Šlechtění hybridních odrůd Hybridní odrůdy, heteroze, inbreeding, pylová sterilita, SeedLink,

Hybridní odrůdy Odvozené od dvou až čtyř rodičovských komponent (inbrední linie) Sestaveny na základě kombinační schopnosti Založené na existenci heteroze Certifikované osivo = hybridní osivo

Hybridní odrůdy Výhody –Vyšší produkční potenciál –Vyšší vyrovnanost –Vysoká výkonnost je dosahována pouze v 1. roce pěstování –Omezují černý trh s osivem Nevýhody –Náročné šlechtění a udržování komponent –Vyšší cena osiva

Přínos hybridních odrůd Výnosová stránka: –50% navýšení u kukuřice a prosa –5 – 17% navýšení u cibule a žita Vyrovnanost ve sklizni: –Řepka –Celer, mrkev, květák, paprika, rajče, zelí aj.

Heteroze x heterózní efekt Heteroze –Vyšší výnos heterozygotů oproti srovnatelnému homozygotu –U cizosprašných větší než u samosprašných –Proměnlivá mezi znaky (čím komplexnější znak, tím vyšší heteroze) Heterózní efekt –Procenticky vyjádřený rozdíl fenotypového projevu hybrida oproti průměru rodičovských komponent

Heteroze a historie J. G. Kölreuter (1763) popsal luxurizaci u tabáku Ch. Darwin – zjistil příznivé účinky křížení nepříbuzných jedinců Shull (1914) - zavedl pojem heteroze East, Shull a Jones (1918) – šíření prvních hybridů kukuřice

Heteroze a její vznik Teorie: –Superdominance –Dominance –Genové interakce (komplementarita, kumulativní faktory) –Mnohotný alelismus –Obnovení balance polygenních systémů

Tvorba hybridních odrůd Tvorby segregující populace Tvorba inbredních linií vybraných rostlin Hodnocení výkonnosti a agronomické hodnoty linií Hodnocení GCA a SCA Tvorba experimentálních hybridů dle kombinační schopnosti Výroba základního osiva inbredních linií a produkce certifikovaného osiva komerčních hybridů

Výchozí materiál Základní požadavek: –Vysoká výkonnost –Dobrá kombinační schopnost –Dostatečná genetická variabilita Jako výchozí materiál lze použít: –Jakékoliv hybridy z jakéhokoliv křížení –Syntetické populace –Linie s pylovou sterilitou

Inbreeding Zdroj homozygotních linií Na principu samoopylení Genetická stabilita Životaschopnost X čas

Kombinační schopnost Obecná kombinační schopnost (GCA) –Průměrná schopnost poskytnout heterozi či transgresi v jakékoliv kombinaci –Je dána aditivní činností genů – polygeny –Ověřuje se pomocí volného opylení Specifická kombinační schopnost (SCA) –Heterózní efekt v určité kombinaci komponent –Ověřuje se Top-cross testem nebo Dialelním křížením

Poly-cross test Technicky se jedná o vzájemné prokřížení všech testovaných komponent Po smíchání osiva se potomstva hodnotí individuálně Otcovský genotyp je neznámý!!! Nejvyšší výnos = nejvyšší GCA KM

Top-cross test Křížení všech klonů (KM) se společným testerem Porost testera Kmen 1 Kmen 2 Kmen 3 Kmen 4

Top-cross linií kukuřice TTTT  Ověření GCA, je-li testerem geneticky široký materiál (populace)  Ověření SCA, je-li testerem geneticky úzký materiál (linie) Linie 1 Linie 2 Linie 3 Testované linie kastrovány

Produkce hybridního osiva Základem je eliminace pylu mateřských komponent KastraceSamčí sterilita

Kastrace Mechanická – ruční odstranění samčích květenství, květů nebo prašníků Chemická – aplikace gametocidů –Genesis – uplatnění při tvorbě hybridů samosprašných obilnin, zejm. pšenice –Aplikace ve stádiu praporcového listu –Vliv vnějšího prostředí, riziko pro necílové organismy

Samčí sterilita Pylově sterilní rostliny –mateřská komponenta –šetří ruční práci Tři typy řízení: –Jaderná (řízena jaderným genem ms) –Cytoplazmatická (vojtěška, mrkev) –Cytoplazmaticko jaderná (nejužívanější)

Jaderná samčí sterilita Řízena recesivními jadernými geny ms (male sterility) rajče, ječmen, brambor aj. MsMsmsms x Msms P1 P2 F1

Cytoplazmaticko jaderná sterilita Interakce genů jádra a plazmatické složky Nejčastější typ (kukuřice, cukrovka, cibule, řepka…) Texaský typ (netvoří se prašníky)

Cytoplazmaticko jaderná sterilita Typy cytoplazmy (plazmotypy): –Sterilní cytoplazma (mutace mitochondriálních genů) –Normální cytoplazma Jaderná složka –Gen obnovitel pylové fertility Rf (fertility restorer) –Důležitá u semenných plodin

Cytoplazmaticko-jaderná sterilita U kukuřice je založena na základě čtyř Rf genů – komplikace celého procesu hybridizace

Cytoplazmaticko jaderná sterilita rfrf Sterilní (S)Fertilní (N) x rfrf sterilní x RfRf fertilní Rfrf fertilní (S) Komponenta AKomponenta B (obnovitel fertility) Udržovací šlechtění

Problémy využití pylové sterility Náročná tvorba a udržování mateřských komponent Je nezbytné udržovat fertilní a sterilní analogy mateřské komponenty rfrf x sterilní Mateřská komponentaA´(S) rfrf x A (N) rfrf sterilnífertilní

Získání pylové sterility Indukce mutací Zpětné nasycovací křížení Transfer mitochondrií nebo jader Fúze protoplastů Screening divokých populací nebo geneticky širokého materiálu na sterilitu a obnovitele fertility Cílené vnesení genů - SeedLink systém –Gen barnase ve vazbě na gen bar –Gen barstar

Nahrazení pylové sterility Snaha o využití autoinkompatibility sporofytu –Možnost produkovat osivo na obou rodičích –Komplikované kvůli složitému řízení (alel. série) –Uplatnitelné u Brassicaceae Využití apomixie –Perspektivu má v množení mateřských pylově sterilních komponent –Apomiktické množení hybridního osiva –Zlevnění hybridního osiva –Transgenní systém z Tripsacum dactyloides