4.8.2 Rottura interspecifica isolamento barriere
l’isolamento Riproduttivo tra le specie funziona come un meccanismo per la manutenzione della separazione e dell’individualità di diverse piscine gene che sono incompatibili e/o adattati a diversi ambienti. Tra le specie correlate tale isolamento di solito non è completo, il che consente un certo livello di scambio genico e di trarre beneficio da quei geni, che sono o possono facilmente diventare compatibili con il background genetico delle altre specie.,
Il livello di ploidia e le differenze nella composizione genomica sono i principali fattori che influenzano l’efficacia dell’incrocio e la fertilità degli ibridi F1 wide. Praticamente, non ci si può aspettare difficoltà nell’ibridazione di avena coltivata esaploide A. sativa e A. byzantina con i loro parenti stretti A. sterilis, A. fatua, A. occidentalis e A. ludoviciana, che mostrano lo stesso livello di ploidia e la formula genomica comune (AACCDD). Presenza occasionale di univalenti nella meiosi degli ibridi all’interno di questo gruppo (McMullen et al., 1982) non limita il flusso genico interspecifico. Ibridi di A., sativa con A. sterilis e A. fatua si verificano anche spontaneamente (Andersson e Carmen de Vincente, 2010) e la variazione aliena è facilmente assimilabile in forme coltivate. Alcune cultivar ad alto rendimento rilasciate nella seconda metà del secolo scorso contenevano anche il 50% di germoplasma da A. sterilis, ad esempio “Ozark” (Bacon, 1991) o da A. fatua, ad esempio “Mesa” (Thompson, 1967). Secondo Leggett e Thomas (1995) queste specie sono classificate come il pool genetico primario per A. sativa. Per l’avena coltivata tetraploide A. abyssinica il gruppo più strettamente correlato simile è formato da A., barbata, A. vaviloviana (ibridi spontanei riportati da Baum (1977)) e A. agadiriana (tutti con formula del genoma comune AABB). Un corrispondente pool genetico primario per l’avena coltivata diploide A. strigosa coinvolgerebbe A. atlantica, A. hirtula e A. wiestii (portatori del genoma As).
Per A. sativa, specie di avena con livello 4x ploidy ma gli stessi genomi omologhi sono stati classificati da Leggett e Thomas come pool genico secondario. La incrociabilità dell’avena comune con queste specie è relativamente elevata, ma la sterilità si verifica negli ibridi pentaploidi F1 (Tabella 4.,7) a causa dell’accoppiamento cromosomico incompleto nella meiosi. Nonostante ciò, la fertilità è di solito sufficiente per eseguire con successo il backcrossing a una specie parentale (di solito A. sativa). Il pool genico secondario comprende tetraploidi A. maroccana e A. murphyi che condividono i genomi A e C con A. sativa. Il tetraploide A. insularis scoperto di recente è un altro candidato al gruppo in quanto la sua formula genomica è vicina al CCDD e gli ibridi con A. sativa sono anche parzialmente fertili (Ladizinsky, 1999).,
Livelli molto bassi di crossability e fertilità F1 sono riportati per incroci di avena comune con specie diploidi che portano varianti del genoma C (A. pilosa, A. ventricosa, Avena bruhnsiana) o del genoma A (A. longiglumis, A. canariensis e A. hirtula) (Tabella 4.7). Tutti i diploidi, insieme ai tetraploidi AABB (A. abyssinica, A. barbata, A. agadiriana, A. vaviloviana) e ai tetraploidi A. macrostachya, sono stati classificati da Leggett e Thomas nel pool genico terziario., Maggiori differenze nel livello di ploidia, mancanza di omologia tra i cromosomi dei diversi genomi e mancanza di coadattamento tra i geni di A. sativa e le specie di questo gruppo causano un forte isolamento riproduttivo, che non può essere superato senza procedure speciali come il salvataggio degli embrioni e il raddoppio del numero cromosomico (di solito con la colchicina). Dati più dettagliati sulla crossability e sterilità tra tutte le specie di Avena sono disponibili nella Tabella 4.7 e nella revisione di Loskutov (2001).,
Per la più alta probabilità di set di semi nelle incroci interploidiche di avena, Rajhathy e Thomas (1974) raccomandano l’uso della specie ploidy inferiore come genitore pistillato. Tuttavia, la direzione trasversale opposta può funzionare meglio in alcune croci (ad esempio, A. sativa × A. macrostachya (Łapiński et al., 2013)). L’incrocio reciproco è degno di prova a causa dei possibili effetti citoplasmatici, che sono da aspettarsi anche in incroci meno distanti di avena, come una maggiore resa delle linee con il citoplasma A. sterilis riportato da Beavis e Frey (1987) o diverso livello di resistenza alle malattie (Simons et al.,, 1985).
L’applicazione di regolatori di crescita dopo l’impollinazione, il salvataggio degli embrioni, il trattamento con colchicina e l’intensa propagazione vegetativa di ibridi altamente sterili sono procedure potenti che aumentano notevolmente le possibilità di trasferimento genico alieno. Tuttavia, per gli incroci interploidici più recalcitranti la soluzione migliore potrebbe essere il raddoppio cromosomico nel genitore ploidico inferiore o la produzione di un alloploide artificiale a ponte (Sadanaga e Simons, 1960)., L’aumento del livello di ploidy (e della diversità genetica) attraverso una combinazione di un’ampia croce preliminare e il raddoppio cromosomico si è rivelato molto utile nell’avena. A livelli più elevati di ploidy, la presenza di genomi comuni negli ibridi F1 esercita un effetto tampone sui disturbi causati dalla mancanza di accoppiamento meiotico o di azione genica incompatibile., Pertanto, si raccomanda, sulla base di una varietà di specie diploidi e poliploidi con composizione genomica riconosciuta, di produrre prima un alloploide artificiale adeguato (in modo ottimale esaploide o octoploide) con non più di un genoma critico diverso rispetto alle specie accettore. Successivamente, l’alloploide dovrebbe essere usato come partner incrociato con la specie bersaglio. In questo modo si è dimostrato efficace nel trasferimento di numerosi geni dal pool genico terziario, ad esempio per la resistenza all’oidio di A. pilosa (Sebesta et al., 1986)., D’altra parte, l’uso di un terzo componente della specie ponte può complicare la restituzione di linee completamente fertili e agronomicamente accettabili (Rines et al., 2007).
Le difficoltà nel trasferimento degli alieni non sono spesso limitate alla crossability e alla sterilità F1. Problemi più gravi possono apparire in seguito, come una ricombinazione limitata tra cromosomi nativi e alieni, che disturba la separazione dei geni bersaglio da geni vicini non adattati o indesiderati dallo stesso cromosoma. In questo contesto, la linea Cw57 di A. longiglumis è un partner trasversale particolarmente prezioso per le croci preliminari., Provoca un aumento dell’accoppiamento omeologo e della frequenza di ricombinazione intracromosomica (Thomas et al., 1980a), agendo in modo simile alla carenza di locus Ph1 utilizzato nell’ingegneria cromosomica del grano.
Il trasferimento di geni di resistenza alla muffa da A. barbata (pool genico terziario) ad A. sativa è un esempio della procedura classica. Si è iniziato dalla produzione facilitata dalla colchicina di alloploide sativa + barbata (10x), seguita dal backcrossing ad A. sativa e selfing, finalizzato alla produzione di una linea di addizione disomica., Successivamente, l’irradiazione di questa linea ha causato la frammentazione del cromosoma alieno, che ha portato alla traslocazione desiderata (Aung et al., 1977). In un’altra versione metodica la stessa linea di addizione è stata incrociata con un alloploide (8x) che trasportava il genoma di A. longiglumis “CW57” (aggiunto a A. sativa cv. “Pendek”) al fine di promuovere intergenomic crossing over (Thomas et al., 1980a). Un’altra irradiazione che stimola il trasferimento della resistenza alla ruggine del gambo da A. barbata è stata descritta da Brown (1985). Il sistema “CW57” è stato utilizzato nel trasferimento genico di resistenza alla ruggine della corona Pc94 da A. strigosa (Aung et al., 1996).,
Intenso propagazione vegetativa (fino a migliaia di piante) di colchicina trattati altamente sterile ibridi F1, seguito da una spontanea impollinazione con miscela di A. sativa linee appositamente preparato campo, è stata una strategia di successo per superare la forte sterilità barriera in polacco A. sativa × A. macrostachya croci (in media, uno di semi germinabili era formata per 210 pannocchie di generazione F1). In uno degli ibridi F1, la procedura ha facilitato il verificarsi di gameti funzionali ridotti molto rari da un assortimento semirandom nelle divisioni meiotiche disturbate., Tra i 57 semi germinabili ottenuti quasi la metà ha dato origine a piante semisterili con numeri cromosomici tra 40 e 49 (il resto era di tipo alloploide con chromos 70 o 56 cromosomi). La variazione tra le linee derivate da questo materiale è stata sufficiente per selezionare forme esaploidi con grana grossa e resistenza invernale superiore alle linee utilizzate come standard (Łapiński et al., 2013).
La capacità di partecipare all’ibridazione interspecifica non è equamente distribuita nelle popolazioni e spesso è limitata a una piccola percentuale di genotipi cross-compatibili., Pertanto, molto può dipendere dal numero e dalla diversità delle forme parentali selezionate per una croce larga difficile. Indipendentemente dalla diversa ploidia e dalla diversa composizione genomica, le differenze alleliche individuali rimangono un fattore essenziale per la crossability, la sterilità F1 e la compatibilità genetica con l’altro genitore. Non ci sono prove sui possibili legami tra una singola crossability o sterilità e l’utilità degli ibridi risultanti., In ogni caso, nel caso di un incrocio molto difficile, la migliore strategia di allevamento è l’ibridazione tra un numero possibilmente elevato di genitori geneticamente differenziati invece di incrociare una coppia di genotipi.
La sperimentazione con la produzione ginogenetica di linee aploidi raddoppiate di avena ha contribuito all’estensione del pool genico terziario oltre il genere Avena. Matzk (1996) è riuscito a incrociare l’avena con il mais (Zea mays L.) e il miglio perlato (Pennisetum americanum L.). Più recentemente, Kynast et al., (2004) ha riferito sulla produzione di un intero set di linee di avena che trasportano aggiunte disomiche di ciascuno dei 10 cromosomi di mais. I vantaggi di questo materiale non sono ancora stati riconosciuti. Sicuramente, più combinazioni incrociate intergeneriche appariranno in futuro.
Si prevede che i progressi nella tecnologia del DNA ricombinante omettano qualsiasi barriera di isolamento riproduttivo e il suo ruolo aumenterà. Tuttavia, soprattutto per i tratti quantitativi, l’area teoricamente illimitata di scelta tra le risorse genetiche è notevolmente limitata dalle possibilità cognitive e tecnologiche della scienza., La variazione incomprensiva nei pool genetici selvatici e il loro carattere in evoluzione creano sistemi dinamici con migliaia di variabili e numero astronomico di soluzioni. Solo una piccola parte di queste soluzioni è stata realizzata. Pertanto, non è previsto alcun declino per l’utilità della ricerca classica di nuove variazioni attraverso ampi incroci.