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

Początek 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:



Pochodzenie i systematyka (dzicy przodkowie, dzikie gatunki pokrewne, odmiany
botaniczne, ekotypy)



Znajomość zakresu naturalnej zmienności cech



Biologia gatunku (biologia kwitnienia, techniki krzyżowania)



Cytologia i embriologia (techniki barwienia chromosomów, wybarwienie ziaren pyłku)



Genetyka (uwarunkowanie genetyczne cech- monogenicznie; allele dominujące,
recesywne; rodzaj dziedziczenia; współdziałanie między genami; sprzężenia genów;
odziedziczalność; cała genetyka molekularna; inżynieria genetyczna)



Uprawa roli i roślin (agrotechnika, gleboznawstwo, chemia rolna, ochrona roślin,
fitopatologia, embriologia)



Doświadczalnictwo (zakładanie doświadczeń, analiza systematyczna wyników)

Rośliny transgeniczne

1. Metody transformacji roślin:

a) Wektorowe:



Agrobacterium tumefaciens (plazmid Ti)



Agrobacterium rhizogenes (plazmid Ri)

b) Bezwektorowe:



Elektroporacja



PEG



Mikrowstrzeliwanie



Mikroiniekcja

Transformacja wektorowa:



Ograniczona głównie do roślin dwuliściennych



Najczęściej włączany pojedynczy transgen

Transformacja bezwektorowa:



Bez ograniczeń gatunkowych



Niestabilne, wielokopijne kompleksy trans genów



Większe tendencje do wyciszania i zaburzeń ekspresji

2. Etapy uzyskiwania GMO:



Przygotowanie DNA



Wprowadzanie DNA



Integracja do genomu



Selekcja transformatorów



Odtwarzanie organizmu

3. Przygotowanie DNA



Sekwencje, które chcemy wstawić:

o Sekwencja kodująca
o Promotor



Sekwencje pomocnicze

o Sekwencje plazmidu
o Sekwencje pomagające przy wprowadzaniu DNA
o Sekwencje pomagające przy integracji DNA
o Sekwencje niezbędne do selekcji transformatorów

4. Agrobacterium tumefacjens



Bakteria zdolna do wprowadzania genów do komórek roślinnych



Naturalnie wprowadza gen biosyntezy aminokwasów i hormonów



Po przerobieniu może wprowadzić geny wybrane przez człowieka



Bakterie te są 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



Regeneracyjne



Selekcyjne z antybiotykami



Antybiotyki są wrażliwe na wysoką temperaturę i dodajemy je do pożywki po
sterylizacji. Antybiotyki sterylizuje się przez filtrowanie.

6. Otrzymanie roślin do transformacji



Sterylizacja i wysiew nasion: Dla każdego materiału należy dobrać najbardziej
właściwe warunki sterylizacji (rodzaj, stężenie, czas działania substancji
sterylizującej, które są kompromis: sterylność a uszkodzenie)



Podchloryn: W celu zapewnienia lepszej penetracji czynnika sterylizującego:
moczenie w alkoholu etylowym, dodawanie detergentu



Kiełkowanie: Nasiona po sterylizacji umieszczane są w płytkach Petriego lub
słoikach na pożywkach umożliwiających ukorzenienie się tych roślin.



Wzrost siewek i roślin w kontrolowanych warunkach w fitotronie.

Cięcie eksplantantów



Eksplantaty: Materiał roślinny, z którego inicjowana jest kultura. Najczęściej są to
fragmenty jakiegoś organu.



Eksplantaty są pobierane z liści i fragmentowane na kawałki.

Przygotowanie Agrobacterium
Inokulacja- kokultura



Eksplantaty zalewa się przygotowaną pożywką z bakteriami. Inokulacja i ko
kultura wzmacniają procesy stresowe Eksplantaty.

Eliminacja Agrobacerium



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



Stosowanie czynnika selekcyjnego po zakończeniu kokultury może zahamować
regenerację.



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



Po 2-3 tygoniach pojawia się kallus na eksplantach w miejscu zranienia. Z niego
formują się pędy.



Pojawiają się pędy: Po 6 tygodniach pojawiają się pędy, które są odcinane od kalusa.



Ukorzenianie: Po zregenerowaniu pędów rośliny są gotowe do ukorzenienia i
przeklada się je na pożywki do ukorzenienia.



Rośliny transgeniczne: W pełni zregenerowane rośliny, które wyrosły na pożywkach
selekcyjnych. Otrzymuje się je po ok. 12 tygodniach.



Z pożywki do ziemi: Ukorzenione rośliny po selekcji przenosi się do doniczek z ziemią.
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



Wydajność transformacji jest mocno ograniczona



Wprowadzenie genu odporności na antybiotyk (herbicyd)

9. Geny reporterowe stosowane w transformacji
Geny reporterowe- pozwalają na wizualizację ekspresji trans genu



Histologiczne- pozwalają określić fenotyp po potraktowaniu substratem lub
podczas obserwacji w specjalnych warunkach



Morfologiczne- zmiany w morfologii roślin



Związane z pigmentacją (najczęściej z produkcją antocyjanów)

10. Wprowadzanie DNA

a) Metody bezpośrednie



Elektroporacja



Mikroiniekcja



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



Rośliny z genem Bt są chronione przed atakiem owadów, zmniejszają zużycie
pestycydów. Rośliny wytwarzają białka toksyczne dla niektórych owadów.



Rośliny tolerancyjne na herbicydy, rolnicy mogą stosować specyficzne herbicydy do
walki z chwastami bez uszkodzenia uprawy.



Rośliny odporne na choroby, uzbrojone do walki z chorobami wirusowymi
(szczepionki roślin)



Oleje spożywcze zachowują strukturę w Wysokiem temp. Redukcja obróbki przed
sprzedażą, zdrowsza żywność.



Zdrowsze oleje jadalne- zmniejszone tłuszcze nasycone.



Opóźnione dojrzewanie owoców i warzyw- lepszy smak, kolor, lepsze do transportu,
dłuższa żywność



rBST- forma zrekombinowana naturalnego enzymu somatotropiny zwiększenie
produkcji mleka o 10-15%



Enzymy (chymozyna)- czystsza, stabilniejsza niż z cieląt (60% produkcji serów
twardych)

Cztery najważniejsze uprawy modyfikowane:



Soja 80%



Kukurydza 70%



Bawełna 70%



Rzepak

Co najczęściej modyfikujemy?



Odporność na herbicydy



Odporność łączona (na herbicyd i szkodniki)



Odporność na szkodniki

Kraje z najwięcej GMO



USA



Brazylia



Argentyna



Indie



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:



Odporność na suszę, na nadmiar wilgoci



Odporność na upały i chłody



Mrozoodporność, zimotrwałość



Odporność na zasolenie gleby

Odporność na choroby i szkodniki:



Choroby i szkodniki obniżające biomase



Choroby i szkodniki niszczące właściwy plon



Choroby i szkodniki obniżające 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:



Odmiany zarejestrowane, linie, rody i inne materiały hodowlane



Populacje miejscowe



Gatunki dzikie, odmiany botaniczne, ekotypy

Tworenie nowej zmienności genetycznej
Pula genetyczna:



Mutanty



Rośliny transgeniczne



Populacje mieszańcowe

Materiały hodowlane
Odmiany uprawne stare i aktualnie zarejestrowane:



Linia czysta-

potomstwo pochodzące z samozapylenia jednej homozygotycznej

rośliny samopylnej



Ród hodowlany-

potomstwo wyselekcjonowanych roślin obcopylnych rozmnażanych

generatywnie bez kontroli wzajemnego zapylenia



Klon-

potomstwo rośliny rozmnażanej wegetatywnie

Gatunki dzikie:



Źródło genów odporności na choroby i szkodniki



Źródło genów odporności na niekorzystne warunki środowiskowe: suszę, niskie
temperatury, zasolenie gleby



Cenne związki chemiczne



Ośrodki pochodzenia roślin uprawnych



Kolekcje, banki genów



Bezpośrednie wprowadzanie odmian: rośliny ozdobne, zioła



Komponenty do krzyżowania: bariery krzyżowania oddalonego

Ośrodki pochodzenia roślin uprawnych (9 ośrodków)



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



Miejsca występowania dzikich przodków, form pokrewnych i pośrednich, endemitów



Ośrodki wtórne- miejsce różnicowania nie pokrywa się z miejscem występowania
dzikiego przodka

Populacje miejscowe:



Zbiorowiska roślin należących do jednego gatunku, morfologicznie podobnie lecz
zróżnicowane pod względem genetycznym, powstały w rezultacie długotrwałej
uprawy danego gatunku na ograniczonym obszarze

Wykorzystanie:



Uprawa odmian miejscowych- populacje roślin uprawiane w danym rejonie bez
stosowania zabiegów hodowlanych



Wprowadzanie odmian drogą selekcji



Komponenty do krzyżowania -źródło genów odporności na niekorzystne warunki
środowiskowe: suszę, niskie temperatury, zasolenie gleby, źródło genów odporności
na choroby i szkodniki



Populacje miejscowe w Polsce: cebula, kapusta biała, lnianka siewna, ogórek,
soczewica, pomidor, fasola wielokwiatowa- tyczna, żyto, pszenica, orkisz)

Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych



Warszawa



Poznań- fasola, len, konopie



Bonin- ziemniak

Kolekcje roślin uprawnych
Cele tworzenie kolekcji:



Zapobieganie utracie cennych genotypów



Zbieranie, ocena, udostępnianie genotypów roślin uprawnych



Prace badawcze nad ewolucją roślin uprawnych

Badanie materiałów wyjściowych
Doświadczenia na małych poletkach (1-6 M

2

) min. 3 lata

Obserwacje:



Tempo wzrostu i rozwoju



Termin i długość kwitnienia



Długość okresu wegetacji



Reakcja fotoperiodyczna



Odporność na stres środowiskowy



Ważniejsze cechy morfologiczne



Cechy struktury plonu



Skład chemiczny

Wykład 5 30.03.2015

Selekcja

A. CHOROBY GRZYBOWE

Hodowla odmian odpornych i tolerancyjnych



Rozwój hodowli odpornościowej rozpoczął się prawie 100 lat temu w
Kalifornii (kędzierzawka wierzchołkowa, rhizomania)

Fuzaria kłosów



Głównymi sprawcami fuzariozy kłosa są: Fusarium culmorum, F.
graminearum, F. avenaceum, F. poae



Dominacja danego gatunku jest uzależniona od jego wymagań termicznych



F. culmorum przeważa głównie w regionach o klimacie umiarkowanym, np.
morskim. Charakteryzuje się umiarkowaną temperaturą w ciągu lata (Niemcy,
Holandia, Skandynawia, Polska)



F. graminearum dominuje w regionie o klimacie cieplejszym. Charakteryzuje
się wysokimi temperaturami w ciągu lata (USA, Kanada), śródziemnomorskim
(płd Europa), zwrotnikowym (Chiny).



Zmienność genetyczna odporności na fuzariozę kłosa jest dobrze
udokumentowana u pszenicy i w gatunkach pokrewnych.



Nieznane są źródła odporności pełnej, tzn. jak dotąd u badanych genotypów
pszenicy nie znaleziono immunii.



Odporność na fuzariozę kłosów dzieli się 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.



Typy odporności

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



Wysoko odporne genotypy pszenicy jarej pochodzą z :

o Chin (Sumai 3, linie Ning, linie, Wuhan)
o Japonii (Nibeokabazu-komugi, Shinchunaga)
o Brazylii (Frontana, Encruzilhada)



Pszenicy ozimej: Arina, Praag 8, Bence, Ringo, Star, linie SVP



Podstawowe źródło odporności: Suami 3 i odmiany spokrewnione



Efektem fuzariozy kłosa 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 toksynę B1, ochra
toksynę A (OTA), fumonizynę B1



Mykotoksyny są toksycznymi metabolitami wtórnych grzybów należących do
rodzaju Fusarium
Za powstanie danych mykotoksyn odpowiedzialne są poszczególne gatunki
grzybów.

o F. graminearum i culmorum (wytwarzają DON)
o F. poae i cerealia (NIV)



Wykonanie inokulacji roślin patogenicznymi grzybami związane 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,



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:



Czynniki uniemożliwiające przenikanie patogenu do rośliny



Czynniki uniemożliwiające rozprzestrzenianie się patogenu w tkankach roślin
Mechanizmy te związane są z morfologiczną, anatomiczną 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:



Fizyczne i chemiczne bariery na drodze przenikania patogenów



Neutralizowanie toksyn wydzielanych przez patogeny



Wytwarzanie pod wpływem patogenu antyciał



Nadwrażliwość roślin na porażenie, w rezultacie której zainfekowane tkanki
ulegają nekrozie

4. O odporności na stres decydują:



WŁAŚCIWOŚCI 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



ZDOLNOŚĆ ORGANIZMU DO NAPRAWY USZKODZEŃ

o Odtworzenie białek
o Kalus
o Uszkodzenie pierwotnego systemu korzeniowego może pobudzić

wytworzenie korzeni przybyszowych



ZDOLNOŚCI DOSTOSOWAWCZE ORGANIZMU

o Modyfikacje fizykochemiczne właściwości struktur komórkowych

 ADAPTACJA

o Skutek zmian zachodzących w genomie osobnika w toku ewolucji
o Dziedziczenie zmiany struktury i funkcji

 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:



Białka zaangażowane w przekazywanie sygnałów



Proteazy, inhibitory proteaz



Białka związane ze ściana komórkową, cytoszkieletem, DNA



Enzymy związane z metabolizmem lipidów i węglowodanów



Enzymy odpowiedzialne za regulację poziomu reaktywnych form tlenu



Białka wiążące metale ciężkie



Enzymy zaangażowane w obronę komórek przed inwazją patogenu



Enzymy zaangażowane w biosyntezę substancji kompatybilnych, barwników
fotosyntetycznych i zawiązków fenolowych.

Białka, których synteza ulega wzmożeniu pod wpływem stresu:

 HSP (białka szoku cieplnego)
 Białka związane z działaniem niskiej temperatury (COR, CAP, LTI, AFP)
 Osmotyna

6. Hipoteza gen -na- gen



Model interakcji pomiędzy patogenem a gospodarzem (Flor 1956)



Hipoteza gen- na –gen opisująca bezpośrednie oddziaływania pomiędzy:

o Produktami genów R gospodarza i
o avr patogenu



Zakłada ona, że geny R kodują receptory rozpoznające czynniki avr patogenu i
w efekcie uruchamiają reakcję odpornościową powodującą zahamowanie
rozwoju patogenu, co w szczególnych przypadkach może prowadzić do
lokalnej…



Odbiór- geny R muszą umożliwiać specyficzne wykrycie konkretnego sygnału-
obecności patogenu. Produkt translacji mRNA genu R odbiera sygnał-
obecność produktu genu avr (czynnik wirulencji)



Przekaz- geny R muszą umożliwiać wywołanie konkretnej reakcji komórki-
przekaz sygnału np. przez aktywację kaskady kinaz



Ta reakcja odpornościowa występuje wtedy, gdy patogen posiadający gen
wirulencji Avr zaatakuje roślinę posiadającą gen odporności R.



Patogen może posiadać kilka genów Avr, tak jak roślina 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 kodują 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:



Warunkowana wieloma genami



Nazywana horyzontalna, ilościową lub poziomą



Jest ona efektem interakcji pomiędzy produktami wielu genów roślinnych



Wpływ pojedynczego genu może być bardzo słaby, dopiero suma efektów
wielu genów może zapewnić poprawę odporności



Odporność ilościowa zwykle zapewnia jedynie spowolnienie i ograniczenie
występowania objawów chorobowych



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:



Koordynacja czasowa dostępności wody i zapotrzebowania na nią (w Polsce-
wczesność, kiełkowanie w warunkach suszy glebowej)



Szybkie kiełkowanie w celu zacienienia gleby



Krótki okres wegetacji (rośliny kończą wegetację zanim nastąpi susza) bądź
przeciwnie- długi okres wegetacji (rośliny te zazwyczaj mają długi system korzeniowy)



Szczelność blaszki liściowej (woski), by transpiracja zachodziła jedynie przez aparaty
szparkowe, gdyż parowanie poza aparatami szparkowymi jest bezproduktywne dla
fotosyntezy



Zasychanie liści i tym samym zmniejszenie zapotrzebowania na wodę

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:



Poszukiwanie źródeł odporności na suszę oraz ich wstępna ocena przydatności dla
podwyższenia plonu



Równoczesne włączanie poprzez krzyżowanie innych cech, które są potencjalnie
komplementarne.



Przyjęcie strategii krzyżowań pozwalające na akumulację korzystnych genów w
oparciu o ocenę odziedziczalności tych cech oraz o korelację z plonem

ZIMOTRWAŁOŚĆ-

zdolność przetrwania roślin ozimych przez krytyczne okresy wegetacji,

jakim są zima i przedwiośnie z ich szkodliwie działającymi czynnikami.
Do czynników tych należą:



Wymarzanie



Wymakanie



Wysuszanie (odwodnienie wskutek parowania)



Wysmalanie (odwodnienie wspomagane wiatrem)



Wypieranie (wysadzanie roślin z gleby)



Wyparzanie (uduszanie pod długo zalegającą pokrywą śnieżną)

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:



Polowa- ze względu na dużą zmienność przebiegu zim, ocena taka wymaga
wieloletnich lub/i wielopunktowych badań, skala 9



Poprzez ocenę mrozoodporności- 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



Poprzez ocenę innych cech- wymagania werbalizacyjne, cechy anatomiczne

Bezpośrednia ocena mrozoodporności



Skala 9



Metoda Kocha- rośliny wysiewane są 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:



Bezpośrednia- tworzenie merystemów w wyszczepionych fragmentach roślin



Pośrednie- tworzenie merystemów w tkance kalusowej

2. Embriogeneza osmotyczna:



Bezpośrednia- tworzenie zarodków w wyszczepionych fragmentach roślin



Pośrednie- tworzenie zarodków w tkance kalusowej

Wykorzystanie technik kultur in vitro

1. Utrzymanie zmienności genetycznej i rozmnażanie roślin:



Mikrorozmnażanie



Nasiona syntetyczne



Uwalnianie roślin od patogenów



Zachowanie zasobów genetycznych

2. Otrzymywanie nowej zmienności genetycznej



Zmienność somklonalna



Mutageneza



Mieszańce generatywne



Mieszańce somatyczne



Haploidyzacja



Rośliny 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:



Kultury merystemów



Kultury kalusa i zawiesin komórkowych



Kultury zarodków



Kultury stożków wzrostu i fragmentów roślin



Kultury protoplastów



Kultury pylników i izolowanych mikrospor



Kultury zalążni i zalążków

Otrzymywanie

linii

podwojonych

haploidów

(DH)

szybkie

dochodzenie

do

homozygotyczności.
Szybkość dochodzenia do homozygotyczności:



Linie podwojonych haploidów (DH)



Linie otrzymane metodą pojedynczych nasion (SSD)



Linie otrzymane metodą rodowodową



Linie otrzymane metodą 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:



Eliminacja chromosomów w zarodkach powstałych w wyniku krzyżowań oddalonych



Androgeneza saprofityczny rozwój gametofitu męskiego



Gynogeneza saprofityczny rozwój gametofitu żeńskiego

Sposoby otrzymywania roślin haploidalnych:



Androgeneza in vitro:

o Kultury pylnikowe
o Kultury izolowanych mikrospor



Gynogeneza in vitro

o Kultury niezapłodnionych zalążków zalążni
o Stymulowana haploidalna partogeneza



Eliminacja chromosomów w zarodkach powstałych w wyniku krzyżowań 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:



Skrócenie czasu otrzymania linii homozygotycznych



Zwiększenie efektywności selekcji pożądanych rekombinantów



Zwiększanie efektywności reakcji mutantów- mutageneza na poziomie haploidalnym



Utrwalanie otrzymywanej zmienności w liniach czystych



Wykorzystanie linii DH do badań genetycznych



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:



Kolchicynowanie haploidalnych roślin



Regeneracja roślin z tkanek haploidalnych poprzez kalus

Schemat metody hodowli
Selekcja z wykorzystaniem markerów molekularnych:

1

AxB

2

F

1

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

F

1

xA

Krzyżowanie wsteczne wspierające F

1

xA

F

1

xA

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 regenerującego 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 00

selekcja 00

.._ _ _ _ _

BIORCA GENU x BACK CROSS 2
Gen 00

KIŁA KAPUSTY

Objawy porażenia:



Charakterystyczne narośla- guzy mające kształt kulisty, maczugowaty i nieregularny



Rośliny więdną, żółkną lub czerwienieją



Źródłem informacji najczęściej jest zakażona gleba i maszyny rolnicze

Gatunek tj. Brassica oleracea ssp. Alboglobra, B. campestris oraz Raphanus sativus są
czynnymi donorami genów Cr

1

, Cr

2

, Cr

3

, 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)