W jaki sposób można wykorzystać w hodowli niepłodne mieszańce międzygatunkowe lub międzyrodzajowe? Znaczenie poliploidyzacji spontanicznej i sztucznej - przy pomocy kolchicyny.
ß posiadanie lub przejmowanie od form dzikich poszczególnych cech lub kompleksowych właściwości= introgresja
ß często sa formami allopoliploidalnymi.
- wyjasniają stosunki pokrewienstwa
- wywołuja resynteze gatunków- odtworzenie ich pochodzenia
- umozliwiają syntezę nowych gatunków
KOLCHICYNA- działanie polega na zablokowaniu mechanizmy wrzeciona podziałowego. Po podłużnym podziale wrzeciona nie rozchodzą się na bieguny i nie tworzą się komórki potomne. Jeżeli stężenie kolchicyny jest za wysokie lub jej działanie trwa zbyt długo,nastepuja dalsze podziały chromosomów prowadzące do śmierci komórki na skutek przekroczenia poziomu ploidalności.
Znaczenie ujemne:
Ø na skutek zwiekszenia liczby chromosomów jądra komórkowego jak i całe komórki powiększają się przez co zmienia się ilościowy stosunek plazmojądrowy, objetość komórki zwieksza się znaczniej niż jej powierzchnia.
Ø Przemiana materii , podziały komórkowe zachodzą wolniej na skutek czego również wzrost i rozwój jest wolniejszy w porównaniu z formami diploidalnymi.
Ø Czasami obniżenie odporności
Ø Często liczba kwiatów w kwiatostanach jest mniejsza
Ø Zaburzenia plonu nasion, który może być obniżony z powodu zaburzeń w gametogenezie i w procesie zapłodnienia.
Ø Ogólna produkcja swieżej masy może być większa, lecz w przeliczeniu na jednostke czasu jest z reguły mniejsza niż u diploidów.
Ø Wyższa zawartośc wody w świeżej masie.
Znaczenie pozytywne:
< wszystkie części rosliny sa większe
opóźnienie drewnienia tkanek
bujniejsze rosliny- wieksz produkcja swieżej masy
owoce i nasiona sa większe
bardziej sztywne pedy
1. Jakie korzyści z punktu widzenia hodowlanego wnoszą mieszańce somatyczne? Jakie znaczenie mogą mieć mieszańce asymetryczne?
Mieszańce somatyczne mogą być: à symetryczne, à asymetryczne àcybrydy
Korzyści:
· przeniesienie odpornosci na patogeny, np. do ziemniaka form dzikich na bakterie ervinia carotovora, nicienie
· zwiększenie wartości odzywczej i trwałosci roslin pastewnych poprzez otrzymanie nowego gat, trawy
· otzrymanie cytoplazmy roslin męskosterylnych ziemniaka, kapusty
znaczenie:
· wieksza zmiennosć genetyczna
· otrzymujemy różne proporcje genów
· miszance mogą posłuzyc do krzyżowań.
Ø utrzymanie i rozmnożenie danego materiału
Ø mozliwość otrzmania mutantów
Ø mozliwość dokonania selekcji invitro
Ø źródło zmienności somaklonalnej
Ø możliwość prowadzenia kultur pylników
Ø przy barierach pre i post zygotycznych wykorzystujemy do otrzymania mieszanców międzygatunkowych
Ø prowadzenie somatycznej embriogenezy- otzrymywanie sztucznych nasion
Ø możemy dokonac transformacji komórki
Ø łatwiejsze wykonanie mutacji niż w warunkach naturalnych
Ø łatwośc wykonania rozmnożenia klonalnego, co gwarantuje uzyskanie wiekszej liczby osobników z nowa własciwościa.Jakie znaczenie może mieć zastosowanie sztucznych nasion? Omów procedurę ich otrzymywania.
Sztuczne nasiona: somatyczne zarodki uzyskane w hodowli in vitro, otoczone sztuczną okrywą zawierająca materiały odżywcze oraz regulatory wzrostu. Są 2 technologie wytwarzania sztucznych nasion:
à mokra- zarodki są kapsułkowane w hydrożelach
à sucha- zarodki po osiągnięciu stadium dojrzałości poddawane są suszeniu.
Proces uzyskiwania ma 4 fazy:
a) hodowla tkanki proembrionalnej w kulturach in vitro
b) masowa produkcja synchronicznie rozwijających się zarodków somatycznych
c) przygotowanie uzyskanych zarodków do kiełkowania przez ochładzanie lub podsuszanie
d) otoczkowanie w hydrożelach lub kapsułowanie otrzymanych zarodków.
Zastosowanie: ogrodnictwo, lesnictwo, sadownictwo, sztuczne nasiona mogą być jedynym sposobem rozmnażania roslin poddanych różnym manipulacjom genetycznym, sztuczne nasiona: modrzew europejski, świerk biały, pospolity, orzech woski
3. Jakie związki mogą występować między hodowlą roślin a biotechnologią?
Hodowcy często uciekaja się do metod biotechnologii aby udoskonalić rosliny. Udoskonalenie to polega na wszczepieniu do genomu rosliny obcych genów, w wyniku czego powstająrosliny transgeniczne. Zaczęły się pojawiac w latach 80’. Izolowany przenoszony gen może pochodzic od zwierzat, mikroorganzmów lub innych roslin. Aby przeniesc gen musimy: wyizolowac go, znac jego ekspresje, tak go wzbogacic w inne geny, aby mógł funkcjonowac w organixmie do którego go przenosimy.
Wektory i przenosniki genu: najcz ęściej jest to plazmid Ti z bakterii agrobacterium tumefaciens powodującej przy porazeniu roslin powstawanie tumorów na korzeniach. Plazmid jest to kolista cząsteczka DNA wystepująca poza głównym bakteryjnym DNA. W plazmidzie sa geny kodujące enzymy potzrebne do wnikniecia do rosliny i odpowiedzialne za powstawanie tumoru. Biotechnolodzy wycięli geny tumoru i wprowadzili geny, o które chca wzbogacić rosline, geny markerowe, oraz geny ułatwiające transformacje.
- Plazmid Ri- z jednej z bakterii agrobacterium powodującej powstawanie wielu korzeni przybyszowych
- Metoda bidistyczna- małe czasteczki metalu (złoto, tytan) opłaszczone DNA i wstzreliwane do genomu rosluiny. Metoda ta jest stosowana, gdynie możemy wykorzystac bakterii.
Możemy wprowadzic do rosliny 1-3 gemy, więc nie możemy wprowadzac poligenów. Przenosimy geny odpowiadające za: odpornosć na herbicydy, wirusy, szkodniki, skład, czas dojrzewania.
Proces wprowadzania genu: pobieramy tkanke roslinna , najlepeij z młodej rosliny , eksplantaty przenosimy na szalke , na sztuczna pozywke, stwarzamy dobre warunki infekcji, mieszamy eksplantaty z zawiwesiną bakterii, bakteria swobodnie penetruje do tkanki, po 10 min wyjmujemy eksplantaty, osaczamy i przenosimy na pozywke z antybiotykiem niszczącym bakterie, która wprowadziła nam już DNA. Ze stransformowanych komórek regenerujemy całe rosliny, jeżeli zastosowaliśmy dobry plazmid i dobry antybiotyk to jest duże prawdopodobienstwo, że otzrymana roslina będzie transgeniczna. Inna metoda jest kaleczenie dorosłej rosliny, infekcja bakterią, a nastepnie izolacja komórek z tumoru i regeneracja z nich całej rośliny, jednakze jest to metoda mniej wydajna i rzadziej stosowana. Możemy również pod ciśnieniem transformować pakikwiatowe w celu transformacji komrki jajowej, pyłku, powstałe nasiona wysiewamy na pożywkę z antybiotykiem i przeprowadzamy selekcje. W plazmidzie Ti oprócz genów replikacji, sa inne geny, np. opi- wksaźnik czy gen został już wprowadzony do komórki. Cechy które wprowadzono (patrz poprzednie pyrania). Rośliny transgeniczne nie oddziaływują źle na rosliny, środowisko czy człowieka.
Biotechnologia umozliwia również produkcje sztucznych nasion, jednak dotychczas stworzone sztuczne nasiona nadaja się tylko do doświadczeń laboratoryjnych, nie udało się stworzyc takich, które moznaby wykorzystac w uprawie.
Kultura in vitro jest to kultura eksplantatów , polega na wyizolowaniu eksplantatów i umieszczeniu ich w sterylnym środowisku- pozywce. Pozwala na to totipotencja komórkowa, czylizdolność pojedynczych komórek roślinnych do odróznicowania i regeneracji całego organizmu roslinnego. Zastosowanie:
- utrzymanie bądx rozmnożenie cennego materiału
- otzrymanie mutantów
- selekcja in vitro
- wykorzystanie smienności somaklonalnej
- otrzymanie haploidów dzieki kulturze mikrospor, pylików, zalążni, zalążków
- otrzymanie mieszanców międzygatunkowych umozliwia kultura zarodków.
- Zapylenie in vitro (jak jest niezgodnośc prezygotyczna)
- Otrzymywanie mieszańców somatycznych powstałych z poacenia 2 komórek somatycznych.
- Otrzynmanie zarodków somatycznych przez wykorzystanie embriogenezy somatycznej.
Tomasz Morgan zaobserwował, ze częscstość z jaką pojawiają się rekombinanty, jest stała dla danej pary genów, co wskazywało, że geny zajmują na chromosomie stałe miejsca(loci). Pojawienie się rekombinantów jest wynikeim pekania chromatyd chromosomów homologicznych i ich ponownego łaczenia się w nowym układzie. Proce ten to crossing-over. Morgan załozył również, że częstoś crossing-over jest funkcją odległości pomiędzy loci genów na chromosomie: im dalej od siebie sa połozone, tym wieksza szansa na zajście crossing-over miedzy nimi. Słuszność założeńMorgana została potwierdzona. Dla wszystkich organizmów będacych przedmiotem intensywnych prac genetycznych, oraz dla wielu organizmów ważnych z punktu widzenia użytkowego, sporzadzono dokładne mapyy gebetyczne poszczególnych chromosomów.. Mapy te obrazuja kolejnośc ułozenia genów na chromosomieoraz odległości między genami wyrazone w jednostkach rekombinacji. W celu sporzadzenia takiej mapy wykonuje się serię krzyzówek testowych, zwykle krzyżówek trzy lub więcej punktowych, tzn. takich w których bada się jednoczesnie segrgacje trzech lub więcej genów. W wyniku krzyżowki powstaje 8 klas potomstwa, wszystkie rozrózniane na podstawie fenotypów. O ile wszystkie trzy geny sa sprzężone, to klasy rekombinantów będą mniej liczne nizklasy typu rodzicielskiego. Najmniej liczne będą klasy postałe w wyniku podwójnego c/o, gdyz prawdopodobienstwo zajscia podójnego c/o = iloczynowi prawdopodobieństw zajscia pojedyńczych c/o. Ponieważ w wyniku podwójnego c/o tylko gen środkowy zmienia swoja pozycje względem pozostałych genów, to liczebność klas daje nam informację nie tylko o odległościach pomiędzy genami, ale również o ich wzajemnym położeniu na chromosomie. ! jednostka rekombinacji (centy morgac cM) = 1% rekombnacji.
Mapy chromosomowe sa przydatne w hodowli ponieważ uzyskujemy z nich informacje o sile sprzężeń między genami i prawdopodobieństwie uzyskania konkretnych rekombinantów. Podcas zakładania hodowli mamy co do niej ustalone plany i wiemy co chcemy uzyskać. Korzystając z map chromosomowych różnych gatunków danej rolsinymożemy wybrać te gatunki, które przekazuja jak największej liczbie potomstwa korzystne dla nas cechy, a poza tym geny warunkujące te cechy nie sa sprzężone z genami dla nas niekorzystnymi czy tez sa sprzęzone, ale w mniejszym stopniu. Możemy tez przewidzieć jaki procent potomstwa będzie
Wykład 5. Systemy krzyżowania i selekcji. Hodowla kombinacyjna i transgresyjna.
5. Typy selekcji i
Selekcja jest najstarsza i najprostsza metoda hodowlaną, oparta na wyborze z naturalenj populacji poządanych biotypów. W metodzie tej rola hodowcy ograniczona jest do wykorzystania już isniejącej zmienności. Jednakże selekcja, jako metoda hodowlana, nie powinna być utożsamiana z samym tylko wyborem korzystnych wariantów. Wybór taki stanowi z reguły nieodzowny element techniczny każdej metody hodowli niezaleznie od tego czy zmiennosć materiału wyjściowego została w ten czy inny sposób poszerzona czy nie.
Selekcje dzielimy na selekcję roslin samopylnych i obcopylnych. Łatwiejsza i szybsza jest selekcja roślin samopylnych , jest tez bardzo skuteczna, gdyż rosliny zapylaja się swoim własnym pyłkiem, co prowadzi do powstania linii czystych, które już pozostaja niezmienne więc szybko możemy uzyskać osobniki pożądane. Selekcja roślin obcopylnych jest trudniejsza ze względu na swobodne przepylanie się roslin, wobec czego aby otrzymac pożądane formy należy kontrolowac zapylanie, znac formy ojcowskie, izolowac rosliny, zabiegi z tym związane sa pracochłonne i drogie.
Selekcje możemy wykonywać: a) przed kwitnieniemwówczas rosliny niepotrzebne odrzucamy przed kwitnieniem i krzyżuja nam się już wyselekcjonowane lepsze formy b) po kwitbieniu: gdy interesuja nas takie cechy jak ziarniaki u zbóz, owoce. Niestety gdy dotyczy to roslin obcopylnych przekzyżują się one swobodnie co oznacza, że mogą się przkżyżowac z formami lepszymi i gorszymi(przyudatna jest tu metoda rezerw)
Selekcja może być:
· pozytywna- wybór i rozmnozenie najlepszych osobników
· negatywna- odrzucenie najgorszych form
Ø indywidualna z ocena potomstwa
Ø masowa (populacyjna)
Ø masowo-grupowa- reprodukcja pojedynków w grupach
Ø rozdzielcza- prowadzona w 2 kierunkach, otrzymujemy małe populacje o cechach skrajnie różniących.
Ø Zachowawcza- selekcjonowanie osobników najbardziej trypowych dla odmiany.
W zaleznosci od biologicznych własciwosci danego gatunku stosuje się selekcję klonów,, selekcję masowa lub indywidualna. Selekcja klonów możliwa jest tylko w stysunku do roślin, które można rozmnazać wegetatywnie.w stosunku do roslin rozmnażanychgeneratywnie można stosowac zarówno selekcje masowa jak i indywidualna ale sposób postępowania jest odmienny dla gatunków samo i obcopłodnych..
Selekcja klonów: wybieramy rosliny rozmnażajace się wegetatywnie, ale mające odmienne genotypy. Najcęsciej materiał wyjściowy stanowi generatywne pokolenie F1, uzyskane z nasion powstałych przez samozapylenie lub krzyzowanie. Pierwszy wybór pojedynków jest bardzo istotny ponieważ w wyniku wegetatywnego rozmnażania ich własciwości genetyczne zostaja utrwalone w całym klonie. Rosliny po pierwszej selekcji to klony A, sadzimy je na polu i porównujemy ze standardem, badamy ich cechy jakościowe, ilościowe, termin dojrzewania itp. Wybieramy najlepsze i rozmnazamy (klony B)powtarzamy to osiągając klony c i d na których wykonujemy doswiadczenia polowe, porówawcze i najlepsze klony rozmnażamy. Można stosowac dla roslin rozmnazających się generatywnie jak i wegetatywnie. Wybór klonów i krzyzowanie najlepszych z nich pozwoli otrzymać najlepze formy.
Selekcja masowa: a) rosliny samopłodne – polega na wyborze z naturalnej populacji większej liczby roslin o pożądanym fennotypie i ich wspólnym dalszym rozmnażaniu. Oceny potomstwa nie stosuje się. Zakłada się, że rosliny o poządanym fenotypie jednorodnym, sa też genotypowo jednorodne. Selekcja masowa znajduje zastosowanie w ulepszaniu prymitywnych odmian. Modyfikacje selekcji masowej stanowi selekcja grupowa polegająca natym, że wyselekcjonowane rosliny dzieli się na grupy o okreslonych cechach i rozmnaża je oddzielnie. W ten sposób możemy otrzymac mniejsze grupy roślin o określonych cechach, np. formy jare i ozime. Bywa stosowana jedynie w hodowli zahowawczej.
b)rosliny obcopłodne- rosliny te sa w wiekszym lub mniejszym stopniu heterozygotami i selekcja masowa polega tu na zwiększeniu udziału pożądanych genów w populacji. Efekty sa szczególnie wyraxne w poczatkowym okresie, potem maleja i w końcu sa niezauważalne. Selekcja jest kontynuowana w ciągu kilku pokoleń.
Skuteczność tej metody zalezy od:
Ø odziedziczalności cechy stanowiącej przedmiot selekcji, im mniejszej podlega zmiennosci środowiskowej tym lepiej i tym skuteczniejsza bezie selekcja.
Ø Czy selekcjonowana cecha objawia się przed czy pokwitnieniu
Ø Genetyczny mechanizm przekazywania cechy (recesywna, dominujaca)
Jednoczesnie obok selekcji hodowcy przebiega selekcja naturalna, która może być zgodna z kierunkiem selekcji prowadzonej przez hodowce lub nie.
· selekcja indywidualna z ocena potomstwa:
a) rosliny samopłodne- potomstwo poszczególnych wybranych pojedynków jest rozmnażane oddzielnie i testowane.. populacja składa się z homozygotycznych ro,slin o niejednakowych genotypach; w wyniku selekcji indywidualnej wyprowadza się z niej linie czyste, które mogs róznic się od populacji wyjściowej; dalsza selekcja w obrębie lini czystej jest bezskuteczna.
Stosowana w celu uzyskania komponentów do hodowli kombinacyjnych oraz jako selekcja w obrębie odmian miejscowych dobrze przystosowanych do lokalnych warunków.
W hodowli gatunków u których bonitacja artości uzytkowej może być dokonana dopiero po przekwitnieniu, dobre wyniki daje tzw. Metoda rezerw. Polega ona na tym, że z nasion wybranych rodów czy rodzin tylko część wysiewa się w doświadczeniach porównawczych, podczas gdy reszta stanowi rezerwę. Po dokonaniu wyboru najlepszych rodzin czy rodów na podstawie tych doświadczen hodowcy pozostaja jeszcze do dyspozycji ich nasiona. W nastepnym roku zatem zostają zatem rozmnożone i przekzyzowane te rody, które uzyskały wysoka wartość użytkowa. Najczęsciej powtarza się celem uzyskania peniejszych wyników po czym nasiona najlepszych rodów B sa miesznne i po kilkakrotnym rozmnożeniu mmogąstanowic kwalifikowany materiał siewny. Pozwala na dużą kontrole zapylenia i eliminacje niepożadanych rodów, nawet gdy cecha ujawnia się po kwitnieniu. Można również krzyżowac roslinyy parami, wówczas zobaczymy, które dadzą najlepsze potomstwo.
Hodowla kombinacyjna jest to metoda hodowli krzyżówkowej roslin samopłodnych. Opiera się na podstawowych regułach dziedziczenia. Począwszy od pokolenia F2 następuje rozszczepienie się cech i pojawienie się ich w nowych kombinacjach. Tym samym już w pokoleniu F2 można zacząć poszukiwania pożadanych rekombinantów. U roslin samopłodnych z pokolenia na pokolenie udział heterozygot zmniejsza się na korzysć homozygot. Z tego względu w hodowli kombinacyjnej można wyodrębnić dwie podstawowe metody, które mog...
Axelunka