İki kat haploidi - Doubled haploidy

Bir haploid iki (DH) zaman oluşan bir genotip haploit hücrelerin kromozom iki katına uğrarlar. Çift haploidlerin yapay üretimi bitki ıslahında önemlidir .

Haploid hücreler, polen veya yumurta hücrelerinden veya gametofitin diğer hücrelerinden üretilir , ardından indüklenmiş veya kendiliğinden kromozom ikiye katlanarak, çift haploid bir bitki haline getirilebilen çift haploid hücre üretilir. Orijinal bitki diploid ise, haploid hücreler monoploiddir ve iki katına çıkan haploidler için iki katına çıkarılmış monoploid terimi kullanılabilir. Elde edilen haploid organizmalar tetraploidlerin veya hexaploids bazen adlandırılır dihaploidler (tetraploid veya hexaploid dir, ve iki dihaploidler vardır).

Geleneksel akrabalı yetiştirme prosedürleri , yaklaşık olarak tam homozigotluk elde etmek için altı nesil alırken, iki katına çıkan haploidi bir nesilde bunu başarır. Tetraploid mahsul bitkilerinden türetilen dihaploid bitkiler, mahsullerin diploid yabani akrabalarını içeren yetiştirme programları için önemli olabilir.

Tarih

Haploid bitkinin ilk raporu Blakeslee ve ark. (1922) Datura stramonium içinde . Daha sonra diğer birçok türde haploidler rapor edildi. Guha ve Maheshwari (1964) , laboratuvarda haploid üretimi için bir anter kültürü tekniği geliştirdi . Geniş çaprazlama ile haploid üretimi, arpa (Kasha ve Kao, 1970) ve tütünde (Burk ve diğerleri , 1979) rapor edilmiştir . İki kat haploid üretimi için tütün, kolza tohumu ve arpa en duyarlı türlerdir. İkiye katlanmış haploid metodolojileri şimdi 250'den fazla türe uygulanmıştır.

Çift haploid üretimi

Çift haploidler in vivo veya in vitro olarak üretilebilir . Haploid embriyolar, geniş çaprazlamadan sonra partenogenez , yalancı eşlilik veya kromozom eliminasyonu yoluyla in vivo üretilir . Haploid embriyo kurtarılır, kültürlenir ve kromozom ikiye katlama çift haploidler üretir. İn vitro yöntemler, ginogenezis ( yumurtalık ve çiçek kültürü) ve Androgenesis (anter ve mikrospor kültürün). Androjenez tercih edilen yöntemdir. Haploidleri üretmenin başka bir yöntemi de geniş geçiştir. Arpada haploidler, ilgili tür Hordeum bulbosum ile geniş melezlenerek üretilebilir ; döllenme etkilenir, ancak tohum gelişiminin erken aşamalarında, H. bulbosum kromozomları, haploid bir embriyo bırakarak elimine edilir. Tütünde ( Nicotiana tabacum ), Nicotiana africana ile geniş geçiş yaygın olarak kullanılmaktadır. Tüm N africana pollinasyonu için kullanılır , N. tabacum , 0.25 ila 1.42 oranında döl hayatta ve hali hazırda, ya olduğu gibi tespit edilebilir F1 hibrit veya maternal haploidler. Bu yüzdeler küçük görünse de, çok küçük tohum verimi ve çoğu fidenin erken ölümü, nispeten küçük toprak kaplarında önemli sayıda canlı melez ve haploid sağlar. Bu türler arası tozlaşma yöntemi, alternatif bir yöntem veya anter kültürüne tamamlayıcı bir yöntem olarak N. tabacum'un tohumdan türetilmiş haploidlerini üretmenin pratik bir yolu olarak hizmet eder .

DH popülasyonunun genetiği

DH yönteminde ½ AA ve ½ aa frekansı ile bir çift alel A ve a için yalnızca iki tür genotip meydana gelirken, diploid yöntemde ¼ AA, ½ Aa, ¼ aa frekansı ile üç genotip oluşur. Dolayısıyla, AA arzu edilen genotip ise, bu genotipi elde etme olasılığı haploid yöntemde diploid yönteme göre daha yüksektir. Eğer n lokusları ayrılıyorsa, istenen genotipi elde etme olasılığı haploid yöntemle (1/2) n ve diploid yöntemle (1/4) n'dir. Dolayısıyla, söz konusu genlerin sayısı büyük olduğunda haploid yöntemin etkinliği yüksektir.

DH yöntemi ile diğer geleneksel yetiştirme yöntemlerini karşılaştıran çalışmalar yapılmış ve çift haploidinin benimsenmesinin popülasyonlarda genotiplerin herhangi bir yanlılığına yol açmadığı ve hatta rastgele DH'lerin geleneksel soy ağacı yöntemiyle üretilen seçilmiş soyla uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır.

DHs bitki ıslahı uygulamaları

Niceliksel özellik lokuslarının haritalanması

Ekonomik özelliklerin çoğu, küçük ama kümülatif etkileri olan genler tarafından kontrol edilir. Kantitatif genetikte DH popülasyonlarının potansiyeli bir süredir anlaşılmış olsa da, niceliksel özellikleri kontrol eden lokusların belirlenmesinde kullanımlarına ivme sağlayan moleküler işaret haritalarının ortaya çıkmasıydı. Olarak niceliksel lokus (QTL) etkilerinin küçük ve oldukça çevresel faktörlere olan, doğru fenotipleme çoğaltılmış çalışmalarla gereklidir. Bu, çift haploidi organizmalarıyla mümkündür çünkü gerçek üreme yapıları ve çok sayıda rahatlıkla üretilebilirler. DH popülasyonları kullanılarak, dokuz ürün türünde 130 niceliksel özellik haritalandı. QTL tespiti için toplamda 56 DH popülasyonu kullanılmıştır.

Backcross üreme

Geri çapraz dönüşümde , genler, bir donör kültivarından veya ilgili türlerden, tekrarlanan geri çaprazlama yoluyla alıcı elit bir çizgiye girer . Bu prosedürdeki bir sorun, her nesilde ilgi konusu özelliği taşıyan hatları tanımlayabilmektir. Sorun, her bir geri çaprazlamadan sonra yalnızca heterozigot bir durumda mevcut olacağından, ilgili özellik resesifse özellikle akuttur. Moleküler belirteçlerin geliştirilmesi, fenotipten ziyade genotipe (belirteç) dayalı daha kolay bir seçim yöntemi sağlar. İkiye katlanmış haploidi ile birleştiğinde daha etkili hale gelir. İşaretçi destekli geri çapraz dönüşümde, alıcı ebeveyn bir donör hattı ile çaprazlanır ve hibrit (F1) alıcıya geri çaprazlanır. Ortaya çıkan nesil (BC1) geri çaprazlanır ve süreç, istenen genotipler üretilinceye kadar tekrarlanır. İkiye katlanmış haploidi ve moleküler belirteç kombinasyonu kestirme yolu sağlar. Backcross neslinin kendisinde, ilgili karaktere sahip bir genotip seçilebilir ve homozigot çift haploid genotipe dönüştürülebilir. Chen vd. (1994), arpada şerit pasa dirençli hatları seçmek için BC1 bireylerinin iki kat haploidi ile işaretleyici yardımlı geri çapraz dönüşümü kullandı.

Toplu segregant analizi (BSA)

In bulked segregan analizi , nüfus ilgi özelliği için taranır ve iki aşırı uçta da genotipler iki bulks oluştururlar. Daha sonra iki yığın, moleküler markörlerin varlığı veya yokluğu açısından test edilir. Yığınların, pozitif ve negatif etkilere katkıda bulunan allellerde kontrast oluşturması gerektiğinden, iki yığın arasındaki herhangi bir işaretçi polimorfizmi, işaretleyici ve ilgi konusu özellik arasındaki bağlantıyı gösterir. BSA, doğru fenotiplemeye bağlıdır ve DH popülasyonu, gerçek üreme olmaları ve tekrar tekrar test edilebilmeleri bakımından özel bir avantaja sahiptir. DH popülasyonları, yaygın olarak, markör destekli ıslahta popüler bir yöntem olan toplu segregant analizinde kullanılır. Bu yöntem daha çok kolza tohumu ve arpaya uygulanmıştır.

Genetik haritalar

Genetik haritalar, türler arasındaki evrim kalıplarının ve sintenik ilişkilerin çıkarılabileceği genomların yapısını ve organizasyonunu anlamak için çok önemlidir . Genetik haritalar ayrıca ilgilenilen genlerin haritalanması ve etkilerinin büyüklüğünün tahmin edilmesi için bir çerçeve sağlar ve genotip / fenotip ilişkilerini anlamamıza yardımcı olur. DH popülasyonları, DH'lerin kolayca bulunabildiği türler için genetik haritalamada standart kaynaklar haline gelmiştir. Çift haploid popülasyonlar, genetik haritalama için idealdir. Türüne bakılmaksızın, ilk çaprazlamadan sonraki iki yıl içinde bir genetik harita çıkarmak mümkündür. Harita yapımı, iki homozigot ebeveynin bir melezinden türetilen bir DH popülasyonu kullanılarak nispeten kolaydır, çünkü beklenen ayırma oranı basittir, yani 1: 1'dir. DH popülasyonları artık arpa, kolza tohumu, pirinç, buğday ve biberin genetik haritalarını oluşturmak için kullanılmaktadır. DH popülasyonları, sekiz mahsul türünde moleküler işaret haritalarının oluşturulmasını kolaylaştırmada önemli bir rol oynadı.

Genetik çalışmalar

Genetik oranlar ve mutasyon oranları, doğrudan haploid popülasyonlardan okunabilir. Küçük bir çift haploid (DH) popülasyonu, arpadaki cüce bir genin kromozom 5H'de bulunduğunu göstermek için kullanıldı. Başka bir çalışmada, arpada bir dizi işaretleyicinin ayrışması analiz edilmiştir.

Genomik

QTL analizi, gen konumları ve birçok özellik üzerindeki etkilerin büyüklüğü hakkında büyük miktarda bilgi oluşturmasına rağmen, ilgili genlerin tanımlanması belirsiz kalmıştır. Bunun nedeni QTL analizinin zayıf çözünürlüğüdür. Bu sorunun çözümü, rekombinant kromozom ikame hattının veya kademeli hizalanmış rekombinant kendi içinde melezlenmiş hatların üretilmesi olacaktır. Burada, istenen bir rekombinasyon seviyesi oluşana kadar geri çaprazlama gerçekleştirilir ve çift haploidi ile sabitlenebilen, hedef bölgede istenen rekombinant kromozom ikame çizgilerini saptamak için genetik işaretler kullanılır. Pirinçte, DH popülasyonundan üretilen bir haritada , pirinç patlamasına, bakteriyel yanıklığa ve kılıf yanıklığına karşı direnç için moleküler belirteçlerin ana genler ve QTL'ler ile bağlantılı olduğu bulunmuştur .

Elit geçiş

Geleneksel ıslah yöntemleri yavaştır ve çeşit gelişimi 10-15 yıl sürer. Diğer bir dezavantaj, heterozigotluk nedeniyle erken nesillerde seçilimin verimsizliğidir . Bu iki dezavantaj DH'ler tarafından aşılabilir ve daha seçkin haçlar daha kısa sürede değerlendirilebilir ve seçilebilir.

Kültivar geliştirme

Tekdüzelik, çoğu türde, DH üretimi yoluyla kolayca elde edilebilen ekili soyun genel bir gereksinimidir. DH'lerin kültür üretiminde kullanılabileceği çeşitli yollar vardır. DH hatlarının kendileri kültür bitkileri olarak serbest bırakılabilirler, melez kültivar üretiminde ebeveyn olarak veya daha dolaylı olarak yetiştirici hatlarının oluşturulmasında ve germplazm korumasında kullanılabilirler. Arpa, 100'den fazla direkt DH çeşidine sahiptir. Yayınlanan bilgilere göre şu anda dünya çapında 12 türde yaklaşık 300 DH türevi çeşit bulunmaktadır.

DH'lerin bitki yetiştiriciliği ile ilgisi, 25 tür için protokollerin geliştirilmesi sayesinde son yıllarda önemli ölçüde artmıştır. Çift haploidi, sebzelerin melez çeşit üretiminde zaten önemli bir rol oynamaktadır ve süs üretimi için potansiyel güçlü bir şekilde incelenmektedir. DH'ler ayrıca , yüksek farmakolojik aktiviteye sahip soyları seçmek için şifalı bitki Valeriana officinalis'te geliştirilmektedir . Bir başka ilginç gelişme, kendi kendine uyumsuzluk sistemlerine sahip türlerde verimli homozigot DH hatlarının üretilebilmesidir.

DH'lerin avantajları

Tek bir tur rekombinasyondan sonra homozigot hatlar üretme yeteneği, bitki yetiştiricileri için çok zaman kazandırır. Çalışmalar, rastgele DH'lerin soyağacı akrabalı yetiştirmede seçilen çizgilerle karşılaştırılabilir olduğu sonucuna varmıştır. Diğer avantajlar arasında çok sayıda homozigot soyun geliştirilmesi, verimli genetik analiz ve çok daha kısa sürede faydalı özellikler için markörlerin geliştirilmesi yer alır. Daha spesifik faydalar, süs bitkilerinde vejetatif çoğalmaya bir alternatif olarak tohum yayılma olasılığını içerir ve uzun yaşam döngüleri ve soy içi depresyonun geleneksel ıslah yöntemlerini engellediği ağaçlar gibi türlerde, iki kat haploidi yeni alternatifler sağlar.

DH'lerin dezavantajları

DH popülasyonunun temel dezavantajı, seçimin nüfusa empoze edilememesidir. Ancak geleneksel ıslahta seçim birkaç nesil için uygulanabilir: böylece popülasyonda istenen karakterler geliştirilebilir.

Anter kültüründen üretilen haploidlerde, bazı bitkilerin anöploid, bazılarının ise karışık haploid-diploid tipler olduğu görülmektedir. Çift haploidi ile ilişkili diğer bir dezavantaj, doku kültürü ve büyüme tesislerinin kurulmasında yer alan maliyettir. İkiye katlanmış haploidinin aşırı kullanımı, üreme germplazmasındaki genetik çeşitliliği azaltabilir. Bu nedenle, çift haploidiyi üreme programlarına yerleştirmeden önce birkaç faktörü hesaba katmak gerekir.

Sonuçlar

Teknolojik gelişmeler artık çoğu bitki cinsi için DH protokolleri sağlamıştır. Haploidinin ikiye katlanmasına yatkın türlerin sayısı, sadece birkaç on yılda şaşırtıcı bir şekilde 250'ye ulaştı. Müdahale etkinliği, türlerin inatçı kategoriden kademeli olarak çıkarılmasıyla da artmıştır. Böylelikle bitki ıslahında daha fazla verim sağlayacaktır.

Öğreticiler

• Kış Buğdayı Geliştirmek İçin İki Kat Haploid
• Video: Çift Haploidler: Mısır yetiştiriciliğinin verimliliğini artırmak için basit bir yöntem.

Referanslar