4.8.2 przełamanie międzygatunkowych barier izolacyjnych
izolacja reprodukcyjna między gatunkami działa jako mechanizm utrzymania separacji i indywidualności różnych pul genów, które są niekompatybilne i/lub przystosowane do różnych środowisk. Wśród spokrewnionych gatunków izolacja taka zwykle nie jest kompletna, co umożliwia pewien poziom wymiany genów i czerpanie korzyści z tych genów, które są lub mogą łatwo stać się kompatybilne z podłożem genetycznym innych gatunków.,
poziom Ploidy i różnice w składzie genomowym są głównymi czynnikami wpływającymi na skuteczność krzyżowania i płodność mieszańców szerokich F1. Praktycznie nie ma trudności z hybrydyzacją owsa uprawianego heksaploidalnie A. sativa i A. byzantina z ich bliskimi krewnymi A. sterilis, A. fatua, A. occidentalis i A. ludoviciana, które wykazują ten sam poziom ploidy i wspólną formułę genomową (aaccdd). Sporadyczne występowanie uniwalentów w mejozie mieszańców w tej grupie (McMullen et al., 1982) nie ogranicza przepływu genów międzygatunkowych. Hybrydy A., sativa z A. sterilis i A. fatua występuje nawet spontanicznie (Andersson i Carmen De Vincente, 2010), a obca odmiana jest łatwo przyswajalna do form uprawianych. Niektóre wysoko wydajne odmiany wypuszczone w drugiej połowie ubiegłego wieku zawierały nawet 50% zarodków A. sterilis, np. „Ozark” (Bacon, 1991) lub A. fatua, np. „Mesa” (Thompson, 1967). Według Leggetta i Thomasa (1995) gatunki te są klasyfikowane jako podstawowa Pula genów dla A. sativa. Dla tetraploidalnego owsa A. abyssinica podobną najbliżej spokrewnioną grupę tworzy A., barbata, A. vaviloviana (spontaniczne hybrydy zgłoszone przez Bauma (1977)) i A. agadiriana (Wszystkie o wspólnej formule genomu AABB). Odpowiednia Pula genów dla owsa hodowanego diploidalnie A. strigosa obejmowałaby A. atlantica, A. hirtula i A. wiestii (nosicieli genomu As).
dla A. Sativy gatunki owsa o 4-krotnym poziomie ploidów, ale tych samych genomach homologicznych zostały sklasyfikowane przez Leggetta i Thomasa jako wtórna Pula genów. Krzyżowalność owsa zwyczajnego z tymi gatunkami jest stosunkowo wysoka, ale sterylność występuje u mieszańców pentaploidalnych F1 (Tabela 4.,7) z powodu niepełnego parowania chromosomów w mejozie. Mimo to, płodność jest zwykle wystarczająca, aby przeprowadzić udane krzyżowanie z powrotem do gatunku rodzicielskiego (Zwykle A. sativa). Druga pula genów obejmuje tetraploidy A. maroccana i A. murphyi dzielące genomy A i c z A. sativą. Niedawno odkryty tetraploid A. insularis jest kolejnym kandydatem do tej grupy, ponieważ jego formuła genomowa jest zbliżona do CCDD, a hybrydy z A. sativą są również częściowo płodne (Ladizinsky, 1999).,
bardzo niski poziom krzyżowalności i płodności F1 odnotowano w przypadku krzyżowania owsa zwyczajnego z gatunkami diploidalnymi zawierającymi warianty genomu C (A. pilosa, A. ventricosa, Avena bruhnsiana) lub genomu a (A. longiglumis, A. canariensis i A. hirtula) (tabela 4.7). Wszystkie diploidy, wraz z tetraploidami AABB (A. abyssinica, A. barbata, A. agadiriana, A. vaviloviana) i tetraploidami A. macrostachya, zostały sklasyfikowane przez Leggetta i Thomasa do trzeciorzędowej puli genowej., Większe różnice w poziomie ploidów, brak homologii pomiędzy chromosomami różnych genomów i brak koadaptacji między genami A. Sativy a gatunkami z tej grupy powodują silną izolację rozrodczą, której nie można pokonać bez specjalnych procedur, takich jak ratowanie zarodków i podwojenie liczby chromosomów (Zwykle kolchicyną). Bardziej szczegółowe dane dotyczące krzyżowalności i sterylności wszystkich gatunków Avena są dostępne w tabeli 4.7 oraz w przeglądzie Loskutov (2001).,
aby uzyskać największe szanse na zalążek w krzyżówkach międzyploidalnych owsa, Rajhathy i Thomas (1974) zalecają użycie gatunku ploidy dolne jako rodzica słupkowego. Jednak przeciwny kierunek krzyża może działać lepiej w niektórych krzyżach (np. A. sativa × A. macrostachya (Łapiński et al., 2013)). Krzyżowanie wzajemne jest godne próby ze względu na możliwe efekty cytoplazmatyczne, których można się spodziewać nawet w mniej odległych krzyżowaniach owsa, jak zwiększona wydajność linii z cytoplazmą A. sterilis zgłoszona przez Beavisa i Freya (1987) lub inny poziom odporności na choroby (Simons et al.,, 1985).
zastosowanie regulatorów wzrostu po zapyleniu, ratowaniu zarodków, leczeniu kolchicyną i intensywnym rozmnażaniu wegetatywnym wysoce sterylnych hybryd to potężne procedury, które znacznie zwiększają szanse na transfer obcych genów. Jednak dla najbardziej opornych krzyżówek międzyploidalnych najlepszym rozwiązaniem może być podwojenie chromosomów w dolnej ploidzie lub wytworzenie sztucznego alloploidu mostkowego (Sadanaga i Simons, 1960)., Zwiększenie poziomu ploidów (i różnorodności genetycznej) poprzez połączenie wstępnego szerokiego Krzyża i podwojenia chromosomów okazało się bardzo przydatne w owsie. Na wyższych poziomach ploidy obecność wspólnych genomów w Hybrydach F1 wywiera buforujący wpływ na zaburzenia spowodowane brakiem parowania mejotycznego lub niezgodnym działaniem genów., W związku z tym zaleca się, w oparciu o różne gatunki diploidalne i poliploidalne o rozpoznanym składzie genomowym, wytworzyć najpierw właściwy sztuczny alloploid (optymalnie heksaploid lub ośmioploid) z nie więcej niż jednym krytycznym genomem innym niż u gatunków akceptujących. Następnie alloploid powinien być stosowany jako partner krzyżowy z gatunkami docelowymi. Ten sposób okazał się skuteczny w transferze licznych genów z trzeciorzędowej puli genowej, na przykład dla odporności na mączniaka prawdziwego od A. pilosa (Sebesta et al., 1986)., Z drugiej strony, użycie trzeciego składnika gatunku pomostowego może skomplikować restytucję w pełni żyznych i agronomicznie akceptowalnych linii (Rines et al., 2007).
trudności w transferze obcych często nie ograniczają się do krzyżowalności i bezpłodności F1. Poważniejsze problemy mogą pojawić się później, jako ograniczona rekombinacja między rodzimymi i obcymi chromosomami, która zakłóca oddzielenie genów docelowych od niezadaptowanych lub niepożądanych genów sąsiadów z tego samego chromosomu. W tym kontekście szczególnie cennym partnerem krzyżowym dla krzyżówek wstępnych jest linia Cw57 A. longiglumis., Powoduje wzrost homeologicznego parowania i wewnątrzkomórkowej rekombinacji częstotliwości (Thomas et al., 1980a), działając podobnie do niedoboru locus Ph1 stosowanego w inżynierii chromosomów pszenicy.
przeniesienie genów oporności na pleśń z A. barbata (trzeciorzędowa Pula genów) na A. sativa jest przykładem klasycznej procedury. Zaczęło się od wspomaganej kolchicyną produkcji sativa + barbata alloploid (10x), a następnie backcrossingu do A. sativa i selfingu, mającego na celu produkcję disomic Addiction line., Następnie napromieniowanie tej linii spowodowało fragmentację obcego chromosomu, co doprowadziło do pożądanej translokacji (Aung et al., 1977). W innej wersji metodycznej ta sama linia dodawania została przekreślona do alloploidu (8x) przenoszącego Genom A. longiglumis „CW57” (dodany do A. sativa CV. „Pendek”) w celu promowania intergenomicznego przekraczania (Thomas et al., 1980a). Kolejne napromieniowanie stymulujące przenoszenie odporności na rdzę łodygi przez A. barbata opisał Brown (1985). System” CW57 ” został użyty w transferze genu Pc94 crown rust resistance od A. strigosa (Aung et al., 1996).,
intensywne rozmnażanie wegetatywne (do tysięcy roślin) wysoce sterylnych mieszańców F1 poddanych działaniu kolchicyny, a następnie intensywne spontaniczne zapylanie mieszaniną linii A. sativa na specjalnie przygotowanym polu, było udaną strategią pokonania silnej bariery sterylności w polskich krzyżówkach A. sativa × A. macrostachya (średnio na 210 wiechy pokolenia F1 powstawało jedno kiełkujące ziarno). W jednej z hybryd F1 zabieg ułatwiał występowanie bardzo rzadkich zredukowanych GAMET funkcjonalnych z rodzaju semirandom w zaburzonych podziałach mejotycznych., Spośród 57 kiełkujących nasion uzyskanych blisko połowa dała początek roślinom półpustynnym o liczbie chromosomów od 40 do 49 (pozostałe były typu alloploidalnego z ∼70 lub 56 chromosomami). Zróżnicowanie linii pochodzących z tego materiału było wystarczające, aby wybrać formy heksaploidalne o dużej ziarnistości i zimotrwałości lepsze od linii stosowanych jako standardy (Łapiński i in., 2013).
zdolność do udziału w hybrydyzacji międzygatunkowej nie jest jednakowo rozpowszechniona w populacjach i często ogranicza się do niewielkiej części genotypów zgodnych ze sobą krzyżowo., Dlatego wiele może zależeć od liczby i różnorodności form rodzicielskich wybranych do trudnego szerokiego krzyża. Niezależnie od różnych ploidów i różnych składów genomowych poszczególne różnice alleliczne pozostają istotnym czynnikiem dla krzyżowalności, bezpłodności F1 i zgodności genetycznej z drugim rodzicem. Nie ma dowodów na możliwe związki między indywidualną krzyżowalnością lub sterylnością a użytecznością powstających mieszańców., W każdym razie, w przypadku bardzo trudnego krzyżowania, lepszą strategią hodowli jest hybrydyzacja między prawdopodobnie dużą liczbą genetycznie zróżnicowanych rodziców zamiast krzyżowania pary genotypów.
eksperymenty z gynogenetyczną produkcją podwojonych haploidalnych linii owsa przyczyniły się do rozszerzenia trzeciorzędowej puli genowej poza rodzaj Avena. Maćkowi (1996) udało się skrzyżować owies z kukurydzą (Zea mays L.) i proso Amerykańskie (Pennisetum americanum L.). Ostatnio Kynast i in., (2004) informował o produkcji całego zestawu linii owsa z dodatkami disomicznymi każdego z 10 chromosomów kukurydzy. Zalety tego materiału nie zostały jeszcze rozpoznane. Z pewnością w przyszłości pojawi się więcej międzygenerycznych kombinacji krzyżowych.
Jednak, zwłaszcza w odniesieniu do cech ilościowych, teoretycznie nieograniczony obszar wyboru wśród zasobów genetycznych jest wyjątkowo ograniczony możliwościami poznawczymi i technologicznymi nauki., Niezrozumiałe zróżnicowanie dzikich pul genów i ich ewoluujący charakter tworzą dynamiczne układy z tysiącami zmiennych i astronomiczną liczbą rozwiązań. Tylko minutowa część tych rozwiązań została zrealizowana. Dlatego nie oczekuje się spadku przydatności klasycznego poszukiwania nowej odmiany poprzez szerokie przejście.