Tvorba genetické variability hybridizací

Hybridizace = tvorba hybridů=křížení Křížení –Proces zajišťující vznik potomstva cestou splývání gamet dvou geneticky odlišných jedinců Výsledek = soubor kříženců –Geneticky uniformní nebo variabilní hybridní potomstvo

Šlechtění rostlin NOVOŠLECHTĚNÍ Udržovací šlechtění Produkce rozmnožovacího materiálu Tvorba výchozí variability Hybridizace Mutageneze Transgenoze Genetické zdroje Výběrové systémy Registrace odrůdy

Objev pohlavnosti rostlin Rudolf Jacob Camerarius (1665 – 1721) objev pohlavnosti rostlin objev významu pylu (moruše, špenát, bažanka) objev vlivu kastrace rostliny (kukuřice) Morus sp. L.

První záměrné hybridizace Carl von Linné – ( ) snaha ověřit neměnnost druhů od kreacionismu k evolučnímu pohledu na vývoj rostlinných druhů Tragopogon sp. L.

Joseph Gottlob Kölreuter ( ) – potvrdil experimentálně existenci pohlavnosti – křížení pro vědecké účely nikoliv komerčně – objev heteroze (Nicotianasp. L.) Experimentální křížení

Charles Darwin ( ) studoval vliv různých křížení na fitness potomstev formuloval adaptační evoluční teorii

Experimentální křížení Johan Gregor Mendel (1822 – 1884) díky křížení objevil pravidla dědičnosti

Význam hybridizace Evoluční –zajišťuje adaptaci potomstev na případné budoucí změny životního prostředí –udržuje fitness potomstev –umožňuje vznik nových druhů Fytosanitární –ozdravuje novou generaci od vnitrobuněčných parazitů

Hybridizace ve šlechtění rostlin Cílená kombinační křížení s cílem šlechtění rostlin intenzivně od roku 1900 Potenciál –tvorba nových kombinací stávajících vlastností Omezení –Šlechtitelské využití pouze stávající variability v rámci primárních či sekundárních zdrojů –Existence geneticky řízených bariér zabraňujících křížení určitých genotypů v rámci druhů nebo mezi druhy

Technické aspekty křížení Cíl křížení –Zajistit opylení a oplození mateřské rostliny pylem rostliny otcovské Možnosti křížení –Z ruky – zajišťuje cílený a kontrolovatelný přenos pylu na bliznu –Volné opylení – rostliny kvetou společně v izolátoru nebo na poli

Předpoklady úspěchu křížení –Synchronní dostupnost mateřského i otcovského komponentu pro tvorbu potomstva –Vzájemná kompatibilita vybraných rodičů –Eliminace schopnosti tvorby pylu mateřského komponentu u hermafroditních druhů –Včasný a přesný přenos požadovaného pylu na mateřskou rostlinu –Eliminace možnosti přístupu nežádoucího pylu v kritickém období –Přesná evidence a ochrana vyvíjejících se semen

Křížení z ruky Pracovní operace –Ruční kastrace recipientního květu –Izolace květu (květenství) –Příprava pylu (sběr, konzervace, testování klíčivosti) –Opylení –Izolace květu (květenství)

Křížení volným opylením Respektuje přirozené mechanismy přenosu pylu Možnosti využití –Křížení cizosprašných a drobnokvětých rostlin –Testování kombinační schopnosti (polycross a topcross test) –Tvorba hybridních osiv

Výsledkem není kříženec, ale kmen!!! Poly-cross (hromadné křížení) kmen 1 kmen 2 kmen 3 kmen 4 kmen 5

Top cross OOOO matka 1 matka 2 matka 3 Nutnost eliminace tvorby pylu matek kříženec 1 kříženec 2 kříženec 3 společný otec

Možnosti eliminace tvorby pylu matek Ruční či mechanická kastrace –křížení z ruky nebo u kukuřice Chemická kastrace gametocidy –Genesis – omezená použitelnost a účinnost Využití autoinkompatibility Využití genetické samčí sterility

Gametofytická autoinkompatibilita Výskyt:Papaveraceae, Solanaceae, Ranunculaceae, Rosaceae aj. růst gametofytu je omezován činností specifických ribonukleáz řízených hypervariabilním S lokusem

Gametofytická autoinkompatibilita Velký význam u jabloní a třešní Určuje opylovací poměry v produkčních sadech Neomezuje významně vznik polosourozenců Nenahrazuje plně kastraci

Sporofytická autoinkompatibilita

Využití s. inkompatibilty při křížení S1S2 matka S3S4 matka S3Sx matka S3Sy Není nutno eliminovat tvorby pylu matek kříženec 1 kříženec 2 kříženec 3 společný otec S1S2

Geneticky řízená samčí sterilita

Typy samčí sterility Jederná – podvojně řízena ms geny Cytoplasmatická – způsobena mutací v rámci mitochondriálních genů Kombinovaná – cytoplazmatickojaderná –Interakce mitochondriálních a jaderných genů

Cytoplazmaticko jaderná sterilita Typy cytoplazmy (plazmotyp) –Sterilní plazmotyp (mutované mitochondriální geny) –Normální plazmotyp Jaderná složka (genotyp) –Geny obnovy pylové fertility Rf - geny (fertility restorer) –Obvykle několik

Typy křížení Jednoduché kombinační křížení –Přímé (AxB) –Reciproční (BxA) –Dialelní – několik linií, každá s každou –Úplné (reciproké) n.(n-1) AxB, AxC, BxC, BxA, CxA, CxB –Neúplné 0,5.n.(n-1) AxB, AxC, BxC, –Cyklické – topcros – ověření kombinační schopnosti –AxB, AxC, AxD, AxE….A=tester Složité kombinační křížení –běžné v novošlechtění –Tvorba víceliniových hybridů - (AxB)x(CxD) … –Různý podíl genomu jednotlivých komponent

Zpětné nasycovaní křížení Donor D, Recipient R P:R x D DR hybrid – 50% genotypu od obou rodičů Bc1:RD x R Bc2:RDR x R Bc3:RDRR x R Bc4:RDRRR x R Bc X = 0.5 (x+1) Bc X – podíl genotypu donora po x-té generaci zpětného křížení Využití: převádění nekulturních kříženců na kulturní převedení linií na sterilní cytoplazmu

Konvergentní (sbližovací) křížení Složité křížení sloužící ke spojování vlastností několika odrůd dohromady, spojené s backcrossem –Normální k. křížení –Modifikované –Princip transgressivních rekombinací