Ćwiczenia z Hodowli Roślin i nasiennictwo

Obecność na ćwiczeniach 2 kolokwia.

Podręcznik

Przewodnik do ćwiczeń przewodnik.

Za dwa tygodnia sprawdzian

Mitoza mejoza i konsekwencje gentyczne

Zasady podwójnego zapłodnienia

Prawa Mendlla

Allele wielokrotne i samo niezgodność

Dziedziczenie cytoplazmatyczne Męska sterylność

Dziedziczenie cech u poliploidów

Dziedziczenie cech ilościowych

Podstawy genetyki populacji

Hodowla Roślin - nowe odmiany

Plonowanie - wielkość plonu

Jakość plonu

Odporniejsze na szkodniki choroby

Lepsza wartość użytkowa (użytkowa i przechowalnicza)

Flora Ziemi -350 tys gatunków

Mogą stanowić pożywienie ludzi i zwierząt 80 tys. gatunków

Rośliny uprawne - 150tys. garunków

90% potrzeb żywnościowych Ludzkości - 30 gatunków

50% - 4 Gatunki
Pszenica, Ryż, Kukurydza, Ziemniaki

Krzyżowanie

Selekcja

Krzyżowanie - jest bardzo skuteczna i najczęściej stosowaną metodą zwiększania zmienności genetycznej.

Zmienność w procesie krzyżowanie genetycznej.

• Losowego rozchodzenia się chromosomów do gamet,

• Zjawiska crossing - over

• Losowego łączenia się gamet

Dodatkowo krzyżowanie odpowiednich form rodzicielskich może prowadzić do wystąpienia takich korzystnych zjawisk jak heterozja, czy transgresja.

Krzyżowanie

Swobodne - nie wiadomego pochodzenia ( nieznana matka i ojciec)

Częściowo kontrolowane - znana kompneta mateczna

W pełni kontrolowane - znany jest komponent meteczy i ojcowski (sztuczne)

Krzyżowanie porste

AxB -> AB

Krzyżowanie odwrotne

BxA ->AB

Odpowiedź czy cechy są dziedziczone cytoplazmatyczni

Krzyżowanie złożone

Krzyżowanie wypierające - wypiera geny nieporadne potomstwo krzyżowane cały czas z jednym takim samym osobnikiem

Krzyżowanie dopełniające - potomstwo mieszane z każdym innym

Krzyżowanie zbieżne - komponenty różne

Krzyżowanie zbieżno dopełniające - kompenta mateczna zawsze taka sama

Krzyżowanie w pełni kontrolowane - składa się z następujących czynności:

• Przygotowanie kwiatostanu do krzyżowania, ( ucięcie kłoski dolne i górne kłoski)

• Ze środkowej części kłosa można uzyskać najlepsze nasiona - kłos kwitnie od środka więc najdłużej może dojrzewać.

• Kastrowanie kwiatów matecznych

• Gametocydy - powodują obumarcie pyłku bez zmian w komórkach jajowych

• Izolowanie wykastrowanych kwiatów lub kwiatostanów.

• Zapylenie kwiatów

• Pielęgnowanie zapylonych kwiatów

Selekcja - służy zawężaniu zakresu zmienności genetycznej

Naturalna - przystosowanie organizmu do środowiska

Sztuczna

Pozytywna - te rośliny które odpowiadają hodowcy

Negatywna - usuwa się rośliny z pola te rośliny które mają zostać usunięte

Ciągła

Cykliczna

Indywidualna

Masowa

Hodowle

• Selekcja kierunkowa - zamierzająca do wzmocnienia lub osłabienia w populacji określonych cech

• Selekcja rozdzielcza - kiedy materiał wyjściowy selekcjonuje się w kilku kierunkach. W jej wyniku można uzyskać dwie osobne populacje różniące się wielkością cechy selekcjonowanej

• Selekcja zachowawcza (utrwalająca) - w której wybiera się osobnik o typowej, średniej wartości cechy. Powoduje wyrównanie cech morfologiczny i fizjologicznych i in. Jednocześnie zawęża.
  
  
  

Selekcja masowa - najstarsza i najprostsza metoda hodowlana. Polega na tym, że z populacji z polahodowlanego wybiera się osobniki najlepiej odpowiadające celowi hodowli. Ich liczba wynosi od 100 do kilku tysięcy aby zapewnić odpowiednią bazę gentyczną. Nasiona z wybranych roślin zbieramy, wysiewamy razem. W następnych latach selekcję można powtórzyć - wówczas uzyskuje się lepsze wyniki ( selekcja masowa cykliczna)

Selekcjia indywidualna - pierwszy raz zastosowana w latach 50 XIX w przez H Wilmorina we Francji spowdowałą duży postęp hodowli roślin

Polega na wyborze pojedynczych roślin i ich ocenie oraz wysiew nasion z ka zdej z nich na osobnym poletku. Oceniam więc nie tylko wartość pojedynka, ale i jego potomstwa a więc genotyp selekcjonowanych rośin

Sukces hodowli zależy od:

Właściwego doboru komponentów do krzyżowania

Właściwego doboru metody krzyżowania

Właściwego doboru metody selekcji

Postęp hodowlany - jest to stopień zwiększenia średniej wartości cechy selekcjonowanej w każdym następnym pokoleniu Jest on tym większy im większa jest średnia warość cechy w wyselekcjonowanej populacji w stosunku do populacji wyjściowej.

Hodowla roślin samopylnych i rozmnażanych wegetatywnie

• Gatunek

• Sposób rozmnażania

• Generatywne

• Sposób zapylenia

• Samopylne

• Obcopylne

• Wegetatywne

• System rozwoju roślin

• Jednoroczne

• Wieloletnie

• Cel hodowli

• Możliwości finansowe

• Postęp wiedzy

Hodowla roślin samopylnych

Zboża - oprócz żyta ryż, proso, pszenica, jęczmień, owiec, soja

Fasola - pogoda jest brzydka nie ma pszczół samo zapylenie

Ładna pogoda pszczoły latają - różno pylność

Groch -
Łubin biały -

Pszenica

Aa X Aa

Genotyp -

AA 2Aa aa

AA 2Aa aa

AA aa

Samo zapylenie powoduje wzrost homozygot w populacji

Koło 10 pokolenia przyjmuje się 100% homozygotyczność populacji

Czysta linia wsobna(CLW) - jest to potomstwo rośliny samopylnej identycznie fenotypowi i pod względem genotypu( homozygotyczny) względem siebie i rośliny matecznej.

Populacja roślin samopylnych składa się z czystych linii wsobnych.

F2

Samozapylenie i selekcja

Metoda rodowodowa

Metoda Ramsza - metoda kombinacyjna zaczyna się do krzyżowania dwóch Czystych lini wsobnych groźba poprzez selekcja naturalną

Linie izogeniczne

Rośliny rozmnażane wegetatywnie - obco pylne

• klon - potomstwo powstałe z tkanek somatycznych rośliny identyczne genotypowo i fenotypowo względem siebie i rośliny matecznej

X

Selekcja

Wśród roślin

Rozklnowanych







Hodowla Ziemniaka trwa około 12 lat

• Hodowla roślin obcopylnych rozmnażanych przez nasiona

• Bronią się przed samozapyleniem

• W populacji zdrowia i wigoru jest heterozygotyność

• Pojawia się wiele genów letalnych w formie homozygot recesywnych a

x














Doskonalenie populacji

Lub tworzenie

Odmian syntetycznych

Udoskonalanie populacji panmiktycznych

• Selekcja masowa to najstarsza metoda uzyskiwania nowych odmian

• Selekcja indywidualna

• Selekcja po linii matecznej

• Dlatego że znamy tylko matkę - nie znamy ojca czyli dawcę pyłku

• Selekcja ta sprawdza się w wypadku cech ujawniających się przed kwitnieniem.

• Rozwój systemu korzeniowego

• Wielkość rośliny

• Pokrój rośliny

• Ilość liści

• Kolor - zawartość chlorofilu

• Po kwitnięciu możemy ocenić jakość i ilość plonu

• 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  służy do tego metoda rezerw
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Odszukujemy w rezerwie
  te które dały najlepszy plon
  
  
  
  
  
  
  
  
  

Hodowla odmian mieszańcowych (heterozygot)

• Heterozja - bujność i wigor mieszańców pierwszego pokolenia

• Heterozja generatywna

• Objawia się bujnymi częściami generatywnymi

• Duże kwiaty

• Heterozja wegetatywna

• Bujne części wegetatywne

• Duże liście, łodygi

• Heterozja adaptacyjna

• Lepsza adaptacja do danych warunków środowiska

Przyczyny heterozji

• Współdziałanie par alleli

• Tłumienie niekorzystnych alleli recesywnych

• Współdziałanie addytywne

• Współdziałanie komplementarne

• Nad dominacja

• Aa>AA,aa

• AA - działa w zakresie od 10 - 20

• Aa - działa w zakresie od 15 - 30

• Aa - działa w zakresie od 10 - 30

• Enzym A

• Enzym a

• Heterozygota ma oba Enzymy

• Hipoteza dawki

• AA - za dużo jakiegoś enzymu

• aa - za mało enzymu

• Aa - idealna ilość enzymu

• Miarą stopnia homozygotyczności jest współczynnik wsobności F=0,5(1+F') gdzie F' współczynnik poprzedniego pokolenia w populacji pamniktycznej (Aa) F=0

I₁ F= 0.5(1+0) = 0,5

I₂ F= 0.5(1+0,5) = 0.75

I₃ F= 0,5(1+0,75) = 0.875

I₄ Fx Fx 99.99%

• Depresja wsobna - przeciwieństwo heterozji - obniżenie plonu i żywotności roślin wywołane chowem wsobnym (co wiąże się z homozygotycznością)

• Minimum wsobne - minimalny poziom cechy ilościowej podczas chowu wsobnego

Etapy hodowli heterozyjnej

1. Uzyskanie linii wsobnych

1. Poprzez chów wsobny (chów siostrzany)

2. Poprzez androgeneza

1. Poprzez kultury tkankowe regeneracja roślin z pyłku lub pylników.

2. Selekcja linii za względu na wartość kombinacyjną

1. Test diallel - cross ( krzyżowanie każdej linii z każdą) 500 - 25000

2. Test top cors przy 500 linii 500 krzyżowań

3. Uzyskanie mieszańca handlowego.

1. Mieszaniec pojedynczy (dwuliniowy)

2. Mieszańce 3 liniowe

3. Mieszaniec podwójny (cztero liniowy)

Sposób obniżenia ceny za mieszańce

• Uniknięcie ręcznego kastrowania

Linie wsobne A B C D

(s)mm (N)mm (S)mm N(MM)

Męsko Męsko Męsko Męsko

Sterylne płodna sterylna płodna

AxB CxD

(S)mm S(mM)

Mieszaniec męskosterylny Mieszaniec męskopłodny

(AxB) x (CxD)

Mieszańcowy materiał siewny 50%

Linie wsobne A B C D

(s)mm (N)mm (N)MM N(MM)

Męsko Męsko Męsko Męsko

Sterylne płodna płodna płodna

kastrowano

z restorerem

AxB CxD

(S)mm (N)MM

Mieszaniec męskosterylny Mieszaniec męskopłodny

(AxB)x(CxD)

(S)Mm

Mieszańcowy materiał siewny męskopłodny

Odmiany syntetyczne stosowane są najczęściej u roślin pastewnych

Etapy uzyskiwania odmian syntetycznych

1. Uzyskanie linii wsobnych

1. Poprzez chów wsobny lub siostrzany

2. Badanie ogólnej wartości kombinacyjnej

1. Test polycross

1. Zapylenie mieszaniną pyłków

3. Wybór od 5 do 10 najlepszych linii i ich swobodne przekrzyżowanie

4. Odmiana od pięciu li ni jest już odmianą syntetyczną

1. Odmiany syntetyczne można rozmnażać przez kilka pokoleń bez wyraźnej straty polonu

Indukowanie mutacji genowych i genomowych w hodowli roślin

1. Mutacja

1. Jest to nagła skokowa zmiana substancji genetycznej, dziedziczna przez następne pokolenia

1. Rodzaje mutacji:

1. Mutacje genomow (zmiana alleli w nowy allel)

1. Mutacji dominujące

2. Mutacje recesywne

2. Mutacje chromosomowe

3. Mutacje genomowe

4. Mutacje genetyczne

5. Mutacje spontaniczne - zachodzą w przyrodzie bez udziału człowieka

6. Mutacje indukowane - sztucznie wywołane prze człowieka

1. Poprzez działanie mutagenem na roślinę

1. Fizyczne

1. Promieniowanie

1. UV

2. Gamma

3. Beta

4. Rentgenowskie - X

2. Chemiczne

1. Substancje oddziałowywujące na DNA

2. Dawkowanie

1. Natężenie promieniowania razy czas działania

2. Stężenie substancji razy czas działania

3. Optymalna dawka

1. Dawka zmniejszająca wysokość siewek o 25-40%(w porównaniu z kontrolą) i powoduje również spadek przeżywalności roślin do 10-20%.

4. Od czego zależy wrażliwość na czynniki mutagenne

1. Od gatunku i odmiany

2. Od ploidalność

1. im wyższy stopie n ploidyzacji tym łatwiej wywołać mutacje

3. Od wielkości chromosomów

4. Od fazy cyklu podziałowego

1. w fazie S syntezy DNA

2. Chimera

1. Organizm o tkankach różnych genetycznie

1. Część tkanek jest zmutowana a część nie

1. Dzielimy je na

1. Chimery selektoralna

1. Zachodzi selekcja diplontowa

1. Polega na tym ze tkanka nie zmutowana rośnie szybciej od zmutowanej i ją przerasta

2. Taką chimerę utrwalamy po przez

1. Wycięcie zmutowanej tkanki

2. zregenerować roślinę

1. Wtedy otrzymujemy roślinę perykinalną

1. Jeżyna bez klocowa

3. Schemat hodowli mutacyjnej

1. Napromieniowanie

2. Wysiew

1. Powstaje pokolenie M₁

1. Część roślin ginie

2. Cześć nie jest w stanie wydać nasion

3. Rośliny które przeżyją

1. Są poddawane samozapyleniu

2. Powstaje M₂

1. Pojawiają się mutacje fenotypowe ( recesywne i dominujące)

1. M₃ - testowanie kolejnych mutantów.

3. Czas prowadzenia selekcji mutantów zależy od

1. Kierunku mutacji ( recesywna dominująca) w M2 widoczne mutanty dominujące i recesywne

2. Jakie stadium poddajemy mutacjom

1. komórki somatyczne

2. gamety ( w pokoleniach M2, M3)

3. Sposoby rozmnażania się roślin

1. u roślin rozmnażanych wegetatywnie do chwili uzyskania jednorodnej peryklinalnej chimery - po kilkukrotnym kolnowaniu

4. Poziom ploidalności

1. M2 i M3 - rośliny diploidalne

2. M3 i dalsze pokolenia - rośliny poliploidalne

Stosowanie indukowanych mutacji w hodowli roślin

• Brak zmienności genetycznej w odmianach hodowlanych(zmienność się wyczerpała)

• Inna forma nieodstępna

• Ulepszanie odmiany pod względem określonej cechy (np. wyleganie, wczesność, odporność na choroby),

• Trudność w krzyżowaniu (np. bardzo małe kwiaty)

• Mutacje chromosomowe

• .

• Duplikacje

• Inwersje

• Translokacje

• Mutacje genomowe

• Aneuploidy - niepełna wielkość chromosomów w genomie.

• Nadmiar lub niedobór pewnych chromosomów.

• Nulsomik 2n-2

• Monsomik 2n-1

• Tridomik 2n+1

• Podwójny trisomik 2n + 1 + 1

• Tetrasomik 2n+2

• Euploidy - zwielokrotniona liczba całych genomów

• Autopoliploidy - zwielokrotniona liczba takich samych genomów

• Diploidy 2x

• Triploidy 3x - buraki, banany, arbuzy, limonki

• Tetraploidy 4x - ziemniaki, kawa, orzeszki ziemne, kupkówka, lucerna

• Heksaploidy 6x - ziemniaki bataty trawa tymotka

• Gatunki roślin oraz rośliny przydatne do poliploidyzacji

• Gatunki diploidalne, ponieważ podwojone liczby chromosomów prowadzi u nich do bujności organów wegetatywnych i generatywnych

• Gatunki o dużym współczynniku rozmnażania, gdyż obniżenie płodności nie ma wyraźnego wpływu na plon nasion

• Gatunki o nasionach bezbielmowych, ponieważ bielmo zawiera większą liczbę chromosomów co może doprowadzić do zaburzeń w podziale mitotycznym złego wykształcenia endospermu ( burak cukrowy, konieczyna)

• Gatunki rozmnażane wegetatywnie

• Gatunki o małych chromosomach

• Gatunki obcopłodne - większa heterozygotyczność poprawia obcopłodność!!!!!!!!

• Rośliny charakteryzujące się niższa ploidalnością form wyjściowych, np. monoploidy stają się płodnymi homozygotami

• Rośliny z poziomem ploidalnośći poniżej poziomu optymalnego poziomu

Techniki otrzymywania mutacji genomowych:

• Metoda regeneracyjna - wymuszona regeneracja pędów z kallusa , który powstał w miejscu zranienia. Uzyskany kallus może czasem być poliploidalny

• Metoda termiczna - szoki termiczne - powodują zaburzenia w podziale chromosomów (liczab chromosomów podwojona, lecz nie tworzy się nowa ściana komórkowa)

• Metoda chemiczna - gaz rozweselający, kolchicyna

• Krzyżowanie na różnych poziomie ploidalności, międzygatunkowe - gamety nie zredukowane

• Kultury in vitro - często kallus poliploidalny

• Fuzja protoplastów ( z pominięciem krzyżowania i kolchicynoania). Fuzja może zachodzić między komórkami dowolnych gatunków.

• Trawi się ściany komórkowe zachodzi łączenie się dwóch komórek.

Selekcja mutantów genomowych - ocena stopnia ploidalności

• Pomocnicze kryteria oceny stopnia ploidalności:

• Tempo wzrostu ( wolniejsze w porównaniu do form rodzicielskich

• Wielkość nasion ( większe )

• Współczynnik rozmnażania (mniejszy)

• Wielkość średnicy ziaren pyłku ( większe)

• Liczba porusów w polu widzenia

• Liczba chloroplastów w komórkach przy szparkowych (większa)

• Oznaczenie zawartości jądrowego DNA w komórkach za pomocą cytometrii przepływowej

• Oznaczanie liczby chromosomów w mitozie w tkankach merystematycznych ( młode liście lub komórki stożku wzrostu

Wykorzystanie mutantów genomowych

• Aneuploidy

• Do określania lokalizacji genów w chromosomach

• Do przenoszenia chromosomów zawierających pożadane geny z jednej odmiany do drugiej

• Ustalanie grup genów sprzężonych

• Autoploiploidy

• W hodowli gatunków uprawianych ze względu na części wegetatywne,

• Większa produkcja świeżej masy

• Lepsze cechy użytkowe

• W hodowli roślin ozdobnych - większe kwiaty

• Żyto tetraploidalne 4x - większa ziarna

• Koniczyna czerwona i biała 4x - większy plon

• Buraki cukrowe 3x - więcej cukru większe korzenie

• Allopoliploidy

• Do uzyskania nowych kombinacji cech -pszenżyto, pszenperz, perko

• Rekonstrukcja analogów już istniejących np. Brassica napus - rzepak

CLW₁

CLW₂

X

F1 -

Jednakowe Heterozygoty

CLW_n

Nowa Czysta Linia Wsobna

Jest homozygotyczna i homogeniczna

KLO₁

KLO₂

F1

KLO₃
Homogeniczna

Heterozygotyczna ( ponieważ są obcopylne)

Pammiktyczna Populacja Obcopylna

PPO₁

Pammiktyczna Populacja Obcopylna

PPO₂

F1

Pammiktyczna Populacja Obcopylna

PPO₃

SYN (Odmiana Syntetyczna)
Heterozygotyczna i Heterogeniczna

Rezerwa
(połowa ziaren)

Wysianie i ocenienie która dają największy plon

PLON
całość

Siejemy tylko te które dały największy plon rok wcześniej i odnaleźliśmy je w rezerwie (zbieramy)

Rezerwa

(połowa ziarna zebranego)

Siejemy zbieramy tylko najlepsze

---