpływu środowiska. Stosowane są w badaniach mutacyjnych

• Podwyższony stopień ploidalności - kopie genu przed mutacjami

1

---