Hodowla odpornościowa roślin
Wykład 1
Hodowla roślin- działalność zmierzająca do wytworzenia i zachowania odmian roślin
uprawnych.
Hodowla twórcza- mająca na celu tworzenie nowych odmian
Hodowla zachowawcza- mająca na celu zachowanie charakterystycznych właściwości oraz
wyrównania i trwałości wytworzonych odmian
Odmiana powinna być odrębna, wyrównana i trwała (OWT)
Historia hodowli:
Procesy ewolucyjne------gatunki dzikie
Lokalne przystosowanie ------ rośliny uprawne
Zabiegi uprawowe------populacje miejscowe
Selekcja------ odmiany
PoczÄ…tek systematycznej hodowli:
1860- Władysław Pepłowski z Sarnowa- oddał sąsiadom 800 korców pszenicy Sarnowskiej
Luther Burbank (1849- 1926)- skrzyżował ziemniaki zarażone zarazą ziemniaczaną z
ziemniakami zdrowymi (odpornymi)
Etapy hodowli twórczej:
1. Postawienie celu hodowlanego
2. Zgromadzenie materiałów wyjściowych
3. Tworzenie nowej zmienności genetycznej
4. Selekcja
5. Ocena otrzymanych genotypów
6. Rejestracja odmiany
Wiedza potrzebna do prowadzenia hodowli:
·ð Pochodzenie i systematyka (dzicy przodkowie, dzikie gatunki pokrewne, odmiany
botaniczne, ekotypy)
·ð Znajomość zakresu naturalnej zmiennoÅ›ci cech
·ð Biologia gatunku (biologia kwitnienia, techniki krzyżowania)
·ð Cytologia i embriologia (techniki barwienia chromosomów, wybarwienie ziaren pyÅ‚ku)
·ð Genetyka (uwarunkowanie genetyczne cech- monogenicznie; allele dominujÄ…ce,
recesywne; rodzaj dziedziczenia; współdziałanie między genami; sprzężenia genów;
odziedziczalność; cała genetyka molekularna; inżynieria genetyczna)
·ð Uprawa roli i roÅ›lin (agrotechnika, gleboznawstwo, chemia rolna, ochrona roÅ›lin,
fitopatologia, embriologia)
·ð DoÅ›wiadczalnictwo (zakÅ‚adanie doÅ›wiadczeÅ„, analiza systematyczna wyników)
Rośliny transgeniczne
1. Metody transformacji roślin:
a) Wektorowe:
·ð Agrobacterium tumefaciens (plazmid Ti)
·ð Agrobacterium rhizogenes (plazmid Ri)
b) Bezwektorowe:
·ð Elektroporacja
·ð PEG
·ð Mikrowstrzeliwanie
·ð Mikroiniekcja
Transformacja wektorowa:
·ð Ograniczona głównie do roÅ›lin dwuliÅ›ciennych
·ð Najczęściej wÅ‚Ä…czany pojedynczy transgen
Transformacja bezwektorowa:
·ð Bez ograniczeÅ„ gatunkowych
·ð Niestabilne, wielokopijne kompleksy trans genów
·ð WiÄ™ksze tendencje do wyciszania i zaburzeÅ„ ekspresji
2. Etapy uzyskiwania GMO:
·ð Przygotowanie DNA
·ð Wprowadzanie DNA
·ð Integracja do genomu
·ð Selekcja transformatorów
·ð Odtwarzanie organizmu
3. Przygotowanie DNA
·ð Sekwencje, które chcemy wstawić:
o Sekwencja kodujÄ…ca
o Promotor
·ð Sekwencje pomocnicze
o Sekwencje plazmidu
o Sekwencje pomagajÄ…ce przy wprowadzaniu DNA
o Sekwencje pomagajÄ…ce przy integracji DNA
o Sekwencje niezbędne do selekcji transformatorów
4. Agrobacterium tumefacjens
·ð Bakteria zdolna do wprowadzania genów do komórek roÅ›linnych
·ð Naturalnie wprowadza gen biosyntezy aminokwasów i hormonów
·ð Po przerobieniu może wprowadzić geny wybrane przez czÅ‚owieka
·ð Bakterie te sÄ… bakteriami glebowymi
Plazmid Ti- obszar przenoszony do komórek roślinnych, zawiera geny biosyntezy opin
i fitohormonów
Bakteria-----Izolacja DNA-----Namnażanie genu (klonowanie)-----Sporządzenie konstrukcji
glebowej-----Transformacja rośliny-----Konwencjonalna hodowla
5. Przygotowanie pożywek
Dla bakterii
Dla roślin
·ð Regeneracyjne
·ð Selekcyjne z antybiotykami
·ð Antybiotyki sÄ… wrażliwe na wysokÄ… temperaturÄ™ i dodajemy je do pożywki po
sterylizacji. Antybiotyki sterylizuje siÄ™ przez filtrowanie.
6. Otrzymanie roślin do transformacji
·ð Sterylizacja i wysiew nasion: Dla każdego materiaÅ‚u należy dobrać najbardziej
właściwe warunki sterylizacji (rodzaj, stężenie, czas działania substancji
sterylizującej, które są kompromis: sterylność a uszkodzenie)
·ð Podchloryn: W celu zapewnienia lepszej penetracji czynnika sterylizujÄ…cego:
moczenie w alkoholu etylowym, dodawanie detergentu
·ð KieÅ‚kowanie: Nasiona po sterylizacji umieszczane sÄ… w pÅ‚ytkach Petriego lub
słoikach na pożywkach umożliwiających ukorzenienie się tych roślin.
·ð Wzrost siewek i roÅ›lin w kontrolowanych warunkach w fitotronie.
Cięcie eksplantantów
·ð Eksplantaty: MateriaÅ‚ roÅ›linny, z którego inicjowana jest kultura. Najczęściej sÄ… to
fragmenty jakiegoÅ› organu.
·ð Eksplantaty sÄ… pobierane z liÅ›ci i fragmentowane na kawaÅ‚ki.
Przygotowanie Agrobacterium
Inokulacja- kokultura
·ð Eksplantaty zalewa siÄ™ przygotowanÄ… pożywkÄ… z bakteriami. Inokulacja i ko
kultura wzmacniajÄ… procesy stresowe Eksplantaty.
Eliminacja Agrobacerium
·ð Po okresie kokultury bakterie musza zostać wyeliminowane jak najszybciej.
Płukanie eksplantatów w antybiotyku i dodawanie go do pożywki regeneracyjnej.
Wykładanie eksplantatów na pożywki regeneracyjne i selekcyjne
·ð Stosowanie czynnika selekcyjnego po zakoÅ„czeniu kokultury może zahamować
regeneracjÄ™.
·ð Selekcja powinna:
o Wyeliminować lub osłabić komórki, które nie uległy transformacji
o Komórki transgeniczne mają aktywne geny i nie powinny negatywnie
reagować na antybiotyk.
o Wybór strategii selekcji zależy od promotora i genu markerowego, reakcji
tkanek i sposobu regeneracji.
Regeneracja roślin
·ð Po 2-3 tygoniach pojawia siÄ™ kallus na eksplantach w miejscu zranienia. Z niego
formują się pędy.
·ð PojawiajÄ… siÄ™ pÄ™dy: Po 6 tygodniach pojawiajÄ… siÄ™ pÄ™dy, które sÄ… odcinane od kalusa.
·ð Ukorzenianie: Po zregenerowaniu pÄ™dów roÅ›liny sÄ… gotowe do ukorzenienia i
przeklada się je na pożywki do ukorzenienia.
·ð RoÅ›liny transgeniczne: W peÅ‚ni zregenerowane roÅ›liny, które wyrosÅ‚y na pożywkach
selekcyjnych. Otrzymuje siÄ™ je po ok. 12 tygodniach.
·ð Z pożywki do ziemi: Ukorzenione roÅ›liny po selekcji przenosi siÄ™ do doniczek z ziemiÄ….
Około 13 tygodnia.
7. Efektywność transformacji- wyrażana jest najczęściej procentem eksplantatów z
których zregenerowano transgeniczny pęd.
8. Geny markerowe stosowane w transformacji
Geny markerowe (selekcyjne)- nadające zdolność do przeżycia w warunkach selekcyjnych
Selekcja transformantów
·ð Wydajność transformacji jest mocno ograniczona
·ð Wprowadzenie genu odpornoÅ›ci na antybiotyk (herbicyd)
9. Geny reporterowe stosowane w transformacji
Geny reporterowe- pozwalajÄ… na wizualizacjÄ™ ekspresji trans genu
·ð Histologiczne- pozwalajÄ… okreÅ›lić fenotyp po potraktowaniu substratem lub
podczas obserwacji w specjalnych warunkach
·ð Morfologiczne- zmiany w morfologii roÅ›lin
·ð ZwiÄ…zane z pigmentacjÄ… (najczęściej z produkcjÄ… antocyjanów)
10. Wprowadzanie DNA
a) Metody bezpośrednie
·ð Elektroporacja
·ð Mikroiniekcja
·ð Strzelba genowa
Elektroporacja- fizyczna, polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które
naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może
przeniknąć do wnętrza komórki. Robiona na protoplastach.
Mikrowstrzeliwanie- fizyczna, wykorzystuje mikroskopijne kulki ze złota lub wolframu o
średnicy 0,5-5 mikrometra. Fragmenty DNA, które pragnie się wprowadzić do komórki są
spłaszczane na tych kulkach, a następnie wstrzeliwane do komórek roślinnych. Używana jest
do tego tzw. armatka genowa. Wadą metody jest niska wydajność oraz mogące wystąpić
uszkodzenia komórek. Zaletą: komórki nie muszą być pozbawiane ściany komórkowej,
można wprowadzić do np.: do fragmentu liścia i ja i DNA może zostać wprowadzona także do
chloroplastów i mitochondriów.
Z użyciem PEG, chemiczna- polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego (PEG), który
powoduje zwiększanie przepuszczalności błony komórkowej poprzez prowadzenie do niej
chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wniknięcie trans genu do komórki
wraz z DNA nośnikowym.
Fuzja liposomów- tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Tworzy się je
poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej na roztworze z cząsteczkami DNA i
wstrząsanie nie- powstają wtedy kuleczki błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z
protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA.
Mikroiniekcja- polega na wprowadzeniu DNA za pomocą igły mikromanipulatora,
doświadczenie wykonywane jest ręcznie przez człowieka. Metoda praco- czasochlonna.
Rośliny transgeniczne na rynku
·ð RoÅ›liny z genem Bt sÄ… chronione przed atakiem owadów, zmniejszajÄ… zużycie
pestycydów. Rośliny wytwarzają białka toksyczne dla niektórych owadów.
·ð RoÅ›liny tolerancyjne na herbicydy, rolnicy mogÄ… stosować specyficzne herbicydy do
walki z chwastami bez uszkodzenia uprawy.
·ð RoÅ›liny odporne na choroby, uzbrojone do walki z chorobami wirusowymi
(szczepionki roślin)
·ð Oleje spożywcze zachowujÄ… strukturÄ™ w Wysokiem temp. Redukcja obróbki przed
sprzedażą, zdrowsza żywność.
·ð Zdrowsze oleje jadalne- zmniejszone tÅ‚uszcze nasycone.
·ð Opóz
nione dojrzewanie owoców i warzyw- lepszy smak, kolor, lepsze do transportu,
dłuższa żywność
·ð rBST- forma zrekombinowana naturalnego enzymu somatotropiny zwiÄ™kszenie
produkcji mleka o 10-15%
·ð Enzymy (chymozyna)- czystsza, stabilniejsza niż z cielÄ…t (60% produkcji serów
twardych)
Cztery najważniejsze uprawy modyfikowane:
·ð Soja 80%
·ð Kukurydza 70%
·ð BaweÅ‚na 70%
·ð Rzepak
Co najczęściej modyfikujemy?
·ð Odporność na herbicydy
·ð Odporność Å‚Ä…czona (na herbicyd i szkodniki)
·ð Odporność na szkodniki
Kraje z najwięcej GMO
·ð USA
·ð Brazylia
·ð Argentyna
·ð Indie
·ð Kanada
Etapy hodowli twórczej:
1. Postawienie celu hodowlanego
2. Zgromadzenie materiałów wyjściowych
3. Tworzenie nowej zmienności genetycznej
4. Selekcja
5. Ocena otrzymanych genotypów
6. Rejestracja odmiany
Główne cele hodowli:
1. Jakość plonu
2. Wysokość plonu
Intensyfikacja produkcji biomasy
Tolerancja na niekorzystne warunki pogodowe i środowiskowe:
·ð Odporność na suszÄ™, na nadmiar wilgoci
·ð Odporność na upaÅ‚y i chÅ‚ody
·ð Mrozoodporność, zimotrwaÅ‚ość
·ð Odporność na zasolenie gleby
Odporność na choroby i szkodniki:
·ð Choroby i szkodniki obniżajÄ…ce biomase
·ð Choroby i szkodniki niszczÄ…ce wÅ‚aÅ›ciwy plon
·ð Choroby i szkodniki obniżajÄ…ce jakość plonu
Wnioski:
1. Hodowca powinien umieć sprecyzować swoje cele hodowlane
2. Hodowca powinien widzieć przed sobą pewien rodzaj ideo typu rośliny
3. Hodowca powinnien umieć przewidzieć jakie właściwości odmiany będą najbardziej
przydatne za 10-20 lat.
4. Hodowca musi być przygotowany do zmiany celu hodowlanego.
5. Hpdowca powinien zdać sobie sprawę z tego, że nigdy nie uda mu się stworzyć
odmiany hodowlanej.
Materiały wyjściowe do hodowli
Gromadzenie zmienności genetycznej
Pula genetyczna:
·ð Odmiany zarejestrowane, linie, rody i inne materiaÅ‚y hodowlane
·ð Populacje miejscowe
·ð Gatunki dzikie, odmiany botaniczne, ekotypy
Tworenie nowej zmienności genetycznej
Pula genetyczna:
·ð Mutanty
·ð RoÅ›liny transgeniczne
·ð Populacje mieszaÅ„cowe
Materiały hodowlane
Odmiany uprawne stare i aktualnie zarejestrowane:
·ð Linia czysta- potomstwo pochodzÄ…ce z samozapylenia jednej homozygotycznej
rośliny samopylnej
·ð Ród hodowlany- potomstwo wyselekcjonowanych roÅ›lin obcopylnych rozmnażanych
generatywnie bez kontroli wzajemnego zapylenia
·ð Klon- potomstwo roÅ›liny rozmnażanej wegetatywnie
Gatunki dzikie:
·ð y
ródło genów odporności na choroby i szkodniki
·ð y
ródło genów odporności na niekorzystne warunki środowiskowe: suszę, niskie
temperatury, zasolenie gleby
·ð Cenne zwiÄ…zki chemiczne
·ð OÅ›rodki pochodzenia roÅ›lin uprawnych
·ð Kolekcje, banki genów
·ð BezpoÅ›rednie wprowadzanie odmian: roÅ›liny ozdobne, zioÅ‚a
·ð Komponenty do krzyżowania: bariery krzyżowania oddalonego
Ośrodki pochodzenia roślin uprawnych (9 ośrodków)
·ð Centra różnicowania genetycznego:
o Brak lub rzadka wymiana nasion
o Brak selekcji sztucznej
o Selekcja naturalna niezbyt intensywna
o Silnie zróżnicowane warunki agroekologiczne
o Uprawa na małych, odizolowanych polach
o Wysoka częstość spontanicznych mutacji
o Sprzyjające warunki do krzyżowania
·ð Miejsca wystÄ™powania dzikich przodków, form pokrewnych i poÅ›rednich, endemitów
·ð OÅ›rodki wtórne- miejsce różnicowania nie pokrywa siÄ™ z miejscem wystÄ™powania
dzikiego przodka
Populacje miejscowe:
·ð Zbiorowiska roÅ›lin należących do jednego gatunku, morfologicznie podobnie lecz
zróżnicowane pod względem genetycznym, powstały w rezultacie długotrwałej
uprawy danego gatunku na ograniczonym obszarze
Wykorzystanie:
·ð Uprawa odmian miejscowych- populacje roÅ›lin uprawiane w danym rejonie bez
stosowania zabiegów hodowlanych
·ð Wprowadzanie odmian drogÄ… selekcji
·ð Komponenty do krzyżowania -z
ródło genów odporności na niekorzystne warunki
środowiskowe: suszę, niskie temperatury, zasolenie gleby, z
ródło genów odporności
na choroby i szkodniki
·ð Populacje miejscowe w Polsce: cebula, kapusta biaÅ‚a, lnianka siewna, ogórek,
soczewica, pomidor, fasola wielokwiatowa- tyczna, żyto, pszenica, orkisz)
Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych
·ð Warszawa
·ð PoznaÅ„- fasola, len, konopie
·ð Bonin- ziemniak
Kolekcje roślin uprawnych
Cele tworzenie kolekcji:
·ð Zapobieganie utracie cennych genotypów
·ð Zbieranie, ocena, udostÄ™pnianie genotypów roÅ›lin uprawnych
·ð Prace badawcze nad ewolucjÄ… roÅ›lin uprawnych
Badanie materiałów wyjściowych
Doświadczenia na małych poletkach (1-6 M2) min. 3 lata
Obserwacje:
·ð Tempo wzrostu i rozwoju
·ð Termin i dÅ‚ugość kwitnienia
·ð DÅ‚ugość okresu wegetacji
·ð Reakcja fotoperiodyczna
·ð Odporność na stres Å›rodowiskowy
·ð Ważniejsze cechy morfologiczne
·ð Cechy struktury plonu
·ð SkÅ‚ad chemiczny
Wykład 5 30.03.2015
Selekcja
A. CHOROBY GRZYBOWE
Hodowla odmian odpornych i tolerancyjnych
·ð Rozwój hodowli odpornoÅ›ciowej rozpoczÄ…Å‚ siÄ™ prawie 100 lat temu w
Kalifornii (kędzierzawka wierzchołkowa, rhizomania)
Fuzaria kłosów
·ð Głównymi sprawcami fuzariozy kÅ‚osa sÄ…: Fusarium culmorum, F.
graminearum, F. avenaceum, F. poae
·ð Dominacja danego gatunku jest uzależniona od jego wymagaÅ„ termicznych
·ð F. culmorum przeważa głównie w regionach o klimacie umiarkowanym, np.
morskim. Charakteryzuje siÄ™ umiarkowanÄ… temperaturÄ… w ciÄ…gu lata (Niemcy,
Holandia, Skandynawia, Polska)
·ð F. graminearum dominuje w regionie o klimacie cieplejszym. Charakteryzuje
się wysokimi temperaturami w ciągu lata (USA, Kanada), śródziemnomorskim
(płd Europa), zwrotnikowym (Chiny).
·ð Zmienność genetyczna odpornoÅ›ci na fuzariozÄ™ kÅ‚osa jest dobrze
udokumentowana u pszenicy i w gatunkach pokrewnych.
·ð Nieznane sÄ… z
ródła odporności pełnej, tzn. jak dotąd u badanych genotypów
pszenicy nie znaleziono immunii.
·ð Odporność na fuzariozÄ™ kÅ‚osów dzieli siÄ™ na dwa główne mechanizmy:
o I pasywny mechanizm dotyczący głównie powiązania cech
fenologicznych i morfologicznych z odpornością
o II aktywny- opiera się na fizjologicznej odpowiedzi na zakażenie roślin.
Warunkowany jest przez konkretne geny (QTL-e) odporności.
·ð Typy odpornoÅ›ci
o Typ I dotyczy odporności roślin na infekcję
o Typ II odpowiada za odporność na rozprzestrzenianie się grzybni w
kłosie
o Typ III dotyczy akumulacji toksyn fuzaryjnych w ziarnie
o Typ IV odpowiada za porażenie ziaren
o Typ V odpowiada za szeroko rozumianą tolerancję na zakażenie, czyli
możliwość uzyskania wysokiego plonu ziarna pomimo silnego
porażenia przez FHB
·ð Wysoko odporne genotypy pszenicy jarej pochodzÄ… z :
o Chin (Sumai 3, linie Ning, linie, Wuhan)
o Japonii (Nibeokabazu-komugi, Shinchunaga)
o Brazylii (Frontana, Encruzilhada)
·ð Pszenicy ozimej: Arina, Praag 8, Bence, Ringo, Star, linie SVP
·ð Podstawowe z
ródło odporności: Suami 3 i odmiany spokrewnione
·ð Efektem fuzariozy kÅ‚osa może być:
o Obniżenie masy ziarniakow
o Pomarszczenie ziarniaków
o Osłabienie siły kiełkowania
o Zasiedlenie ziarniaków przez Fusarium spp. Oraz zakażenie
mykotoksynami fuzaryjnymi: DON, ZON, NIV, alfa toksynÄ™ B1, ochra
toksynÄ™ A (OTA), fumonizynÄ™ B1
·ð Mykotoksyny sÄ… toksycznymi metabolitami wtórnych grzybów należących do
rodzaju Fusarium
Za powstanie danych mykotoksyn odpowiedzialne są poszczególne gatunki
grzybów.
o F. graminearum i culmorum (wytwarzajÄ… DON)
o F. poae i cerealia (NIV)
·ð Wykonanie inokulacji roÅ›lin patogenicznymi grzybami zwiÄ…zane z badaniem
odporności odmian na te czynniki chorobotwórcze:
o Przygotowanie inokulum
o Hodowla grzybów w laboratorium
o Przygotowanie zawiesiny zarodników do inokulacji roślin w
doświadczeniu polowym
o Określenie ograniczenia fuzariozy w zależności od stosowanych
programów ochrony roślin
METODY INOKULACJI
1. Metoda przez oprysk
2. Wstrzykiwanie substancji
3. Umieszczenie przerośniętych grzybnią Fusarium ziarniaków kukurydzy na
poletkach z testowanymi roślinami,
·ð Zgnilizna Twardzikowa powodowana przez S. sclerotiorum zaliczana do
ważnych chorób o dużym znaczeniu ekonomicznym z powodu znaczącego
wpływu na obniżenie plonu nasion.
Wykład 6 13.04.2015
Molekularne podstawy procesów odpornościowych
1. Rodzaje oddziaływań patogen-roślina
Odporność właściwa:
a) Pozioma (na różne rasy jednocześnie)
b) Pionowa (jeden gen)
c) Czynna (nabyta)
d) Bierna (powszechna i specyficzna)
2. Odporność przedinfekcyjna (bierna) może być uwarunkowana przez:
·ð Czynniki uniemożliwiajÄ…ce przenikanie patogenu do roÅ›liny
·ð Czynniki uniemożliwiajÄ…ce rozprzestrzenianie siÄ™ patogenu w tkankach roÅ›lin
Mechanizmy te zwiÄ…zane sÄ… z morfologicznÄ…, anatomicznÄ… i chemiczna
budową rośliny np. tkanki okrywającej
3. Odporność poinfekcyjna (czynna) polega na zdolności roślin do czynnej reakcji
obronnej na działanie czynnika chorobotwórczego.
Jej mechanizmy to:
·ð Fizyczne i chemiczne bariery na drodze przenikania patogenów
·ð Neutralizowanie toksyn wydzielanych przez patogeny
·ð Wytwarzanie pod wpÅ‚ywem patogenu antyciaÅ‚
·ð Nadwrażliwość roÅ›lin na porażenie, w rezultacie której zainfekowane tkanki
ulegajÄ… nekrozie
4. O odporności na stres decydują:
·ð WA
AÅšCIWOÅšCI ORGANIZMU
o Decydują o podatności (wrażliwości) lub odporności (wytrzymałości)
jego struktur na działanie czynnika
o Zależą od genomu rośliny
o Mogą zmieniać się zależnie od etapu rozwojowego organizmu lub
tkanki
·ð ZDOLNOŚĆ ORGANIZMU DO NAPRAWY USZKODZEC

o Odtworzenie białek
o Kalus
o Uszkodzenie pierwotnego systemu korzeniowego może pobudzić
wytworzenie korzeni przybyszowych
·ð ZDOLNOÅšCI DOSTOSOWAWCZE ORGANIZMU
o Modyfikacje fizykochemiczne właściwości struktur komórkowych
Øð ADAPTACJA
o Skutek zmian zachodzÄ…cych w genomie osobnika w toku ewolucji
o Dziedziczenie zmiany struktury i funkcji
Øð AKLIMATYZACJA
o Niedziedziczalna modyfikacja struktury i funkcji osobnika podczas jego
rozwoju osobniczego w odpowiedzi na czynnik stresowy
o Pozwala na zminimalizowanie uszkodzeń i lepsze dostosowanie osobnika
do aktualnie panujących warunków
o Hartowanie
o Zmiana aktualnie realizowanego procesu genetycznego indukowanej przez
czynnik stresowy
5. Białka stresowe:
·ð BiaÅ‚ka zaangażowane w przekazywanie sygnałów
·ð Proteazy, inhibitory proteaz
·ð BiaÅ‚ka zwiÄ…zane ze Å›ciana komórkowÄ…, cytoszkieletem, DNA
·ð Enzymy zwiÄ…zane z metabolizmem lipidów i wÄ™glowodanów
·ð Enzymy odpowiedzialne za regulacjÄ™ poziomu reaktywnych form tlenu
·ð BiaÅ‚ka wiążące metale ciężkie
·ð Enzymy zaangażowane w obronÄ™ komórek przed inwazjÄ… patogenu
·ð Enzymy zaangażowane w biosyntezÄ™ substancji kompatybilnych, barwników
fotosyntetycznych i zawiązków fenolowych.
Białka, których synteza ulega wzmożeniu pod wpływem stresu:
Øð HSP (biaÅ‚ka szoku cieplnego)
Øð BiaÅ‚ka zwiÄ…zane z dziaÅ‚aniem niskiej temperatury (COR, CAP, LTI, AFP)
Øð Osmotyna
6. Hipoteza gen -na- gen
·ð Model interakcji pomiÄ™dzy patogenem a gospodarzem (Flor 1956)
·ð Hipoteza gen- na  gen opisujÄ…ca bezpoÅ›rednie oddziaÅ‚ywania pomiÄ™dzy:
o Produktami genów R gospodarza i
o avr patogenu
·ð ZakÅ‚ada ona, że geny R kodujÄ… receptory rozpoznajÄ…ce czynniki avr patogenu i
w efekcie uruchamiają reakcję odpornościową powodującą zahamowanie
rozwoju patogenu, co w szczególnych przypadkach może prowadzić do
lokalnej&
·ð Odbiór- geny R muszÄ… umożliwiać specyficzne wykrycie konkretnego sygnaÅ‚u-
obecności patogenu. Produkt translacji mRNA genu R odbiera sygnał-
obecność produktu genu avr (czynnik wirulencji)
·ð Przekaz- geny R muszÄ… umożliwiać wywoÅ‚anie konkretnej reakcji komórki-
przekaz sygnału np. przez aktywację kaskady kinaz
·ð Ta reakcja odpornoÅ›ciowa wystÄ™puje wtedy, gdy patogen posiadajÄ…cy gen
wirulencji Avr zaatakuje roślinę posiadającą gen odporności R.
·ð Patogen może posiadać kilka genów Avr, tak jak roÅ›lina może posiadać kilka
genów R. Geny R sterują reakcjami obronnymi.
W ramach tej reakcji może nastąpić wybuch tlenowy, synteza białek PR, fito
aleksyn, ligniny itp.
Co kodujÄ… geny R:
o Enzymy kinazy
o Receptory kinaz
7. Hipoteza strażnika- zakłada, że białka R rozpoznają efektory patogenu pośrednio
poprzez białka dodatkowe, które są bezpośrednim celem efektorów patogenu.
8. Odporność monogeniczna- warunkowana przez pojedyncze geny (geny R), określane
jest także terminem pionowej, wertykalnej lub jakościowej. Ten rodzaj odporności
jest specyficzny w stosunku do rasy patogenu.
9. Odporność poligeniczna:
·ð Warunkowana wieloma genami
·ð Nazywana horyzontalna, iloÅ›ciowÄ… lub poziomÄ…
·ð Jest ona efektem interakcji pomiÄ™dzy produktami wielu genów roÅ›linnych
·ð WpÅ‚yw pojedynczego genu może być bardzo sÅ‚aby, dopiero suma efektów
wielu genów może zapewnić poprawę odporności
·ð Odporność iloÅ›ciowa zwykle zapewnia jedynie spowolnienie i ograniczenie
występowania objawów chorobowych
·ð Poligeniczna odporność jest zwykle uważana za niespecyficzna w stosunku do
rasy patogenu.
Nietrwałość odporności typu hen- na  gen jest powszechnie znana i istnieja sytuacje, kiedy
to wirulencja patogenu zmieniała się szybciej niż hodowcy byli w stanie tworzyć nowe
odmiany z kolejnym pojedynczym genem odporności.
Wzrost powierzchni upraw nowej odmiany z odpornością monogeniczną powoduje większą
presję selekcyjną na populację patogenu, która faworyzuje osobniki posiadające allel nie
rozpoznawany przez gen R.
Wykład 7 20.04.2015
Deficyt wody w komórkach i tkankach indukuje zaburzenia
funkcji życiowych.
Duża grupa genów decyduje o odporności na poziomie molekularnym.
Mechanizmy adaptacyjne indukują w tkankach roślinnych:
o Redukcje potencjału wody i aktywności komórek
o Spadek turgoru i zmniejszenie objętości komórek oraz zwiększenie stężenia
osmoprotektanów
o Zmiany struktury makromolekuł oraz stosunków przestrzennych między
komponentami komórek
o Spowolnienie wzrostu
Zmianom tym towarzyszy ograniczenie transpiracji i najczęściej redukcja plonu, co z
ekonomicznego punktu widzenia jest nieakceptowane.
Dla rolnictwa są ważne formy dobrze plonujące w warunkach ograniczonego dostępu wody a
nie jedynie przeżywające w warunkach suszy.
Dlatego też wielu nowoczesnych odmian o czasowo podwyższonej odporności na suszę
charakteryzuje się wzmożona transpiracją, pozwalającą na utrzymanie pełnego turgoru, co
przeciwdziała zahamowaniu wzrostu i spadkowi plonu w krótkotrwałych okrasach suszy.
Systemy unikania stresu suszy:
·ð Koordynacja czasowa dostÄ™pnoÅ›ci wody i zapotrzebowania na niÄ… (w Polsce-
wczesność, kiełkowanie w warunkach suszy glebowej)
·ð Szybkie kieÅ‚kowanie w celu zacienienia gleby
·ð Krótki okres wegetacji (roÅ›liny koÅ„czÄ… wegetacjÄ™ zanim nastÄ…pi susza) bÄ…dz

przeciwnie- długi okres wegetacji (rośliny te zazwyczaj mają długi system korzeniowy)
·ð Szczelność blaszki liÅ›ciowej (woski), by transpiracja zachodziÅ‚a jedynie przez aparaty
szparkowe, gdyż parowanie poza aparatami szparkowymi jest bezproduktywne dla
fotosyntezy
·ð Zasychanie liÅ›ci i tym samym zmniejszenie zapotrzebowania na wodÄ™
Efektywność hodowli zależy od posiadania skutecznej i zintegrowanej Siecie miejscowości do
szybkiej oceny linii hodowlanych w różnych warunkach środowiskowych.
Zdefiniowanie zastawu środowiska, ich przestrzennej i czasowej zmienności, poznanie
interakcji odmian ze środowiskiem pozwala na dostosowanie programu hodowlanego dla..
Zadania programu hodowlanego:
·ð Poszukiwanie z
ródeł odporności na suszę oraz ich wstępna ocena przydatności dla
podwyższenia plonu
·ð Równoczesne wÅ‚Ä…czanie poprzez krzyżowanie innych cech, które sÄ… potencjalnie
komplementarne.
·ð PrzyjÄ™cie strategii krzyżowaÅ„ pozwalajÄ…ce na akumulacjÄ™ korzystnych genów w
oparciu o ocenę odziedziczalności tych cech oraz o korelację z plonem
ZIMOTRWAA
OŚĆ- zdolność przetrwania roślin ozimych przez krytyczne okresy wegetacji,
jakim są zima i przedwiośnie z ich szkodliwie działającymi czynnikami.
Do czynników tych należą:
·ð Wymarzanie
·ð Wymakanie
·ð Wysuszanie (odwodnienie wskutek parowania)
·ð Wysmalanie (odwodnienie wspomagane wiatrem)
·ð Wypieranie (wysadzanie roÅ›lin z gleby)
·ð Wyparzanie (uduszanie pod dÅ‚ugo zalegajÄ…cÄ… pokrywÄ… Å›nieżnÄ…)
Odporność na mróz polega na unikaniu mrozu i tolerowaniu mrozu przez rośliny.
Mrozoodporność ujawnia się w wyniku hartowania roślin.
Wyparzanie roślin może być procesem fizjologicznym tzn. rośliny mogą chorować i ginąć na
skutek samego wycieńczenia pod grubą i długo zalegającą warstwą śniegu lub też
fitopatologicznym- rośliny mogą chorować i ginąć wskutek porażenia przez grzyby, sprawców
pleśni śniegowej.
Metody oceny zimotrwałości:
·ð Polowa- ze wzglÄ™du na dużą zmienność przebiegu zim, ocena taka wymaga
wieloletnich lub/i wielopunktowych badań, skala 9
·ð Poprzez ocenÄ™ mrozoodpornoÅ›ci- odporność na mróz najczęściej decyduje o
przeżyciu zimy i koreluje z zimotrwałością na poziomie 0,6-0,95 w zależności od
dokładności oceny zimotrwałości i sposobu oceny mrozoodporności
·ð Poprzez ocenÄ™ innych cech- wymagania werbalizacyjne, cechy anatomiczne
Bezpośrednia ocena mrozoodporności
·ð Skala 9
·ð Metoda Kocha- roÅ›liny wysiewane sÄ… w warunkach polowych do skrzynek i pobierane
do mrożeń zwykle trzykrotnie w czasie zimy, mrożone są całe skrzynki; % przeżycia
Nowoczesne technologie= oszczędność czasu
Tworzenie nowej odmiany rzepaku- porównanie tradycyjnych metod hodowli z
nowoczesnymi (linie DH+ markery molekularne)
Kultury in vitro- hodowla części roślin, tkanek lub pojedynczych komórek na sztucznych
pożywkach w sterylnych warunkach.
Totipotencja- zdolność pojedynczej komórki do odtworzenia całego organizmu
Drogi regeneracji roślin w kulturach in vitro:
1. Organogeneza:
·ð BezpoÅ›rednia- tworzenie merystemów w wyszczepionych fragmentach roÅ›lin
·ð PoÅ›rednie- tworzenie merystemów w tkance kalusowej
2. Embriogeneza osmotyczna:
·ð BezpoÅ›rednia- tworzenie zarodków w wyszczepionych fragmentach roÅ›lin
·ð PoÅ›rednie- tworzenie zarodków w tkance kalusowej
Wykorzystanie technik kultur in vitro
1. Utrzymanie zmienności genetycznej i rozmnażanie roślin:
·ð Mikrorozmnażanie
·ð Nasiona syntetyczne
·ð Uwalnianie roÅ›lin od patogenów
·ð Zachowanie zasobów genetycznych
2. Otrzymywanie nowej zmienności genetycznej
·ð Zmienność somklonalna
·ð Mutageneza
·ð MieszaÅ„ce generatywne
·ð MieszaÅ„ce somatyczne
·ð Haploidyzacja
·ð RoÅ›liny transgeniczne
Etapy prowadzenia kultur in vitro:
1. Przygotowanie materiału roślinnego
2. Przygotowanie pożywek
3. Pobieranie fragmentu rośliny
4. Powierzchniowa sterylizacja materiału roślinnego
5. Wszczepianie fragmentu rośliny na pożywkę
6. Dobór odpowiednich warunków środowiska
7. Pasażowanie
8. Przesadzanie zregenerowanej rośliny do gleby
Kultury in vitro roślin okrytozalążkowych:
·ð Kultury merystemów
·ð Kultury kalusa i zawiesin komórkowych
·ð Kultury zarodków
·ð Kultury stożków wzrostu i fragmentów roÅ›lin
·ð Kultury protoplastów
·ð Kultury pylników i izolowanych mikrospor
·ð Kultury zalążni i zalążków
Otrzymywanie linii podwojonych haploidów (DH) szybkie dochodzenie do
homozygotyczności.
Szybkość dochodzenia do homozygotyczności:
·ð Linie podwojonych haploidów (DH)
·ð Linie otrzymane metodÄ… pojedynczych nasion (SSD)
·ð Linie otrzymane metodÄ… rodowodowÄ…
·ð Linie otrzymane metodÄ… ramszów
Haploid- roślina zawierająca w komórkach somatycznych genetyczną linię chromosomów (n)
Podwojony haploid (DH)- roślina, która powstała na skutek podwojenia liczby
chromosomów osobnika haploidalnego (2n)
Procesy prowadzące do otrzymania roślin haploidalnych:
·ð Eliminacja chromosomów w zarodkach powstaÅ‚ych w wyniku krzyżowaÅ„ oddalonych
·ð Androgeneza saprofityczny rozwój gametofitu mÄ™skiego
·ð Gynogeneza saprofityczny rozwój gametofitu żeÅ„skiego
Sposoby otrzymywania roślin haploidalnych:
·ð Androgeneza in vitro:
o Kultury pylnikowe
o Kultury izolowanych mikrospor
·ð Gynogeneza in vitro
o Kultury niezapłodnionych zalążków zalążni
o Stymulowana haploidalna partogeneza
·ð Eliminacja chromosomów w zarodkach powstaÅ‚ych w wyniku krzyżowaÅ„ oddalonych
Warunki zastosowania roslin haploidalnych i linii DH w hodowlach roślin.
1. Duża wydajność procesu haploidyzacji
2. Jednakowa zdolność do tworzenia form haploidalnych przez różne genotypy
Zastosowanie podwojonych haploidów:
·ð Skrócenie czasu otrzymania linii homozygotycznych
·ð ZwiÄ™kszenie efektywnoÅ›ci selekcji pożądanych rekombinantów
·ð ZwiÄ™kszanie efektywnoÅ›ci reakcji mutantów- mutageneza na poziomie haploidalnym
·ð Utrwalanie otrzymywanej zmiennoÅ›ci w liniach czystych
·ð Wykorzystanie linii DH do badaÅ„ genetycznych
·ð Transformacja na poziomie haploidalnym
Androgeneza
Gymnigeneza
Eliminacja chromosomów:
Możliwe mechanizmy eliminacji chromosomów:
1. Brak zsynchronizowania podziału mitotycznego i cyklu komórkowego obu gatunków-
H. bulbosum ma znaczenie dłuższy cykl komórkowy.
2. Nieprawidłowa budowa wczesna podziałowego- chromosomy H. bulbosum wadliwie
wiążą się z wrzecionem H. vulgare
Metody podwojenia linii chromosomów:
·ð Kolchicynowanie haploidalnych roÅ›lin
·ð Regeneracja roÅ›lin z tkanek haploidalnych poprzez kalus
Schemat metody hodowli
Selekcja z wykorzystaniem markerów molekularnych:
1 AxB
2 F1
Haploidy
Linie DH
3 Izolacja dna z roślin linii DH analizy molekularne rozmnażanie nasion
wybranych lini
4 Ocena potencjału plonowania
5 Ocena potencjału plonowania
6 OWT WGO
7 OWT WGO
Metoda krzyżowania wspierającego
BACKCROSSING METHOD
Krzyżowanie wsteczne AxB
F1xA
Krzyżowanie wsteczne wspierające F1xA
F1xA
Krzyżowanie wsteczne wspierając- ZASTOSOWANIE
a) Przenoszenie jednego genu do bardzo dobrej odmiany z genotypu słabego
b) Przenoszenie genów do najlepszych odmian z wykorzystaniem selekcji opartej o
markery molekularne (marker oddisted selection- MAS)
c) Przenoszenie transferu z genotypu dobrze regenerujÄ…cego w kulturach in vitro do
najlepszych odmian
BIORCA GENU x DAWCA GENU
Gen 00 Gen 00
BIORCA GENU x MIESZANIEC F1
Gen 00 Gen 00
BIORCA GENU x BACK CROSS 1
Gen 00selekcja 00 .._ _ _ _ _
BIORCA GENU x BACK CROSS 2
Gen 00
KIA
A KAPUSTY
Objawy porażenia:
·ð Charakterystyczne naroÅ›la- guzy majÄ…ce ksztaÅ‚t kulisty, maczugowaty i nieregularny
·ð RoÅ›liny wiÄ™dnÄ…, żółknÄ… lub czerwieniejÄ…
·ð y
ródłem informacji najczęściej jest zakażona gleba i maszyny rolnicze
Gatunek tj. Brassica oleracea ssp. Alboglobra, B. campestris oraz Raphanus sativus sÄ…
czynnymi donorami genów Cr1, Cr2, Cr3, które warunkują odporność na kiłę kapustnych
wywoływaną przez pierwotniaka Plasmodiophora brassicae. Pierwsze uzyskane w wyniku
krzyżowania B. rapa x B. oleracea, odporne na kiłe odmian rzepaku ozimego (Mendel F1 i
Tosca)