Ugrás a tartalomhoz

Erdészeti - természetvédelmi genetika

Mátyás Csaba

Mezőgazda Kiadó

A génmegőrzésben alkalmazott módszerek

A génmegőrzésben alkalmazott módszerek

Statikus megőrzés: ex situ gyűjtemények, génbankok

Az alkalmazandó megőrzési módszert eldönti, hogy pontosan mit akarunk megőrizni. Ha meghatározott egyedek (genotípusok) változatlan formában való megőrzése a cél, akkor statikus génmegőrzéshez kell folyamodni. Ugyancsak statikus módszereket kívánnak azok a veszélyeztetett igen kis létszámú (l 10–50 egyed) populációk, amelyek természetközeli (erdészeti) módszerekkel nem őrizhetők meg, vagy létüket hirtelen fellépő, katasztrófaszerű hatások veszélyeztetik. Statikus módszerekkel tartják fenn a mezőgazdaságban előállított fajtákat és egyéb fajta jellegű növényanyagokat is. Az erre a célra szolgáló ún. bázisgyűjtemények feladata legtöbbször nem korlátozódik a génforrások hosszú távú fenntartására, hanem magában foglalja a növényanyag felszaporítását, értékelő vizsgálatát és közreadását is. Az ilyen típusú, hasznosítást is megvalósító gyűjteményeket aktív gyűjteménynek nevezik.

Fontos

In situ (lat. „helybeni”) génmegőrzés: a génkészlet fenntartása döntően a természetes szelekciós erők révén, legtöbbször a faj eredeti élőhelyén. A dinamikus (változást engedő) módszer lehetőséget ad a mikroevolúciós folyamatok akadálytalan érvényesülésére.

Ex situ (lat. „élőhelytől távoli”) génmegőrzés: genotípusok, esetleg populációk statikus (változatlan formában való) fenntartása a természetes élőhelytől távol, általában mesterséges feltételek között pl. tárolt mag formájában, klóngyűjteményekben; állatok esetében tenyésztő telepeken, állatkertekben stb. Az in situ génmegőrzéssel szemben hátránya, hogy kizárja a természetes evolúciós folyamatokat, és intenzív módszerek alkalmazása esetén (pl. szövettenyésztés, DNS-könyvtár) a spontán genetikai változások valószínűsége is megnövekszik.

A gyűjteményszerű elhelyezés mindenfajta szelekiós munka kezdőlépése, így az ex situ statikus módszerek meghonosodása a növénynemesítési munka intézményesülésének velejárója. Hazai vonatkozásban ki kell emelni a Jánossi Andor akadémikus által Tápiószelén létrehozott Agrobotanikai Intézetet, amely az agrárgénforrások központi, aktív gyűjteménye. Erdészeti vonatkozásban elsősorban az ERTI hozott létre a legfontosabb erdészeti fajokból gyűjteményeket, az 1950-es évek elejétől Sárváron, Szombathelyen, Kisunyomban, Gödöllőn és más helyeken. Az aktív gyűjtemények alaptípusai a következők:

Mag- (és pollen-) bank: a magtárolás az egynyári mezőgazdasági növények esetében jól bevált eljárás. Előnye, hogy kis helyigényű, így aránylag olcsón üzemeltethető. A tárolt magtételek életképességétől függően, 8–10 évenként tenyészkerti utántermesztés szükséges. Erdészeti fajok esetén a fafajok életkorához képest aránylag csekély tárolhatósági időtartam (10–15 év) nem jár döntő előnnyel; ráadásul egyes fajok mindössze 1–2 évig tárolhatók (tölgy, bükk). Mindezek miatt a magbank az erdészeti fajok génmegőrzésében csak alárendelt szerepet játszhat, egyes speciális esetektől eltekintve (pl. veszélyeztetett populációk magjának átmeneti tárolása, valamint egyes, hosszú távú, több évtizedes tárolásra alkalmas fajok esetében). A nemzetközi erdészeti gyakorlatban sokfelé megtalálható „magbankok” a hosszú távú génmegőrzés funkciójának alig felelnek meg, sokkal inkább magtárolóként szolgálnak. Itt kell megemlíteni a pollen formájában való tárolás lehetőségét is, ami egyes szélbeporzó fajoknál (elsősorban fenyőknél) lehetséges megoldás. A biztonságos tárolás tartama azonban a tíz évet itt sem haladja meg.

Klónbank (klónarchívum, bázisültetvény, törzsgyűjtemény): lehetőséget ad a kiválasztott egyedek genetikailag változatlan megőrzésére dugványozott egyed, anyatő vagy oltvány formájában, viszont hely- és költségigényes. Anyatelepszerű fenntartás esetén nincs mód érett korú (termő) egyedek nevelésére. Dugványozással (autovegetatív módon) nem szaporítható fajok esetében szaporítási módként – az intenzívebb biotechnológiai eljárásoktól eltekintve – csak a heterovegetatív szaporítás, azaz a költséges oltás jöhet számításba (fenyők, keménylombos fajok). A klónbank a szigorúan vett génmegőrzési feladatok mellett más, a nemesítés szempontjából is fontos funkciót is elláthat (szaporítóanyag-forrás, klónvizsgálatra vagy előzetes szelekcióra alkalmas kísérleti terület), ezért az egyedfenntartás nélkülözhetetlen és általánosan elterjedt eszköze. Tekintettel a magas költségekre, klónbankokban elsősorban azon egyedek elhelyezése történhet meg, amelyek gazdasági szempontból előnyöket ígérnek, azaz a klónbank az eddigiekben szinte kizárólagosan a fatermesztést és a dekoratív fajták előállítását szolgáló nemesítés bázisa volt. A jelenleg folyamatban lévő génmegőrzési program keretében a veszélyeztetett fajok egyedeit is klónbankban helyezik el.

In vitro génbank: az in vitro (laboratóriumi) eljárások bér- és helytakarékosak, de eszközigényük magas. A technológiai igényesség mellett zavaró külső hatásokra is érzékeny megoldás, mert pl. egy hosszabb áramkimaradás évek munkáját teheti tönkre. Erdészeti fafajok esetében a teljes növény regenerálása még nem problémamentes, emellett számolni kell a tárolás alatti genetikai változásokkal is (szomaklónos variánsok létrejötte). Így a módszer ígéretes ugyan, de egyelőre nem alkalmazható széles körben. Ugyanez mondható el a ma már technikailag lehetséges DNS-könyvtárakkal kapcsolatban is. Technikailag a DNS vagy szakaszai etanolban vagy plazmidban eltarthatók. A jövő lehetősége a szekvenált DNS-szakasz bázissorrendjének digitális archiválása is.

68. táblázat - A hazai erdészeti génbankokban őrzött genotípusok száma* (OMMI adatai)

Fafaj

Genotípusok (db)

Populus álba

Populus nigra

Populus canescens

Populus tremula

Salix álba

Fraxinus angustifolia ssp. pannonica

Picea abies

Robinia pseudoacaáa

Pyrus sp.

Sorbus sp.

Pinus nigra

Pinus sylvestris

Larix decidua

164

148

6

11

320

52

1200

300

40

150

200

648

197


Fontos

Klónbankok létesítésének általános követelményei

A klónbankban a fenntartást úgy kell megtervezni, hogy előre nem látható elemi károk, katasztrófák, területhasznosítási változások, kártételek a fenntartott egyedek megőrzését ne veszélyeztessék. Törzs- (bázis-)gyűjteményt lehetőleg állami tulajdonban lévő területen kell létrehozni. A hazai gyakorlatban a legalább két helyszínen, minimum három-három egyed megőrzése vált be. A génforrások védelme érdekében a terület bekerítése feltétlenül szükséges.

A klónbankok a kezdeti jelentős beruházás és néhány évi intenzív ápolás után extenzív módszerekkel hosszú ideig fenntarthatók. Fontos előfeltétel, hogy a pótlások szakszerűen, klónazonos anyaggal történjenek meg, és a a klónarchívum leírását, klónjegyzékét folyamatosan aktualizálják. Ehhez rendszeres szemlézésre van szükség. A klónbank dokumentációját legalább két, egymástól független szervezetnél kell elhelyezni (OMMI, felelős nemesítő, gazdálkodó). A tapasztalatok szerint a helyi kezelő szervezetek – megfelelő források biztosítása esetén – az aktuális fenntartási munkákat ellátják, de a dokumentációk aktualizálására, hosszú távú megőrzésére a gyakori személyi változások miatt nem alkalmasak.

Génmegőrzés ex situ ültetvényekben

Egy populáció eredeti előfordulási helytől távoli, azaz ex situ megőrzésére különböző okokból kerülhet sor. Indokolhatja a megőrzendő populáció helyszíni felújításának nehézsége, valamint a környezeti feltételek megváltozása. Ex situ megőrzést igényelhetnek az idegenhonos fafajok értékes populációi, valamint az őshonos fafajok veszélyeztetett származásai. Ilyen esetekben akár génrezervátumok ex situ telepítése is számításba jöhet; ezek a dinamikus génmegőrzés különleges esetei.

Mesterséges beavatkozás szükséges azon esetekben is, amikor környezeti kár, így pl. légszennyezés vagy műszaki beavatkozás (pl. útépítés) veszélyezteti a populációt. A Közép-Európában számottevő légszennyezés miatt pl. a Cseh- és Német-Érchegység pusztuló lucfenyveseit és még fellelhető jegenyefenyőit átfogó program keretében evakuálták kevésbé veszélyeztetett, alacsonyabb tengerszint feletti magasságú ültetvényekbe.

A nemesítési és szaporítóanyag-termesztési tevékenység során létrehozott objektumok többsége, ha megszorításokkal is, a génmegőrzés bázisaiként veendők figyelembe. Ezt elsősorban a génmegőrzéssel járó magas költségek és korlátozások indokolják: amennyiben egy más célra telepített objektumban a génmegőrzés valamely részfeladata megvalósul, azt érdemes számításba venni. Ilyen típusú ültetvények a következők:

  • utódállományok, azaz ismert származású szaporítóanyagból, a származás génkészletének megőrzése vagy kimentése (evakuálása) érdekében létrehozott faállományok;

  • származási kísérletek, azaz nagyobb számú, ismert származásból, statisztikailag értékelhető elrendezésben telepített kísérletek;

  • utódvizsgálatok, azaz ismert leszármazású utódnemzedékek ismétléses telepítései;

  • klónkísérletek, azaz azonosított klónok (többnyire statisztikailag értékelhető elrendezésben telepített) ültetvényei;

  • magtermesztő ültetvények, azaz azonosított klónokkal, esetleg magoncokkal létrehozott törzsültetvények.

Mintagyűjtés genetikai vizsgálathoz, összehasonlító elemzéshez

Amennyiben nem genotípusokat, hanem populációkat kívánunk ex situ megőrizni, a magot, ill. dugványt/oltógallyat valamilyen mintavételi elv szerint kell begyűjteni. A megfelelően reprezentatív mintához elvileg ismerni kellene a faj genetikai strukturáltságát, az egységesnek tekinthető effektív populációméretet, a fajra jellemző génáramlás mértékét, a párosodás rendszerét stb. Ezek az adatok csak nagyon kevés fafaj esetében állnak rendelkezésre, ennek ellenére a begyűjtött minta – a rendelkezésre álló idő és anyagi források függvényében – legyen lehetőleg genetikailag reprezentatív, és maximális genetikai változatosságot kellene tartalmazzon. A továbbiakban a mintavételezés elveit ismertetjük azzal, hogy ezek nemcsak a génmegőrzésnél, hanem a természetközeli szaporítóanyag-gazdálkodás során is alkalmazhatók, alkalmazandók.

A populáció genetikai jellemzéséhez szükséges egyed-(minta-)szám

A mintavétel célja ez esetben a populáció genetikai diverzitásjellemzőinek meghatározása. A „megfelelő” mintavétel meghatározásához statisztikai küszöbértékeket kell definiálni. A szükséges mintanagyságot (S) egy lokuszra számítva, a következő közelítő képlet adja meg (Guarino et al., 1995 nyomán módosítva):

S r+1,65 r+0,5 2q MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uaiabgIKi7oaalaaabaGaamOCaiabgUcaRiaaigdacaGGSaGaaGOnaiaaiwdadaGcaaqaaiaadkhacqGHRaWkcaaIWaGaaiilaiaaiwdaaSqabaaakeaacaaIYaGaamyCaaaaaaa@4322@

ahol

q = a figyelembe vett allélgyakoriság alsó határa,

r = a legritkább allélból elvárt darabszám a mintában.

A képlet q = 0,05 és r = 1 esetére minimálisan 30 körüli egyedszámot ad meg; hangsúlyozni kell azonban, hogy ez a mintaszám egyetlen lokuszra van vonatkoztatva.

A mintázás biztonságát némileg megnövelve (több lokusszal számolva) a populációnkénti mintavétel alsó határát 50 egyed kiválasztásánál adhatjuk meg. Ezt a mintaszámot alkalmazzák pl. az allozimatikus változatosság vizsgálata során.

Ennél lényegesen kevesebb egyedet kell megvizsgálni akkor, ha olyan genetikai jellemzőről van szó, amely populáción belül elvileg változatlan (cpDNS haplotípusok). Erre 10-nél kevesebb egyed is elegendő lehet.

Populációt reprezentáló magminta begyűjtése

Ha összehasonlítás céljából a populációt egy begyűjtött magtétellel akarjuk jellemezni, 50-nél kevesebb egyed elegendő, hiszen a szabad beporzás miatt a magtételben a nem mintavételezett, de porzópartnerként szolgáló egyedek is képviselve vannak. A források általában megegyeznek abban, hogy minimálisan mintegy (10–) 15 egyedről gyűjtött magminta (fánként legalább 25–30 szem) már kielégíti a feltételeket a genetikai reprezentáció tekintetében. Ha lehetséges, inkább több egyedről kevesebb, mintsem kevés egyedről sok magot gyűjtsünk. Természetesen újult állományban a kiválasztott egyedek között lehetőleg minél nagyobb távolság tartása célszerű, az esetleges rokoni kapcsolat elkerülése érdekében. (Génrezervátumok felújításához ennél alaposabb mintavételre van szükség, l. ott.)

Dinamikus génmegőrzés

Genetikai értelemben egy kiválasztott populáció dinamikus megőrzése a szaporodási közösség fenntartását, (azaz a rekombináció lehetőségének a megőrzését), és ezen keresztül a diverzitás optimális szinten tartását jelenti.

Dinamikus módszer akkor alkalmazható, ha a populáció az eredeti (in situ) vagy termőhelyileg hasonló helyszínen (ex situ) természetközeli módszerekkel fenntartható és megújítható. A dinamikus génmegőrzés nem kiválasztott egyedek (genotípusok), hanem a populáció aktuális génkészletének megőrzésére irányul. Világos, hogy ezt a stratégiát az alkalmazkodóképesség, ill. általában a genetikai változatosság megőrzése céljából alkalmazzuk. A megőrzés sohasem lehet teljes körű, egyrészt mivel az ivaros szaporodás miatt (szegregáció, rekombináció, mutáció és migráció révén) folyamatosan új genotípusok állnak elő, másrészt pedig a térben-időben változó környezet szelekciós nyomása irányítottan módosítja a génkészletet.

A dinamikus génmegőrzés során a génkészlet megőrzését a természetes megújulási folyamatokra bízzuk, vagyis teret engedünk a mikroevolúciós és szukcessziós folyamatoknak. Ebből a módszer problematikussága is rögtön kiviláglik: a szukcessziós sorok elején elhelyezkedő társulások fafajainak beavatkozás nélküli fenntartása csak akkor lehetséges, hogyha a szukcesszió előrehaladását valamilyen kedvezőtlen termőhelyi tényező megakadályozza. A dinamikus génmegőrzés ezért általában nem jelentheti a kiválasztott populációk magára hagyását, annak igény szerinti fennmaradása érdekében időszakos beavatkozások szükségesek.

Génmegőrzés in situ

Az in situ, azaz eredeti termőhelyen történő génmegőrzés feladata erdei fafajok esetében legtöbbször a meglévő változatosság populáció-mintákban való megőrzéseként definiálható. A cél nem a jelenlegi populációk génkészletének, az összes fellelhető génváltozatnak (allélnak) minden áron változatlan formában, mintegy múzeumként való fenntartása, hanem sokkal inkább az alkalmazkodóképesség, az evolúciós képesség igen hosszú időtartamra tervezett megőrzését jelenti.

Ez a megőrzési típus, ahogy azt már említettük, részben átfed a természetvédelem feladataival. A védettség valamely fokát élvező területek a génmegőrzés követelményeinek akkor felelnek meg, ha a kérdéses fafaj esetében a populáció génkészletének hosszú távú, változatlan megőrzése biztosított. Alkalmatlan a védett terület a génmegőrzésre akkor, ha az aktív génmegőrzés olyan beavatkozásokat igényel, amelyek az előírásokkal összegyeztethetetlenek, így pl. elegyarány-szabályzó gyérítések, felújító vágások, mag és egyéb szaporítóanyag gyűjtése. Ez elsősorban a szigorúan védett területeken, az erdő- és bioszféra-rezervátumokban okozhat nehézséget.

Nem szavatolható a génkészlet megőrzése a magtermelő állományok esetében sem, hiszen azok megfelelő felújítása, utódállományok létrehozása kívánatos ugyan, de üzemtervileg nem előírt feladat. Az in situ génmegőrzés céljára ezért külön erre a célra létrehozott területekre, a génrezervátumokra is szükség van.