ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΦΥΤΩΝ 4. ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑ 1
ΑΡΧΕΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ 2
Στόχοι της βελτίωσης Δημιουργία νέων ποικιλιών με βελτιωμένα αγρονομικά χαρακτηριστικά: υψηλότερες αποδόσεις καλύτερη προσαρμοστικότητα και σταθερότητα συμπεριφοράς (ομοιόσταση) αντοχή σε βιοτικά και αβιοτικά stress ύψος φυτού, ή ύψος έκπτυξης καρπού μειωμένη καρπόπτωση πρωίμιση ή οψίμιση παραγωγής βελτίωση ποιότητας 3
ΣΤΑΔΙΑ ΒΕΛΤΙΩΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΥΝΟΪΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 2. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΓΕΝΟΤΥΠΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΩΝ ΕΠΙΘΥΜΗΤΩΝ 3. ΑΠΟΓΟΝΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΩΝ ΕΠΙΛΕΓΕΝΤΩΝ ΓΕΝΟΤΥΠΩΝ 4. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΝΕΩΝ ΠΟΙΚΙΛΙΩΝ ΕΓΓΡΑΦΗ ΝΕΩΝ ΠΟΙΚΙΛΙΩΝ ΣΤΟΝ ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΚΑΤΑΛΟΓΟ ΑΝΑΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΝΕΩΝ ΠΟΙΚΙΛΙΩΝ 4
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσικοί πληθυσμοί AaBbEe.. AABbEe.. AAbbEE.. AabbEe.. aabbee.. aabbee.. 5
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσιολογικές μεταλλάξεις -Αντικατάσταση, αφαίρεση ή προσθήκη βάσης (στην αντιγραφή του DNA): 6
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσιολογικές μεταλλάξεις -Αντικατάσταση, αφαίρεση ή προσθήκη βάσης (στην αντιγραφή του DNA): -Γονιδιακός ανασυνδυασμός (ανταλλαγή στη μίτωση): 7
Α α α 1 α 2 8
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσιολογικές μεταλλάξεις -Αντικατάσταση, αφαίρεση ή προσθήκη βάσης (στην αντιγραφή του DNA): -Γονιδιακός ανασυνδυασμός (ανταλλαγή στη μίτωση): -Άνιση ανταλλαγή στη μείωση (διπλασιασμοί γονιδιακών θέσεων πολυγονιδιακές οικογένειες 9
α 1 α 1 α 1 α 1 10
α 1 α 2 α 3 α 1 α 2 α 3 α 1 α 2 α 2 α 3 α 1 α 3 11
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσιολογικές μεταλλάξεις -Αντικατάσταση, αφαίρεση ή προσθήκη βάσης (στην αντιγραφή του DNA): -Γονιδιακός ανασυνδυασμός (ανταλλαγή στη μίτωση): -Άνιση ανταλλαγή στη μείωση (διπλασιασμοί γονιδιακών θέσεων πολυγονιδιακές οικογένειες -Μεταθετά στοιχεία (transposable elements): 12
Μεταθετό στοιχείο α β α β (i) α β (ii) α β (iii) 13
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσιολογικές μεταλλάξεις -Αντικατάσταση, αφαίρεση ή προσθήκη βάσης (στην αντιγραφή του DNA): -Γονιδιακός ανασυνδυασμός (ανταλλαγή στη μίτωση): -Άνιση ανταλλαγή στη μείωση (διπλασιασμοί γονιδιακών θέσεων πολυγονιδιακές οικογένειες -Μεταθετά στοιχεία (transposable elements): -Μεθυλίωση DNA: μεθυλιωμένη κυτοσίνη μετατρέπεται σε θυμίνη 14
N O=C C N H NH 2 CH CH Κυτοσίνη (C) ΗN O=C Ο C N H C CH 3 CH Θυμίνη (Τ) 15
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσικοί πληθυσμοί επιλογή φυτών αυτογονιμοποιούμενα α) ανάμιξη επιλεγέντων νέος πληθυσμός β) κάθε επιλεγέν χωριστά καθαρή σειρά 16
Φυσικός πληθυσμός αυτογονιμοποιούμενου είδους ΑAbbEE. aabbee.. AABBEE.. AAbbee.. aabbee.. aabbee.. 17
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσικοί πληθυσμοί κατανομή συχνότητας βάρους 5494 σπερμάτων φασολιού 1278 αριθμός σπερμάτων 5 8 1068 608 263 107 30 977 622 306 135 52 24 9 2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 g/σπέρμα 18
ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΟΙΚΙΛΙΩΝ αυτογονιμοποίηση Bb 0 100% 1 25% 50% 25% 2 37,5% 25% 37,5% 3 43,75% 12,5% 43,75% 4 45,88% 6,25% 45,88% 5 48,44% 48,44% 6 49,22% BB bb 49,22% 19
Φυσικός πληθυσμός σταυρογονιμοποιούμενου είδους AaBbEe.. AABbEe.. AabbEe.. AAbbEE.. aabbee.. aabbee.. 20
1. ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Οι φυσικοί πληθυσμοί επιλογή φυτών αυτογονιμοποιούμενα σταυρογονιμοποιούμενα α) ανάμιξη επιλεγέντων νέος πληθυσμός β) κάθε επιλεγέν χωριστά καθαρή σειρά α) ανάμιξη επιλεγέντων νέος πληθυσμός β) διαδοχικές αυτογονιμοποιήσεις για κάθε επιλεγέν χωριστά για να επιτευχθεί ομοζυγωτία καθαρή σειρά 21
ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Τεχνητές διασταυρώσεις: Ρ1 x Ρ2 F1 F2 (τεχνητός πληθυσμός) 22
ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΑββΓΓ x ααββγγ ΑαΒβΓΓ ΑΑΒΒΓΓ, ΑΑΒβΓΓ, ΑΑββΓΓ ΑαΒΒΓΓ, ΑαΒβΓΓ, ΑαββΓΓ ααββγγ, ααββγγ, ααββγγ 3 n διαφορετικοί γενότυποι 23
ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 100 ετεροζυγωτία % 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 γενεά αυτογονιμοποίησης 24
ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ τεχνητές μεταλλάξεις στο DNA Πολυπλοειδία Διειδικός υβριδισμός (διασταύρωση ειδών του ίδιου γένους) Σωμακλωνική παραλλακτικότητα (παραλλακτικότητα σε ιστοκαλλιέργεια) 25
ΤΡΑΠΕΖΕΣ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ (ΤΓΥ) Σκοπός: 1. Χαρτογράφηση γενετικού υλικού στο χώρο συλλογή 2. Διατήρηση προστασία ελαχιστοποίηση απώλειας γενετικής παραλλακτικότητας - στο φυσικό περιβάλλον (in situ) - σε τεχνητές φυτείες - σε ΤΓΥ (με τη μορφή σπόρων ή φυτικών ιστών) 3. Προκαταρκτική αξιολόγηση του γενετικού υλικού 4. Τεκμηρίωση του γενετικού υλικού ανταλλαγή πληροφοριών 5. Αξιοποίηση του γενετικού υλικού από βελτιωτές 26
ΤΡΑΠΕΖΕΣ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ (ΤΓΥ) Συλλογές γενετικού υλικού (υποχρέωση κάθε ΤΓΥ: 1. Συλλογή βάσης (δείγματα σπόρων με υγρασία 3-6% στους 20 0 C) 2. Ενεργός συλλογή (δείγματα σπόρων με υγρασία 3-6% διαθέσιμα στους βελτιωτές) 3. Συλλογή εργασίας (γενετικό υλικό διατηρούμενο από βελτιωτές) 4. Διπλασιασμένη συλλογή της συλλογής βάσης (σε διαφορετική ΤΓΥ) 27
28
29
ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΕΣ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ (ΒΓΥ) Η διατήρηση του DNA του φυτικού είδους σε κατάλληλους φορείς (κλώνοι βακτηρίων, πλασμιδίων, ιών) 1. Γονιδιωματικές βιβλιοθήκες (ολόκληρο το γένωμα του φυτού τεμαχίζεται και ενσωματώνεται στο γένωμα φορέα) 2. cdna (συμπληρωματικές) βιβλιοθήκες (μόνο τα γονίδια που εκφράζονται ενσωματώνονται στο γένωμα φορέα) 30