HODOWLA I NASIENNICTWO - WYKŁAD V

Sposoby modyfikacji zmienności genetycznej. (Autopoliploidy, Allopoliploidy, Haploidy, Mieszańce somatyczne, Selekcja)
Wykład 5. Autopoliploidy
(definicja, występowanie, różnice, cechy fenotypowe, genetyczne, poliploidy mitotyczne i mejotyczne, gamety FDR, SDR, triploidy, dziedziczenie cech u autotetraploidów, podsumowanie)

Pliploidy - ogranizm lub komórka mająca więcej niż dwukrotną haploidalną liczbę chromosomow / ogranizm, zwykle roślina, która ma więcej niż podstawowe zestawy chromosomów / ogranizm z dwoma lib większą liczbą genomów

Genom odpowiada za jakąś cechę!!! A współdziałanie między nimi określa, czy to ma być taki a nie inny kolor oczu (np)

Występowanie poliploidów:

Około 30% gatunków roślin kwitnących to poliploidy. Około 50% wszystkich rodzajów roślin zawiera gatunki poliploidalne i 2/3 wszystkich raw to poliploidy. Przykład: 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, płackie robaki - poliploidy.

/ Poliploidy wiąrzą się z gigantyzmem. /

Auto i allo-poliploidy ===>

Chromosom homologiczny - ten sam chromosom (jeden od ojca, drugi od matki), który w tych samych miejscach posiada allele tego samego genu. Identyczny pod względem wyglądu.

Autopoliploidy vs. Alopoliploidy
Autopoliploidy:
pomiędzy blisko spokrewnionymi lub w obrębie tych samych gatunków
chromosomy homologiczne
Formują tri-, tetra-pentawalenty (multiwalenty)
Dziedziecznie polisomiczne
Alopoliploidy:
Pomiędzy niespokrewnionymi gatunkami,
Chromosomy niehomologiczne
Formują biwalenty w obrębie chromosomów homologicznych
Dziedziecznie disomiczne

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

/ Podczas działania na skórę ultrafioletu powstają mutacje, które prowadzą do raka skóry /

Nomenklatura dotycząca różnych rodzajów poliploidów (fota)
autopoliploidy ===> 2n - liczba chromosomów w komórce somatycznej, x - liczba genomów. NP: 2n = 4x = 28 - cztery genomy = 28 chromosomów.
allopoliploidy ===> 2n - komórka somatyczna, 2(xA + xB)=12

Cechy fenotypowe u autopoliploidów:
- większe komórki, organy = gigantyzm
- większe komórki szparkowe, często większe chloroplasty
- ziarna pyłku większe
- wolnijeszy wzrost, późniejsze dojrzewanie, mniej obfite kwitnienie, gorsza płodność (im więcej genomów tym gorsza płodność)
- zmiena składu chemicznego. 4x kukurydza 40% więcej witaminy A niż 2x.
- najlepsze efekty - rośliny pastwne

Cechy auto i allopoliplodów
Autopoliploidy:
Częściej występuje obco zapylenie co powoduje większą heterozygotyczność, zmienność genetyczną i zdolność buforową w stosunku do środkowiska
Allopoliploidy:
Częściej występuje samozapylenie.
Autopoliploidy - Ze wzgędu na większą liczbę alleli jednego genu - większa zdolność przetrwania w małych popiulacjach
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. samozypalenie diploida Aa, czyli Aa x Aa = 25%AA, 25%aa i 50%Aa
Samozapylenie tetraploida AAaa = 1/36 AAAA, 1/36 aaaa, 34/36 różnych heterozygot.
- Wszystkie rośliny allopoliploida są geterozygotyczne dzięki zachowanej w pokoleniach geterozygotyczności.
- Depresja wspobna u poliploidów jest mniejsza niż odpowiadających im diplodów dzięki maskowaniu działania szkodliwych alleli przez dodatkowe genomy. W konsekwencji można zwiększyć intensywnośc chowu wsobnego
- Ogólna zmienność genetyczna poliploidów jest większe (więcej lub różne genomy) szczególnie u allopoliploidów
(Liczba chromosomów 2n=4 do 2n=500, u paprosi więcej niż 1200).

Autotetraploid vs. allotetraploid (fota)
- u autotetrapolida formowane są terawalenty i koniugacja oraz crossing over zachodzi pomiędzy nimi
- u allotetraploida formowane są biwalenty i konigacja zachodzi między chromosamami homologicznymi należacymi do tego samego gatunku
TYLKO KONIUGACJA ZACHODZI MIĘDZY CHROMOSOMAMI DANEGO GENU (?)

Sposoby powstawania autopoliploidów
- polipoliudy mitotyczne - podczasmitozy podział chromosomów staje sie wrażliwy na czynniki zewnętrzba w latach 30 XX wieku. - kolchicyna także gaz rozweselający N2O
Podział chromosomów zachodzi, brak odciągania chromatyd do biegunów. Podział centromerów, brak tworzenia ściany komórkowej
- Podliploidyzacja mejotyczna - nieprawidłowość w redukcji chromosomów. Powstają gamety niezredukowane, ich częstotliwość genetycznie determinowana, średnio 0,5% u roślin. Prawdopodobieństwo powstania autopoliploidów 10 do -5 do 5x10 do -5.
- Połącznie gamet niezredukowanych

Poliploidy mitotyczne (fota)
- identyczne gametyczne konsekwencje, podwojenie chromosomów = podwojenie alleli
Aa - AAaa, AA-AAA, aa-aaaa
- zdublowanie alleli - efekty pozytywne i negatywne. Pozytywne: większa zdolność buforowa, większa heterozygotyczność pojedynków, ważna u odmian syntetycznych, możliwość prowadzenia hodowli na mniejszych populacjach - bez bawy o efekty chowu wsobnego. Negatywne - mniejsza płodność.

Poliploidy mejotyczne, gamty FDR i SDR
- Gamety FDR powstają w wyniku niekomletnego pierwszego podziału redukcyjnego. Brak jest 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.

Jest podział redukcyjny i wyrównanwczy. Do pyłku lub komórki jajowej przechodzą pojedyncze allele lub chromatydy, które przekształcają się w ....
W FDR nie ma podziału redukcyjnego. Jeżeli zajdzie drugi podział wyrównawczy to w kom. potomnych są dwa chromosomy i różne allele danego genu w formie heterozygotycznej.
Są podwójne chromatydy, gamety są homocygotyczne.

Konsekwencje genetyczne podziału FDR i SDR
FDR - prowadzi do powstania dwóch 2n gamt identycznych o takim składzie z którgo powstala roślina rodzicielska. Jeżeli rodzic jest heterozyg. - przekazanie heterozygotyczności na potomostwo (heterozja)
SDR 0 gamety w pełni homozyg i różne od siebie. Jeżeli zależy nam na homozygotyczności potoomstwa gamety SDR są bardzo korzystne.

Wykorzystanie gamet niezredykowanych w hodowli roślin:
Dziekie gatunki ziemniaka posiadające wiele cennych cech np. wysoką zawartość białka, tolerancję na stresy to diploid.
Ziemniak S.tuberosum to tetraploid. Są problemy z krzyżowaniem 4x i 2x niepłodność
Krzyżowanie form 2x o gametach niezredukowanych z formą 4x pozwala uzyskać potomoswo 4x pełne wugoru
Krzyżowanie dwóch form wytwarzających gamety SDR gomozygotyczne pozwala uzyskać F-1 heterozygotyczne o dużym efekcie heterozji, utrwalonej przez rozmnażanie wegetatywne

Autotriploidy:
- niektóre gatunku są hodowane tak aby uzyskać poziom triploidalny - buraki, beznasienne, banany, melony - triplidy beznasienne, astry, tulupny Darwina, brzoza, wiele drzew owocowych
- triploidy - brak rozmnażania przez nasiona, większość rozmnaża się wegetatywnie
- forma 4x x 2x = 3x

Banany są triploidami - nie mają nasion.

Liczba kombinacji chromosomowych w gametach rośnie wraz ze zwiększaniem liczby chromosomów, maleje jednocześnie liczba gamet z "pełną" liczbą chromosomów. - FOTA

Dziedziczenie cech u autotetraploidów (fota)
- Autotetraploid = 4 chromosomy homologiczne
- Koniugacja - kwadriwalent, triwalent+uniwalent
2x biwalenty i rzadko 4 uniwalenty
- dziedziczenie skomplikowane ze względy na 4 chromosomy homologiczne
- samozapylenie (chów wsobny) 99% homozygotyczności - 7 genetacja u diploida i 27 u tetraploida...
- przy krzyżowym zapyleniu diploida frekwencja genotypów = (p+q)do 2 = p do 2 + 2pq + q do 2 dla tetraploida (p+q)do4 = p4 + 4p3g + 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%...................

Przykłady hodowli tetraploidów
- żyto 2n=4x=28 2% więcej białka, ziarno o doskonałej wartości wypiekowej. problem 20% sterylność kłosa co daje mniejszy plon.
- żyto 2n=4x=28 na zielonkę po plonie

Podsumowanie 1 :
- sztuczne zdublowanie chromosomów daje pozytywne efekty w stosunku do roślin które:
- mają niewysoką i suboptymalną liczbę chromosomów
- obcopylne
- są uprawiane na cześci wegetatywne
- są gatunkami wieloletnimi
- są zdolne do wegetatywnego rozmnażania (klasyczny przykład - ziemniaki)

Podsumowanie 2:
- poliploidyzacja jako metoda hodowli nie w pełni spełniła pokładane nadzieje, głównie w wyniku obniżonej płodności roślin
- czynnikiem decydującym o powodzeniu hodowli na poziomie poliplidalnym jest użycie diploidów o szerokim zakresie zmienności

Dziękuję za uwagę ;)