Genetické markery ve šlechtění rostlin Metody, možnosti, aktuální využívání

Genetický marker Ontogeneticky raná a snadno vyhodnotitelná vlastnost, která je geneticky vázána s geny řídícími vlastnosti obtížně detekovatelné nebo fenotypově detekovatelné v pozdním stádiu ontogeneze Sledovaný gen Markerující gen < 50 cM

Úrovně hodnocení genetických markerů DNA Sledovaný gen Markerující gen Biochemie Protein A Protein B Proteiny Fyziologie Morfologie Fenotyp A Fenotyp B

Morfologické Markery Vlastnosti: Příklady: Nízký stupeň polymorfismu Geny velkého účinku Snadná ztráta funkčnosti v důsledku rekombinací Omezené možnosti použití Příklady: Detekce dihaploidů bramboru v potomstvech po křížení se Solanum phureja dle fialové skvrny na semeni Fialová barva květu bobu – hořkost semen Rozměry průduchových buněk a počty chloroplastů v nich Identifikace otcovského genotypu na základě barvy endospermu kukuřice

Detekce dihaploidů bramboru Dihaploidizace křížením Dochází k eliminaci genomu otce S. tuberosum (4n) x Solanum phureja (2n) Potomstvo: 4n (kříženec) – fialová skvrna na semeni (fialové embryo) nebo fialový klíčenec 2n (dihaploid) – semena bez skvrny nebo zelený klíčenec

Efekt triploidního endospermu Antokyanizace endospermu kukuřice dominantní nad žlutou Možnost určení paternity potomstva Žlutosemenná linie x antokyanizovaná - Endosperm semene – barevný Žlutosemenná x žlutosemenná - Endosperm žlutý

Triploidní endosperm kukuřice

Biochemické markery Vlastnosti Úrovně hdnocení Vysoký stupeň polymorfizmu Potenciál markerovat velmi složitě řízené a polygenní vlastnosti Eliminují vliv vnějšího prostředí Náročně detekovatelné – sofistikované Značný rozsah metod jejich detekce Úrovně hdnocení Polymorfismus bílkovin Polymorfismus nukleových kyselin

Bílkovinné markery Bílkoviny Typy markerů: Expresní produkty genu nebo několika genů Jsou důkazem přítomnosti hledaného genu, jejich variabilita odráží variabilitu genů, které ji kódují Vykazují kodominanci Typy markerů: Izoenzymy a stavební bílkoviny Zásobní bílkoviny obilek (Hordeiny, zeiny, sekaliny, gluteniny pšenice)

Zymogram a jeho interpretace Band: Zóna v elektroforeogramu Polymorfismus: Přítomnosti x absence bandu Intenzita bandu Pgi – fosfoglukosoisomeráza Adh – alkoholdehydrogenáza Amp – aminonenthináza Pdg – fosfoglukonátdehydrogenáza (dle Reyes et al. 2010)

Dendrogramy Možnou interpretací elekteroforeogramu jsou podobnostní stromy – dendrogramy Větvení v místě pravděpodobnosti shody Jsou generované na základě podobnostních koeficientů

Zásobní bílkoviny obilnin Markerují Sladovnickou kvalitu ječmenů Pekařskou kvalitu pšenice Odolnost k chorobám Gluteniny pšenice Podjednotky 5+10 zlepšující pekařskou kvalitu Podjednotky 7+9 a 2 + 12 zhoršují pekařskou kvalitu

Markery na úrovni nukleových kys. DNA markery Detekují konkrétní geny nebo konkrétní obsah chromozomálních lokusů ale umožňují i charakterizaci nekódujících oblastí Jsou ontogeneticky stálé Mají vysoký stupeň polymorfismu Mohou být dominantního nebo kodominantního charakteru Bohatá metodologie studia a detekce polymorfismu

Markery na úrovni nukleových kys. Markery na úrovni RNA Detekují sílu exprese určitého genu Ontogeneticky nestálé Závislé na podmínkách vnějšího prostředí Komplikovaná metodologie Extrakce RNA je komplikovaná činnost RNáz založená na kvantitativní polymerázové řetězové reakci

RealTime pcr

Metodologie detekce DNA markerů Odběr vzorků pro extrakci DNA (100mg čerstvé hmoty nebo 50mg lyofilizátu) Extrakce DNA pomocí izolační soupravy Detekce polymorfismů RFLP (délkový polymorfismus restrikčních fragmentů) PCR (polymerázová řetězová reakce) Standardní PCR CAPS (PCR-RFLP) Sekvenace DNA a detekce sekvenčních polymorfismů SSR – Polymorfismus mikrosatelitní DNA AFLP – délkový polymorfismus amplifikovaných fragmentů DNA RAPD – Náhodný polymorfismus amplifikované DNA Microarrays – detekce polymorfismů na chipech

Hledání zajímavých polymorfismů AFLP Tvorba mapovací populace Charakterizace rodičů a potomků pomocí AFLP Hledání polymorfismů v potomstvech a jejich asociace s vlastnostmi potomků a rodičů

Využití markerů ve šlechtění rostlin Možnosti využití markerů Charakterizace genofondu v genových bankách Markery asistovaná selekce Detekce genů (majorgeny a QTL) Detekce podílu nekulturního genofondu při vzdálené hybridizaci Kontrola výsledku křížení - hybridnosti Detekce mutací Detekce napadení patogenem Kontrola uniformity a stability odrůdy Kontrola odrůdové pravosti