ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ. 6η ΙΑΛΕΞΗ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΑ ΙΑ ΕΝΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ

Transcript

1 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΦΥΤΩΝ 6η ΙΑΛΕΞΗ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΑ ΙΑ ΕΝΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ

2 Απαραίτητες Προϋποθέσεις ενός Βελτιωτικού Προγράµµατος 1. Ύπαρξη γενετικής παραλλακτικότητας 2. Εφαρµογήεπιλογήςσεκάποιοστάδιοτου προγράµµατοςγιατηδιάκρισητων επιθυµητών τύπων και την αύξηση της συχνότητας των ευνοϊκών γονιδίων

3 Βασικά Στάδια οποιουδήποτε Προγράµµατος Βελτίωσης 1. Συγκέντρωση κατάλληλου γενετικού υλικού για τη δηµιουργία γενετικής παραλλακτικότητας η οποία είναι απαραίτητη για την ύπαρξη προόδου σε ένα Πρόγραµµα Βελτίωσης Χρησιµοποιείται είτε η υπάρχουσα παραλλακτικότητα (ετεροζύγωτος πληθυσµός, πληθυσµός ανοικτής επικονίασης) ή δηµιουργείται µε διασταυρώσεις φυτών που διαφέρουνωςπροςταεπιθυµητά χαρακτηριστικά

4 Πηγές παραλλακτικότητας i. Γενετικό υλικό από άλλα προγράµµατα Βελτίωσης ii. Καλλιεργούµενες ποικιλίες, υβρίδια ή πληθυσµοί iii. Παραδοσιακοί πληθυσµοί iv. Άγριοι συγγενείς του ίδιου (ή και άλλου είδους) v. Τεχνητές µεταλλαγές

5 Βασικά Στάδια οποιουδήποτε Προγράµµατος Βελτίωσης 1. Συγκέντρωση κατάλληλου γενετικού υλικού για τη δηµιουργία γενετικής παραλλακτικότητας 2. Ελεγχόµενες διασταυρώσεις για την εκµετάλλευση της παραλλακτικότητας 3. Επιλογή για τη διάκριση των φυτών µε τα επιθυµητά χαρακτηριστικά για συνέχεια στις επόµενες γενιές 4. Φαινοτυπική σταθεροποίηση των επιθυµητών φυτικών τύπων που έχουν επιλεγεί µε αυτογονιµοποίηση για δηµιουργία καθαρών σειρών ή ποικιλιών (κηπευτικά, ΦΜΚ), αγενή πολ/σµό (δένδρα), F 1 υβρίδια, συνθετικές ποικιλίες και ιστοκαλλιέργεια 5. Αξιολόγηση και παραχώρηση στην παραγωγή

6 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΦΥΤΩΝ 6η ΙΑΛΕΞΗ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΑΥΤΟΓΟΝΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΩΝ ΦΥΤΩΝ

7 Η Μέθοδος Επιλογής Καθαρής Σειράς Η επιλογή στα αυτογονιµοποιούµενα: πανάρχαια Ηφυσικήαυτογονιµοποίηση: πλήρη οµοζυγωτία και συνεπώς όποιο φυτό επιλεγεί µπορεί να αποτελέσει µια καθαρή σειρά Johannsen (1903): Ορισµός Καθαρής Σειράς και προσδιορισµός του γενετικού µηχανισµού της µε πειράµατα στο φασόλι (αυτογονιµοποιούµενο έντονα είδος) και το βάρος του σπόρου Καθαρή σειρά: οι απόγονοι ενός οµοζύγωτου φυτού µετά από αυτογονιµοποίηση Pure line selection

8 Συµπεράσµατα Johannsen Η επιλογή σε αυτογονιµοποιούµενο πληθυσµό που αποτελείται από µείγµα γενετικών τύπων είναι αποτελεσµατική (πολλές καθαρές σειρές) Μετά την πρώτη επιλογή των καθαρών σειρών η συνέχιση της επιλογής µέσα σε αυτές δεν έχει κανένα αποτέλεσµα Το αρχικό µείγµα σπόρων παρουσίαζε διαφορές που οφείλονταν σε παράγοντες κυρίως γενετικούς και δευτερευόντως περιβαλλοντικούς ενώ µετά την επιλογή οι διαφορές ανάµεσα στα φυτά της ίδιας καθαρής σειράς είναι οφείλονται αποκλειστικά στο περιβάλλον

9 ΒΗΜΑ 1ο Επιλογή µεγάλου αριθµού φυτών από τον αρχικό πληθυσµό ΒΗΜΑ 2ο Ανάπτυξη µίας σειράς φυτών από τους σπόρους όσων επιλέχθηκαν. Επιλογή των καλύτερων σειρών (1-2 χρόνια) ΒΗΜΑ 3ο Πειράµατα αξιολόγησης των σειρών µε επαναλήψεις στο χώρο και στο χρόνο (2 έτη x 2 τοποθεσίες τουλάχιστον)

10 Η Μέθοδος Επιλογής Καθαρής Σειράς Επαιξε σηµαντικό ρόλο στη δηµιουργία ποικιλιών των αυτογονιµοποιούµενων φυτών στις αρχές του αιώνα οι οποίες καλλιεργούνται µέχρι σήµερα Στην αρχή ήταν αποτελεσµατική γιατί πληθυσµοί και παραδοσιακές ποικιλίες της εποχής διατηρούσαν αρκετή γενετική παραλλακτικότητα Σήµερα έχουµε εξαντλήσει πλέον αυτό το δυναµικό, ειδικά στις ανεπτυγµένες χώρες που καλλιεργούνται ποικιλίες και υβρίδια µε µεγάλη οµοιογένεια

11 Η Μέθοδος της Αναδιασταύρωσης Η Αναδιασταύρωση (Backcross): µέθοδος επιλογής κατά την οποία γίνονται διαδοχικές διασταυρώσεις µε τον ένα γονέα µε σκοπό την ενσωµάτωση ενός επιθυµητού χαρακτηριστικού σε µία πολύ «καλή» ποικιλία (δηλ. επανασύσταση της «καλής» ποικιλίας µε την προσθήκη του γονιδίου του επιθυµητού χαρακτηριστικού του άλλου γονέα) Η «καλή» ποικιλία: επανερχόµενος γονέας Ο γονέας µε τοεπιθυµητό χαρακτηριστικό: δότης Η µόνη επιλογή που εφαρµόζεται είναι για το επιθυµητό χαρακτηριστικό

12 αρχική δια- Ανθεκτική ποικιλία Β καλή ποικιλία Α επί % σταύρωση RR x rr γονίδια της Α 1η αναδια- ποικιλία Α σταύρωση F 1 Rr x rr 50,00 2η αναδια- ποικιλία Α σταύρωση BC 1 Rr : rr x rr 75,00 3η αναδια- ποικιλία Α σταύρωση BC 2 Rr : rr x rr 87,50 4η αναδια- ποικιλία Α σταύρωση BC 3 Rr : rr x rr 93,75 BC 4 Rr : rr 96,87 και αυτογονιµοποίηση των Rr για να πάρουµε οµόζυγα RR

13 Αν το χαρακτηριστικό που θέλουµε να ενσωµατώσουµε στην«καλή» ποικιλία ελέγχεται από υπολειπόµενο, τότε µετά από κάθε γενιά αναδιασταύρωσης πρέπει να ακολουθεί µία γενιά αυτογονιµοποίησης για να εκδηλωθεί ο γονότυπος του επιθυµητού χαρακτηριστικού και να γίνει η επιλογή του Άρα απαιτείται διπλάσιος αριθµός γενεών και διπλάσιοςχρόνοςγιατηνολοκλήρωσητης µεθόδου

14 Πλεονεκτήµατα της Αναδιασταύρωσης 1. Τα χαρακτηριστικά της νέας ποικιλίας µπορούν να περιγραφούν εκ των προτέρων 2. εν χρειάζεται καταγραφή παρατηρήσεων και στοιχείων 3. Μετά το τέλος των αναδιασταυρώσεων δεν είναι απαραίτητα εκτεταµένα πειράµατα αξιολόγησης (συγκριτική αξιολόγηση νέας και παλιάς ποικιλίας αρκεί) 4. Συνήθως δεν υπάρχουν προβλήµατα αλληλεπίδρασης γονότυπου και περιβάλλοντος κατά την επιλογή και εποµένως εφαρµόζεται οποιαδήποτε εποχή (περισσότερες από µία γενιά το χρόνο επιτάχυνση διαδικασίας)

15 Μειονεκτήµατα της Αναδιασταύρωσης 1. Η βελτίωση είναι πολύ περιορισµένη (κέρδος µόνο το επιθυµητό χαρακτηριστικό του δότη) 2. εν είναι αποτελεσµατική για ποσοτικά χαρακτηριστικά µε χαµηλό συντελεστή κληρονοµικότητας (άλλη µέθοδο: αυτογονιµοποιητική αναδιασταύρωση) 3. Η σύνδεση γονιδίων δηµιουργεί προβλήµατα στην επιλογή. Μη επιθυµητά συνδεδεµένα χαρακτηριστικά µπορεί να µεταφερθούν στη νέα ποικιλία µαζί µε το επιθυµητό και να αλλοιώσουν τη γενετική της σύσταση

16 Η Γενεαλογική Επιλογή (Pedigree selection) Χρησιµοποιείται συστηµατικά από κατανοήσεως των νόµων του Mendel Σκοπός: ο συνδυασµός των επιθυµητών γονιδίων που βρίσκονται σε δύο ή περισσότερους γονότυπους σε µία νέα εξέχουσα ποικιλία Στα προγράµµατα γενεαλογικής επιλογής καταγράφονται ακριβή στοιχεία για τα χαρακτηριστικά των φυτών και την προέλευσή τους έτσι ώστε για κάθε επιλογή να υπάρχουν στοιχεία για ολόκληρη τη γενεαλογική καταγωγή του ατόµου. Είναι επίσης δυνατή η σύγκριση µεταξύ συγγενικών ατόµων (ή οικογενειών) σε κάθε γενιά. Κυρίως για αυτογονιµοποιούµενα

17 Α) Επιλογή των γονέων Καθορίζει το δυναµικό του προγράµµατος διότι οι γονείς προσδιορίζουν τη γενετική παραλλακτικότητα που είναι διαθέσιµη σεαυτό. Λάθος επιλογή (µε πολύ µικρές γενετικές διαφορές µεταξύ τους) µειώνει τη πιθανότητα για γενετική πρόοδο Γίνεται µε βάσητηνεπιστηµονική γνώση και την εµπειρία σχετικά µε την κληρονοµικότητα των σηµαντικών χαρακτηριστικών που ενδιαφέρουν το πρόγραµµα Είναιαδύνατηηπρόβλεψητουαποτελέσµατος κάθε διασταύρωσης. Γενικά ο ένας γονέας είναι διαπιστωµένης προσαρµοστικότητας και ο άλλος συµπληρώνει ένα µειονέκτηµα τουπρώτου

18 Β) ιασταύρωση των γονέων Σκοπός ο ανασυνδυασµός των γονιδίων και η δηµιουργία διασπώµενων πληθυσµών Ο αριθµός των διασταυρώσεων που απαιτείται εξαρτάται από τον αριθµό τωνf 1 φυτών που θα χρειαστούν στο πρόγραµµα και τον αριθµό των F 1 σπόρων που θα παραχθούν µε κάθε επικονίαση

19 Γ) Επιλογές και αυτογονιµοποιήσεις φυτών Πραγµατοποιούνται στις διαδοχικές διασπώµενες γενιές. Φυτικοί τύποι µε εξέχοντα χαρακτηριστικά επιλέγονται σε κάθε γενιά και αυτογονιµοποιούνται για να προωθηθούν στην επόµενη µε τονπαραγόµενο σπόρο. Στις F 2, F 3 κλπ γενιές επιδιώκεται η επιλογή και σταθεροποίηση των επιθυµητών χαρακτηριστικών µε αυτογονιµοποίηση Η διάρκεια εξαρτάται από την οµοιοµορφία των φυτών και συνήθως φτάνει µέχρι την F 6 ή F 8 γενιά Οι γενιές επιλογής θα πρέπει να καλλιεργούνται υπό τις συνθήκες για τις οποίες προορίζεται η ποικιλία

20 Γενεαλογικά χαρακτηριστικά Είναι µια σειρά από καταγεγραµµένα στοιχεία (και τα πιο σηµαντικά χαρακτηριστικά της κάθε οικογένειας) που δίνουν τις γενεαλογικές σχέσεις ανάµεσα στα άτοµα ή τις οικογένειες κάθε γενιάς Η καταγραφή είναι επίπονη εργασία Βοηθούν στη λήψη αποφάσεων σχετικά µε τις οικογένειες που συνεχίζουν ή απορρίπτονται Το µέγεθος της F 2 γενιάς καθορίζεται από τον αριθµό των F 3 οικογενειών που µπορούµε να αναπτύξουµε (στην F 2 εµφανίζεται η µεγαλύτερη γενετική παραλλακτικότητα και εποµένως ο αριθµός των φυτών πρέπει να είναι µεγάλος)

21 P 1 P 2 ΑΡΙΘΜΟΣ ΑΤΟΜΩΝ ΉΣΥΧΝΟΤΗΤΑ F 1 F 2 F 3 F 3 ΤΙΜΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟΥ

22 ποικιλία Α x ποικιλία Β ιασταύρωση γονέων F 1 I I I I I Ανάµιξη F 1 σπόρων F 2 ΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙΙ..... αυτογονιµοποιήσεις των επιλεγµένων F 3 ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ Επιλογή F 2 φυτών και ατοµικές F 4 ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ Ανάπτυξη και επιλογή φυτών (ή οικογενειών) στην κάθε γενιά F 5 F6 F7 και αυτογονιµοποίηση των F 8 ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ ΙΙΙΙ επιλεγµένων ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ ΙΙΙΙΙ Πειράµατα αξιολόγησης στο χώρο και στο χρόνο