Wykład1

1.udomowienie roślin uprawnych: proces ewolucyjny ciągły (od 11 tys. lat) prowadzący do genetycznych zmian roślin w skutek działalności człowieka, selekcja sztuczna i naturalna powodowały stopniowe dostosowywanie się roślin do wprowadzanych warunków uprawy (jednoroczność, homozygotyczność roślin samopylnych, skrócenie spoczynku nasion, równoczesność dojrzewania na roślinie matecznej, niełamliwość osadki kłosowej i łatwe oddzielenie ziarna od plew, zwiększenie wymiarów części użytkowej, zdeterminowany wzrost) cechy świadczące o braku udomowienia(długi okres kwitnienia i dojrzewania nasion, występowanie nasion twardych, obecność substancji antyżywieniowych w nasionach i częściach wegetatywnych)

2. zarys historyczny: początek udomowienia (selekcja) lub celowe krzyżowanie w celu ulepszenia udomowionych gatunków, połowa XIXw. – celowy wybór roślin na podstawie cech (fenotypów) i cech dziedzicznych przekazywanych na potomstwo- genotyp ( Vilmorin), XX w.- postęp w genetyce technice i elektronice- rozwój metod hodowlanych, koniec XX w- wprowadzenie do hodowli metod Bi

3. hodowla Polska- 1860r (pierwsze polska odmiana pszenicy), 1880r-pierwsza działająca do końca XX stacja hodowlana Aleksandra Janasza w Dańkowie koło Grójca, prowadząca hodowlę pszenicy żyta oraz buraka cukrowego 1902r- pierwszy podręcznik w języku polskim

4. znaczenie zmienności w hodowli roślin-

a) w warunkach naturalnych (w wyniku zmiennych warunków siedliska): powtarzające się krzyżowanie, mutacje, poliploidyzacja. W hodowli roślin- wykorzystanie zasobów naturalnej zmienności i celowo tworzonej (krzyżowanie wewnątrz i międzygatunkowej, mutagenezę, poliploidyzację, trans genezę) b) zasoby genowe roślin- wszystkie genetyczne kombinacje wytworzone w procesie udomowienia i hodowli (gatunki dzikie, ekotypy, odmiany miejscowe i hodowlane, linie klony i mutanty) *zmniejszanie się różnorodności- odmiany często są jedynym źródłem do dalszej hodowli- bliskie pokrewieństwo między nowymi odmianami, co raz lepsze odmiany- zawężony skład genetyczny- zmniejszenie właściwości adaptacyjnych, Niewielka liczba odmian o największej plenności w obrębie gatunku w specyficznych regionach glebowo-klimatycznych *erozja genetyczna (utrata zmienności w uprawianych i naturalnych populacjach, nieodwracalna strata genów kompleksów genowych i gatunków Przyczyny: zastępowanie odmian lokalnych nowoczesnymi, niezrównoważona eksploatacja zasobami przyrodniczymi degradacja środowiska, zmiana sposobu gospodarowania) konsekwencje: zwiększenie ryzyka strat spowodowanymi – stresem biotycznym i abiotycznym

*przykłady zmniejszania się różnorodności- w Polsce 2,5tys. gatunków roślin nasiennych- wymarło 124 gatunki, W Grecji odmiany zagraniczne pszenicy twardej wyparły 97% odmian rodzimych,

w Indiach uprawiano 30tys. odmian ryżu- kilka odmian

*”katastrofy” upraw – skutki genetycznej jednolitości- 1845-1848r-w Indiach nieodporne odmiany ziemniaka narażone przez Phytophtora infestans, 1940r- USA 80% straty owsa, 1970r- w USA zniszczenie większości upraw kukurydzy mieszańcowej, 1972r- ZSRR wymarznięcie pszenicy „Bezostaja” na 15mln ha c) ochrona różnorodności biologicznej *botaniczne ekspedycje- wyprawy Kolumba wprowadziły różnorodność w diecie ludności Starego Świata, W 1890r. na Międzynarodowym Kongresie Rolniczym we Wiedniu postanowiono rozpocząć badania nad miejscowymi odmianami, 1923-33r- ekspedycje Wawiłowa zaowocowały zebraniem kolekcji ok. 250tys gatunków dzikich i ekotypów *1992r – Konferencja ONZ „Środowisko i rozwój” uchwalono konwencję „O ochronie różnorodności biologicznej” Polska ratyfikowała ja w 1995r

*sposoby ochrony zasobów genowych roślin: Ex-situ w bankach genów (gromadzenie i przechowywanie zasobów genowych, inewtaryzacja, tworzenie kolekcji narodowych, rozmnażanie dla potrzeb reintrodukcji i hodowli In-situ- w miejscach pochodzenia, strefach chronionego krajobrazu, rezerwatach przyrody, parkach, gospodarstwach rolnych i ogródkach przydomowych

*metody przechowywania: nasiona typowe (hermetyczne pojemniki, -18st C przy obniżeniu zawartości wody do 3-7%- 10lat) nasiona nietypowa roślin egzotycznych czy wodnych (in vitro izolacja zarodków tkanek merystema tycznych, umieszczenie na ubogich pożywkach w temp 4-8 stC

Krioprezerwacja (-196st C) nasiona pyłek, tkanki, kalus, biblioteka DNA – klonowane fragmenty DNA z wektorami sond i starterów w warunkach głębokiego mrożenia (-85st C) rośliny rozmnażane wegetatywnie (kolekcje połowe w ogrodach botanicznych) *organizacja ochrony roślinnych zasobów genowych: 1500 banków genów- 6,5mln obiektów 6 tys gatunków, największe banki narodowe (USA, Chiny, Rosja), w 1991r utworzono Międzynarodowy Instytut Roślinnych Zasobów genowych (IPGRI), w Polsce koordynatorem jest Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych w IHAR w Radzikowie + 17 instytucji naukowo-badawczych (ponad 60tys. różnych genotypów roślin użytkowych )- kurator Europejskiej Bazy Danych Żyta

*znaczenie zasobów genowych – dzikie ekotypy i odmiany miejscowe (jęczmienia z Etiopii – gen odporności na wirus żółtej karłowatości jęczmienia kalifornijskiego, pszenica z Turcji- gen odporności na rdzę pasiastą, śnieć cuchnąca i pleśń śniegową i mączniaka, pszenica karłowa z Japonii i ryż z Filipin- nowe odmiany w Zielonej rewolucji w Indiach, ziemniak S. demissum – geny odporności na zarazę, nicienie, czarną nóżkę, wirusy Y,X przymrozki i suszę, ekotypy traw w Polsce- materiał wyjściowy ponad połowy odmian wyhodowanych w XX w.

T: kierunki hodowli 4. cel hodowli- otrzymywanie nowych genotypów (podwyższona wartość jednej lub kilku cech), efekty pracy zalezą od: (doboru właściwych materiałów wyjściowych, zastosowania odpowiedniej metody krzyżowań, właściwego prowadzenia selekcji)

5. plon i jego komponenty- plon rolniczy (część biomasy roślin mająca wartość gospodarczą zbierana z jednostki powierzchni, najważniejsze kryterium przydatności odmian- decyduje o efektach ekonomicznych), plenność ( gdy jest wysoki stosunek masy użytkowej do masy ogólnej, zależy od czynników genetycznych i warunków środowiska, ocena obejmuje- plon ziarna zbóż, owoców u roślin ogrodniczych, korzeni spichrzowych u roślin korzeniowych, bulw u ziemniaka)

*trudności w ocenie plenności- na początku hodowli rekombinacyjnej- doświadczenie hodowcy- kompleksowe dziedziczenie cech), w zaawansowanym cyklu hodowlanym- możliwość przeprowadzenia doświadczeń ścisłych( porównanie do odmian wzorcowych w różnych miejscowościach, przeprowadzić ocenę WGO zgodnie z wymaganiami COBORU)

*szacunkowo ocena plenności- określenie komponentów – elementów plonowania u zbóż: liczba kłosków z jednostki powierzchni, liczba ziaren w kłosie, MTZ, zbitość kłosa, liczba kłosków w kłosie, liczba kwiatów w kłosku) mają one właściwości kompensacyjne w wyniku konkurencji o asymilaty-> utrudniają osiągnięcie wyraźnego postępu, zwiększenie indeksu żniwnego (stosunek masy użytkowej do całej nadziemnej biomasy rośliny- masa ziarna, wysokość słomy) organy asymilacyjne- wielkość liści i ich ustawienie do kierunku padania promieni słonecznych, długotrwałość fotosyntetycznie aktywnej powierzchni (cecha stay Green), przemieszczanie asymilatów w roślinie

Intensywność fotosyntezy- odporność na stresowe warunki siedliska-> mniejsza reakcja fotoyntetyczna rośliny komponenty plonowania innych gatunków- liczba strąków z rośliny, liczba nasion w strąku, masa pojedynczej główki kapusty, masa korzenia, cała masa nadziemna.

6. jakość plonu- morfologiczne i chemiczne właściwości zbieranego produktu maja wpływ na: wartość odżywczą, przydatność przemysłową, inne kierunki użytkowania grupy cech decydujące o jakości- zawartość pożądanych, korzystnych składników, zawartość niepożądanych składników, właściwości technologiczne i przydatność przetwórcza, cechy morfologiczne- wygląd i smakowitość

*zawartość pożądanych cech: zboża (zawartość węglowodanów i białka) burak cukrowy (zawartość cukru), ziemniak(do konsumpcji: tekstura, barwa, smak, brak ciemnienia, do produkcji chipsów: niska zawartość cukrów, krochmalnictwo- zawartość skrobi powyżej 20%, kształt, osadzenie oczek)

Rośliny warzywne i sadownicze- walory morfologiczne: (kształt, barwa zapach), skład chemiczny, wygląd, jędrność przechowywanego plonu, opóźnione dojrzewanie. Obniżenie zawartości niepożądanych cech- rzepak- zawartość kwasu erukowego, glukozynolanów, włókna mak- morfina

Łubin- alkaloidy *przydatność technologiczna- pszenica i żyto- zawartość i skład białek, sedymentacja, pęcznienie, liczba opadania, wodochłonność, czas rozwoju i rozmiękczenie, określenie objętości i elastyczności chleba jęczmień browarny- siła diastatyczna, liczba Kolbacha, ekstraktywność, stopień odfermentowania, lepkość brzeczki to wskaźnik Q wartości browarnej

7. odporność na choroby i szkodniki- odporność rzeczywista: zdolność rośliny do zahamowania wzrostu patogena- czynna- odizolowanie patogena po wniknięciu do rośliny np.: zamieranie komórek i synteza specyficznych substancji chemicznych hamujących rozwój patogena bierna- związana z anatomia tkanek lub specyficznymi substancjami chemicznymi

*odporność pozorna- rozwijanie okresu wrażliwości roślin i występowania patogenu, tolerancyjność

8. odporność na niekorzystne warunki środowiska mrozoodporność i zimotrwałość- mrozoodporność- zahartowanie siewki traktuje się mroźna temperaturą w komórkach mrożenie przez określony czas, liczba siewek która przeżyła i dała odrosty, wyraża stopień odporności na mróz

Zimotrwałość- stan roślin przed i po zimie wyleganie- cecha dodatnie skorelowana- z długością pędu, budowa liści (groch) tolerancja na zakwaszanie gleb- zakwaszenie powoduje zahamowanie wzrostu korzeni, obniżone pH wiaże się z uwalnianiem toksycznego glinu, tolerancja :żyto-> owies>pszenżyto-> pszenica-> jęczmień porastanie- jawne- rozpoczęcie kiełkowania ziaren także na kłosach ukryte- rozpoczęcie rozkładu skrobi w nasionach bez widocznych oznak kiełkowania

badanie- umieszczenie kłosów w komorach ze zraszaczem, liczba opadania

*Inne cechy- długość okresu wegetacji (wczesność odmian – dojrzewanie , przeznaczenie do zbioru w różnych terminach samokończenie- umożliwia wcześniejsze i bardziej wyrównane dojrzewanie, ogranicza ilość zbędnej masy wegetatywnej, ułatwia zbiór kombajnem jednonasienność, przydatność zbioru mechanicznego- szerokość naci marchwi i jej bujność

T: konwencjonalne metody hodowli roślin 9. materiał wyjściowy do hodowli- najczęściej: istniejąca powszechnie uprawiana odmiana, odmiana komplementarna pod względem poszukiwanej osoby charakteryzująca się wysoka ekspresją (zagraniczna, indukowany lub naturalny mutant, zidentyfikowana i sprawdzona wcześniej forma z banku genów), duża liczba kombinacji krzyżowych

10.hodowla roślin samopylnych- *gatunki samopylne- w populacjach występują mechanizmy ułatwiające samozapylenie, poszczególne rośliny są w wysokim stopniu homozygotyczne, głównym źródłem zmienności są mutacje, zróżnicowanie populacji jest międzyliniowe, występuje tendencja do eliminowania niepożądanych alleli recesywnych, są ewolucyjnie przystosowane do samozapłodnienie, korzystny efekt heterozygotyczności jest wątpliwy. *Przykłady gatunków samopylnych: pszenica, pszenżyto, jęczmień, owies, groch, soja, bobik, łubin, ziemniak, len, tytoń

*terminy: odmiana liniowa inaczej odmiana roślin samopylnych, wyhodowana z linii homozygotycznych, linia czysta- gdy wszystkie rośliny odmiany pochodzą z jednej rośliny

*linia mieszana- gdy rośliny odmiany pochodzą od mieszaniny kilku podobnych linii

*typy krzyżowań- a)krzyżowanie proste: 2 rodziców: A x B-> [A x B] udział A=50% B=50%

3 rodziców: A x B->[A x B] x C udział A=25% B=23% C=50% B)krzyżowanie zwrotne(przeciwne)-

[(A x B) i (B x A) c)krzyżowanie wsteczne( z jednym z rodziców)- [(A x B) x A] lub [(A x B) x B]

d) krzyżowanie wieloletnie: 4 rodziców: I rok: (A x B) oraz (C x D) II rok: [(A x B) x (C x D)] udział: A=25% B=25% C=25% D=25% *metody hodowli twórczej: pracochłonna, zapisy wielu obserwacji poszczególnych roślin i otrzymanych potomstw i zachowania rodowodów wielu badanych roślin, na 100 krzyżówek i 100 roślin w F2-> 10 tys rekombinantów do oceny, szybka identyfikacja korzystnych genotypów, po uzyskaniu homozygotyczność wczesna ocena najlepszej linii (rodów)

*metoda ramszów- ograniczona pracochłonność, występuje selekcja naturalna wśród segregujących roślin mieszańcowych, w dalszych pokoleniach pozostają główne osobniki przystosowane do warunków miejscowych, nie zawsze jest zgodna z założeniami hodowcy (pożądane cechy są wypierane na zasadzie konkurencji), selekcja rozpoczyna się po uzyskaniu homozygotyczności, często stosuje się „uproszczenia” metody np.: ramsz skrócony, ramsz regulowany

*pojedynczych nasion- linie (homozygotyczne) stanowią potomstwa wszystkich segregantów z F2, zakres zmienności z pokolenie F2 nie jest zmniejszony przez selekcję naturalna i konkurencję między roślinami, wybór jednego nasienia powoduje ograniczenie pełnej zmienności w obrębie potomstw-> konieczność dużej liczby roślin w F2 (1-2 tys), możliwość prowadzenia hodowli w szklarniach(możliwy gęsty wysiew) i skrócenie cyklu hodowlanego

*krzyżowanie wypierające

rok	Otrzymanie pokolenia	krzyżowanie	Średnia% genów z odmiany A	Geny odporności
1	F1 AB	A x B	50,00	Rr x RR->Rr
2	BC1 A2B	(A x B) x A	75,00	Rr x rr-> R +rr
3	BC2 A3B	[A x B)x A]…	87,50	Rr x rr-> Rr+rr
4	BC3 A4B	… x A	93,75	Rr x rr-> Rr + rr
5	BC4 A5B	… x A	96,87	Rr x rr-> Rr+rr
6	BC5 A6B	… x A	98,43	Rr x rr-> Rr+rr

Samozapylenie Rr-> RR + Rr + Rr+ rr RR- rozszczepienia

*hodowla zachowawcza- umożliwia stały dostęp do nasion kwalifikowanych, utrzymuje zachowywana odmianę na właściwym dla niej poziomie plonowania oraz innych cech morfologiczno- użytkowych, skutki nie prowadzenia hodowli zachowawczej (nie kontrolowane rozmnożenie)-(mechaniczne zmieszanie nasion mutacje spontaniczne przekrzyżowania)

*hodowla zachowawcza- metody: a) selekcja masowa- wybór pożądanych roślin i ich wspólny wysiew w następnym roku, proste i mało pracochłonna, wybór genotypu może zależeć od niekontrolowanych czynników zewnętrznych, jeśli w potomstwie występują segreganty-> trudno ustalić które z nich były heterozygotami b) selekcja linii- wybór pojedynczych roślin i ocena ich potomstw. 11. gatunki obcopylne- w populacji występują mechanizmy ułatwiające krzyżowanie, poszczególne rośliny są heterozygotyczne w licznych loci, głównym źródłem zmienności jest krzyżowanie, zróżnicowanie jest równomiernie rozłożone w obrębie populacji, osobniki są obarczone niepożądanymi genami recesywnymi, źle znoszą wsobny, stan heterozygotyczny jest wyraźnie korzystny przykłady gatunki obcopylne- żyto, kukurydza, trawy, koniczyna, lucerna, nostrzyk, rzepak, burak cukrowy, konopie, słonecznik *kojarzenie roślin i chów siostrzany- zapylenie roślin zróżnicowanych fenotypowo, zapylenie swobodne w obrębie populacji, zapylenie w obrębie roślin podobnych fenotypowo, chów w pokrewieństwie, chów siostrzany, ścisły chów wsobny

*izolacja roślin- a) przestrzenna- rozkład pól, naturalne bariery, rośliny parawanowe

b) czasowa- przy przemiennym kwitnieniu roślin dwuletnich c) techniczna- izolatory pergaminowe, parawany ekranowe, tunele z włókniny nieprzepuszczającej pyłek, siatki o małych oczkach- rośliny owadopylne d) selekcja masowa- nie ocenia się potomstwa, metoda łatwa jeśli dziedziczenie jest monogeniczne a cecha niepożądana jest dominująca, najbardziej skuteczna jeśli cecha ujawnia się przed kwitnieniem *metody hodowli twórczej: *metoda rezerw- w hodowli roślin jednorocznych u których selekcję można dokonać po kwitnieniu * krzyżowanie parami- umieszczenie dwóch roślin po izolatorem (kilkaset do Kiku tysięcy par)-> zabranie nasion obu roślin i ocena potomstwa-> zmieszanie nasion i przekrzyżowanie panmiktyczne-> nowy ród do dalszej hodowli, zapewnia znaczny stopień hodowli zapylania, cechy roślin heterozygotycznych są bardzo wyraźne niż w innych metodach, kosztowna, pracochłonna, ograniczona liczba rekombinantów

*krzyżowanie wypierające- założenia metody jak u samopylnych, dawcę należy skrzyżować z dużą liczbą roślin ulepszonej populacji (minimum 30)-> utrzymanie heterogeniczności i heterozygotyczności *zwykła fenotypowa selekcja cykliczna- samozapylanie dużej liczby roślin w populacji -> ocena materiału z samozapylenia pod względem pożądanej cechy-> wybór i wysiew roślin -> swobodne przekrzyżowanie -> utworzenie nowej populacji, do zwiększenia frekwencji korzystnych alleli, kontrolowane zapylenie wprowadza się co drugie pokolenie

T: hodowla heterozyjna 12. zjawisko heterozji: bujność mieszańców pokolenia F1: większy plon od plenniejszego rodzica, szybki wzrost, wczesne dojrzewanie, odporność na niekorzystne warunki, odporność na choroby/szkodniki * hipotezy: a) dominacja (Aa=AA)- wartość heterozygoty równa się wartości homozygoty dominującej (w populacji występują w części loci homozygoty recesywne, w chowie wsobnym ich częstość się zwiększa, po skrzyżowaniu komponentów rodzicielskich w mieszańcu jest duża liczba loci w których znajdzie się co najmniej jeden allel dominujący b)naddominacja (Aa>AA,aa)- sama heterozygotyczność jest korzystna i warunkuje przewagę nad homozygotami, zjawisko zależy od liczby heterozygotyczności loci * podstawy fizjologiczne- heterozja jest właściwością cech ilościowych i wnika z kompleksowych reakcji ( mieszańce wykazują zwiększoną akumulację s.m dzięki wyższemu indeksowi ilościowemu LAI, większy udział suchej masy ziarna w całkowitej masie rośliny- indeks żniwny, efektywniejsza remobilizacja węglowodanów zgromadzonych w źdźble i pochwach liściowych do rozwijającego się ziarna

13. wykorzystanie efektu heterozji- Powtarzalność i jednolitość genotypu- chów wsobny, krzyżowanie form odległych genetycznie, wykorzystanie induktorów haploidów, indukcja andro- i ginogenezy *chów wsobny- a)prowadzone przez kilka pokoleń wymuszone samozapylenie roślin obcopylnej ( rośliny wyjściowe So, kolejne pokolenia S1,S2,S3 itp.), b) u wiatropylnych- nakłada się izolatory na kwiaty kwiatostany lub całe rośliny, c) u owadopylnych- dodatkowo umieszcza się owady pod izolator po uprzednim naruszeniu znamion, d) przeszkodą jest samo niezgodność-> chów siostrzany *efekt chowu wsobnego- a) utrwalenie genotypu i homozygotyczność jednolitość gamet, jednolitość genotypu mieszańców) b) rozbicie populacji na zróżnicowane linie wsobne c) eliminacja recesywnych genów letalnych i szkodliwych d) obniżenie żywotności- depresja wsobna Linie wsobne nie powinny ulegać zmianom genetycznym np.: pod wpływem środowiska. Linie wsobne używa się potem do efektu homozygot. *podwojone haploidy (linia TH)- a) haploidy- występujące spontanicznie w populacjach roślin osobniki z pojedynczą liczba chromosomów 1n (podwojenie liczby chromosomów powoduje uzyskanie genotypów w pełni homozygotycznych b) sztuczne indukowanie haploidów- „markery zarodkowe”- linie ojcowskie indukujące haploidalne zarodki warunkujące charakterystyczne cechy np.: barwę bielma, andro- i ginogeneza- rozwój zarodków z ziaren pyłku i/lub komórek jajowych In vitro 14. *wykorzystanie wartości kombinacyjnej- a) ogólna wartość kombinacyjna- (określa zdolność genotypu do tworzenia korzystnych mieszańców po skrzyżowaniu z wieloma innymi genotypami) b) specyficzna wartość kombinacyjna- zdolność dwóch określonych genotypów do tworzenia mieszańców po wzajemnym skrzyżowaniu *ocena ogólnej wartości kombinacyjnej- metody Topcross- krzyżowanie wszystkich linii wsobnych z jednym testerem, tester występuje jako forma ojcowska, stosowana u gatunków które łatwo wykastrować lub gdy linie są męsko sterylne *polycross- losowe umieszczanie na przestrzeni i izolowanym polu wszystkich badanych linii wsobnych. Wynik testowania jest bardzo ostrym kryterium selekcji lini.

* ocena specyficznej wartości kombinacyjnej- metody krzyżowanie dialleliczne (przekrzyżowanie we wszystkich możliwych kombinacjach linii wybranych na podstawie ogólnej wartości kombinacyjnej- każda linia z każdą, liczba linii jest ograniczona do linii różniących się pochodzeniem

15. ocena dystansu genetycznego- wykorzystanie metod statystycznych, zastosowanie markerów molekularnych pozwalających na ocenie dystansu genetycznego pomiędzy liniami decydującego o efekcie heterozji 16. Typy mieszańców- a) mieszaniec pojedynczy (dwuliniowy) [A x B)- wszystkie rośliny mieszańca są jednolite, stanowią identyczne heterozygoty, bardzo drogie nasiona

b) mieszaniec podwójny [(A x B) x (C x D)] c) mieszańce modyfikowane [(A x A’) x (B x B’)]

d) mieszańce odmianowe- w wyniku krzyżowania między odmianami bez prowadzenie chowu wsobnego, efekt heterozji wynika ze średniego zróżnicowania genetycznego między odmianami

16. porównanie trzech typów mieszańców heterozyjnych

Cecha	Mieszańce liniowe pojedyncze	Mieszańce liniowe podwójne	Mieszańce odmianowe
Koszt nasion	Największy	Wysoki	Niski
Plon	Największy	Wysoki	Dość wysoki
Wyrównanie	Największe	Dość duże	Małe
Zdolność adaptacyjna	Mała	Średnia	Wysoka
Ryzyko uprawy	Wysokie	średnie	Niskie

17. mieszańce heterozyjne u roślin samopylnych-a) jeśli samopylność jest pełna a homozygotyczność wysoka- brak chowu wsobnego, formy rodzicielskie bezpośrednio wykorzystane, b)trudności z uzyskaniem nasion- niedostateczna ilość pyłku do zapylenia, konieczny udział zapylacza na polu T: mechanizmy ułatwiające produkcję nasion mieszańcowych

18. typy męskiej sterylności- męska sterylność – zaburzenia w powstawaniu pyłku w kwiatach, przy zachowaniu żywotności żeńskich organów generatywnych (MS sporogeniczna- brak wytwarzania pyłku lub jest on nieżywotny z powodu zaburzeń w rozwoju tkanki, MS funkcjonalna- zaburzenia przy otwieraniu się pylników, MS strukturalna- zaburzenia rozwoju organów męskich i brak pylników lub ich zmiana) a) sporogeniczna MS B) sposoby dziedziczenie MS- genowa (genetyczna) męska sterylność- gms, cytoplazmatyczna męska sterylność – cms, autoplazmatyczna ( cytoplazmatyczno- genetyczna) męska sterylność c) genetyczna męska sterylność – uwarunkowana allelami zlokalizowanymi w chromosomach i wykazuje mendlowski typ dziedziczenia, warunkowana jednym lub dwoma allelami recesywnymi ms, geny ms w różnym stopniu determinują różny poziom zmian męskich organów generatywnych, zidentyfikowano różną liczbę loci cechy męskiej sterylności- kukurydza i jęczmień 50, u niektórych gatunków geny ms są sprzężone z innymi cechami markerowymi (ościstością, szerokością plewy)

d) genetyczna męska sterylność

*funkcjonalna męska sterylność- uwarunkowana genomem ps, znana u 25 gatunków roślin uprawnych: kukurydza, pomidor, ryś, soja, rośliny o genotypie psps wytwarzają pylniki które się nie otwierają i nie obsypują, recesywne allele si warunkują powstawanie kwiatów bez pylników (pomidor), rozmnożenie jest możliwe po oprysku gibereliną- część kwiatów wytwarza pylniki z żywotnym pyłkiem, sprzężony z niekorzystnymi cechami (nieregularny żebrowany owoc)

*cytoplazmatyczna męska sterylność- geny męskiej sterylności zlokalizowane są w DNA mitochondrialnym (w cytoplazmie), dziedziczenie mateczne (cytoplazma pochodzi tylko od matki)

*alloplazmatyczna męska sterylność- wywołana interakcją cytoplazmy i genomu jądrowego, pochodzących z różnych gatunków i rodzajów (nie ma możliwości przywrócenia męskiej płodności, znana u pszenicy , rzepaku)

*autoplazmatyczna męska sterylność- interakcja cytoplazmy i genomu jądrowego pochodzących z tego samego gatunku, występuje sporadycznie i jest efektem licznych mutacji, u roślin męsko sterylnych występuje sterylizacja cytoplazma i właściwe geny jądrowe

*płeć roślin-a) jednopienność- rozdzielnopłciowe kwiaty żeńskie i męskie rozwijające się na tej samej roślinie. U roślin wyższych z rodziny dyniowatych: cecha ulegająca modyfikacjom po zastosowaniu giberelin, azotu srebra- linie żeńskie zaczynają produkować kwiaty męskie, oprysk flordimexem- opóźnienie rozwoju kwiatów męskich. B) dwupienność: wykształcanie kwiatów żeńskich i męskich na odrębnych roślinach. U roślin z rodziny Rumex, szparagów i szpinaku- stwierdzono chromosomy płci XX- żeńska, XY- męska. U szparagów rośliny męskie są bardziej długowieczne, dają większy i wcześniejszy plon (utrzymuje się je na drodze krzyżowania roślin XX z YY- super męskie w wyniku androgenezy). 19. Samoniezgodność- = samo bezpłodność= niepłodność krzyżowa= niezgodność grupowa. Niezdolność płodnej rośliny o obupłciowych kwiatach do wytworzenia zygoty w wyniku samozapylenia. Reakcja może polegać na: hamowaniu kiełkowania pyłku na znamieniu lub formowaniu bardzo krótkich łagiewek niewrastających w jego tkankę (kapustne, wiechlinowate), hamowanie wzrostu łagiewki pyłkowej w tkance słupka zanim osiągnie zalążnie (psiankowate, bobowatej), zahamowaniu wzrostu łągiewki pyłkowej w zalążni w woreczku zalążkowym (Beta vulgaris, Fresia Lillum) *samoniezgodność heteromorficzna- związana z budową kwiatów: dystymia (gryka, pierwiosnek, tristylia) *samoniezgodność homomorficzna- kontrolowana genetycznie: jeden locus z serią alleli S1, S2, S3, S4…(S haplotyp) u koniczyny liczba alleli- ok 200. Allele mają różną siłę działania: allele Sf mogą zupełnie tracić zdolność blokowania – burak. Dwa loci S i Z u traw. Typy: gametofityczna i sporofityczna *samoniezgodność gametofityczna (GSI)- warunkowana tylko fenotypem gamet, możliwość wzrostu łagiewki pyłkowej i zapłodnienia gdy są różne S haplotypy w komórkach słupka i ziarnach pyłku. Typy: Solanaceac, Papaveraceae. *saminiezgodność sporofityczna (SSi)- o fenotypie pyłku decyduje genotyp diploidalnych tkanych sporofitu – pylniki, pyłek fenotypowo ma produkty obu haplotypów. *wykorzystanie w hodowli: samoniezgodność funkcjonuje przy otwartych kwiatach. Możliwe jest otrzymanie wsobnych linii amonie zgodnych stosując zapylenie własnym pyłkiem w stadium pąka. Otrzymane linie samo niezgodne linie wsobne są wykorzystywane w hodowli odmian mieszańcowych (wady: uzależnienie od warunków środowiska- temperatura, wilgotności czy wieku). T: hodowla mutacyjna 1. Historia odmian mutacyjnych- Hugo de Vries początek XX w autor pojęcia „mutacja”- skokowe zmiany w roślinie. Lewis Stadler (1928r)- odkrycie możliwości indukowania mutacji poprzez zastosowania promieniowania jonizującego- niekorzystne cechy w roślinach. 1934r- Jawa pierwszy indukowany mutant- tytoń o żółtych liściach. Ake Gustaffon Szwecja ojciec hodowli mutacyjnej- napromieniowanie nasion jęczmienia 75 Gy, w latach 90-tych- 10 tys mutantów w Nordyckim Banku Genów. Czechosłowacja 1965r- jęczmień odmiany Diamant (100 Gy)- wysoki plon ale wysoka wrażliwość na mączniaka. Włochy 1990r pszenica durum „Cerso” (mutant pośredni)- plony wyższe o 9 dt/ha. 1964r utworzono Sekcję Hodowli Roślin i Genetyki przy IAEA (Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej) w Wiedniu- rozwój hodowli mutacyjnej, badania nad mutacjami, rejestrowanie odmian mutacyjnych. Pierwsza lista odmian- 1969r- 77 odmian. 2007- 2541 odmiany w tym: 625 rośliny ozdobne, 1199 rośliny rolnicze, 717 inne gatunki. ¾ odmian powstało w wyniku stosowania promieni gamma. 2. Trudności- działanie środkiem mutagennym wywołuje defekty prawie u wszystkich roślin. Mniej niż 1% indukowanych mutantów spełnia kryteria do dalszych badań (w tym polowych). Z w/w tylko 1% pozytywnie przechodzi przez badania i może znaleźć zastosowanie handlowe. Dania- 5 roślin na 951 tys przebadanych roślin. Niemcy- 95 roślin na 2,5 mln przebadanych osobników 3. Autopoliploidy- a) powstawanie poliploidów z diploidów- zaburzenia w procesie mitozy w komórkach merystema tycznych we wcześniejszej fazie rozwoju-> zwielokrotnienia liczby chromosomów-> wytworzenie fragmentu pędu poliploidalnego w tym kwiatu-> samozapylenie-> zarodek z autoploidalną liczbą chromosomów zaburzenia w procesie mejozy-> zablokowanie redukcji liczby chromosomów w podziale I-> gamety o niezredukowanej liczbie chromosomów (2N)-> połączenie z gametą o 2n -> autopoliploid (tetraploid) b) fenotyp: zwiększenie wegetatywnych części roślin, wysoki wigor c)czynniki sprzyjające: poliploidalność ustala się łatwiej u gatunków wieloletnich, rozmnażających się wegetatywnie lub przez samozapylenie, występowania nisz ekologicznych

d) typy autopoloploidów- autotriploidy- efekt krzyżowania tetraploida z diploidem-> zarodki sterylne, wykorzystywane głównie w ogrodnictwie sadownictwie namnażane za pomocą technik In vitro (beznasienne banany, tulipany, melony, buraki cukrowe), Autopetroploidy- koniczyna czerwona, trawy pastewne, żyto T: hodowla mieszańców oddalonych: 1. Mieszańce introgresywne- powstają w wyniku krzyżowania odległych taksonów (między gatunkami i między rodzajami. Pozwalają przenieść cechę warunkowaną monogenicznie z jednego taksomu do drugiego (introgresja)- stosując metodę krzyżowania wypierającego, heksaploidalna pszenica zwyczajna z genem perzu- zimotrwała, wytrzymała na suszę, tolerancja na zasolenie. Heksaploidalna pszenica zwyczajna z genem perzu- zimotrwała wytrzymała na suszę tolerancyjna na zasolenie. Pszenżyto półkarłowe z genem karłowatości żyta. Życica wielokwiatowa i życica trwała z genami tolerancji na suszę i chłód oraz na choroby (od kostrzewy łąkowej lub trzcinowej). Linie addycyjne- wytworzone linie rośliny uprawnej z dodatkową parą chromosomów , pochodzącą od obcego gatunku (u pszenicy od żyta, perzu kozieńca, nieprawidłowości w mejozie, obniża płodność i plenność). Linie substytucyjne- linie u których para obcych chromosomów zastępuje parę chromosomów własnych rośliny uprawnej (u pszenżyta jarego chromosom 2R z żyta zastąpiony chromosomem 2D z pszenicy heksaploidlanej, obniża wartość niestabilność genetyczna. Linie translokacyjne- powstają w wyniku zastąpienia krótkiego odcinka chromosomu własnego fragmentu chromosomu obcego (im krótszy odcinek tym bardziej stabilne i płodne linie bez utraty wartości. Translokacja krótkiego ramienia chromosomu 1R żyta do chromosomu 1B pszenicy- wysokoplenne formy pszenicy, odporne na rdze brunatną, źdźbłową i żółtą oraz mączniaka prawdziwego ale z obniżoną wartością wypiekową.

* indukowane allopoliploidy- mieszańce oddalone powstałe w wyniku połączenia kompletnych gemów dwóch gatunków (pszenżyto, życica, pszejęczmień). T: Hodowla roślin rozmnażanych wegetatywnie 1.Hodowla roślin rozmnażanych wegetatywnie * charakterystyka genetyczna roślin rozmnażanych wegetatywnie: potomstwo roślin otrzymane w wyniku rozmnożenia wegetatywnego to klony (cechy przekazywane są w kolejnych rozmnożeniach w niezmienionej formie, wyjątek stanowią spontaniczne mutacje), nie przechodzą selekcji na płodność, oznaczają się niską zdolnością zawiązywania nasion, mają utrwaloną w genotypie znaczną heterozygotyczność, w potomstwie generatywnym rozmnażanym dalej wegetatywnie utrwalone zostają cechy warunkowane przed działaniem genów addytywnych współdziałania genów wywołujące efekt heterozji, *źródła nowych genotypów- spontaniczne mutacje, rozmnażanie generatywne- krzyżowanie a następnie dalsze rozmnażanie wegetatywne, samozapylenie- ale ujemny efekt chowu wsobnego *trudności w hodowli- niski współczynnik rozmnażania (opóźnione doświadczenia ścisłe na plon i wprowadzenie nowej odmiany do użytkowania), wielkość organów służących do rozmnażania, wielkość powierzchni pola zajmowana przez pojedyncze rośliny (ograniczenie liczby badanych i selekcjonowanych genotypów), przechowywanie materiałów hodowlanych w postaci świeżych tkanek (długotrwałość), roznoszenie chorób bakteryjnych i wirusowych. Krzyżowianie i uzyskanie rekombinantów (uprawa „na cegle”-> wzmożone kwitnienie-> zapylenie -> podwiązywanie jagód), siewki prowadzi się w małych doniczkach-> otrzymywanie bulw, bulwy wysadza się w następnym roku i ramszach -> wstępna ocena ich morfologicznych łączenie z plonem pojedynczych roślin, pokolenie z ramszów- linie siewkowe lub ramszowe, kolejne pokolenie- „nowe ogrody”, dalsze rozmnożenia oznaczają się numerycznie lub słownie. T: biotechnologiczne metody stosowane w hodowli roślin 1. Zastosowanie kultur In vitro- kultury In vitro- uprawa materiału roślinnego na skalę laboratoryjną w warunkach sterylnych (wykorzystuje zjawisko totipotencji-i zdolność organizmów do odtwarzania genów)na sztucznych pożywkach płynnych lub stałych (substancje mineralne: makro- i mikroelementy, witaminy, cukry, aminokwasy, regulatory wzrostu, agar) *zastosowanie kultur In vitro- stosowane w celu (mikrorozmnażania, ochrony zasobów genowych, uwalniania materiałów od patogenów, selekcji na poziomie komórkowym, otrzymywania mieszańców oddalonych z wykorzystaniem kultury zarodków, fuzji protoplastów dla uzyskania mieszańców somatycznych, produkcji haploidów i linii DH). *mikrorozmnażanie- wybór materiału wyjściowego (zdrowy, niezainfekowany, merystemy wierzchołkowe, fragmenty liści, łodygi lub korzeni) rozwój bezpośredni (wytworzenie zarodków somatycznych lub pająków przybyszowych) Rozwój pośredni- (wytworzenie na eksplantacie kalusa, dobranie odpowiednich proporcji auksyn i cytokinin w pożywce: duży udział cytokinin- rozwój pędów, zwiększenie zawartości auksyn- rozwój korzeni, pasażowanie na stałe pożywki, lub uzyskiwanie kultur zawiesin komórkowych- na pożywkach płynnych, Kalus- tkanka przyranna niezróżnicowana czasami zachodzą w niej jakieś mutacje, *mikrorozmnażanie- ukorzenianie namnożonych pędów, aklimatyzacja- przystosowanie uzyskanych roślin do uprawy na odpowiednim podłożu ex vitro (w komórkach klimatycznych, wysterylizowane podłoże) 2. Metody eliminowania wirusów- a)kultura izolowanych merystemów wierzchołkowych- (dezynfekcja powierzchni organów- alkohol etylowy 70%, podchloryn sodu1%, płukanie w wodzie destylowanej), umieszczenie materiału w warunkach sterylnych odsłonięcie wyjałowionymi narzędziami wierzchołka pędu osłonięcie merystemu pod binokularem, przemycie wodą destylowaną samego merystemu, inkubacja w pomieszczeniu o temp 18-22 C o świetle ciągłym, pasażowanie co 3-4 tyg, ukształtowanie osi pęd- korzeń po 14 dniach po 2 miesiącach roślina jest gotowa do wydadzenia w doniczkach b)alternatywne- metody dodatkowe stosowane przed kulturami merystemów- chemioterapia (dodanie do pożywek antymetabolitów wirusowych, powodujących zmianę w RNA wirusa), termoterapia (traktowanie eksplantatów wyłożonych na pożywkę podwyższoną temperatura 36 C wciągu dnia i 30 C w nocy przez 4-8 tyg), krioterapia (umieszczenie eksplantatów na pożywkach i schładzanie do 4 st C, dodanie krioprotektantów i powolne schładzanie a następnie umieszczanie w ciekłym azocie na dobę) 3. selekcja w kulturach In vitro- zalety: możliwość oceny dużej liczby komórek lub osobników na ograniczonej przestrzeni, możliwość badania kilku genotypów jednocześnie, uniezależnienie prac od pory roku czy warunków atmosferycznych pozwala uzyskać u roślin- odporność na czynniki stresowe tj, patogeny zasolenie herbicydy, zmiany biochemiczne prowadzące do zawartości składników, zmiany w genomach organelli komórkowych sposoby selekcji- masowa- zastosowanie warunków eliminujących fenotyp inny od poszukiwanego, pośrednia- selekcja mutantów o podwyższonej zawartości metabolitów, bezpośrednia- identyfikacja i wydzielenie poszukiwanego fenotypu, selekcja In vitro- In vitro- poszukiwana właściwości jest identyfikowana na roślinie (np: jako sektor komórek który przenosi się do kultury In vitro i regeneruje) a)kultury zarodków mieszańców oddalonych (emrylo rescue)-gdy występuje niezgodność między rozwijającym się zarodkiem a bielmem, zamieranie następuje najczęściej w stadium globuli, przeniesienie zarodka na odpowiednią pożywkę umożliwia jego dalszy rozwój i otrzymywanie rośliny mieszańcowej b)kultury protoplastów: protoplast-żywa zawartość komórki o enzymatycznie usuniętej ścianie komórkowej , umożliwiają otrzymywanie mieszańców somatycznych: między odległymi taksonami, warunek- stan mieszańcowości pozwoli na regenerację kompletnego osobnika 4. haploidyzacja- a)metody otrzymywania roślin haploidalnych (eliminacja chromosomów w zarodkach mieszańców oddalonych- metoda bulbozowa), pobudzanie do rozwoju komórek gametofitu (andro- i ginogeneza), indukowana partenogeneza- rozwój gametofitu żeńskiego stymulowanego zapyleniem pyłkiem obcego gatunku lub pyłkiem o obniżonej żywotności], podwojenie liczby chromosomów w kolchicyną lub substancjami C-mitotycznymi w pożywkach, otrzymane osobniki to podwojone haploidy (DH) a ich potomstwo- linie podwojonych haploidów, potomstwo roślin tetraploidalnych to di haploidy b)metoda bulbozowa- wykorzystuje zjawisko eliminacji chromosomów jednego genomu występujące w zarodkach mieszańców oddalonych (redukcja somatycznej liczby chromosomów), prowadzi do powstania zarodków haploidalnych które po regeneracji w kulturze In vitro rozwijają się w haploidalne rośliny, u jęczmienia przy krzyżowaniu H vulgare z H bulbosum), u pszenicy z kukurydzą lub prosem *gynogeneza- rozwój z haploidalnej komórki woreczka zalążkowego, w kulturach niezapłodnionych zalążni, zalążni lub kwiatów.