Selekční postupy ve šlechtění rostlin I. – teoretické základy Typy výběrů, metody selekce, heritabilita, genetické markery, Marker Assisted Selection

Předpoklady úspěchu ve šlechtění Zkušenosti a trpělivost šlechtitele Vhodný šlechtitelský systém Konkrétní splnitelný šlechtitelský cíl Výběr vhodných genetických zdrojů Výběr vhodné metody navození variability Výchozí šlechtitelský materiál Selekční systém ODRŮDA

proces usměrňující evoluci druhu Selekce (výběr) proces usměrňující evoluci druhu Základ šlechtitelských systémů

Selekce: členění Z pohledu původce výběru: Z pohledu účinnosti: Přirozená Umělá Z pohledu účinnosti: Úplná: 1 Neúplná (0,01 – 0,99)

Umělá selekce Pozitivní x negativní Individuální x hromadná Dominantní znak x recesivní znak Kvalitativní znak x kvantitativní znak

Metody selekce Selekce směrová X Pozitivní – novošlechtění (samosprašné cizosprašné, vegetativně množené) Negativní – negativní výběry (nástroj u.š. samosprašných a klonů) X

Metody selekce Selekce stabilizační Udržovací šlechtění

Metody selekce Disruptivní selekce

Selekce a heritabilita Dostatečná dědivost znaku = základ úspěšné selekce Odvození heritability: Z analýzy geneticky uniformních souborů rostlin Hybridologické studie (F1 a F2 generace) Výsledky regresní analýzy Výsledek ANOVy

Selekční indexy Měří hodnotu jedince jako celku (úroveň všech znaků současně) Umožňují optimalizovat selekci na více znaků současně Kompromisní přístup k selekci v důsledku negativních korelací sledovaných znaků

Selekční indexy Výpočet vychází z: I = a.A´ + b.B´ + c.C´… Heritabilita Ekonomická hodnota znaku Standardizovaná hodnota znaku I = a.A´ + b.B´ + c.C´…

Selekce a genetické markery Genetické markery: jednoduše detekovatelné geny signalizující přítomnost některé mnohem komplexněji založené vlastnosti detekovatelné až v pozdější fázi vývoje. Skvrna na palistu

Marker assisted selection - MAS Definice: Selekční postupy využívající systém genetických markerů Cíle: Zvýšení efektivity selekčního procesu Včasná detekce požadované vlastnosti Eliminace negativního vlivu vnějšího prostředí

Genetické markery Rozdělení: Anatomicko morfologické Fyziologické Biochemicko genetické

Anatomicko morfologické markery Morfologické znaky nepřímo signalizující skrytou kvalitu

Fyziologické markery Požadovaná vlastnost je markerována existencí určité biochemické dráhy. rezistence k antibiotikům rezistence k herbicidům

Biochemicko-genetické markery Detekce sledované vlastnosti na molekulární úrovni Polymorfismus bílkovin Polymorfismus nukleových kyselin Předpokladem je zvládnutí metod elektroforetické separace

Bílkovinné markery Detekce vlastnosti na úrovni: Výhody: Zásobní bílkoviny Izoenzymy Výhody: Přímý produkt realizace genetické informace Vysoce polymorfní (mnohotný alelismus) Kodominantní Dědí se v blocích Vysoká heritabilita

Zásobní bílkoviny Bílkoviny přítomné v zásobních orgánech a semenech rostlin (gliadiny, hordeiny, zeiny). Často signalizují vlastnosti spojené se zpracováním daného produktu. Elektroforeogram gliadinů pšenice, ve spektrech jsou patrné rozdíly - polymorfismy

Izoenzymy Bílkoviny s katalytickou funkcí patřící k určité skupině enzymů, ale lišící se aminokyselinovým složením nebo počtem domén Vysoce polymorfní Závislé na stádiu ontogeneze Náročné na provedení (vysoce citlivé)

Současné využití bílkovinných markerů Na ústupu Šlechtění Analýza rodičů Predikce (pekařské) jakosti Detekce dodatečného štěpení uvnitř stabilních linií Kontrola a státní dozor Odrůdový fingerprinting (pšenice, ječmen, brambory) Kontrola čistoty produktů ke zpracování

Polymorfismus nukleových kyselin Vychází z proměnlivosti molekul DNA Postihuje znak na úrovni genu Ontogenetická stálost Šetrnost a nedestruktivnost Vysoká citlivost Neovlivňovány vnějším prostředím Neomezená kapacita

Principy detekce polymorfismů Metody založené na: Restrikční štěpení genomické DNA RFLP – délkový polymorfismus restrikčních fragmentů Amplifikace (klonování) fragmentů DNA PCR – polymerázová řetězová reakce

Využití DNA markerů Mapování genomu Detekce vlastnosti na úrovni genů Kvalitativní znaky Kvantitativní vlastnosti (QTL) Selekční procesy (MAS)

RFLP Principy: Využívá: Restrikční štěpení genomické DNA Přetisk fragmentů DNA (Southern blotting) Hybridizace fragmentů DNA a sondy Autoradiografie Využívá: Restrikční endonukleázy Radioaktivně značené sondy (radioizotop 32P)

PCR Princip: Základní kroky: Syntéza požadovaných fragmentů DNA in vitro. Marker = fragment nebo soubor fragmentů DNA Princip: Existence termostabilních DNA polymeráz Denaturace a reasociace DNA Komplementarita bází Základní kroky: Denaturace – rozvláknění molekuly DNA Annealing – přisedání primerů k templátu Extenze – prodlužování primerů DNA polymerázou

Přírůstek množství fragmentů charakterizuje vztah 2n PCR – teplotní schéma denaturace annealing extenze Přírůstek množství fragmentů charakterizuje vztah 2n

Kodominantní PCR markery Umožňují odlišit genotypy Detekce bodových mutací genů Význam: Identifikace homozygotů Genotypování populací při mnohotném alelismu (detekce složení populace)

Kodominantní PCR markery Detekce alelické sestavy genů barvy slupky plodů jabloně (Malus x domestica)

Kodominantní markery Detekce alelické sestavy genu Vf , řídícího odolnost jabloně (Malus x domestica) k napadení strupovitostí (Venturia inaequalis)

Dominantní PCR markery Markery asociované se sledovanou vlastností (genem) Nemohou odhalit genotypovou konstituci jedince Často jsou součástí sledovaného genu

Dominantní markery Identifikace alel gametofytické inkompatibility jabloně (Malus x domestica)