Tvorba odrůd rostlin samosprašných

Autogamie Obecné důsledky: Nezávislost na opylovačích Homozygotizace genotypu Definovatelná variabilita potomstev Důsledky pro šlechtění a semenářství Relativně rychlé ustálení vlastností potomstev selektovaných rostlin na požadované úrovni Relativně snadné semenářství

Důsledky autogamie P: Aa x Aa (1.0) F1: 1AA : 2Aa : 1aa (0.5)

Důsledky autogamie S každou generací samoopylení Vzrůstá homozygotnost v potomstvech Vzrůstá hodnota F (koeficient inzuchtu) Snižuje se rozsah fenotypové variability v rámci formujících se linií Rychlost stabilizace závislá na Počáteční stupeň heterozygotnosti Počet generací samoopylení

Samosprašné druhy Pšenice obecná (Triticum aestivum) Ječmen obecný (Hordeum vulgare) Oves setý (Avena sativa) Rýže (Oryza sativa) Mák setý (Papaver somniferum) Rajče (Lycopersicon esculentum) Fazol (Phaseolus sativus) Hrách setý (Pisum sativum) …

Kleistogamie Extrémní případ samosprašnosti K oplození dochází již před otevřením květů

Systém šlechtění samosprašných Obecné schéma Tvorba genetické variability Ustálení vlastností na požadované úrovni prostřednictvím homozygotizace Průběžné zkoušení v poloprovozních a provozních podmínkách Výsledek Uniformní a stálé liniové odrůdy

Liniové odrůdy Výsledek opakovaného samoopylení, případně dihaploidizace Čistá linie Homozygotní Geneticky homogenní Čistá – multiliniová - odrůda geneticky heterogenní

Využití linií Tradiční typ odrůdy u samosprašných Výchozí genetický materiál pro tvorbu hybridních odrůd

Linie v minulosti Johannsen – teorie čistých linií (1903) selekce ve směsi mění charakter potomstva rozdíly ve velikosti semen ve štěpících generacích se přenáší na potomstvo výběr v rámci linií nemá význam pro zlepšení úrovně potomstva variabilita uvnitř linie je způsobena vlivy vnějšího prostředí Nielsson-Ehle Linie nelze snadno odlišit na základě vlastností kvantitativního charakteru

Johannsenovy čisté linie fazolu Linie A Linie B Upraveno podle - Briggs a Walters (2001)

Způsoby navození variability Hybridizace vybraných rodičů P: 2n x 2n …. F1: 2n F2: 2n … štěpící Dihaploidizace haploidních rostlin F2: n + kolchicin … 2n… homozygotní

Postupy získání dihaploidů P: aaBB x AAbb F1: AaBb AB Ab aB ab kolchicin F2: AABB AAbb aaBB aabb ¼ ¼ ¼ ¼

Výběrové systémy Hromadný výběr Individuální výběr Odstraňování nežádoucích rostlin Osivo vybraných jedinců se vysévá v další generaci ve směsi Účinná v podmínkách pěstování Význam v udržovacím šlechtění Individuální výběr Potomstva vybraných jedinců se hodnotí odděleně Je základem rodokmenové metody - pedigree

Hromadný výběr Předpoklad Nedostatky Užitná hodnota vybraných rostlin dána fenotypovým projevem Nedostatky Potomstvo vybraných jedinců neustále štěpí neboť nedochází k odstraňování heterozygotů Nelze se vracet k předchozím generacím

Individuální výběr de Vilmorin (1858) Izolační přístupu ke šlechtění: užitnou hodnotu (úroveň genotypu) jedince je možno hodnotit na základě jeho potomstva vzniklého samoopylením

Individuální výběr Základní principy selekce Jedinec je posuzován na základě svého potomstva Pro založení následné generace se vybírají pouze jedinci z potomstev s odpovídající užitnou hodnotou

Individuální výběr Jedinec je posuzován na základě svého potomstva

Metody šlechtění samosprašných Rodokmenová metoda Směšovací metoda Kombinace rodokmenové a směšovací Zpětné křížení Dihaploidní šlechtění

Rodokmenová metoda - pedigree Základní metoda šlechtění samosprašných Opakovaný individuální výběr Stupně selekce v rámci pedigree KM – kmenové matky (základní výběrová školka – rostliny F2 generace) km – kmeny – potomstva kmenových matek V – výběry – potomstva kmenů a výběrů

Potomstva F1 a F2 generace

Kmeny – km (km1 – km3) Potomstva kmenových matek a nejlepších rostlin v rámci nejlepších kmenů hodnotí se individuálně, na jednořádkových až dvouřádkových parcelkách Nevyhovující kmeny se odstraňují Z vyhovujících kmenů nejlepší rostliny a jejich potomstva tvoří základ dalších stupňů selekce Testování po 3 generace (do F5)

Výběry Potomstva vybraných linií (F5) Průběh staničních zkoušek + množení Hodnocení výkonnosti a uniformity linií Nevyhovující potomstva se odstraňují

Upraveno podle - Brawn and Caligari (2008) Pedigree Upraveno podle - Brawn and Caligari (2008)

Pedigree F1 – uniformní rostliny F2 – kmenové matky F3 – F5 – potomstva kmenů F6 – staniční zkoušky linií F7 – polní pokus s opakováním + množení linií F8 – F10 – mezistaniční zkoušky F11 – F12 – oficiální odrůdový pokus

Výhody a nevýhody pedigree Vyloučení nevhodných genotypů již v počátku selekce Projevuje se vliv ročníku Přesná posloupnost linií (přesnější selekce) Nevýhody Složitá evidence Nutnost zkušeností Finanční náročnost

Směšovací metody Homozygotizace probíhá ve směsných potomstvech Během směsných generací probíhá přirozená selekce Pěstování v selekčním prostředí Hodnotí se konkurenční schopnost rostlin Po ustálení se kandivary množí a testují individuálně

Směšovací metody Preference průměrných genotypů na úkor výnosných a odolných (přirozená selekce - konkurence) Reprodukce všech rostlin z generace Nutno provádět v polních podmínkách Nelze odhadnout strukturu populace

Kombinace perigree x ramsch F1 – uniformita F2 – výběrová školka F3 – kmeny F4 – ramsch F5 – výběr linií F6 – F12 - stejný postup jako pedigree

Upraveno podle - Brawn and Caligari (2008) Pedigree + ramsch Upraveno podle - Brawn and Caligari (2008)

Zpětné křížení P: rr x RR Bc1F1 – Bc5F1: Rr x rr Bc5F2 – Bc5F3: 1RR : 2Rr : rr1 samoopylení samoopylení a selekce

Dihaploidní šlechtění Cíl Urychlení procesu homozygotizace a tím krácení doby šlechtění Prostředky Dihaploidizace haploidních jedinců pomocí kolchicinu Selekce vhodných genotypů, množení a testování

Dihaploidní šlechtění Význam Zkrácení procesu homozygotizace na jednu generaci Heterozní šlechtění (rychlé získání homozygotního materiálu)

Haploidní rostliny Vznik Spontánní (v přírodě) Indukovaná (in vitro) Partenogenetický vývoj haploidní rostliny Eliminace sady chromozomů otcovské rostliny po křížení (vzdálená hybridizace) Indukovaná (in vitro) Androgeneze (přímá a nepřímá) Gynogeneze

Androgeneze Přímá androgeneze Nepřímá androgeneze Embryogeneze přímo z mikrospory nebo mladé pylové buňky Nepřímá androgeneze Indukce haploidního kalusu Embryogeneze z buněk haploidního kalusu

Androgeneze in vitro Faktory ovlivňující indukci haploidů Druhová specifika Vhodnost genotypu Stáří a podmínky kultivace donora Stadium vývoje květů a pylu Předpůsobení poupat, prašníků či pylu Kultivační podmínky

Androgeneze in vitro Předpůsobení stimulující embryogenezi Stres nízkou nebo vysokou teplotou 3 – 10°C (Datura, Nicotiana) 35°C Capsicum Máčení ve vodě (hypoxický stres) Centrifugace prašníků, aplikace vakua nebo kolchicinu (mění orientaci a uspořádání mikrotubulů) Hladovění – změny polohy jádra

Eliminace chromozómů otce nekompatibilita cytoskeletu zygoty a centromerického kinetochoru otcovských chromozómů. Kdy? Hordeum vulgare x H. bulbosum Triticum aestivum x Zea mays, Sorghum sp. Avena sativa x Zea mays