Bariery krzyżowalności w rodzaju Nicotiana i sposoby ich przełamywania. Anna Depta, Teresa Doroszewska

Transkrypt

1 w rodzaju Nicotiana i sposoby ich przełamywania Anna Depta, Teresa Doroszewska

2 Rodzaj Nicotiana: Należy do rodziny Solaneceae; Nazwa rodzaju pochodzi od francuskiego dyplomaty Jeana Nicota, który w XI wieku przywiózł nasiona tytoniu z Portugalii do Francji; Obejmuje ponad 70 gatunków; Gatunki Nicotiana wykazują duże zróżnicowanie pod względem cech morfologicznych, cytologicznych i genetycznych.

3 Naturalne występowanie gatunków Nicotiana Tabacum Rustica Petunioides Przedstawiony na slajdzie podział na podrodzaje obowiązywał w systematyce według Goodspeeda (1954) Obecnie obowiązuje systematyka według Knapp i wsp. (2004), w której zrezygnowano z podziału na podrodzaje, a pozostawiono jedynie sekcje. Źródło: Doroszewska T., Depta A., Czubacka A.: Album gatunków z rodzaju Nicotiana/ Album of Nicotiana species. IUNG-PIB, Puławy, 2009

4 Tytoń uprawny (Nicotiana tabacum) Ważna roślina przemysłowa, uprawiana głównie w rejonach Polski wschodniej; Powstała na drodze samoistnego krzyżowania pomiędzy dwoma gatunkami: Nicotiana sylvestris i N. tomentosiformis; X Celem prac hodowlanych jest uzyskanie odmian odpornych na choroby i szkodniki, o dobrych cechach jakościowych; Źródłem wielu pożądanych genów są gatunki oddalone.

5 : 1. Niezgodność krzyżówkowa niemożność uzyskania nasion mieszańcowych; 2. Nieżywotność mieszańców - zamieranie roślin w fazie siewek lub na dalszym etapie rozwoju; 3. Bezpłodność mieszańców niemożność uzyskania nasion z samozapylenia, jak również wykonania krzyżówek wstecznych.

6 1. Niezgodność krzyżówkowa - przyczyny: Trudności dotarcia łagiewki pyłkowej do zalążni: Różnica w długości słupka pomiędzy gatunkiem matecznym i ojcowskim, Fizjologiczna inhibicja wzrostu łagiewki pyłkowej (tzw. niezgodność gametofityczna), Bariery krzyżowalności Mechaniczne trudności w penetracji łagiewki przez tkankę słupka, spowodowane różnicami w wielkości komórek gatunków rodzicielskich. Nieprzeżywalność zarodka wynikająca z matecznym bielmem i zarodkiem. niezgodności między

7 Niezgodność krzyżówkowa sposoby przełamywania: Odpowiedni dobór gatunków i odmian do krzyżowania; Zastosowanie fuzji protoplastów (Gamborg i Wetter, 1975) - etapy: Izolacja protoplastów na drodze enzymatycznego rozkładu ścian komórkowych; Łączenie protoplastów w obecności glikolu polietylenu; Selektywna hodowla produktów fuzji.

8 2. Nieprzeżywalność mieszańców typy: Typ I brązowienie wierzchołka pędu i korzenia; Typ II brązowienie korzeni i hypokotylu; Typ III żółknięcie liści; Typ IV - tworzenie wielu pędów; Typ V chloroza pędu. Nieprzeżywalność mieszańców jest kontrolowana genetycznie jako efekt interakcji pomiędzy genomami.

9 2. Nieprzeżywalność mieszańców typ I Występuje w krzyżówce Nicotiana nudicaulis x N. tabacum Objawia się brązowieniem wierzchołka pędu i korzenia; Geny letalności znajdują się w subgenomie S N. tabacum.

10 2. Nieprzeżywalność mieszańców typ II Nieżywotne mieszańce typu II uzyskano w wyniku krzyżowania tytoniu uprawnego z gatunkami należącymi do rodzaju Nicotiana: N. africana, N. debneyi, N. excelsior, N. goodspeedii, N. gossei, N. maritima, N. megalosiphon, N. suaveolens, N. velutina N. amplexicaulis, N. cavicola, N. exigua, N. hesperis, N. occidentalis, N. wuttkei. Nieżywotność typu II w mieszańcach międzygatunkowych N. tabacum cv. VAM x N. africana

11 2. Nieprzeżywalność mieszańców typ II Letalność mieszańców N. tabacum x N. debneyi warunkowana jest pojedynczym dominującym genem HLA1 (Hybrid Lethality A1), pochodzącym od dzikiego gatunku; Wchodzi on w reakcje z genem lub genami na chromosomie Q u N. tabacum; Geny letalności występują w subgenomie S N. tabacum.

12 2. Nieprzeżywalność mieszańców typ III Objawia się żółknięciem liści; Przykładem krzyżowania w tym typie jest Nicotiana tabacum x N. repanda W przypadku mieszańca N. tabacum x N. repanda geny letalności znajdują się w subgenomie T.

13 2. Nieprzeżywalność mieszańców Typ II i III związany jest z programowaną śmiercią komórki czyli apoptozą, której towarzyszą: Kondensacja chromatyny, Fragmentacja jądra, Wewnątrzjądrowa fragmentacja DNA.

14 2. Nieprzeżywalność mieszańców typ IV Objawia się tworzeniem wielu pędów; Przykładem mieszańców w tym typie są krzyżówki pomiędzy: N. paniculata x N. glutinosa N. paniculata x N. alata N. gossei x N. alata

15 2. Nieprzeżywalność mieszańców typ V Objawia się chlorozą pędu; Przykładem krzyżowania w tym typie jest Nicotiana tabacum x N. occidentalis; W przypadku mieszańca N. tabacum x N. occidentalis geny letalności znajdują się zarówno w subgenomie S jak i T tytoniu uprawnego.

16 Metody przełamywania nieżywotności mieszańców: Wysiew dużej liczby nasion roślin mieszańcowych; Optymalizacja warunków środowiskowych dla wzrostu i rozwoju młodych roślin podniesienie temperatury z 28 C do 34 C hamuje zamieranie form mieszańcowych; Zastosowanie regulatorów wzrostu tj. cytokininy i auksyny; Naświetlanie promieniami gamma; Hodowla tkankowa. Bariery krzyżowalności

17 Uzyskanie form mieszańcowych Nicotiana tabacum cv. VAM x N. africana Zastosowanie kultur tkankowych liścieni Siewki form mieszańcowych N. tabacum VAM x N. africana Pożywka Linsmaiera i Skooga, 1995) Liścienie form mieszańcowych z odmianą VAM wyłożone na pożywkę do organogenezy Regeneracja form mieszańcowych F 1 N. tabacum VAM x N. africana z fragmentów liścieni Pożywka wg Lloyd, 1975 (kinetyna, IAA, kwas foliowy)

18 3. Bezpłodność mieszańców Uzyskiwanie płodnych form mieszańcowych N. tabacum cv. VAM x N. africana Bezpłodny amfihaploid 47 chromosomów Płodny amfidiploid 94 chromosomy Podwojenie liczby chromosomów Zastosowanie kultur tkankowych rdzeni Zastosowanie tzw. trucizn mitotycznych

19 Wykorzystanie związków chemicznych tzw. trucizn mitotycznych: Zakłócają przebieg procesu kariokinetycznego podczas podziału komórki, w wyniku czego następuje podział chromosomów, po którym nie następuje rozejście się siostrzanych chromatyd do biegunów. Podzielone chromosomy zostają w płaszczyźnie równikowej komórki i w telofazie są otoczone wspólną błoną jądrową. Usunięcie związku antymitotycznego, poprzez płukanie, pozwala na prawidłowy podział komórki. Najczęściej używanym w tym celu związkiem chemicznym jest kolchicyna. Stosowanie kolchicyny na młode siewki roślin wiąże się niestety często z pogorszeniem ich żywotności, a także tworzeniem miksoploidów.

20 Zastosowanie kultur tkankowych rdzeni u mieszańca N. tabacum cv. VAM x N. africana Proces organogenezy na pożywce wg Lloyd (1975) Ukorzenianie na pożywce z dodatkiem IAA i NAA

21 Ocena stopnia ploidalności metoda mikroskopowa 1. Mitoza liczba chromosomów N. tabacum x N. africana - AMFIHAPLOID N. tabacum x N. africana - AMFIDIPLOID 2. Mejoza śledzenie procesów diploidyzacji na dalszych etapach hodowli Chromosomy opóźnione Mostek chromatydowy i 4 uniwalenty

22 Ocena stopnia ploidalności metoda cytometryczna amfihaploid 47 chromosomów amfidiploid 94 chromosomy

23 Inne metody uzyskiwanie płodnych mieszańców: krzyżowanie tetraploidalnych formy obydwu gatunków rodzicielskich; krzyżowanie formy diploidalną z tetraploidalną, prowadzące do otrzymania częściowo płodnego pokolenia seskwidiploidalnego; Zastosowanie krzyżowania pomostowego.

24 Podsumowanie: 1. Bariery krzyżowalności w obrębie rodzaju Nicotiana są trudne do przezwyciężenia. 2. Pomimo istnienia wielu źródeł odporności na choroby i szkodniki, nie wszystkie zostały przeniesione do form uprawnych; 3. Zastosowanie różnych metod przełamywania barier krzyżowalności pozwoliło w IUNG wykorzystać w hodowli tytoniu uprawnego następujące gatunki należące do rodzaju Nicotiana: Nicotiana africana odporność na PVY; Nicotiana alata odporność na TSWV, Nicotiana glauca odporność na Thielaviopsis basicola,

25 Dziękuję za uwagę!