PYTANIA
Etapy hodowli:
Nieświadoma hodowla (prowadzona przez rolników)
Naukowa - I połowa XX w. Selekcja krzyżowanie selekcja
1983 r - uzyskanie pierwszej rośliny transgenicznej - tytoń
Penetracja genowa
Gdy osobniki o jednakowych genotypach różnią się fenotypowo, to mówimy o różnej penetracji genowej
Ekspresja genów różne nasilenie cechy w fenotypie
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
Utrzymywanie roślin
FAO opracował zasady utrzymywania roślin w sztucznych kolekcjach
Kolekcje podstawowe do max długiego przechowywania roślin bez manipulacji
Kolekcje aktywne do średniego czasu, rozmnażania, wymiany, oceny, dokumentacji
Kolekcje robocze każdy hodowca ma swój ekotyp powstały w skutek współdziałania ze środowiskiem
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
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
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
Co to są heterokariocyty?
Heterokariocyty mieszaniec, który ma połączone jądra, organelle obu organizmów
Hybryda somatyczna - aby ją uzyskać, musi być zgodność chromosomalna, dlatego dobre jest łączenie gatunkowo spokrewnionych, często łączy się dzikie
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
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
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
PPO - panmiktyczna populacja obco płodna
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)
Hodowla odmian syntetycznych - podobna do heterozyjnej. Populacja powstała wskutek swobodnego przekrzyżowania linii wsobnych. Oceniane wg wartości kombinacyjnej
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
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
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
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
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.
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)
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
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
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
Zarodek - triploidalny
Bielmo -tetraploidalne
CLW - czysta linia wsobna - brak zmienności genetycznej
Dlaczego samozapylenie u roślin obcopylnych powoduje negatywne konsekwencje genetyczne, a u samopylnych nie.
Wzrost homozygotyczności i wzrasta ryzyko ujawniania się genów letalnych
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