4.8.2 het doorbreken van de interspecifieke isolatiebarrières
Reproductive isolation tussen soorten werkt als een mechanisme voor het behoud van de scheiding en individualiteit van verschillende genenpools die onverenigbaar zijn en/of aangepast zijn aan verschillende omgevingen. Onder de verwante soorten is een dergelijke isolatie meestal niet volledig, wat een zekere mate van genuitwisseling mogelijk maakt en gebruik maakt van die genen, die compatibel zijn of gemakkelijk kunnen worden met de genetische achtergrond van de andere soorten.,
ploïdie niveau en verschillen in genomische samenstelling zijn de belangrijkste factoren die van invloed zijn op de effectiviteit van kruising en vruchtbaarheid van de F1 brede hybriden. In de praktijk zijn er geen moeilijkheden te verwachten bij de kruising van hexaploïde gekweekte haver A. sativa en A. byzantina met hun naaste verwanten A. sterilis, A. fatua, A. occidentalis en A. ludoviciana, die hetzelfde ploïdie niveau en gemeenschappelijke genomische formule (AACCDD) vertonen. Incidenteel optreden van univalenten in meiosis van hybriden binnen deze groep (McMullen et al., 1982) beperkt de interspecifieke genenstroom niet. Hybriden van A., sativa met A. sterilis en A. fatua komen zelfs spontaan voor (Andersson en Carmen De Vincente, 2010) en de buitenaardse variatie wordt gemakkelijk geassimileerd in gecultiveerde vormen. Sommige hoogproductieve cultivars die in de tweede helft van de vorige eeuw werden uitgebracht, bevatten zelfs 50% germplasma van A. sterilis, bijvoorbeeld, “Ozark” (Bacon, 1991) of Van A. fatua, bijvoorbeeld, “Mesa” (Thompson, 1967). Volgens Leggett and Thomas (1995) worden deze soorten geclassificeerd als de primaire genenpool voor A. sativa. Voor de tetraploïde gecultiveerde haver A. abyssinica de soortgelijke meest nauw verwante groep wordt gevormd door A., barbata, A. vaviloviana (spontane hybriden gemeld door Baum (1977)), en A. agadiriana (alle met gemeenschappelijke genoomformule AABB). Een overeenkomstige primaire genenpool voor diploïde gecultiveerde haver A. strigosa zou betrekken A. atlantica, A. hirtula, en A. wiestii (dragers van het as genoom).
Voor A. sativa zijn haussoorten met 4x ploïdiegehalte maar dezelfde homologe genomen door Leggett en Thomas geclassificeerd als de secundaire genenpool. Crossability van gewone haver met deze soorten is relatief hoog, maar steriliteit komt voor bij pentaploïde F1 hybriden (Tabel 4.,7) wegens onvolledige chromosoom het in paren rangschikken in meiosis. Desondanks is de vruchtbaarheid meestal voldoende om een succesvolle backcrossing uit te voeren naar een oudersoort (meestal A. sativa). De secundaire genenpool omvat tetraploïden A. maroccana en A. murphyi die het A-en C-genoom delen met A. sativa. De recent ontdekte tetraploïde A. insularis is een andere kandidaat voor de groep omdat zijn genomische formule dicht bij CCDD ligt en hybriden met A. sativa ook gedeeltelijk vruchtbaar zijn (Ladizinsky, 1999).,
bij kruisingen van gewone haver met diploïde soorten die varianten van het C-genoom (A. pilosa, A. ventricosa, Avena bruhnsiana) of het A-genoom (A. longiglumis, A. canariensis en A. hirtula) dragen, worden zeer lage niveaus van crossability en F1-vruchtbaarheid gerapporteerd (tabel 4.7). Alle diploïden, samen met de AABB tetraploïden (A. abyssinica, A. barbata, A. agadiriana, A. vaviloviana) en tetraploïde A. macrostachya, zijn door Leggett en Thomas ingedeeld in de tertiaire genenpool., Grotere verschillen in ploïdie niveau, gebrek aan homologie tussen verschillende genomen’ chromosomen, en gebrek aan coadaptatie tussen genen van A. sativa en soorten van deze groep veroorzaken sterke reproductieve isolatie, die niet kan worden overwonnen zonder speciale procedures zoals embryo redding en verdubbeling van het chromosoom aantal (meestal met colchicine). Meer gedetailleerde gegevens over kruisbaarheid en steriliteit tussen alle Avena-soorten zijn beschikbaar in Tabel 4.7 en in de review of Loskutov (2001).,
voor de hoogste kans op zaad in de interploïdie kruisingen van haver, raden Rajhathy and Thomas (1974) het gebruik aan van de lower ploidy species als een pistillaat ouder. Echter, de tegenovergestelde kruisrichting kan beter werken in sommige kruisen (bijvoorbeeld A. sativa × A. macrostachya (Łapiński et al., 2013)). Reciproke kruising verdient proef vanwege de mogelijke cytoplasmische effecten, die zelfs in minder verre kruisingen van haver te verwachten zijn, als verhoogde opbrengst van de lijnen met A. sterilis cytoplasma gemeld door Beavis en Frey (1987) of verschillende mate van ziekte resistentie (Simons et al.,, 1985).
toepassing van groeiregulatoren na bestuiving, redding van embryo ‘ s, behandeling met colchicine en intensieve vegetatieve vermeerdering van zeer steriele hybriden zijn krachtige procedures die de kans op overdracht van vreemde genen sterk vergroten. Echter, voor de meest recalcitrante interploïdie kruist de beste oplossing kan chromosoom verdubbeling in de lagere ploïdie ouder of de productie van een kunstmatige overbruggende alloploïde (Sadanaga en Simons, 1960)., Verhoging van ploïdie niveau (en genetische diversiteit) door een combinatie van een voorlopige brede kruis en chromosoom verdubbeling bleek veel nuttig in haver. Bij hogere ploidyniveaus oefent de aanwezigheid van gemeenschappelijke genomen in F1-hybriden een buffereffect uit op verstoringen veroorzaakt door het ontbreken van meiotische koppeling of incompatibele genwerking., Daarom wordt aanbevolen, gebaseerd op een verscheidenheid van diploïde en polyploïde species met erkende genomische samenstelling, om eerst een juiste kunstmatige alloploïde (optimaal hexaploïde of octoploïde) met niet meer dan één kritisch genoom verschillend dan in de acceptor species te produceren. Vervolgens moet de alloploïde worden gebruikt als kruisingspartner met de doeldiersoort. Deze manier bleek succesvol in de overdracht van talrijke genen uit de tertiaire genenpool, bijvoorbeeld voor poederachtige meeldauw resistentie van A. pilosa (Sebesta et al., 1986)., Aan de andere kant, het gebruik van een brug soort derde component kan bemoeilijken restitutie van volledig vruchtbare en agronomisch aanvaardbare lijnen (Rines et al., 2007).
moeilijkheden bij overdracht van buitenaardse wezens zijn vaak niet beperkt tot kruisbaarheid en F1 steriliteit. Meer ernstige problemen kunnen later verschijnen, als een beperkte recombinatie tussen inheemse en buitenaardse chromosomen, die de scheiding van doelgenen van niet-aangepaste of ongewenste buur genen van hetzelfde chromosoom verstoort. In dit verband is de lijn Cw57 van A. longiglumis een bijzonder waardevolle kruispartner voor voorkruisen., Het veroorzaakt toename van homeologe koppeling en intrachromosomale recombinatiefrequentie (Thomas et al., 1980a), die op dezelfde wijze aan de deficiëntie van PH1-locus handelen die in de techniek van het tarwe-chromosoom wordt gebruikt.
overdracht van meeldauwresistentiegenen van A. barbata (tertiaire genenpool) naar A. sativa is een voorbeeld van de klassieke procedure. Het begon met colchicine-gefaciliteerde productie van sativa + barbata alloploid (10x), gevolgd door backcrossing naar A. sativa en selfing, gericht op de productie van een disomische additie lijn., Vervolgens veroorzaakte bestraling van deze lijn fragmentatie van het buitenaardse chromosoom, wat leidde tot de gewenste translocatie (Aung et al., 1977). In een andere methodische versie werd dezelfde additie overschreden naar een alloploïde (8x) met het A. longiglumis “CW57” genoom (toegevoegd aan A. sativa cv. “Pendek” ) om intergenomic crossing over te bevorderen (Thomas et al., 1980a). Een andere bestraling die de overdracht van roestbestendigheid van de steel van A. barbata stimuleert, werd beschreven door Brown (1985). Het” CW57 ” – systeem werd gebruikt in de pc94 crown rust resistance gen transfer van A. strigosa (Aung et al., 1996).,intensieve vegetatieve vermeerdering (tot duizenden planten) van met colchicine behandelde zeer steriele F1-hybriden, gevolgd door uitgebreide spontane bestuiving met een mengsel van A. sativa lijnen op een speciaal voorbereid veld, was een succesvolle strategie om de sterke steriliteitsbarrière te overwinnen bij de Poolse A. sativa × A. macrostachya kruisen (gemiddeld werd er één kiembaar zaad gevormd per 210 pluimen van de F1-generatie). In een van de F1 hybriden, de procedure vergemakkelijkt het optreden van zeer zeldzame verminderde functionele gameten uit een semirandom assortiment in de verstoorde meiotische divisies., Onder 57 kiembare zaden verkregen bijna de helft gaf aanleiding tot semisterile planten met chromosoom nummers tussen 40 en 49 (de rest waren van alloploïde type met ∼70 of 56 chromosomen). De variatie tussen lijnen afgeleid van dit materiaal was voldoende om hexaploïde vormen met grote korrel en winterhardheid superieur aan de lijnen gebruikt als normen selecteren (Łapiński et al., 2013).
het vermogen om deel te nemen aan interspecifieke hybridisatie is niet gelijk verdeeld over de populaties en is vaak beperkt tot een klein deel van cross-compatibele genotypes., Daarom kan veel afhangen van het aantal en de diversiteit van de oudervormen geselecteerd voor een moeilijk breed kruis. Onafhankelijk van verschillende ploïdie en verschillende genomische samenstelling blijven de individuele allelische verschillen een essentiële factor voor kruisbaarheid, F1 steriliteit en genetische compatibiliteit met de andere ouder. Er is geen bewijs voor het mogelijke verband tussen een individuele kruisbaarheid of steriliteit en het nut van de resulterende hybriden., Hoe dan ook, in het geval van een zeer moeilijke kruising, is de betere fokstrategie hybridisatie tussen mogelijk een groot aantal genetisch gedifferentieerde ouders in plaats van kruising van een paar genotypes.
experimenten met de gynogenetische productie van dubbele haploïde haverlijnen droegen bij tot de uitbreiding van de tertiaire genenpoel buiten het geslacht Avena. Matzk (1996) slaagde erin haver te kruisen met maïs (Zea mays L.) en parelgierst (Pennisetum americanum L.). Meer recent, Kynast et al., (2004) rapporteerde over de productie van een hele reeks haverlijnen met disomische toevoegingen van elk van 10 maïschromosomen. De voordelen van dit materiaal zijn nog niet erkend. Zeker, meer intergeneric cross combinaties zullen verschijnen in de toekomst.
vooruitgang in de recombinant-DNA-technologie zal naar verwachting geen reproductieve isolatiebarrières veroorzaken en de rol ervan zal toenemen. Maar vooral voor de kwantitatieve eigenschappen wordt het theoretisch onbegrensde keuzegebied tussen genetische hulpbronnen Opmerkelijk beperkt door de cognitieve en technologische mogelijkheden van de wetenschap., Incomplehensive variatie in wilde genenpoelen en hun evoluerende karakter creëren dynamische systemen met duizenden variabelen en Astronomische aantal oplossingen. Slechts een klein deel van deze oplossingen is gerealiseerd. Daarom wordt geen afname verwacht van het nut van klassieke zoektocht naar nieuwe variatie door middel van brede kruising.