Tvorba genetické variability mutagenezí

Prezentace na téma: "Tvorba genetické variability mutagenezí"— Transkript prezentace:

1 Tvorba genetické variability mutagenezí

2 Mutageneze = tvorba mutací - mutant
Mutabilita genetické výbavy Schopnost genetické výbavy měnit své vlastnosti úzce souvisí s fyzikálně-chemickými vlastnostmi DNA a jejích stavebních složek Výsledek = proměnlivost genetické výbavy Vznik nových alel s odlišným účinkem na fenotyp Přestavby chromatinu a ztráty genů Aneuploidie a polyploidie

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

4 Pojem mutace Hugo de Vries (1848-1935)
Objevil mutace u pupalky (Oenothera lamarckiana 2n=12) V potomstvu nalezl mutantu „gigas“ kterou nebylo možno křížit s ostatními rostlinami Jednalo se o autopolyploidní rostlinu s 2n=24.

5 Mutace na úrovni genu (přímá mutace)
Aa AA A A a aa aa a

6 Zpětná mutace a aa aa a A A1 Aa A1a aa a

7 Členění mutací Přímá x zpětná Genová x chromozomová x genomická
Spontánní x indukovaná Gametické somatické

8 Zdroje mutací Genové mutace Změny bází DNA v důsledku tautomerie bází
imin - A Genové mutace Změny bází DNA v důsledku tautomerie bází Vznikají během replikace v souvislosti se selháním kontrolního aparátu enol - T enol - G imin - C

9 Zdroje mutací Přestavby chromozomů Změny struktury chromozomů
Často vázány na meiózu a crossing overy Delece mohou vznikat i v průběhu replikace.

10 Zdroje mutací Aneuploidie a polyploidie
Důsledky poruch mitózy a meiózy Důsledky hybridizace a somatické hybridizace

11 Anortopolyploidie 2n x 4n 3n

12 Polyploidizace křížením
Hemerocallis fulva ‚Europa' 3n Hemerocallis fulva 'Ed Murray' 3n x 4n

13 Mutační šlechtění Záměrné využití mutagenů k indukci mutací s cílem rozšířit genetickou variabilitu výchozí generace šlechtění Podmínky úspěchu: Vegetativně množené - vitální somatické mutace Generativně množené – vitální mutace v buňkách zárodečné linie

14 Historie mutačního šlechtění
Müller a Stadler (1927) detekce mutací na ječmeni a kukuřici Gaul (1963) a Gustafsson (1968) mutageneze ve šlechtění V ČR zaváděno v 60. až 70. letech Do 80. let mutageneze in vivo 1979 – zrušeno gamapole Od 80. let mutageneze in vitro

15 Vhodnost aplikace mutagenů
Samosprašné Po aplikaci mutagenu na linie jsou jasně patrné rozdíly v genotypu Cizosprašné Aplikace mutagenů je vhodná na inbrední linie Vegetativně množené Cílem získat somatické mutace (udržitelné vegetativním množením

16 Indukce mutací Indukce pomocí mutagenů fyzikální a chemické povahy
Aplikace mutagenů specifika biologického druhu cíl šlechtění mutaci vystavená část rostliny (semena, pyl, meristémy, kalusy, protoplasty)

17 Fyzikální mutageny Různé druhy záření Dávky Ionizující a, b, g, X,
Neionizující UV záření, tepelné záření Dávky Subletální aplikace (chronické působení) Aplikace LD50 – 50% semen nebo pupenů odumírá v důsledku nevratného poškození genomu a buněk.

18 LD50 u různých plodin Hrách 1,29 – 3,87 C.kg-1
Ječmen 2,58 – 3,87 C.kg-1 Pšenice 3,87 – 5,16 C.kg-1 Řepka 6,45 – 12,90 Len 10,32 – 12,90 C.kg-1 Hořčice nad 25,80 C.kg-1 (1 coulomb/kg (C.kg-1) ~ 3876 R)

19 Ozařovací aparát

20 GAMA POLE – Japonský institut radiačního šlechtění
Poloměr – 100 m Výkon – 88,8 TBq Zářič – 60Co

21 Chemomutageny Methylmethanosulfonát (MMS) Ethylmethanosulfonát (EMS)
Močovina a její deriváty N-methyl-N-nitrosomočovina N-ethyl-N-nitrosomočovina Epoxidy Alkaloidy (kolchicin) Peroxidy Formaldehyd

22 Aplikace chemomutagenů
Namáčení roubů Aplikace na vegetační vrcholy Namáčení semen Zálivka In vitro kultivace v prostředí mutagenů Injekční aplikace do vodivých pletiv Působení podle koncentrace (20-30 minut)

23 Detekce mutací Makromutace x mikromutace
Dominantní mutace – pozorované v M1 Recesivní mutace – až v M2 (25%) Musí být dědičné Přenáší se z generace na generaci

24 Mutace x malformace (morfóza)
Změna v genotypu, přenášená z generace na generaci Morfóza změna tvarových vlastností rostliny nebo pletiva po aplikaci mutagenů

25 Mutace x malformace Morfózy – změny tvaru v důsledku různých metabolických poruch nebo patogenních procesů

26 Sektorové mutace - chimerismus
Jsou somatického typu a nepřenáší se obvykle generativně Postižená rostlina = chiméra Somatická mutace révy vinné

27

28 Sektorové a pupenové mutace
Vrstvy: I = dermatogen II = periblem III = plerom Vrstvy: I a II - tunika III - korpus

29 Chiméry u Saintpaulia ionantha
13 – Victorian ribbons 16 – Concord 28 – Hula Hoop

30 Mikromutace Mutace v polygenech – nelze jednoznačně detekovat
Detekce se provádí na základě srovnání mutagenezi vystavených rostlin oproti výchozí generaci v pokusu.

31 Mutační šlechtění semenných rostlin
X – ovlivnění osiva X 1 - výsev ovlivněného osiva X 2 – ramše, minimálně 20 semen X 3 – ověření vybraných rostlin X 4 – zkoušky výnosu (2 opakování) X 5 –7 – zkouška stability, odolnosti a výnosu mutantů (4 opakování)

32 Praktické výsledky mut. šlechtění
Dle FAO: 2250 odrůd z mutageneze ve světě

33 Praktické výsledky mut. šlechtění

34 Praktické výsledky mut. šlechtění
Diamant – (mutant odrůdy Valtický) Vanda – radiační mutant jahodníku Gorella (odolnost k plísni šedé) Gorella Vanda

35 Praktické výsledky mut. šlechtění
Bor – radiační mutant chmele (reg. 1994) Yataka – červenoplodá odrůda jabloně (mutace odrůdy Fuji)

36 Mutační proces u třešně (Compact Stella)
3,5 – 4 kR g

37 Mutace v ovocnictví „compact Stella“ „Cumberland Spur“ Beztrnný
ostružiník

38 Polyploidní šlechtění
Šlechtění na úrovni polyploidních sad Spontánní polyploidie Indukovaná polyploidie Indukce polyploidů Zvýšení genetické variability Zvýšení objemu biomasy Eliminace semen (triploidy, aneuploidy) Evoluční studie

39 Indukce a detekce polyploidů
Pomocí mitotických jedů (kolchicin, chloroform, acetnaften, oryzalin) Aplikace na semena (mixoploidie) Aplikace na gamety (květy) Protoplastové kultury, kalusy Detekce: Přímá detekce Nepřímá detekce – průtoková cytometrie

40 Detekce polyploidů Přímé metody: Nepřímé metody:
Karyotypování – mikroskopické vyšetření Nepřímé metody: Průtoková cytometrie Měření svěracích buněk průduchů Počítání stomatárních chloroplastů

41 Detekce polyploidů Cytologické metody

42 Průtoková cytometrie Automatizované počítání jader označených fluorescenčním signálem.

43