Ugrás a tartalomhoz

Növénynemesítés

Pepó Pál (2011)

Debreceni Egyetem, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Pannon Egyetem

Chapter 5. Mutációs nemesítés

Chapter 5. Mutációs nemesítés

Table of Contents

Mutáción a genotípus, tágabb értelemben tehát a citoplazmát is beleértve, megváltozását értjük. A mutáció érinthet morfológiai bélyegeket és környezeti feltételektől függő élettani tulajdonságokat is. Az öröklődő megváltozás folyamatát nevezzük mutációnak, a megváltozott egyedet mutánsnak. Egy mutáció a populáció formagazdaságát nemcsak egy új genotípussal gyarapíthatja, hanem a létező genotípusokkal való kombinálódás útján sok új genotípussal is. Ahhoz, hogy a nemesítésben a mutációkat hasznosítani lehessen, a nemesítőknek ismernie kell a mutációk különböző formáit, keletkezését, kifejeződését és öröklődését.

A mutációs nemesítés magába foglalja:

  • mutációk indukálását

  • mutációk detektálását (felismerését) a populációban

  • mutációk identifikálását (genetikai meghatározását)

  • mutációk felhasználását a nemesítői munka során

A mutációs nemesítés

A mutagén ágenssel kezelt nemzedéket M1 generációnak nevezzük. Magkezelés esetén a kezelt magot M0 generációnak, a vetőmagból kikelt nemzedék növényállományait M1-nek nevezzük, a további nemzedékek megnevezése M2, M3, M4…stb. A mutációk stabilizálódására az M4 nemzedéktől számíthatunk, ezelőtt keresztezési programokba nem vonhatók be. Colchicinkezelés estén C0, C1, C2 stb. jelölésmóddal is találkozhatunk a mutációs generációk megkülönböztetésére. A mutációs nemesítést a 9. ábra szemlélteti.

Figure 5.1. 9. ábra: A mutációs nemesítés vázlata

9. ábra: A mutációs nemesítés vázlata

A mutációk indukálásának hatékonyságát befolyásoló tényezők

  • A növények genetikai sajátosságai

  • A növények fiziológiai állapota

  • A magasabb olajtartalom csökkenti, a magasabb víztartalom pedig fokozza az érzékenységet.

  • Az alkalmazott mutagén típusa (fizikai, kémiai)

  • Dózis, intenzitás

  • A kezelés módja (akut, krónikus, ismételt)

  • Egyéb tényezők, mint a hőmérséklet, az O2-ellátottság, a kezelést követő tárolási idő

A fenti tényezők közül döntő szerepe van a növények genetikai (citogenetikai, ontogenetikai, filogenetikai) sajátosságainak, amelyek alapvetően meghatározzák a mutagének iránti érzékenységüket.

A citogenetikai sajátosságok között megemlíthetők: a sejtmag tömege, a sejtek DNS-RNS tartalma, a kromoszómák mérete, a kromoszómák száma, a gének és centromeron helyzete a kromoszómán belül, az allélek heterozigóta állapota, a ploiditás foka, egyéb genotípusos sajátosságok.

A növények ontogenetikai (egyedfejlődési) állapotától is függ a mutagének iránti érzékenység. Legérzékenyebbek a generatív fázisban az ivarsejtek, legkevésbé érzékeny a nyugvó mag. Különbség figyelhető meg az egyes növényi részek között is: a gyökér igen érzékeny mind a fizikai, mind a kémiai mutagének iránt.

A filogenetikailag az idősebb fajok, fajták érzékenyebben reagálnak a mutagének hatására, mint a fiatalabbak. A növények fiziológiai állapota, kémiai összetétele szintén befolyásolja a mutációk indukálásának hatékonyságát, így a nagyobb olajtartalom csökkenti, ezzel szemben a víztartalom és nehézfémsók fokozzák a sugárérzékenységet.

A mutagén ágensek közül különösen hatásosnak bizonyultak az ionizáló sugarak, a röntgen- és gammasugarak, valamint a gyors neutron (fast neutron) besugárzás. A sugárzás biológiai hatását az elnyelt dózissal jellemezzük, melynek jele: D, mértékegysége a gray (Gy), amely 1 Gy dózis esetén azt jelenti, hogy változatlan sugárforrás alkalmazása mellett a besugárzandó anyag 1 kg tömegével 1 Joule (J) energiát közlünk (1 Gy dózis = 1 J/kg).

A kezelés módja szerint megkülönböztetünk akut és krónikus sugárkezeléseket. Akut sugárkezeléskor a mutációk indukálásához szükséges dózist viszonylag rövid idő alatt juttatjuk a növényekhez Gray/perc, Gray/óra dózisrátával kifejezve. Krónikus sugárkezeléskor a növényeket sugárkertben helyezzük el, ahol hosszabb időszak alatt – esetleg az egész tenyészidőszak folyamán – folytonos sugárhatásnak tesszük ki és Gy/hét, Gy/hónap vagy Gy/tenyészidő dózisrátával számolunk.

A mutációkat gyakorlati szempontból beltartalmi bélyegek és külső megjelenésük szerint nagy mutációk (makromutációk) és kis mutációk (mikromutációk) csoportjába sorolhatjuk. Ha egyértelműen meg lehet különböztetni a mutánsokat a kiindulási anyagtól, akkor ezeket makromutációnak nevezzük pl. különféle klorofil-, virág vagy termés szín-mutációk, erős szár stb. Ha egyidejűleg több feltűnő bélyeg változik meg, pleiotrop mutációról van szó. A nagy mutációk közé tartoznak a beltartalmi anyagok megváltozásai pl. bizonyos alkaloidok, zsírsavak vagy aminosavak hiánya.

A mikromutáció az egyed egy bélyegén a kiindulási anyag olyan kvantitatív megváltozása, amely a kiindulási anyag modifikációs határain belül van, ezért egyértelműen fel sem ismerhető. A mikromutáció keletkezését csak úgy lehet bizonyítani, ha a mikromutáns utódnemzedékét összehasonlítják a kiindulási anyag állományával, és a mutáns bélyegek biometriai eljárással felismerhetővé válik. Nagyobb gyakorisággal keletkezik, mint a makromutáció. A mikromutációk hasznosabbak a nemesítők számára, mint a makromutációk, mert feltehetőleg kisebb változást okoznak és így a növény genetikai egyensúlyát kevésbé borítják fel, mint a drasztikus hatású makromutánsok.

A különböző mutációs formák osztályozása:

  • Genom mutációk: magukba foglalják a sejtmagban bekövetkező mutációkat.

    • gén vagy pontmutációk

    • kromoszómamutációk

    • ploidmutációk

  • Plasztidommutációk: a plasztidok is tartalmaznak örökítő elemeket, amelyek az egyed plasztidjainak működését és alkalmilag más bélyegeket, tulajdonságokat is befolyásolnak.

  • Plazmonmutációk: a citoplazma örökletes megváltozásai.

A mutációs nemesítéssel javítható növényi jellegek

  • termőképesség

  • virágzási és érési idő

  • adaptációs képesség

  • növény- és növekedési típus

  • megdőlés- és szártörés-rezisztencia

  • gyümölcslehullással illetve magszétszóródással szembeni rezisztencia

  • alacsony hőmérséklettel, szárazsággal, és sótartalommal szembeni tolerancia

  • növényi és állati kártevőkkel szembeni rezisztencia

  • minőségi jellegek javítása (keményítő, fehérje, olaj, zsír, olaj- és zsírsavak)